Estudio de la amenaza de inundación en la cuenca baja del río Esmeraldas a partir de geotecnologías. Ecuador

Abstract

La presente tesis doctoral tiene como objetivo general analizar el grado de impacto de las inundaciones provocadas por el desbordamiento de los ríos Esmeraldas y Teaone en la cuenca baja del río Esmeraldas en la Unidad Hidrográfica 1521 derivados del exceso de precipitación en las épocas invernales y durante la presencia del fenómeno del El Niño, partiendo del estudio morfológico y climatológico. El área de estudio se encuentra ubicada en la parte Norte-Oeste del Ecuador en la Provincia de Esmeraldas en los cantones Esmeraldas y Quininde. El estudio de los parámetros morfométricos tiene como base inicial y fundamental la elaboración de un modelo digital del terreno (DTM) a escala grande 1:10000 empleando medios fotogramétricos mediante el uso de un laboratorio aéreo. La dificultad de las condiciones climatológicas y topográficas de los cantones Esmeraldas y Teaone provocaron que se ejecute diferentes misiones de vuelos sumando un total de 60,11 horas, ejecutando 316 líneas de vuelo y capturando un total de 3735 fotografías aéreas; para el enlace entre bloques y ajuste del mosaico fotogramétrico se utilizó 119 puntos geodésicos soportadas por la Red GNSS de Monitoreo Continuo del Ecuador (REGME) obteniendo un DTM local a la escala deseada. Se realiza el estudio morfométrico partiendo del DTM local mediante la aplicación de varios índices; este análisis determina que la cuenca se encuentra en el rango altitudinal de 0 a 708,13 m.s.n.m, con una predominancia del rango entre los 0 a 300 m.s.n.m en un 70,84% del área total. Las pendientes varían entre los 0% y 208% (0° a 65°), el río Esmeraldas al ser el afluente principal tiene una pendiente media de 3,11%; en base al análisis sobre las características físicas se tiene que la cuenca tiene un tamaño catalogado entre intermedia a grande con un área de 2064,71 Km² que les permite una mayor captación de aguas. La red de drenaje materializada es tipo déntrica de orden 7 con 1216 cursos de aguas entre perennes e intermitentes, su relación de bifurcación indica que la cuenca es susceptible a la ocurrencia de inundaciones provocadas por las crecidas bruscas, concentración de agua y descarga de afluentes externos. La textura de suelo tiene una predominancia arcillosa y francosa con una permeabilidad media a baja, la aptitud de suelo está destinado para actividades de conservación- protección, agrícola y pecuario. La investigación climatológica permitió identificar una estrecha correlación entre las anomalías de precipitación y las anomalías de temperatura superficial del mar cuando ocurre el fenómeno de El Niño, causante de varias inundaciones en la cuenca. Los vientos tienen una predominancia en el sentido Sur-Este y Oeste debido a la influencia de los vientos Alisios del Sur, la temperatura media anual es de 26,1°C característico de los climas húmedos y subhúmedos. Las precipitaciones alcanzan valores extremos anuales hasta los 3784,65 mm y mensuales de 683,3 mm catalogados como factores iniciadores para la determinación de la amenaza de inundación. Por último, se aplicó un modelo modificado AHP (Analytic Hierarchy Process) para la determinación de la amenaza de inundación en función de los factores iniciador (precipitación) y de áreas susceptibles a inundación. Se establece por primera vez el análisis de amenaza por zonas de influencia debido a la particularidad que tiene la zona en relación a los valores de precipitación en los cuales se producen inundaciones; mediante el análisis histórico de las imágenes en diferentes épocas se establece como una de las causales de agravamiento de la amenaza por la expansión descontrolada de las fronteras urbanas.

The general objective of this doctoral thesis is to analyze the degree of impact of the floods caused by the overflow of the Esmeraldas and Teaone rivers in the Hydrographic Unit 1521 derived from excess precipitation in winter times and during the presence of the El Niño phenomenon, starting from the morphological and climatological study. The study area is located in the North- West part of Ecuador in the Province of Esmeraldas in the cantons of Esmeraldas and Quininde. The study of the morphometric parameters has as its initial and fundamental basis the development of a digital terrain model (DTM) on a large scale of 1:10000 using photogrammetric means through the use of an aerial laboratory. The difficulty of the weather and topographic conditions of the Esmeraldas and Teaone cantons caused different flight missions to be executed, totaling 60,11 hours, executing 106 flight lines and capturing a total of 3735 aerial photographs; for the link between blocks and adjustment of the photogrammetric mosaic, 119 geodetic points supported by the Continuous Monitoring GNSS Network of Ecuador (REGME) were used, obtaining a local DTM at the desired scale. The morphometric study is carried out starting from the local DTM by applying various indices; this analysis determines that the basin is in the altitude range of 0 to 708.13 meters above sea level, with a predominance of the range between 0 to 300 meters above sea level in 70,84% of the total area. The slopes vary between 0% and 208% (0° to 65°), the Esmeraldas River being the main tributary has an average slope of 3,11%; Based on the analysis of the physical characteristics, the basin has a size cataloged between intermediate and large, with an area of 2064,71 km², which allows for greater water collection. The materialized drainage network is dendritic type of order 7 with 1216 water courses between perennial and intermittent, its bifurcation relationship indicates that the basin is susceptible to the occurrence of floods caused by sudden floods, concentration of water and discharge of external tributaries. The texture of the soil has a predominance of clay and loam with a medium to low permeability, the suitability of the soil is intended for conservation-protection, agricultural and livestock activities. The climatological investigation made it possible to identify a close correlation between precipitation anomalies and sea surface temperature anomalies when the El Niño phenomenon occurs, causing several floods in the basin. The winds have a predominance in the South-East and West direction due to the influence of the Trade winds from the South, the average annual temperature is 26,1°C, characteristic of humid and sub-humid climates. Precipitation reaches extreme annual values of up to 3784,65 mm and monthly values of 683,3 mm, cataloged as initiating factors for determining the threat of flooding. Finally, a modified AHP (Analytic Hierarchy Process) model was applied to determine the threat of flooding based on the initiating factors (precipitation) and areas susceptible to flooding. For the first time, the analysis of hazard by areas of influence is established due to the particularity that the area has in relation to the precipitation values in which floods occur; through the historical analysis of the images in different times, it is established as one of the causes of aggravation of the threat due to the uncontrolled expansion of urban borders.