SISTEMA DE DETECCIÓN DE CAMBIOS DE NIVELES DE AFLUENTES EN RÍOS DEL OCCIDENTE DE PANAMÁ Y ENVÍO DE ALERTAS AUTOMATIZADAS

Este proyecto es desarrollado con fondos de la Secretaría Nacional de Ciencia y Tecnología (SENACYT). Con este proyecto buscamos desarrollar un sistema de alerta temprana contra inundaciones a partir de sensores de nivel, pluviómetros y sensores de presión (sumergibles). Y como extra, utilizamos sismógrafos para estudiar la posibilidad de estimar el caudal de un río a partir del comportamiento sísmico en un determinado momento. También se está elaborando el software para la intercomparación de los datos pluviométricos con los datos del hydroestimator (satélite de la NOAA que estima la cantidad de lluvia).

Área de Estudio

Volcán y Cerro Punta, en el Distrito de Bugaba en la Provincia de Chiriquí, en la República de Panamá. Específicamente el río Chiriquí Viejo y Quebrada Barriles.

Funcionamiento Básico

Para conocer cómo funciona, debemos conocer las variables que estudiamos y cómo están relacionadas entre sí.

La Lluvia

La principal variable, es la lluvia. Esta la consideramos así porque es la que desencadena las inundaciones y el aumento del nivel de los ríos. Por simple intuición podemos determinar que entre más llueve más alto es el nivel de un río (o afluente), y en sentido contrario cuando no llueve el nivel de un río es más bajo o se mantiene estable.
Ahora bien, sabemos que tenemos que medir la lluvia. La pregunta es ¿dónde la medimos?.
Para determinar las áreas donde debemos medir la lluvia, se utilizan modelos digitales (DEM) de elevación. Estos modelos son producidos a partir de datos geoespaciales.
Los datos geoespaciales nos ayudan a determinar el área de drenaje de un punto específico en la cuenca de un río. El área de drenaje es el área en donde toda el agua que cae va a la cuenca del río. Esta agua pasa entonces por el punto que hemos determinado.
Todo esto suena muy bien, sin embargo no toda el agua cae directamente al río, sino que llega a este por medio de escorrentía (agua que se escurre por la superficie) o por infiltración. Estos procesos ocurren de forma diferente; por lo que no toda el agua se deposita al mismo tiempo en el río. Por lo tanto, hay que encontrar ecuaciones matemáticas que permitan estimar el aumento del río en función de la lluvia y otros parámetros que influyen, como por ejempl el lugar donde llueve.

Para medir Lluvia utilizamos pluviómetros. En nuestro caso, utilizamos pluviómetros tipo tipping bucket. Estos emiten un pulso cada vez que han caído aproximadamente 0.2 mm de lluvia. Por lo que, para conocer la intensidad y cantidad de la lluvia el software cuenta los pulsos que se registran en un rango de tiempo determinado (usualmente cada 10 minutos).

El Caudal y el Nivel del Río

Este par de variables representan el objetivo principal de la investigación. Esto es así porque deseamos estimar el aumento en ellas a partir de la variable de entrada, la lluvia. El caudal es el volumen por unidad de tiempo que pasa por una sección del río. El nivel es la altura que alcanza el agua en un punto de una sección del río. Generalmente el nivel del río depende del caudal (entre más agua pasa por el río más alto está). Usualmente, la relación entre ambas variables es potencial. A partir de la una ecuación que relacione a ambas variables se puede entonces estimar el caudal del río a partir de los datos medidos por un sensor de nivel.
Los sensores de nivel que utilizamos son los Aquaplumb’s. Estos poseen un cable que utilizan como sensor. El sensor emite un voltaje proporcional a las secciones del cable que están sumergidas. Por lo tanto, si conocemos el voltaje, conocemos el nivel.
La determinación del caudal se realiza manualmente, mediante la medición de la velocidad y la profundidad del agua en diferentes puntos a lo largo de una sección longitudinal del río (método área-velocidad).

Sensores de Presión

Todos los sensores son susceptibles a fallar en algún momento, es por ello que utilizamos los sensores de presión. La presión es la fuerza por unidad de área. ¿En qué nos ayuda medir la presión? El agua pesa (el peso es una fuerza, la cual se ejerce perpendicular a la superficie terrestre); por lo tanto entre más agua mayor es la fuerza (aumenta la presión) que ésta ejerce perpendicular al fondo del río. A la presión que miden los sensores, se les debe compensar por la presión atmosférica. Para esto se les resta la presión atmosférica.
Por ello, colocamos sensores de presión en el fondo del río. Con estos sensores podemos verificar que los cambios registrados por los Aquaplumb’s sean debido a cambios en el nivel del río y finalmente conseguir una ecuación de calibración para los aquaplumbs.

Sismógrafos

En este proyecto, los utilizamos para estudiar la posibilidad de que los sismógrafos Darién detecten en alguna parte del espectro sísmico (0-25 Hz, ancho de banda del Darién) el aumento del nivel del río. Y aún más allá, ver si se puede estimar el caudal a través del ruido sísmico.

Hydroestimator

Este es un programa experimental de la NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) que estima la cantidad de lluvia que ha caído cada una, tres, seis y doce horas. Esto lo hace a partir de las observaciones en el rango de las microondas del satélite GOES-12.

Sistema

Si conocemos aproximadamente cuánta agua cae en una zona en forma de lluvia, y podemos determinar el tiempo en que se empiezan a registrar cambios en el nivel del río después del inicio de la lluvia; entonces podemos brindar una alerta antes de que se registren cambios drásticos en los niveles de los ríos.

Actualmente

Nos encontramos finalizando la etapa III del proyecto. ¿ Qué hemos hecho ? Hemos instalado los equipos que requerimos para estudiar las variables que necesitamos conocer. También se ha desarrollado el software para la comunicación con las estaciones, de igual forma el software para la adquisición y análisis de datos. Parte de esto se puede ver en la página lab.osop.com.pa:6971 (si estas fuera de nuestra red local, si eres cliente de Internet Activo o estas en nuestra red local puedes accesar al 10.18.100.132). Esta página aún está en desarrollo, pero ya puedes ver algunos datos en ella. Esta se actualiza cada 15 minutos.

¿ Qué sigue ?

La etapa IV. En esta etapa vamos a realizar el análisis de los datos que tenemos y seguiremos recolectando, con el fin de armar el prototipo final de alerta temprana. Y obtendremos los resultados en cuanto a si nuestro sismógrafo Darién es capaz de registrar los cambios en el nivel de los ríos.

En Acción

A continuación se presentan imágenes del trabajo realizado en campo.

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Fig.1 Medición del caudal en el río Chiriquí Viejo. El método que se utiliza es el de área-velocidad.

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Fig.2 Desarrollando las estaciones pluviométricas con pluviómetros Tipping Bucket.

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Fig.3 Pruebas con el sensor de nivel de agua, aquaplumb.

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Fig.4 Preparando el equipo para la medición de caudal en Quebrada Barriles.

Discusión
El sistema desarrollado funciona correctamente. Se han conseguido obtener modelos matemáticos que durante la etapa IV podrán ser verificados para determinar si permiten conocer las variables (caudal y nivel) en un instante específico.

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