Sincronía Summer 2008

CURVAS DE INTENSIDAD, DURACIÓN Y PERIODO DE RETORNO COMO HERRAMIENTA DE ANÁLISIS EN LA PREVENCIÓN DE RIESGOS POR PRECIPITACIONES INTENSAS EN LA ZONA METROPOLITANA DE GUADALAJARA

Antonio González Salazar
Armando Juárez
Leticia Loza Ramírez

Palabras clave: lluvias máximas en 24 horas, inundaciones, riesgo, Zona Metropolitana de Guadalajara.

Introducción

El presente trabajo se basa fundamentalmente en el desarrollo y empleo de las curvas de intensidad, duración y periodo de retorno, como un medio que permite conocer, desde el punto de vista numérico, la intensidad y la duración, así como el periodo de recurrencia que pueden alcanzar las precipitaciones en la Zona Metropolitana de Guadalajara.

El estudio tiene como finalidad destacar el riesgo que significa para los pobladores de la mancha urbana, las lluvias intensas que se presentan en periodos cortos de tiempo; así como también en 24 horas. Para lograrlo, se utilizó la información de lluvias máximas en 24 horas de las estaciones climáticas de Guadalajara, Zapopan, La Experiencia, Tlaquepaque, Tonalá y Guadalajara Colomos, administrada por la Comisión Nacional del Agua.

Con lo anterior se integró una base de datos de lluvias máximas en 24 horas representativa de la zona de estudio; sobre la cual se basa el trabajo y su posterior análisis. En él se maneja la cuestión teórica en cuanto al concepto de riesgo, riesgo por precipitaciones intensas y las variables que la definen; asimismo, puntualiza el régimen pluvial que rige en la zona de estudio.

En la sección de antecedentes fue necesario examinar información periodística. Algo interesante que se logró mediante esta revisión, es el hecho que se vierten las opiniones de especialistas en el tema; así como también, a juicio de los autores y autoridades ahí citadas, se confeccionó una lista de colonias de la Zona Metropolitana de Guadalajara, en las que durante el pasado periodo de lluvias (verano-otoño de 2007) se presentaron encharcamientos e inundaciones, provocando la problemática que esto confiere.

Una limitante que posee el estudio, consiste en que los resultados son arrojados por procedimientos estadísticos; no obstante, esta restricción se convirtió en ventaja cuando se obtuvieron datos nuevos. Se hizo de este modo por carecer de información de eventos reales, que efectivamente señalen la duración e intensidad de las lluvias en el lugar de interés. Por consiguiente, los resultados que se presentan, proporcionan al lector una idea cercana de la dimensión que puede alcanzar dicha magnitud climática.

Marco teórico

El concepto de riesgo se refiere a la probabilidad de que ocurra un evento perjudicial, que provoque daño a las personas o a sus bienes, así como también sobre los elementos del medio natural. Con respecto a las precipitaciones, los valores extremos son un factor de riesgo que se traduce en grandes torrentes que pueden provocar inundaciones en determinadas zonas y épocas del año. Por tanto, la prevención de los riesgos climatológicos se realiza recurriendo a la observación de información meteorológica correspondiente a largos periodos de tiempo, que permite distinguir cuales valores pueden ser considerados como habituales (próximos a los valores medios normales) y aquellos que por su marcada diferencia, se vinculan con el riesgo.

La lluvia esta definida por tres variables: la intensidad, la duración y el periodo de retorno. La intensidad es la lámina o profundidad total de lluvia ocurrida durante una tormenta. De esta forma, la altura de la lámina de agua caída en el lugar de la tormenta, incorpora la cantidad de lluvia precipitada y la duración del evento. Mientras que el periodo de retorno, es la frecuencia, o intervalo de recurrencia, es decir, el número de años promedio en el cual el evento puede ser igualado o excedido cuando menos una vez. En el entendido, que el riesgo es mayor, cuanto menor es el periodo de retorno o recurrencia.

La relación probabilística entre la intensidad de la lluvia, su duración y frecuencia, es usualmente presentada en forma de gráficas. Estas representaciones son generalmente referidas como curvas de intensidad-duración-periodo de retorno, que resultan de unir los puntos que especifican la intensidad de la lluvia, en intervalos de diferente duración y, también en distintos periodos de retorno.

No solo es importante considerar la cantidad de lluvia que cae en el año, sino también la época en que se presentan las máximas precipitaciones. Según Mosiño (1974:12,84,91), la temporada lluviosa en la mayor parte de nuestro país, se presenta en la mitad caliente del año. Así, las áreas del territorio nacional que presentan un régimen de lluvia durante esta época, las designa como de lluvias de verano. Al respecto, las zonas del país que presentan un régimen de lluvias de verano, son aquellas que tienen porcentajes de lluvia invernal menores del 10.2% de la anual. Esto debido a que durante el verano dominan los vientos alisios, que introducen una gran cantidad de humedad que recogen al pasar por las aguas cálidas del Golfo de México. También contribuyen los ciclones tropicales; estos fenómenos atmosféricos, que por la influencia monzónica invaden el territorio de México, y que provienen tanto del Océano Pacífico como del Atlántico, produciendo vientos destructivos y lluvias torrenciales. En este sentido, la temporada de ciclones en la Republica Mexicana se extiende de mayo a octubre.

La circulación monzónica brevemente explicada, consiste en lo siguiente: debido al movimiento de traslación de la Tierra y la inclinación con que inciden los rayos solares sobre su superficie, durante los meses cálidos del año en nuestro hemisferio, los días son más largos que las noches, por lo tanto, la cantidad de calor que recibe en su superficie es superior a la que irradia al espacio, lo que trae como consecuencia un aumento de la temperatura en superficie, que a su vez, origina presiones relativamente bajas en el continente, con respecto a las que prevalecen sobre el océano, ocasionando de este modo, la atracción y desplazamiento de masas de aire cargadas de humedad provenientes de los cuerpos oceánicos que lo circundan.

Desde esta perspectiva el régimen de lluvias que predomina en la Zona Metropolitana de Guadalajara, es precisamente de verano, ya que la temporada de lluvias se presenta durante el verano y parte del otoño, con más del 80% de la precipitación total anual, y un porcentaje de lluvia invernal menor al 10.2%.

Antecedentes

Según Carrillo (2003:9), el problema de las inundaciones es añejo, comenzó desde los años 40, pero ahora la ciudad presenta más de 150 zonas de riesgo. Este autor señaló que las inundaciones en la Zona Metropolitana de Guadalajara aumentan por los cambios de los cauces naturales, así como por la deficiente urbanización y canalización del agua, provocando percances en la vía pública como choques, vehículos atrapados e incluso deslizamientos y muertes (figura 1).

Figura 1. Auto arrastrado por la corriente de agua.
Fuente: Héctor Escamilla, La Prensa Jalisco, en
El Occidental 07 de julio de 2007.

Para Roberto Maciel, del Departamento de Ciencias Ambientales del Centro Universitario de Ciencias Biológicas y Agropecuarias, de la Universidad de Guadalajara (ibid, 2003:9) el problema de las inundaciones sobrepasa a las autoridades. Comentó, que las autoridades y fraccionadores no tienen un concepto claro de lo que es una cuenca, ya que permiten los asentamientos sobre ellas. Esto altera la zona y provoca un mayor escurrimiento de aguas pluviales; lo peor del caso es que no existe un drenaje adecuado para conducir el caudal (figura 2). Por lo que la intensidad de la lluvia rebasa la capacidad de los colectores. La cuestión es que llueve mucho en poco tiempo; en la Zona Metropolitana de Guadalajara existen más de 40 colectores, algunos de tres o cuatro metros de diámetro, que son los que captan la lluvia que baja de sur a norte.

Figura 2. Focos rojos e inundaciones
Fuente: el Occidental, 14 de mayo de 2007.

De acuerdo a cifras de la Dirección de Protección Civil y Bomberos de Guadalajara, y su titular comandante Trinidad Héctor López Sahagún, un 30% de la ciudad cada año sufre de encharcamientos e inundaciones. A este respecto señaló que cuando el agua rebasa los 20 centímetros se considera inundación, mientras que si es menor, es un encharcamiento (García, 14 de mayo de 2007: 3A ).

El año pasado, el gobierno de Jalisco presentó su Atlas de Riesgo, documento que enumera las áreas que de una u otra forma representan un peligro para los habitantes de la entidad. En este documento se señala que los lugares con mayor inseguridad están en la Zona Metropolitana de Guadalajara. Estos riesgos tienen que ver con los fenómenos naturales, como inundaciones, dado que el crecimiento urbano ocasionó un cambio importante en el coeficiente de escurrimiento de las microcuencas (Mendoza, 05 de febrero de 2008:16A).

El Atlas de Riesgo de Jalisco, contiene información que permite hacer estudios territoriales adecuadamente, prevé los desastres que pueden ocurrir, establece las zonas vulnerables, lo que da la pauta para planear y ejecutar las obras pertinentes y de esta manera evitar esas contingencias. Particularmente en la Zona Metropolitana de Guadalajara, el Atlas de Riesgo debería servir para planear adecuadamente la urbanización y las obras que eviten situaciones difíciles durante los temporales de lluvia; sin embargo, es un documento cuyas referencias no se han plasmado en la ley o reglamentos municipales, como el de obras públicas, de tal manera que sea obligatorio acatarlas (ibid, 05 de febrero de 2008:16A).

Los lugares que se mencionan a continuación, son un compendio inherente a las fuentes periodísticas analizadas en este trabajo, y reflejan la magnitud de este problema. En el municipio de Guadalajara figuran las siguientes colonias: Ferrocarril, Deán, Las Conchas, La Federacha, San Carlos, Hormiguero, El Alamo, Insurgentes, San Andrés, La Nopalera, San Jacinto, Tetlán, Cuauhtémoc, San Eugenio, Lagos de Oriente, San Ramón y Providencia. En Zapopan: Villa de Guadalupe, El Húmedo, Agua Fría, Mesa Colorada, Ciudad Granja, Potreros de Nextipac, El Mante, Mariano Otero, Santa Ana Tepetitlán, Miramar, El Briseño, Arroyo Hondo y La Calma. En el municipio de Tonalá: Jauja, Colonia Guadalupana, Santa Paula, San Miguel de la Punta, La Ladrillera, Infonavit Río Nilo, Jalisco, Loma Dorada y Tonalá. En Tlaquepaque las colonias: Guayabitos, Huerta de Peña, Duraznera, Fraccionamiento Revolución, Las Liebres, El Tapatío, El Órgano, El Vergel, Juan de la Barrera y la Cuenca del Ahogado. Por último en el Salto: San José del Quince y La Huizachera.

Desde el punto de vista de la información climática, las lluvias máximas en 24 horas (lluvias máximas diarias) reflejan la intensidad con la que se puede presentar esta magnitud meteorológica. Para solventar esta afirmación, el cuadro 1 contiene algunos de los eventos extremos de lluvias máximas en 24 horas que han ocurrido durante las últimas décadas en las estaciones climatológicas que se localizan al interior de la Zona Metropolitana de Guadalajara:

CUADRO 1
Eventos extremos de lluvias máximas diarias

Fuente: Comisión Nacional del Agua.

De la misma manera, el cuadro 2 reúne el comportamiento promedio de las series de lluvias máximas en 24 horas, de las seis estaciones climáticas consideradas en este trabajo. Asimismo, de estos resultados se obtuvo la media aritmética representativa para la Zona Metropolitana de Guadalajara.

Zona de estudio

La Zona Metropolitana de Guadalajara se encuentra en lo que se conoce como valle de Atemajac o de Guadalajara. Se ubica al noroeste del lago de Chapala distando aproximadamente 35 kilómetros. Desde el punto de vista de las regiones climáticas de México, se localiza al sur de la sección oeste de la región climática centro. Esta región ocupa la parte sur de la Altiplanicie Mexicana, conocida como meseta de Anahuac; limita al sur con el eje volcánico, al oeste con la Sierra Madre Occidental y al este con la Sierra Madre Oriental.

Datos

Para la elaboración de este estudio se emplearon los datos de lluvias máximas en 24 horas (lluvias máximas diarias), de 6 estaciones climatológicas del estado de Jalisco. Dicha información fue proporcionada por la Gerencia Regional Lerma Santiago Pacífico, de la Comisión Nacional del Agua. Sus coordenadas geográficas son: Guadalajara Colomos (20º 42' 24" y 103º 23' 34"), Zapopan (20º 44' y 103º 24'), Guadalajara (20º 41' y 103º 21'), La Experiencia (20º 44' y 103º 20'), Tonalá (20º 38' y 103º 15') y Tlaquepaque (20º 38' y 103º 18') todas de latitud norte y longitud oeste. La figura 3 muestra su distribución geográfica.

Figura 3. Ubicación de las estaciones climáticas.
Fuente: INEGI, Carta Topográfica F13-12, 1998.

Metodología

Cabe señalar, que los procedimientos empleados en este trabajo son eminentemente estadísticos y empíricos, en consecuencia los resultados que se logran, representan solo una aproximación a una realidad aun más compleja. La secuencia en el desarrollo de esta metodología es la siguiente.

1. Integración de la serie de datos (de excedentes anuales) para cada una de las estaciones climáticas anteriormente mencionadas. Al respecto, es necesario aclarar que una serie de excedentes anuales, está constituida por los n valores más altos registrados durante el periodo que comprende la serie de tiempo. De esta manera, una serie de excedentes anuales extraída de 30 años de registros mensuales de lluvias máximas en 24 horas, deberá contener los 30 valores más altos medidos durante estos 30 años (SARH, 1982:54,55).

2. Cálculo de las lluvias máximas en 24 horas con periodos de retorno de 2, 5, 10, 25, 50 y 100 años, a partir de la Distribución de Gumbel (1934), en Fernández (1996:120,121).

xt = M + Sx • k

Donde: xt es el valor de x con periodo de retorno t; M es la media de los valores extremos; Sx es la desviación típica de los valores extremos y k es un factor de frecuencia.

3. Cálculo de la lluvia de duración de una hora y periodo de retorno de dos años, por los métodos de D. M. Hershfield (1962) y U. S. Weather Bureau (Campos, 1998: cap. 4, p.p. 58,61). El método de Hershfield está representado por la ecuación siguiente.

Donde es la lluvia con duración de una hora y periodo de retorno de dos años, 0.60 es el valor máximo que puede alcanzar el cociente entre la lluvia de una hora y la de 24 horas y la lluvia máxima en 24 horas con periodo de retorno de dos años.

3.1. El Cálculo de la lluvia con duración de una hora y periodo de retorno de dos años a partir del criterio propuesto por el U. S. Weather Bureau (ibid, 1998: cap. 4, p.p. 58,61) se reúne en la figura siguiente:

Figura 4. Criterio para obtener la lluvia de una hora y
periodo de retorno de 2 años.

3.2. La media aritmética de los resultados de ambos procedimientos define la lluvia de duración de una hora y periodo de retorno de dos años.

4. Posteriormente, aplicando la ecuación de F.C. Bell (1969), ibid (1998: cap. 4, p. 56), se obtuvieron las cantidades de lluvia que definen la intensidad, la duración y el periodo de retorno.

Siendo el evento de lluvia en milímetros de duración t minutos y periodo de retorno T en años, y Ln el logaritmo neperiano de T.

Resultados

Los cuadros y gráficas siguientes, reflejan la conjugación de los resultados de las curvas de intensidad, duración y periodo de retorno de las seis estaciones climáticas incluidas en el trabajo. Por tanto, muestran el comportamiento promedio de dicha magnitud climática en la Zona Metropolitana de Guadalajara. A este respecto, las graficas de dichas curvas pueden ser presentadas en forma aritmética y también logarítmica; en este caso se opto por la aritmética.

El cuadro 3 como representativo de la Zona Metropolitana de Guadalajara, estadísticamente contiene las diferentes intensidades que puede alcanzar un evento de lluvia, en distintos intervalos de tiempo, y también en varios periodos de retorno, en cualquier punto de la mancha urbana. Sin olvidar, que conforme el periodo de retorno sea mayor, la probabilidad de ocurrencia es menor.

Así por ejemplo, si se escoge el primer resultado del cuadro 3, se interpreta que la lámina de lluvia puede alcanzar los 11.9 milímetros de altura (11.9 litros por metro cuadrado) durante los primeros 5 minutos de la tormenta, con un periodo de retorno de dos años; esto quiere decir, que se tiene un 50% de probabilidad anual de ocurrencia. Por el mismo renglón, en la columna de 1440 minutos (24 horas) si se escoge el primer resultado de esta columna, se interpreta que la lámina de lluvia puede alcanzar los 70.8 milímetros de altura (70.8 litros por metro cuadrado) en un lapso de 24 horas, con un periodo de retorno de dos años; esto quiere decir, que también se tiene un 50% de probabilidad anual de ocurrencia. Lo que hace concluir que eventos con menor intensidad a la de este ejemplo, que pudieran ocurrir en la Zona Metropolitana de Guadalajara, tienen mayor probabilidad de que se presenten.

Posteriormente, si se toma el último de los resultados de este mismo cuadro, se concluye que la lámina de lluvia puede alcanzar los 122.5 milímetros de altura en un periodo de 24 horas, con un periodo de retorno de 100 años. Lo que implica, que se tiene una probabilidad de 100 de que ocurra un evento de tal magnitud en un lapso de un año.

Por otro lado, comparando los datos del cuadro 1 de eventos extremos de lluvias máximas en 24 horas, con alturas de 81.5 a 114.8 milímetros, y los resultados de lluvias máximas en 24 horas (1440 minutos) del cuadro 3, se puede observar, que esas cantidades se ven reflejadas, sobre todo en los periodos de retorno de 5 a 50 años. Lo que implica que estadísticamente, un evento de más de 80 milímetros de lluvia en 24 horas, tiene un 20% de probabilidad de ocurrencia anual; mientras que uno de 114 milímetros sólo tiene el 2% de probabilidad.

Del mismo modo, analizando los resultados promedio del cuadro 2 de los meses correspondientes al periodo de lluvia: junio 42.2, julio 43.9, agosto 41.5 y septiembre 37.8 milímetros (sin olvidar que son lluvias máximas diarias) es notorio que estos datos son comparables con las duraciones de 45 y 60 minutos, con periodos de retorno de 2 y 5 años del cuadro 3 y la figura 5. Conforme a estos resultados, se puede decir que la mayor cantidad de lluvia se presenta durante la primera hora, con una probabilidad de ocurrencia que va del 50 al 20%.

CUADRO 3
Intensidad-duración-periodo de retorno
Zona Metropolitana de Guadalajara

Cuya representación gráfica es:

Figura 5. Curvas de intensidad, duración y periodo de retorno de la
Zona Metropolitana de Guadalajara.

El cuadro 4 y la figura 6 pronostican la cantidad de lluvia que caería si la intensidad de la misma se prolongara o redujera a una hora, para cada intervalo de tiempo y periodo de retorno.

CUADRO 4
Intensidad-duración-periodo de retorno
Zona Metropolitana de Guadalajara

Figura 6. Curvas de intensidad de la lluvia en milímetros
por hora. Zona Metropolitana de Guadalajara.

Conclusiones

A escala regional o local, las precipitaciones excepcionalmente abundantes son los eventos climáticos que más se asocian con las situaciones de riesgo para la población, ya que suelen relacionarse con una mayor dificultad para su predicción, resulta difícil establecer su intensidad y pronosticar con certidumbre la fecha en que se pueden presentar.

La prevención de los riesgos climatológicos se realiza recurriendo a la observación de información meteorológica correspondiente a largos periodos de tiempo, que permite distinguir cuales valores pueden ser considerados como habituales y aquellos, que por su marcada diferencia corresponden a situaciones vinculadas con el riesgo.

Las inundaciones en la Zona Metropolitana de Guadalajara aumentan por el desmedido crecimiento de la mancha urbana, la invasión de los cauces naturales, así como a la deficiente urbanización y canalización del agua. Este proceso altera las condiciones naturales del suelo en la zona, porque al estar cubierto por fraccionamientos, disminuye notablemente su capacidad de infiltración y retención de humedad, provocando un mayor escurrimiento de las aguas pluviales.

Los eventos extremos de lluvias máximas en 24 horas contenidos en el cuadro 1, el comportamiento promedio de las lluvias máximas en 24 horas del cuadro 2, ambos comparados con los resultados de lluvias máximas en 24 horas con periodo de retorno de dos años del cuadro 3 y la figura 5; hace suponer que lluvias inferiores a 70.8 milímetros, tienen una probabilidad de acontecer que puede superar el 50%. Lo que conlleva a señalar, que la utilidad de las curvas de intensidad-duración-periodo de retorno, no sólo puede verse reflejada como herramienta en la predicción de tormentas intensas, sino también como información de apoyo en la planeación de obras de infraestructura, en la prevención de riesgos por inundaciones, en estudios de conservación de suelos, actividades agrícolas, etc.

FUENTES

BIBLIOGRAFÍA

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DATOS

COMISIÓN NACIONAL DEL AGUA. Gerencia Regional Lerma Santiago Pacífico.

PERIODICOS

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DOCUMENTOS EN LÍNEA

Fuertes lluvias provocan inundaciones en Guadalajara, La Jornada, 26 de junio de 2007. Obtenido el 10 de marzo de 2008 en www.jornada.unam.mx
El aguacero más torrencial de la temporada, El Porvenir.com, 24 de julio de 2007. Consultado el 10 de marzo de 2008 en http://www.el porvenir.com.mx/notas
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Empeorarán las inundaciones en la metrópoli, El Informador, 06 de enero de 2008, obtenido el 08 de marzo de 2008, en http://www.informador.com.mx

CARTOGRAFÍA

INEGI. Carta Topográfica F13-12, primera impresión, 1998.

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