Evaluation of Urbanization Impacts on Flood Generation in the Adigrat Watershed, Northern Ethiopia

La ciudad que aprendió a correr demasiado rápido

Imagine una cuenca como una esponja gigante y natural. Cuando llueve, esta esponja absorbe el agua, permitiendo que se filtre lentamente en el suelo, alimentando los ríos suavemente con el tiempo. Así es como la naturaleza maneja usualmente una tormenta. Pero las ciudades son diferentes. Cuando construimos carreteras, casas y estacionamientos, cubrimos esa tierra suave y esponjosa con concreto y asfalto rígidos e implacables. En el mundo de la hidrología —la ciencia de cómo el agua se mueve a través de la tierra— esto es algo importante. Estas superficies duras se llaman "impermeables", lo que significa que el agua no puede atravesarlas. En lugar de absorberse, la lluvia no tiene otro lugar hacia donde ir más que directamente sobre la superficie, corriendo colina abajo como un coche de carreras en una pista.

Los científicos utilizan programas informáticos especiales para predecir qué sucede cuando estas esponjas naturales se cubren de concreto. Una de las herramientas más populares se llama HEC-HMS. Piense en ello como una máquina del tiempo digital que permite a los investigadores rebobinar y adelantar años de clima, cambiando el mapa de una ciudad para ver cómo reaccionaría el agua. Observan cosas como el "Número de Curva", que es básicamente una puntuación que nos dice cuánto agua permitirá que un parche específico de tierra se absorba frente a cuánta agua escurrirá. Cuanto mayor es la puntuación, más agua escurre. Cuando las ciudades crecen, estas puntuaciones suben, y los ríos se enfurecen más rápido. Esto importa porque cuando una ciudad crece demasiado rápido sin planificar para el agua, el resultado no es solo un charco; es una inundación que puede arrastrar hogares y carreteras.

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El experimento de Adigrat: Cuando la esponja se convirtió en piedra

En la parte norte de Etiopía, hay una ciudad llamada Adigrat. Como muchos lugares alrededor del mundo, ha estado creciendo rápidamente, con más edificios y carreteras apareciendo cada año. Un equipo de investigadores de la Universidad de Aksum quería saber: exactamente, ¿cuánto ha cambiado este crecimiento la forma en que se comportan las inundaciones en la cuenca local? No solo adivinaron; construyeron un gemelo digital de la cuenca de Adigrat utilizando una cuadrícula de 30 metros de la forma del terreno y mapas de cómo se veía la tierra en dos años muy diferentes: 2000 y 2018.

Dado que no había un medidor de agua justo dentro de la cuenca de Adigrat para medir el flujo, los científicos tuvieron que ser ingeniosos. Tomaron prestados datos de una estación cercana llamada Sluh y utilizaron un truco matemático llamado "método de la relación de áreas" para estimar cómo sería el flujo de agua en Adigrat. Alimentaron este modelo de computadora HEC-HMS con estos datos, junto con mapas de suelos y registros de lluvia. Calibraron el modelo (ajustándolo como una radio) utilizando datos de 1998 a 2012 y luego lo probaron (validándolo) con datos de 2013 a 2017 para asegurarse de que decía la verdad. El modelo funcionó bien, mostrando una fuerte coincidencia entre sus predicciones y los datos del mundo real.

Entonces llegó el evento principal: la comparación. Los investigadores ejecutaron el modelo dos veces. Primero, simularon lo que sucedería si la cuenca todavía se viera como en el año 2000, antes del gran auge urbano. Luego, lo ejecutaron de nuevo con el mapa de 2018, donde más tierra se había convertido en edificios y carreteras. Los resultados fueron una señal clara de que la ciudad había cambiado el comportamiento del agua.

La velocidad y la oleada
El hallazgo más sorprendente fue cuánto más rápido y grande se volvieron las inundaciones. En el año 2000, el flujo pico de agua que salía de la cuenca era de 6.1 m³ s⁻¹. Para 2018, tras años de urbanización, ese pico saltó a 8.8 m³ s⁻¹. Eso es un aumento del 30.68% en la velocidad y la fuerza del agua golpeando la salida. No fue solo un poco más rápido; el agua estaba saliendo con significativamente más potencia.

No fue solo la velocidad; el volumen total de agua que inunda el área también creció. El volumen de agua de inundación aumentó de 166.49 × 10⁶ m³ en el año 2000 a 215.09 × 10⁶ m³ en 2018. Eso es un aumento del 29.19% en la cantidad total de agua. Para decirlo de forma sencilla, la cuenca retenía menos agua y descargaba más de ella toda a la vez.

¿Por qué sucedió esto?
El artículo explica que esto sucedió porque el "Número de Curva" (la puntuación de escorrentía) aumentó. A medida que la ciudad se expandía, la cantidad de "superficie impermeable" (concreto y roca) aumentó, mientras que la "abstracción inicial" (la cantidad de lluvia que el suelo puede absorber antes de que comience a escurrir) disminuyó. El agua no tenía dónde esconderse.

El modelo también mostró que el "tiempo de retardo" y el "tiempo de concentración" se acortaron. Imagine una carrera de relevos donde los corredores solían detenerse a amarrarse los zapatos en cada estación; ahora, están corriendo a toda velocidad sin detenerse. El agua llegó al fondo de la cuenca mucho más rápido. Por ejemplo, en una subcuenca llamada W600, el tiempo que tardó el agua en viajar cayó de 14.87 minutos a 13.48 minutos. En otra, W710, cayó de 7.46 minutos a 5.53 minutos. El agua se movía más rápido que nunca.

No todos los rincones fueron iguales
Curiosamente, la inundación no empeoró en todas partes de la misma manera. Los investigadores encontraron que los mayores saltos en los picos de inundación ocurrieron en el centro de la cuenca, donde diferentes corrientes se encuentran en uniones como J99 y R330. En estos puntos centrales, el caudal pico saltó aproximadamente 2.0 a 2.6 m³ s⁻¹. Sin embargo, en una pequeña subcuenca llamada W710, el caudal pico no cambió en absoluto (se mantuvo en 0.2 m³ s⁻¹), probablemente porque era demasiado pequeña para sentir el efecto completo del crecimiento de la ciudad. Pero incluso allí, el agua llegó más rápido.

El costo oculto: Menos agua después
Hubo un aspecto negativo a esta velocidad. Debido a que el agua corría por la superficie tan rápidamente, no se filtró en el suelo para recargar las aguas subterráneas. El modelo mostró que el "flujo bajo" (el agua que queda en el río después de que pasa la tormenta) cayó dramente. En la salida de la cuenca, el flujo residual descendió de aproximadamente 6.0 m³ s⁻¹ a 3.4 m³ s⁻¹, una reducción del 43.3%. La ciudad estaba obteniendo una inundación más grande, pero el río se secaba más rápido después.

Qué significa para el futuro
Los autores concluyen que la rápida urbanización en Adigrat ha cambiado fundamentalmente la hidrología de la zona. La ciudad se ha vuelto menos como una esponja y más como un tobogán. Sugieren que si la ciudad continúa creciendo sin planificar para estos cambios, las inundaciones empeorarán aún más. El artículo recomienda que la planificación urbana futura debe incluir "consideraciones hidrológicas", como mantener abiertos los caminos de drenaje naturales, construir cuencas de detención (como esponjas gigantes para retener el agua temporalmente) y utilizar pavimentos permeables.

El estudio admite que tiene algunas limitaciones. Debido a que tuvieron que tomar prestados datos de una estación cercana, existe cierta incertidumbre. Además, solo observaron dos años (2000 y 2018) y asumieron que la lluvia se mantuvo igual, sin tener en cuenta el cambio climático. Pero la simulación es clara: la ciudad de concreto está haciendo que el agua corra más rápido, con más fuerza y en mayores volúmenes. El mensaje es que, si quieres mantener una ciudad segura, tienes que planificar para el agua antes de verter el concreto.