A) LAHARZ.-

LAHARZ es un modulo de un Sistema de Información Geográfico, creado por United States Geological Survey (Schilling, 1998), y está basado en un modelo semi-empírico propuesto por Iverson et al., (1998), el cual delimita posibles zonas de inundación por lahares sobre un Modelo Digital del Terreno. El programa usa dos ecuaciones semi-empíricas calibradas por análisis estadísticos de las areas de la sección inundadas (A) y de las áreas planimétricas inundadas (B), medidas en 27 depósitos de lahares estudiados en 9 volcanes de USA, México, Colombia, Canada y Filipinas (Iverson et al., 1998). Las ecuaciones son:

                 (1)

              (2)

donde:

V: volumen del lahar,

α₁=0.05 (valor constante),

α₂=200 (valor constante)

Muchos estudios han aplicado LAHARZ para la prevención de lahares, por ejemplo en México en el volcán de Colima (Davila et al., 2007), en el Ciclatepetl (Hubbard et al., 2007), en el Popocatépetl (Huggel et al., 2008) y en el Iztaccíhuatl (Schneider’s et al., 2006). En un reciente estudio realizado por el presente equipo de investigación, se ha mejorado su aplicación al volcán Popocatépetl (Muñoz et al., 2009).

 

Referencias.-

Davila, N.; Capra, L.; Gavilanes-Ruiz, J.C.; Varley, N.; Norini, G. y Gómez-Vázquez, A. (2007) Recent lahars at Volcán de Colima (Mexico): Drainage variation and spectral classification. Journal of Volcanology and Geothermal Research 160: 99-124.

Hubbard, B.E.; Sheridan, M.F.; Carrasco-Nuñez, G.; Díaz-Castellon, R. y Rodríguez, S.R. (2007) Comparative lahar hazard mapping at Volcan Citlaltépetl, Mexico using SRTM, ASTER and DTED-1 digital topographic data. Journal of Volcanology and Geothermal Research 160: 99-124.

Huggel, C.; Schneider, D.; Julio Miranda, P.; Delgado Granados, H. y Kääb, A. (2008) Evaluation of ASTER and SRTM DEM data for lahar modeling: A case study on lahars from Popocatépetl Volcano, Mexico. Journal of Volcanology and Geothermal Research 170: 86-98.

Iverson, R.M.; Schilling, S.P. y Vallance, J.W. (1998) Objective delineation of lahar-inundation hazard zones. GSA Bulletin100: 972-984.

Muñoz-Salinas, E.; Castillo-Rodríguez, M.; Manea, V.; Manea, M. y Palacios, D. 2009. Lahar flow simulations using LAHARZ program: application for the Popocatépetl volcano, Mexico Journal of Volcanology and Geothermal Research, 182 (1-2): 13-22.

Schilling, S.P. (1998) LAHARZ; GIS programs for automated mapping of lahar-inundation hazard zones: U.S. Geological Survey Open-File Report, 98-638.

Schneider, D.; Delgado Granados, H.; Huggel, C. y Kääb, A. (2006) Modeling potential laharic hazards related to ice-melting in case of unrest of Iztaccíhuatl volcano (Central Mexico) EGU  Geophysical Research Abstracts, Vol. 8, 00334, SRef-ID: 1607-7962/gra/EGU06-A-00334.

Thouret, J.C. y Lavigne, F. (2000). Lahars: occurrence, deposits and behaviour of volcano-hydrologic flows. In: Leyrit, H. y Montenat, C. (Eds.), Volcaniclastic rocks from magmas to sediments. Gordon and Breach Science Publishers, Amsterdam, 151-174.

  

B) SPH.-

El SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) es un método numérico “Sin malla”. Este método fue introducido por Lucy (1977) y Gingold y Monaghan (1977), quienes lo aplicaron a problemas astrofísicos, y se ha descrito en los trabajos de Monaghan y Latanzio (1985), Benz (1990), Monaghan (1992) o en los textos más recientes de Liu y Liu (2003) o Li y Liu (2004).

En lo que se refiere a la aplicación del método al análisis de los deslizamientos rápidos de ladera, se pueden citar los trabajos de Bonet y Rodríguez-Paz (2005) y McDougall y Hungr (2004), quienes aplicaron un modelo SPH no acoplado para simular la fase de propagación de dichos movimientos. Por su parte, el grupo de investigación liderado por el profesor Manuel Pastor ha desarrollado un modelo SPH integrado en profundidad que tiene en cuenta el acoplamiento entre el fluido intersticial y el esqueleto sólido de los geomateriales. La precisión de dicho modelo ha sido demostrada mediante la reproducción de problemas con solución analítica, experimentos de laboratorio así como en casos reales (Pastor et al, 2009).

En el marco de la mecánica de fluidos, el método SPH presenta una serie de ventajas sobre otros métodos de discretización, sobre todo para tratar problemas de superficie libre o de interfases entre distintos fluidos. En el caso concreto de la simulación de los deslizamientos catastróficos de ladera, el método SPH, supone un ahorro en el esfuerzo computacional y permite utilizar mallas extremadamente finas, lo cual permite simular flujos donde la distancia recorrida supera varios kilómetros, como es el caso de los lahares acontecidos en los grandes estratovolcanes.

Con todo, la calidad de los resultados de las simulaciones esta sujeta a la disponibilidad, calidad y precisión de los datos de partida: Modelo Digital de Elevaciones (DEM), información sobre la condición inicial (coordenadas, morfología, volumen del material, etc.), e información sobre los geomateriales involucrados en el movimiento. Además, para comprobar dicha calidad hace falta una serie de información cuantitativa que se debe de obtener en base a un trabajo exhaustivo de campo.

 

Referencias.-

Benz, W. (1990) Smooth particle hydrodynamics: a review, In Buchler, J.R. (Ed), The Numerical Modelling of Nonlinear Stellar Pulsatations, 269-288, Kluwer Academic Publishers.

Bonet, J. y Rodríguez Paz, M.X. (2005) A corrected smooth particle hydrodynamics formulation of the shallow-water equations. Computer and Structures, 83, pp. 1396- 1410.

Gingold, R.A. y Monaghan, J.J. (1977) Smoothed particle hydrodynamics, Mon. Not. R. Astron. Soc., 181, 375.

Li, S. y Liu, W.K. (2004) Meshfree particle method, Springer Verlag, ISBN 3-540-22256-1

Liu, G.R. y Liu, M.B. 2003. Smoothed Particle Hydrodynamics: a meshfree particle method, World Scientific, ISBN 981-238-456-1

Lucy, L.B. (1977) A numerical approach to the testing of fusion process, Astronomical Journal, Vol. 82, pp. 1013-1024.

McDougall, S. y Hungr, O. (2004) A model for the analysis of rapid landslide motion across three-dimensional terrain.Canadian Geotechnical Journal, 41. nº 12, pp. 1084- 1097.

Monaghan, J.J. (1992) Smoothed particle hydrodynamics, Ann. Rev. Astron. Astrophys., 30, pp. 543-574.

Monaghan, J.J. y Latanzio, J.C. (1985) A refined particle method for astrophysical problems, Astronomy and Astrophysics149, pp.135-143.

Pastor M.; Haddad B.; Sorbino G.; Cuomo S. y Drempetic V. (2009) A depth integrated coupled SPH model for flow-like landslides and related phenomena. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 33(2): 143-172. DOI: 10.1002/nag.705