Estudio de Inundabilidad en la Zona Norte del Lago Atitlán (Guatemala) by Asociación Vivamos Mejor

ESTUDIO DE INUNDABILIDAD EN LA ZONA NORTE DEL LAGO ATITLÁN (GUATEMALA)

Guillermo Serra Creixell Máster en Geología, especialidad en Riesgos Geológicos Universitat de Barcelona – Universitat Autònoma de Barcelona

Curso 2010/2011 Proyecto en colaboración con Geólogos del Mundo y financiado por la AECID (Director: Joan Bach)

Estudio de inundabilidad en la zona norte del lago Atitlán (Guatemala) – Guillermo Serra (julio 2011)

ESTUDIO DE INUNDABILIDAD EN LA ZONA NORTE DEL LAGO ATITLÁN (GUATEMALA) Guillermo Serra Creixell Máster en Geología, especialidad en Riesgos Geológicos Universitat de Barcelona – Universitat Autònoma de Barcelona Curso 2010/2011 Proyecto realizado con Geólogos del Mundo y financiado por la AECID (Director: Joan Bach)

RESUMEN El presente estudio se centra en la caracterización de las avenidas que se han producido en las cuencas de los Ríos San Francisco y Quiscab durante el Huracán Stan y la Tormenta tropical Agatha, para conocer mejor su comportamiento en situaciones extremas, con caudales máximos, principalmente en las zonas de desembocadura al lago Atitlán, donde se concentra la mayor parte de la población. A partir de la caracterización realizada se propone un mapa de inundabilidad que refleja unos grados de probabilidad de inundación de las zonas de abanico en la desembocadura de las cuencas estudiadas. Se han utilizado dos tipos de metodologías diferentes, por un lado el método geomorfológico integrado basado en el análisis geomorfológico de evidencias y la aportación de testimonios; y por otro lado, el cálculo de caudales máximos en los picos de las avenidas, que proporciona un orden de magnitud del flujo circulante. Los resultados obtenidos han permitido caracterizar y cartografiar los efectos producidos durante el Huracán Stan y la Tormenta tropical Agatha. También se ha realizado una estimación de los caudales máximos circulantes durante el último evento en las dos cuencas estudiadas, que permite tener unos valores a considerar para la realización de medidas estructurales en estas zonas. Se recomienda un ordenamiento territorial basado en estudios geomorfológicos e hidrológicos que permiten generar mapas de inundabilidad y de peligrosidad, a partir de los que se establecen las áreas de ocupación más seguras.

Palabras clave: inundabilidad, caudales máximos, abanico aluvial, Guatemala.

ABSTRACT The present study is focused on the characterization of the avenues that have been produced in the basin´s of the San Francisco and Quiscab rivers during the Stan hurricane and the Agatha tropical storm, and so be able to have a better knowledge of the behavior of these basins in extreme situations, with maximum volume of flows, mainly in the mouths of the lake Atitlán, where the majority of the population is concentrated. From the characterization done, a flooding map can be produced, that reflects the probability of flooding in the fan areas in the mouth of the studied basins. Two different methods have been used, on one hand, the integrated geomorphologic method, based on a geomorphologic analysis of evidences and eyewitness reports. On the other hand, the calculation of discharge

values in flood peaks, which provides an order of magnitude of current flow. The results have enabled us to characterize and map the effects produced during Hurricane Stan and Tropical Storm Agatha. It also has estimated peak flows circulating during the last event in the two watersheds studied, which allows values to be considered for implementation of structural measures in these areas. Land use planning is recommended based on geomorphologic and hydrologic studies for generating maps of flood hazard and, from the establishing more secures areas of occupation.

Key words: flooding, maximum volume of flows, Aluvial fan, Guatemala.

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1. Introducción El presente trabajo se enmarca en la segunda fase del proyecto de cooperación al desarrollo GARICLA (Gestión Ambiental y de Riesgos de la Cuenca del Lago Atitlán), ejecutado desde principios de 2010 por la ONGD española Geólogos del Mundo y su socio guatemalteco Asociación Vivamos Mejor, con financiamiento de la AECID (Agencia Española de Cooperación Internacional para el Desarrollo). El objetivo del trabajo se inscribe en el objetivo número uno del citado proyecto referido a la disminución de la vulnerabilidad técnica por insuficiente conocimiento del territorio, como medio para la reducción del riesgo de desastres de origen natural en la RUMCLA (Reserva de Uso Múltiple Cuenca del Lago de Atitlán). Las inundaciones son unos de los fenómenos naturales potencialmente más destructivos que la naturaleza puede desencadenar (Alcántara-Ayala, 2002). La fuerza del agua y su capacidad destructiva en estas situaciones, es de unas dimensiones descomunales, capaz de transportar bloques de grandes dimensiones y destruir poblaciones enteras. En las últimas décadas se ha estado produciendo un fenómeno de expansión en el territorio, y esto hace que se estén ocupando zonas geográficas susceptibles a ser inundadas en caso de fuertes lluvias. Teniendo en cuenta que ante un fenómeno de este tipo, difícilmente el humano pueda hacer algo para impedirlo, el remedio más lógico para minimizar los daños sería reduciendo la vulnerabilidad, es decir evitar habitar zonas de alta peligrosidad. El estudio realizado se sitúa en Guatemala, en la zona norte del lago Atitlán. Guatemala es un país situado en el extremo noroccidental de América Central, con una cultura autóctona producto de la herencia maya y la influencia española durante la época colonial. A pesar de su relativamente pequeña 2 extensión territorial 108.889 Km , Guatemala cuenta con una gran variedad climática, producto de su relieve montañoso que va desde el nivel del mar hasta los 4.220 metros sobre el nivel del mar. Limita al Oeste y al Norte con México, al Este con Belice y el golfo de Honduras, al Sureste con Honduras y El Salvador y al Sur con el océano Pacífico (fig. 1).

. Figura 1. Situación geográfica de Guatemala y el lago Atitlán.

Guatemala es un país que durante los últimos años ha sufrido un importante incremento de la población, esto y la inexistencia de documentos que definan un ordenamiento territorial, ha hecho que se haya construido en zonas de peligro.

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Durante los últimos años la ocurrencia de fuertes lluvias debido a Huracanes ha ido en aumento y con ello las inundaciones. Zonas como el lago Atitlán, han sido afectadas por deslizamientos, inundaciones, flujos y otros fenómenos que han perjudicado seriamente a la población. El lago Atitlán está situado en medio del altiplano guatemalteco, se trata de una zona con un clima tropical que presenta un régimen pluviométrico con dos estaciones bien marcadas: la estación seca, de noviembre a abril, con pocas precipitaciones y temperaturas altas; y la estación húmeda, de mayo a octubre, con precipitaciones abundantes y temperaturas más suaves. Durante la temporada húmeda es cuando esta zona y muchas otras de Centroamérica están afectadas por el paso de fuertes tormentas i en algunos casos huracanes. A partir de los datos de la estación meteorológica de El Tablón, situada entre las cuencas de los ríos San Francisco y Quiscab (fig. 2), con un registro de precipitaciones de 17 años, desde el 1994 al 2010, se ha obtenido una media de precipitación anual de 1.468,7 mm. El total de precipitación anual en estos años de registro oscila entre los 966,7 mm del año 2002 y los 2.052,7 mm del 2010 (fig. 3). Del año 1995 al 2001, las precipitaciones anuales son muy regulares situándose cercanas a la media, pero desde el año 2002 se aprecia una mayor irregularidad de estas precipitaciones, con grandes fluctuaciones de casi 1.000 mm y, también, precipitaciones más abundantes. Además de la precipitación máxima registrada en 2010, cabe destacar la del 2005 con un total de 1.827,6 mm (fig. 3).

Precipitación anual en mm

2500

Estación El Tablón

2000

1500 1000

500

Fig. 2. Situación de las dos cuencas estudiadas y de la estación pluviométrica de El Tablón.

2010

2009

2008

2007

2006

2005

2004

2003

2002

2001

2000

1999

1998

1997

1996

1995

1994

Fig. 3. Precipitaciones anuales en la estación de El Tablón, en el período de 1994 a 2010.

Para conocer las características de los episodios pluviométricos que dan lugar a problemas de inundaciones en la zona de estudio, se han analizado las precipitaciones diarias de la estación de El Tablón. Para ello, se han localizado, en una primera aproximación, los días con precipitaciones superiores a 100 mm/día. En la tabla 1 se presentan los que cumplen esta condición, un total de 8 días en los 17 años de registro. Como estas precipitaciones forman parte de episodios tormentosos que pueden tener más de un día de duración, se ha calculado el total de precipitación acumulada asociada a este episodio diario máximo, de manera, que para cada evento conocemos cuál es su máxima precipitación diaria y la total acumulada en un número determinado de días (tabla 1). Los episodios que han producido daños más importantes en el área de estudio, Huracán Stan y Tormenta tropical Agatha, presentan precipitaciones máximas diarias superiores a 150 mm y precipitaciones acumuladas de más de 250 mm en 3 días. Mientras que los que han producido daños a un nivel inferior Huracán Mitch, Depresión tropical 11E (Núñez, 2010) tienen precipitaciones diarias superiores a 120 mm y una precipitación acumulada superior a 144 mm.

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Tabla 1. Precipitaciones diarias y acumuladas de los principales eventos sucedidos entre 1994 y 2010, a partir de los datos pluviométricos de la estación de El Tablón.

Año

1998 1998 2000 2003 2005 2010 2010 2010

mes

10 11 6 6 10 5 5 9

día

16 2 16 16 5 29 30 4

Precipitación diaria (mm)

110,7 146,8 140,3 152,2 166,7 137,3 215,8 120,0

Precipitación acumulada (mm)

nº de días

Tormenta tropical Blanca Huracán Stan

126 218,5 186,4 176,7 272

2 3 3 3 3

Desconocida Alta Desconocida Desconocida Muy alta

Tormenta tropical Agatha

353,1

Muy alta

Depresión tropical 11E

144,6

Alta

Evento

Huracán Mitch

Importància efectos

Para el presente estudio, se utilizaran como referencia los dos eventos principales, el huracán “Stan” y la tormenta tropical “Agatha”, ya que corresponden a los mayores eventos sucedidos en el área de estudio de los que se dispone de registro meteorológico y, además, son los que más recientemente han afectado a esta zona y por ello sus efectos todavía son visibles y pueden caracterizarse. El huracán Stan tuvo lugar los días 4, 5 y 6 de octubre de 2005 y fue un huracán de Categoría 1 que causó inundaciones y desprendimientos en los países centroamericanos. Los territorios más afectados fueron Guatemala y El Salvador. En Guatemala murieron 1500 personas y unos 3000 desaparecieron, donde el 75% del territorio resultó afectado. En la estación meteorológica de El Tablón se registraron precipitaciones en los días 4, 5 y 6, de 56.4mm, 166mm y 50mm respectivamente, es decir un total de 272 mm (fig. 4). El pueblo de Panajachel (en una de las dos zonas de estudio) permaneció 1 mes incomunicado por tierra debido a los numerosos desprendimientos producidos en las zonas de acceso.

Fig. 4. Datos pluviométricos recogidos durante el huracán Stan.

La tormenta tropical Agatha se produjo los días 29-30 de mayo 2010 y fue un débil aunque destructor ciclón tropical en el Este del océano Pacífico. Al tocar tierra con intensidad de tormenta tropical, dio lugar a unas precipitaciones abundantes que causaron deslizamientos e inundaciones, cobraron la vida de 184 personas y 81 desaparecieron. En la estación meteorológica de El Tablón, citada anteriormente, se registraron los días 29 y 30, precipitaciones de 137,3mm y 215,8mm respectivamente (Fig. 5). Un total de 353.1 mm en dos días, es decir que llovió más que durante el anterior evento y en menos tiempo.

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Figura 5. Datos pluviométricos recogidos durante la tormenta tropical Agatha.

El objetivo de este estudio, es caracterizar las avenidas que se han producido durante los eventos citados y de este modo conocer mejor el comportamiento de las cuencas de los ríos Quiscab y San Francisco en situaciones extremas, con caudales máximos, sobre todo en las zonas de desembocadura al lago Atitlán, donde se concentra la mayor parte de la población. A partir de la caracterización realizada se propone realizar un mapa de inundabilidad que refleje unos grados de probabilidad de inundación de las zonas de abanico en la desembocadura de las cuencas estudiadas.

Marco geológico

La región del altiplano Guatemalteco está formada en su mayor parte por rocas ígneas, entre ellas encontramos lavas terciarias y cuaternarias de 1000 a 2000 metros de espesor, piroclastos, brechas de flujo y plutones de grano grueso subyacentes. Por otra parte también encontramos rocas sedimentarias producto de la erosión local del área y lugares puntuales afloran materiales metamórficos. El lago Atitlán es un espectacular escalón de hundimiento de caldera en el altiplano guatemalteco, el cual ha sido rellenado por agua que proviene de las montañas que lo rodean, formando así mismo, un gran lago endorreico coronado por tres jóvenes volcanes andesíticos (Atitlán, Tolimán y San Pedro), que crecen en la margen sur de la actual caldera. Las alturas de la cuenca varían desde los 1562 metros en las orillas del lago, hasta los 3535 metros en la cima del volcán Atitlán. Una caldera volcánica es una gran depresión generalmente causada por el hundimiento de una cámara magmática aunque puede haberse formado por el deslizamiento del edificio volcánico a favor de gravedad debido a un sobrecrecimiento que lo vuelve inestable. El actual lago Atitlán se ha formado en tiempo geológicamente reciente, forma parte del último ciclo volcánico que ha estado en proceso durante los últimos ciento cincuenta mil años. Por la cronología disponible, se debe considerar Atitlán como activo y podría ser un sitio de futuras erupciones (Rose and Newhall, 1986). Según Newhall (1987) la región del lago de Atitlán se ha formado a partir de 3 ciclos de crecimiento de estratovolcanes, erupciones silíceas y formaciones de caldera (fig. 6): El primero (14-11 Ma), engloba las erupciones de flujos y cenizas silíceos de la serie María Tecún y la formación de de la caldera Atitlán I (al norte de la actual cuenca del lago).El segundo (10-8 Ma): engloba la erupción de cenizas y flujos de la serie San Jorge, el colapso que forma la caldera Atitlán II y las inyecciones de estado

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tardío de diques anulares. El tercero (1-0 Ma): incluye la voluminosa erupción de los Chocoyos, el crecimiento de estratovolcanes cuaternarios y otras erupciones silíceas, la formación de la caldera Atitlán III y el crecimiento de los modernos estratovolcanes del sureste de la caldera III.

Figura 6. Esquema en planta de las sucesivas calderas. (Newhall, C.G., 1987)

Por otro lado, después de cada colapso, la caldera, se ha rellenado parcialmente primero por sedimentos derivados de las jóvenes tobas de cenizas y después por depósitos retrabajados procedentes de estratovolcanes, rellenos de caldera y pequeños flujos de cenizas volcánicas. Como consecuencia, cada caldera ha sido rellenada con sedimentos ricos en productos relacionados con la actual caldera y con los primeros productos procedentes del siguiente ciclo volcánico. Las dos zonas analizadas, se sitúan ambas en la desembocadura de dos ríos, el río San Francisco y el rio Quiscab. Ambos forman un abanico aluvial en su desembocadura (fig. 7 y 8).

Figura 7. Vista frontal del abanico aluvial del R. San Francisco.

Figura 8. Vista lateral del abanico aluvial del R. Quiscab

El principal peligro de estas formaciones son las inundaciones producidas por intensas y prolongadas lluvias, que ocurren con poco o ningún aviso. La principal característica de estos fenómenos, es que el agua circula a altas velocidades y es capaz de transportar grandes cantidades de sedimento y tener un alto poder erosivo . Normalmente los flash-floods se producen con lluvias muy intensas; en general hablamos de cuencas pequeñas (hasta algunos centenares de kilómetros cuadrados) con una elevada pendiente media.

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En el contexto Centroamericano durante la estación seca actúan con muy poca o nula circulación de agua siendo en la estación húmeda (época de invierno: mayo a octubre) cuando más se activan debido a las precipitaciones características de estas latitudes. Durante las tormentas tropicales Stan y Agatha, tanto el rio San Francisco como el rio Quiscab, sufrieron una crecida de apenas unas horas, donde las aguas descendieron de nivel al disminuir la intensidad de lluvia, pudiendo definir que este tipo de inundación se produce durante pocas horas. Al tratarse de procesos de extrema velocidad, dan muy poco margen para la reacción, produciendo gran devastación a pequeña escala (Jonkman, 2005). Por este motivo, los flash-floods tienen las medias de mortalidad y pérdidas materiales más altas por evento de los fenómenos naturales asociados a inundación (Benito et al., 2004).

Metodología:

Se han utilizado dos tipos de metodologías diferentes, por un lado el método geomorfológico integrado basado en el análisis geomorfológico de evidencias y la aportación de testimonios; y por otro lado, el cálculo de caudales máximos en los picos de las avenidas, que proporciona un orden de magnitud del flujo circulante. El análisis de ambas aproximaciones permite tener una visión de conjunto del fenómeno (Fernández-Lavado et al. 2007).

3.1. Método geomorfológico integrado La aplicación del método geomorfológico integrado ha comportado el trabajo en dos grandes ámbitos que se describen a continuación: la fotointerpretación de fotografías aéreas verticales y el trabajo de campo para la búsqueda de evidencias. La fotointerpretación se ha realizado a partir de las fotos aéreas tomadas en 1991, 2001 y 2006. En primer lugar se ha efectuado una fase previa para reconocer la zona de estudio y localizar indicios geomorfológicos y otros datos relacionados con el evento. Las fotos aéreas verticales disponibles son, de los años 1991 y 2001, a una escala muy pequeña (1:60.000 y 1:40.000 respectivamente) en estos casos sólo se ha podido reconocer la evolución del canal principal. En las fotos tomadas en 2006, a una escala mucho más detallada (1:15.000), además de cartografiar el canal principal, se ha podido reconocer los canales secundarios y distinguir las zonas deprimidas además de otros aspectos. El estudio de campo se centró principalmente en los siguientes aspectos: La búsqueda de indicios físicos que permitieran reconocer la altura de la lámina de agua en los momentos de máxima crecida y, en general, el registro de todas las evidencias dejadas por el paso del flujo en la crecida: erosión de los márgenes de los canales, sedimentación de barras, afectación a edificaciones y estructuras antrópicas. El testimonio de las personas residentes en la zona afectada que ha permitido diferenciar los efectos producidos por el Huracán Stan y los producidos por la Tormenta tropical Agatha, además de determinar el nivel de agua alcanzado durante el último evento (fig. 9 y 10). También se ha realizado en este apartado la búsqueda bibliográfica, basada en la recopilación de información proporcionada por libros que narran eventos anteriores y para las inundaciones más recientes se han encontrado fotos y videos que las ilustran. El punteo mediante un sistema de posicionamiento global (GPS) de los márgenes del cauce del sistema fluvial (fig. 11). Comparándolos con los límites deducidos a partir de la fotointerpretación permite observar las variaciones que se han dado entre distintos eventos. También la situación de

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puntos con el GPS ha sido de gran ayuda para situar sobre el mapa todas las descripciones referentes a las observaciones de campo. Paralelamente a la aplicación de los distintos aspectos del método geomorfológico integrado se ha llevado a cabo una búsqueda bibliográfica en dos aspectos principales, por un lado, de artículos relacionados con los tipos de procesos que esperamos encontrar en la zona de estudio, y por otro lado la búsqueda de estudios realizados anteriormente en la zona. Se han encontrado numerosos artículos relacionas con procesos de flash flood y otros procesos asociados a inundaciones, pero por lo que se refiere a los relacionados con la zona de estudio solo hay publicados artículos sobre la geología regional escritos por Rose (1987) y Newhall (1987). Actualmente, Geólogos de Mundo en colaboración con Vivamos Mejor, dentro del proyecto GARICLA, realiza la cartografía geológica y geomorfológica de esta zona.

Figuras 9. Evidencia del nivel máximo de la lámina de agua.

Figuras 10. Evidencias y testimonios del nivel máximo de la lámina de agua.

Figura 11. Punteo mediante GPS de los límites del lecho del río

3.2 Cálculo de caudales El cálculo de caudales se basa en la medición del área de las secciones de paso del flujo y en la estimación de las velocidades de este flujo, de manera que, aplicando la ecuación siguiente se obtiene el caudal: 3

Donde Q es el caudal en m /s.

Q=A·v

A es el área de la sección inundada en m . v es la velocidad del flujo en m/s.

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La medición del área de las secciones y la estimación de las velocidades se realiza a partir de datos recogidos en el trabajo de campo. Para la medición de secciones se busca un lugar adecuado de acuerdo con las características del cauce y los puntos que se quieran medir. En el sitio elegido se sitúa una cuerda como referencia (fig. 12), de manera que se puedan medir tanto la anchura del cauce, como la altura hasta el lecho del río en una serie de verticales que permiten calcular áreas parciales y por suma de ellas el área total de la sección. La sección de referencia medida se ajusta a la sección de paso del flujo a partir de las evidencias encontradas sobre el nivel máximo de agua alcanzado, pudiéndose calcular la sección estimada ocupada por el flujo en el momento máximo de la crecida (fig. 9 y 10). Una vez medidas las secciones en el campo empieza el estudio de los datos recogidos. Para ello, se introducen todos los datos en el programa Microsoft Excel donde se realizan los cálculos correspondientes para conocer los valores de las secciones de paso. Para la estimación de la velocidad de flujo, se han utilizado dos mètodos: -Por un lado la mètodo de Manning, que se basa en una fórmula empírica para flujos en canales abiertos, desarrollada por el ingeniero irlandés Robert Manning (1890), que relaciona los parámetros geométricos de la sección con su estado natural: tipo de lecho (pedregoso, suave, con rápidos y charcas, etc.), disposición y tipo de la vegetación, etc. Viene definida por la relación:

v

2/3

Donde R es el radio hidráulico (A/Wp). 2. A es el área de la sección inundada en m Wp es el perímetro mojado. S es la pendiente del cauce.  es el coeficiente de rugosidad Manning.

1/ 2



A partir de las medidas tomadas en el campo en las secciones se calcula el radio hidráulico y el perímetro mojado. También en el campo, se mide la pendiente del lecho del río, utilizando una cuerda de 100 metros y tensándola hasta conseguir la horizontal, calculando en el extremo de la cuerda aguas abajo la altura desde la cuerda hasta el suelo, podemos conocer la pendiente media que hay en esos cien metros de longitud. La única variable teórica es el coeficiente de rugosidad de Manning que se aplica uno u otro en función del material del cauce, la profundidad del flujo, las irregularidades de la sección transversal, la vegetación y la alineación del tramo. En la tabla 2 se presentan algunos coeficientes posibles. Tabla 2. Coeficientes de rugosidad según la medida del material del cauce y aplicado a llanuras y canales (Fernández-Lavado, 2005).

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- Por otro lado se ha utilizado el método paleohidráulico propuesto por Costa (1983), donde el único elemento que interviene en el cálculo de la velocidad es la medida de los bloques que han sido transportados por la crecida (fig. 13). Se calcula la media de la medida del eje intermedio de al menos cinco de los bloques más grandes. Para ello se miden los tres ejes (perpendiculares entre sí) de los bloques situados aguas abajo de la sección considerada y de todas las medidas realizadas se eligen los 5 mayores (fig. 13). La estimación de la velocidad se obtiene con la fórmula empírica de Costa (fig. 14): Donde v es la velocidad (m/s) y

d es el valor de la media del eje intermedio de los 5 bloques mayores (mm)

Figura 14. Gráfico Regresión de Costa (1983) para el cálculo de la velocidad a partir del diámetro medio de los bloques más grandes.

Al seleccionar los bloques es importante medir los más grandes y observar indicios que muestren que han sido transportados por el flujo. En la zona estudiada una de las litologías guía que utilizamos como referencia fueron los bloques de andesita ya que sabemos que no afloran cerca de las zonas de estudio y, por tanto, debían haber sido transportados. Además, se fotografiaron y se marcaron con GPS todos los bloques medidos para situarlos, y poder utilizarlos si después de otro evento se puedan reconocer si han sido transportados de nuevo o no.

Figura 12. Método utilizado para medir el área de la sección.

Figura 13. Medición de los bloques.

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3.3 Métodos utilizados para cada evento. En este trabajo se ha utilizado para cada evento una metodología u otra en función de la información disponible y de la calidad la misma. Principalmente tenemos tres eventos a estudiar en los cuales se ha efectuado una técnica u otra. El primero corresponde a la inundación que hubo en 1949.Para este se ha utilizado únicamente información histórica, ya que la única información disponible, es la proporcionada por el testimonio de gente local y la extraída en algunos libros antiguos. El segundo corresponde a las inundaciones producidas por el Huracán Stan (oct 2005) donde principalmente se ha hecho una fotointerpretación detallada mediante unas fotos aéreas tomadas en 2006 (meses después del evento). También se ha efectuado un estudio de campo, ya que todavía se observan restos de los daños producidos por las inundaciones. Por otro lado ha sido de gran ayuda la información bibliográfica recogida además de fotos, videos y otros documentos. El tercero corresponde a las inundaciones producidas por la Tormenta tropical Agatha, en la que se ha destinado la mayor parte de la campaña de campo. Por otro lado la recopilación de información sobre este último evento ha servido para complementar la información de campo y para orientarnos mejor a la hora de hacer los estudios de campo con el fin de sacar mejores resultados.

4. Resultados y discusión Como ya se ha comentado anteriormente, los estudios se han realizado en las dos principales cuencas de la zona norte del lago Atitlán (fig. 15). Para tener una primera aproximación de las características de estas cuencas se presentan, en primer lugar, algunos aspectos generales necesarios para su contextualización: sus dimensiones, el índice de Gravelius y la densidad de drenaje, así como, los datos hidrológicos obtenidos, reconocimiento de inestabilidades gravitatorias en las cuencas y las mediciones realizadas del nivel del lago que constituye el nivel de base de las cuencas estudiadas. Posteriormente se presentan los resultados obtenidos para cada una de las dos cuencas estudiadas. 2

La cuenca de rio San Francisco con una superficie de 70,93 Km , es notablemente más pequeña 2 que la cuenca del río Quiscab con una superficie de 151,89 Km . Según el índice de Gavelius: Donde P es el perímetro de la cuenca (km) y

√

A es el área de la cuenca (km2) (Senciales, 1999).

La cuenca del río San Francisco es de tipo Óvala redonda- Óvala oblonga (Kc=1.47), mientras que la del río Quiscab es de tipo Óvala oblonga-Rectángulo oblonga (Kc=1.57). Ambas tienen una densidad de drenaje media siendo la cuenca del río San francisco la que tiene mayor densidad (dSt.Francisco=3.23, dQuiscab=2.68). Una densidad de drenaje que casi alcanza el valor de densidad alta, este valor puede estar condicionado por la baja infiltración de la cuenca.

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Figura 15. Mapa con la situación de las dos cuencas estudiadas.

Desde un punto de vista hidrológico solo se han encontrado registros de caudales en la estación de aforo de Concepción-Potrero que estuvo activa durante catorce años pero que en la actualidad no lo está. Esta estación está situada en el río San Francisco a 1.889 m de altitud, en un punto de la cuenca muy alejado de la desembocadura (fig. 16 y 17). En este lugar se aprovechó para realizar la sección número 6. Los datos disponibles de esta estación corresponden a los caudales medios mensuales del 3 3 período de registro, que oscilan entre los 0,22 m /s del mes de marzo (estación seca), a los 1,35 m /s del mes de agosto (estación húmeda). Estos valores de caudal bajos indican que los regímenes hídricos de estos ríos corresponden a caudales ordinarios bajos, en los que habitualmente circulan flujos muy pequeños, y sólo cuando hay fuertes lluvias, se alcanzan valores de caudales altos. En estos casos, se superan la capacidad de la estación de aforo y no se pueden medir. Desde este punto de vista los datos disponibles hasta el momento a nivel de medias mensuales no son útiles para la problemática estudiada en este trabajo.

Figuras 16 y 17. Estación de aforo Concepción-Potrero.

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A partir de las imágenes del 2006 tanto en la cuenca del río San Francisco, como en la cuenca de río Quiscab, se han reconocido los diferentes deslizamientos y cartografiando el área afectada por éstos. Gracias a dicha cartografía, se ha observado que en la cuenca del río San Francisco, el área ocupada por deslizamientos, es del 2.3%, mientras en la cuenca del río Quiscab es del 0.31%, es decir 7.4 veces inferior. Una primera interpretación apuntaría a que se debe a una diferencia de relieve siendo la cuenca del río San Francisco la que tendría un mayor relieve Un aspecto importante, es la evolución del nivel del lago y su afectación en la dinámica natural del río. Como ya he comentado en la introducción, el lago Atitlán, es un lago endorreico, el nivel del cual ha ido variando durante los últimos años, pero no existe un registro medido de ello. Para constatar el orden de magnitud de estos cambios de nivel, se midió la diferencia de altura de agua en la zona del embarcadero de un hotel en Panajachel, entre el nivel que se observa en unas fotos tomadas en los años 70’ y el nivel actual del lago. La diferencia de altura obtenida corresponde a un valor de 6,65m (fig. 18 y 19).

Figuras 18 y 19. Variación del nivel del lago entre 1976 (fig. 18) y la actualidad (fig. 19). En la figura de la izquierda se observa un embarcadero que en la actualidad (fig. de la derecha) esta unos metros por encima del nivel del lago.

Este descenso del nivel, según fuentes locales, empezó a partir de un gran terremoto que hubo en el 1976, desde entonces la población ha ocupado zonas que años atrás habían estado sumergidas, no obstante en los últimos años está volviendo a aumentar ligeramente el nivel, posiblemente como consecuencia del aumento del paso de los huracanes (fig. 20). Este hecho es visible en algunas poblaciones (Santa Catarina Palopó) donde algunos embarcaderos que estaban situadas en la orilla del lago, ahora se encuentran parcialmente sumergidos.

Grafico de "el tablon"

Precip. (mm)

250 200 150 100 50

1994 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Figura 20. Gráfico donde se ilustra el aumento de precipitación en una de las estaciones situadas en la región del lago Atitlán.

Estudio de inundabilidad en la zona norte del lago Atitlán (Guatemala) – Guillermo Serra (julio 2011)

El descenso medido de más de 6 metros sin duda condiciona la dinámica natural del río. El descenso del nivel de base del río comporta un aumento de la incisión y por tanto un encauzamiento de éste. Esta incisión empieza en zonas cercanas al lago y va aumentando progresivamente aguas arriba.

4.1. Cuenca del río San Francisco. La desembocadura del río San Francisco, es una zona que durante las últimas épocas ha sufrido un aumento notable de la población, hecho que ha provocado que se ocupen zonas extremadamente cercanas al río. Con el paso de los últimos ciclones, varias zonas se han visto afectadas por el río y con la intención de minimizar los daños se han hecho obras de ingeniería civil que por ahora no han dado muy buenos resultados. La única obra que ha resistido los últimos episodios de inundaciones han sido los muros por un lado de Ubico, construidos en el sector izquierdo (dirección del flujo) y más tarde como consecuencia de las inundaciones de 1949, los muros de Arévalo en el margen derecho del río. Éstos definen un espacio para el río de unas dimensiones considerables (entre 159m y 190m). Uno de los principales problemas es que se ha permitido construir dentro de estos muros y por ese motivo ahora se quiere controlar la evolución del río mediante tales obras. 4.1.1.

Inundación del 1949

Sobre la inundación de 1949 se ha encontrado poca información, se sabe que el río al descender con fuerza por el lecho del río, desbordó cerca del puente de Ubico y se adentró circulando una parte por la barrio norte que más tarde recorrería las calles: Calle Principal, Avenida El Sauce (actualmente calle Santander, Rancho grande y otra parte se desvió cerca de la zona de desbordamiento circulando por la carretera del oeste, ambas provocando inundaciones y destrozos en casas y otras estructuras (Cortés, 1958; De Pineda, 1964). Por otro lado el pueblo quedó incomunicado debido a los deslizamientos que afectaban las carreteras que llevan a Sololá y a San Andrés Semetabaj (fig. 21). Es posible que el nivel de base del lecho del rio fuera mucho más alto ya que se encuentran depósitos que fuentes locales afirman que son del 1949 y éstos se encuentran unos 3 metros por encima del lecho actual. Éste hecho también corrobora la afectación que ha tenido durante los últimos 40 años, la disminución del nivel de base del rio y como consecuencia la incisión del mismo.

Figura 21. Mapa donde se ilustra la inundación de 1949.

Estudio de inundabilidad en la zona norte del lago Atitlán (Guatemala) – Guillermo Serra (julio 2011)

4.1.2.

Inundación provocada por el Huracán Stan.

Durante los días 5 y 6 de octubre del 2005, se produjeron fuertes inundaciones debido al paso del Huracán Stan, de los efectos producidos por este evento se ha podido hacer una aproximación, gracias a los testimonios de la población y a las fotografías aéreas del 2006. Las fuertes lluvia provocaron en poco tiempo, un gran aumento del caudal que generó un flujo de grandes dimensiones de carácter torrencial, con una carga sólida muy elevada. Según testimonios del evento el flujo en el canal principal se desplazaba en zigzag golpeando y erosionando los márgenes del cauce. (Mapa 1) Inventario de los desperfectos producidos: 1. 2.

3. 4. 5.

Destrucción del puente que unía Jucanyá con el centro de Panajachel. El rio desbordó e inundó las casas del Noroeste y el estadio de Panajachel, pasó por encima de éste pero no llego a alcanzar el campo de baloncesto Se encontraron grandes bloques sobre el estadio (fig. 22). Casas y cultivos de la zona de Juacanyá norte, fueron seriamente afectados. (fig. 23) Pérdida de una parte de la calle Xecumuc y rotura de una parte del muro del Arévalo. En el barrio de Jucanyá. Perdida de la planta de tratamiento de aguas en el barrio de Jucanyá. (fig. 24)

En la fotointerpretación, se han reconocido las zonas afectadas por la inundación, tanto el lecho del río como zonas de desborde. Se observan varias zonas urbanas situadas dentro de los muros, que están afectadas por el paso del río y algunas que han quedado aisladas formando una isla en medio del lecho. También se observa que el río tiene una morfología muy irregular con tramos notablemente más anchos que otros que oscilan entre los 50m y los 200m (mapa 1, anexos).

Figuras 22, 23, 24. Respectivamente. Efectos de la inundación producida por el “Stan”. Figura 22. Inundación del campo de fútbol. Figura 23. Edificios afectados en la zona norte de Jucanyá. Figura 24. Imagen de la planta de tratamiento destruida.

Estudio de inundabilidad en la zona norte del lago Atitlán (Guatemala) – Guillermo Serra (julio 2011)

Además del río principal, el abanico está alimentado por torrentes que durante el evento provocaron inundaciones y que en la fotointerpretación se observan conos de deyección en su base. 4.1.3.

Inundación provocada por la tormenta tropical Agatha.

La inundación provocada por la tormenta tropical Agatha sucedió los días 29 y 30 de mayo 2010. Se trató de una crecida rápida, según testimonios del evento, alrededor de las 18h-19h del día 29, llegó una ola con caudales máximos que al perder intensidad depositó grandes cantidades de sedimentos, que en algunas zonas alcanzaron los 3m de material nuevo. Para cartografiar los nuevos márgenes del canal principal del río, se puntearon algunos segmentos con GPS para luego digitalizarlos con el programa ARCGIS (Mapa 1, anexos). Desperfectos producidos: 1.

2. 3.

En este caso no paso por encima del campo de fútbol como sucedió en la inundación producida por el Huracán Stan, pero sí socavó mucho e hizo caer el techo del campo de básquet y destruyó parte de éste. Destrucción del puente peatonal, conocido como “puente azul” (fig. 25). Los márgenes del río a largo de toda la zona situada dentro del abanico, fueron erosionados en algunos casos con retrocesos de varios metros provocando el derrumbe de numerosas casas y otras estructuras (fig. 26).

Figura 25. Destrucción del “puente azul”

4.1.4.

Figura 26. Erosión del margen del lecho.

Cálculo de caudales de la tormenta tropical Agatha.

Para la estimación de caudales máximos de la tormenta tropical Agatha, se realizaron 7 secciones a lo largo del río San Francisco, 6 situadas dentro del abanico aluvial y una situada en la estación de aforo Concepción-Potrero (comentada anteriormente). A partir de las medidas tomadas en el campo y de acuerdo con la metodología expuesta, se han calculado valores de la sección de paso y de la velocidad del flujo, para obtener finalmente el caudal máximo en cada sección. Los resultados obtenidos se presentan en la tabla 3. En primer lugar se observa como las áreas de las secciones situadas dentro del abanico, son 2 2 bastante constantes y oscilan entre los 132 m y los 165 m , teniendo en cuenta que la anchura de la sección varía notablemente de una a otra, vemos reflejado una variación en la altura del nivel de agua. (Oscila entre 1,2 m y 3,4 m). En relación a las velocidades del río dentro del abanico encontramos que las velocidades calculadas a partir de la fórmula de Costa dan valores similares, entre 5,4 m/s y 7,1 m/s. Teniendo en cuenta que ésta únicamente depende de la medida de los bloques, se debería cumplir una disminución

Estudio de inundabilidad en la zona norte del lago Atitlán (Guatemala) – Guillermo Serra (julio 2011)

progresiva de la velocidad del flujo a medida que nos acercamos a la desembocadura. En la tabla observamos valores superiores a 6 m/s en la parte alta del abanico e inferiores en la parte baja. La fórmula de Manning a diferencia de la de Costa, tiene en cuenta más variables como el radio hidráulico, la pendiente y el coeficiente de rugosidad de Manning. Para el coeficiente de rugosidad, debido a la dificultad de su elección, se han utilizado dos valores distintos, para valorar cual se ajusta mejor a la zona estudiada. Utilizando la tabla planteada por Fernández-Lavado, 2005 (tabla 2) los valores que parecen más adecuados son =0,03 y =0,07, siguiendo las indicaciones de “caudales de montaña y grandes bloques”. Tabla 3. Resultados obtenidos en las diferentes secciones del río San francisco. Toponímia

Secc. 1. Parte superior abanico Secc. 2. Puente de Ubico Secc. 3. Isla Secc. 4 Zona inferior del abanico Secc. 5. Puente nuevo Secc. 9 Puente azul Secc. 6 Concepciónpotrero (Situada fuera del abanico)

Area (m2)

148,9

115,4

1,29

6,54

6,28

Vel Manning (m/s) (coef. 0,07) 2,69

131,7

84,0

1,57

7,18

7,23

3,10

945,6

952,1

408,1

162,1 140,6

138,4 83,0

1,17 1,69

6,08 5,34

6,78 7,74

2,90 3,32

985,5 751,2

1098,9 1087,5

471,0 466,1

152,4

44,7

3,41

5,41

12,69

5,43

824,9

1934,0

828,9

164,7

119,7

1,38

5,41

6,70

2,87

890,9

1103,0

472,7

91,4

40,0

2,29

7,40

9,18

3,93

676,7

839,1

359,6

Anchura (m)

Altura media(m)

Vel. Costa (m/s)

Vel Manning (m/s) (coef.0,03)

Caudal Costa (m3/s)

974,4

Caudal Manning (m3/s) (coef. 0,03) 936,0

Caudal Manning (m3/s) (coef 0,07) 401,1

Observando los resultados, el coeficiente de =0,03 se ajusta más a los valores obtenidos con la fórmula de Costa, con valores que oscilan entre 6,2 m/s y 7,4m/s, excepto la sección nº 5 que comentaremos más adelante. Se observa que los valores obtenidos con la fórmula de Manning son ligeramente superiores que los obtenidos con la fórmula de Costa, y no decrecen a medida que nos acercamos a la desembocadura. El encauzamiento del río y la explotación de áridos pueden ser dos motivos por los cuales no disminuya la velocidad utilizando la fórmula de Manning ya que la ecuación depende de la pendiente y si ésta no disminuye, la velocidad puede mantenerse estable. Este es el caso de la sección nº 9, al tratarse de una sección tomada en un puente muy estrecho, la altura del agua aumenta considerablemente provocando que la diferencia entre el área y el perímetro mojado sea muy grande y por tanto se obtengan valores de velocidad más altos que el resto. Para solucionar este problema se utilizó el programa HEC-RAS haciendo una interpolación entre las secciones cercanas a esta (secciones nº 9 y nº 4) y ver qué valores se obtenían de velocidad y área en la sección nº 9 (fig. 27). Para llevar a cabo este cálculo primero se introdujo la geometría correspondiente a las tres secciones y un caudal común para las tres asumiendo que el régimen es permanente y uniforme. Para el 3 caudal se ha interpolado el valor entre las secciones nº 4 y nº 9 obteniendo un resultado de 1.090 m /s (para =0.03). Las condiciones de contorno consideradas son: el calado crítico en la sección de aguas arriba (sección nº 9) y el nivel de la lámina de agua conocido en la sección aguas abajo (sección nº 4).

Estudio de inundabilidad en la zona norte del lago Atitlán (Guatemala) – Guillermo Serra (julio 2011)

Figura. 27. Esquema de la evolución del río calculado a partir del programa HEC-RAS. Color azul: Representa el flujo hídrico. Líneas rojas: Representan el canal principal. En negro están representadas las secciones.

La elección de estas condiciones de contorno corresponde a la hipótesis de régimen rápido o supercrítico previamente comprobado mediante la fórmula de Froude.

v= velocidad (m/s) y= altura media lámina de agua o calado medio. g= gravedad

√

Se verificó que tanto en las secciones nº 4 como nº 9, Fr>1, por tanto, la hipótesis era válida. Después de haber realizado los cálculos se observaron ciertas diferencias respecto a los valores que se tenían. Éstos representaban medidas discretas de caudal y velocidad, mientras que con el programa HEC-RAS se obtuvo una lámina continua de agua en base a las condiciones de contorno introducidas. Esto queda reflejado en la sección nº 5 donde con los datos de campo se obtuvo una velocidad muy elevada, suponiendo una sección constante que en realidad sólo existe en un punto. En cambio con el programa HEC-RAS, la velocidad no es tan alta porque asegura una continuidad del caudal. Como consecuencia encontramos valores que oscilan entre los 5 m/s y los 9 m/s a lo largo de las tres secciones (Tabla 4). Tabla 4. Resultados obtenidos a partir del programa HEC-RAS 2

Secciones

Área (m )

Anchura(m) Altura media(m)

Velocidad (m/s)

Caudal(m /s) Num. Foude

Sección nº9

249,9

118,8

3,79

5,81

1080

1,02

Sección nº5

170,9

44,32

5,05

7,41

1080

1,11

Sección nº4

137,4

81,2

2,76

9,37

1080

1,96

Como el caudal se obtiene como el producto de la velocidad por el área, también se obtienen caudales similares con la de Manning, como los obtenidos con la fórmula de Costa. Para la fórmula de 3 Costa se obtuvieron caudales del orden de 900 m /s y para la fórmula de Manning (=0,03) del orden de 3 1000 m /s. Por último la sección nº 6 situada en la estación de aforo Concepción-potrero, se han obtenido 3 3 valores de velocidades bastante altos, entre 7,4m /s (Costa) y 9,18 m /s (Manning, para =0,03)

Estudio de inundabilidad en la zona norte del lago Atitlán (Guatemala) – Guillermo Serra (julio 2011) 3

mientras que los valores de caudal oscilan alrededor de los 750 m /s, siendo notablemente más bajos que en las anteriores secciones. Teniendo en cuenta que se trata de una sección situada en una cota más alta en la cuenca, donde el río no ha recibido todo el aporte de agua de la cuenca, es coherente que los caudales sean bajos y las velocidades altas ya que aguas arriba encontramos pendientes más pronunciadas.

4.2.

Cuenca del río Quiscab.

La desembocadura del río Quiscab, a diferencia de la anterior, se encuentra muy poco poblada. Se trata de una cuenca bastante virgen donde el río sigue una evolución natural estando poco condicionado por la actividad humana. Por un lado, es muy interesante porque nos da la posibilidad de conocer la dinámica natural del río y tratándose de un río que apenas ha sufrido alteraciones antrópicas, se pueden utilizar indicadores naturales para llevar a cabo las mediciones correspondientes. Por otro, la falta de testimonios que den información acerca de esta zona hace que a veces sea difícil determinar las alturas de la lámina de agua o bien conocer los efectos que tuvo sobre el entorno (fig. 28 y 29). Por este motivo sobre la inundación del 1949 no se ha conseguido información. 4.2.1.

Inundación producida por el Huracán Stan

Para esta inundación únicamente se ha realizado una fotointerpretación exhaustiva del área de estudio donde se han reconocido las zonas por donde en su día circuló el agua. Durante la inundación, el agua circuló principalmente por un gran canal que en su parte baja tenía unos 180 m de ancho y por un pequeño canal secundario paralelo a éste. Otro canal, este más pequeño surcaba el margen este del abanico desplazándose más tarde a una zona más central. Posiblemente este canal recogía en parte el agua que bajaba de los pequeños torrentes de la zona este del abanico aluvial. Por último, en el margen oeste de abanico, correspondiendo con una zona depresiva, se observan restos del paso de agua que solo en su parte más cercana al lago formaron pequeños canales. Seguramente el canal principal desbordó en un punto e inundó parte de la zona oeste causando desperfectos en la única zona habitada del abanico (Mapa 2, anexos). 4.2.2.

Inundación producida por la Tormenta tropical Agatha

El paso del agua durante este evento hizo que se cumplieran los pronósticos que la antigua inundación ya mostraba. Las zonas donde la antigua inundación había presentado indicios de que podían ser zonas muy susceptibles de ser inundadas acabaron siendo ocupadas por grandes cantidades de agua y sedimento con un altísimo componente erosivo. El canal central se ha mantenido más o menos en el mismo estado, pero el canal secundario que circulaba paralelo a éste, ha aumentado su anchura notablemente. Lo mismo ha pasado con el canal que circulaba por la zona este del abanico aluvial. El principal cambio respecto a la anterior inundación (Stan), pertenece a la zona oeste del abanico. Esta zona ha sido completamente erosionada por el paso del río, arrollando casi por completa la población instalada en esta zona. El desbordamiento se produjo en el canal central y aparentemente una gran cantidad de agua y sedimento de adentraron en esta pequeña depresión del abanico creando un canal que en su parte baja tiene una anchura aproximada de 510 m de ancho y dando lugar a escarpes de unos 8 metros de alto (Fig. 30 y 31). Dentro del canal se conservan dos islas donde todavía quedan restos del antiguo asentamiento (Mapa 2, anexos). Otro detalle interesante es que con la reciente subida del nivel del lago, en la mayor parte del lago el agua está ganando terreno a la costa, mientras que en este punto, debido al gran aporte de sedimento producto de la erosión, la línea de costa ha avanzado. En su punto máximo ha progradado unos 36 m mientras que en canal central ha tenido un retroceso de 71 m. Esta observación sobre las variaciones tanto en los límites del canal como en la línea de costa se ha realizado gracias al punteo con GPS de gran parte los límites antes mencionados.

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Figura 28. Grandes bloques en el (sección 8).

ápex de abanico

Figura 29. Vista del abanico desde la zona intermedia de éste (sección 7).

En los trabajos de campo se observaron niveles de terrazas situados a cotas superiores al nivel actual del cauce del río (fig. 32), lo que nos indica el encajamiento de los cauces como consecuencia de los cambios del nivel del lago comentados anteriormente.

Figura 30. Zona ocupada en la inundación producida por el “Agatha, que afectó al antiguo pueblo”.

Figura 31. Detalle del escarpe que formó el paso del agua en la Tormenta Agatha, al pasar por la zona oeste del abanico.

Figura 32. Terraza fluvial a una cota superior al lecho actual del río, indicador de su encajamiento.

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4.2.3.

Cálculo de caudales de la Tormenta tropical Agatha

Para la estimación de caudales máximos de la tormenta tropical Agatha, se efectuaron tres secciones a lo largo del río Quiscab, una en la zona más alta del abanico, otra en la parte media y otra en la parte baja. Ésta última compuesta por cinco secciones ya que en la zona baja del abanico se ramifica. A partir de las medidas tomadas se han obtenido los resultados que se presentan en la Tabla 5. En este caso las áreas son diferentes en las tres secciones y su valor aumenta a medida que nos acercamos a la desembocadura. La anchura de las secciones aumenta aguas abajo, fruto de la dinámica natural del río. Cuando el río sale de la zona alta del abanico, donde va encajado entre las dos vertientes, crea nuevos canales y como consecuencia disminuye la altura del nivel de agua tal como se observa en la tabla. En relación al cálculo de velocidades, en este caso teniendo en cuenta los datos de campo y acorde con las descripciones mencionadas en la tabla descrita por Fernández-Lavado, 2005, se ha decidido aplicar un coeficiente de rugosidad de Manning de =0,07. Según este coeficiente, obtenemos valores de velocidad de 8,24 m/s en la entrada del abanico y 3,1 en su parte más baja mostrando claramente un descenso acorde con la dinámica natural de estos procesos. Tabla 5. Resultados obtenidos en las diferentes secciones del río Quiscab.

Toponimia

Área (m2)

Anchura (m)

Altura media (m)

Vel. Costa (m/s)

Vel Manning (coef.0.05) (m/s)

Secc.8. zona alta

222,8

67,5

3,82

7,79

11,54

Secc. 7. zona intermedia

390,8

156,0

2,51

6,24

Suma secc.10,11,12,13,14

686,3

510,5

1,66

Secc.10. parte baja (de izquierda a derecha)

136,8

112,3

Secc.11. parte baja (de izquierda a derecha)

96,1

Secc.12.. parte baja (de izquierda a derecha)

Vel Manning (coef. 0,07) (m/s)

Caudal Costa (m3/s)

Caudal Manning (coef. 0,05) (m3/s)

Caudal Manning (coef 0,07) (m3/s)

8,24

2082,5

3082,7

2201,9

7,45

5,32

2437,7

2911,2

2079,4

4,46

4,34

3,10

3093,4

3004,9

1665,0

1,22

3,84

4,20

3,00

525,0

575,1

410,8

75,5

1,27

4,97

3,21

2,29

477,7

308,5

220,4

202,1

102,0

1,98

4,94

5,16

3,68

999,0

1042,6

744,7

Secc.13. parte baja (de izquierda a derecha)

109,3

36,0

3,04

3,84

6,65

4,75

419,7

726,7

519,1

Secc.14. parte baja (de izquierda a derecha)

141,9

184,7

0,77

4,73

2,48

1,77

672,1

351,9

251,3

Con la fórmula de Costa se obtienen valores parecidos a los anteriores que oscilan entre 7,8 m/s en su parte alta y 4,5 m/s en su parte baja. En este caso la variación de velocidad es menor.

Estudio de inundabilidad en la zona norte del lago Atitlán (Guatemala) – Guillermo Serra (julio 2011)

Utilizando la fórmula de Costa las velocidades a medida que nos acercamos a la desembocadura disminuyen, siguiendo la lógica de la medida de los bloques. Posiblemente éste sea el motivo por el cual la disminución de velocidad sea menor en este caso. Utilizando la fórmula de Manning, la disminución de la velocidad es más pronunciada, este hecho viene dado por la disminución del valor del radio hidráulico. A medida que nos encontramos más cerca de la desembocadura, la relación área/perímetro mojado cada vez tiene un valor más pequeño, dando lugar a velocidades más bajas. El coeficiente de Manning afecta al agua que está en contacto con el perímetro mojado y por tanto cuanto más bajo es el valor de éste y más alto es el del área, obtendremos valores de velocidad más elevados. En relación a los caudales, el incremento notable del valor del área repercute en el valor de los caudales. Cuanto menor es la variación de velocidad entre las tres secciones más se invierten los valores 3 de caudales. En el caso de Costa, la sección de entrada al abanico tiene un caudal de unos 2.000 m /s, 3 mientras que la más cercana a la desembocadura tiene un caudal de 3.000 m /s. En el caso la ecuación de Manning, al tener una variación de velocidad mayor, no se llegan a invertir los resultados de 3 3 caudales, teniendo valores de 2.200 m /s en la sección de entrada y 1.600 m /s en la más cercana a la desembocadura.

4.2.4.

Relación entre los resultados de ambas cuencas.

En la cuenca de río Quiscab al tener aproximadamente el doble de área que la del río San Francisco, se observan caudales que en algunos casos casi triplican a los de su cuenca vecina y este hecho también se ve reflejado en las velocidades. Por otro lado en la cuenca del río Quiscab se observa una evolución natural de la velocidad del flujo, así como de la variación de sus secciones, siendo más estrechas al principio y más anchas en su desembocadura siguiendo la forma natural del abanico. Esto no sucede en el río San Francisco donde las secciones varían en función de los obstáculos (puentes, diques, etc…) que va encontrando a su paso y por tanto, la velocidad varia a razón de ello. Éstas estructuras en muchos casos no están bien dimensionadas, cuando estos sucede llegan a actuar como una presa provocando una crecida aguas arriba que aumenta la probabilidad de desbordamiento. En algunos casos el río acaba rompiendo el puente, este es el caso del antiguo puente que cruzaba el río San Francisco que poco después que el agua ya inundara el campo de fútbol éste cedía i era derribado por el agua. En base a los caudales obtenidos, puentes como el equivalente a la sección nº 5, donde el nivel de agua según la modelización hecha con el programa HEC-RAS, asciende hasta los 5 m y el puente tiene un calado máximo de 7 m, cualquier incremento en el caudal podría derribarlo, por lo tanto se considera mal dimensionado. Los resultados obtenidos en este estudio, deberían ser de utilidad en el momento de incorporar nuevas estructuras en el río para corroborar que éstas estén bien dimensionadas. Un aspecto interesante es que la variación del nivel de base, como ya se ha dicho anteriormente, está condicionando el encauzamiento del río. Este cambio, está produciendo que en la parte inferior del abanico al haber mayor incisión, la probabilidad de desbordamiento sea menor y el río erosione los márgenes. En cambió en las zonas altas del abanico, la incisión todavía no esta tan presente y es aquí donde hay una mayor probabilidad de desbordamiento. Un ejemplo es el desbordamiento que se produjo en el río Quiscab justo cuando el río deja de ir encajado entre las dos vertientes. Hay que tener en cuenta que el descenso del nivel del lago es un factor favorable para la estabilidad del lecho del río, pero temporal debido a la variabilidad que puede presentar. Si en 30 años ha descendido casi 7 metros, puede volverlos a recuperar provocando que la sedimentación en el río se produzca aguas arriba y como consecuencia se rellene el canal aumentando la probabilidad de desbordamiento. Cualquier obra relacionada con canalizar el río, sería muy arriesgada, teniendo en cuenta la variación del nivel de base y todavía más tratándose de una zona de sedimentación. Un aspecto que afecta de forma directa es la extracción de áridos que se lleva a cabo principalmente en la zona media y baja del abanico del río San Francisco. Cada año después de la época de lluvias, las empresas constructoras extraen áridos recogiendo parte del sedimento dejado por los últimos eventos

Estudio de inundabilidad en la zona norte del lago Atitlán (Guatemala) – Guillermo Serra (julio 2011)

(Fig. 33). Este hecho es favorable para mantener un encauzamiento constante y no disminuir la capacidad del lecho del río. Por otro lado después de utilizar la fórmula de Costa y la de Manning para el cálculo de velocidades, hemos podido observar que la fórmula de costa, que depende únicamente de la medida de los bloques, en ríos con un régimen torrencial, da valores que al margen de si realmente reflejan con exactitud las velocidades reales, mantienen una coherencia. En cambio, aplicando la fórmula de Manning se obtiene que las variaciones en las secciones, afectan más en el cálculo de velocidades, sobre todo si estas variaciones no son progresivas, si no que vienen condicionadas por estructuras en el lecho del río. Por lo tanto, para ríos con variaciones tan marcadas en las secciones la fórmula de Costa da resultados con variaciones menores.

Figura 33. Extracción de áridos en el río San Francisco.

Figura 34. Colocación de gaviones para evitar la erosión lateral del río.

Figura 35. Obras de canalización del río San Francisco, marzo-abril de 2011.

Figura 36. Miembros del equipo de trabajo junto con los de Geólogos del mundo en Panajachel.

Estudio de inundabilidad en la zona norte del lago Atitlán (Guatemala) – Guillermo Serra (julio 2011)

4.3. Mapa de inundabilidad Los resultados obtenidos en el estudio de los ríos San Francisco y Quiscab se han integrado en un mapa de inundabilidad con el fin de catalogar los diferentes grados de inundación. Se han distinguido tres grados de inundación (Mapa 3, anexos): 1. Grado Muy alto: corresponde a zonas que han sido ocupadas por el río, según la fotointerpretación realizada a partir de las fotografías del 2006, posteriores al paso del huracán Stan y la cartografía de campo referente a la tormenta tropical Agatha. 2. Grado alto de inundación: se trata de las zonas colindantes a las zonas de grado muy alto, situadas a cotas topográficas relativamente bajas. 3. Grado medio de inundación: Corresponde a zonas con menor probabilidad de verse afectadas en crecidas del rio extraordinarias. Son zonas situadas sobre el abanico, a una cota topográfica superior. En el caso del río San Francisco corresponden a la zona del abanico situada fuera de los muros de Ubico y Arévalo. También se han representado en el mapa de inundabilidad, en el caso del río San Francisco, aquellas zonas con más probabilidad de desborde del canal principal; y las zonas más susceptibles de padecer erosión del escarpe del cauce principal del río. En este mapa de inundabilidad únicamente se han tenido en cuenta los efectos que pueden producir los principales ríos (San Francisco Y Quiscab), ya que, por motivos de tiempo, no se han estudiado los torrentes secundarios que también afectan al abanico.

5. Conclusiones y recomendaciones La elaboración de un mapa de inundabilidad en un abanico aluvial es una tarea compleja. La evolución de un río en estos ambientes en condiciones naturales, tiende a ocupar toda la zona del abanico, tal como se ha observado en el caso del río Quiscab en los dos episodios cartografiados (mapa 2, anexos). Por ello, la construcción de estructuras para intentar controlar los canales que se generan en las crecidas, es una solución poco recomendable, ya que para alcanzar un grado de seguridad alto se requieren estructuras de grandes dimensiones, que son muy costosas, de manera que, las que se construyen, de menores dimensiones, generan una falsa sensación de seguridad que conllevan grandes desastres cuando se sobrepasan. En estos casos es recomendable un ordenamiento territorial a partir de la realización de estudios geomorfológicos e hidrológicos que permiten generar mapas de inundabilidad (mapa 3, anexos) y de peligrosidad, a partir de los que se establecen las áreas de ocupación más seguras, priorizando la ubicación en ellas de edificios públicos de primera necesidad. Si ya se ha edificado dentro del abanico, como en el caso del río San Francisco en la zona de Panajachel, se recomienda dejar el máximo espacio posible a los canales principales actuales para facilitar el desagüe de las crecidas que se generen. De acuerdo con esta propuesta en el abanico del río San Francisco se debería:  Respetar el espacio que se encuentra entre los muros de Arévalo y de Ubico y prohibir la construcción de nuevas viviendas en esta zona.  Reforzar las zonas de posible desbordamiento (mapa 3, anexos).

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 Construir muros de defensa en las zonas marcadas como zonas de erosión lateral. Una posibilidad sería aprovechar los muros de Arévalo y Ubico y prolongarlos a lo largo del lecho del río.  Reubicar a las familias que viven en el espacio situado entre los muros, definido como zona inundable en grado alto y muy alto. Si no es posible, se deberían diseñar planes de emergencia y evacuación de estas zonas y en general del conjunto de la zona habitada. El ordenamiento territorial también debería realizarse a través de la gestión de toda la cuenca de los ríos que integran la cuenca del lago Atitlán. Una buena gestión a nivel de cuenca puede reducir los problemas producidos por las inundaciones en las zonas de desembocadura. Por ejemplo, un control adecuado de los usos del suelo, la localización y planificación de medidas de contención de las zonas con una alta probabilidad de deslizamiento y la reforestación de determinadas zonas afectadas por la erosión, puede reducir el caudal máximo de la avenida y su carga sólida, y con ello la capacidad erosiva y destructiva del flujo generado. De todos modos, debemos considerar que las medidas estructurales para evitar las inundaciones, no aseguran al 100% la seguridad de las personas y de sus bienes más allá de los muros construidos. Hay que evitar dar una falsa sensación de seguridad, para ello debería llevarse a cabo una campaña de información y sensibilización sobre el riesgo de inundación a toda la población y muy especialmente en la población escolar. A un nivel más concreto, a partir de los trabajos realizados se aportan las siguientes consideraciones: Con las estimaciones de caudales realizadas a partir del método paleohidráulico (Costa, 1983) para la tormenta tropical Ágatha, se han obtenido valores que para el caso del río San Francisco antes de 3 formarse el abanico, corresponden a unos 1000 m /s. Para el río Quiscab, entre la zona alta i la 3 intermedia del abanico de entre 2000 y 2300 m /s aproximadamente. Estos resultados obtenidos permiten tener una aproximación a los caudales máximos circulantes en estos episodios de precipitaciones importantes, en el Ágatha se recogieron 353 mm en dos días y en el Stan 272 mm en tres días. Así pues, todas las medidas estructurales que se realicen dentro de los abanicos de los ríos San Francisco y Quiscab para minimizar el riesgo a las inundaciones deberán tener en cuenta caudales de diseño superiores a los caudales expuestos anteriormente. Los datos de precipitaciones disponibles en la estación más cercana (El Tablón) indican que los umbrales de precipitación de los episodios que han producido daños más importantes en el área de estudio, Huracán Stan y Tormenta tropical Agatha, corresponden a precipitaciones máximas diarias superiores a 150 mm y precipitaciones acumuladas de más de 250 mm en 3 días. Las obras iniciadas en los meses de marzo y abril de 2011 (fig. 35), si solo consisten en aumentar la profundidad de la sección dejando el material suelto en los márgenes, no representan una buena solución ya que en una próxima avenida este material será removido. Algunas obras de fijación con escolleras como las que se observaron aguas arriba del puente de Ubico (fig. 34), debido a su poco espesor, no parecen suficientes para resistir una avenida como las anteriores. Actualmente el descenso del nivel del lago está favoreciendo las medidas de control de la zona inundable, disminuyendo la probabilidad de desbordamiento sobre todo en zonas cercanas a la desembocadura, dónde el encajamiento del canal principal es mayor. No obstante, si el nivel de base del río ha bajado en treinta años casi siete metros, indica que puede presentar variaciones relativamente importantes en poco tiempo, de manera, que estos cambios afectan la dinámica del río, favoreciendo la erosión y el encajamiento del lecho del río en los episodios de descenso del nivel del lago y, al contrario, la sedimentación y el aterramiento del cauce cuando el nivel del lago asciende.

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La extracción de áridos en la zona de la desembocadura (fig. 33) a pesar de que a priori pueda favorecer el encajamiento del río y disminuir la probabilidad de desbordamiento, debería regularse para evitar que pueda afectar a la zona cercana a los márgenes del río indicados en el mapa 3 (anexos). En el presente estudio se ha observado que algunas estructuras tienen un dimensionado insuficiente. Este es el caso del “puente nuevo” construido después de la inundación provocada por el Huracán “Stan”, que en la tormenta Ágatha condicionó la erosión del margen izquierdo que dio lugar al colapso de un edificio, aguas abajo del puente y, también condicionó el desbordamiento del flujo aguas arriba de él.

Agradecimientos En primer lugar quiero agradecer a la AECID por hacer posible este proyecto y a Geólogos del Mundo por haber confiado en mí para formar parte del proyecto GARICLA 2 como también por la ayuda que me han proporcionado durante estos meses (Miguel, Vanessa, Laura e Iván). Muchas gracias a Carlos e Ingrid por alojarme en su casa mientras duró la campaña de campo y haberme hecho sentir como en casa. Por otro lado quiero agradecer a Dani y Alejo por los sabios consejos que me han dado acerca de los programas informáticos Arc GIS y HEC-RAS respectivamente. Y por último agradecer a Joan Bach por guiarme y asesorarme en todos los aspectos que componen este proyecto.

Referencias bibliográficas Alcántara-Ayala,I. (2002). Geomorphology, natural hazards, vulnerability and prevention of natural disasters in developing countries. Geomorphology, 47, 107-124. Benito, G., Lang, M., Barriendos, M., Llasat, M. C., Francés, F., Ouarda, T., et al. (2004). Use of systematic, palaeoflood and historical data for the improvement of flood risk estimation. review of scientific methods. Natural Hazards, 31(3), 623-643. Boneno Amos, J. R. Personajes inolvidables de Panajachel. Cortés Larraz, P. (1958). Descripción geográfico-moral de la diócesis de GOATHEMALA. Relato desde el 3 de noviembre de 1768 hasta el 9 de febrero de 1770. Guatemala, C.A. Costa, J.E. (1983). Paleohydraulic reconstruction of flash-flood peaks from boulders deposits in the Colorado Front Range. Geol. Soc. Am. Bul., Vol. 94, pág. 986-1004. De Pineda Ibarra, J. (1964). El capitalismo del centavo. Una economía indígena de Guatemala. Seminario de integración social guatemalteca. Ministerio de educación pública. Guatemala, C.A. Fernández Lavado, C. (2005). Caracterización de la inundabilidad por avenidas de tipo flash-flood en el municipio de Jucuarán (El Salvador, CA). Universitat de Barcelona. Fernández-Lavado, C., Furdada, G. y Marqués, M.A. (2007). Geomorphological method in the elaboration of hazard maps for flash-floods in the municipality of Jucuarán (El Salvador). Nat. Hazards Earth Syst. Sci., 7, 455-465. Jonkman, S. N. (2005). Global perspectives on loss of human life caused by floods. Natural Hazards, 34(2), 151-175. Newhall, C.G., (1987). Geology of the Lake Atitlan region, western Guatemala. In: S.N. Williams and M.J. Carr (Editors), Richard E. Stoiber 75th Birthday Volume. J . Volcanol. Geotherm. Res., 33: 23-55.

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Manning, R. (1891). "On the flow of water in open channels and pipes," Transactions of the Institution of Civil engineers of Ireland. Nuñez, L. (2010). Informe de reconocimiento post-depresión tropical 11-E en los municipios de San Antonio Palopó, Santa Catarina Palopó, Sant Lucas Tolimán y Panajachel (Guatemala). Informe interno Geólogos del Mundo y Vivamos Mejor, 23 págs. Rose, W.I., Newhall, C.G., Bornhorst, T.J. and Self, S., (1987). Quaternary silicic pyroclastic deposits of Atitlan Caldera, Guatemala. In: S.N. Williams and M.J. Carr (Editors), Richard E. Stoiber 75th Birthday Volume. J. Volcanol. Geotherm. Res., 33: 57-80. Senciales González, J. M., (1999). Redes fluviales. Metodología de Análisis. Universidad de Málaga.

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Anexos

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