Prevención de inundaciones por desbordamiento ríos

Propuesta de proyecto: Prevención de inundaciones por desbordamiento de ríos en Guatemala

Introducción

La creciente frecuencia e intensidad de inundaciones en Guatemala, exacerbadas por el cambio climático, plantea un desafío significativo para la seguridad y el bienestar de las comunidades. Este proyecto busca implementar un sistema integral de monitoreo y predicción de inundaciones utilizando datos históricos, imágenes satelitales de Copernicus  Sentinel 2 e interferometría de Sentinel 1, para crear o actualizar modelos tridimensionales del terreno y realizar simulaciones. 

Objetivos del proyecto

1. Análisis de datos históricos: Compilar y analizar datos históricos de inundaciones para identificar patrones y áreas vulnerables. 
2. Modelado 3D del terreno: Utilizar modelos tridimensionales del terreno utilizando datos topográficos del Instituto Geográfico Nacional de Guatemala -IGN- y actualizaciones de interferometría de Sentinel 1, para simular posibles escenarios de inundación. 
3. Predicción de inundaciones: Implementar un sistema de predicción que integre datos de predicciones climáticas, datos históricos y modelos 3D para prever áreas de riesgo. 

Metodología 

Recolección de datos

1. Integrar datos históricos de inundaciones disponibles en archivos gubernamentales y organizaciones locales. 
2. Utilizar imágenes satelitales de Copernicus  Sentinel 1 para monitorear cambios en el uso del suelo y nivel de los ríos. 

Desarrollo de modelos 

1. Utilizar los datos de modelado tridimensional del terreno existentes (del Instituto Geográfico Nacional de Guatemala -IGN- o el modelo de Copernicus DEM) y/o crear modelos tridimensionales, considerando variables como la pendiente, el tipo de suelo y el uso del suelo. 
2. Actualizaciones de Sentinel 1: Mediante la interferometría de Sentinel 1 se actualizarán los modelos utilizados para determinar la altura actual de los ríos y cambios en el terreno. 

Simulaciones

Utilizar técnicas de simulación para prever el comportamiento del agua en diferentes escenarios de precipitación, ya sea basados en predicciones o en escenarios hipotéticos.  Se solicitará al Sistema de Comunicación para el Aprendizaje Colaborativo de RedClara -- SCALAC -- el acceso a cómputo de alto rendimiento para ejecutar las simulaciones, a través del acceso institucional de la Facultad de Ingeniería.

Para el desarrollo de simulaciones se consideran las siguientes opciones en software de código abierto:

• OpenFOAM: Muy utilizado en dinámica de fluidos computacional (CFD), permite realizar simulaciones complejas de flujos en ríos, incluyendo efectos de turbulencia y interacciones con estructuras.

• SWMM (Storm Water Management Model): Ideal para simular la calidad y cantidad del agua en sistemas de drenaje y cuencas, útil en estudios de gestión de ríos.

• RIVER2D: Un modelo bidimensional que permite simular el flujo de agua y sedimentación en ríos, ideal para estudios específicos de morfología fluvial.

• Delft3D: Aunque es más conocido por ser una herramienta comercial, tiene una versión abierta y es excelente para modelar flujos en cuerpos de agua, incluyendo ríos y estuarios.

• FVCOM (Finite Volume Community Ocean Model): Aunque se usa principalmente en océanos, también puede adaptarse para simular flujos en ríos y lagos.

Predicción y alerta

Desarrollar algoritmos de predicción que utilicen aprendizaje automático para identificar patrones en los datos y emitir alertas tempranas.   Dado que se tienen recopilados datos sobre niveles de agua, caudal, precipitaciones y temperatura. Las actualizaciones de los satélites de Copernicus serán cruciales, junto con registros históricos de inundaciones y patrones de flujo, que sirvirán como base para el entrenamiento de modelos.

La visualización de los datos para identificar tendencias y patrones ayudará a seleccionar las características más relevantes para el modelo que se elija entre modelos como regresiones, árboles de decisión, redes neuronales o redes neuronales recurrentes (RNN).

Una vez entrenado el modelo con métricas como precisión, recall y F1-score, se puede desarrollar un sistema que integre el modelo entrenado, capaz de recibir datos en tiempo real e incluir la creación de una interfaz de usuario para la visualización de datos y alertas.

Este enfoque permite utilizar inteligencia artificial y aprendizaje automático de manera efectiva para gestionar el riesgo de inundaciones, optimizando la respuesta ante emergencias y potencialmente salvando vidas.

Resultados esperados

• Informes de riesgo: Mapas de riesgo actualizados que identifiquen áreas vulnerables a inundaciones. 
• Capacitación comunitaria: Comunidades informadas y preparadas para actuar en caso de inundaciones. 

Presupuesto

El presupuesto del proyecto se desglosará en las siguientes categorías: 

1. Equipamiento de monitoreo: Sensores, estaciones meteorológicas y software. 
2. Desarrollo de modelos: Costos de software y personal técnico. 
3. Capacitación: Talleres y materiales educativos. 
4. Divulgación y concienciación: Campañas publicitarias y eventos comunitarios. 

Modelo de negocios

Propuesta de valor

El proyecto ofrece una solución tecnológica avanzada que permite anticipar, prevenir y gestionar los riesgos de inundaciones en áreas vulnerables. Al combinar modelos tridimensionales del terreno con pronósticos meteorológicos, la herramienta proporciona simulaciones en tiempo real que permiten a gobiernos, empresas, y comunidades preparar y responder de manera efectiva a las amenazas de desbordamientos de ríos. Esto reduce pérdidas humanas, económicas, y ambientales. 

Segmento de clientes

• Gobiernos locales y regionales: Los municipios y gobiernos de las áreas vulnerables pueden usar esta tecnología para planificar medidas de prevención, infraestructura, y evacuación. 
• Empresas de infraestructura y urbanismo: Compañías que construyen carreteras, puentes, represas o urbanizaciones cercanas a ríos pueden aprovechar el sistema para evitar riesgos en sus proyectos y diseñar con base en las simulaciones. 
• Agencias de seguros: Empresas aseguradoras que busquen evaluar y mitigar los riesgos de inundación para sus clientes, calculando primas y ofreciendo coberturas más precisas. 
• Organismos internacionales y ONG: Organizaciones dedicadas a la gestión de desastres o al desarrollo sostenible pueden usar esta herramienta para mejorar sus intervenciones en áreas propensas a inundaciones. 
• Agricultores y comunidades rurales: Este segmento podría beneficiarse mediante una versión simplificada de la herramienta que les permita entender y planificar el uso del suelo, proteger cultivos y ganado, y minimizar pérdidas. 

Fuentes de ingresos y productos ofrecidos  

• Suscripción a plataforma SaaS (Software as a Service): Los gobiernos, empresas de construcción, y aseguradoras podrían pagar una tarifa mensual o anual para acceder a la plataforma de simulación de riesgos y recibir actualizaciones continuas con pronósticos meteorológicos. 
• Licencias de uso: Empresas de infraestructura, urbanismo y otros sectores clave pueden adquirir licencias para usar el software en sus proyectos a largo plazo. 
• Consultoría y asesoría personalizada: Servicios de asesoría técnica en la implementación de estrategias de mitigación basadas en las simulaciones, ofreciendo soluciones a medida para infraestructuras críticas o regiones con alta exposición. 
• Venta de informes de riesgo y simulaciones: Generación de informes de evaluación de riesgos que podrían venderse como un producto individual para proyectos específicos de construcción, agricultura o planificación urbana. 
• Colaboraciones con organismos internacionales: Captación de fondos a través de colaboraciones con agencias internacionales (como Naciones Unidas, Banco Mundial) que trabajan en proyectos de resiliencia climática o infraestructura sostenible en países en desarrollo. 

Canales de distribución

• Plataforma online: A través de un sistema en la nube donde los clientes puedan acceder al modelo tridimensional y realizar simulaciones. 
• Aplicaciones móviles: Una versión más simple de la plataforma podría estar disponible para autoridades locales y comunidades rurales, para que puedan recibir alertas en tiempo real sobre el riesgo de inundación y tomar medidas de precaución. 
• Consultores especializados: Equipos de expertos que trabajen directamente con gobiernos locales y empresas para la implementación y el análisis de los datos generados por la herramienta. 

Socios clave

• Proveedores de datos meteorológicos: Asociaciones con agencias meteorológicas y proveedores de servicios de datos climáticos para garantizar pronósticos en tiempo real. 
• Compañías de tecnología geoespacial: Colaboración con empresas que brinden las herramientas de modelado 3D y servicios GIS (sistemas de información geográfica). 
• Gobiernos y ONG: Alianzas con entidades gubernamentales y organizaciones sin fines de lucro para la implementación de proyectos piloto y el financiamiento de soluciones en comunidades vulnerables. 

Actividades clave

• Desarrollo y mantenimiento de la plataforma tecnológica: Mantener la plataforma con datos actualizados y pronósticos precisos. 
• Capacitación y formación: Ofrecer capacitación a los usuarios clave (gobiernos, empresas) para maximizar el uso de la plataforma y su impacto en la toma de decisiones. 
• Investigación y desarrollo (I+D): Continuar mejorando el algoritmo y las capacidades de simulación del modelo 3D, expandiendo la tecnología para que pueda aplicarse en más regiones y entornos. 

Estructura de costos

• Costos de desarrollo tecnológico: Inversión inicial y mantenimiento de la plataforma SaaS, modelos 3D, simulaciones, y actualizaciones en tiempo real de los datos climáticos. 
• Costos operativos: Gastos relacionados con el almacenamiento en la nube, licencias de software geoespacial y pronósticos meteorológicos, además de la capacitación de usuarios. 
• Costos de ventas y marketing: Para llegar a gobiernos locales, empresas e instituciones clave que necesiten la tecnología. 

Impacto social y ambiental

El modelo no solo busca generar ingresos, sino también crear un impacto positivo en las comunidades, reduciendo la pérdida de vidas humanas y bienes materiales, y mejorando la planificación de infraestructuras en zonas de alto riesgo. Además, contribuiría a un desarrollo más sostenible en la región, mejorando la resiliencia frente a desastres naturales. 

Plan de crecimiento

Este modelo se basa en un crecimiento que va de una región en Guatemala, hasta las regiones más necesitadas de América Latina y el Caribe.   El plan de crecimiento es: 

Fase 1: Región piloto en el río de los Esclavos 

El río de los Esclavos ha tenido una historia marcada por inundaciones, particularmente en la época de lluvias. Este río se caracteriza por su caudal variable y su tendencia a desbordarse durante eventos climáticos extremos. 

Históricamente, el río ha causado daños en comunidades cercanas, especialmente en épocas de lluvias intensas, que pueden ser exacerbadas por fenómenos como huracanes y tormentas tropicales.  Las inundaciones han afectado cultivos en las zonas aledañas, causando pérdidas económicas significativas para los agricultores locales. 

En varias ocasiones, las inundaciones han llevado al desplazamiento de familias, que han perdido sus hogares y han tenido que buscar refugio en áreas más seguras. 

Se elije este río como una primera fase de implementación piloto ya que la cuenca tiene un área menor que otros ríos que también tienen historial de inundaciones, lo que facilita la implementación de los modelos tridimensionales para posteriormente utilizar el sistema en otras regiones. 

Fase 2: Ríos de mayor impacto en inundaciones 

Una vez finalizada la implementación piloto en el río de Los Esclavos, se procederá a implementar el proyecto en varios ríos que han causado inundaciones significativas a lo largo de la historia y que tienen cuencas de mayor área geográfica. Estos ríos son: 

1. Río Motagua: Este río ha sido conocido por sus inundaciones, especialmente en la región oriental del país. Las lluvias intensas pueden causar que el río se desborde, afectando a comunidades cercanas. 
2. Río Polochic: También ha experimentado desbordamientos, afectando a la región de Alta Verapaz y los alrededores del lago Izabal. Las inundaciones han dañado cultivos y viviendas. 
3. Río Usumacinta: En la frontera con México, este río ha sido responsable de inundaciones en las áreas aledañas, especialmente en el departamento de Petén. 
4. Río Suchiate: Aunque en su mayoría es conocido como un río fronterizo con México, ha tenido episodios de inundaciones que han impactado a comunidades en la región sur del país. 
5. Río Samalá: Este río, que atraviesa la región suroccidental, ha provocado inundaciones significativas, particularmente en los municipios de la zona. 

Fase 3: Centro América 

Una vez demostrada la validez del proyecto en Guatemala, se aplicará en otros ríos de Centro América que también han tenido historial de inundaciones, por ejemplo:   

• Río Choluteca (Honduras): Este río ha provocado inundaciones en la ciudad de Choluteca y sus alrededores, especialmente durante la temporada de lluvias y tras huracanes. 
• Río San Juan (Nicaragua): Este río, que forma parte de la frontera entre Nicaragua y Costa Rica, ha tenido episodios de inundaciones que afectan tanto a comunidades locales como a la biodiversidad en la región. 
• Río Lempa (El Salvador): El Lempa es conocido por sus inundaciones, que han afectado a diversas localidades, especialmente durante tormentas tropicales y huracanes. 
• Río Grande de Matagalpa (Nicaragua): Este río ha experimentado desbordamientos que han causado daños a la infraestructura y a la agricultura en las áreas circundantes. 
• Río Culebra (Panamá): Este río ha sido responsable de inundaciones en áreas aledañas, especialmente en la provincia de Chiriquí, donde las lluvias intensas pueden causar desbordamientos. 
• Río Chiriquí Viejo (Panamá): También ha tenido un historial de inundaciones, afectando a comunidades agrícolas y a la infraestructura de la región. 

Fase 4: América Latina y el Caribe 

En América Latina y el Caribe, varios ríos han tenido un historial notable de inundaciones, por lo que la expansión natural del proyecto es aplicarlo a estos ríos. Algunos de los más destacados incluyen: 

1. Río Amazonas (Brasil y otros países): Este vasto sistema fluvial experimenta inundaciones anuales, especialmente en su temporada de lluvias, que afectan comunidades ribereñas y la biodiversidad. 
2. Río Paraná (Argentina, Paraguay y Brasil): Este río es propenso a inundaciones, que pueden afectar a ciudades como Corrientes y Asunción, especialmente durante temporadas de lluvias intensas. 
3. Río Uruguay (Uruguay y Argentina): Las inundaciones en este río pueden afectar a localidades a lo largo de su curso, especialmente en épocas de fuertes lluvias. 
4. Río La Plata (Argentina y Uruguay): Las inundaciones en el estuario del Río de la Plata pueden impactar tanto las costas como las ciudades cercanas, debido a la combinación de mareas y lluvias. 
5. Río Pilcomayo (Paraguay y Argentina): Este río ha tenido inundaciones históricas que han afectado a comunidades en su curso, especialmente en épocas de lluvias intensas. 
6. Río Magdalena (Colombia): Este río es conocido por sus inundaciones, que han tenido un impacto significativo en ciudades como Barranquilla y otros asentamientos a lo largo de su cauce. 
7. Río Orinoco (Venezuela y Colombia): Las inundaciones en el Orinoco pueden ser devastadoras, afectando a comunidades aledañas, especialmente durante la temporada de lluvias. 
8. Río Mapocho (Chile): En Santiago, este río ha causado inundaciones durante lluvias intensas, generando problemas en la infraestructura urbana. 
9. Río Matanza-Riachuelo (Argentina): Este río ha experimentado inundaciones que han afectado gravemente la salud pública y el medio ambiente en áreas metropolitanas. 

Fase 5: Otros servicios 

Para la aplicación de otros servicios, se puede considerar que las causas de las inundaciones en estos ríos suelen ser exacerbadas por factores como la deforestación, la urbanización descontrolada y el cambio climático, lo que aumenta la frecuencia e intensidad de los eventos extremos, nos lleva a considerar otros productos como: 

• Elaboración de simulaciones de dragado de ríos para la optimizar la inversión y minimizar los efectos de las inundaciones. 
• Simular los efectos de la construcción de presas y/o hidroelectricas para minimizar el efecto de los desplazamientos humanos. 

Conclusiones

La implementación de un sistema de monitoreo y predicción de inundaciones en Guatemala no solo ayudará a reducir el impacto de desastres naturales, sino que también fortalecerá la resiliencia de las comunidades. Este proyecto es un paso fundamental hacia la sostenibilidad y la seguridad ante los riesgos climáticos. 

Próximos pasos

1. Búsqueda de financiación: Identificar posibles fuentes de financiamiento y socios estratégicos. 
2. Planificación detallada: Elaborar un plan de trabajo con cronograma y responsables. 
3. Iniciar la implementación: Comenzar la instalación de estaciones de monitoreo y recolección de datos. 

Esta propuesta está diseñada para ser adaptable y escalable, asegurando su efectividad en la reducción de riesgos de inundación en Guatemala.