Evaluación del riesgo por rayos para Colombia

Abstract

En el territorio colombiano, las condiciones meteorológicas están principalmente condicionadas por la zona de confluencia intertropical. Debido a esto, Colombia es una de las regiones con mayor actividad de rayos en el mundo, lo cual se refleja en un considerable número de muertos y heridos, y se asocia con la existencia de riesgo para la población en general. Este trabajo final de maestría evalúa y analiza el riesgo en seres humanos causado por rayos teniendo en cuenta las condiciones climatológicas y geográficas de Colombia (departamentos y subregiones naturales), la actividad de rayos en el país y la información obtenida a partir de diversas fuentes (gubernamentales y privadas). En primera instancia, se llevó a cabo una revisión para unificar las definiciones de riesgo existentes en la literatura y se identificaron como factores que inciden en el riesgo por rayos: exposición, vulnerabilidad y peligrosidad (Nivel I). Este último factor, compuesto por distribución del suceso, intervalo de recurrencia y grado de peligrosidad (Nivel 2). Luego, se relacionaron los factores de riesgo identificados con varios parámetros del rayo. De esta manera, los factores que corresponden a la peligrosidad se asociaron a la densidad de descargas a tierra (DDT), el nivel ceráunico (NC) y la severidad o tormenta severa (S). Por su parte, la exposición se asoció a la densidad poblacional y la vulnerabilidad con todos los casos que fueron reportados como víctimas mortales por rayos. Posteriormente, se desarrollaron y aplicaron varias metodologías para determinar cuantitativamente los factores de riesgo. En la primera metodología se definieron e identificaron veinte subregiones naturales en Colombia. En la segunda, a partir de las estadísticas que tiene el Departamento Administrativo Nacional de Estadísticas (DANE), se encontró un total de 1313 muertes a causa de rayos para el periodo comprendido entre 1997 y 2017. Paralelo a esto, y para el mismo periodo de tiempo, se obtuvo la densidad de población a nivel nacional y por subregiones. La tercera metodología consistió en calcular la DDT, el NC y la S para toda Colombia. Estos parámetros del rayo fueron obtenidos para el periodo 2012-2017 a partir de la información suministrada por la red LINET®, administrada por la empresa Keraunos SAS. En la parte final de este trabajo se desarrolló un estudio global de riesgo por rayos. Para esto, se analizó el riesgo tolerable por rayos haciendo uso de las curvas F-N, encontrando que el riesgo social en las subregiones naturales y, en general, en toda Colombia, se encuentra dentro del límite aceptable, según el valor típico de riesgo tolerable registrado en la Norma Técnica Colombiana NTC 4552-2. Finalmente, se plantean tres escenarios (modelos matemáticos) para la estimación del riesgo total por rayos, los cuales combinan los factores de riesgo previamente cuantificados (exposición, vulnerabilidad y peligrosidad). Luego de comparar los resultados obtenidos con los tres modelos se evidenció que, al hacer uso de cualquiera de las fórmulas, las subregiones naturales de Colombia que presentaron un mayor riesgo por rayos durante el periodo 2012-2017 fueron Llanura Caribe (LLC), Montaña Noroeste (MNOE), Valle del Cauca (VC) y Valle del Magdalena Medio (VMM).

In the Colombian territory, the meteorological conditions are mainly conditioned by the intertropical convergence zone. Due to this, Colombia is one of the regions with the highest activity of lightnings in the world, which is reflected in a considerable number of deaths and injuries, and it is associated with the existence of risk for the population. This final master's degree project evaluates and analyzes the risk in humans caused by lightnings, considering the climatic and geographical conditions of Colombia (departments and natural subregions), lightning activity in the country and information obtained from several sources (governmental and private). In the first instance, a review was carried out to unify the definitions of risk existing in the literature and the factors that affect the risk of lightnings were identified: exposure, vulnerability and dangerousness (Level I). This last factor, composed by distribution of the event, recurrence interval and degree of danger (Level 2). Then, the identified risk factors were related to various parameters of the lightning. In this way, the factors that correspond to the dangerousness were associated with the ground flash density (GFD), the keraunic level (KL) and the severity or severe storm (S). On the other hand, the exposure was associated with population density and the vulnerability was related to all the cases that were reported as fatalities by lightnings. Subsequently, several methodologies were developed and applied to quantitatively determine the risk factors. In the first methodology, twenty natural subregions were defined and identified in Colombia. In the second one, from the statistics held by the Departamento Administrativo Nacional de Estadisticas (DANE), a total of 1313 deaths by lightnings was found for the period between 1997 and 2017. Parallel to this, for the same period of time, population density was obtained at national level and by subregions. The third methodology consisted in calculating the GFS, the KL and the S for all of Colombia. These lightning parameters were obtained for the period 2012-2017 from the information provided by the LINET® network, managed by the company Keraunos SAS. In the final part of this work, a global study of lightning risk was developed. For this, the tolerable risk was analyzed using the F-N curves, finding that the social risk of lightnings in the natural subregions and, in general, in all of Colombia, is within the acceptable limit, according to the typical value of tolerable risk registered in the Colombian Technical Standard NTC 4552-2. Finally, three scenarios (mathematical models) are proposed for estimating the total risk of lightnings, which combine the previously quantified risk factors (exposure, vulnerability and dangerousness). After comparing the results obtained with the three models, it was evident that, when making use of any of the formulas, the natural subregions of Colombia that presented the highest risk of lightnings during the 2012-2017 period were Llanura Caribe (LLC), Montaña Noroeste (MNOE), Valle del Cauca (VC) y Valle del Magdalena Medio (VMM).