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Dirección General de Planificación y Ordenación TerritorialCONSELLERIA DE TERRITORIO Y VIVIENDA
v3C AF2060 70303f
Actions-pilote de prévention des risques d’inondation en milieux fortement urbanisés
INUNDA
Enrique Ortiz i Andrés Enrique Ortiz i Andrés -- Enrique Cifres GiménezEnrique Cifres GiménezAveiroAveiro, 1 de julio 2005, 1 de julio 2005
CUENCA PILOTO DEL SOCIO GENERALITATCUENCA PILOTO DEL SOCIO GENERALITATVALENCIANA: CONSELLERÍA DE TERRITORIOVALENCIANA: CONSELLERÍA DE TERRITORIO
Y VIVIENDA: RÍO PALANCIAY VIVIENDA: RÍO PALANCIA
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1.1.-- CARTOGRAFÍA: CARTOGRAFÍA: Tecnología Tecnología LiDARLiDAR (Light (Light DetectionDetection AndAnd RangingRanging).).
2.2.-- ESTUDIO GEOMORFOLÓGICO.ESTUDIO GEOMORFOLÓGICO.
3.3.--ESTUDIO DE AVENIDAS HISTÓRICASESTUDIO DE AVENIDAS HISTÓRICAS
4.4.-- ESTUDIO HIDROLOGICO.ESTUDIO HIDROLOGICO.
5.5.-- ESTUDIO HIDRÁULICO.ESTUDIO HIDRÁULICO.
6.6.-- USOS DEL SUELOACTUALES/PLANIFICADOS.USOS DEL SUELOACTUALES/PLANIFICADOS.
7.7.-- ELABORACIÓN DE MAPAS DE RIESGO.ELABORACIÓN DE MAPAS DE RIESGO.
METODOLOGÍA GENÉRICA DE LOS TRABAJOSMETODOLOGÍA GENÉRICA DE LOS TRABAJOS
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ESTUDIOS DE INUNDABILIDAD
EST. GEOMORFOLÓGICO
EST. HIDROLÓGICO
EST. HIDRÁULICO
CONCRECIÓN DEL RIESGODE INUNDABILIDAD
NECESIDAD DE CARTOGRAFÍA LiDAR
PLANTEAMIENTO INICIALPLANTEAMIENTO INICIAL
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CARTOGRAFÍA: TECNOLOGÍA CARTOGRAFÍA: TECNOLOGÍA LiDARLiDAR
Sistema activo de captura basado en técnicas telemétricasEmisión pulso láser
Reflexión en tierra
Recepción en sensor
Medida de tiempo:Medida de tiempo:Cálculo de distancia:Cálculo de distancia:Cota terrenoCota terreno
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CARTOGRAFÍA: TECNOLOGÍA CARTOGRAFÍA: TECNOLOGÍA LiDARLiDAR
PRODUCTOS FINALES OBTENIDOS
MODELO DIGITAL DE SUPERFICIESMODELO DIGITAL DE SUPERFICIESMODELO DIGITAL DEL TERRENOMODELO DIGITAL DEL TERRENOEDIFICIOSEDIFICIOSVEGETACIÓNVEGETACIÓNINTENSIDADESINTENSIDADES
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CARTOGRAFÍA: TECNOLOGÍA CARTOGRAFÍA: TECNOLOGÍA LiDARLiDAR
FASES DE LOS TRABAJOS
2.- PLANIFICACIÓN DEL VUELOAltura de vuelo: normalmente entre 800 y 1000 metrosPermisos de vueloCoordinación equipos GPS de tierra
3.- CAPTURA DE DATOS: SENSOR LiDAR
4.- PROCESADOAplicación de parámetros de transformación a los puntos capturadosClasificaciones de edificaciones y vegetaciónControl de calidad
1.- OBTENCIÓN DE LOS PARÁMETROS DE TRANSFORMACIÓNObservaciones GPS para la obtención de parámetros que relacionen:
84WGSi
i
i
ZYX
50EDi
i
i
H
λϕSistema
ReferenciaGlobal
SistemaReferencia
Local
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Planning: Terrain Shape
In a ‘rugged’ regions or areas of ‘extreme’ terrain then a closer point spacing may be required to minimise
errors caused by interpolating between points.
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Planning: Ground CoverIn areas of heavy vegetation where ground returns are the priority deliverable then reducing the scan angle and increasing the scan frequency may be required.
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ESTUDIO GEOMORFOLÓGICOESTUDIO GEOMORFOLÓGICO
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OBJETIVOS
Estudiar la configuración de los caminos de drenaje naturales que siguen los flujos desbordados en la zona del cono aluvial
del Río Palancia
METODOLOGÍA
ANÁLISIS CONFIGURACIÓN REGIONAL DE LA ZONA
OBTENCIÓN DEL MDT, GENERACIÓN MAPA DE PENDIENTES
OBTENCIÓN DIRECCIONES DE DRENAJE
OBTENCIÓN CELDAS DRENANTES ACUMULADAS
CAMINOS PRINCIPALES DEL FLUJO DESBORDADO
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ESTUDIO GEOMORFOLÓGICOESTUDIO GEOMORFOLÓGICO
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CONFIGURACIÓN GEOMORFOLÓGICA GENERAL- El estudio previo en el que nos hemos basado es la publicación del Departamento de Geografía de la Universitat de Valencia, titulada “Las Ramblas Valencianas” (1990) y cuya autora es F. Segura Beltrán.
La figura de la derecha resalta la existencia de un extenso y bien marcado abanico aluvial de tipo deltaico perteneciente al Pleistoceno Superior
Por la margen derecha del Río Palancia se identifican varios paleocauces, siendo el más importante de ellos el de la Rambla D’Almudáfer,
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ESTUDIO GEOMORFOLÓGICOESTUDIO GEOMORFOLÓGICO
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POST-PROCESADO DEL MDT OBTENIDO CON LiDAR
MDT 1x1 m
MDT 4x4 m
MDT 10x10 m
MDT 20x20 m
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ESTUDIO GEOMORFOLÓGICOESTUDIO GEOMORFOLÓGICO
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Equidistancia curvas de nivel: 2 m.
Marjal de Almenara
OBTENCIÓN DE LOS CAMINOS PREFERENTESDE LOS FLUJOS DESBORDADOS
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ESTUDIO DE AVENIDAS HISTÓRICASESTUDIO DE AVENIDAS HISTÓRICAS
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El objetivo principal es aportar información sobre:
1. Tipología de procesos históricos de inundación2. Localización y delimitación de zonas históricamente
inundables3. Reconstrucción de los eventos históricos
Río Palancia. Vista a érea del brazo izquierdo del delta. Aspecto tras las i nundaciones.
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Imágenes día 20Imágenes día 20--1010--2000 02:00 y 08:00 GMT2000 02:00 y 08:00 GMT
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Emb alse de Algar. 26/10/00 10:00 h.
Presa del Algar desde aguas arri ba. Presa del Algar desde aguas abajo.
Ultima avenida históricaUltima avenida histórica
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ESTUDIO DE MEDIDAS DE PREVENCIÓNESTUDIO DE MEDIDAS DE PREVENCIÓN
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Diminution du risque Diminution de la vulnérabilité Diminution des dégâts
Développement du seuil De débordement Actuelle Durant l’inondation
1. Digues et murs 2. Canalisations 3. Dérivation des débits 4. Amélioration des réseaux de
drainage superficiel 5. Amélioration drainage
Transversal
6. Conformité de la construction 7. Conformité des infrastructures 8. Acquisition du sol 9. Subvention de relocalisation 10. Education et information
11. Mesures d’urgence 12. Systèmes d’alerte 13. Education et information
Diminution de la magnitude Future Après l’inondation
1. Réservoirs 2. Restauration hydrologique
forestière 3. Zones sacrifiées 4. Techniques compensatoires
d’infiltration
5. Régulation de l’usage du sol 6. Politique d’assurance 7. Education et information
8. assurances contre les inondations
9. subventions de reconstruction
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3.- ESTUDIO HIDROLOGICO.
Praxis vigente: aplicación práctica habitual:
– Datos de precipitaciones máximas en 24 horas (INM) – Ajuste de una función de distribución (Gumbel o SQRT-max) obteniendo los
cuantiles de precipitación máxima en 24 horas, (T=25, 50, 100 y 500 – 10000 años)
– Interpolación para obtener la lluvia areal (Thiessen, o algoritmos de interpolación).
– Aplicación de un factor reductor areal (Témez o Eagleson) f(Area,dT). – Asignación de precipitación media en cada una de las subcuencas.– Yetogramas artificiales en base a curvas IDF envolventes conservadoras de la
distribución temporal que generan un sesgo en la estimación de las probabilidades finales.
– Modelización de la respuesta de la cuenca mediante la trasformación precipitación-lluvia neta-escorrentía.
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• Principales inconvenientes de estas metodologías habituales:– Los estudios hidrológicos (hidrometeorológicos) parten de la premisa de igualdad de
periodos de retorno en precipitaciones y caudales.– unicidad del hidrograma para un periodo de retorno dado, – campo ficticio de precipitaciones en la cuenca no correspondiente con los reales, – limitación de la información pluviométrica al área de la cuenca y su tratamiento puntual– dudosa validez de las extrapolaciones en la estimación de cuantiles– adopción de distribuciones temporales determinísticas que generan un sesgo en las
probabilidades, etc..Es posible superar estos inconvenientes desde el punto de vista doctrinal y operativo.
T ( Q máx ) vs. T (Precipitación)
PERIODO RETORNO - LLUVIA
T (C
AUD
AL
MÁX
IMO
)
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Frecuencia de ocurrencia – proceso de punteo.El número de tormentas que supera el citado criterio de severidad E que se pueden presentar en un intervalo de tiempo será una variable distribuida según la función de Poisson.
µ : es la media de ocurrencias en un intervalo unidad en nuestro ámbito
Probabilidad de "n" ocurrencias vendrá definida como:
Parametrización de la tormentaLa tormenta queda definida por un conjunto de parámetros βque la describen.
Muestra extraordinaria – pocos parámetros.
Robustez a la estimación de su función de probabilidad.
β cantidad precipitada y su extensión areal
τ distribución temporal de la precipitación
ω estado previo de humedad de la cuenca
χ localización y orientación de la tormenta
Transformación hidrológica:Q(t) = Ψ (η,β,τ,ω,χ)
η parámetros característicos de la cuenca
TRANSPOSICIÓN ESTOCÁSTICA Y TRANSPOSICIÓN ESTOCÁSTICA Y OROGRÁFICA DE TORMENTAS (Tesis Doctoral de OROGRÁFICA DE TORMENTAS (Tesis Doctoral de
E.Cifres)E.Cifres)
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Probabilidad de ocurrencia de caudales
P(Q<q|E) = F(q|E) = ∫Q<q f(β,τ,ω,χ) dβdτdωdχ
f(β,τ,ω,χ) = fp(β,τ) . fs χ) . fw(ω) ←Separable
ámbito de transposición a la región donde la función "f" es separable.
TRANSPOSICIÓN ESTOCÁSTIA Y OROGRÁFICATRANSPOSICIÓN ESTOCÁSTIA Y OROGRÁFICADE TORMENTAS (Tesis Doctoral de E.Cifres)DE TORMENTAS (Tesis Doctoral de E.Cifres)
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Estudio mediante la metodología hidrológica propuestade la cuenca del Río Palancia
630 x 10 x 10 x 3 = 189.000 simulaciones
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Modelo hidrológico quasi-distribuido conceptual de la cuenca del Río Palancia
•Modelo de infiltración a escala de subcuenca•Modelo de de respuesta a escala de subcuenca•Modelo de propagación en cauces•Modelo de laminación en embalses
Alto Palancia
Medio Palancia
Bajo Palancia
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0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
Tiempo Ca
udal
Modelado con un único número de curva a lo largo del episodioModelado con número de curva variable a lo largo del episodio
Modelo de infiltración a escala de subcuenca-SCS
En la presente proyecto se ha variado el modelo de infiltracióndel SCS permitiendo la reevaluación del estado de humedad
a lo largo de la tormenta variando el número de curva
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Modelo de respuesta a escala de subcuenca-SCS
HIDROGRAMA UNITARIO ADIMENSIONAL DEL S.C.S.
00.10.20.30.40.50.60.70.80.9
11.1
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5
t/tp
Q/Q
p
El modelo utilizado se basa en la teoría del Hidrograma Unitario, establecido por Sherman (1932). Se ha utilizado el hidrograma
unitario adimensional del U.S. Soil Conservation Service.
DTT Clag 81
83
−=
lagTD 29.0<
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Modelo de propagación en cauces
Como modelos de propagación en la cuenca del Río Palancia se han utilizado dos métodos:
Muskingum (Tramo de cauce hasta Regajo)
Muskingum-Cunge (Tramo de cauce desde Regajo hasta Algar)
Modelo de laminación en embalses
tStOtI∂∂
=− )()(
Aplicación a la cuenca del Río Palancia
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LA ÚLTIMA INUNDACIÓN: OCT.2000. SITUACIÓNMETEOROLÓGICA
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0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0.00
4.00
8.00
12.0
0
16.0
0
20.0
0
24.0
0
28.0
0
32.0
0
36.0
0
40.0
0
44.0
0
Tiempo en horas (dias 24 y 25 de Octubre de 2000)
mm
en
5'
Campo espacial y temporal en 48 horas del episodio
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El episodio de Octubre de 2000 en el Río PalanciaEMBALSE DEL ALGAR
Caudales de entrada y salida al embalse durante el episodio de avenida de octubre 2000
0
100
200
300
400
500
600
700
800
10/24/2000 10:00 10/24/2000 14:48 10/24/2000 19:36 10/25/2000 0:24 10/25/2000 5:12 10/25/2000 10:00 10/25/2000 14:48 10/25/2000 19:36
Caud
al (m
3/s)
Q entrada Q salida
Caudal pico de entrada: 753 m3/s
Caudal pico de salida: 288 m3/s
Aplicación a la cuenca del Río Palancia
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0
100
200
300
400
500
600
700
800
0:00 4:48 9:36 14:24 19:12 0:00 4:48 9:36
Q (m
3/s)
Hidrograma Observado Hidrogram a Simulado
Día 24 Día 25
Reproducción del hidrograma observadocon el modelo utilizado en el presente proyecto INUNDA
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0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
1 10 100 1000Periodo de Retorno (años)
Qp (m3/s) F(Qp) en Sagunto
FUNCIÓN DE DISTRIBUCIÓN DE NO EXCEDENCIA DE Qp EN EL INICIO DEL CONO ALUVIAL
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4.- ESTUDIO HIDRÁULICO.El modelo SOBEK 1DEl modelo SOBEK 1D--2D2D
Sobek es una potente herramienta útil para:
- Planes de Defensa y Planes de Emergencia de Presas- Gestión de avenidas- Estudios de inundabilidad- Diseño y análisis de redes de canales y colectores- Estudios de calidad de aguas y vertidos - Planes de sostenibilidad- Estudios morfológicos-Transporte de Sedimentos- Estudio de operación de sistemas. Normas de explotación.
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Características hidráulicas de Sobek:
Trabaja con la Ec. Completas de St.-Venant.
Modela el flujo transitorio BIDIMENSIONAL
Considera cualquier tipo de sección (abiertas o cerradas), incluyendo perfiles asimétricos y perfiles def. por coordenadas y-z
Estable ante situaciones de inundación/desecación.
Simula ríos con pendiente fuerte con flujo supercrítico y resaltos móviles
Simula ríos con pendiente suave y flujo subcrítico
Simula redes de canales/ríos de cualquier tamaño.No hay limitación de nudos.
Se pueden incluir gran numero de estructuras: compuertas, bombas, culverts, puentes... Que pueden ser controlados en TR.
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Ecuaciones de Saint Venant en 2 dimensiones
0)()( =∂
∂+∂
∂+∂∂
yvh
xuh
tζ
02 =++∂∂
+∂∂
+∂∂
+∂∂ uau
hCVu
gx
gyuv
xuu
tu ζ
02 =++∂∂+
∂∂+
∂∂+
∂∂ vav
hCVv
gy
gyvv
xvu
tv ζ
Ecuación de continuidad
Ecuación de cantidad de movimiento en el eje x:
Ecuación de cantidad de movimiento en el eje y:
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Cada punto del plano horizontal tiene unas componentes de la velocidad promediada a lo largo de la columna de agua que se definen U y V para las direcciones X e Y respectivamente de la forma siguiente:
∫=h
zb
udzd
U1
∫=h
zb
vdzd
V 1
( ) ( )q
yVd
xUd
td
=∂⋅∂
+∂⋅∂
+∂∂
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )0
1cos
21
coscos 222
=
∂⋅∂
−∂⋅∂
−−+⋅⋅Ω−∂∂
⋅
+⋅⋅∂∂
+
⋅⋅+⋅
∂∂
+∂⋅∂
yd
xd
Vdxz
dg
VUdy
dgUdxt
Ud
xyxxsxbx
bx
uvzxuu
ττττ
ρα
βααβ
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )0
1cos
21
coscos 222
=
∂⋅∂
−∂⋅∂
−−+⋅⋅Ω+∂∂
⋅
+⋅⋅∂∂
+
⋅⋅+⋅
∂∂
+∂⋅∂
yd
xd
Udyz
dg
VUdx
dgVdyt
Vd
yyyxsyyx
by
uvzyxvv
ττττ
ρα
βααβ
ESTUDIO HIDRÁULICOEcuaciones de Saint Venant en 2 dimensiones
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El modelo SOBEK 1DEl modelo SOBEK 1D--2D2D
11DD Ri
ver
Flood plain
?1DQuasiQuasi--2D2D
River
Flood plain
Link channel
1D1D
2D2DRiver
Flood plain
2D
1D1D--2D 2D couplingcoupling
River
Flood plain2D1D
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n+1
n
n-1
n-2
m-2 m-1 m m+1
uvh
contorno
X
Y
Características hidráulicas de Sobek Flow :Puede computarse la capacidad de transporte de sedimentos. Con Delwaq
puede simularse el transporte de varias fracciones de sedimentos
Puede modelarse el efecto del viento.Puede aplicarse cualquier tipo de condiciones de contorno y condiciones
iniciales. (Q, h, curva de gasto Q(h), mareas)
Características hidráulicas de Sobek Overland Flow :Calculo del flujo en 2D.
Semejante al 1D, en vez de canales la celdas del MDTCondiciones contorno semejantes al 1D
El programa obtiene calados y velocidades en cadacelda, obteniendo la evolución temporal de las manchas de inundación
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El modelo SOBEK 1DEl modelo SOBEK 1D--2D acoplado2D acoplado
1. Cartografía/Ortofotos
2. MDT obtenido con LIDAR
3. Esquema de la Red
4. Overland Flood Simulation
5. Resultados
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El modelo SOBEK 1DEl modelo SOBEK 1D--2D2D
La combinación de ambos ámbitos 1D-2D se realiza mediante la combinación de los nodos de cálculo del elemento 1D con las celdas 2D
Los canales o cauces 1D están vinculados al GRID 2D y se resuelven simultáneamente
Cuando el nivel del agua sobrepasa las motas (Embankments ) dentro del 1D el agua empieza a correr por el MDT
ESTUDIO HIDRÁULICO
( ) ( )( ) ( )( ) ( )∑=
=−− =+−∆+−∆+
jiLji
ki
Kl
Kllnjijijiji
ji Qvhvhxuhuhydt
dV,
,
1,
0)()(
1,,,1,, ς
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Envolvente T=25 años Envolvente T=100 años
Envolvente T=500 años Comparacion
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5.- ESTUDIO DE IMPACTO DE LAS INUNDACIONES.
Para ello hay que partir de un análisis de las curvas de vulnerabilidad de cada tipo de uso del suelo y proceder a su integración estadística con los mapas de riesgo.
Sobre el mismo ámbito de referencia se elaborarán mapas de usos del suelo actuales y planificados a la misma escala para superponerlos con el mapa de riesgo de inundación, para con ellos aplicando a los recintos intersección unos módulos de
daño, obtener una representación gráfica de vulnerabilidad o impacto actual y potencial (Planificación de usos) respectivamente. Se hará uso de la cartografía de usos actuales del proyecto CORINE LAND COVER, así como de las ortofotos a
escala 1:5000 del ICV, para establecer el uso actual del suelo. Se realizará y plasmará cartográficamente, para posteriormente poder calcular los impactos, los
equipamientos e infraestructuras estratégicas y actividades calificadas
Establecimiento de las curvas de vulnerabilidad
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impacto futuro
impacto actual
PROGRAMA DE ACTUACIONESY NORMATIVA
actuaciones estructurales actuaciones de restauración hidrológico-forestal
actuaciones urbanístico-territoriales
Reducción impacto actual y futuro
mapa deriesgo de inundación
mapa deusos planificados
mapa de usos actuales
METODOLOGÍAMETODOLOGÍA
5
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Frecuencia
Magnitud
Riesgo Vulnerabilidad
Impacto
dy (y) f (y) V = D0∫∞
De acuerdo con su definición previa, el impacto territorial sería calculado -en cada punto del territorio-, como la integral en la probabilidad de la curva de vulnerabilidad. Como probabilidad y vulnerabilidad pueden ser ligadas a través de la magnitud, la densidad de impacto sobre el territorio, es decir, el impacto por unidad de superficie, teóricamente se obtendría mediante la siguiente expresión:
V = vulnerabilidad del territorio y = magnitud de la inundación f = función de densidad de probabilidad (o frecuencia) de la magnitud “y”