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Modelamiento del riesgo por marejada asociada a la ocurrencia de un cliclón: Bangladesh

M. Damen and C.J. van Westen

Department of Earth Resources Surveys,

International Institute Geo-Information Science and Earth Observation (ITC),

P.O. Box 6, 7500 AA Enschede, The Netherlands.

Tel: +31 53 4874266, Fax: +31 53 4874336, e-mail: damen@itc.nl

Tel: +31 53 4874263, Fax: +31 53 4874336, e-mail: westen@itc.nl

Resumen

Este ejercicio se usa el SIG para la zonificación del peligro de inundación asociada a la ocurrencia de ciclones, en un área de estudio al sur de Chittagong, Bangladesh, usando datos del ciclón de Abril de 1991. El ejercicio producirá varios mapas del número de accidentes esperados por localidad y categoría de población, causados por la inundación generada por un ciclón con períodos de retorno de 5, 10, 20 y 50 años. Antes de esto, es necesario generar los mapas de la profundidad de inundación para cada período de retorno, mapas de densidad de población y la vulnerabilidad de la población a la inundación. Para el cálculo de las profundidades de inundación, se usara un Modelo de Elevación Digital (DEM) y un modelo lineal que explica la variación espacial de la profundidad de la inundación.



Inicio de la sesión

Los datos utilizados para la realización del ejercicio están disponibles en el blackboard titulo “Ilwis data case study cyclone hazard Bangladesh”. Para copiar estos datos en su computador proceda de la siguiente manera: cree un fólder con el nombre “CycloneHazardBangladesh”; descargue el archivo zip y extraiga su contenido en el folder previamente creado. Si usted ha previamente instalado los datos en el disco duro de su computador, usted debe iniciar ILWIS y navegar hasta el subdirectorio donde fueron almacenados los datos.







  • Situado en Windows explorer cree un directorio de trabajo en el disco duro

  • Extraiga los datos del archivo Datos Analisis riesgo por marejada.zip desde el directorio:\UNESCO_RAPCA\Casos de estudios SIG\07 Amenazas costeras\Datos SIG ILWIS a el nuevo directorio

  • Haga doble-click en el icono del programa ILWIS y vaya al directorio de trabajo que creo.


1.1 Introducción

A pesar de que el Gobierno de Bangladesh publicó las advertencias de la inminente inundación que provocaría el ciclón de Abril de 1991 en su Programa de Cyclone Preparedness, y que cerca de 3 millones de personas pudieron haber sido evacuadas a un lugar seguro, muchos habitantes permanecieron en la zona para proteger su propiedad. Durante este desastre se estimó que 138.000 personas murieron y un número considerable de casas, tierras agrícolas y trabajos estructurales se destruyeron. Centenares de escuelas se dañaron y entre siete a ocho mil naves se perdieron. Casi todos los puentes y alcantarillas en el área sufrieron daños y los caminos fueron deteriorados.

Durante dos días el gobierno proporcionó por aire alimento y medicina, pero ello fue interrumpido por el mal tiempo asociado con la tempestad. Casi dos semanas habían pasado antes que la ayuda internacional masiva pudiera reaccionar ante desastre y tomó muchos meses para que el área retornara a la normalidad.

El área de estudio de Banskhali se sitúa al este de Bangladesh y al sur de la ciudad de Chittagong. Para este ejercicio se proporcionan mapas del área con sus respectivas tablas de atributos, entre ellos se incluye: la geomorfología, distribución de la población, de los distritos de la Unión, caminos, terraplenes, localización de los refugios disponibles en caso de ciclones, mapa de la elevación del terreno con precisión de cm. También se dispone de imágenes Landsat (mapa temático) e imagen SPOT pancromática. Para una introducción general usted puede utilizar el mapa general de geomorfología de la zona costera de Bangladesh así como también diez fotografías del área de Banskhali:

Algunos archivos utilizados en el SIG se derivan de:


  • Sirajur Rahman Khan (1995) - “Geomorphic Characterization of cyclone hazards along the coast of Bangladesh” “ (Caracterización Geomorfológica de peligros asociados con ciclones a lo largo de la costa de Bangladesh”, ITC-MSc study.

Otra información importante en el área se ha tomado de:

  • “GIS technology for disaster management”, (“Tecnología SIG para el manejo de desastres”, preparado por el proyecto de apoyo de Irrigación para Asia y el cercano Oriente (ISPAN), como contribución a la Acción de Inundación de Bangladesh (FAP19 Plan); y

  • Stephen T. Ray (1994) - “An assessment of the potential of applying GIS to two aspects of disaster management: Storm surge modeling and Cyclone shelter analysis”. ("Una evaluación del potencial de aplicación del SIG a dos aspectos del manejo de desastres: Modelo de Tormentas y Análisis de Protección de Ciclones"). Tesis de MSc de la Universidad de Nottingham, UK

La información adicional detallada de ciclones se presenta en el apéndice y está disponible en formato Word, en el mismo directorio de los archivos de datos. Se recomienda primero leer el texto del apéndice antes de comenzar el ejercicio.

Estructura del ejercicio

  • En las secciones 1.2 y 1.3 se presentan todos los archivos necesarios para realizar el ejercicio.

  • La información se presenta en diferentes capas de datos tanto en formato vectorial (segmentos y mapas de puntos) como raster cada uno con sus respectivas, tablas de atributos.

  • En la sección 1.4 el análisis de acontecimientos históricos de ciclones será explicado usando gráficos de la altura del oleaje, la velocidad de viento, el número de accidentes, etc. Se recomienda también leer el apéndice (en formato Word).

  • En la sección 1.5 el mapa amenaza de oleaje de ciclones (marejada) será producido para diferentes períodos de retorno del ciclón. Se usa un modelo lineal del decaimiento de la profundidad de la inundación. El cálculo repetido se puede hacer con un script de ILWIS.

  • La Sección 1.6 explica el análisis de vulnerabilidad y riesgo. Primero la vulnerabilidad de la población total a ciertas profundidades de inundación es estimada usando los datos del ciclón del año 1991. Se calculará también el número de accidentes potenciales en cada localidad por inundación asociada a oleajes con un cierto período de retorno. Finalmente el peligro de inundación se determinará para cada categoría de localidad y población, basado en la siguiente fórmula:



  • Riesgo=(Probabilidad de ocurrencia) * (Vulnerabilidad de la población) * (Densidad poblacional)

1.2 Datos disponibles

Durante la ejecución del ejercicio usted usará diferentes datos. Primero prepare una vista general de toda la zona costera de Bangladesh, incluyendo los puntos de desprendimiento de tierras por los 20 ciclones en el período 1960 a 1991. La información de la velocidad de viento, la altura de oleaje y número de accidentes se almacenan en una base de datos.

Del área de Banskhali - solamente del sur de la ciudad de Chittagong- se proporcionan mapas con información geomorfológica, la elevación, los distritos de la Unión, caminos, ríos, los terraplenes y la distribución de población en el área. Usted encontrará también los datos SPOT pancromáticos y una imagen falso color del Landsat TM.

Usted encontrará toda la información en los archivos:



    Bdesh Un mapa de sombra hecho de un modelo digital de elevación (DEM).

    Bdgeom Un mapa de polígonos de las principales unidades geomorfológicas.

    Landfall Una tabla con información de ciclones.

    Landform El mapa geomorfológico, incluyendo ríos y lagos.

    Shelter Un mapa con la ubicación de refugios para los ciclones.

    Roads Un mapa de caminos principales y secundarios.

    Village Un mapa con las poblaciones.

    Union Un mapa de los sub-distritos con una tabla de la población.

    Eleva Un mapa de puntos y raster de la elevación sobre el nivel del mar.

    Waterlin Un área costera.

    Batm453 Una composición de colores de Landsat TM (bandas 453 RGB rojo-verde-azul).

    Baspotx Una imagen SPOT, escaneada.

    Photos 1-10 Una fotografía aérea escaneada del mes de Noviembre de 1994.


Appendix.doc Información detallada. Impreso en Word 6.0.

1.3 Visualizacion de los datos

En esta sección le proporcionaremos información detallada para el caso de estudio. En la sección 1.3.1 usted estudiará la información de toda la zona costera de Bangladesh a escala pequeña. En la sección 1.3.2 las imágenes de satélite Landsat TM y SPOT pancromática tienen que ser analizadas. Varias fotografías aéreas se pueden mostrar en la sección 1.3.3 y finalmente todos los datos del mapa se muestran en la sección 1.3.4.

El ejercicio de la sección 1.3.6 es opcional dado que la producción de un Modelo de Elevación Digital (DEM) puede llevar varias horas.

1.3.1 Despliegue de toda la zona costera de Bangladesh

Despliegue el mapa geomorfológico con el siguiente procedimiento:






  • Despliegue el mapa raster Bdesh, el cual corresponde a un mapa de sombra de todo Bangladesh y sus alrededores.




  • Agregue el mapa de geomorfología Bdgeom como una capa extra. Para hacer esto, seleccione, Layers, Add Data Layer, Polygon Map. Escoja del cuadro de dialogo Bdgeom Add Polygon Map. Escriba 0 para el ancho del borde en el cuadro de diálogo Display Options. Clic OK.




  • Amplíe el mapa geomorfológico coloreado haciendo un zoom. Presione el botón izquierdo del mouse para mostrar los nombres de las unidades geomorfológicas.




Despliegue los puntos del ciclón Landfall y agregue la información de la tabla.




  • Esté seguro que los mapas Bdesh y Bdgeom estén desplegados. Adicione el mapa de puntos Landfall. Despliegue los símbolos de los puntos con tamaño 10 y color de relleno rojo.

  • Haga doble-clic para desplegar los datos atributo de los puntos de la tabla Landfall. Ver resultados

  • Abra la tabla Landfall para visualizar los datos de elevación. Muévase a través de la tabla.

  • Cierre todos los mapas y tablas.

1.3.2 Despliegue de las imágenes satelitales de Banskhali

Despliegue primero la imagen de Landsat TM Batm453. La imagen es una composición de falso color de las bandas 4 (rojo), 5 (verde) y 3 (azul). La resolución espacial de la imagen es 10 m (tamaño del pixel, esto ha sido reemplazado del tamaño original de 30 metros por pixel.).






  • Haga Doble clic en el icono del mapa raster Batm453. Seleccione Info y clic OK.

  • Muévase por la imagen usando el mouse presionando el botón izquierdo, los colores de las tres bandas se muestran (Banda 4, Banda 5, Banda 3). En la esquina inferior izquierda de la imagen geo-corregida se muestran las coordenadas X y Y de la posición del cursor.

  • Ver resultados




Observación: las bandas individuales de las imágenes no están disponibles

El mapa Batm453 proporciona información de las características del terreno. Del Oeste al este usted tiene, primero, el mar (color azul). La playa tiene un tono ligero en la imagen; la zona más ancha en el sur es una planicie de la marea. El río es claramente visible y corre de sur a norte con algunos tributarios. Al este usted encuentra las colinas de Chittagong compuesta de rocas sedimentarias recientes; las partes erosionadas tienen un tono ligero en la imagen. Otras diferencias en el tono de la imagen son causadas por varios tipos de uso del suelo, tal como jardines familiares, campos de arroz y caminos.






  • Cierre todas las ventanas cuando haya terminado.

Usted ahora observará la imagen SPOT pancromática con el nombre Baspotx. La imagen es del 22 de Enero de 1994 y está escaneada desde una impresión en papel y reemplazada a una resolución de pixel de 10 m.






  • Despliegue el mapa raster Baspotx.

  • Desplácese por la imagen usando el mouse. Estudie las características de la imagen tales como el tono de color, niveles de gris, para reconocer los jardines familiares del pueblo, las colinas, los caminos, y las partes más bajas del terreno. Amplíe si es necesario. ¿Puede ver el terraplén cerca de la costa?

  • Mire también en las propiedades del mapa seleccionando Edit, Properties. Usted ahora encuentra información del tamaño del mapa, tamaño del pixel, y el dominio de la imagen. Cierre el cuadro de diálogo Properties.

1.3.3 Despliegue las fotografias del terreno

Se pueden desplegar diez fotografías del terreno tomadas durante noviembre de 1994 en el trabajo de campo. Con estas figuras solo se tiene la intención de dar una impresion general del terreno; la ubicación de los puntos no siempre es exacta.






  • Adicione al mapa Baspotx el mapa de puntos Photos. Escoja para el punto un símbolo, tamaño y color apropiado.

  • Seleccione Layers, Double Clic Action, Execute Action, OK.

  • Haga doble clic a un punto para desplegar una fotografía del terreno. Alguna información aparece en la parte superior de la foto.

  • Cierre la ventana del mapa.




1.3.4 Despliegue de la información vectorial: mapas de segmentos y puntos

En este ejercicio usted combina la imagen SPOT pancromática con algunos datos existentes, tal como el mapa de uso del suelo Village, la geomorfología (mapa Landform), los caminos (mapa Roads) y los datos de puntos de elevación (mapa Eleva).






  • Despliegue el mapa Baspotx.

  • Adicione como capa el mapa polígono Village. Seleccione Boundaries only (para desplegar el borde únicamente) y asígnele el color verde. Clic OK. Estos son segmentos digitalizados.

  • Compare el mapa Village con su propia interpretación visual.

  • Mire también las propiedades del mapa seleccionando Edit, Properties. La información del dominio Village Identifier y el número de polígonos es desplegada sobre el mapa. Cierre el cuadro de dialogo Properties.

Todos los datos de uso del suelo están almacenados en la tabla Village. Usted puede visualizar estos datos usando la ventana de pixel information




  • Abra la ventana de pixel information. Cerciórese que esta ventana esta desplegada al lado de la imagen SPOT y que también el catálogo en la ventana principal esté todavía visible.

  • Arrastre y libere el mapa de polígono Village en la ventana de información.

  • Lea la información de la tabla al recorrer las áreas del pueblo.

  • Adicione también los datos Landform a la ventana del mapa (mapa de polígonos con límites de color rojo).

  • Arrastre y libere el mapa de polígonos Landform dentro de la ventana de pixel information y observe de nuevo con el mouse la imagen SPOT.

  • Ver resultados

  • ¿Dónde están las áreas "bajas" y donde están las colinas "altas"? ¿Corresponde esto con su propia interpretación de la imagen?



  • También arrastre y libere el mapa de polígono Union dentro de la ventana de pixel information. Union significa distrito local; aquí se encuentra el total de la población.

  • Adicione finalmente el mapa de polígono Union (muestre sólo los límites en color anaranjado) y el mapa de segmentos Roads.

  • Cambie las capas Union, Village, Landform y Roads en la lista del cuadro de dialogo Layer Management desmarcando el cuadro Show para cada uno de ellos. Haga clic en el botón de redespliegue. Los mapas de vector ya no aparecen.




Finalmente, la información de un punto puede ser visualizada como sigue:




  • Adicione como una nueva capa en la ventana el mapa de puntos Eleva. En la ventana Display Options seleccione Attribute Eleva

  • Escoja un símbolo, color y tamaño apropiado. Haga clic al círculo rojo para mostrar la elevación.

    Observación : si usted hace clic dentro de los puntos de elevación, no se muestra la elevación pero si el valor del pixel.

  • Arrastre y libere el mapa del modelo de elevación digital del área (mapa Eleva). Esto sustituirá la imagen Baspotx en la ventana del mapa. Este mapa de raster esta hecho de la interpolación de los puntos individuales.

  • Seleccione Edit, Properties del mapa Eleva y lea la información en la ventana. El dominio es tipo Value. Cierre el cuadro de dialogo Properties.

  • Marque el cuadro Show del mapa Landform en el cuadro de dialogo Layer Management, redespliegue el mapa.

  • Adicione el mapa Eleva a la ventana de pixel information y con el mouse vea dentro de la imagen para conocer la información del mapa Landform y Eleva.

  • Cierre las ventanas del mapa y el pixel information.




1.3.5 Rasterizando mapas

Para el modelo de oleaje (Sección 1.5) y el análisis de riesgo (Sección 1.6) usted necesita realizar varios cálculos en MapCalc. Para esto usted tiene que rasterizar los mapas.






  • Rasterise el mapa Landform usando la opción PolRas en la lista de operaciones. Dele el mismo nombre de salida al mapa raster. Use la georeferencia: Baspotx.

  • Repita el mismo procedimiento para los mapas de polígono Union y Village utilizando la misma georeferencia.

  • Rasterise los mapas de segmento Waterlin y Roads. Grabe el mapa de raster con el mismo nombre y use para todos los mapas la georeferencia Baspotx. Verifique los resultados.




1.3.6 Crear un modelo de elevación por interpolación de puntos (opcional)

La interpolación puede llevar varias horas, esto se puede hacer si tiene suficiente tiempo disponible.






  • Seleccione desde el menú principal Operations, Interpolation, Point, Interpolation, Moving Average. Seleccione el mapa de puntos Eleva y el atributo Eleva_cm. Use la georeferencia Baspotx; el dominio: Value; y un rango de valor: 0-1500 con una precisión de 1.

  • Seleccione Weight function, Inverse Distance; Limiting Distance: 700. El nombre del mapa de salida es Dem. Clic OK.

  • Doble clic en el mapa raster Dem. Ahora el mapa será producido de acuerdo a la expresión desplegada en la línea de comando. Esto puede demorarse mucho


1.4 Analisis de ciclones en el registro historico

Durante los años 1797 a 1991, Bangladesh fue afectado por 59 ciclones, de los cuales 32 estuvieron acompañados de oleadas de tempestad. La información completa de todos los eventos históricos se da en el apéndice (archivo Word : appendix.doc). Información con respecto a estos ciclones para todo Bangladesh se almacena en la tabla Landfall de ILWIS. Se incluyen aspectos tales como: la velocidad de viento, la altura de oleada, la pérdida de vidas y propiedades, la altura de la marea durante el acontecimiento, etc.

Primero usted desplegará gráficamente las relaciones entre los datos para todo Bangladesh presentes en las diferentes columnas de atributos. Esto se repetirá para la costa de Chittagong después de haber hecho una selección, usando la tabla de Cálculo (Table Calculation). Finalmente el período de retorno se da para los eventos de ciclones, como fue calculado por Khan (1995).

1.4.1 Analisis de la tabla Landfall

Primero usted desplegará la tabla Landfall y hará un gráfico con diferentes combinaciones de las columnas. Luego usted escogerá solo los valores del área de Chittagong/Banskhali.






  • Haga doble clic a la tabla Landfall desde la ventana principal. Despliegue la tabla completa en la pantalla para una buena observación general. La tabla tiene las siguientes columnas:

    Dominio de la tabla;
    Número de zona;
    El nombre de la zona (nuestra área de estudio es Chittagong);
    El año del evento;
    El mes del evento;
    La velocidad del viento;
    La altura del oleaje en m;
    La altura de la marea durante el evento en m.;
    Número de muertos (accidentalmente);

  • Seleccione: Options, Show Graph. Seleccione Wind para el eje X y Surgeh_m para el eje Y. Clic OK. Seleccione Point, circle y el color rojo en el cuadro de dialogo Edit Graph.

  • Seleccione OK para mostrar el gráfico en la pantalla. Como usted ve, la nube de puntos es más bien grande. La razón para esto es que la relación entre la velocidad del viento y altura del oleaje difiere en varias zonas costeras. La relación es mejor si escogemos los datos de sólo la zona de Chittagong (Zona 3).

  • Cierre la ventana del gráfico.



Ahora haga lo mismo para el área de Chittagong. Primero usted tiene que hacer las columnas extras de datos de la zona 3 usando Cálculo de Tabla:






  • Escriba en la línea de comando TabCalc la siguiente fórmula:

    Wind3:=iff(Zone=3,Wind,0)

    Significa: si el valor en la zona de la columna equivale a 3 (la zona de Chittagong), entonces seleccione los valores de la columna Wind (viento), de contrario asigne el valor 0.



  • Repita el procedimiento descrito anteriormente y calcule las columnas Surge3 (de la anterior columna Surgeh_m), y Tidal3 (de la anterior columna Tidalh_m ).

  • Para la altura verdadera de la onda de inundación tenemos que adicionar la altura del oleaje a la altura de la marea. Use la fórmula de MapCalc:

    Waveh3:=Surge3+Tidal3

  • Cree un gráfico (puntos) de la siguiente combinación de columna de la tabla: Wind3 en el eje X y Surge3 en el eje Y.

  • Haga lo mismo (en la misma ventana del gráfico) para:
    eje X: Wind3 eje Y: Waveh3
    eje X: Wind3 eje Y: Death (muertos)
    eje X: Surge3 eje Y: Death

  • Evalúe los resultados. Describa las conclusiones.

  • Cierre la ventana del gráfico y de la tabla.

Conclusiones

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