Análisis de inundacionesintegración de métodos geomorfológicos, modelizaciones hidrológico-hidráulicas y escenarios ante el cambio climático. Río Carrión (Cuenca del Duero)

Zusammenfassung

Los espacios fluviales, que representan el escenario natural de desarrollo de los cuerpos de agua, han experimentado una influencia significativa de las actividades humanas, lo que ha dado lugar a una notable disminución en su extensión y calidad, además del incremento de elementos expuestos al riesgo de inundaciones. Estas dinámicas, agravadas por el cambio climático, han resultado en un aumento tanto en la frecuencia como en la severidad de los fenómenos de inundación, situándolos entre los desastres naturales más devastadores a nivel global en términos de pérdida de vidas humanas y daños económicos. La gestión efectiva del riesgo de inundaciones requiere comprender con precisión estos fenómenos mediante la aplicación de enfoques multidisciplinarios que abarquen el estudio de diferentes variables, a escalas tanto regionales como locales. Los análisis de peligrosidad de inundación han sido tradicionalmente abordados a través de enfoques independientes de tipo climatológico, hidrológico e hidráulico, con un especial énfasis en los criterios hidrodinámicos. No obstante, variables como la disponibilidad de datos hidroclimatológicos, la precisión de técnicas de mapeo de inundaciones, la información cartográfica base, y las simplificaciones en las condiciones de frontera de los modelos utilizados pueden implicar una simplificación de la dinámica fluvial, representando limitaciones e incertidumbres en estos métodos. Por lo tanto, en años recientes, ha habido un impulso hacia el desarrollo de estudios integrales que incorporan otras variables del entorno físico, como la geomorfología fluvial y el cambio climático. Los análisis geomorfológicos ofrecen información sobre la evolución del paisaje fluvial, y los procesos morfogenéticos, como una base para entender las condiciones actuales e identificar tendencias futuras en el sistema fluvial, comprendiendo el estudio de procesos de erosión, transporte y sedimentación. La validación de modelos hidrológico-hidráulicos con datos geomorfológicos mejora la comprensión del fenómeno y ayuda a reducir las posibles sobre o subestimaciones. La combinación de estos enfoques constituye lo que se conoce como método hidrogeomorfológico. La aplicación de este enfoque en cuencas pequeñas y medianas, especialmente en ríos con amplias llanuras de inundación geomorfológicamente complejas, y cuerpos de agua altamente modificados, continúa siendo un desafío, dado su impacto significativo en la hidrología a escala local y regional. En las últimas décadas, estos enfoques han experimentado mejoras significativas gracias al desarrollo tecnológico de sistemas de sensores remotos, herramientas de cartografía y al avance en técnicas de modelado hidrodinámico. Por otro lado, considerando el impacto generado por las actividades humanas dentro del sistema terrestre, diferentes estudios han evidenciado el cambio en los valores medios de los componentes climatológicos fuera de la variabilidad natural, indicando múltiples efectos, como lo es el aumento en la intensidad de las precipitaciones, especialmente en periodos de corta duración. Considerando lo anterior, el cambio climático se considera uno de los principales desafíos actuales en el campo de la hidro climatología y, por ende, en la comprensión de los procesos de inundación. La definición de las variables que permitan cuantificar el impacto del cambio climático e identificar las tendencias en la estimación de inundaciones a nivel de cuenca es un reto a nivel global. En efecto, los procesos de inundación constituyen sistemas dinámicos y complejos, influenciados por diversas variables con interacciones no lineales cambiantes en el tiempo, lo que plantea múltiples desafíos para su estudio. En este contexto, la presente investigación doctoral se enfocó en el desarrollo de una metodología integral para el estudio de procesos de inundación, que fusiona análisis geomorfológicos, métodos hidrológico-hidráulicos y simulaciones bajo efectos del cambio climático, aprovechando las ventajas de sistemas de sensores remotos, técnicas de aprendizaje automático, herramientas SIG, e información geográfica e hidroclimatológica de alta resolución espacio-temporal, soportada en trabajos de campo. El análisis llevado a cabo se centró en ríos angostos de amplia llanura aluvial, altamente modificados, con periodos recurrentes de inundación; de tal manera, cada una de las etapas fue aplicada y validada en el río Carrión, afluente del río Pisuerga (Cuenca del Duero), ubicado en la provincia de Palencia- España. Este enfoque metodológico permitió en una primera instancia identificar factores de control de inundaciones nivel regional de cuenca, a la vez que caracterizar y priorizar tramos fluviales a nivel de escala local. De igual manera, el estudio condujo a la identificación y análisis de relaciones existentes entre las diferentes unidades geomorfológicas fluviales, tanto de erosión como de sedimentación, con parámetros de tipo hidráulico (caudales, geometrías de sección, calados, velocidades y áreas de inundación), resultantes de la aplicación de modelos hidrológicos y modelizaciones hidrodinámicas 2D, lo que también permitió el estudio de peligrosidad tanto de eventos de inundación acaecidos como de inundaciones asociadas a diferentes probabilidades de ocurrencia. Adicionalmente, dichas simulaciones permitieron evaluar el efecto del cambio climático en los procesos de inundación de la cuenca, a partir de proyecciones de precipitaciones máximas diarias basadas en modelos de clima globales. En conjunto, este enfoque metodológico proporcionó una comprensión holística de los procesos de inundación, como factor fundamental en la posterior definición de estrategias efectivas de gestión del riesgo. En efecto, los procesos de inundación constituyen sistemas dinámicos y complejos, influenciados por diversas variables con interacciones no lineales cambiantes en el tiempo, lo que plantea múltiples desafíos para su estudio. En este contexto, la presente investigación doctoral se enfocó en el desarrollo de una metodología integral para el estudio de procesos de inundación, que fusiona análisis geomorfológicos, métodos hidrológico-hidráulicos y simulaciones bajo efectos del cambio climático, aprovechando las ventajas de sistemas de sensores remotos, técnicas de aprendizaje automático, herramientas SIG, e información geográfica e hidroclimatológica de alta resolución espacio-temporal, soportada en trabajos de campo. El análisis llevado a cabo se centró en ríos angostos de amplia llanura aluvial, altamente modificados, con periodos recurrentes de inundación; de tal manera, cada una de las etapas fue aplicada y validada en el río Carrión, afluente del río Pisuerga (Cuenca del Duero), ubicado en la provincia de Palencia- España. Este enfoque metodológico permitió en una primera instancia identificar factores de control de inundaciones nivel regional de cuenca, a la vez que caracterizar y priorizar tramos fluviales a nivel de escala local. De igual manera, el estudio condujo a la identificación y análisis de relaciones existentes entre las diferentes unidades geomorfológicas fluviales, tanto de erosión como de sedimentación, con parámetros de tipo hidráulico (caudales, geometrías de sección, calados, velocidades y áreas de inundación), resultantes de la aplicación de modelos hidrológicos y modelizaciones hidrodinámicas 2D, lo que también permitió el estudio de peligrosidad tanto de eventos de inundación acaecidos como de inundaciones asociadas a diferentes probabilidades de ocurrencia. Adicionalmente, dichas simulaciones permitieron evaluar el efecto del cambio climático en los procesos de inundación de la cuenca, a partir de proyecciones de precipitaciones máximas diarias basadas en modelos de clima globales. En conjunto, este enfoque metodológico proporcionó una comprensión holística de los procesos de inundación, como factor fundamental en la posterior definición de estrategias efectivas de gestión del riesgo.