Constanza Morales - Riesgo Inundacion Fluvial Rio Vergara y Biobio Nacimiento

Simposio de Habilitación Profesional
Departamento de Ingeniería Civil
Abril de 2021
EVALUACIÓN DEL RIESGO DE INUNDACIÓN FLUVIAL PARA LOS
SECTORES RIBERA ORIENTE RÍO VERGARA, RIBERA SUR RÍO
BIOBÍO Y FUNDO LOS TRALPENES, COMUNA DE NACIMIENTO,
REGIÓN DEL BIOBÍO.
C. Morales Gajardo 1, C. Arias Tapia2 y S. Toledo Valdés3
RESUMEN:
La comuna de Nacimiento, en la Región del Biobío, ha experimentado históricamente inundaciones fluviales
durante temporadas invernales detonadas por grandes eventos de precipitación, debido a encontrarse en la
confluencia de los ríos Biobío y Vergara. El presente estudio evalúa el riesgo de inundación fluvial en
Nacimiento a fin de identificar las áreas más propensas a ser afectadas. Para esto, se hace una caracterización
geomorfológica e hidrológica del sector, mediante investigación bibliográfica, trabajo en terreno y análisis con
software especializado. Primeramente, se estima la recurrencia histórica de las inundaciones en la ciudad. La
zona se emplaza hidrográficamente en la cuenca del río Biobío, y geomorfológicamente en un llano de
sedimentación fluvial y aluvional parte de la Depresión Intermedia, características que, sumadas al tipo de
cobertura de suelos, favorecen el riesgo de inundación. Se estudia la hidráulica de canales abiertos y se realiza
modelación hidrológica con períodos de retorno entre 5, 25, 50 y 100 años, para los caudales del río Biobío y
los del río Vergara. Con el Coeficiente de Manning, se estima la peligrosidad y el riesgo de inundación para
las personas en las zonas estudiadas. De todo lo anterior, se desprende un mapa de peligro de inundación.
Finalmente, se concluye que las zonas Ribera Sur Río Biobío y Ribera Oriente Río Vergara no son aptas para
edificación de ningún tipo, puesto que poseen una peligrosidad extrema de inundación, mientras que la zona
Fundo Los Tralpenes no posee peligro, por lo que el emplazamiento de viviendas no estaría contraindicado.
Se recomiendan, entre las medidas de mitigación, la replanificación, la educación cívica y como medida
estructural, un dique de contención.
PALABRAS CLAVES: Inundación fluvial; río Biobío; río Vergara.
ABSTRACT:
Nacimiento city, in the Biobío Region, has historically experienced river floods during winter seasons triggered
by large precipitation events, due to being at the confluence of the Biobío and Vergara rivers. This study
evaluates the risk of river flooding in Nacimiento to identify areas most likely to be affected. For this, a
geomorphological and hydrological characterization of the sector is made, through bibliographic research, field
work and analysis with specialized software. First, the historical recurrence of floods in the city is estimated.
The area is located hydrographically in the Biobío river basin, and geomorphologically in a plain of fluvial
and alluvial sedimentation part of the Intermediate Depression, characteristics that, added to the type of soil
cover, favor the risk of flooding. The hydraulics of open channels are studied, and hydrological modeling is
carried out with return periods between 5, 25, 50 and 100 years, for the flows of the Biobío River and those of
the Vergara River. With the Manning Coefficient, the dangerousness and risk of flooding for people in the
studied areas is estimated. From all the above, a flood hazard map emerges. Finally, it is concluded the Ribera
Sur Río Biobío and Ribera Oriente Río Vergara areas are not suitable for building of any kind, since they have
an extreme danger of flooding, while the Fundo Los Tralpenes area is not dangerous, so the site housing would
not be contraindicated. Among the mitigation measures, replanning, civic education and as a structural
measure, a containment dam are recommended.
KEYWORDS: River flooding; Biobío river; Vergara river.
1
Estudiante, Ingeniería Civil Geológica, Universidad Católica de la Santísima Concepción, CHILE, [email protected]
Profesor asociado, Departamento de Ingeniería Civil, Universidad Católica de la Santísima Concepción, CHILE, [email protected]
3
Profesor asistente, Departamento de Ingeniería Civil, Universidad Católica de la Santísima Concepción, CHILE, [email protected]
2
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1.
INTRODUCCIÓN
Los riesgos de inundación fluvial son muy comunes a lo largo del mundo, siendo riesgos naturales que
amenazan la vida humana, su actividad y propiedad. Estos se generan principalmente en temporadas invernales
donde las precipitaciones aumentan su intensidad, generando crecidas que agrandan significativamente los
caudales de los cauces pudiendo producir un desborde (MOP, 2008). Estas inundaciones traen consigo grandes
pérdidas humanas, económicas y sociales, clasificándose como un desastre natural hidrológico, y como se
define por el Centro de Investigaciones sobre la Epidemiología de Desastres (CRED, por sus siglas en inglés),
se requiere una solicitud a nivel nacional de asistencia externa porque el evento causa grandes daños,
destrucción y sufrimiento humano (Rodríguez, Vos, Below y Guha-Sapir, 2009). Para realizar un pronóstico
del riesgo, es necesario realizar una evaluación científica a partir de la predicción de los eventos. Esto se puede
lograr a partir de la cuantificación de la peligrosidad frente a una eventual inundación fluvial. De esta forma,
se pueden identificar los sitios en donde hay mayores peligros y determinar la planificación necesaria para
gestionar los riesgos (DEFRA, 2006). Cabe mencionar que las inundaciones fluviales son inevitables, pero lo
que se puede hacer es disminuir las consecuencias negativas sobre la población con medidas preventivas, y no
esperar a que vuelva a ocurrir una inundación para buscar soluciones.
En Chile particularmente, la mayoría de las inundaciones se relacionan con el evento El Niño, Oscilación Sur
(ENOS), conocido antiguamente como el Fenómeno del Niño (SHOA, 2020). Según estudios de la
Organización Panamericana de la Salud (OPS), estos eventos se dan desde la región del Valparaíso hacia el
Sur, siendo en los años 2000, 2002 y 2006, los eventos más grandes, donde fueron afectadas 272.111 personas,
dejando a 99.742 damnificados, 11.685 albergados, una suma de 26 muertos y 3 personas desaparecidas (Rojas,
Martínez & Jaque, 2010).
Específicamente en la cuenca del Biobío se han sufrido crecidas frecuentemente, según información recopilada
por ONEMI (2006). Por ejemplo, en junio de 1940, se generaron los desbordes del estero Quilque en Los
Ángeles y del estero Andalién y río Biobío en Concepción. Diez años después se presentaron intensas
precipitaciones durante nueve días seguidos que también afectaron a ciudades como Los Ángeles, Mulchén y
Santa Bárbara. Luego, en agosto de 1965 nuevamente las lluvias causan estragos, dejando muertos y
damnificados en las comunas de Santa Bárbara, Los Ángeles, Mulchén, Nacimiento y Chiguayante (ONEMI,
2006). Luego en los años 2001, 2002 y 2003 nuevas inundaciones en las comunas de Hualqui, Santa Bárbara,
Negrete y Nacimiento por el aumento repentino y excesivo del río Biobío (Cámara de Diputados, 2006).
Por estos hechos se implementó la Ley 20.304 sobre Operación de Embalses frente a Alertas y Emergencias
de Crecidas, donde se estipula que los operadores de embalses deben realizar un monitoreo diario de los
embalses, dando información diaria de los caudales a la Dirección General de Aguas (DGA), además de
mantener y aplicar el Manual de Control de Represas (MOP, 2008). Esto debido a que en el tramo alto de la
Cuenca del río Biobío, se encuentra las centrales hidroeléctricas de ENDESA-Chile S.A., con sus embalses
Pangue y Ralco, los cuales comenzaron sus operaciones en 1996 y 2004, respectivamente. El embalse Pangue
recibe las descargas del embalse Ralco, teniendo este último el volumen suficiente para cerrar totalmente el
paso del río Biobío, por ende, al abrir o cerrar sus compuertas tiene la capacidad de generar o evitar daños
aumentando o disminuyendo el caudal del río, de ahí nace su importancia ante la gestión en pronósticos del
tiempo para la descarga anticipada y gradual del agua (Ureta, 2010).
La zona de estudio se encuentra en la comuna de Nacimiento, que está ubicada en la región del Biobío, a 550
km al Sur de Santiago y a 108 km al sureste de Concepción. Esta comuna cuenta con una superficie de 935
km2, donde residen 28.392 habitantes y se sitúa en las coordenadas 18H 705621 m E 5846451 m S (Figura
1.A). El sector urbano e industrial de la comuna se ubica en su costado este, a 40 km de la ciudad de Los
Ángeles. Esto es debido a que la Planta Celulosa de CMPC se encuentra en ese sector, y el resto de la comuna
se compone por territorios de actividad forestal, con bosques nativos y de monocultivo (PRAGMAC, 2018).
La ciudad de Nacimiento se encuentra en la cuenca Río Biobío, rodeada por el curso medio del río Biobío por
el norte y dividida en dos partes por el paso del río Vergara (Figura 1.B). La confluencia de ambos ríos ha
propiciado eventos de desborde en años anteriores (Tabla 1), los cuales han causado consecuencias en la zona
urbana, porque se ha hecho construcción de viviendas en la llanura de inundación, debido a la ausencia de una
planificación territorial que considere estos riesgos. En específico, las zonas de interés propensas a ser
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afectadas por inundaciones fluviales son Ribera Sur río Biobío, Ribera Oriente del río Vergara y Fundo los
Tralpenes (Figura 1.B).
A
B
Figura 1: Mapa de ubicación de la zona de estudio. (A) Nacimiento en la Región del Biobío. (B) Zonas
propensas al riesgo en la comuna: 1 Ribera Sur Río Biobío, 2 Ribera Oriente Río Vergara, 3 Fundo Los
Tralpenes. Modificado de Bing Satellite, 2020.
Tabla 1: Historial de inundaciones en la comuna de Nacimiento (PRAGMAC, 2018).
Fecha
Área afectada
20/06/1960
Ruta CH-156 (Nacimiento – Coihue)
21/06/1960
Ruta Nacimiento - Los Ángeles y Confluencia de los ríos Biobío y Vergara.
22/06/1960
Ruta CH-156 (Nacimiento-Coihue)
10/06/1969
Zona Urbana
02/07/1974
Camino Nicodahue – Choroico
23/06/1990
Sector Puente Viejo
08/08/1991
Confluencia río Biobío y Vergara
11/07/2006
Desborde de río Biobío
13/07/2006
Desborde de río Biobío en sector Tralpenes
El principal factor desencadenante de inundaciones en la comuna, han sido las precipitaciones, que han
afectado a la comuna en los años 1960, 1969, 1974, 1990 y 2006, donde las lluvias torrenciales ocurridas el 11
de Julio de 2006 generaron la mayor inundación hasta la actualidad (Figura 2) (PRAGMAC, 2018). La
precipitación registrada en 24 horas fue de 241 mm, cuadriplicándose la cantidad de precipitación de los días
anteriores, aumentando así el caudal del río Biobío a 7.897 m3/s, correspondiente a un período de retorno de
202 años (Ureta, 2010). Este evento se generó debido a que la isoterma cero se desplazó desde los 1.260 m
s.n.m. a los 2.300 m s.n.m, por lo que la precipitación se volvió líquida por casi 1.000 metros más de lo normal,
llegando directamente al río y aumentando su caudal (Cámara de Diputados, 2006). En la comuna de
Nacimiento en específico, cerca del 20% de la ciudad se vio afectada por este fenómeno, entonces es muy
importante definir los sectores de mayor riesgo ya que eventos como este están propensos a ocurrir cada vez
más debido al calentamiento global que está elevando la isoterma cero (Cámara de Diputados, 2006).
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Cabe mencionar, que la crecida registrada por la DGA provocó un caudal de 15.900 m3/s en la desembocadura
del río Biobío, clasificándose como un evento extraordinario, ya que en el Alto Biobío la pluviometría
entregaba normalmente un período de retorno de 30 años, y en esa ocasión la pluviometría en el final del río
Biobío fue de 150 años (Cámara de Diputados, 2006).
El objetivo principal de este estudio es evaluar y zonificar el riesgo de inundación fluvial en la comuna de
Nacimiento. Con esto se busca indicar las zonas con peligro de inundación, mediante un mapa de peligrosidad
que delimite la superficie afectada donde es insegura la realización de actividades humanas como la edificación
y la industria, y de esta forma contribuir a la gestión del riesgo de inundación en la comuna, recomendando
medidas de mitigación ante un evento futuro. Para ello es necesaria la identificación de la topografía, geología,
hidrología y otras características geológicas de la comuna.
A
B
Figura 2: Inundaciones en población El Progreso. (A) Fotografía de inundación en junio de 1990.
Anguita, comunicación personal. (B) Inundación julio 2006. El Nacimentano, 2009.
2.
MARCO TEÓRICO
2.1.
Inundación
La inundación, es un proceso que se da de forma natural en los sistemas fluviales (Lytle & Poff, 2004), donde
la relación entre la cantidad y distribución de las precipitaciones en una cuenca produce que el flujo rebose el
cauce (Chow, Maidment y Mays, 1994).
El suelo de una cuenca cuenta con una cierta capacidad de retención del agua ante fenómenos pluviométricos,
producto tanto de la porosidad propia del suelo, como del tipo y cantidad de cobertura vegetal que este posee
(Cámara de Diputados, 2006). No obstante, al alcanzar cierta cantidad límite de precipitación, se ve saturado,
volviéndose impermeable, por lo que el agua que sigue cayendo comienza fluir sobre este suelo impermeable
escurriendo hacia la parte baja de la cuenca generando una inundación (Cámara de Diputados, 2006).
2.1.1. Recurrencia histórica
La recurrencia histórica es muy importante de evaluar, para tener claro los eventos que se repiten a través de
los años. Para ello es necesario realizar el cálculo de intervalo de recurrencia histórica (RH) a partir del número
de años comprendidos en el intervalo que se requiere estudiar (N) y el número de casos de inundaciones
fluviales ocurridos en esos años de registro (M), como se estipula en la ecuación 1, de Keller y Blodgett (2004):
𝑅𝐻 =
(𝑁 + 1)⁄
𝑀
(1)
Analizando la recurrencia histórica basado en la metodología de Rojas et al. (2010), se evaluó la tasa de
recurrencia relacionada a la magnitud histórica, esto basándose en datos de la duración del evento, los
damnificados y los daños socioeconómicos (Tabla 2).
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Tabla 2: Magnitud histórica relativa para inundación fluvial (Rojas et al., 2010).
Tipología
Duración del evento
(Número de días)
Peso
Damnificados
Peso
Daños socioeconómicos
Peso
Evaluación Final
2.2.
Magnitud Histórica Relativa
Inundación Grande
Inundación Mediana
Inundación Pequeña
4 días
2-3 días
1 día
3
80 y más personas
6
Daños viales importantes
Viviendas con daños estructurales
Pérdidas agrarias
Rutas cortadas
Daños Superiores a 10 millones
6
Inundación Grande
Inundación Media
Inundación Baja
2
41-80 personas
4
1
1-40 personas
2
Daños viales importantes
Viviendas inundadas sin daño
estructural
Daños entre 1-10 millones
Daños viales aislados
Daños inferiores a 1 millón
4
2
13-15
9-12
5-8
Geomorfología y Geología
El área de la comuna de Nacimiento corresponde en su mayoría a la Cordillera de la Costa (Figura 3), también
denominada regionalmente como Cordillera de Nahuelbuta, más específicamente a su faldeo oriental. Esta
presenta en el sector cerros de altitud media, entre los cuales destacan el Cerro Catiray (390 m s.n.m.) y Cerro
Los Aromos (774 m s.n.m.). La mitad oriental de esta zona cordillerana es cruzada por el río Taboleo, desde
su origen hasta su afluencia en el río Biobío. Alrededor de una dieciseisava parte de la superficie comunal
forma parte de la Depresión Intermedia, determinada en el sector por un llano de sedimentación fluvial y
aluvional (PRAGMAC, 2018), producto de la confluencia de los ríos Vergara y Biobío en el borde oriental de
la comuna. Este llano se compone de arenas de color blanco provenientes del volcán Antuco depositadas en
las playas del río Biobío, producto de la meteorización del intrusivo granítico de la costa (PRAGMAC, 2018).
Es en este sector donde se ubica el área urbana (la ciudad de Nacimiento), así como el área de estudio.
Figura 3: Unidades Morfoestructurales de Nacimiento. Modificado de PRAGMAC, 2018.
La geología de la comuna está conformada en su mayoría por dos unidades, una de rocas intrusivas y la otra
de rocas metamórficas, ambas asociadas al Paleozoico. Estas son, respectivamente, el Batolito de la Costa
(Hervé, 1977) y la Serie Oriental (Aguirre et al., 1972) (PRAGMAC, 2018).
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El Batolito de la Costa (Hervé, 1977), de edad Carbonífero-Pérmico, abarca el 80% del territorio comunal
(PRAGMAC, 2018) y comprende rocas intrusivas como granodioritas y tonalitas (Ferraris, 1979).
Por su parte, la Serie Oriental (Aguirre et al., 1972) corresponde a una unidad metamórfica de pizarras, filitas
y metareniscas, asociadas al Paleozoico Superior.
Sumado a lo anterior, se encuentran al oriente de la comuna los depósitos de sedimentación fluvial y aluvial
de edad cuaternaria que conforman la Depresión Intermedia en el área de estudio.
2.3.
Clima
El clima en la cuenca Río Biobío se da en una transición entre dos tipos, el Mediterráneo y el Templado
Húmedo, donde hacia el interior de la cuenca se pueden producir precipitaciones medias anuales que llegan a
los 1.330 mm (CADE-IDEPE, 2004).
En la comuna de Nacimiento en específico se presenta un clima templado cálido, con precipitaciones máximas
concentradas en los meses junio y julio, que según la clasificación de Köpen y Geiger, corresponden a un clima
de tipo Csb, donde las precipitaciones se concentran en invierno y se tiene una estación seca en los meses
estivales (PRAGMAC, 2018). Las temperaturas medias mensuales en la comuna varían desde los 6,7°C a los
21°C, concentrándose las más altas en los meses de enero y febrero y las más bajas en junio y julio, según los
datos registrados por la DGA en la Estación María Dolores de Los Ángeles (PRAGMAC, 2018). Además,
según antecedentes de precipitaciones obtenidos desde la DGA (2020), se ha considerado la estación Río
Biobío en Coihue como la más cercana a la comuna, donde se presenta la distribución de precipitaciones que
se muestra en la Figura 4.
Figura 4: Precipitaciones Medias Mensuales Estación Río
Biobío en Coihue (2009-2019). Modificado de DGA, 2020.
Considerando los datos de la Estación Río Biobío en Coihue entre los años 2009 y 2019, se muestra que en el
mes de junio se alcanzan las mayores precipitaciones del año con una media de 147,8 mm y un máximo de
309,9 mm (DGA, 2020). Cabe mencionar, que en junio y julio de 2014 se alcanzaron las mayores
precipitaciones registradas de los últimos diez años, llegando a 309,6 mm y 287,8 mm respectivamente, y
sumando una cantidad anual de 1051,5 mm de precipitación, frente a una media anual de 588,85 mm (DGA,
2020). Estos antecedentes de precipitación por sí solos no constituyen un riesgo de inundación, sin embargo,
este proceso favorece la transformación directa de precipitación-caudal, donde la precipitación se transforma
en caudal de ríos, cuando existe mucha cantidad de agua cayendo en un corto período de tiempo (Cámara de
Diputados, 2006).
2.4.
Antecedentes Hidrológicos e Hidrográficos
La zona de estudio se encuentra emplazada en la cuenca del río Biobío, que corresponde a una de las cuencas
más grandes del país con una superficie de 24.264 km2, comprendiendo parte de las provincias Concepción y
Biobío, en la región del Biobío, y la provincia de Malleco, en la región de la Araucanía (PRAGMAC, 2018).
El río Biobío tiene una longitud de 380 km, posee un régimen pluvio-nival, que en los meses de junio y julio
cuenta con caudales máximos mensuales de 2.200 m3/s y en los meses de marzo y abril registra sus caudales
mínimos mensuales entre los 180 y 220 m3/s (Valdovinos & Parra, 2006).
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Este río nace en la Cordillera de Los Andes, desde la ribera oriental de la laguna Gualletué a 1.160 m s.n.m.
(CADE-IDEPE, 2004), donde posee un caudal promedio de 30 m3/s (Valdovinos & Parra, 2006). Luego avanza
por la llanura central hasta evacuar sus aguas en el sector Norte del golfo de Arauco, donde se tiene un caudal
medio anual que va entre los 300 y 900 m3/s (Valdovinos & Parra, 2006). Cabe mencionar, que se estiman
crecidas máximas de 8.000 m3/s en la desembocadura y que llegarían a los 17.000 m3/s al menos una vez cada
cien años (Valdovinos & Parra, 2006).
En su curso medio, el río Biobío recibe las aguas del río Vergara, en Nacimiento (Figura 5). El río Vergara es
considerado el tributario meridional más importante del río Biobío el cual nace de la confluencia de los ríos
Malleco y Rehue a pocos kilómetros de Angol (CADE-IDEPE, 2004).
Luego, el río Biobío entre la confluencia con el Vergara y el Laja, recibe las aguas del río Taboleo y Guaqui
(CADE-IDEPE, 2004).
Figura 5: Cuenca hidrográfica río Biobío con sus
principales afluentes. Valdovinos & Parra, 2006.
2.4.1. Frecuencia de las inundaciones
Para realizar la estimación de los caudales, estos deben ir asociados a períodos de retorno donde se evalúan
datos históricos. El medio oficial que entrega esta información es la Dirección General de Aguas (DGA),
perteneciente al Ministerio de Obras Públicas de Chile. Esta estimación de la frecuencia de las inundaciones
permite comprender el comportamiento probabilístico de los caudales máximos pudiendo estimar la magnitud
de la crecida en períodos futuros (León, 2018).
Para generar el mapa de riesgo de inundación del Río Biobío en la comuna de Nacimiento se utiliza la
información fluviométrica de la Estación Río Biobío en Coihue, ubicada en Negrete en las coordenadas 18H
712964 m E 5840300 m S. Esta registra usualmente caudales medios mensuales mayores en los meses de
lluvias y en los meses de deshielos, debido a su régimen pluvio-nival (CADE-IDEPE, 2004).
Para determinar los caudales asociados a los períodos de retorno de 5, 25, 50 y 100 años se cuenta con los
datos de caudales máximos entre los años 1983 y 2019 en el río Biobío, recuperados de DGA (2020). Esto se
realiza en base a tres distribuciones probabilísticas: Normal, Gamma y Gumbel. A partir de la realización de
estas tres distribuciones, se determina cuál de ellas se ajusta mejor a los datos para utilizarla en el estudio.
Para la obtención de los caudales en el río Vergara en Nacimiento, no existe una estación fluviométrica
específicamente en la zona, las dos más cercanas corresponden a la Estación Río Vergara en Tijeral y Estación
Río Renaico en Longitudinal, ubicados a 25 km y 44 km respectivamente. Sin embargo, existen afluentes que
no están considerados en ellas por lo que no es una información cercana a la realidad de la zona de estudio.
Entonces, como no se cuenta con información fluviométrica, es necesario calcular la crecida del río Vergara a
partir de información pluviométrica de precipitaciones diarias para período de retorno de 10 años según el
Mapa de Isoyetas de Los Ángeles (MOP, 1991). Cabe mencionar, que el río Vergara se caracteriza por poseer
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un régimen Pluvial el que se identifica por presentar caudales medios mensuales máximos en los meses de
mayores precipitaciones en el valle central, los que corresponden a junio y julio (CADE-IDEPE, 2004).
Mediante el Manual de cálculo de crecidas (MOP, 1995) se obtiene el caudal máximo en período pluvial (Q)
correspondiente al río Vergara para la zona de estudio. Esto se obtiene mediante un coeficiente de escorrentía
(C) asociado a cada período de retorno, la intensidad de la lluvia en cada período (i) y el área pluvial aportante
(A) (Ecuación 2).
𝑄=
𝐶∗𝑖∗𝐴
(2)
3,6
2.4.2. Tiempo de retraso del peak
Se debe tener en cuenta que en la parte alta de la cuenca del río Biobío se encuentran los embalses Ralco y
Pangue, con un volumen de almacenaje de 1400 y 80 millones de m3 respectivamente (Cámara de Diputados,
2006), los cuales tienen información inmediata acerca de las precipitaciones, los caudales y sus crecidas. Por
esta razón, ellos son los encargados de informar apenas se produzca una situación crítica que pueda producir
una inundación que afecte a los sectores bajos de la cuenca según lo estipulado en la Ley 20.304, antes
mencionada, donde se les obliga a los operadores a mantener un monitoreo de los caudales de afluentes y
efluentes e informar diariamente aquellos registros a las autoridades (MOP, 2008). De tal manera ocurrió en
2006, ocasión en la cual las centrales de ENDESA dieron aviso apenas estaban abriendo las compuertas
quedando un tiempo de 20 horas para que la crecida presentara un peak en la desembocadura (Cámara de
Diputados, 2006) y entre 8 y 9 horas para llegar a la comuna de Los Ángeles (Ureta, 2010).
2.5.
Cobertura de los suelos
La inundación está controlada por las características geomorfológicas o del relieve, donde si se presenta un
valle amplio se da paso a la expansión de las aguas, la que a su vez se puede ver controlada por la presencia
de bosques naturales o acentuada por el talado y reemplazo de estos (Popolizio, 1983). En las llanuras de
inundación, la presencia de vegetación arbórea protege a los suelos de la erosión ante la alta movilidad de las
aguas; además, se favorece la perennidad de los cursos fluviales si existe la presencia de un bosque, ya que se
favorece la infiltración (Popolizio, 1983). Cabe mencionar que la existencia de bosques de monocultivos
aledaños a los ríos trabajan como filtros que retardan y contienen el flujo de las aguas, disminuyendo su
energía; esto no detiene la inundación en sí, pero retarda su llegada (EcuRed, 2019).
La cobertura vegetal puede ser evaluada mediante imágenes multitemporales otorgadas por los sistemas
satelitales como LANDSAT, SPOT y NOAA (Muñoz, 2013). Esta cobertura vegetal se puede expresar
mediante el uso de índices de vegetación, y se define como un parámetro calculado a partir de los valores de
reflectancia a distintas longitudes de onda (Muñoz, 2013). Rouse et al. (1974), propone para esto el Índice de
Vegetación Diferencial Normalizado, conocido por sus siglas en inglés como NDVI, que se basa en el análisis
de las pendientes minimizando los efectos topográficos (Muñoz, 2013). El objetivo de este índice es la
discriminación entre las cubiertas vegetales en base al comportamiento reflectivo que se presente, utilizando
bandas rojo e infrarrojo cercano, correspondientes a las bandas OLI 4 y 5 en Landsat-8 (Olivo, 2017). Su escala
va de -1 a 1, donde 0 representa el comienzo de la ausencia de vegetación y los valores negativos representan
superficies sin vegetación (Muñoz, 2013). La ecuación (3) se utiliza para cálculo del NDVI, donde se considera
la Reflectividad del píxel i en la banda Infrarrojo cercano (𝜌𝑖,𝐼𝑅𝐶 ) y la Reflectividad del píxel i en la banda roja
(𝜌𝑖,𝑅 ) (Olivo, 2017).
𝜌
−𝜌
𝑁𝐷𝑉𝐼𝑖 = 𝜌𝑖,𝐼𝑅𝐶 +𝜌𝑖,𝑅
𝑖,𝐼𝑅𝐶
(3)
𝑖,𝑅
Los rangos de NDVI necesarios para discriminar entre las zonas con mínima y máxima cubierta vegetal son
los presentados en la Tabla 3.
Tabla 3: Valores de NDVI para la zonificación de la cubierta vegetal (Modificado de Olivo, 2017).
Rangos NDVI
<0
0 – 0,2
0,2 – 0,4
0,4 – 0,6
> 0,6
Presencia de agua y/o áreas con sombra
Suelo desnudo
Vegetación escasa + Suelo
Vegetación dispersa
Vegetación densa
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2.6.
Hidráulica de canales abiertos
Para explicar la distribución de las velocidades de los caudales, considerando los efectos de roce y las pérdidas
en un canal abierto, es importante tener claro el radio hidráulico (𝑅), donde se relaciona la sección del cauce
con el perímetro mojado, como se muestra en la ecuación (4) (León & Martínez, 2013).
𝑆𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛
𝑅 = 𝑃𝑒𝑟í𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑀𝑜𝑗𝑎𝑑𝑜
(4)
Para modelar la velocidad media del agua (𝜈) en una sección del cauce, se utiliza la Fórmula de Chézy, la cual
relaciona el radio hidráulico, la pendiente de la línea de agua (𝑆) entre dos secciones y el coeficiente de Chézy
(𝐶), como se expresa en la ecuación (5) (León & Martínez, 2013).
𝜈 = 𝐶√𝑅 ∗ 𝑆
(5)
Cabe mencionar que para obtener el coeficiente de Chézy, se debe aplicar la ecuación de Manning (6), donde
se necesita el parámetro de rugosidad de Manning (León & Martínez, 2013).
1
1
𝐶 = 𝑛 𝑅6
(6)
2.6.1. Coeficiente de Manning
Existen diferentes métodos para la medición del volumen de los caudales de escorrentía en los ríos. Uno de los
métodos más utilizados es la ecuación de Manning que refleja la cantidad de resistencia dinámica del flujo,
fundamentándose en los parámetros de la sección hidráulica de la estructura de conducción y en la rugosidad
de esa sección. Estos dependen del área del cauce, el perímetro mojado, el radio, la pendiente hidráulica y el
más difícil de estimar, el coeficiente de rugosidad “n” de Manning (Osío, Valencia, Guevara & Cartaya; 2000).
Este coeficiente es muy variable y depende de la experiencia del proyectista, según estudios de Burnham y
Davis (como se cita en Fernández, León, Rodríguez, Martínez & Meneses, 2018) y lo que hace es representar
la cantidad de resistencia al movimiento del agua en los cauces en función de la rugosidad, la vegetación, las
irregularidades del cauce, el perímetro mojado, las obstrucciones, el caudal, el nivel y el cambio estacional
(Chow, 1959).
Primero que todo, la rugosidad del perímetro depende del material que lo recubre. Mientras no haya
irregularidades el “n” se mantiene bajo y no se afecta por el cambio de profundidad del flujo, en caso contrario,
si hay rugosidad del perímetro, el “n” es alto y afectado por la profundidad (León & Martínez, 2013). La
vegetación retarda el flujo y este retraso se obtiene evaluando el aumento de “n” que depende de la profundidad
relativa del agua, de la altura de la vegetación, de su tipo y de su densidad. Las irregularidades se dan por las
variaciones en el perímetro mojado, siendo las más bruscas las que afectan el valor de “n” y las obstrucciones
en el área mojada de la sección transversal como árboles, arbustos, plantas acuáticas y escombros también
tienen influencia en el aumento del valor de “n” (León & Martínez, 2013). En cuanto a la alineación en planta,
si el grado de curvatura es pequeño influye en el valor de “n”. La sedimentación en el lecho del cauce debe ser
considerado como un proceso cambiante en el tiempo y que influye en el cambio de “n” (León & Martínez,
2013). El gasto y la profundidad relativa son influyentes en el valor de “n”, porque cambia a medida que
cambia la profundidad, a mayor profundidad menor “n” (León & Martínez, 2013).
Para calcular la “n” de Manning se debe tener en cuenta que sirve para canales en donde se tiene un alto número
de Reynolds y altas rugosidades a lo largo del perímetro, siendo aplicable solo a flujos altamente turbulentos
(León & Martínez, 2013).
A continuación, se presentan los diferentes métodos utilizados en este estudio para la determinación del “n”
de Manning (Chow, 1959; León & Martínez, 2013; Fernández et al., 2018).
2.6.2. Método de Cowan
En este procedimiento se tiene n y m como se muestra en la ecuación (7), que son obtenidos de la Tabla 4, en
función de los parámetros detallados en los párrafos anteriores (Chow, 1959).
𝑛 = (𝑛0 + 𝑛1 + 𝑛2 + 𝑛3 + 𝑛4 ) ∗ 𝑚5
(7)
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Tabla 4: Valores de “n” para la fórmula de Cowan (Chow, 1959).
Condiciones del canal
Material del perímetro
Grado de irregularidad
Variación de la sección
transversal
Efecto de las obstrucciones
Vegetación
Curvaturas en planta
Tierra
Roca cortada
Grava fina
Grava gruesa
Suave
Menor
Moderada
Severa
Gradual
Ocasional
Frecuente
Despreciable
Menor
Apreciable
Severo
Baja
Mediana
Alta
Muy alta
Menores
Apreciables
Severas
Valor
0,020
0,025
0,024
0,028
0,000
0,005
0,010
0,020
0,000
0,005
0,010 a 0,015
0,000
0,010 a 0,015
0,020 a 0,030
0,040 a 0,060
0,005 a 0,010
0,010 a 0,025
0,025 a 0,050
0,050 a 0,100
1,000
1,150
1,300
n0
n1
n2
n3
n4
m5
2.6.3. Método del Servicio de Conservación de Suelos de Estados Unidos (S.C.S.)
El método de S.C.S, ahora Servicio de conservación de los Recursos Naturales (N.R.C.S.), utiliza la ecuación
(8) y es parecido al método de Cowan, ya que usa la Tabla 4, donde “n” se determina a partir de un valor básico
independiente, donde la turbulencia se usa como indicador de retardo (Fernández et al., 2018).
𝑛 = (𝑛1 + 𝑛2 + 𝑛3 + 𝑛4 + 𝑛5 )
(8)
En este caso, como se señala en Fernández et al. (2018), las equivalencias con Cowan son que n1= n0; n2= n4;
n3= n1; n4= n3; y n5 corresponde a una modificación por alineación, donde se consideran las curvas (𝑙𝑐) y tramos
rectos en el cauce (𝑙𝑟). Ante esto, m5=0,00 si (𝑙𝑐/𝑙𝑟) posee valores entre 1,0 y 1,2. En cambio si los valores
van entre 1,2 y 1,5; m5=0,15. Por último, si los valores son mayores a 1,5; m5=0,30, quedando 𝑛5 determinado
por la ecuación (9).
𝑛5 = (𝑛1 + 𝑛2 + 𝑛3 + 𝑛4 ) ∗ 𝑚5
(9)
2.6.4. Método basado en fotografías
Este método será utilizado según lo expuesto por Chow (1959) y es considerado de los más útiles, en este caso
se compara la zona de estudio con fotografías de otros cauces que han sido estudiados anteriormente, a los
cuales fue otorgado un coeficiente de rugosidad (Figura 6).
Figura 6: Algunas fotografías de clasificación de Chow para valores de “n”. Modificado de Chow, 1959.
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2.7.
Peligro de inundación
Según DEFRA (2006), el peligro de inundación se refiere a las condiciones en las que es probable que las
personas sean afectadas, es decir, que sean arrastradas o se ahoguen en la inundación. Este criterio incluye en
su evaluación la velocidad del flujo, la profundidad y la presencia de escombros, para luego poder clasificar la
peligrosidad.
Para estimar las profundidades y velocidades de las inundaciones es necesario utilizar un modelo hidráulico
unidimensional, con el software HEC RAS 5.0.7, desarrollado por el Centro de Ingeniería Hidrológica para el
Cuerpo de Ingenieros del Ejército de Estados Unidos (en inglés Hydrologic Engineering Center para el U.S
Army Corp of Engineers). Este software permite simular flujos unidimensionales en régimen permanente
gradualmente variado a partir de la ecuación de conservación de la energía. Además, es capaz de incorporar
diversos tipos de estructuras, como puentes, coberturas, entre otros, resolviendo el flujo a través de ellas con
formulaciones particularizadas (DEFRA, 2006).
La clasificación del peligro de inundación (𝐻𝑅) se calcula usando la ecuación (10), donde se considera la
profundidad de la inundación (𝑑), la velocidad (𝑣) y el factor de escombros (𝐷𝐹) que se obtiene de la Tabla 5.
Finalmente, para calcular el peligro de inundación se deben combinar los resultados obtenidos y agregar una
puntuación de escombros (DEFRA, 2006).
𝐻𝑅 = 𝑑 ∗ (𝑣 + 0,5) + 𝐷𝐹
(10)
Tabla 5: Orientación sobre los factores de escombros para diferentes casos (Modificado de DEFRA, 2006).
Profundidad
Pasto/ Cultivable
Bosque
Urbano
0 a 0,25 m
0,25 a 0,75 m
𝑑>0,75 m y/o 𝑣 >2
0
0
0,5
0
0,5
1
0
1
1
Luego, se debe generar un mapa de peligrosidad frente a la inundación fluvial, que muestre la ubicación de las
diferentes clases de peligro en áreas propensas a inundaciones (DEFRA, 2006). Esto se desarrolla en base a
datos de caudales y niveles de suelo, donde se plasmen las condiciones hidráulicas que afectan la seguridad de
las personas (Tabla 6).
Tabla 6: Peligro para las personas (Modificado de DEFRA, 2006).
𝒅 ∗ (𝒗 + 𝟎, 𝟓)
Grado de peligro de inundación
<0,75
Leve
0,75 – 1,25
Moderado
1,25 – 2,5
Significativo
>2,5
Extremo
Descripción
Precaución.
“Zona de inundación con flujo de agua poco profunda o agua
estancada profunda”
Peligroso para algunos (por ejemplo, niños).
“Peligro: Zona de inundación con agua profunda o que fluye
rápido”
Peligroso para la mayoría de la gente.
“Peligro: Zona de inundación con aguas profundas de flujos
rápidos”
Peligroso para todos.
“Peligro extremo: Zona de inundación con aguas profundas y
de flujos rápidos”.
Finalmente, en la Tabla 7 se muestran las categorías de peligro de inundación siguiendo lo estipulado en la
fórmula (10).
Tabla 7: Valores de peligro de inundación (Modificado de DEFRA, 2006).
𝑯𝑹 = 𝒅 ∗ (𝒗 + 𝟎, 𝟓) + 𝑫𝑭
Desde
Hasta
Clasificación
Clase 1
Clase 2
Clase 3
0,75
1,50
2,50
1,50
2,50
20,00
Peligroso para algunos
Peligroso para la mayoría
Peligroso para todos
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2.8.
Riesgo de inundación
El riesgo de inundación para las personas combina la información del peligro de inundación y la vulnerabilidad
a la inundación, considerando un número de eventos para estimar un valor promedio anual individual o social
del riesgo (DEFRA, 2006).
El modelo de riesgo está basado en el peligro de inundación, la vulnerabilidad del área, la vulnerabilidad de
las personas y el número de personas expuestas al riesgo, como se muestra en la Figura 7, para lo cual es
importante tener claro el número oficial de habitantes de la comuna (DEFRA, 2006).
Figura 7: Riesgo de Inundación. Modificado de DEFRA, 2006.
2.8.1. Vulnerabilidad del área
La vulnerabilidad del área describe las características del área de la llanura de inundación que puede afectarse
por exponerse al peligro de inundación (DEFRA, 2006).
La vulnerabilidad del área de estudio se define en función a tres variables basadas en la DEFRA (2006) y URA
(2013). Estas variables son la velocidad inicial del evento, la naturaleza del área y la alerta de inundación, a
las cuales se les va asignando un puntaje de 1-3, los cuales varían entre muy bajo con 1 punto y muy alto con
9 puntos (Tabla 8).
Tabla 8: Puntuación para parámetros de vulnerabilidad del área (DEFRA, 2006; URA, 2013).
Parámetro
Área de riesgo bajo (1 pto.)
Área de riesgo medio (2 ptos.)
Velocidad inicial
Inicio de las inundaciones es muy
gradual (muchas horas)
Naturaleza del área
Apartamentos de varios pisos
Inicio de las inundaciones es gradual
(aprox. una hora)
Zona residencial típica (viviendas de 2
plantas); propiedades industriales y
comerciales
Alerta de inundación
Operativo y asociado a planes de
emergencia
Operatividad limitada o no testeada
Área de riesgo alto (3 ptos.)
Inundaciones rápidas
Bungalows, viviendas, carreteras con
mucho tráfico, parques, escuelas, etc.
No existente
2.8.2. Vulnerabilidad de las personas
La vulnerabilidad de las personas describe las características de los habitantes que pueden ser afectados por la
inundación y su habilidad para responder en favor de su propia seguridad y de sus pertenencias. Las variables
consideradas en este aspecto son el porcentaje de residentes mayores de 75 años (𝑅75) y el porcentaje de
residentes que tengan enfermedades de larga duración (𝑅𝐸) (DEFRA, 2006).
Para determinar esta vulnerabilidad de las personas (𝑌), se considera un valor expresado en porcentaje como
se expresa en la ecuación (11) (DEFRA, 2006).
𝑌 = %𝑅75 + %𝑅𝐸
(11)
2.8.3. Población expuesta
La población expuesta corresponde a la cantidad de personas que residen en la zona propensa a inundarse
(DEFRA, 2006). Esto puede delimitarse por manzanas y por registros del último censo acerca de la cantidad
de personas que habitan el área.
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3.
METODOLOGÍA
Para entender el contexto en el que se produce la inundación en la zona de estudio, se analiza la geomorfología,
geología, topografía e hidrogeología. Además, factores importantes como el clima y la vegetación existente
también son estudiados, para determinar su contribución en el desborde de los ríos.
3.1.
Investigación bibliográfica
Se realiza trabajo de gabinete pre-terreno, en donde se genera la recopilación de información bibliográfica de
la zona de estudio, como la geología, geomorfología, topografía, hidrología, clima, vegetación e inundaciones
históricas. Se define además los sectores propensos a presentar riesgo mayor de inundación, se observan
imágenes satelitales de la zona, información y fotografías de inundaciones anteriores, y se organiza las salidas
a terreno.
3.2.
Investigación en terreno
Se procede a la observación y caracterización de las zonas propensas a la inundación, se caracterizan las
condiciones hidrológicas, el tipo de suelo predominante en la zona y la cobertura de suelos en las llanuras de
inundación. También, se visitan viviendas que fueron afectadas durante la inundación del año 2006, generando
una encuesta para la obtención de detalles de las personas afectadas, acerca de la velocidad de la inundación,
los sectores que fueron afectados y si existió un sistema de alerta o algún plan de contingencia durante el
evento.
3.3.
Trabajo con software
En trabajos de gabinete post-terreno se utilizan diferentes softwares donde se genera mapa geológico, mapa de
pendientes, mapa de vegetación NDVI y mapa de peligro de inundación fluvial (uso de CIVIL 3D, HEC-RAS
5.0.7 y QGIS 3.8.3). Además, analizando la información obtenida de los datos recopilados bibliográficamente
y en terreno, se recomiendan medidas orientadas a la mitigación del riesgo de inundación en la zona de estudio.
4.
RESULTADOS
4.1.
Recurrencia histórica
A partir de la Tabla 1 se tiene que para el período entre 1960 y 2006, hubo un total de seis eventos de inundación
fluvial que han afectado la comuna de Nacimiento. En junio del año 1960, la comuna fue aislada porque la
inundación alcanzó una altura de agua de 1,5 metros (PRAGMAC, 2018). En julio de 1969 gran parte de lo
que es ahora población El Progreso resultó inundada por el desborde en la confluencia de los ríos Vergara y
Biobío y donde cerca de 20 familias resultaron damnificadas (PRAGMAC, 2018). Sin embargo, la inundación
que más estragos ha causado es la de julio de 2006, donde el desborde del río Biobío dejó pérdidas materiales
y humanas, ya que hubo dos personas fallecidas y 1.000 hogares damnificados (PRAGMAC, 2018). Desde
esta inundación, no hay registros de que hayan ocurrido nuevamente hasta el año 2020.
De acuerdo con la distribución de las inundaciones, solo en las décadas de los ‘60 y en la de los ‘90 se
registraron dos eventos (Figura 8). El menor número de eventos se produjo en la década de los ‘80 y luego en
el período comprendido entre 2010-2019.
Figura 8: Frecuencia de inundaciones fluviales por década
en Nacimiento (1960-2010). Elaboración Propia, 2020.
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Ahora, de acuerdo con la clasificación de los eventos, se determinan diferentes magnitudes para cada uno de
ellos, donde la Recurrencia Histórica (RH) es de 7,83 años y se ha calculado con 46 años de registros y un
total de 6 inundaciones en dicho tiempo. Esta RH indica que cada año existe una probabilidad de inundación
de un 12,77%.
Además, la Magnitud Histórica Relativa de cada una de las inundaciones según las tipologías expuestas en la
Tabla 2, son las presentadas en la Tabla 9.
Tabla 9: Magnitud histórica relativa para inundaciones fluviales en Nacimiento (Elaboración Propia, 2020).
Evento
Peso
Evaluación Final
1960
1969
1974
1990
1991
2006
8
11
5
5
5
14
Inundación Baja
Inundación Media
Inundación Baja
Inundación Baja
Inundación Baja
Inundación Grande
Una de las causas por las que la inundación del año 2006 es clasificada como una Inundación Grande, es debido
a la gran cantidad de daños socioeconómicos, incluyendo daños viales, de viviendas y pérdidas agrarias, como
también la alta cantidad de damnificados. Esto se puede considerar directamente relacionado al crecimiento
urbano de la comuna, la cual ha crecido en sectores cercanos a los cauces de los ríos según los registros del
Plan de Desarrollo Comunal 2018-2021 (PRAGMAC, 2018).
4.2.
Zonificación Geomorfológica y Geológica de la zona propensa a inundación
El río Biobío recorre sectores de bajas pendientes debido a estar en la Depresión Intermedia, por ello presenta
una forma meándrica a 5,3 km al este de la zona de estudio. La llanura aluvial de este río está compuesta por
depósitos fluviales asociados al Cuaternario con baja pendiente. El área de estudio se posiciona en suelos
sedimentarios de terrazas fluviales y agrícolas (PRAGMAC, 2018). Las terrazas fluviales, corresponden a
depósitos de gravas, arenas y sedimentos finos que se encuentran formando grandes plataformas alrededor de
las cuencas de los ríos Biobío y Vergara. Y los sedimentos de suelos agrícolas se caracterizan por ser arcillosos
y de color café a café-rojizo (Figura 9) (Ferraris, 1979).
Figura 9: Mapa Geológico de Nacimiento y sus respectivas zonas de interés. Modificado de Ferraris, 1979.
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Los sedimentos de los valles actuales no son extensos en la comuna y, si bien no influyen en la zona de estudio,
nos dan una idea de la energía con que el río Biobío puede transportar sedimentos en el sector. Estos suelos
están compuestos de gravas y arenas generadas en paleocauces (PRAGMAC, 2018), predominantemente de
origen basáltico y andesítico (Ferraris, 1979).
Según lo observado en las visitas a terreno realizadas como parte de esta investigación en diciembre de 2020,
el río Biobío presenta un cauce de baja profundidad, donde la ribera norte del río se eleva hasta 3 metros y se
encuentra cubierta por vegetación alta correspondiente a bosques (Figura 10.A), mientras que en la ribera sur
se observa una llanura aluvial a nivel de las aguas, compuesta por materiales de sedimentación, esto es arena
fina grisácea y gravas gruesas mayores a 30 mm (Figura 10.B).
A
B
Figura 10: (A) Riberas de río Biobío y vista del cauce. (B) Material sedimentario de ribera Sur.
Fotografías tomadas en diciembre de 2020.
Por su parte, el Río Vergara (Figura 11.A) se presenta con baja sinuosidad en la zona de estudio. En su ribera
oeste cuenta con materiales de sedimentación correspondientes a arena gruesa de entre 2 y 5 mm,
principalmente compuesta de cuarzo (Figura 11.B) con vegetación baja y escasa. En su ribera este se intercala
vegetación alta de bosques de Eucaliptus y zonas ocupadas por actividades agrícolas. Ambas llanuras de
inundación del río Vergara no se elevan más de un metro con respecto a la superficie del agua del cauce.
A
B
Figura 11: (A) Riberas de río Vergara y vista del cauce. (B) Material sedimentario de ribera oeste.
Fotografías tomadas en diciembre de 2020.
La acción recurrente de los desbordes de los ríos va provocando cambios morfológicos en los ríos y sus riberas,
haciendo que exista retroceso erosivo en las orillas y formación de nuevos depósitos. En el caso específico de
la afluencia del río Vergara en el río Biobío, se puede observar en la Figura 12 una tendencia a la formación
de islas, y luego barras, a la vez que el punto de unión de ambos cauces se corre progresivamente al noroeste,
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lo cual denota una disminución brusca de la energía del río Vergara, y que esta energía no se traspasa por
completo al río Biobío al unirse ambos. Esto no sólo da razón de los depósitos fluvio-aluviales del área de
estudio, sino que también indica que en un evento de inundación del río Vergara, este depositará en el sector
una porción importante de los sedimentos que transporta.
Figura 12: Diferencia en la cantidad de depósitos fluviales en la zona de confluencia de los ríos Vergara y
Biobío entre los años 2007 y 2020. Modificado de Google Earth, 2020.
4.3.
Cobertura vegetal
Como se observa en la Figura 13, la cobertura vegetal de la comuna de Nacimiento en la mayoría del territorio
se encuentra cubierto por vegetación densa, tratándose de bosques de monocultivo de eucaliptus y pinos y en
un grado menor bosques nativos. La zona urbana se ubica en un extremo de la comuna, desarrollándose
alrededor de la Planta de Celulosa CMPC, que según la clasificación de Rangos NDVI, posee vegetación
escasa en su mayoría y ciertos sectores de vegetación dispersa. Además, como se pudo observar en las visitas
a terreno, los suelos de uso agrícola están concentrados principalmente en las riberas de los ríos.
Figura 13: Mapa de cobertura vegetal comuna de Nacimiento. Elaboración propia, 2020.
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Cabe mencionar, que los bosques de eucaliptus ubicados en las riberas del río Biobío del Fundo Tralpenes
(Figura 14.A) funcionaron como una excelente barrera natural, disminuyendo la velocidad de las aguas en la
inundación del año 2006 y evitando la llegada de escombros de gran tamaño a Villa Las Araucarias, según lo
mencionado por los vecinos de la zona entrevistados como parte de esta investigación. Esto se respalda con el
estudio de Popolizio (1983) donde se especifica que la vegetación actúa frenando y disipando la energía
hídrica, en gran medida en las bajas pendientes, como es en el caso de estudio.
En la ribera del río Vergara, existe intercalación de bosques forestales de eucaliptus y terreno agrícola que se
utiliza para la plantación de trigo principalmente (Figura 14.B). La ribera este del río es la más propensa a
sufrir inundaciones, ya que, por ser una zona de menor pendiente el rebalse del río toma preferentemente esa
dirección. Este sector se clasifica como Zona no Edificable por la Ordenanza Local del Plan Regulador
Comunal de Nacimiento (Municipalidad de Nacimiento, 2009).
A
B
Figura 14: (A) Barrera natural de bosques de eucaliptus junto al río Biobío en Fundo Tralpenes. (B) Ribera
de Río Vergara con cobertura de suelo agrícola y forestal. Modificado de Bing Satellite, 2020.
4.4.
Caudales máximos
Para el análisis hidrológico se utilizaron caudales máximos de la Estación Rio Biobío en Coihue para el río
Biobío, proporcionados por DGA. Este análisis se lleva a cabo a partir de datos obtenidos desde el año 1980
hasta 2020, y son analizados con las distribuciones de Gumbel, Gamma y Normal, donde se escoge la
distribución mejor ajustada mediante el test de Kolmogorov-Smirnov con un nivel de confiabilidad de 95%,
por lo que se elige la distribución que tenga el menor delta teórico. Estos caudales se calcularon para períodos
de retorno de 5, 25, 50 y 100 años (Tabla 10).
Tabla 10: Caudal Máximo río Biobío para período de retorno de 5, 25, 50 y 100 años (Elaboración propia).
Período de Retorno (TR)
Caudal Máximo (Q) (m3/s)
5
25
50
100
753,31
1071,99
1197,62
1319,39
Para el río Vergara, el caudal se obtiene a partir de información pluviométrica de precipitaciones diarias para
período de retorno de 10 años según el Mapa de Isoyetas de Los Ángeles (MOP, 1991), donde mediante el
Manual de cálculo de crecidas (MOP, 1995) se obtiene el caudal máximo en período pluvial (Q) para la zona
de estudio. Esto mediante un coeficiente de escorrentía (C) asociado a cada período de retorno, la intensidad
de la lluvia en cada período (i) y el área pluvial aportante de 119 km2 (Tabla 11).
Tabla 11: Caudal máximo río Vergara para período de retorno de 5, 25, 50 y 100 años (Elaboración propia).
TR
C
I (mm/h)
Q (m3/s)
5
25
50
100
0,356
0,367
0,374
0,374
5,081
6,553
7,206
7,818
59,79
79,49
89,08
96,65
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4.5.
Determinación de la “n” de Manning
Para la determinación del coeficiente “n” de Manning para los ríos Biobío y Vergara, se aplican los métodos
expuestos en el apartado 2.6. Cada uno de estos ríos posee un valor diferente debido a que presentan diferentes
materiales, vegetación, obstáculos, irregularidades, etc. Estas características oponen resistencia al flujo, por lo
que se entregan valores de “n” diferentes y que pueden estar orientados según la experiencia del proyectista.
4.5.1. Método de Cowan
Para el río Biobío, n0 se consideró como grava gruesa con un valor de 0,028, el grado de irregularidad n1 se
considera suave con 0,000. La variación de la sección transversal n2 se valora como ocasional con 0,005. El
efecto de las obstrucciones n3 se considera menor con 0,010. En cuanto a la vegetación n4 esta se encuentra
separada de la ribera inmediata del río, por lo que se considera baja 0,005. Por último, las curvaturas en planta
m5 se consideran como apreciables con un valor de 1,150. Con estos valores se considera un “n” de 0,05.
Para el río Vergara, n0 se consideró el material del perímetro como tierra con un valor de 0,020. El grado de
irregularidad n1 se consideró suave con 0,000. Para la variación de la sección transversal n 2 se consideró
gradual con un valor de 0,000 también. Para el efecto de las obstrucciones n3 se consideró como despreciable
por lo que se le asigna 0,000. La vegetación por su parte n4 se considera mediana con 0,010 ya que se encuentra
vegetación baja en las riberas y por último las curvaturas en planta m5 se consideran menores con 1,000. Con
estos valores se considera un “n” de 0,03.
4.5.2. Método de S.C.S.
Este método se basa en la misma tabla de Cowan, por lo que los valores son los siguientes:
Para río Biobío, n1=0,028; n2=0,005; n3=0,010; n4=0,010; m5=0,000 (𝑙𝑐 =3,076 m y 𝑙𝑟=2,610 m); n5=0,000.
Por lo tanto, el valor de la “n” de Manning es 0,05.
Para el río Vergara, n1=0,020; n2=0,010; n3=0,000; n4=0,000; m5=0,005 (considerando 𝑙𝑐 =1,5776 m y
𝑙𝑟=1,493 m); n5=0,00015. Por lo tanto, el valor de la “n” de Manning es 0,03.
4.5.3. Método basado en fotografías de Chow
A partir de las fotografías del documento de Chow (1959) sobre la Hidráulica de Canales Abiertos, se clasifica
el río Biobío (Figura 15) como similar a las fotografías de la Figura 16, la que corresponde en (A) a un canal
donde no hay suficiente limo a una velocidad demasiado alta, por lo que el fondo está revestido por cantos
rodados, con n=0,028. Y se compara con (B) que corresponde a cantos rodados grandes en el fondo, con
n=0,030.
A
Figura 16: Fotografía de clasificación (A) n= 0,028 (B) n=0,030. Chow, 1959.
Figura 15: Río Biobío en zona de estudio. Fotografía tomada en diciembre 2020.
B
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A
B
Figura 16: Fotografía de clasificación (A) n= 0,028 (B) n=0,030. Chow, 1959.
Por otra parte, el río Vergara (Figura 17) es similar a la fotografía de la Figura 18, que considera un n=0,020
que corresponde a un canal de irrigación recto y de arena lisa y compacta.
Figura 17: Río Vergara en zona de estudio. Fotografía tomada en diciembre de 2020.
Figura 18: Fotografía de clasificación n= 0,020. Chow, 1959.
En base a los tres métodos utilizados, ahora se calcula y estima el “n” de Manning medio con su respectiva
desviación estándar para concluir cual es el dato que se utilizará en el estudio (Tabla 12).
Tabla 12: Valores de “n” de Manning para río Biobío y Vergara (Elaboración propia).
Métodos
“n” para Río Biobío
“n” para Río Vergara
Cowan
S.C.S
Fotografías de Chow
Promedio
Desviación Estándar
Promedio ± Desv. Estándar
0,05
0,05
0,028 a 0,030
0,043
0,0115
0,032 a 0,054
0,03
0,03
0,020
0,027
0,0057
0,021 a 0,032
Entonces se decide usar para el río Biobío un n=0,054 y para el río Vergara un n=0,032.
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4.6.
Peligro de inundación
La distribución espacial de la peligrosidad de la crecida de los ríos Biobío y Vergara en la comuna de
Nacimiento se evalúa en los 500 metros contiguos a cada ribera de los cauces, debido a que las viviendas más
cercanas a ellos se encuentran entre 100 y 400 metros de distancia, por lo que se deja un margen de confianza.
Además, considerando el peor de los casos en suelo urbano, se utiliza el valor 1 para el Factor de Escombros
(DF) en la obtención del Peligro de Inundación (HR), el que se clasifica según como se muestra en la Figura
19. Se puede ver en esta, que las inundaciones para los diferentes períodos de retorno se clasifican como de
Clase 2 y Clase 3, siendo peligroso para la mayoría o para todas las personas que se encuentren en el lugar. En
cuanto a la zona correspondiente a la Ribera Sur del Río Biobío, se obtiene que de un total de 0,598 km2, un
85% se encuentra bajo peligrosidad de inundación de grado significante a extremo. Donde un 4,1% de la
superficie inundada corresponde a uso urbano. Para la zona Ribera Oriente Río Vergara, se tiene un área de
2,421 km2, de los cuales un 32,7% se encuentra en peligrosidad de inundación de grado significante a extremo.
Estos sectores inundables corresponden a un 56,5% utilizados en agricultura y bosques, un 42,4% a uso
industrial y un 1,1% correspondiente al sector urbano de la zona de estudio. Por último, la zona Fundo Los
Tralpenes se encuentra fuera de peligro de inundación para todos los períodos de retorno estudiados. Mediante
el análisis realizado, el grado de peligrosidad aumenta con relación al período de retorno, pero mínimamente,
ya que solo creció un 2% entre los escenarios de los períodos de retorno de 5 y 100 años. Generalmente, para
los períodos de retorno de 5, 25, 50 y 100 años en las zonas de estudio, se mantuvo un promedio de 47% de
peligrosidad extrema, un 35% de peligrosidad significante y un 2,5% de peligrosidad moderada.
4.7.
Riesgo de Inundación
4.7.1. Vulnerabilidad de las áreas de estudio
La llanura de inundación puede afectarse al estar expuesta a la inundación y en base a lo expuesto en la Tabla
8 se da una puntuación a la vulnerabilidad del área, esto en base a la información recopilada en la encuesta a
la ciudadanía afectada anteriormente por eventos de inundación. La velocidad inicial de las inundaciones en la
comuna de Nacimiento es de forma gradual, la naturaleza del área es residencial típica, con industrias y
comercio. En cuanto a la alerta de inundación existe una que aún no ha sido testeada, ya que se instauró luego
de la inundación del año 2006 y no se ha producido una nuevamente. Por lo tanto, la puntuación alcanza los 6
puntos, es decir, un 66,7% de Vulnerabilidad del área.
4.7.2. Vulnerabilidad de las personas
Los habitantes que pueden ser afectados por la inundación, son clasificados según el porcentaje de Residentes
Mayores de 75 años (R75) y el porcentaje de Residentes que tengan Enfermedades de Larga Duración (RE)
con respecto a la cantidad total de habitantes en zona de riesgo que son 7.900 personas. Para R75 se tienen 540
adultos mayores (PRAGMAC, 2018) y en RE se tiene 449 habitantes (PRAGMAC, 2018), que corresponden
a un 6,8% y un 5,7% de la población. Entonces, la Vulnerabilidad de las personas (𝑌) es 12,5%.
4.7.3. Estimación de la población afectada
La cantidad de personas que residen en la zona que es propensa a inundarse se considera contando aquellas
casas que están en el área de peligro y se estima que en cada una de ellas residen cinco personas. Entonces, en
el área de peligro se encuentran 40 casas, por lo que la cantidad total de afectados sería 200 personas, que
corresponden a un 2,5% del total de personas en zona de riesgo y a un 0,7% de la población total de la comuna.
4.7.4. Riesgo de inundación fluvial para zonas de estudio
Actualmente 200 personas viven en zonas de peligrosidad extrema, donde cada 7,83 años se producirán
inundaciones fluviales. Aquí, las bajas pendientes en la zona y la falta de vegetación arbórea entre el río
Vergara y las viviendas, beneficiarán el avance del flujo en el desborde de los ríos. Por esta razón, se estima
que el riesgo de sufrir una inundación en el futuro cercano es considerablemente alto para estas personas, ya
que un 84,5% de las áreas de estudio poseen algún grado de peligrosidad, un tercio del área es definida como
vulnerable y hay un 12,5% de personas vulnerables. Se considera también, la afectación de sus viviendas y
cultivos, causando pérdidas materiales y económicas, además es posible que se produzcan pérdidas humanas,
pues ante un nuevo evento aún no existen planes de reubicación de la población, monitoreo de caudales en la
comuna, sistemas de alerta o zonas de seguridad señalizadas que permitan actuar de manera eficiente.
Figura 19: Mapa de peligro de inundación río Biobío y Vergara en Nacimiento, períodos de retorno 5, 25, 50 y 100 años. Elaboración propia, 2020.
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5.
CONCLUSIONES
5.1.
Análisis de resultados de investigación
La incertidumbre ante el riesgo producido por una inundación determina la importancia de la generación de
mapas de peligrosidad, ya que mediante estos resultados se obtiene un aproximado de los riesgos de inundación
y se puede utilizar para la determinación de las diferentes zonas de desarrollo, en cuanto a la cantidad de
personas que estarán expuestas a ello y los diversos factores del sitio que podrían afectar a estas personas, ya
sea si resultan heridas o mueren.
La comuna de Nacimiento ha estado constantemente expuesta a inundaciones producidas por el desborde de
los cursos hídricos superficiales que la rodean. La confluencia de los ríos Biobío y Vergara tiene lugar en la
comuna, generando inundaciones en los meses de invierno. Y según los datos geomorfológicos de la comuna,
se desprende que esta presenta bajas pendientes por lo que favorece la presencia de zonas propensas al riesgo.
El análisis de los eventos de inundación fluvial en la comuna determina que cada 7,83 años se podría producir
una inundación que sea capaz de causar daño importante. Además, según lo que muestra la recurrencia
histórica, se podría esperar que entre los años 2020-2029 ocurran dos eventos de inundación fluvial, ya que ha
sido bastante periódica la ocurrencia de estos.
Si bien, en las zonas de estudio, la población expuesta al riesgo en los diferentes períodos de retorno estudiados
se estima como un 0,7% de la población total (28.392 personas), esto no debe ser una razón para relajar las
medidas de prevención y mitigación, pues cada vida vale los esfuerzos necesarios para resguardarla. A esto se
debe agregar, la variabilidad de las condiciones climáticas en el futuro próximo, en vista al fenómeno del
cambio climático que actualmente se observa en todo el planeta (Hyndman & Hyndman, 2009). Por ejemplo,
el evento de 2006 generó inundación en todas las zonas de estudio, y aunque según Ureta (2010), este nivel de
inundación se repetiría en 202 años, esto puede adelantarse, puesto que uno de los efectos reportados del
cambio climático es la alteración de los períodos de retorno de una cuenca (Hyndman & Hyndman, 2009). Por
todo lo anterior, al momento de generar la planificación y ordenamiento territorial se debe contemplar el peor
escenario y la alternativa más segura.
Un factor importante en la magnitud de los riesgos es la expansión de las ciudades ya que, al crecer el proceso
de urbanización, aumenta la vulnerabilidad y exposición al riesgo, cuando se emplazan en áreas aledañas a los
cauces fluviales (Rojas et al., 2016). Cabe mencionar, que el manejo adecuado de las llanuras de inundación
de ambos ríos puede disminuir el impacto de las inundaciones. Por lo tanto, es necesario tener claro que tanto
la zona Ribera Sur Río Biobío y Ribera Oriente Río Vergara no son aptas para edificación de ningún tipo,
puesto que poseen una peligrosidad extrema de inundación. En cambio, la zona Fundo Los Tralpenes no posee
peligro, por lo que el emplazamiento de viviendas no estaría contraindicado.
Las inundaciones también tienen efectos ambientales que traen consigo costos monetarios para las
municipalidades y deterioro en la calidad de vida de las personas. Se tiene principalmente en la comuna el
daño de viviendas, por lo que es necesario contar con un sistema adecuado de alerta temprana. Entonces, este
plan de alerta y la consideración del cambio ambiental contribuirán notablemente en la reducción de los efectos
negativos de una inundación fluvial.
5.2.
Recomendaciones
La magnitud del impacto producido por las inundaciones puede reducirse tomando las medidas adecuadas de
mitigación y gestión del riesgo, para ello son de gran ayuda los mapas de peligro de inundación pues permiten
generar la planificación y ordenamiento territorial más conveniente. En cuanto a la comuna de Nacimiento,
estos daños pueden mitigarse con diferentes medidas, como por ejemplo prohibir la realización de proyectos
de construcción habitacional en las zonas que están clasificadas con algún grado de peligrosidad. En cuanto a
las viviendas que ya se encuentran en las zonas de peligro, las personas que las habitan necesitan ser reubicadas
en un nuevo lugar de la comuna que no esté clasificado como peligroso. Otra forma de mitigar el riesgo es
cubrir la ribera de los ríos con vegetación arbórea y arbustiva que reduzcan la velocidad e impacto de las
posibles inundaciones. También, si se le da uso agrícola, es aconsejable la utilización de seguros agrícolas por
eventuales pérdidas económicas. Además, se debe evitar en todas las zonas de estudio, desarrollos de edificios
que entreguen servicios a personas vulnerables, como por ejemplo hogares de ancianos y viviendas para
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discapacitados. Tampoco, lugares donde se congrega gran cantidad de personas, como escuelas, hospitales,
supermercados, entre otros.
Es importante contar con instrumentación en la comuna para sistemas de monitoreo de variables
hidrometeorológicas en la cuenca, además de un sistema de alerta temprana para que en caso de un nuevo
evento se pueda informar con tiempo a la población, además de generar un plan de contingencia. Esto debe ser
desarrollado en base a la velocidad de aparición de las inundaciones en la comuna, considerando los eventos
históricos.
Otra de las medidas de prevención que puede instaurarse en específico en la zona Ribera Oriente Río Vergara,
es la construcción de una obra de defensa fluvial, que corresponda a un dique que rodee el sector urbano y le
dé el espacio suficiente a la expansión y elevación del desborde del río, pero proteja el efecto de la inundación
en las viviendas que están más cercanas al cauce. También, es necesario que las viviendas no se encuentren
cercanas al dique y que el sector aledaño a este pueda ser utilizado como espacio de recreación ajardinado, ya
que de esa forma es poco probable que en el momento del evento haya personas en el lugar. Una aproximación
a priori del emplazamiento de este dique se muestra en la Figura 20; el diseño y trazado específico de esta
estructura puede ser materia de su propia investigación.
Por último, es de gran importancia la información de la población en cuanto a las zonas de riesgo, en vista de
evitar la construcción de viviendas en dichas zonas, así como la educación de los pobladores acerca de cómo
reaccionar a un evento de inundación. Esta simple medida puede evitar muchas pérdidas humanas y materiales.
Figura 20: Vista en planta de diseño del dique.
Modificado de Bing Satellite, 2020.
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6.
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