DOI:
https://doi.org/10.14483/22487638.19676Publicado:
2023-10-12Número:
Vol. 27 Núm. 77 (2023): Julio - SeptiembreSección:
InvestigaciónIntegración de la incertidumbre natural temporal y espacial asociada al coeficiente de rugosidad Manning en modelos bidimensionales de inundaciones rápidas
Time and spatial natural uncertainty integration associated with the Manning’s roughness coefficient in two-dimensional flash flood models
Palabras clave:
propagación de la incertidumbre, coeficiente de rugosidad, inundación rápida, amenaza por inundación (es).Palabras clave:
uncertainty propagation, roughness coefficient, flash flood, flood hazard (en).Descargas
Resumen (es)
Contexto: La variabilidad natural (incertidumbre) espacial y la temporal de los insumos que intervienen en la modelación hidrodinámica, para la evaluación de la amenaza y la delimitación de las zonas potencialmente inundables, se propagan en las variables de salida de los modelos. En la práctica, suele considerarse la variabilidad natural temporal en términos de periodo de retorno, pero poco se ha analizado la propagación de la incertidumbre espacial del coeficiente de rugosidad.
Metodología: En este trabajo se presenta el análisis de la propagación de la incertidumbre a través del método primer orden segundo momento del coeficiente de rugosidad de Manning, en las variables de salida de profundidad, velocidad e intensidad de flujo del modelo numérico de aguas someras, implementado en HEC RAS 2D. Se analizó una inundación súbita simulada en el municipio de Mocoa (Putumayo) y la correspondiente probabilidad de alcanzar un nivel de daño para diferentes periodos de retorno, a propósito de los eventos ocurridos en marzo de 2017.
Resultados: Se obtiene un procedimiento aplicable a la evaluación de la amenaza de inundación, en el que se integra la variabilidad natural temporal asociada a las hidrógrafas con diferentes periodos de retorno, y la variabilidad natural espacial relacionada con el coeficiente de rugosidad de Manning.
Conclusiones: La propagación de la incertidumbre establece una relación directa entre el aumento del caudal (periodos de retorno) y el aumento de la incertidumbre en la evaluación del indicador de amenaza por inundación.
Resumen (en)
Context: The natural spatial and temporal variability (uncertainty) of the inputs involved in hydrodynamic modeling for hazard assessment and delineation of potentially flood-prone areas is propagated in the output variables of the models. In normal practice, only natural temporal variability in terms of return period is usually considered, but the propagation of spatial uncertainty is unknown.
Methodoly: This paper presents the analysis of uncertainty propagation using the first order second moment method of Manning’s roughness coefficient in the depth, velocity and flow intensity output variables of the numerical shallow water model implemented in HEC RAS 2D. A simulated flash flood in the municipality of Mocoa (Putumayo) and the corresponding probability of reaching a damage level for different return periods were analyzed, regarding the events occurred in March 2017.
Results: A procedure applicable to flood hazard assessment is obtained where the temporal natural variability associated to hydrographs with different return periods and the spatial natural variability associated to the Manning’s roughness coefficient are integrated.
Conclusions: The propagation of uncertainty was able to establish a direct relationship between the increase of flow (return periods) and the increase of uncertainty in the evaluation of the flood hazard indicator.
Referencias
Altarejos-García, L., Martínez-Chenoll, M. L., Escuder-Bueno, I. y Serrano-Lombillo, A. (2012). Assessing the impact of uncertainty on flood risk estimates with reliability analysis using 1-D and 2-D hydraulic models. Hydrology and Earth System Sciences, 16(7), 1895-1914. https://doi.org/10.5194/hess-16-1895-2012. DOI: https://doi.org/10.5194/hess-16-1895-2012
Arévalo-Algarra, H. M., Perico-Granados, N. R., Reyes-Rodríguez, C. A., Vera, M. C., Monroy, J. y Perico-Martínez, C. A. (2021). Sitios de inundaciones causadas por los ríos La Vega y Jordán, Tunja (Boyacá). Tecnura, 25(67), 86–101. https://doi.org/10.14483/22487638.15248. DOI: https://doi.org/10.14483/22487638.15248
Arévalo-Mendoza, G., Ramos-Cañón, A. M. y Prada-Sarmiento, L. F. (2014). Análisis de confiabilidad en un modelo de descarga de silos de almacenamiento mediante el método de elementos discretos DEM. Obras y Proyectos, 15, 19-28. DOI: https://doi.org/10.4067/S0718-28132014000100002
Baecher, G. y Christian, J. (2003). Reliability analysis and error propagation. En Reliability and Statistics in Geotechnical Engineering (pp. 301-319). Wiley.
Brunner, G. (2016). HEC-RAS, River analysis system. Hydraulic reference manual. Version 5.0. U. S. Army Corps of Engineers.
Castro-Maldonado, J. J., Gómez-Camacho, L. K. y Camargo-Casallas, E. (2023). La investigación aplicada y el desarrollo experimental en el fortalecimiento de las competencias de la sociedad del siglo XXI. Tecnura, 27(75), 140-174. https://doi.org/10.14483/22487638.19171. DOI: https://doi.org/10.14483/22487638.19171
Chang, C., Yang, J. y Tung, Y. (1993). Sensitivity and uncertainty analysis of a sediment transport model: A global approach. Stochastic Hydrology and Hydraulics, 7(4), 299- 314. https://doi.org/10.1007/BF01581617 DOI: https://doi.org/10.1007/BF01581617
Cortés-Zambrano, M., Lara-Pérez, M. Y. y Acosta-Sabogal, I. D. (2022). Urban drainage water quality modeling on the SWMM software, northeastern sector, Santa Inés District, Tunja. Tecnura, 26(72), 167-184. https://doi.org/10.14483/22487638.17575 DOI: https://doi.org/10.14483/22487638.17575
Da Costa, E., Lara, M., de Andrade, E., Guimaraes, J. y Maia, A. (2018). Manning’s roughness coefficient for the Doce River. Revista Brasileira de Recursos Hídricos, 23(52), 1-12.
Dingman, S. L. y Sharma, K. P. (1997). Statistical development and validation of discharge equations for natural channels. Journal of Hydrology, 199, 13-35. https://doi.org/10.1016/S0022-1694(96)03313-6. DOI: https://doi.org/10.1016/S0022-1694(96)03313-6
Horritt, M. S. y Bates, P. D. (2001). Effects of spatial resolution on a raster based model of flood flow. Journal of Hydrology, 253(1-4), 239–249. https://doi.org/10.1016/S0022-1694(01)00490-5. DOI: https://doi.org/10.1016/S0022-1694(01)00490-5
Jakob, M., Stein, D. y Ulmi, M. (2012). Vulnerability of buildings to debris flow impact. Natural Hazards, 60(2), 241-261. https://doi.org/10.1007/s11069-011-0007-2. DOI: https://doi.org/10.1007/s11069-011-0007-2
Kim, J. S., Lee, C. J., Kim, W. y Kim, Y. J. (2010). Roughness coefficient and its uncertainty in gravel-bed river. Water Science and Engineering, 3(2), 217-232. https://doi.org/10.3882/j. issn.1674-2370.2010.02.010.
Lumbroso, D. y Gaume, E. (2012). Reducing the uncertainty in indirect estimates of extreme flash flood discharges. Journal of Hydrology, 414-415, 16-30. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2011.08.048. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2011.08.048
Maskey, S. y Guinot, V. (2003). Improved first-order second moment method for uncertainty estimation in flood forecasting. Hydrological Sciences Journal, 48(2), 183-196. https://doi.org/10.1623/hysj.48.2.183.44692. DOI: https://doi.org/10.1623/hysj.48.2.183.44692
Pappenberger, F., Beven, K., Horritt, M. y Blazkova, S. (2005). Uncertainty in the calibration of effective roughness parameters in HEC-RAS using inundation and downstream level observations. Journal of Hydrology, 302(1-4), 46-69. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2004.06.036. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2004.06.036
Prada-Sarmiento, L. F., Cabrera, M. A., Camacho, R., Estrada, N. y Ramos-Cañón, A. M. (2019). The Mocoa Event on March 31 (2017): Analysis of a series of mass movements in a tropical environment of the Andean-Amazonian Piedmont. Landslides, 16(12), 2459-2468. https://doi.org/10.1007/s10346-019-01263-y. DOI: https://doi.org/10.1007/s10346-019-01263-y
Ramos, A., Ruiz, G., Munévar, M., Reyes, A., Prada, L., Rangel, M., Machuca, S., Ramírez, K., Cabrera, M., Quintero, C., Capachero, C., López, C., Escobar, J., Navarro, S., Giraldo, J., Pérez, M., Rodríguez, C., León, D., Escobar, N. ... Castro, C. (2021). Guía metodológica para zonificación de amenaza por avenidas torrenciales. Servicio Geológico Colombiano. https://libros.sgc.gov.co/index.php/editorial/catalog/book/75
Romanowicz, R. y Beven, K. (2003). Estimation of flood inundation probabilities as conditioned on event inundation maps. Water Resources Research, 39(3), 1-12. https://doi.org/10.1029/2001WR001056. DOI: https://doi.org/10.1029/2001WR001056
Teng, J., Jakeman, A. J., Vaze, J., Croke, B. F. W., Dutta, D. y Kim, S. (2017). Flood inundation modelling: A review of methods, recent advances and uncertainty analysis. Environmental Modelling and Software, 90, 201-216. https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2017.01.006. DOI: https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2017.01.006
Trieste, D. y Jarrett, R. (1987). Roughness coefficients of large floods. En L. James y M. English (eds.), Proceedings of a Conference sponsored by the Irrigation and Drainage Division of the American Society of Civil Engineers and the Oregon Section (pp. 32-40). ASCE.
Unidad Nacional para la Gestión del Riesgo de Desastres (UNGRD) y Pontificia Universidad Javeriana (PUJ). (2018). Consultoría de los estudios de diseño del sistema de alerta temprana para avenidas torrenciales y crecientes súbitas generadas por precipitaciones de la microcuenca de los ríos Multao, Sangoyaco, quebradas Taruca y Taruquita del municipio de Mocoa - Putumayo. http://repositorio.gestiondelriesgo.gov.co/handle/20.500.11762/27207?show=full&locale-attribute=es
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