Tipo: Tesis
Titulo: Modelo de Evacuación a Escala Variable. Una herramienta para la gestión de crisis volcánicas. Aplicación a los volcanes de Teide y Popocatépetl.
Doctorando: José Manuel Marrero Llinares
Directores: Dr. José Antonio Rodríguez Losada, Dr. Ramón Ortiz Ramis
Departamento de Edafología y Geología
Facultad de Biología
Universidad de La Laguna
Lugar: La Laguna, Santa Cruz de Tenerife. Islas Canarias. España.
Fecha: 2009
Idioma: Español
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AbstractVolcanic crisis management is the most important problem that modern volcanology has. Areas affected by hazardous volcanic phenomena can be very extensive and populated. The alert phase can last a lot of time and the only solution is the preventive evacuation of the whole population. In order to facilitate impact scenarios’ integration in Evacuation Plans, in this work an evacuation model has been developed to simulate massive evacuations. This software is integrated in some computer applications that are developed for the volcanic crises management by different european volcanological research groups. Its possibilities are shown simulating evacuations in Teide (Spain), Chichon and Popocatepetl (Mexico) volcanoes.
Emergency management is a responsibility of Civil Defense Authority. But if this is related to a volcanic phenomenon, the joint work of scientists and technical staff of the Civil Defense is needed. Emergency management by Civil Defense is based on the information facilitated by the scientific team on volcano’s activity forecast and its awaited scenarios. Evacuations for volcanic threat can be extended for a long time so that they need a great quantity of economic and human resources. It is necessary to have updated specific Emergency Plans, in order to make them useful.
The ideas developed during this work proceed from hours of discussion between scientists and technical staff of Civil Defense and they are not written in any document of public access. This knowledge represents more than ten years of personal experience in management volcanic crises with the Volcanology Department of the National Museum of Natural Sciences and the Institute Jaume Almera, both related to CSIC, and Edafology and Geology Department of the University of La Laguna (ULL), in collaboration with other countries institutions dedicated to researching, monitoring and managing volcanic emergencies.
A review of current models for modeling massive evacuations has been done in order to extract and compare the elements that can be applied to the case of the evacuations in volcanic crisis. One of the most important elements during preventive evacuations is population behavior. Information about population distribution and road network is needed by the /evacuation model/ to simulate the evacuation of a threatened region by a volcano. In addition, the software considers road network vulnerability in relation to ash fall, seismicity and flows. This information is obtained by applying to different methodologies that use a Geographical Information System (GIS). This system also integrates cartography and administrative population databases. This integration requires a great effort because most of the time, administrative databases ha ve not been easily organized for georeference. Besides, in some other cases, cartography has been drawn only using CAD criteria. In order to apply the evacuation model, it is necessary to digitize a road network in point layers and join the total inhabitants number to each point. An important aspect of this development is the automatic definition of crosses and mistakes detection. Population behavior is represented by means of distribution functions which are defined from the knowledge that authorities have of their population. The evacuation model has been programmed using the package BORLAND BUILDER 6. The basic functions have been coded in ANSI C to facilitate the migration to any platform (LINUX, MAC and WINDOWS).
The volcano Teide, Tenerife, Spain, is a stratovolcano with a complete series from basalt to phonolite magmas and the ability to produce explosive eruptions. At the north face of Teide volcano is located Icod de los Vinos municipality, with more than 20000 inhabitants. This municipality is exposed to the volcano activity, landslides, big floods, etc. That is the reason that justifies the application of the evacuation model using a large scale. The available information has allowed to work up to a building level, using a spatial discretization of 10 meters and a temporal discretization of 0.2 seconds. Depending on the evacuation scenario, the evacuation time obtained is between 2 and 20 hours, which demonstrates the importance of realizing a suitable planning of the evacuation. The evacuation model shows the presence of critical points in the road network. This result allows to recommend to the administration the improve of specific works to reduce the evacuation time.
The eruption of the Chichon volcano located in Chiapas State (Mexico, 1982) caused more than 2000 death. In order to evaluate the Emergency Plan, Civil Defense of Chiapas realized in January 2009 an exercise of evacuation of Viejo Volcan settlement. The simulation, using the evacuation model, considered 18000 inhabitants situated 3.5 km from the limit of maximum impact scenario. The used simulation parameters are 2 second for temporal discretization and100 meters for spatial discretization. The inhabitants’ association to the road network point layer is done up to a town level. The evacuation is simulated in a collective transport, so that the road capacity parameter is increased. The obtained evacuation times, from 8 to 13 hours, are slightly superior to any day trip.
The volcano Popocatepetl is in eruption from 1994 and Mexican authorities have had to evacuate repeatedly several thousands people. For this reason, this volcano has been chosen to evaluate the capacity of the evacuation model behavior, considering the evacuation produced on 19 December 2000, when 15000 persons were evacuated and remained evacuated more than 8 days. The parameters of the simulation are 1 second of temporal discretization and 50 meters for the spacial discretization. The inhabitants’ association to the road network point layer is done up to a town level. The evacuation is simulated in a transport supplied by the Civil Defense, so that the road capacity parameter is increased. The evacuation time obtained (5 at 6 hours) are related to the actual duration of the real evacuation.
Resumen
La gestión de la crisis volcánica es el mayor problema con el que se enfrenta la volcanología actual. En algunos fenómenos naturales, como los terremotos, la actuación se realiza con posterioridad al impacto, en otros, como huracanes, inundaciones, fuertes vientos o nevadas, la actuación se realiza durante el impacto o con pocas horas de anticipación. En el caso de las crisis volcánicas, la fase de alerta previa puede prolongarse durante mucho tiempo y la zona de impacto puede afectar un área muy extensa y, en ocasiones densamente poblada, cuya única respuesta es, en muchos casos, la evacuación total de la población.
Esta es la razón por la que, estadísticamente, son pocas las víctimas en las erupciones volcánicas frente a las producidas por otros fenómenos naturales. Sin embargo, cuando no se actúa correctamente se producen miles de muertos (Mont Pelé 1902, Nevado del Ruiz 1985, etc…) debido, en gran medida, a la mala gestión por parte de las autoridades responsables.
Aunque, aparentemente, la gestión de la emergencia debe de ser responsabilidad de las Protecciones Civiles, las especiales características del fenómeno volcánico hace necesario el trabajo conjunto entre los científicos y los técnicos de la Protección Civil, especialmente en las cuestiones relacionadas con la planificación de la emergencia, que incluye la toma de decisiones en función de la evolución previsible de la actividad del volcán y de los escenarios esperados y, en consecuencia, establecer el plan de evacuación acorde con los medios e infraestructuras disponibles y en función del impacto previsto.
Las erupciones volcánicas suelen estar precedidas por actividades precursoras observables, siendo las más evidentes el aumento de sismicidad, deformación del terreno, emisión de gases, etc., causadas, en términos generales, por el ascenso del magma o por cambios en las condiciones de las cámaras magmáticas corticales. No siempre esta actividad precursora se presenta de manera clara y fácilmente identificable y, la búsqueda e interpretación de precursores, sigue siendo un tema importante de investigación actual para la correcta gestión del riesgo volcánico.
Desde tiempos remotos, ha habido casos evidentes de la existencia de señales previas a una erupción, de ahí que se hayan producido evacuaciones como las ocurridas en la Caldera de Thera, hacia el año 1625 A.C. en la isla de Santorini (Grecia) o en el año 79 D.C. en el área del volcán Vesubio (Italia). Dado el elevado número de personas residentes en estos lugares, la toma de decisión de la evacuación debió implicar una alto nivel organizativo y, especialmente, de percepción del fenómeno.
La gran complejidad de las actuales sociedades desarrolladas y su crecimiento con la ocupación intensiva de grandes extensiones de terreno, ha incrementado considerablemente el riesgo volcánico así como el de otros fenómenos naturales. A esto, hay que añadir la dificultad de tomar decisiones para llevar a cabo evacuaciones preventivas en base a la interpretación de unas señales precursoras, no siempre evidentes para el conjunto de la población y, difícilmente asumibles por las autoridades. Además, estas evacuaciones implican movilizar a un gran número de personas, requiriendo gran cantidad de recursos económicos y humanos, en una situación que puede prolongarse durante mucho tiempo. La complejidad de esta actuación, obliga a disponer de Planes de Emergencia específicos, que deben entrar en el detalle de la operación y continuamente actualizados para que ser útiles. La gestión integrada de una crisis volcánica implica seguir la actividad del volcán, establecer pronósticos de evolución y generar escenarios. En base a estos últimos, se debe actualizar el Plan de Emergencia y preparar la evacuación preventiva de la zona de impacto.
Muchas de las ideas aquí recogidas son el fruto de horas de discusión entre científicos y técnicos de la Protección Civil que no están reflejadas en documentos de acceso público. Representan más de diez años de experiencia en gestión de crisis volcánicas, reales y simuladas conjuntamente con el Departamento de Volcanología del Museo Nacional de Ciencias Naturales, el Instituto Jaume Almera, ambos del Consejo Superior de Investigaciones Científicas y el Departamento de Edafología y Geología de la Universidad de La Laguna, en colaboración con instituciones dedicadas a la investigación, vigilancia y manejo de emergencias volcánicas de otros países con volcanismo activo con las que se mantiene intercambio académico. Es por ello que, personalmente, he tenido la oportunidad de participar en estas investigaciones y trabajos de campo lo que me ha permitido afrontar el desarrollo de esta memoria. Por otra parte, mi formación inicial de geógrafo junta a los estudios en volcanismo activo, se ha visto complementada con la experiencia laboral desarrollada en el ámbito de la informática profesional en los últimos años.
En este trabajo, se desarrolla una metodología para la planificación de evacuaciones en caso de una crisis volcánica. Esto, permite al operador, para un escenario de impacto previsto de la erupción esperada, evaluar distintas opciones de evacuación para la zona afectada, considerando el comportamiento de la población, los medios disponibles y la ocurrencia de otros fenómenos que puedan modificar las condiciones de las vías de comunicación. Esta herramienta está integrada en un conjunto de aplicaciones informáticas que se están desarrollando, de forma coordinada, por distintos grupos europeos de investigación volcanológica para gestiones de crisis volcánicas. Los tres pilares que soportan la metodología son: la cartografía digital y las bases de datos disponibles, el Sistema de Información Geográfica en el que se integran y el motor de evacuación que se ha desarrollado específicamente en C++.
La presente memoria está estructurada en cuatro partes. La primera está dedicada a presentar la problemática de la gestión de la crisis volcánica, con especial atención al tema de las evacuaciones y una revisión de las soluciones existentes.
La segunda parte desarrolla la metodología utilizada y los diversos problemas encontrados. Está dividida en dos grandes bloques; el primero centrado en la obtención y preparación de datos procedentes de diversas fuentes no siempre compatibles. El segundo está dedicado a la descripción del motor de evacuación desarrollado, exponiendo los elementos fundamentales que lo componen y su implementación en C++. Finalmente, se muestra su integración en el Sistema de Información Geográfica (SIG).
La tercera parte está dedicada a presentar la aplicación de esta metodología en tres volcanes, Chichón, Popocatépetl y Teide, con distinto nivel de actividad y considerados de alto riesgo que presentan características socio-económicas, entornos y formas de vida diferentes.
El volcán Teide (España), situado en la isla de Tenerife, Islas Canarias, es actualmente objeto de numerosas investigaciones, dirigidas a definir su estado ante la posibilidad de que entre en erupción en un espacio de tiempo geológico relativamente corto, tras la crisis sismo-volcánica detectada en 2004 ([García et al., 2006] [Martí et al., 2009]). La zona más vulnerable a la actividad del volcán está situada en el flanco norte de la isla y engloba varios municipios. Se ha elegido el municipio de Icod de los Vinos como ejemplo para la aplicación de esta metodología, zona de la que se dispone de datos muy detallados pero que carece de experiencia en gestión de crisis volcánicas.
El volcán Chichón (México), situado en el estado de Chiapas, es conocido por su erupción en 1982, que provocó miles de muertos derivados de un problema de gestión ([De la Cruz-Reyna, 2002], [Macías, 2005]). Se localiza en una zona de selva muy antropizada, con pequeñas poblaciones indígenas aisladas, un nivel socio-económico muy bajo y una red de comunicaciones muy vulnerable. En 2007 se preparó el Plan de Emergencia para las dos áreas volcánicas activas del Estado de Chiapas (volcanes Chichón y Tacaná). En enero de 2008, este Plan de Emergencia ha sido evaluado mediante la realización de un simulacro de evacuación en el área del volcán Chichón. La participación en este ejercicio como miembro del Comité Científico Asesor nos ha permitido la incorporación de estos datos a la memoria y la valoración de la metodología propuesta.
El volcán Popocatépetl (México), próximo a las ciudades de México D.F. y Puebla que afecta directamente a tres estados: México, Morelos y Puebla, inició un periodo eruptivo en 1993 en el que todavía esta inmerso ([Delgado-Granados et al., 2008]). La zona de impacto puede afectar tanto a pequeñas poblaciones como a grandes ciudades e infraestructuras tan importantes como aeropuertos y líneas vitales de suministro, electricidad y saneamiento. En estos años, se han realizado numerosas evacuaciones en la zona que han afectado a más de 30.000 personas. Cuenta con Planes de Emergencia y rutas de evacuaciones preestablecidas, que han permitido calibrar la opción del modelo de evacuación propuesto en este trabajo.
La cuarta parte, corresponde a la elaboración de una serie de recomendaciones dirigidas a los responsables de las bases de datos administrativas, de las cartografías digitales y, en general, a los organismos que manejan todos aquellos datos que, en una situación de crisis, pueden resultar necesarios para su incorporación a un Sistema de Información Geográfica, para la evaluación del riesgo y para la adopción de medidas de mitigación. Estas recomendaciones se basan, en gran medida, en las dificultades encontradas en el tratamiento y preparación de los datos para su posterior utilización del modelo de evacuación en la gestión de una crisis real.
Finalmente, se presentan las conclusiones de este trabajo. A lo largo del texto, se han incluido numerosas ilustraciones para facilitar la percepción de la problemática de una evacuación masiva por la amenaza de un volcán.