Evaluación de escenarios de amenaza por inundación en el distrito de riego San José (Algeciras, Huila) mediante la integración de sensores remotos y modelación hidrodinámica 2d
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Las crecientes súbitas de carácter torrencial —avenidas torrenciales en la terminología de la Ley 1523 de 2012 y de la guía metodológica del Servicio Geológico Colombiano— en microcuencas del piedemonte de la Cordillera Oriental constituyen una amenaza creciente sobre la infraestructura de captación de los distritos de riego comunitarios del oriente del Huila. Este trabajo evalúa los escenarios de amenaza asociados a estas crecientes en la bocatoma del Distrito de Riego San José, ubicada sobre la Quebrada San Antonio (2°25′7,37″N / 75°22′1,69″O; 2.014,2 m s. n. m.) en el municipio de Algeciras, mediante la integración del procesamiento de sensores remotos en Google Earth Engine y la modelación hidrodinámica bidimensional de aguas someras —componente OverlandFlow de la librería landlab— ejecutada íntegramente en Python. La modelación se resuelve en condiciones de agua clara, aproximación que se adopta de manera explícita como referencia conservadora del fenómeno torrencial, reconociendo que un flujo con alta concentración volumétrica de sedimentos resulta hidráulicamente más agresivo que el simulado. La Alerta Temprana N.° 009-26 de la Defensoría del Pueblo, emitida sobre las veredas El Paraíso y La Arcadia por la presencia de grupos armados organizados en el área de la cuenca aportante, impidió el acceso al sector de la bocatoma y con ello las validaciones de campo previstas —levantamiento topográfico complementario, inspección estructural de la captación y caracterización granulométrica del lecho—. En consecuencia, el alcance metodológico se reformuló hacia una estrategia sustentada exclusivamente en sensores remotos, información secundaria oficial y modelación numérica reproducible. El diseño metodológico se organiza en cuatro fases secuenciales: caracterización multitemporal de la cuenca aportante con el MDT IGAC de seis metros (2018) y el análisis de imágenes ópticas Sentinel-2 (10 m de resolución espacial y revisita de cinco días), empleado para cuantificar el cambio de cobertura vegetal entre 2018 y 2024 y procesado en Google Earth Engine; análisis frecuencial de la precipitación máxima 24 horas de la estación La Arcadia [21100140] del IDEAM para el período 1982–2025; modelación hidrodinámica 2D en plataforma COLAB de Google sobre el corredor hidráulico de la quebrada San Antonio aguas arriba de la bocatoma; y formulación de lineamientos técnicos de manejo preventivo. El relleno de la serie pluviométrica diaria 1982–2025 se realizó por el método Normal Ratio Paulhus & Kohler (1952), apoyado en las estaciones vecinas Algeciras [21105030] y Est. 21100120 de la Sub Zona Hidrográfica del río Neiva, con un porcentaje de relleno del 4,3 % sobre 16.131 días. La serie de máximos anuales se ajustó a las distribuciones Gumbel y Log-Pearson III, comparadas por su bondad de ajuste. La distribución Log-Pearson III resultó la de mejor ajuste y se adoptó para el diseño, con precipitaciones máximas en 24 horas de 93,1 mm para Tr = 2 años; 114,0 mm para Tr = 5; 123,7 mm para Tr = 10; 132,7 mm para Tr = 25; 137,8 mm para Tr = 50; y 141,8 mm para Tr = 100 años. La desagregación temporal a duraciones subdiarias adoptó los coeficientes regionales de la estación Algeciras [21105030], situada a 12 km en la misma Sub Zona Hidrográfica. El análisis multitemporal Sentinel-2 evidenció una disminución de seis puntos porcentuales en la cobertura boscosa densa entre 2018 y 2024, con transición dominante hacia pasto manejado, consistente con la expansión cafetera del oriente huilense. La transformación lluvia–escorrentía por el método SCS-CN, sobre un número de curva ponderado CN-II = 69,7 —obtenido como media ponderada por área de las combinaciones cobertura × grupo hidrológico de suelo con los valores de la tabla NRCS TR-55 (1986), a partir de la cobertura ESA WorldCover y del grupo hidrológico derivado de la clase textural USDA de OpenLandMap, según el procedimiento detallado en el apartado 7.4.3—, produjo caudales pico de 13,6 m³/s (Tr = 2), 21,5 m³/s (Tr = 5), 25,4 m³/s (Tr = 10), 29,1 m³/s (Tr = 25), 31,3 m³/s (Tr = 50) y 33,0 m³/s (Tr = 100). El modelo hidrodinámico 2D de aguas someras (landlab–OverlandFlow), sobre una malla de 6 m y con incisión del cauce (stream burning) para el tránsito de la creciente de diseño de 50 años, indicó en la sección de la bocatoma un tirante máximo de 1,56 m —equivalente a la altura del azud (1,5 m)—, una velocidad de 2,0 m/s y un producto tirante×velocidad de 3,1 m²/s, que clasifica la peligrosidad hidrodinámica como alta. La captación, una bocatoma de fondo de baja altura, queda así al límite de su sobrepaso y expuesta a un empuje del orden de 0,1 MN y a un flujo competente para movilizar cantos y bloques, con el consiguiente riesgo de socavación de la cimentación. La Quebrada San Antonio drena al Río Blanco; el tramo de ese río modelado por GEOGLOWS ECMWF V2 (segmento 610240115, área ≈ 47 km²) sitúa la microcuenca de la bocatoma dentro de un sistema torrencial mayor. Por la diferencia de escala, GEOGLOWS se emplea como contexto regional del río receptor y no como validación directa de los caudales de la microcuenca.
La pérdida del 6 % de bosque denso entre 2018 y 2024 amplifica el caudal pico Tr = 100 años entre 10 % y 17 %. La reforestación moderada (ΔCN = −10) reduce el caudal pico cerca de 39 %, pero la peligrosidad hidrodinámica sobre la bocatoma permanece en el umbral de amenaza alta a causa del fuerte gradiente del cauce (27 %, pendiente ΔH/L del cauce principal), que sostiene un flujo torrencial de alta energía sobre la captación. Como contribuciones originales el estudio entrega: la primera valoración cuantitativa de amenaza por inundación sobre una bocatoma comunitaria del oriente del Huila ejecutada íntegramente con sensores remotos y computación en la nube; un protocolo técnico replicable con datos institucionales colombianos de libre acceso, adecuado para contextos donde el acceso de campo está restringido por situaciones de orden público; y el código del cuaderno reproducible en Google Colab (Python) que integra el procesamiento en Google Earth Engine y la modelación hidrodinámica 2D con la librería landlab, lo que habilita la réplica del enfoque a los demás distritos de riego comunitarios del departamento.
Abstract
Rapid floods in torrential headwater catchments of the Colombian Eastern Cordillera piedmont pose a growing threat to the intake infrastructure of community-managed irrigation districts in eastern Huila. This research evaluates flood hazard scenarios at the San José Irrigation District intake, located on the San Antonio stream (2°25′7.37″N / 75°22′1.69″W; 2,014.2 m a.s.l.) in the municipality of Algeciras, by integrating remote-sensing processing in Google Earth Engine with two-dimensional shallow-water hydrodynamic modelling (landlab OverlandFlow component) implemented in Python. Early Warning N.° 009-26, issued by the Colombian Ombudsman Office for the El Paraíso and La Arcadia rural areas because of the presence of organized armed groups within the contributing watershed, prevented access to the intake and therefore the planned field validations. The methodological scope was consequently reformulated towards a strategy based exclusively on remote sensing, official secondary information and reproducible numerical modelling. The research design comprises four sequential phases: multi-temporal characterization of the contributing watershed combining the 6-m IGAC digital terrain model (2018) and Sentinel-2 imagery (2018 vs 2024) processed in Google Earth Engine; frequency analysis of 24-hour maximum rainfall at IDEAM La Arcadia station [21100140] for the period 1982–2025; 2D hydrodynamic modelling over the 810 m hydraulic corridor upstream of the intake; and formulation of preventive technical guidelines. The daily precipitation series 1982–2025 was filled using the Normal Ratio method Paulhus & Kohler (1952), supported by the neighbouring stations Algeciras [21105030] and Est. 21100120 of the Río Neiva Sub-Hydrographic Zone, with a 4.3 % fill rate across 16,131 days. The annual maxima series was fitted to Gumbel and Log-Pearson III distributions, compared by goodness of fit. Log-Pearson III was selected as the design distribution, with 24-hour maximum rainfall quantiles of 93.1 mm (Tr = 2 yr), 114.0 mm (Tr = 5), 123.7 mm (Tr = 10), 132.7 mm (Tr = 25), 137.8 mm (Tr = 50) and 141.8mm (Tr = 100). Sub-daily temporal disaggregation adopted the regional coefficients of the Algeciras station [21105030], located 12 km away within the same Sub-Hydrographic Zone. Multi-temporal Sentinel-2 analysis revealed a 6-percentage-point decrease in dense forest cover between 2018 and 2024, with predominant transition to managed grassland, consistent with documented coffee expansion across eastern Huila. SCS-CN rainfall–runoff modelling, on a weighted curve number CN-II = 69.7, obtained as the area-weighted mean of the land-cover × hydrologic-soil-group combinations using NRCS TR-55 (1986) values, from ESA WorldCover land cover and the hydrologic soil group derived from the USDA texture class of OpenLandMap, produced peak flows of 13.6, 21.5, 25.4, 29.1, 31.3 and 33.0 m³/s for return periods of 2, 5, 10, 25, 50 and 100 years, respectively. The 2D shallow-water model (landlab–OverlandFlow), on a 6-m grid with channel stream-burning to route the 50-year design flood, yielded at the intake section a maximum flow depth of 1.56 m —comparable to the 1.5-m weir height—, a velocity of 2.0 m/s and a depth×velocity product of 3.1 m²/s, classifying the hydrodynamic hazard as high. The intake, a low bottom-type weir, thus operates at the threshold of overtopping and is exposed to a thrust of about 0.1 MN and to a competent flow to mobilize cobbles and boulders, with the attendant risk of foundation scour. The San Antonio stream drains into the Blanco River; the GEOGLOWS ECMWF V2 reach of that river (segment 610240115, drainage area ≈ 47 km²) places the intake microbasin within a larger torrential system. Owing to the scale difference, GEOGLOWS is used as regional context for the receiving river rather than as a direct validation of the microbasin design discharges. The loss of 6 % of dense forest between 2018 and 2024 amplifies the Tr = 100 peak flow by 10–17 %. Moderate reforestation (ΔCN = −10) reduces peak flow by about 39 %, but the hydrodynamic hazard on the intake remains at the high threshold owing to the steep channel gradient (27 %), which sustains a high-energy torrential flow over the structure. Original contributions include: the first quantitative flood hazard assessment for a community intake in eastern Huila executed entirely with remote sensing and cloud computing; a replicable technical protocol executable with publicly available Colombian datasets, particularly suited to contexts where field access is restricted; and the open, reproducible Google Colab notebook (Python) that integrates the Google Earth Engine processing with 2D hydrodynamic modelling in landlab, enabling replication of the approach across the remaining community irrigation districts of the department.
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spa
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Citación
Gamboa Pérez, W. D. (2026). Evaluación de Escenarios de Amenaza por Inundación en el Distrito de Riego San José (Algeciras, Huila) Mediante la Integración de Sensores Remotos y Modelación Hidrodinámica 2D. [Trabajo de Maestría, Universidad Santo Tomás]. Repositorio Institucional
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