Afección de sismos en el Estado de California (EEUU)
| Trabajo sobre SIG | |
|---|---|
| Título | Afección de sismos en el Estado de California (EEUU) |
| Autores |
Patricia Morcillo Sanz Pablo Parras Paz Laura Tirado Mingorance |
| Asignatura | Sistemas de Información Geográfica Aplicados a la Ingeniería Civil |
| Curso | Curso 20/21 |
| Este artículo ha sido escrito por estudiantes como parte de su evaluación en la asignatura | |
El objeto del trabajo es evaluar y cuantificar la afección de sismos en un extenso territorio como es el Estado de California (EEUU). Para ello se han tratado diferentes sistemas territoriales como el poblacional, geológico, infraestructuras y transporte.
Por consiguiente, se han buscado los diferentes recursos o capas necesarias como ferrocarriles, carreteras, poblaciones (incluyendo límites y densidad de población de estas, etc.) en fuentes como California State Geoportal, DIVA-GIS, ArcGIS Hub, USCS o World population review.
Posteriormente, en base a esta información o datos, se han realizado diferentes mapas que servirán como base para evaluar la calidad del suelo o la accesibilidad entre los diferentes puntos del territorio. Además, se ha elaborado un mapa donde se visualicen las diferentes fallas y sus buffers a diversas distancias.
Con ello, se ha procedido a la una unión de los diferentes factores o aspectos obtenidos (fallas, accesibilidad y calidad geológica), con el objetivo de elaborar a continuación un mapa que permita indicar las zonas más seguras y accesibles para una posible evacuación en caso de sismo. Asimismo, mediante la utilización del mapa referente a estas zonas seguras y al plano elaborado sobre el sistema territorial de distribución poblacional, se analiza la cantidad de población que se ve afectada por los sismos.
Por último, se describe la posibilidad de implementar mejoras en la red de transportes que doten de la accesibilidad necesaria si la red no es suficiente mallada en determinadas zonas, para favorecer el tránsito y permitir que la gente proveniente de zonas de alto riesgo se pueda desplazar a áreas más seguras.
Contenido
1 Introducción
California (State of California) es uno de los cincuenta estados que conforman Estados Unidos de América (Figura 1). Está situado al oeste del país y colindante con el océano Pacífico, limitando con los estados de Oregón, Nevada, Arizona y Baja California (México). Abarca una superficie total de 423.971 km2, encontrándose entre los tres más extensos del país. Con una población, en el año 2021, de 39.613.495 habitantes, es el estado más poblado de Estados Unidos. La capital es Sacramento, aunque la ciudad más poblada es Los Ángeles, seguido de San Francisco. El Estado de California está dividido en cincuenta y ocho condados, con grandes diferencias de población y superficie.
Se puede considerar como una de las potencias económicas del país, debido a su gran interés turístico y comercial, aportando gran diversidad de oportunidades para los sectores tanto tecnológicos como agrarios, debido a sus extensos campos de cultivos.
La topografía y geología del ámbito de estudio es muy diversa y está caracterizada por tres grandes rasgos. La cordillera de Sierra Nevada con el punto de elevación más alto, Monte Whitney, a cota 4421 m, la costa del Pacífico y un gran valle central en el que la cuenca Badwater posee la cota más baja del país con -86 m. Estos factores influyen en el clima, la ubicación de las infraestructuras y la dispersión de la población. Además, está fuertemente marcada por el contacto de dos placas tectónicas, lo que provoca la existencia de numerosas fallas, entre la que se encuentra la falla de San Andrés, con sismos de máximos históricos por valor de 7’9 grados en la escala de Richter.
Debido a la importancia del Estado de California, por su alta densidad de población, sus sectores económicos y diversidad de infraestructuras, además de su elevada actividad sísmica, se va a realizar un estudio y cuantificación de las afecciones provocadas por sismos y cómo los diferentes sistemas se ven afectados por estos.
2 Metodología
2.1 Análisis de datos para elaboración de mapas iniciales
Los datos cartográficos necesarios para los mapas iniciales que se utilizarán como base para posteriores análisis son los siguientes:
- Para la elaboración del mapa correspondiente a los diferentes condados de California y su correspondiente densidad de población se han obtenido datos de California State Geoportal y World population review.
- Para la realización de los mapas correspondientes a las unidades geológicas y fallas para determinar la afección de la actividad sísmica en el Estado de California se han obtenido de California State Geoportal, ArcGIS Hub, USGS (United States Geological Survey).
- Para la creación de mapas de transportes e infraestructuras se han utilizado datos proporcionados por California State Geoportal y DIVA-GIS.
2.2 Tratamiento de mapas iniciales
Tras la proyección de estos mapas iniciales, se va a elaborar un mapa correspondiente a las fallas y sus zonas actuación (utilizando la herramienta buffers a diferentes distancias, intersección, unión de capas vectoriales, disolución y cortar vectorial por capa de máscara). Asimismo, también se van a realizar los mapas correspondientes a la calidad geológica (partiendo del mapa geológico y donde mediante operaciones condicionales se han conseguido clasificar las diferentes litologías en diversos grados de calidad, aspecto que afectará a otros factores como infraestructuras) y la accesibilidad (donde se han establecido diferentes grados de accesibilidad gracias al uso de herramientas como buffers, intersección, unión de capas vectoriales, disolución y cortar vectorial por capa de máscara). Cada uno de ellos tendrá cinco categorías o grados, siendo estos muy bueno, bueno, medio, malo y muy malo.
Posteriormente, partiendo de los mapas anteriores de accesibilidad, fallas y calidad geológica, se va a generar un mapa de riesgos. Para realizarlo se van a utilizar herramientas de uniones y la calculadora de campos (utilizando el condicional case).
Por último, se va a elaborar un mapa de evaluación de riesgos en poblaciones, donde al igual que en el caso anterior se han utilizado las herramientas uniones y calculadora de campos (utilizando la operación suma).
3 Resultados
3.1 Presentación de mapas iniciales
En primer lugar, como ya se ha comentado, se han obtenido cuatro mapas base en función de tres sistemas territoriales: transportes e infraestructuras, geológico y poblacional, representados en las figuras 3, 4 y 5 del anejo. Además se ha realizado un Mapa de localización de las fallas. Utilizando capas y datos vectoriales provenientes de diferentes páginas web. En todos ellos ha sido necesario reproyectar los datos vectoriales o capas al sistema EPSG 32610, UTM-zone10N, ya que se encontraban proyectados en el sistema EPSG 3857, Pseudo-Mercator, puesto que este sistema debido no permite aplicar la herramienta de buffers en metros, sino en grados.
Cabe destacar que, al realizar el mapa sobre el sistema poblacional, la información sobre densidad se ha cargado en Excel, y posteriormente ha sido volcada a QGIS (se ha añadido una nueva capa de datos para después enlazarla con la tabla de tributos de los diferentes condados utilizando la herramienta “Uniones” perteneciente a “Propiedades”).
Asimismo, para el mapa geológico se ha utilizado un programa para convertir el archivo de simbología (“.style”) a un formato compatible con QGIS (“.sld”) y poder cargar dicho archivo.
3.2 Presentación de mapas intermedios
Posteriormente para la realización del mapa de accesibilidad, primero se han realizado buffers de las infraestructuras correspondientes a ferrocarriles y carreteras a 5, 15, 25, 50 y 500 km de distancia. Tras ello, se han intersecado entre sí, formándose 25 nuevas capas vectoriales a las que se ha asignado un valor numérico en función de su grado de accesibilidad, como queda reflejado en la Tabla 1.
Luego se han unido las nuevas capas según su valor, formando las capas V1, V2, V3, V4 y V5, que han sido unidas nuevamente en otra capa. Posteriormente se ha realizado la diferencia entre las capas de diversos valores (diferencia entre las capas V5 y V4, entre V4 y V3…), para que la información no se vea duplicada. A estas capas se les han otorgado valores desde 1 cuando goza de mucha accesibilidad a 5 cuando tiene poca accesibilidad. Finalmente, se ha cortado la capa vectorial mediante una capa de máscara perteneciente a la extensión del Estado. El resultado final es el indicado en “Mapa de accesibilidad del territorio”.
En cuanto a la elaboración del mapa de calidad geológica, primero se creó mediante la calculadora de campos, en la tabla de atributos correspondiente a las litologías, un nuevo campo, donde se caracterizaban estas tipologías de forma general, en función de si se trataban de rocas ígneas intrusivas o extrusivas, metamórficas, sedimentarias o evaporíticas. Para ello se creó un condicional tipo “CASE”. El resultado final se puede observar en “Mapa de calidad geológica”. Por consiguiente, los valores asignados según su grado de calidad para la posterior elaboración de mapas serán 1 para calidad muy buena, 2 buena, 3 media, 4 mala y 5 muy mala.
Por último, para poder evaluar las áreas más afectadas ante posibles sismos, se ha elaborado un mapa, “Mapa de fallas y buffers” donde aparecen las fallas existentes y sus buffers a distancias 5, 15, 25, 50 y 500 km, al igual que en el caso de la accesibilidad. Asimismo, se realizan las diferencias entre buffers y se unen estas capas en otra nueva capa. Así pues, los valores asignados a los intervalos de distancia serán 5 para la distancia de la falla hasta 5 km, 4 para las distancias de 5 a 15 km, 3 para las distancias de 15 a 25 km, 2 para las distancias de 25 a 50 km y 1 para las distancias de 50 a 500 km a la falla.
3.3 Presentación de mapas finales
Tras la elaboración de mapas intermedios y la asignación de valores a los diferentes atributos de cada uno de ellos realizada anteriormente, se va a analizar qué zona del territorio es mejor o tiene menos riesgos en función del terreno, la facilidad de llegar a las distintas áreas de este y dónde se concentra la población.
Así pues, se procede a unir los mapas de fallas y sus buffers, el de accesibilidad y calidad geológica. Posteriormente, en la tabla de atributos se va a realizar uno nuevo, que contemple las intersecciones entre los valores 1,2,3,4 y 5 de los respectivos mapas, cuyo conjunto queda indicado según los siguientes valores:
- Para la triada de valores en los que todos sean el mismo número, el resultado de la intersección será este mismo número. Por ejemplo, la unión del valor 1 de las fallas, con el valor 1 de accesibilidad, con el valor 1 de calidad geológica dará como resultado 1.
- Para la triada de valores en los que los dos valores sean iguales y uno diferente, dará como resultado el valor que más veces este repetido en la triada. Por ejemplo, la unión del valor 1 de las fallas, con el valor 1 de accesibilidad, con el valor 2 de calidad geológica dará como resultado 1.
- Para la triada de valores en los que todos los valores sean diferentes, dará como resultado el valor medio entre los valores. Por ejemplo, la unión del valor 1 de las fallas, con el valor 2 de accesibilidad, con el valor 3 de calidad geológica dará como resultado 2. En el caso de que el resultado sea un número decimal se ha utilizado el operador “round” para redondear el valor.
El mapa resultante será el “Mapa de evaluación del riesgo”, donde en el valor 1 se hallan las áreas potencialmente más seguras y con menos riesgos del territorio, al contrario que las superficies de valor 5. En base al mapa anterior, se examinará por último cuales son las zonas o poblaciones más afectadas, es decir, se cuantificará la cantidad de población que se encuentra en una zona segura o, por el contrario, en una zona con más riesgos, para así poder establecer puntos o lugares de evacuación, a los que las personas más afectadas se pudieran desplazar con facilidad.
Así pues, se para elaborar este mapa primero se ha intersecado “Mapa de evaluación del riesgo” con “Mapa de sistema poblacional” (al que previamente se han otorgado valores del 1 al 5, siendo 1 la zona con menos densidad y 5 la zona con mayor densidad). De tal manera que los valores del mapa obtenido, “Mapa de evaluación del riesgo a poblaciones”, han sido el resultado de la suma de los valores 1,2,3,4,5 de ambos mapas como queda reflejado en la Tabla 2. Por último, se han clasificado según las nuevas 10 categorías (siendo 2 las zonas menos pobladas y con menos riesgo y 10 las más pobladas y más riesgos).
4 Conclusiones
De esta manera a partir del análisis de los mapas se obtiene como resultado una serie de conclusiones:
o Conclusiones del sistema poblacional: La población se concentra principalmente en la zona sur, donde se encuentran el mayor número de principales núcleos urbanos y el condado con mayor densidad de población (13488.85 hab/mi2), Los Ángeles, que está rodeado por condados de densidad entre 1000 y 10.000 hab/mi2. Por el contrario, las áreas menos densificadas las encontramos en el centro-este y noreste, con densidades de hasta 50 hab/mi2. En el centro-oeste las poblaciones son más variadas yendo desde los 50 hasta los 1.000 hab/mi2, siendo los condados más poblados San Mateo y San Francisco en la costa, y Contra Costa, Sacramento, San Joaquín, Alameda y Santa Clara en la franja más interior.
o Conclusiones sobre infraestructuras transporte y accesibilidad: Consecuentemente con las conclusiones sobre el sistema poblacional, las infraestructuras de transportes se sitúan donde se encuentran los condados con mayor población. Así mismo, destaca el aspecto de que la red de ferrocarriles no se extiende hasta la zona centro-este, zona con menos densidad de población, si llegando sin embargo la red de carreteras. Aunque el Estado de California posee una extensa costa, a excepción del puerto situado en Trinidad (en el condado de Humboldt), el resto de puertos están localizados en zonas muy concretas, que coinciden con las áreas más densificadas o grandes núcleos de población. Estas son Long Beach, Port Hueneme, San Diego, San Francisco, Redwood City, Oakland, Richmond, Benicia, Stockton, Foster City situados en los condados de Contra Costa, San Francisco, San Mateo, San Joaquín, Sacramento, Ventura, Los Ángeles y San Diego. Asimismo, los aeropuertos públicos se disponen entorno a las redes de ferrocarriles y carreteras, a excepción de la zona menos densificada, que se disponen a largo del eje viario principal. En cuanto a la accesibilidad, a excepción de la zona centro-este y noroeste se encuentra bien comunicada.
o Conclusiones sobre calidad geológica: Se puede observar que según su origen o procedencia predomina una litología “mala” en el conjunto del territorio. Específicamente, cabe destacar la litología “muy mala” se encuentra en zonas muy localizas y de poca área, así como que se visualizan litología de calidad “mala” y “media” en la zona oeste y suroeste del territorio. Cabe destacar que las litologías de calidad geológica “mala” corresponden principalmente a aluvial. Asimismo, las litologías “buenas” y “muy buenas” se encuentran en las zonas noreste y centro-este, en Sierra Nevada, por lo que es una zona poco poblada y no se tiene una red muy mallada de transporte (ya que como se ha comentado anteriormente solo se disponen de algunos ejes viarios, pero ninguno ferroviario).
o Conclusiones sobre los riesgos o zonas con más peligro ante sismos: Se puede advertir que, las zonas con más riesgos (áreas de valor 4 y 5), son zonas que se sitúan más cerca de las fallas (el valor global se ve aumentado por este aspecto, ya que es un factor muy influyente en relación al incremento de riesgo o daños que podría causar un posible terremoto en el área de estudio) y de calidad geológica predominantemente mala. Esto contrasta con que en el área de valor cuatro se dispone de bastante accesibilidad, por ello no se llega a alcanzar el valor máximo. Las zonas más seguras se encuentran en el centro (grado de riesgo 1, en la zona de calidad geológica muy buena y 2 en la zona de calidad geológica buena) y sureste, zonas muy alejadas de fallas y con una gran red de carreteras y ferrocarril. En la zona noreste hay que resaltar, que, aunque se trata de una zona de grado de riesgo 2, dispone de fallas, pero es una zona con una calidad geológica y red de comunicación buena.
o Conclusiones respecto a la población afectada: Las zonas más afectadas son las áreas más pobladas antes comentadas, ya que además de tener gran densidad de población lo que las hace más vulnerables, son zonas de gran riesgo ante sismos por los motivos mostrados en el punto anterior. Por ello, la zona más afectada sería Los Ángeles. No obstante, las zonas con menos afección (zona noreste, puntos del centro y centro-norte) disponen de este grado sólo porque tienen bajas densidades de población (hasta 100 hab/mi2) y a su vez disponen de bajo grado de riesgo (aunque si existen fallas en dichas zonas).
Así pues, y como conclusiones finales, se realizan algunos apuntes sobre posibles mejoras para el futuro respecto la situación inicial. La primera es que la red está debidamente planteada y tiene el suficiente grado de accesibilidad, ya que las zonas donde no están muy malladas coinciden principalmente con zonas de poca población y existencia de fallas. La segunda es que se podría establecer un punto o zona de evacuación en los estados de Colusa y Glenn, ya que disponen de espacios disponibles para realizar infraestructuras de emergencia al no haber grandes núcleos de población o zonas muy pobladas, y además son zonas que disponen de infraestructuras de carreteras, ferroviarias y aeroportuarias, que facilitan la comunicación con otros puntos de Estado. Además, no se sitúa en una zona con gran cantidad de fallas, siendo en el cómputo global del conjunto una zona de riesgo bajo o muy bajo (y teniendo un grado actual de afección de valor igual a 2 y 3).
