Análisis del fenómeno subsidencia-inundación mediante InSAR y FLO-2D en la ciudad de Morelia, Michoacán

Abstract

"La ciudad de Morelia sufre de inundaciones desde su fundación en el siglo XVI y de Subsidencia Diferencial con Control Estructural (SDCE) desde el año 1983. Ambos fenómenos han impactado severamente la vida económica y social de la población, de tal manera que es indispensable el estudio de la problemática subsidencia-inundación, con el objetivo de proponer medidas no estructurales bajo un enfoque de gestión del peligro que reduzcan eficazmente los daños por inundación y hundimiento del terreno en el futuro. La metodología para lograr este objetivo consistió en la estimación futura de la SDCE mediante la detección y cuantificación del hundimiento con técnicas de Interferometría SAR como SBAS (2007-2010) y PSI (2014-2017). El hundimiento proyectado a los años 2017 y 2050 permitió modificar un MDE LIDAR (2007) de alta resolución para obtener escenarios que consideran el efecto de la SDCE. Los MDE afectados por subsidencia se utilizaron como base para la simulación de inundaciones. Dichas simulaciones se realizaron en el entorno de un modelo numérico con una lluvia de diseño de una hora y periodo de retorno de 50 años. Finalmente, se eligieron tres sectores con alta subsidencia para determinar el efecto subsidencia-inundación, anexando además el efecto urbano futuro. El estudio SBAS revela una tasa máxima de subsidencia de 2.2 cm/año, mientras que PSI de 2.74 cm/año. Ambas técnicas confirman un patrón espacial de la subsidencia controlado por las fallas normales de la zona y revelan la necesidad de mejorar la cartografía geológica del subsuelo para una mejor comprensión de la SDCE. Se estima una proyección del hundimiento máximo vertical de 0.295 m y de 0.873 m para los periodos 2007-2017 y 2017-2050, respectivamente. Un primer modelo de inundación regional (con subsidencia al año 2017) indica que el 64% de la zona urbana de Morelia es inundable. El mapa de tirantes identifica 17 sectores inundables con magnitudes por encima de 0.5 m. El mapa de velocidades muestra que los escurrimientos que bajan de las parte altas de la ciudad alcanzan magnitudes capaces de generar flujos hiperconcentrados. El mapa de peligro se correlaciona con investigaciones previas, pero además registra la existencia de nuevas zonas de peligro. Los tres sectores utilizados para la evaluación del efecto de la subsidencia futura muestran incremento en los tirantes y velocidades, como efecto solamente del hundimiento del terreno. Sin embargo, la incorporación de la urbanización futura modifica el patrón natural espacio-temporal y magnifica el peligro por inundación en varios órdenes de magnitud. Las técnicas empleadas para la cuantificación de la subsidencia, así como la metodología aplicada para su proyección futura y la utilización del modelo numérico de inundaciones, permitieron crear cartografía de peligro subsidencia-inundación bajo un enfoque de gestión y prevención del riesgo, lo que brida elementos para una adecuada planificación urbana."

"The city of Morelia faces floods since its foundation in the 16th century, and from Structurally-Controlled Differential Subsidence (SCDS) since 1983. Both phenomena have severely impacted the economic and social life of inhabitants. Therefore, it is indispensable to study the subsidence-flood problem to propose non-structural measures under a hazard management approach that will effectively reduce damages in the future. The methodology to achieve this objective consisted of estimating the future SCDS through the detection and quantification of subsidence with SAR Interferometry techniques, such as SBAS (2007-2010) and PSI (2014-2017). The forecasted sinking for 2017 and 2050 allowed modifying a high-resolution DEM LIDAR (2007) to obtain scenarios incorporating the effect of the SCDS. Both DEM, affected by subsidence, were used as a basis for flood simulation. These simulations were performed within a numerical model and considering a design rainfall of 1 hour with a return period of 50 years. Finally, three sectors with high-rate sinking were chosen to determine the subsidence-flood effect, also adding the future urban development effect. The SBAS analysis detected a maximum subsidence rate of 2.2 cm/year, while the PSI showed 2.74 cm/year. Both techniques confirm a subsidence spatial-pattern controlled by the normal faults of the area and reveal the need to improve the geological subsoil mapping to increase the comprehension of the SCDS. Furthermore, a maximum vertical subsidence projection of 0.295 m and 0.873 m is estimated for the periods of 2007-2017 and 2017-2050, respectively. The first regional flood model (subsidence until 2017) indicates that 64% of Morelia's urban area is floodable. The flood depth map identifies 17 floodable sectors with magnitudes above 0.5 m depth. The velocity map shows that the runoffs descending from the upper parts of the city reach magnitudes capable of generating hyperconcentrated flows. Additionally, the hazard map correlates with previous surveys but also point out new hazard zones. The three sectors used to evaluate the future impact of subsidence show increased flood depths and velocities as a direct effect of the sinking. However, the incorporation of future urban growth modifies the natural spatial-temporal pattern and increase the flood hazard by several orders of magnitude. Finally, the techniques used to quantify the subsidence, the methodology applied for its future projection, and the use of the numerical flood model allowed the creation of subsidence-flood hazard mapping under a risk management and prevention approach, which provides elements for adequate urban planning."