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Modelos matemáticos para prevenir inundaciones

Aplicar modelos numéricos permite hacer predicciones a largo plazo y mapas de riesgos que ayuden a reducir sus impactos.
Ilustración de casas y árboles siendo arrastrados por una inundación
Se advierte que falta inversión para hacer más estudios y adquirir equipos que permitan montar estaciones meteorológicas e hidrológicas actualizadas. (Foto: Getty Images)

Las inundaciones son los desastres naturales que más daños producen a nivel global y, con el cambio climático, su frecuencia va en aumento. Para enfrentar esta problemática, algunos investigadores han recurrido a modelos matemáticos complejos.

El problema es más grande de lo que creemos. En 2022, alrededor de 55 millones de personas alrededor del mundo fueron impactadas por una inundación. En México, más de 72,000 personas fueron afectadas en 2021.

“Aplicar modelos numéricos a las inundaciones nos permite hacer predicciones a largo plazo y mapas de riesgos que ayuden a reducir sus impactos”, dice Rosanna Bonasia, profesora investigadora del Departamento de Ingeniería Sostenible y Civil del Tec de Monterrey, así como miembro del Centro del Agua para América Latina y el Caribe, en entrevista con TecScience.

A lo largo de su carrera, Bonasia se ha especializado en la aplicación de modelos matemáticos a temas relacionados con los fluidos, como el aire o el agua. En 2010, llegó a México, originaria de Italia, y trajo consigo modelos de dispersión de ceniza volcánica, para calcular sus efectos.

En el caso de las inundaciones, estos modelos pueden ayudar a medir la probabilidad de que sucedan en una zona determinada, además, cuantifican el riesgo de daños que pueden ocasionar y sus causas, dependiendo de la región.

“Para poder crearlos, el primer paso es conocer la probabilidad de que ocurran y superen umbrales críticos, como que el agua llegue el metro de profundidad”, explica.

Haciendo uso de ecuaciones diferenciales −esas que nos enseñaron en la prepa y muchos nunca volvimos a usar− y softwares especializados, se pueden simular distintos escenarios de inundación muy aproximados a la realidad.

Modelos matemáticos: una herramienta para prevenir inundaciones

Para que sean lo más realistas posible, los modelos son alimentados con parámetros como geometría del terreno, patrones de lluvia e infiltración, uso de suelo o cauces de ríos cercanos.

Con ellos, se pueden construir mapas de inundación, ya sea de susceptibilidad o de riesgo. Los de riesgo permiten calcular qué tan vulnerable es una zona de sufrir algún daño material, como pérdida de casas o infraestructura.

Para crearlos, los investigadores utilizan bases de datos con información sobre el tipo de población, su condición económica, o la calidad de la infraestructura de un lugar específico. Tomar estos mapas en cuenta, puede ayudar a impulsar una mejor planeación urbana, que proteja a las poblaciones más vulnerables.

El caso de México: complejo y triste

Recientemente, Bonasia y un grupo de investigadores usaron modelos matemáticos para analizar el impacto del crecimiento urbano y el cambio de uso de suelo en el riesgo de inundaciones en Villahermosa, Tabasco. De acuerdo con ella, entender las causas de este fenómeno puede ayudar a prevenirlas.

“Es una ciudad con una susceptibilidad a inundaciones históricamente alta”, dice Bonasia. Esto se debe a sus características topográficas, su posición a nivel del mar y el hecho de que ahí está la cuenca de los ríos Grijalva y Usumacinta, dos de los más grandes del país.

Esto ha sido potenciado por el cambio de uso de suelo, que pasó de ser forestal a agrícola. Los suelos naturales son capaces de absorber hasta el 60% de las lluvias, mientras que en los agrícolas solo se absorbe el 40%.

Sumándole la expansión urbana sin control, el impacto de las inundaciones ha aumentado de forma importante en la ciudad. Los suelos urbanos, en donde predomina el cemento, tienen una capacidad casi nula de infiltración.

En la alcaldía Milpa Alta de la Ciudad de México, aplicaron modelos matemáticos y encontraron algo similar: la expansión urbana y el cambio de uso de suelo han tenido una influencia negativa en la gravedad de las inundaciones. En la zona, pueden alcanzar hasta dos metros de profundidad. 

De acuerdo con Bonasia, la falta de una planeación urbana rígida en el país, permite que se construya en zonas de alto riesgo de inundación. Además, las grandes ciudades crean zonas periurbanas (que presenta una mezcla de usos de suelo, urbano y rural) donde −muchas veces− se permiten asentamientos en cauces de ríos secos.

“El hecho de que el río esté seco no quiere decir que no pueda volverse a llenar con lluvias particularmente intensas”, explica la investigadora.

Todo esto, combinado con falta de políticas públicas de construcción basadas en análisis de riesgo por fenómenos naturales, es una receta para el desastre.

“La situación en México es muy complicada y triste también”, expresa Bonasia.

El cambio climático: una amenaza que se suma

Por si fuera poco, el cambio climático se suma a la amenaza al aumentar la frecuencia de lluvias y sequías extremas. “Es indispensable reconocer que estamos enfrentando un cambio climático, aunque parezca obvio, no todo el mundo está consciente de sus efectos”, expresa la investigadora.

En el futuro, sugiere que se tomen en cuenta los modelos matemáticos y estudios de riesgo que ya existen en el país y se traduzcan en políticas públicas generalizadas en donde se evite construir en zonas de alto riesgo y se utilicen materiales que permitan una mejor infiltración de agua.

También, falta inversión para aumentar estos estudios y adquirir equipos que permitan montar estaciones meteorológicas e hidrológicas actualizadas y eficientes para monitorear las lluvias y cauces de ríos y lagos.

“Además, se deben tomar acciones para atender el cambio climático, para que no lleguemos al punto en que no haya vuelta atrás”, concluye Bonasia.

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Autor

Inés Gutiérrez Jaber