NORMA MEXICANA NMX-AA-175/3-SCFI-2017 OPERACIÓN …

SECRETARÍA DE ECONOMÍA

NORMA MEXICANA

NMX-AA-175/3-SCFI-2017 OPERACIÓN SEGURA DE PRESAS - PARTE 3 - PLAN DE

ACCIÓN ANTE EMERGENCIAS (PAE)

SAFE OPERATION ON DAMS. PART 3 - EMERGENCY ACTION PLAN (EAP)

SINEC – 20170823122020175 ICS – 13.200

NMX-AA-175/3-SCFI-2017


P R E F A C I O

En México existe un gran inventario de presas que protegen a la población de inundaciones, le proporcionan agua para beber, para la industria, para producir

alimentos y para realizar actividades recreativas. Estas mismas obras, si no son correctamente operadas y conservadas pueden ser causa potencial de desastres

hidráulicos y ambientales.

La Conagua, responsable de los cauces nacionales y sus bienes inherentes, sobre los cuales se han construido estas estructuras, vigila permanentemente su

funcionamiento y condiciones de seguridad, independientemente que estén bajo su cargo, o bien sean responsabilidad de otras entidades o de particulares.

Para proporcionar una herramienta a los responsables de realizar estas tareas, se ha decido elaborar, en el seno del Comité Técnico de Normalización Nacional de Medio Ambiente y Recursos Naturales (COTEMARNAT), una serie de tres

normas mexicanas sobre el tema de operación segura de presas. Las cuales tratan los principales aspectos de planeación, revisión de las estructuras de las

presas y las directivas para la preparación de planes para la atención de emergencias.

En la elaboración de esta Norma Mexicana participaron las siguientes

organizaciones e instituciones:

- CENTRO NACIONAL DE PREVENCIÓN DE DESASTRES (CENAPRED)

- CERTIFICACIÓN MEXICANA, S. C. - COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE MÉXICO, A. C. (CICM) - COMISIÓN FEDERAL DE ELECTRICIDAD (CFE)

Dirección de Proyectos de Inversión Financiada Dirección de Operación

- NILDA LEONOR SÁNCHEZ & ASOCIADOS - SECRETARÍA DE GOBERNACIÓN

Coordinación Nacional de Protección Civil - SECRETARÍA DE LA DEFENSA NACIONAL - SECRETARÍA DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES.

Comisión Nacional del Agua Subdirección General Técnica

Subdirección General de Infraestructura Hidroagrícola Subdirección General de Agua Potable, Drenaje y

Saneamiento

Instituto Mexicano de Tecnología del Agua (IMTA) - UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO

Facultad de Ingeniería Centro de Investigaciones del Agua - Querétaro

- UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

Instituto de Ingeniería



ÍNDICE DEL CONTENIDO

0 Introducción 1

1 Objetivo y campo de aplicación 1

2 Referencias normativas 2

3 Términos y definiciones 2

4 Disposiciones 5

5 Componentes de un plan de acción ante emergencias (PAE) 7

6 Actualización del PAE 19

7 Observancia de esta Norma Mexicana 20

8 Vigencia 21

9 Concordancia con Normas Internacionales 21

Apéndice A (Informativo) Lineamientos para la elaboración de mapas de

peligro por inundación 22

Apéndice B (Informativo) Lineamientos generales para la elaboración de

mapas de peligro de inundación por rotura de presas 37

Apéndice C (Informativo) Evaluación de daños por menaje 40

10 Bibliografía 44

Figura 1. Criterios de aceptación de riesgo 17

Figura A.1 Hidrograma de diseño 28

Figura A.2 Lluvia en exceso 29

Figura A.3 Ecuaciones de Saint Venant 2D 32

Figura A.4 Mapa de máximos tirantes 33

Figura A.5 Mapa de máximas velocidades 34

Figura A.6 Diagrama de resistencia al vuelco 35

Figura A.7 Código de colores 35

Figura A.8 Mapa de severidad 36

Figura C.1 Curvas tipo de daños en zonas habitacionales 41

Figura C.2 Contenido de las viviendas de acuerdo con su Tipificación 43



Tabla 1 Requisitos que debe cumplir un PAE, de acuerdo a la clasificación de consecuencias o potencial de daños aguas abajo de una presa (ver 2.1) 5

Tabla A.1 Gastos medios diarios para K duración (m3/s) 27

Tabla A.2 FDP Doble Gumbel. Gastos medios diarios asociados

a k duración y Tr 27

Tabla A.3 Gastos medios diarios 28

Tabla A.4 Coeficiente de Kuischling 30

Tabla A.5 Modelos lluvia-escurrimiento 31

Tabla C.1 Ecuaciones obtenidas de las curvas de daños

potenciales directos en zonas habitacionales 42



NORMA MEXICANA


OPERACIÓN SEGURA DE PRESAS – PARTE 3 - PLAN DE ACCIÓN ANTE EMERGENCIAS (PAE).

SAFE OPERATION ON DAMS - PART 3 - EMERGENCY ACTION

PLAN (EAP)

0 Introducción

El artículo 100 de la Ley de Aguas Nacionales (LAN) establece que la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA) elaborará Normas o realizará las acciones necesarias

para evitar que la construcción u operación de una obra hidráulica altere desfavorablemente las condiciones de una corriente o ponga en peligro la vida de

las personas y la seguridad de sus bienes o la integridad de los ecosistemas. En nuestro país existen aproximadamente 5 000 presas, las cuales son

administradas por la CONAGUA; la Comisión Federal de Electricidad (CFE); la Comisión Internacional de Límites y Aguas (CILA), Sección México; Asociaciones de

Usuarios y Propietarios Particulares; representantes de Gobiernos Estatales, Municipales y de la Ciudad de México, así como usuarios formales e informales.

Por lo anterior, se considera necesario contar con un Plan de Acción ante Emergencias (PAE) para coordinar las acciones que se deben realizar a fin de

proporcionar una notificación o advertencia para una evacuación en caso de emergencia, evitar o reducir la pérdida de vidas humanas y daños materiales o ambientales en el entorno geográfico de la presa preliminarmente en riesgo alto o

cuya clasificación formal de consecuencias por su potencial de daños sea alta.

1 Objetivo y campo de aplicación

Esta Norma Mexicana establece los requisitos que se deben cumplir en la elaboración e implantación de un PAE para una presa, para su aplicación en caso de

una descarga extraordinaria, la inadecuada operación de las obras accesorias, la eventual falla de alguno de los componentes de la presa o la invasión de los cauces, de conformidad con lo establecido en la Ley General de Protección Civil.


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Esta Norma Mexicana es aplicable a los propietarios, concesionarios, asignatarios,

administradores y usuarios formales e informales de las presas en operación dentro del territorio nacional, como responsables de su mantenimiento, operación segura,

inspección y vigilancia de su seguridad estructural y funcional; por lo que corresponde a éstos observar su cumplimiento.

2 Referencias normativas

Los siguientes documentos normativos vigentes o los que los sustituyan son indispensables para la aplicación de esta Norma Mexicana.

2.1 Norma Mexicana NMX-AA-175-SCFI-2015, Operación segura de

presas. Parte 1.- Análisis de riesgo y clasificación de presas, declaratoria de vigencia publicada en el Diario Oficial de la Federación

en 2016-04-18.

3 Términos y definiciones

Para los propósitos de esta Norma Mexicana, se establecen las definiciones siguientes:

3.1 acción preventiva

actividades destinadas a disminuir el riesgo de falla en una presa para evitar las posibles afectaciones a la seguridad e integridad de la población y al medio ambiente.

3.2

clasificación de daños potenciales es la evaluación del posible impacto sobre la vida humana, la afectación y el daño a los recursos naturales, materiales, económicos y a los bienes culturales, debidos

a una descarga extraordinaria o a la falla parcial o total de la presa.

3.3 CONAGUA la Comisión Nacional del Agua es un Órgano Administrativo desconcentrado de la

Secretaría del Medio Ambiente y Recursos Naturales (SEMARNAT), con funciones de Derecho Público en materia de gestión de las aguas nacionales y sus bienes públicos


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inherentes, con autonomía técnica, ejecutiva, administrativa, presupuestal y de gestión, para la consecución de sus objetivos, la realización de sus funciones y para

la emisión de los actos de autoridad que conforme a la Ley corresponde tanto a ésta como a los órganos de autoridad a que la misma se refiere. También se le llama en

esta norma “La Comisión”. 3.4

emergencia en presas situación anormal de una presa que puede causar un daño a la sociedad y propiciar

un riesgo excesivo para la seguridad e integridad de la población, medio ambiente y bienes, generada o asociada con la inminencia, alta probabilidad o presencia de un agente perturbador, operación inadecuada de la presa, o falla de alguno de sus

componentes, que requiere una acción inmediata.

3.5 falla de la presa

descarga súbita y sin control del agua embalsada. 3.6

mapa de peligro por inundación distribución geográfica de características hidráulicas de la inundación relativas a

tirante y velocidad del agua, así como la duración del evento asociado a un periodo de retorno o probabilidad determinada de ocurrencia de la inundación.

3.7 mapa de riesgo por inundación

valoración de las pérdidas o daños sobre los agentes afectables y su distribución geográfica asociados a una determinada probabilidad de ocurrencia de la inundación.

3.8

Plan de Acción ante Emergencias (PAE) en presas instrumento principal de operaciones para dar una respuesta oportuna y coordinada ante una emergencia en una presa a través de la organización de personas,

instituciones y autoridades para implementar las acciones necesarias, utilizando los servicios y recursos disponibles.

3.9 presa

es la obra hidráulica formada por una cortina o barrera construida sobre el cauce de un río o arroyo y el embalse, o aquella fuera del cauce que es alimentada


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mediante una derivación por gravedad, la cual almacena, regula o deriva agua de escurrimientos naturales y que modifica el régimen hidráulico e hidrológico de los

escurrimientos.

En su caso, incluye otras estructuras complementarias como diques, obras de captación, de excedencias, de toma, canales y tuberías, tanques de almacenamiento, casas de máquinas y equipos de bombas, pozos de oscilación,

galerías o túneles de inspección, desfogue y ventilación; los equipos electromecánicos o manuales, o de cualquier tipo, necesarios para su operación, así

como la infraestructura requerida para su funcionamiento, tal como: instalaciones administrativas, cuartos de control y/u operación, casetas de vigilancia, telecomunicaciones y caminos interiores.

3.10

responsables de la presa propietarios, concesionarios, asignatarios, poseedores, administradores o usuarios

formales e informales de presas que por las disposiciones jurídicas aplicables son responsables de la operación de la presa, mantenimiento, vigilancia y seguridad estructural, hidrológica, hidráulica, geotécnica y funcional.

3.11

riesgo daños o pérdidas probables sobre un agente afectable, resultado de la interacción entre su vulnerabilidad y la presencia de un agente perturbador.

3.12

operación Segura de Presas aplicación del conocimiento, experiencias y procedimientos para mantener la integridad y funcionalidad de las presas en condiciones técnicas aceptablemente

seguras para la sociedad, la propiedad y el medio ambiente.

3.13 Sistema Nacional de Protección Civil conjunto orgánico y articulado de estructuras, relaciones funcionales, métodos,

normas, instancias, principios, instrumentos, políticas, procedimientos, servicios y acciones, que establecen corresponsablemente las dependencias y entidades del

sector público entre sí, con las organizaciones de los diversos grupos voluntarios, sociales, privados y con los Poderes Legislativo, Ejecutivo y Judicial, de los organismos constitucionales autónomos, de las entidades federativas, de los

municipios y las delegaciones, a fin de efectuar acciones coordinadas, en materia de protección civil.


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4 Disposiciones

Los responsables de presas cuya clasificación de consecuencias por su potencial de daños en caso de falla es ALTA o MEDIA, (ver 2.1) y que además, como resultado

del análisis respectivo, resulten en riesgo inadmisible, deben elaborar, mantener y promover que se implante un PAE. Éste permitirá una respuesta oportuna y

coordinada a una condición inesperada mediante la organización de acciones, personas, servicios y recursos para reducir la pérdida de vidas humanas y daños materiales o ambientales en el entorno geográfico de la obra. Dicho PAE al menos

debe contener lo especificado en los capítulos 5 y 6, según lo indicado en la Tabla 1, de acuerdo con su clasificación de consecuencias o potencial de daños aguas

abajo de una presa conforme a la NMX-AA-175-SCFI-2015 (ver 2.1).

Tabla 1 Requisitos que debe cumplir un PAE, de acuerdo a la clasificación de consecuencias o potencial de daños aguas abajo de una presa (ver 2.1)

REQUISITO

CLASIFICACIÓN DE CONSECUENCIAS:

ALTA MEDIA

5 Componentes de un Plan de Acción ante Emergencias

5.2 Identificación, evaluación y clasificación de emergencias

X

5.3 Responsabilidades X

5.3.2 Del Responsable de la presa X

5.3.3 Del coordinador del PAE X

5.4 Diagrama de flujo de aviso a las autoridades y a la población en riesgo

X X

5.5 Procedimientos de aviso X

5.5.1 Escenarios de emergencia X

5.5.2 Causas desencadenantes de situaciones de emergencia

X

5.5.3 Indicadores de los fenómenos

desencadenantes y sus umbrales X

5.6 Mapas de peligro de inundación X

5.6.2 Estimación de daños X


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Tabla 1 (concluye)

REQUISITO

CLASIFICACIÓN DE CONSECUENCIAS:

ALTA MEDIA

5.7 Análisis de riesgo X X

5.8 Fases de alertamiento y plan de evacuación X X

5.9 Acción Preventiva X

5.9.1 Identificación X

5.9.2 Vigilancia

5.9.3 Respuesta durante períodos de falla de suministro eléctrico

X

5.9.4 Coordinación para compartir información hidrológica y

meteorológica

X X

5.9.5 Sistemas de comunicación X

5.9.6 Materiales y equipos de emergencia X

5.10 Anexos del PAE X

6 Actualización del PAE

6.1 Prueba del Plan X

6.2 Análisis de resultados de simulacros y de

emergencias reales X

6.3 Actualización permanente X

El PAE debe ser sometido a la consideración de la CONAGUA para su revisión y aprobación técnica, quien a su vez lo entregará al sistema nacional de protección civil y otras autoridades competentes.

A las presas clasificadas (ver 2.1) en riesgo alto o con alto potencial de daños en

caso de falla, el responsable debe realizarles cada año una inspección de seguridad periódica o intermedia.

Las presas derivadoras y las presas de almacenamiento o control de avenidas con altura de cortina desde el cauce menor de 15 m que tengan una capacidad al Nivel

de aguas máximas ordinarias (NAMO) menor de 250 000 m3, clasificadas preliminarmente en riesgo bajo o cuya clasificación formal de consecuencias por su potencial de daños en caso de falla es baja (ver 2.1) no requieren la elaboración de

un PAE, solamente deberán contar con un directorio de las autoridades locales, estatales o federales para comunicarles que la presa está en estado de emergencia.


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5 Componentes de un plan de acción ante emergencias (PAE)

5.1 Generalidades

Los componentes de un (PAE) son:

identificación, evaluación y clasificación de emergencias; responsabilidades;

diagrama de flujo de aviso a las autoridades y a la población en riesgo; procedimientos de aviso; mapas de peligro de inundación; análisis de riesgo; fases de alertamiento y plan de evacuación;

acción preventiva; y anexos.

5.2 Identificación, evaluación y clasificación de emergencias

El PAE debe incluir una descripción de los procedimientos para identificar, evaluar y clasificar las condiciones de emergencia, existentes o potenciales. Los principales

elementos de estos procedimientos son: • lista de condiciones o sucesos activadores que pueden producir o detonar una

situación de emergencia en la presa. Incluir situaciones de emergencia por inundación debido a una rotura o falla de la presa y por inundación importante

sin que exista falla o rotura, como consecuencia de una descarga extraordinaria por el vertedor;

• descripción de los medios por los que se debe identificar las emergencias

potenciales. Ejemplos: monitoreo estructural y geotécnico, inspecciones de seguridad, sistemas de vigilancia y otros medios para la detección oportuna de

condiciones indicativas de una emergencia potencial o existente; • procedimientos, ayudas, instrucciones y estipulaciones para interpretar la

información y datos recabados para evaluar la gravedad y magnitud de cualquier

emergencia potencial o existente; y • designación de la persona responsable de identificar y evaluar la emergencia.

Esta persona debe ser el responsable de la presa o su representante técnico. Cuando haya sido identificada y evaluada una condición de emergencia, se debe

clasificar conforme a su gravedad e importancia para que pueda emprenderse a continuación la acción que señale el PAE.


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Las condiciones de emergencia a considerar son:

• la falla es inminente o ya se presentó;

• se está desarrollando una situación de falla potencial de la presa; o • se espera o está presentándose una descarga extraordinaria por el vertedor.

5.3 Responsabilidades

5.3.1 Generalidades El PAE debe identificar a los responsables de aplicar las diferentes fases del mismo,

como se detalla a continuación.

5.3.2 Del Responsable de la presa

El responsable de la presa debe designar un coordinador con capacidad técnica reconocida para la aplicación del PAE y de las acciones requeridas en la presa después de ejecutar los procedimientos de aviso, quien debe trabajar

conjuntamente con la autoridad responsable.

5.3.3 Del coordinador del PAE: El coordinador debe:

elaborar el PAE, el cual debe incluir revisiones y actualizaciones periódicas,

organización de sesiones de capacitación, pruebas y simulacros (ver 6); comunicar a las autoridades locales aspectos relevantes sobre la operación del

Plan (ver 6.3);

identificar las condiciones o los sucesos activadores que inician o requieren acciones de emergencia;

especificar las acciones que deben emprenderse en la presa y por quienes (ver 5.4);

elaborar el procedimiento de comunicación de la emergencia a los contactos

principales (ver 5.5); y proveer instrucciones operativas previas a la emergencia, (ver 5.9).

5.4 Diagrama de flujo de aviso a las autoridades y a la población en riesgo


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El diagrama de flujo del aviso debe establecer el procedimiento de secuencia para comunicar una situación de emergencia paso a paso; en el PAE se debe destacar

por quién y a quién dar aviso.

El Plan comienza con la elaboración de un organigrama o diagrama de flujo de notificación que resuma la siguiente información, para cada una de las condiciones de emergencia identificadas:

quién es el responsable de notificar una situación de emergencia;

a quién se debe notificar; y orden de prioridad de la notificación.

Este documento debe incluir nombres y cargos, domicilios de oficina y particular, números telefónicos de oficina y casa, contactos alternativos y medios de

comunicación (teléfono, radio, celular, correos electrónicos).

El diagrama de flujo debe seguir un esquema claro, sencillo y se debe limitar normalmente a una página.

El Responsable de la presa y el Coordinador del PAE deben tener en su poder copias actualizadas del diagrama de flujo de aviso; en las instalaciones de la presa también

debe existir dicho diagrama de flujo, mismo que debe actualizarse después de simulacros y revisiones periódicas.

5.5 Procedimientos de aviso

Para cada una de las condiciones o situaciones de emergencia esperadas, se deben elaborar procedimientos de aviso para asegurar que los responsables emprendan oportunamente las acciones de emergencia que correspondan a la situación

presentada. Los procedimientos deben ser breves, simples y fáciles de aplicar.

Por cada condición de emergencia anticipada, se deben describir en el PAE las acciones que deben emprenderse y los contactos que deben hacerse. La prioridad del aviso depende de la situación de emergencia real.

Los procedimientos de aviso deben incluir a las siguientes personas, entidades y

organismos: • autoridades locales, estatales y federales;

• operadores de presas aguas arriba y aguas abajo; y


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• residentes y responsables de instalaciones localizadas dentro del área potencial de inundación.

La notificación de aviso en caso de emergencia debe darse a las autoridades locales,

estatales y federales mediante los diferentes tipos de medios de comunicación (teléfono, radio, celular, correo electrónico).

La notificación de la emergencia a la población debe realizarse por la autoridad local, estatal o federal, en el ámbito de su competencia, a través de los medios de

comunicación disponibles. Los procedimientos de aviso se deben estructurar a partir de los aspectos

siguientes:

a. definición de escenarios de emergencia y sus condiciones (ver 5.5.1); b. fenómenos desencadenantes que pueden significar la declaración de un

escenario de emergencia (ver 5.5.2); y c. establecimiento de indicadores de esos fenómenos y definición de valores

umbrales para los indicadores (ver 5.5.3).

5.5.1 Escenarios de emergencia

Estos escenarios permiten llevar a cabo un control gradual de la evolución del estado de seguridad de la presa, con el fin de adoptar en cada momento las acciones más

apropiadas para la preservación de la misma.

Se definen cuatro escenarios: Escenario 1 o control de la seguridad. Las condiciones existentes y las

previsiones aconsejan una intensificación de la vigilancia y el control de la presa, no requiriéndose la puesta en práctica de medidas de intervención para la

reducción del riesgo. No se requiere avisar a algún organismo o autoridad y la supervisión de las condiciones de la presa es competencia exclusiva del responsable.

Escenario 2 o aplicación de medidas correctoras. Se han producido acontecimientos que, de no aplicarse medidas de corrección, (técnicas, de

operación, reducción del nivel del embalse, etc.), pueden ocasionar peligro de avería grave o de rotura de la presa, si bien la situación puede solucionarse con seguridad mediante la aplicación de las medidas previstas y los medios

disponibles. El responsable de la presa debe preparar todo el procedimiento para el posible paso al escenario 3, a la vez que se realizan acciones emergentes


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para regresar al escenario 1. Debe darse aviso a las autoridades locales, estatales y federales de la situación, como medida precautoria.

Escenario 3 o excepcional. Existe peligro de rotura, falla potencial, avería grave de la presa o la presentación de una descarga extraordinaria por el

vertedor, lo cual no es posible asegurar que pueda ser controlado mediante la aplicación de las medidas y medios disponibles. El responsable de la presa debe avisar a las autoridades locales, estatales y federales de la situación que se

presenta en la presa, para que a su vez se informe a todas las instancias que intervienen en estas emergencias, las cuales deben estar preparadas para un

posible paso al escenario 4. Al mismo tiempo, se deben aplicar los procedimientos correctivos necesarios para mitigar el daño a las estructuras de la presa que estén en riesgo. Es necesario reunirse con personal técnico de la

CONAGUA y expertos para analizar la problemática y sus posibles soluciones, así como definir las acciones procedentes. Además, en caso de existir presas en

el mismo cauce, estudiar los posibles escenarios para definir las políticas de operación en cascada.

Escenario 4 o límite. La probabilidad de rotura de la presa es elevada o dicha rotura ya ha comenzado, o es inminente una descarga extraordinaria por el vertedor, resultando prácticamente inevitable la formación de la onda de

avenida. Es imprescindible que el responsable de la presa dé aviso a las autoridades correspondientes para activar el PAE a todos niveles. En caso de

falla inminente, definir si es posible alguna acción que pueda evitar el colapso estructural y si no es posible, se debe dar seguimiento puntual al comportamiento de la cortina, de los niveles del embalse y de ser posible,

estimar el gasto descargado por la brecha para alertar a las autoridades y activar el PAE en la zona de inundación.

5.5.2 Causas desencadenantes de situaciones de emergencia

Son procesos que pueden originar una disminución tangible de las condiciones normales de seguridad de la presa. Hay algunas causas desencadenantes de

carácter general que se enuncian a continuación: avenidas extraordinarias, sismos, deslizamientos;

fisuras y fracturamiento; deformaciones excesivas del cuerpo de la presa o de la cimentación;

tubificación; filtraciones con arrastre de partículas o disolución de sales; erosión y cavitación;

fallas en equipos mecánicos y eléctricos; rotura de presas situadas aguas arriba;


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política de operación incorrecta y deficiente; y actos de vandalismo y sabotaje.

5.5.3 Indicadores de los fenómenos desencadenantes y sus umbrales

Los indicadores son parámetros relacionados directamente con el fenómeno desencadenante que sirven para conocer la intensidad o magnitud del mismo. Por

ello es necesario que los indicadores sean cuantificables, ya que de su valor depende de la existencia o no de un estado de emergencia y la gravedad de éste. Por

ejemplo, para un fenómeno desencadenante como “avenidas”, un indicador puede ser el caudal máximo de entrada al embalse; para los asentamientos de la cimentación en una cortina rígida, dos posibles indicadores son el giro y el

desplazamiento de las juntas del cuerpo de la presa.

A cada indicador se le deben definir unos umbrales, es decir, valores críticos dentro del intervalo de variación del indicador. Los umbrales sirven para declarar el estado

de normalidad o emergencia y la entrada en cada situación o escenario de emergencia. Dado que existe un estado de normalidad y cuatro escenarios de emergencia, habrá para cada indicador un conjunto de cuatro umbrales: un valor

inferior, dos valores intermedios y un valor superior, tomados del intervalo de posibles valores del indicador.

Después de tener definidos todos los posibles fenómenos desencadenantes de la presa y sus respectivos indicadores, se establecen los umbrales de éstos. Para ello

se correlaciona el comportamiento histórico de la presa con los correspondientes valores probables del indicador. De esta forma, cuando se detecte la presencia de

un fenómeno desencadenante, se toma nota del valor de su indicador asociado, dicho valor se compara con los respectivos umbrales y, consecuentemente, se declara el escenario de emergencia que corresponda o el estado de normalidad.

5.6 Mapas de peligro de inundación

5.6.1 Generalidades

Los mapas de peligro de inundación son los instrumentos básicos para el Análisis de Riesgo y Clasificación de presas por su potencial de daño, descritos en la NMX-AA-

175-SCFI-2015 (ver 2.1) y son parte integral de los PAE en presas. Se exigen más requisitos de seguridad a las presas cuya falla o descarga del

vertedor pueden causar graves daños aguas abajo y menos a aquellas que en caso


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de falla, por su tamaño o sin elementos vulnerables aguas abajo no provocan más daño que la pérdida de la obra en sí.

La clasificación de presas por su potencial de daño, se basa en el establecimiento

de hipótesis de falla o descarga extraordinaria junto con la estimación de la zona que se inundaría aguas abajo y los daños potenciales asociados.

En muchos casos la clasificación es inmediata, ya sea porque se trata de grandes presas cuya falla o descarga extraordinaria causaría graves daños aguas abajo, o

bien porque se trata de pequeñas presas sin población o bienes en la zona inundable aguas abajo.

Una vez clasificada la presa, sólo aquellas con daño potencial importante en caso de falla o descarga extraordinaria requieren desarrollar un PAE para, en primer

lugar, reducir la posibilidad de falla de las obras y en caso de que ocurra se minimicen los daños y pérdida de vidas aguas abajo.

Una de las funciones básicas de los PAE, es desarrollar los procedimientos para emitir la alerta en tiempo y forma ante eventos hidrológicos extremos y eventuales

basados en la determinación de la zona inundable en caso de falla o descarga extraordinaria de la presa, indicando tiempos de propagación de la onda,

velocidades y tirantes del agua para estimar la magnitud de daños, evaluar el riesgo o peligro para la población y formular un plan de evacuación a zonas seguras.

Como información complementaria requerida sobre los criterios para elaborar los mapas de inundación puede consultarse en los Apéndices A y B de esta Norma

Mexicana. 5.6.2 Estimación de daños

5.6.2.1 Uno de los aspectos esenciales para la implementación del PAE es la

identificación de las distintas categorías de afectaciones (consecuencias o daños) a que puede dar lugar la falla de la presa, así como su localización y nivel de gravedad.

Deben identificarse las categorías de núcleos de población y bienes expuestos a fin de priorizar las actuaciones del PAE en materia de protección y evacuación, para

hacer estimaciones de la magnitud de los daños potenciales (para mayor información, se puede consultar el Apéndice C). Una posible clasificación o categorización de núcleos de población y bienes expuestos es la siguiente:


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a. localidades: Rurales, las que cuentan con menos de 2500 habitantes, o

urbanas, las que tienen 2 500 habitantes o más. (Según clasificación dada

por el Instituto Nacional de Estadística y Geografía, INEGI, ver 10.26);

b. servicios esenciales: Aquellos necesarios para el desarrollo y sostenimiento

de la población, tales como: sistemas de abastecimiento y tratamiento de

agua, sistemas de energía eléctrica, servicios de salud, educativos,

seguridad, comunicaciones y transportes;

c. bienes materiales: Instalaciones industriales, agropecuarias, acuícolas y

otros;

d. bienes ambientales: Espacios naturales protegidos, parques nacionales,

reservas ecológicas y en general el medio ambiente de la zona; y

e. bienes históricos y culturales: Zonas arqueológicas, museos, archivos.

Debe demarcarse el área inundable sobre cartografía confiable y hacer un inventario

de los sitios clasificables en las categorías anteriores que están total o parcialmente incluidos en dicha área.

5.6.2.2 Se debe registrar para cada sitio los valores máximos de velocidad y tirante de la inundación a partir de los resultados de la modelación hidráulica. Asimismo,

se debe estimar para cada sitio los tiempos de llegada de la inundación, la variación del tirante de agua, caudal máximo y el tiempo final de la inundación.

5.6.2.3 Con base en lo anterior, se debe elaborar el mapa de riesgo por inundación.

5.7 Análisis de riesgo

En el análisis de riesgo de la presa se deben estudiar mecanismos de falla que impliquen la reducción de factores de seguridad estática y sísmica del diseño.

a) Identificar los peligros a través de la secuencia de eventos, escenarios o mecanismos potenciales que pueden ocasionar la falla de la presa y estimar

la probabilidad de ocurrencia de los mismos; al menos deben considerarse los siguientes mecanismos potenciales de falla:

I. Durante operaciones normales: erosión interna, deslizamientos de talud

en la cortina y laderas del embalse en condiciones estáticas; hundimientos diferenciales de la cortina; obstrucciones de las obras de

toma y de excedencias y errores de operación;


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II. Durante eventos extraordinarios: desbordamiento de la cortina por una creciente extraordinaria, deslizamientos de talud en la cortina y laderas

del embalse; pérdida de bordo libre en condiciones sísmicas; obstrucción de obras de toma y de excedencias.

b) Para los mecanismos de falla anteriores construir los árboles de eventos y estimar las probabilidades de falla correspondientes;

c) Analizar las consecuencias de la falla con base en los diversos escenarios de

falla;

d) Estimar el riesgo de las presas con la fórmula:

𝑅𝑁,$ ≈ 𝜌𝐶 × 𝜌𝑅 × 𝐶𝑆,$ (1)

donde: RN$ = riesgo anualizado expresado en términos de pérdida de vidas (N) o en

términos monetarios del daño ($);

ρC = probabilidad anual de ocurrencia de una amenaza o acción que pueda causar la falla de la presa: carga hidráulica del embalse, carga sísmica,

desbordamiento, entre otros; ρR = probabilidad anual de ocurrencia de un mecanismo de falla o de la

respuesta de la presa dada la ocurrencia de ρC;

CN,$ = consecuencia de la falla de una presa expresada en términos de pérdida de vidas (N) o en términos monetarios del daño ($), dada la ocurrencia

de ρR, ver Apéndice C.

5.7.1. Considerando las consecuencias en términos económicas o daños ambientales se debe adoptar el criterio Costo/Beneficio. Para lo anterior, el costo

de daños a los bienes como consecuencia de la falla de una presa puede estimarse mediante la expresión siguiente:

(2)

siendo: P = Valor futuro del bien; i = Interés anual;

N = Vida útil esperada del bien; S = Valor anual de los servicios aportados del bien.

S

iiP

N

1

11

1


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5.7.2. Considerando las consecuencias de la falla en términos de exposición de vidas humanas, se deben adoptar los criterios de aceptación de riesgo siguientes:

La Figura 1 permite ubicar el nivel de riesgo que tiene la presa para los diferentes modos de falla analizados;

La línea horizontal, probabilidad anual de falla de 1 x 10-4, establece un nivel mínimo de seguridad cuando las consecuencias no son altas. Son inaceptables

probabilidades de falla mayores a este valor;

La Figura 1 contempla, adicionalmente, tres zonas de riesgo: inadmisible (rojo) que

requiere tomar medidas inmediatas; admisible (verde), bajo la consideración del nivel de probabilidad de falla descrito en el párrafo anterior; e inadmisible, pero con tiempo para tomar acciones para reducir el riesgo (amarillo).

5.8 Fases de alertamiento y plan de evacuación

5.8.1 Fases de alertamiento

Cuando las consecuencias en caso de falla de una presa se clasifiquen como alta o media (Tabla 2 de la NMX-AA-175-SCFI-2015, ver 2.1), se debe proceder como

sigue:

• Alerta A: La falla es inminente o ya ocurrió. No existe tiempo para intentar

medidas correctivas oportunas. Bajo estas condiciones, se debe promover la evacuación inmediata de las personas que se encuentren aguas abajo de la presa, en la zona de posibles daños (mapa de peligro).

• Alerta B: Se está desarrollando una situación de falla y hay tiempo suficiente para implementar las acciones correctivas previstas, se debe dar aviso a las

autoridades correspondientes.

• Alerta C: Cuando se prevean condiciones que puedan provocar una situación de emergencia se debe estrechar la vigilancia del comportamiento de la presa.

5.8.2 Plan de evacuación

El Plan de Evacuación se debe elaborar a partir del mapa de peligro por inundación por falla de la presa o por inundación importante como consecuencia de una

descarga por el vertedor. Este plan debe tener un mapa con escala y detalles suficientes, para mostrar áreas habitadas, instalaciones relevantes, albergues y

rutas de evacuación.


17/48


Figura 1. Criterios de aceptación de riesgo

5.9 Acción Preventiva

5.9.1 Identificación

El Responsable de la presa debe:

contar, conocer y aplicar la política de operación de la presa, en su caso, para el manejo y tránsito de las avenidas o crecientes;

identificar las rutas de acceso y evacuación de la zona de peligro del embalse y

aguas abajo de la presa, describiendo las rutas primarias y alternas, los medios de transporte requeridos y los tiempos de trayecto estimados para diferentes

condiciones meteorológicas;


18/48


elaborar una lista de maquinaria, equipo y mano de obra localmente disponible para su empleo en caso de emergencia;

identificar la disponibilidad y localización de bancos de materiales para obras de emergencia en la presa (roca, grava, arena y arcilla); e

identificar las operaciones y maniobras requeridas para reducir el peligro y el riesgo y/o inundación.

5.9.2 Vigilancia

El Responsable de la presa debe: contar con vigilancia continua del embalse y de la presa, especialmente durante

la época de lluvias; monitorear el comportamiento estructural de la presa con los medios que tenga

a su disposición; y desarrollar procedimientos para que el sistema de vigilancia identifique

condiciones que requieran acciones de emergencia y le permita comunicar oportunamente a la autoridad responsable de implementar el Plan de Acción de Emergencia.

5.9.3 Respuesta durante períodos de falla de suministro eléctrico.

Como parte de la Acción Preventiva el Plan debe incluir al menos lo siguiente:

describir las acciones a realizar, en caso de ser necesario, para iluminar la plataforma de operaciones del vertedor, desfogues y obras de toma;

los procedimientos de operación de las compuertas y mecanismos durante un corte en el suministro de energía eléctrica a través de plantas de emergencia u otras fuentes de energía a las que se pueda recurrir; se incluirán detalles de

ubicación, operación; y describir cualquier procedimiento especial para comunicar al personal de

operación cuando ocurra una interrupción del servicio eléctrico a las instalaciones.

5.9.4 Coordinación para compartir información hidrológica y meteorológica

En el Plan se debe indicar: procedimiento para compartir y/o obtener la información hidrológica sobre

avenidas, la cadena y medios de comunicación;


19/48


procedimiento de registro de la información hidrológica y meteorológica que sustente la operación de la presa durante el evento.

5.9.5 Sistemas de comunicación

La descripción de la disponibilidad de sistemas primarios y alternos de comunicación incluirá:

una lista de los canales del sistema primario de comunicación;

una lista de los canales alternos redundantes de comunicación que se pueden emplear en caso de falla del sistema primario; y

procedimientos especiales para activar los canales alternos de comunicación.

5.9.6 Materiales y equipos de emergencia

El PAE debe incluir:

una descripción de almacenamientos de materiales y repuestos disponibles para

reparaciones de emergencia, tiempos de traslado, la ubicación con relación a la

presa, tipo, aplicación; y equipo de construcción que debe ser utilizado, ubicación, disponibilidad y

responsables de su operación. 5.10 Anexos del Plan de Acción de Emergencias (PAE)

El Plan debe incluir como Anexos:

la descripción de la presa y sus instalaciones; mapas de peligro por inundación;

temas y programas de capacitación para la implantación, pruebas, revisiones y actualizaciones del PAE; y

un directorio completo del personal responsable de la implantación del PAE.

6 Actualización del PAE

6.1 Prueba del Plan

El PAE debe probarse periódicamente mediante simulacros para capacitar a los responsables del mismo e identificar sus debilidades.


20/48


cada cinco años como máximo se debe realizar un ejercicio en campo o gabinete

que coordine a las autoridades que tengan responsabilidades dentro del PAE; el directorio debe actualizarse cada cambio de autoridades locales; y

el mapa de peligro debe actualizarse cada 5 años.

6.2 Análisis de resultados de simulacros y de emergencias reales

Después de un simulacro o de una emergencia real se debe realizar una revisión con todas las partes involucradas en la operación del Plan, para identificar las deficiencias y realizar un procedimiento de corrección en su caso.

6.3 Actualización permanente

El PAE debe actualizarse cada 5 años o cuando se presenten condiciones que modifiquen sustancialmente el uso del suelo aguas abajo, zona del vaso y cuenca de aportación de la presa.

Las versiones actualizadas del PAE deben difundirse entre las partes involucradas.

7 Observancia de esta Norma Mexicana

La verificación de la evaluación de la conformidad de esta Norma Mexicana, debe ser realizada por la CONAGUA o por las Unidades de Verificación acreditadas y aprobadas en los términos que estipula la Ley Federal sobre Metrología y

Normalización y su Reglamento, en cuyo caso, el responsable de la operación de la presa debe contar con los informes, actas y/o dictámenes que garanticen el cabal

cumplimiento de esta Norma. La Unidad de Verificación debe:

llevar a cabo las verificaciones de campo para evaluar el cumplimiento de esta

Norma Mexicana; y hacer constar, mediante pruebas documentales y fotográficas, el cumplimiento

de las disposiciones y requisitos de esta Norma.


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8 Vigencia

La presente Norma Mexicana entrará en vigor a los 60 días naturales posteriores a la publicación de su declaratoria de vigencia en el Diario Oficial de la Federación.

9 Concordancia con Normas Internacionales

Esta Norma Mexicana no es equivalente (NEQ) con ninguna Norma Internacional,

por no existir esta última al momento de su elaboración.


22/48


Apéndice A (Informativo)

Lineamientos para la elaboración de mapas de peligro por inundación 1

A.1 Generalidades

El presente apéndice tiene por objetivo ofrecer recomendaciones a seguir para la elaboración de los mapas de peligro por inundación.

En general, para elaborar los mapas de peligro por inundación, la información básica debe incluir los siguientes temas: información topográfica, estudio hidrológico y

estudio hidráulico. Y con base en ellos establecer el análisis de severidad.

Si bien se muestra el desarrollo de algunos métodos hidrológicos, éstos sólo deben considerarse como una guía para la realización de los estudios. Se sugiere que para

cada uno de los métodos mencionados aquí se consulten las referencias especializadas en hidrología e hidráulica que se relacionan en la parte de bibliografía.

A.2 Información topográfica

La información topográfica es la base para la construcción de un modelo matemático y/o hidráulico con el que se representen las condiciones de drenaje de agua de las

corrientes por analizar.

Esta información puede provenir de levantamientos topográficos de detalle del río, fotogrametría, información LIDAR, datos del continuo de elevaciones mexicano (CEM) del INEGI e imágenes satelitales con la que se debe complementar la

conformación del río y de sus zonas aledañas.

El área que debe cubrir la información topográfica debe ser tal que los polígonos de inundación obtenidos para los diferentes períodos de retorno se localicen dentro de ella; es decir, al pretender establecer las zonas inundables es necesario identificar

hasta dónde se tienen afectaciones por inundación.

En general, la información topográfica usada para construir un modelo hidráulico debe ser un hibrido que contemple tanto de la información física de detalle cómo la que proviene de modelos más robustos como el del INEGI o imágenes satelitales.

1 Basado en 10.9


23/48


En este documento se entiende por información física de detalle aquella que

represente fielmente el fondo del cauce de las corrientes por analizar. Puede provenir de levantamientos en campo con tránsito y estadal, estaciones totales,

fotogrametría y de equipos para batimetría entre otros. Toda la información topográfica debe estar georeferenciada al utilizar el sistema de proyección UTM, WGS84 o más reciente a éste.

A.3 Estudio Hidrológico El estudio hidrológico es la base para definir la magnitud de los eventos de

inundación a analizar.

Es necesario realizar una descripción física de la cuenca hidrológica, localización de la zona de estudio, su red de corrientes, tipo de clima y usos de suelo. Se debe

incluir un análisis de inundaciones históricas en las que se identifique su origen. Para la realización del estudio debe recopilarse toda la información hidrológica

disponible. En general, para la estimación de crecientes se pueden agrupar en dos tipos: cuencas aforadas y cuencas no aforadas.

A.3.1 Estimación de crecientes en cuencas aforadas

La estimación de crecientes en cuencas aforadas es aplicable en cuencas en las que

se tengan registros de escurrimientos (información hidrométrica); entre los métodos que se pueden emplear, están los siguientes:

a. análisis de frecuencias de crecientes y “mayoración” del hidrograma representativo;

b. análisis regional: estaciones año; avenida índice;

c. método del gasto medio diario asociado con duraciones; d. análisis bivariado de gasto pico (Qp) y volumen del hidrograma (VOL); y

e. proceso condicional lluvia total (hp) -VOL- Qp. A continuación se explica en forma amplia los métodos que por su relativa facilidad

de realización son los más utilizados, el de la mayoración y el de gasto medio asociado a duraciones (a y c).


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A.3.1.1 Análisis de frecuencias de crecientes y mayoración del

hidrograma representativo

Este método considera los registros máximos instantáneos anuales y la aplicación de diversas funciones de distribución de probabilidad; se selecciona la que tenga el

mejor ajuste y con ella se estiman los gastos para diferentes periodos de retorno. Para la forma del hidrograma se sigue el procedimiento denominado de

“Mayoración” el cual consiste en seleccionar la avenida representativa de la cuenca y “mayorarla” conforme a los gastos extrapolados para diferentes períodos de retorno.

Se requieren los registros instantáneos máximos anuales provenientes de una

estación hidrométrica. Esta información puede ser consultada a través del sistema denominado Banco Nacional de Aguas Superficiales (BANDAS) o en su caso la

información disponible en los Organismos de Cuenca o Direcciones Locales. El método de mayoración es uno de los más populares y de mayor arraigo en

México, debido a la rapidez y facilidad en su aplicación (Domínguez et al., 1980). A partir del análisis de los gastos se determina la más adversa registrada.

El criterio para seleccionar dicha avenida puede tomar en cuenta el valor registrado más grande de Qp, Vt o una combinación de ambos. Una vez seleccionada, se

deberá obtener un hidrograma adimensional, donde cada ordenada será 𝑄𝑜

𝑄𝑝 para

Qo = 1 hasta la duración d (horas o días). Con el objetivo de estimar los eventos

de diseño para diferentes periodos de retorno (QT), se debe realizar un análisis de frecuencias a los gastos máximos anuales y, mediante un criterio de bondad de

ajuste, seleccionar aquella distribución de probabilidad que mejor describa el comportamiento de la muestra analizada. Finalmente, para obtener la avenida de

diseño solo se requiere multiplicar las ordenadas 𝑄𝑜

𝑄𝑝 del hidrograma adimensional

por el valor estimado de QT, obteniendo así una avenida con las mismas

características de la más adversa registrada, sólo que más grande (mayorada). Para la obtención de los gastos asociados a diferentes períodos de retorno se puede

hacer uso del programa AX.EXE elaborado por el Centro Nacional de Prevención de Desastres (CENAPRED) o cualquier otro que incluya entre las funciones de

distribuciones de probabilidad (FDP): Normal, Logaritmo Normal, Gumbel, Doble Gumbel, General de Valores Extremos, Pearson, y Exponencial, entre otras.


25/48


FDP Gamma de dos parámetros

𝐹(𝑥) = ∫𝑥𝛽−1𝑒−𝑥 𝛼⁄

𝛼𝛽Γ(𝛽)

𝑥

0𝑑𝑥 (3)

Donde:

es parámetro de escala;

es parámetro de forma;

() es la función Gamma completa.

FDP Gamma de Tres Parámetros (Pearson Tipo III)

𝐹(𝑥) = ∫1

𝛼Γ(𝛽)

𝑥

0(

𝑥−𝑥0

𝛼)

𝛽−1𝑒

−(𝑥−𝑥0

𝛼)𝑑𝑥 (4)

Donde:

𝛼, 𝛽 y 𝑥0 son los parámetros de la función;

Γ(𝛽) es la función Gamma completa.

Los parámetros α, β y x0 se evalúan, a partir de n datos medidos

FDP LogPearson Tipo III (LPT III)

𝐹(𝑥) = ∫1

𝛼𝑥Γ(𝛽)

𝑥

0(

𝐿𝑛𝑥−𝑦0

𝛼)

𝛽−1𝑒

−(𝐿𝑛𝑥−𝑦0

𝛼)𝑑𝑥 (5)

Donde:

𝑥0 , 𝑦0 = parámetro de ubicación;

𝛼 = parámetro de escala;

𝛽 = parámetro de forma;

Γ(𝛽) = función Gamma completa.

FDP Gumbel (Valores Extremos Tipo I)

𝐹(𝑥) = 𝑒−𝑒−(𝑥−𝜇

𝛼)𝑑𝑥 (6)

Donde:

𝑥 = variable aleatoria;

𝜇 = parámetro de ubicación;

𝛼 = parámetro de escala.


26/48


FDP Gumbel de dos poblaciones

𝐹(𝑥) = 𝑝𝑒−𝑒−(

𝑥−𝑢1∝1

)

+ (1 − 𝑝)𝑒−𝑒−(

𝑥−𝑢2∝2

)

(7)

Donde:

𝑢1 = parámetro de ubicación de la primera población;

𝛼1 = parámetro de escala de la primera población;

𝑢2 = parámetro de ubicación de la segunda población;

𝛼2 = parámetro de escala de la segunda población;

𝑝 = parámetro de asociación.

FDP General de Valores Extremos (GVE)

𝐹(𝑥) = 𝑒{−[1−(

𝑥−𝑢

𝛼)𝛽]

1𝛽}

(8)

Donde:

𝑥 = variable aleatoria.

𝜇 = parámetro de ubicación

𝛼 = parámetro de escala, 𝛼 > 0

𝛽 = parámetro de forma

A.3.1.2 Método del gasto medio diario asociado a duraciones A.3.1.2.1 Hipótesis

El gasto máximo de descarga en una presa de almacenamiento está determinado

por el volumen de la avenida de ingreso asociado a una duración crítica a priori no conocida.

Es posible caracterizar las avenidas máximas anuales mediante parejas:

gasto medio para k días de duración (�̅�𝑀𝑘𝑗) mediante la fórmula (9) y

ajustar (FDP) univariadas a los gastos medios máximos anuales (𝑄𝑘) asociados a cada duración mediante la fórmula (10).

A.3.1.2.2 Procedimiento y ejemplo de aplicación:

a) definir la duración a priori de las crecientes máximas por analizar; b) determinar para cada duración (k) y para cada año (j) el gasto medio máximo;


27/48


�̅�𝑀𝑘𝑗 =1

𝑘𝑚á𝑥𝑖(𝑞𝑖 + 𝑞𝑖+1 + ⋯ + 𝑞𝑖+𝑛−1); 𝑖 = 1,2, ⋯ , 365 − 𝑛 + 1 (9)

Donde:

𝑘 = duración, en días; 𝑗 = contador del día en que inicia el lapso de duración 𝑘;

�̅�𝑀𝑘𝑗 = gasto medio para 𝑘 días de duración;

𝑞𝑖 = gasto medio diario del día 𝑗.

Tabla A.1 Gastos medios diarios para K duración (m3/s) Año QMj1 QMj2 QMj3 QMj4 QMj5 QMj6 QMj7 QMj8 QMj9 QMj10

1965 322.5 287.7 273.6 237.7 221.2 207.1 196.8 187.1 176.6 171.5

1966 268.7 247.3 233.7 224.1 220.6 213.3 206.8 198.4 189.6 181.4

1967 714.2 645.6 613.7 577.8 538.4 504.0 461.6 429.2 400.3 373.6

1968 102.7 82.5 73.2 68.0 64.7 63.1 59.7 55.8 52.4 49.1

1969 42.2 34.0 26.6 24.4 23.1 22.9 21.8 21.1 20.5 20.0

1970 309.6 254.4 225.1 200.9 178.1 160.3 147.7 135.8 125.2 116.0

1971 348.7 341.2 334.3 327.7 323.2 318.6 306.2 288.9 273.6 258.4

1972 29.7 28.4 27.4 27.3 26.4 25.1 23.9 22.5 21.3 20.1

1973 1 460.0 1 253.9 1 074.3 984.8 876.9 798.6 723.9 658.1 621.0 586.5

1974 81.4 69.9 72.5 66.0 59.5 54.3 49.9 45.6 42.1 39.5

c) ajustar las FDP a las series de gastos medios diarios para cada duración (k) analizada;

d) seleccionar la mejor distribución y extrapolar para determinar los gastos de diseño QMed asociados a períodos de retorno y para cada duración (k) considerada<

Tabla A.2 FDP Doble Gumbel. Gastos medios diarios asociados a k

duración y Tr TR

(años) qmd1 qmd2 qmd3 qmd4 qmd5 qmd6 qmd7 qmd8 qmd9 qmd10

10 836.8 745.8 680.5 643.1 591.5 551.9 509.6 472.7 444.7 420.5

20 1324.5 1 130.4 980.5 921.6 826.3 760.3 693.0 638.5 602.0 571.5

50 1 889.6 1 574.7 1 340.4 1 257.5 1 110.8 1 012.5 915.7 837.9 792.4 754.4

100 2 296.1 1 893.9 1 602.3 1 502.3 1 318.5 1 196.6 1 078.4 983.1 931.3 887.9

500 3 218.1 2 617.2 2 199.0 2 060.8 1 792.5 1 616.7 1 450.1 1 314.3 1 248.6 1 192.5

1 000 3 611.7 2 925.8 2 454.2 2 300.1 1 995.4 1 797.6 1 609.1 1 455.8 1 384.5 1 322.9

5 000 4 523.1 3 643.6 3 047.3 2 854.3 2 464.9 2 212.6 1 978.5 1 784.2 1 699.5 1 624.7

1 0000 4 918.5 3 946.3 3 298.8 3 092.4 2 667.8 2 392.5 2 136.2 1 926.6 1 833.6 1 754.1

e) Desagregar los gastos medios asociados a duraciones a gastos medios diarios:

𝑄𝑘 = 𝑘�̅�𝑀𝑘 − ∑ 𝑄𝑗𝑘=1𝑗=1 (10)

𝑄1 = �̅�𝑀1 (11)

𝑄2 = 2�̅�𝑀2 − 𝑄1 (12)


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𝑄3 = 3�̅�𝑀3 − [𝑄2 + 𝑄1] (13)

Donde:

𝑄𝑘 = es el gasto medio máximo anual asociado a cada duración en m3/s

�̅�𝑀𝑘 = es el gasto medio extrapolado en m3/s

𝑄𝑗 = es el gasto que se presenta en la duración 𝑗

𝑘 = es la duración en días

Tabla A.3 Gastos medios diarios

TR

(años) Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9 Q10

10 836.8 654.8 549.9 530.9 385.1 353.9 255.8 214.4 220.7 202.7

20 1 324.5 936.3 680.7 744.9 445.1 430.3 289.2 257.0 310.0 297.0

50 1 889.6 1 259.8 871.8 1 008.8 524.0 521.0 334.9 293.3 428.4 412.4

100 2 296.1 1 491.7 1 019.1 1 202.3 583.3 587.1 369.2 316.0 516.9 497.3

500 3 218.1 2 016.3 1 362.6 1 646.2 719.3 737.7 450.5 363.7 723.0 687.6

1 000 3 611.7 2 239.9 1 511.0 1 837.8 776.6 808.6 478.1 382.7 814.1 768.5

5 000 4 523.1 2 764.1 1 854.7 2 275.3 907.3 951.1 573.9 424.1 1 021.9 951.5

1 0000 4 918.5 2 974.1 2 003.8 2 473.2 969.4 1 016.0 598.4 459.4 1 089.6 1 038.6

f) Construir el hidrograma de diseño

Una vez desagregados los gastos se deben ordenar alternadamente para tener la

siguiente forma:

Figura A.1 Hidrograma de diseño


29/48


A.3.2 Estimación de crecientes en cuencas no aforadas.

Para este caso es necesario inferir a partir de las lluvias registradas el escurrimiento (proceso lluvia-escurrimiento).

Para lo anterior es requerido obtener:

Área de la cuenca (A)[km2] Longitud del cauce principal (L) [km]

Desnivel del cauce principal (D) [m] Pendiente promedio del cauce, S (Taylor-Schwarz) [adimensional] N y C (Número y Coeficiente de escurrimiento)

Figura A.2 Lluvia en exceso

Para la estimación del número de escurrimiento es necesario considerar la información del uso, cobertura, tipo de suelo, estructura, textura y condición de

humedad. Esta información proviene de las cartas editadas por el INEGI.

A.3.2.1 Lluvia media de diseño (Hpd) Para obtener la Hpd de diseño se utiliza la fórmula de Emil Kuischling y C.E. Gransky,

quienes consideran que la duración de la tormenta es igual al tiempo de concentración de la cuenca (Tc).

𝐻𝑝𝑑 =𝐾∗𝑇𝑐(1−𝑒)

1−𝑒 (14)

𝐾 =𝐻𝑝(1−𝑒)

24(1−𝑒) (15)


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Donde:

𝐻𝑝𝑑 = precipitación de diseño;

𝐾, 𝑒 = coeficientes adimensionales; 𝑒 depende del tiempo de concentración y del

tamaño de la cuenca;

𝑇𝑐 = tiempo de concentración;

𝐻𝑝 = precipitación extrapolada de la cuenca.

Para apegar la distribución de la tormenta a la forma de la curva de máxima intensidad el método sugiere emplear un factor (e), el cual depende del Tc y cuyo

valor se encuentra entre 0.45 y 0.80, en la tabla siguiente se muestran los valores hasta un tiempo de concentración de 10 horas:

Tabla A.4 Coeficiente de Kuischling

Tc (h) e Tc (h) e

0.20 0.800 3.6

0

0.648

0.40 0.775 3.8

0

0.644

0.60 0.750 4.00

0.640

0.80 0.725 4.2

0

0.636

1.00 0.700 4.40

0.632

1.20 0.696 4.60

0.628

1.40 0.692 4.8

0

0.624

1.60 0.688 5.0

0

0.620

1.80 0.684 5.20

0.616

2.00 0.680 5.40

0.612

2.20 0.676 5.6

0

0.608

2.40 0.672 5.8

0

0.604

2.60 0.668 6.00

0.600

2.80 0.664 7.0

0

0.597

3.00 0.660 8.00

0.594

3.20 0.656 9.00

0.592

3.40 0.652 10.00 0.589

A.3.2.2 Modelos lluvia-escurrimiento Existen varios modelos de lluvia escurrimiento que pudieran aplicarse para la

obtención de las crecientes de diseño. Entre los recomendados se tienen: Racional, Hidrograma Unitario Triangular (HUT) y Ven Te Chow.


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Tabla A.5 Modelos lluvia-escurrimiento

Método Gasto de diseño Parámetros

Racional

𝑸𝒅 = 𝟎. 𝟐𝟕𝟖 ∗ 𝑪 ∗ 𝑰 ∗ 𝑨 Qd: Gasto diseño, m3/s

Donde

𝑯𝒆 =𝟏𝟎 [

𝑯𝒑𝟏𝟎

−𝟓𝟎𝟖

𝑵+ 𝟓. 𝟎𝟖]

𝟐

[𝑯𝒑𝟏𝟎 +

𝟐𝟎𝟑𝟐𝑵 − 𝟐𝟎. 𝟑𝟐]

C: Coeficiente de

escurrimiento, adim.

I: Intensidad de la lluvia,

mm/h

A: Área de la cuenca, km2

𝑪 =𝑯𝒆

𝑯𝒑 𝑰 =

𝑲

(𝟏−𝒆)∗𝑻𝒄𝜺 N: Núm. de Escurrimiento, adim Hp: lluvia total

K: Coeficiente de unidades

Tc: Tiempo de concentración, h

HUT

𝑸𝒅 =𝟎. 𝟓𝟓𝟔𝑯𝒆𝑨

𝒏 ∗ 𝑻𝒑

He y Hp : lluvia efectiva y total, mm

𝑻𝒑 = 𝟎. 𝟔 ∗ 𝑻𝒄 +𝑻𝒄

𝟐 𝑻𝒃 = 𝒏𝑻𝒑 Heb: lluvia efectiva en la

est base, mm

𝒏 = 𝟐 +𝑨 − 𝟐𝟓𝟎

𝟏𝟓𝟖𝟑. 𝟑𝟑

Tc: Tiempo de

concentración, h

Tp y Tb; tiempo de pico y

base, h A = Área de drenaje. N: Núm. de

Escurrimiento, adim

Ven Te Chow

𝑸𝒅 = 𝑨 ∗ 𝑿 ∗ 𝒀 ∗ 𝒁

𝑋 =𝑯𝒆𝒃

𝑫𝒅𝒊𝒔𝒆ñ𝒐⁄ (factor de escurrimiento) Ddiseño: duración de diseño

de la lluvia, h

𝒀 = 𝟎. 𝟐𝟕𝟖𝑯𝒆

𝑯𝒆𝒃 (factor climático) He y Heb: lluvia efectiva y

lluvia efectiva en la est

base, mm

𝒁 =𝑸𝒑

𝑸𝒆⁄ (factor de reducción) Qp y Qe: gasto pico y de

equilibrio, m3/s

En general un estudio hidrológico en cuencas no aforadas debe incluir al menos los siguientes capítulos:


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análisis de inundaciones históricas; estimación de la infiltración y otras pérdidas;

tormenta aislada; tormenta continua;

análisis de precipitaciones; hietogramas con intervalo de un día, asociados a distintos periodos de retorno

de las Estaciones Climatológicas;

hietogramas con intervalos de una hora, asociados a distintos periodos de retorno de las Estaciones Climatológicas;

análisis de escurrimientos superficiales; hidrogramas para diferentes periodos de retorno; simultaneidad de eventos hidrológicos; y

conclusiones.

A.4 Estudio Hidráulico

Éste sirve para identificar las zonas inundables; se requiere realizar a través de una modelación bidimensional la cual permite resolver las ecuaciones de Saint Venant en dos dimensiones (2D), (Figura A.3), cuya solución da como resultado los tirantes

de agua y velocidades en dos dimensiones (XY) y que puede ser elaborada con diversas herramientas entre otras tales como las descritas en el documento

“Benchmarking the latest generation of 2D hydraulic modelling packages”.

Figura A.3 Ecuaciones de Saint Venant 2D

Un aspecto importante a considerar es la resolución de la malla a utilizar. La geometría empleada en los modelos hidráulicos es una malla de datos (grid) de elevaciones; es elaborada de acuerdo a la información topográfica existente de la

zona de estudio, se requiere disponer de una cartografía de precisión que represente fielmente la realidad del terreno en el tramo de estudio.


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Toda modelación hidráulica debe ser calibrada a fin de validar sus resultados. Lo anterior se puede realizar al comparar en puntos determinados los valores

calculados con los registrados. Otra forma de calibración es a través de la comparación de los resultados de las trazas de inundación con imágenes satelitales

tomadas en la fecha de ocurrencia de algún evento al que podamos asignarle el gasto escurrido.

Los resultados de los análisis hidráulicos efectuados se deben plasmar en planos de máximas profundidades de inundación y de máximas velocidades. Se muestran las

Figuras A.4 y A.5 a manera de ejemplo.

Figura A.4 Mapa de máximos tirantes


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Figura A.5 Mapa de máximas velocidades

A.5 Análisis de Severidad

Existen criterios para valorar el nivel de severidad de la inundación con base en la combinación de los valores máximos de velocidad y tirante en sitios seleccionados del área de inundación. Uno de los más usados es el del “Diagrama de resistencia

al vuelco”, (ver Figura A.6). Este criterio permite determinar el nivel de peligro a vidas humanas en núcleos urbanos. Debe emplearse un gráfico similar al que se

muestra, que consiste en un cuadrante coordenado “velocidad de flujo vs tirante”, identificando zonas de riesgo en función de la relación tirante-velocidad.


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Considerando la Figura A.6, se estableció un índice de peligro por un código de colores para definir la resistencia al flujo de un muro de una vivienda que se

presenta a continuación (ver Figura A.7):

Figura A.6 Diagrama de resistencia al vuelco

Código de colores a utilizar para elaborar los mapas de severidad.

Índice Color Muy Alto Rojo Alto Naranja Medio Amarillo

Bajo Azul

Muy Bajo Verde

Figura A.7 Código de colores


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El mapa permite establecer las zonas de mayor severidad, en su caso, las áreas que no deben ser utilizadas y reglamentar aquellos usos del suelo que presenten menos

peligro. Éste resulta, en el caso de un modelo bidimensional, al realizar para el instante i la combinación del tirante Yi con la velocidad Vi, y plasmar en el plano la

máxima (Yi Vi) obtenida para cada celda (ver Figura A.8).

Figura A.8 Mapa de severidad


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Apéndice B (Informativo)

Lineamientos generales para la elaboración de mapas de peligro de inundación por rotura de presas

B.1. Escenarios de falla

Los mapas de peligro de inundación deben considerar los siguientes escenarios:

falla de la presa sin coincidencia con avenida; (con el embalse en el Nivel de Aguas Máximas Ordinarias, NAMO); y

falla de la presa coincidente con la avenida de diseño, (con el embalse en el Nivel de Aguas Máximas Extraordinarias, NAME).

B.2. Forma y dimensiones de la brecha de rotura de la presa

El modo de rotura, la forma y la evolución de la brecha dependen del tipo de cortina. Para el caso de cortinas rígidas tipo gravedad o de contrafuertes la hipótesis más

común es que la rotura es prácticamente instantánea en un tramo de la longitud de la cortina, afectando bloques completos.

En cortinas flexibles (materiales graduados, homogénea de tierra, etc.) la rotura es gradual, con la brecha en evolución desde formas geométricas bien definidas y

acotadas en longitud, hasta prácticamente la totalidad de la cortina al final del proceso de la rotura.

La forma y tiempo de la rotura inicial son factores clave para determinar el hidrograma que genera la falla de la presa, elemento esencial que definirá la zona

inundable aguas abajo y por lo tanto el daño potencial.

Existen modelos que simulan la formación y progresión de la brecha de rotura. El más común es un modelo de progresión lineal que contempla diversos parámetros geométricos y temporales. Se requiere fijar valores uniformes para cada tipo de

presa. Deben adoptarse los siguientes modos de ruptura y parámetros:

B.2.1. Cortinas rígidas (tipo gravedad y contrafuertes)

Tiempo de rotura: 10 a 15 min (prácticamente instantánea);

Forma de la brecha: rectangular; Profundidad de la brecha: hasta el nivel del cauce de la corriente;


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Ancho de la brecha: el mayor de los dos valores siguientes: - 1/3 de la longitud de corona de la cortina;

- 3 bloques constructivos.

B.2.2. Cortinas rígidas (arcos de concreto)

Tiempo de rotura: 5 a 10 min;

Forma de la brecha: Cortina completa, siguiendo las laderas de la boquilla.

B.2.3. Cortinas flexibles (materiales graduados, homogénea de tierra, etc.). Tiempo de rotura

𝑇 =4.8 𝑉0.5

ℎ

Donde:

T = tiempo de rotura V = volumen del embalse conforme al escenario de rotura adoptado expresada

en (hm3) h = altura de la cortina desde el fondo del cauce en (m).

(En caso que el valor resulte mayor a 5 horas, el tiempo de rotura será revisado con otros procedimientos).

Forma de la brecha: trapecial. Profundidad de la brecha: hasta el nivel del fondo del cauce. Taludes de la brecha: 1:1

Ancho promedio de la brecha:

𝑏 = 20 (𝑉 ℎ)0.25

Donde: b = ancho promedio de la brecha expresado en (m) V = volumen del embalse conforme al escenario de rotura adoptado expresada

en (hm3) h = altura de la cortina desde el fondo del cauce en (m).

En general, la forma geométrica de la brecha es el parámetro menos importante del análisis. En cambio, el ancho medio de la brecha y el tiempo de rotura dan lugar a

variaciones más significativas en los resultados.


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B.3. Caracterización del cauce aguas abajo

Las características geométricas del cauce y llanura de inundación aguas abajo de la presa se deben establecer a partir de topografía directa o de modelos digitales del

terreno disponibles. Las escalas de trabajo de los mapas generalmente deben estar entre 1:500 a 1:10 000.

El coeficiente de rugosidad del cauce y la llanura se obtiene generalmente de forma empírica con base en la experiencia e inspección visual de los tramos de la zona

potencialmente inundable o de tablas y fotografías comparativas existentes. A partir del análisis de la geometría del valle y de la inspección de campo se debe localizar puntos singulares u obstrucciones en el cauce que dan lugar a fenómenos

hidráulicos que inciden en la propagación de la onda de inundación.

B.4. Modelación hidráulica de la rotura de presas

La modelación hidráulica de la rotura implica dos pasos: el primero es la estimación del hidrograma de rotura y el segundo la propagación del hidrograma a lo largo del cauce y valle aguas abajo en la zona inundable.

Existe una variedad de modelos para simular la rotura de presas, pero solo unos

pocos están extendidos en la práctica habitual. Para fines de clasificación de presas por su potencial de daños el objetivo se logra generalmente utilizando modelos sencillos de flujo unidimensional, sin embargo no proporcionan una distribución

espacial de velocidad y tirante en la zona de inundación, por lo que es requerido la aplicación de la modelación bidimensional. Para el PAE de presas debe utilizarse el

mejor modelo posible de los existentes de modelación bidimensional. La modelación hidráulica de la zona inundable por la rotura de la cortina, termina

donde ya no se produzcan daños o porque la presa rompa a otra que tenga PAE asociado.


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Apéndice C (Informativo)

Evaluación de daños por menaje

Las curvas de daños para estimación de daños en viviendas fueron publicadas (ver 10.3), en donde se calcula el valor del daño con base en el costo de cada bien,

obteniendo así el valor en pesos de los daños económicos para cada altura de lámina de agua alcanzada y para cada una de las áreas geoestadisticas básicas (AGEBs)

presentes en la zona de inundación. Estos daños totales se convirtieron en número de salarios mínimos. El monto obtenido lo dividió entre el número de viviendas habitadas en cada una de las AGEBs y así obtuvo el valor de los daños para una

vivienda.

Con estos datos generó una serie de gráficas (ver Figura C.1), donde el eje horizontal corresponde a valores de altura de lámina de agua en metros y el eje

vertical a los daños económicos en unidades de número de salarios mínimos. Con base en esta información construyó un modelo matemático de tipo regresivo. El modelo elegido fue aquel que presentó el valor más alto del coeficiente de

determinación (R2), que en este caso correspondió a un ajuste logarítmico, con un coeficiente de determinación de 0.82 para el caso del costo máximo, de 0.72 para

el costo mínimo y de 0.74 para el costo más probable (ver Tabla C.1). La ecuación del modelo logarítmico le permitió calcular los daños potenciales directos, en número de salarios mínimos, para una altura de lámina dada. De acuerdo al autor,

esta gráfica tiene la particularidad de utilizar como unidades de medida el número de salarios mínimos. Esto permite que no pierda validez con el tiempo y pueda ser

aplicada para cualquier año. Es decir, al actualizar cada año el valor del salario mínimo por parte del Consejo Nacional de Salarios Mínimos, también se actualizan de forma automática las curvas encontradas.

En la Figura C.1 se observa la curva de daños (máximo, mínimo, más probable) por

inundación para una vivienda. AGEBs con un índice de marginación: a) muy alto; b) alto; c) medio para una vivienda de una planta; d) medio para una vivienda de dos plantas; e) bajo para una vivienda de una planta; f) bajo para una vivienda de

dos plantas; g) muy bajo para una vivienda de una planta, y h) muy bajo para una vivienda de dos plantas (considerando salarios mínimos del año 2009).


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Figura C.1 Curvas tipo de daños en zonas habitacionales


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Tabla C.1 Ecuaciones obtenidas de las curvas de daños potenciales directos en zonas habitacionales

Índice de Marginación

Ecuación Radio

Muy alto DDHmáx = 247.63 Ln(h) + 668.44 DDHmín = 141.36 Ln(h) + 382.45

DDHmp = 156.92 Ln(h) + 424.33

0.82 0.72 0.74

Alto DDHmáx = 289.63 Ln(h) + 801.56 DDHmín = 228.58 Ln(h) + 637.93 DDHmp = 280.51 Ln(h) + 777.60

0.85 0.80 0.84

Medio, una planta

DDHmáx = 709.63 Ln(h) + 1 976.04

DDHmín = 544.93 Ln(h) + 1 546.60 DDHmp = 685.51 Ln(h) + 1 913.15

0.88 0.83 0.87

Medio, dos plantas

DDHmáx = 549.55 Ln(h) + 1 345.57

DDHmín = 405.03 Ln(h) + 965.27 DDHmp = 528.39 Ln(h) + 1 289.88

0.88 0.80 0.87

Bajo, una planta DDHmáx = 877.28 Ln(h) + 2 479.23 DDHmín = 797.24 Ln(h) + 2 233.19 DDHmp = 865.56 Ln(h) + 2 443.20

0.88 0.85 0.87

Bajo, dos plantas DDHmáx = 666.15 Ln(h) + 1 632.94 DDHmín = 595.33 Ln(h) + 1 409.03

DDHmp = 605.70 Ln(h) + 1 441.82

0.85 0.82 0.82

Muy bajo, una

planta

DDHmáx = 1 521.80 Ln(h) + 4 051.63 DDHmín = 1 210.14 Ln(h) + 3 321.20 DDHmp = 1 255.78 Ln(h) + 3 428.17

0.92 0.87 0.88

Muy bajo, dos planta

DDHmáx = 1 230.35 Ln(h) + 2 850.34 DDHmín = 939.78 Ln(h) + 2 221.33

DDHmp = 1 187.79 Ln(h) + 2 758.22

0.92 0.87 0.91

Fuente: Baró-Suárez.

A continuación se presenta un ejemplo de acuerdo a la Tabla C1 en donde se usa una de las ocho ecuaciones antes citadas y corresponde al caso de índice de


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marginación (IM) alto, con este IM y una lámina de inundación de 0.30 m se obtuvieron los daños directos en zonas habitacionales máximos, mínimos y más

probables, que multiplicados por el valor de salarios mínimo (SM), se infirió el valor monetario en pesos representativo del daño.

DDHmáx = 289.63 Ln(0.30) + 801.56 = 453 SM/vivienda * SMG DDHmín = 228.58 Ln(0.30) + 637.93 = 363 SM/vivienda * SMG DDHmp = 280.51 Ln(0.30) + 777.60

= 440 SM/vivienda * SMG.

Fuente: UNAM. Presentación de Marco Antonio Salas Salinas, Agosto, 2013,

Figura C.2 Contenido de las viviendas de acuerdo con su tipificación

Estimación del Daño Anual Esperado (DAE)

Esta evaluación del riesgo sigue principalmente una perspectiva de evaluación económica. Usando esta idea del riesgo para estimar el Daño Anual Esperado (DAE)

por inundación, tenemos dos maneras de obtener el DAE. La primera manera es con la integración del área bajo la curva, éste se obtiene mediante la fórmula (Meyer

et al 2012):

�̅� = ∑ 𝐷(𝑖)𝑥 ∆𝑃𝑖𝑘𝑖=1 (16)

𝐷(𝑖) =𝐷(𝑃𝑖−1)+𝐷(𝑃𝑖)

2 (17)

Donde:

�̅� = daño anual esperado


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∆𝑃𝑖 = probabilidad de intervalo entre las probabilidades excedentes

de dos eventos 𝐷(𝑖) = daño medio de dos eventos de daño 𝐷(𝑃𝑖 − 1), 𝑦 𝐷(𝑃𝑖)

∆𝑃𝑖 = |𝑃𝑖 − 𝑃𝑖−1| (18) La segunda manera de calcular el DAE se obtiene mediante la formula

𝐷𝐴𝐸 = ∑[𝑝𝑖 ∗ (𝑁𝑜. 𝑆𝑀𝐺 ∗ 𝑆𝑀𝐺)] (19)

Donde:

DAE = daño anual esperado

𝑝𝑖 = es la probabilidad del periodo de retorno i

𝑁𝑜. 𝑆𝑀𝐺 = es el numero de salarios minimos generales

𝑆𝑀𝐺 = es el valor del salario minimo general del año del estudio

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August 2011.

Ciudad de México, a 1 de febrero de 2018

EL DIRECTOR GENERAL DE NORMAS

LIC. ALBERTO ULISES ESTEBAN MARINA

RRM

NORMA MEXICANA NMX-AA-175/3-SCFI-2017 OPERACIÓN …

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