Modelación de mapa de inundaciones durante el huracán Alex: simulación usando precipitación multisensorial en la ciudad de Monterrey, México

Authors

DOI:

https://doi.org/10.24850/j-tyca-2025-05-03

Keywords:

HEC-HMS, HEC-RAS 2D, mapa de inundaciones, Monterrey, precipitación MRMS-QPE, río Santa Catarina

Abstract

El huracán Alex fue uno de los ciclones tropicales más intensos en el Atlántico norte, causando muertes y pérdidas en el noreste de México debido a las inundaciones. El mapeo de las inundaciones es una herramienta vital para evaluar áreas afectadas, y se puede simular utilizando modelos hidráulicos e hidrológicos. Este estudio describe el modelado de un evento de inundación durante el huracán Alex en la cuenca del río Santa Catarina, noreste de México, aplicando los modelos HEC-HMS y HEC-RAS usando Multi Radar Multi Sensor-Estimación Cuantitativa de Precipitación (MRMS-QPE). Se desarrolló un modelo HEC-HMS utilizando MRMS-QPE como input para simular descargas a lo largo del río Santa Catarina. Las descargas simuladas se introdujeron como condiciones de borde a lo largo de la corriente principal del río Santa Catarina dentro de un modelo HEC-RAS bidimensional (2D) para simular un mapa de inundaciones a lo largo de la corriente principal del río Santa Catrina. Las descargas máximas observadas frente a las simuladas por HEC-HMS lograron un r2 de 0.97 y un coeficiente de Nash-Sutcliffe de 0.97. Las descargas acumuladas observadas contra las simuladas lograron un r2 de 0.99 y un coeficiente de Nash-Sutcliffe de 1.0. Las alturas observadas contra las simuladas por HEC-RAS lograron un r2 de 0.74 y un coeficiente de Nash-Sutcliffe de 0.68. El uso de los modelos HEC-HMS y HEC-RAS 2D junto con Multi Radar Multi Sensor-Estimación Cuantitativa de Precipitación muestra que estos modelos son fáciles de configurar; el modelo tiene estabilidad y la capacidad de simular mapas de inundación a lo largo de toda la corriente principal con buenos resultados.

References

Aguilar-Barajas, I., Sisto, N., & Ramirez, A. (2015). Agua para Monterrey. Monterrey, México: D. R. Agencia Promotora de Publicaciones, S.A. de C.V.

Akossou, A. Y. J., & Palm, R. (2013). Impact of data structure on the estimators R-square and adjusted R-square in linear regression. International Journal of Computer Mathematics, 20(3), 84-93. Recovered from https://www.researchgate.net/publication/289526309_Impact_of_data_structure_on_the_estimators_R-square_and_adjusted_R-square_in_linear_regression

Beavers, M. A. (1994). Floodplain determination using HEC-2 and Geographic Information Systems (Master’s Thesis). The University of Texas, Austin, USA.

Boskidis, I., Gikas, G. D., Sylaios, G. K., & Tsihruntzis, V. A. (2012). Hydrologic and water quality modeling of lower Nestos River Basin. Water Resource Management, 26, 3023-3051. DOI: 10.1007/s11269-012-0064-7

Burgan, H. I., & Icaga, Y. (2019). Flood analysis using adaptive hydraulics (AdH) model in Akarcay Basin. Teknik Dergi, 30(2), 9029-9051. DOI: 10.18400/tekderg.416067

Cázares-Rodríguez, J. E. (2016). Evaluation of flood mitigation strategies for the Santa Catarina watershed using a multi-model approach (Doctoral dissertation). Arizona State University. Recovered from https://www.proquest.com/openview/f8be344e76d8c2b12bae24b17b20ab54/1?pq-origsite=gscholar&cbl=18750

Cázares-Rodríguez, J. E., Vivoni, E. R., & Mascaro, G. (2017). Comparison of two watershed models for addressing stakeholder flood mitigation strategies: Case study of Alex hurricane in Monterrey, Mexico. Journal of Hydrologic Engineering, 22(9), 05017018. DOI: 10.1061/(ASCE)HE.1943-5584.0001560

Chicco, D., Warrens, M. J., & Jurman, G. (2021). The coefficient of determination R-squared is more informative than SMAPE, MAE, MAPE, MSE and RMSE in regression analysis evaluation. Peer J. Computer Science, 7, 623. DOI: 10.7717/peerj-cs.623

Chu, X., & Steinman, A. (2009). Event and continuous hydrologic modelling with HEC-HMS. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 135(1), 119-124. DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9437(2009)135:1(119)

Conagua, Comisión Nacional del Agua. (2015). Sistema de Información Hidrológica (SIH). Recovered from https://hidros:hidros@sih.conagua.gob.mx/

Da-Silva, M. G., De-Aguiar-Netto, A. D. O., De-Jesus-Neves, R. J., Do- Vasco, A. N., Almeida, C., & Faccioli, G. G. (2015). Sensitivity analysis and calibration of hydrological modeling of the watershed Northeast Brazil. Journal of Environmental Protection, 6(08), 837. DOI: 10.4236/jep.2015.68076

Fuentes-Mariles, O. A., Franco, V., Luna-Cruz, F., Vélez-Morales, L., & Morales-Rodríguez, H. L. (2014). Caracterización fluvial e hidráulica de las inundaciones en México. Convenio CNA-SGTGASIR-09/2014, organismo de cuenca X, Golfo centro ciudad de Veracruz, Veracruz ríos Jamapa y Cotaxtla. México, DF, México: Comisión Nacional del Agua, Instituto de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México.

Garcia, M., Juan, A., & Bedient, P. (2020). Integrating reservoir operations and flood modelling with HEC-RAS 2D. Water, 12(8), 2259. DOI: 10.3390/w12082259

González-Alemán, J. J., Evans, J. L., & Kowaleski, A. M. (2018). Use of ensemble forecasts to investigate synoptic influences on the structural evolution and predictability of Alex hurricane (2016) in the midlatitudes. Monthly Weather Review, 146(10), 3143-3162. DOI: 10.1175/MWR-D-18-0015.1

Google Map©. (2022). Google Maps. Recovered from https://www.google.com/maps

Halwatura, D., & Najim, M. M. M. (2013). Application of the HEC-HMS model for runoff simulation in a tropical catchment. Environmental Modelling & Software, 46, 155-162. DOI: 10.1016/j.envsoft.2013.03.006

Hernández, U. A., & Bravo L. C. (2010). Reseña del huracán “Alex hurricane” del océano Atlántico. México, DF, México: Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales. Recovered from https://smn.conagua.gob.mx/tools/DATA/Ciclones%20Tropicales/Ciclones/2010-Alex.pdf

INEGI, Instituto Nacional de Estadística y Geografía. (2015). Instituto Nacional de Estadística y Geografía. Recovered from https://www.inegi.org.mx/

Iowa Environmental Mesonet. (2022). Disclaimer. Recovered from https://mesonet.agron.iastate.edu/disclaimer.php

Kitzmiller, D., Miller, D., Fulton, R., & Ding, F. (2013). Radar and multisensor precipitation estimation techniques in National Weather Service hydrologic operations. Journal of Hydrologic Engineering, 18(2), 133-142. DOI: 10.1061/(ASCE)HE.1943-5584.0000523

Knebl, M. R., Yang, Z. L., Hutchison, K., & Maidment, D. R. (2005). Regional scale flood modelling using NEXRAD rainfall, GIS, and HEC-HMS/RAS: A case study for the San Antonio River Basin Summer 2002 storm event. Journal of Environmental Management, 75(4), 325-336. DOI: 10.1016/j.jenvman.2004.11.024

Mihu-Pintilie, A., Cîmpianu, C. I., Stoleriu, C. C., Pérez, M. N., & Paveluc, L. E. (2019). Using high-density LiDAR data and 2D streamflow hydraulic modelling to improve urban flood hazard maps: A HEC-RAS multi-scenario approach. Water, 11, 1832. DOI: 10.3390/w11091832

Moriasi, D. N., Arnold, J. G., Van Liew, M. W., Bingner, R. L., Harmel, R. D., & Veith, T. L. (2007). Model evaluation guidelines for systematic quantification of accuracy in watershed simulations. American Society of Agricultural and Biological Engineers, 50, 885-900. DOI: 10.13031/2013.23153

Mudashiru, R. B., Sabtu, N., Abustan, I., & Balogun, W. (2021). Flood hazard mapping methods: A review. Journal of Hydrology, 603, 126846. DOI: 10.1016/j.jhydrol.2021.126846

Nash, J. E., & Sutcliffe, J. V. (1970). River flow forecasting through conceptual models: Part 1 – A discussion of principles. Journal of Hydrology, 10(3), 282-290. DOI: 10.1016/0022-1694(70)90255-6

Návar, J., & Synnott, T. J. (2000). Surface runoff, soil erosion, and land use in Northeastern Mexico. Terra Latinoamericana, 18(3), 247-253. Recovered from https://www.redalyc.org/pdf/573/57318308.pdf

Nieto-Butrón, J. J., Ramírez-Serrato, N. L., Barco-Coyote, S., Yépez-Rincon, F. D., & Jácome-Paz, M. P. (April, 2024). Impact of vegetation on urban open-channel flow: Practical experiment with 2D IBER hydraulic simulations in Monterrey, Mexico. Vienna, Austria: EGU General Assembly 2024. DOI: 10.5194/egusphere-egu24-11106

NOAA, National Oceanic and Atmospheric Administration. (2022). Multi-Radar/Multi-Sensor System (MRMS). Recovered from https://www.nssl.noaa.gov/projects/mrms/

Pasch, R. J. (2010). Tropical cyclone report Alex hurricane (AL012010) 25 June-2 July. Miami, USA: NOAA National Hurricane Center. Recovered from https://ialert.com/docs/TCR-AL012010_Alex.pdf

Pistocchi, A., & Mazzoli, P. (2002). Use of HEC-RAS and HEC-HMS models with ArcView for hydrologic risk management. International Congress on Environmental Modelling Software, Lugano, Switzerland. 138. Recovered from https://scholarsarchive.byu.edu/iemssconference/2002/all/138

Sánchez-Rodríguez, R., & Cavazos, T. (2015). Capítulo 1. Amenazas naturales, sociedad y desastres. En: Cavazos, T. (ed.). Conviviendo con la naturaleza: el problema de los desastres asociados a fenómenos hidrometeorológicos y climáticos en México (pp. 1-45). Tijuana, México: REDESClim, México, Ediciones ILCSA. Recovered from http://usuario.cicese.mx/~tcavazos/pdf/T_Cavazos_Libro_REDESClim_2015.pdf

Schrader, E. K., & Balli, J. A. (2018). Presa Rompepicos– A 109 meters high RCC dam at Corral Des Palmas with final design during construction. In: Roller compacted concrete dams (193-201). London, UK: Routledge.

SMN, Servicio Meteorológico Nacional. (2010). Normales climatológicas por estado. Mexico, DF, México: Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales. Recovered from http://smn.cna.gob.mx/index.php?option=com_content&view=article&id=184&tmpl=component

Stella, J. M. (2022). Mapping floods of Fenton River, an ungauged stream in Connecticut. Journal of Water Resource and Protection, 14(7), 531-541. DOI: 10.4236/jwarp.2022.147028

Stella, J. M. (2023). Modeling Alex hurricane: Flood map simulation applying multisensor grid precipitation, Monterrey, Mexico. Revista Ambiente & Água, 18, 2911. DOI: 10.4136/ambi-agua.2911

Thakur, B., Parajuli, R., Kalra, A., Ahmad, S., & Gupta, R. (2017). Coupling HEC-RAS and HEC-HMS in precipitation runoff modelling and evaluating flood plain inundation map. In: Proceedings of the World Environmental and Water Resources Congress 2017 (pp. 240-251). Sacramento, USA, 21-25 May. DOI: 10.1061/9780784480625.022

USACE, U.S. Army Corps of Engineers. (2022). HEC-HMS 4.10 User’s manual. Hydrologic Engineering Center. Recovered from https://www.hec.usace.army.mil/confluence/hmsdocs/hmsum/latest

USGS, United States Geological Survey. (2022). The National Map-3D Viewer. Recovered from https://viewer.nationalmap.gov/basic/

Zarco, A. I., & Magaña-Lona, D. (2014). Memoria de trabajo en la Gerencia de Aguas Superficiales e Ingeniería de Ríos, Conagua. Recovered from http://ri.uaemex.mx/handle/20.500.11799/26566

Zhang, J., Qi, Y., Howard, K., Langston, C., Kaney, B., Ortega, K., Smith, T., Stevens, S. E., & Nelson, B. R. (2013). Retrospective analysis of high-resolution multi-radar multi-sensor QPEs for the Unites States. AGU Fall Meeting Abstracts, 2013, H41I-1357. Recovered from https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2013AGUFM.H41I1357Z/abstract

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Published

2025-09-01

How to Cite

Stella, J. M. (2025). Modelación de mapa de inundaciones durante el huracán Alex: simulación usando precipitación multisensorial en la ciudad de Monterrey, México. Tecnología Y Ciencias Del Agua, 16(5), 97–134. https://doi.org/10.24850/j-tyca-2025-05-03