Estimación del área de amenaza por avenida torrencial de la quebrada La Ayurá mediante un modelo de fluido no newtoniano

Abstract

RESUMEN: Colombia es un país propenso a sufrir por avenidas torrenciales debido a sus características geológicas, morfológicas y climáticas. Su ubicación geográfica sobre la franja intertropical y en una zona de convergencia de tres placas tectónicas, permite la presencia de gran cantidad de climas y relieves, lo cual crea un escenario perfecto para la detonación de este tipo de eventos. Sumado a esto, el aumento de la población en las ciudades y las malas prácticas en el uso del suelo, han favorecido los procesos erosivos y de inundación, exponiendo la vida y las viviendas de miles de familias en el país. El Valle de Aburrá no es ajeno a esta problemática, pues su geomorfología y factores climáticos e hidrológicos dan pie para que sucedan este tipo de eventos, tal como ocurrió en la quebrada La Ayurá en 1988. Las metodologías actuales utilizadas en la zonificación de amenaza por inundación o avenidas torrenciales en el Valle de Aburrá se basan principalmente en simulaciones hidráulicas en las cuales se considera el flujo de un fluido newtoniano, sin embargo, esta hipótesis no es del todo precisa, pues en las avenidas torrenciales los fluidos que transitan por el cauce tienden a ser más densos y viscosos, pues transportan un alto contenido de escombros y sedimentos que cambian las condiciones dinámicas del fluido. Teniendo en cuenta lo anterior, se realizó una simulación hidráulica de flujos torrenciales en la zona baja de la quebrada La Ayurá (Envigado, Colombia), considerando un fluido no newtoniano para determinar las diferencias que este puede tener en comparación de los métodos tradicionales. Para alcanzar este objetivo, se usó bastante información para determinar las principales características de la cuenca y del tipo de fluido a simular, además, se utilizaron softwares como ArcGIS y HEC HMS para el procesamiento de la información sobre la topografía, el uso y tipo de suelo, la precipitación e hidrología, la morfometría de la cuenca, las variables reológicas y los caudales máximos, los cuales fueron el suministro principal para elaborar un modelo en el software HEC RAS, en el cual se corrió una simulación con un fluido newtoniano y no newtoniano. Por último, se elaboraron los mapas de amenaza para la zona baja de la quebrada La Ayurá, en donde se evidenció que la modelación no newtoniana aumentaba el área de amenaza en un 17% para un periodo de retorno de 100 años. Cabe aclarar que en el trabajo no se pretendió elaborar una zonificación de amenaza definitiva, sino que se trató de un ejercicio netamente académico en el cual se comparó únicamente el tipo de fluido de la simulación.

ABSTRACT: Colombia is a country prone to suffering from torrential floods due to its geological, morphological and climatic characteristics. Its geographical location on the intertropical fringe and in a convergence zone of three tectonic plates, allows the presence of many climates and types of topography, which creates a perfect scenario for the detonation of this type of events. In addition to this, the increase in the population in the cities and the bad practices in the land use, have favored the erosive and flood processes, exposing the life and the houses of thousands of families in the country to danger. The Aburrá Valley is no stranger to this problem, as its geomorphology, climatic and hydrological factors facilitate this type of events, as happened in the La Ayurá Ravine in 1988. The current methodologies used in the zoning of flood threat or torrential avenues in the Aburrá Valley are mainly based on hydraulic simulations in which the flow of a Newtonian fluid is considered, however, this hypothesis is not entirely accurate because in torrential floods the fluids that transit through the channel tend to be denser and more viscous, due to the high content of debris and sediments that change the dynamic conditions of the fluid. Taking into consideration all that is explained above, a hydraulic simulation of torrential flows was carried out in the lower area of the La Ayurá creek (Envigado, Colombia), considering a non-Newtonian fluid to determine the differences it may have compared to traditional methods. To achieve this objective, a lot of external information was used to determine the main characteristics of the basin and the type of fluid to be simulated, in addition, software such as ArcGIS and HEC HMS were used to process information on the topography, land use and type, precipitation and hydrology, basin morphometry, rheological variables and maximum flows , which were the main supply for modelling in the HEC RAS software, in which a simulation was run with a Newtonian and non-Newtonian fluid. Finally, threat maps were prepared for the lower area of the La Ayurá ravine, where it was evident that non-Newtonian modeling increased the threat area by 17% for a return period of 100 years. It should be noted that this work was not intended to elaborate a definitive threat zoning, it was a purely academic exercise in which only the type of fluid of the simulation was compared.