INTRODUCCIÓN
Los efectos del cambio climático han sido
observados a nivel mundial a través del incremento de la temperatura, la
intensidad de las precipitaciones y la frecuencia de los fenómenos
atmosféricos, dejando un sin número de inundaciones, sequías,
incendios forestales, fuertes vientos, el calor y olas de frío siendo cada
vez más evidentes y más inciertos (Acosta, 2013).
Por su parte (Dávila, 2015) plantea que el
cambio climático viene exacerbando los impactos de los desastres de origen
hidrometeorológico propiciado por el crecimiento desordenado de las ciudades y
por los cambios de los patrones climáticos.
Además (Robleto, 2010) expone que en la
actualidad, el fenómeno de la variabilidad climática contribuye en gran medida
a la formación de eventos hidrometeorológicos extremos, que generan
inundaciones en grandes proporciones, y en donde también juegan un papel muy
importante la degradación ambiental, el crecimiento urbano desordenado y la
falta de personal técnico especializado en el tema, dentro de las instituciones
competentes; es de suma necesidad la creación de herramientas que contribuyan a
la mitigación y reducción de las perdidas tanto humanas como económicas
producto de los efectos directos provocados por este tipo de fenómenos.
Por otra parte (Domínguez y Lozano, 2014)
comentan que las inundaciones son una amenaza constante y constituyen un
fenómeno que se desencadena de forma rápida y repentina. Representan una de las
amenazas más frecuentes y de mayor gravedad a nivel mundial y anualmente causan
miles de muertes y millones de dólares en pérdidas económicas por daños.
Las inundaciones se asocian a
precipitaciones extremas y pueden generarse en los ríos, cuyo caudal aumenta
debido a la lluvia o la nieve derretida, o ser producto de las fuertes mareas
durante las tormentas, o del incremento en el nivel del mar debido al cambio
climático.
Así mismo (Domínguez y Lozano, 2014)
plantean que los requisitos para establecer un sistema de predicción de
inundaciones son contar con un sistema remoto (radar o satélite), un
sistema para la detección de las precipitaciones,
modelos de predicción hidrológica e indicadores de predicción numérica, así
como la capacidad de generar pronósticos confiables.
Un Sistema de Alerta Temprana (SAT) es
aquel dispositivo complejo que avisa con antelación de la eventualidad de un
acontecimiento natural o humano que pueda causar un desastre, con el objetivo
de evitarlo. Desde la terminología de la gestión de riesgos, la dimensión del
desastre está en la función de la fuerza del evento natural (o antrópico) y del
nivel de vulnerabilidad de la población ante el mismo. El evento en sí no es necesariamente
un desastre: un ciclón de la escala más alta en una isla desierta no constituye
un desastre porque no existe población vulnerable. Un terremoto en Japón
produce menos victimas que otro de la misma escala en El Salvador porque el
nivel de vulnerabilidad de los japoneses a ese tipo de sucesos es mucho menor
(Ocharan, 2007).
El objetivo del SAT es “salvar vidas” así
que el cumplimiento de dicho objetivo reflejará si el SAT será sostenible o no.
Así lo expone (Dávila, 2015) donde resalta que existen algunos reportes sobre
el uso de estos sistemas, por ejemplo, en el 2014, el SAT del municipio de
Trinidad (Bolivia) permitió salvaguardar la vida más de mil familias; o en el
2011 en La Paz, a pesar que el mega deslizamiento desapareció 8 barrios, se
logró la evacuación total de los pobladores; o en el 2013 en las últimas
inundaciones de Río de Janeiro, donde Tersepolis fue el único municipio donde
no hubo muertos pues se activó la alarma y la población logró evacuar. De igual
manera, (Dávila, 2015) plantea que la tendencia apunta hacia la inclusión de un
mayor componente tecnológico para el monitoreo del SAT y al uso de las redes
sociales para la difusión y comunicación de la alerta por ejemplo a través de
mensajes de texto.
Una red de sensores inalámbricos o
Wireless Sensor Network (WSN) se compone de una serie de sensores de diversos
tipos distribuidos espacialmente e interconectados por una red de
comunicaciones inalámbrica formando nodos, los que monitorizan de forma
cooperativa condiciones físicas o ambientales. El concepto anterior lo plantea
(Cama et al. 2016) donde además agrega que una WSN por sus características
puede ser parte de un Sistema de Alertas Tempranas (SAT), o EWS por sus siglas
en inglés Early Warning Systems, quienes tienen componentes esenciales
asociados a recopilación de datos, control, detección y reacción ante riegos en
el entorno, siendo la tecnología WSN capaz de ofrecer estos servicios.
Por otra parte (Godinez, 2011) realiza una
investigación sobre las experiencias del uso de telefonía móvil para llevar a
cabo el diseño e implementación de un Sistema de Alerta Temprana ante desborde
de ríos utilizando la Red Global Service Mobile (GSM).
La Maná, cantón de la provincia Cotopaxi,
ha sido víctima de fenómenos asociados al cambio climático a través de lluvias
severas que han causado inundaciones tanto en algunos sectores como el aumento
del cauce de ríos, entre otros; los cuales han causado pérdidas materiales y
humanas debido a que se desconoce cuándo comienzan a ocurrir estos fenómenos y
por ende el no contar de un sistema que permita manejar la información del
caudal o nivel de ríos.
Por lo antes planteado, se hace necesario
la construcción de un Sistema de Alerta Temprana (SAT) que mantenga informada a
la población del comportamiento del río San Pablo desde sus Cordilleras, razón
que justifica este estudio.
MATERIAL
Y MÉTODOS
El diseño de un SAT requiere primeramente
conocer el fenómeno natural (inundaciones, sismos, ciclones tropicales,
incendios forestales, entre otros) o alguno de otra índole creado por el hombre
o no (conflictos militares, incendios, entre otros), esto ayuda a identificar
los elementos y las relaciones existentes entre ellos: la comunidad,
tecnología, adaptaciones al medio, rentabilidad del software, siendo una
relación notable de dichos elementos, la generación estadística del proyecto de
monitoreo y registro progresivo del caudal del río San Pablo en el Cantón La
Maná.
En este contexto se establece como método
de investigación la observación científica simple, y dentro de este, como
procedimiento: la medición, que ayudara a recoger información acerca de la
profundidad del caudal del rio, una vez tenido en cuenta esto factor, se
elabora un plan de observación donde se precisa como objeto el caudal del
rio, como magnitudes la profundidad dada en centímetros y como variables a
observar la variación de la profundidad del rio durante las lluvias, el
intervalo de medición es de 10 minutos, el tiempo de duración de la observación
será de 90 días y como resultado las representaciones graficas generadas por
los valores numéricos registrados en el repositorio del aplicativo que
almacenas los datos generados por el sensor.
Además, se precisa conocer el lugar donde
se pretende instalar el equipamiento, ya sea electrónico, electromecánico o
mecánico que permita la medición de las variables que pondrían en peligro vidas
humanas, así como pérdidas materiales. Para ello se utilizan sistemas de manejo
de información, comunicación y evacuación para que se logre el objetivo del
mismo.
El prototipo de sistema de alerta temprana
que se diseña en el presente trabajo se basa en el control del nivel de agua
del rio, mediante un sistema de sensores que permitirá transmitir información
que será tomada como indicadores de alerta. En la tabla Nº 1 se pueden apreciar
algunos materiales que permiten el funcionamiento automatizado del prototipo
objeto de estudio.
|
Denominación del componente
|
Cantidad
|
|
Sensor Ultrasónico
Gateway 3G
|
1
|
|
Estructura de soporte del sensor
|
1
|
|
Plan de datos para transmisión
de
resultados a plataforma web
|
1
|
|
Red Inalámbrica de
sensores
|
1
|
Tabla 1. Materiales que conforman el Prototipo
Funcionamiento
de los componentes.
1. Sensor Ultrasónico: El Sensor Ultrasónico tiene como función enviar
un pulso de sonido de alta frecuencia, luego mide el tiempo que lleva al eco
del sonido en reflejar. El sensor tiene dos ranuras en su parte frontal, una
permite transmitir ondas ultrasónicas como un pequeño altavoz y la otra las
recibe como un pequeño micrófono.
El sensor ultrasónico usa la velocidad del
sonido y la diferencia de tiempo entre enviar y recibir el pulso de sonido para
establecer la distancia a un objeto. Tomará lecturas en intervalos establecidos
e informará los datos nuevamente al portal del software donde se procesa la
información para mostrar la distancia y presentar informes a los usuarios.
Todos los datos del sensor se almacenan para el análisis histórico dentro del dispositivo
que tiene una batería que tiene una carga que permite trabajar al equipo varios
años con total independencia.
Figura 1. Sensor Ultrasónico
Gateway 3G:
El Gateway 3G se basa en lo último en Protocolos inalámbricos de doble banda
CDMA o 3G y vienen integrado con red de punto de acceso inalámbrico (WAN) para
usar con todos los sensores inalámbricos.
Entre sus principales características
están:
Alcance inalámbrico de más
de 1,200 pies.
·
Seguridad Encrypt-RF® (intercambio de claves
Diffie- Hellman + AES-128 CBC para mensajes de datos del sensor)
·
No se requiere PC para la operación
·
Paquetes de servicios celulares de bajo costo.
·
Fuente de alimentación de CA
·
Batería de respaldo opcional de 24 horas en caso
de eventual corte de energía
·
Figura 2. Gateway 3G
Estructura Base del Sensor:
estructura de concreto con centro hueco
que serve de base para el sensor, donde se realizara un registro cada 10
minutos del nivel de agua que se encuentre en el interior de la estructura de
concreto hueco, además brindara seguridad con respecto a posibles daños causado
por animales o perdida de los equipos.
Esta estructura se encuentra en la ribera
del rio San Pablo, ubicado a 9 Km del sector La Esperanza ubicado en el cantón
La Maná.
Figura 1. Estructura hueca en funcionamiento
Ubicación del Sensor: El sensor está
ubicado a 200 metros del puente San Pablo, lugar donde convergen los ríos
Pilalo y Chiquiraguas, a una distancia de 8,44 Km de distancia lineal (9 Km
recorrido del rio Pilalo aproximadamente) del sector La Esmeralda del cantón La
Maná, que, considerando la velocidad de bajada del agua, por tener ésta una
gran inclinación, se estima un tiempo de 30 a 45 minutos de llegada, lo que da
tiempo suficiente para reaccionar ante una Figura 2. Gateway 3G eventual
inundación evitando pérdidas materiales y de vidas humanas.
Ubicación del Gateway 3G: Para la
transmisión de los datos obtenidos del sensor hacia el repositorio en la nube
se utiliza un Gateway 3G que se conecta a una red celular, donde se puede
posteriormente consumir dicha información. Se ubicó a 5 metros de altura para
obtener una óptima comunicación con el sensor que se encuentra a unos 300
metros aproximadamente y para mantener una buena señal de la red celular.
Figura 2. Distancia entre el sensor y Sector La Esmeralda
Figura 3. Ubicación del Gateway
RESULTADOS Y
DISCUSIÓN
Para el funcionamiento en condiciones
reales de un SAT autónomo se requiere un estudio estadístico sobre el
comportamiento meteorológico de la zona deseada. Además, se precisan realizar
mediciones en el flujo del río para establecer un valor normalizado que permita
de igual manera fijar los niveles de alerta, teniendo en cuenta las velocidades
del agua. Así mismo es importante tener en cuenta las condiciones geográficas
del lugar para analizar la topografía y los parámetros que pudieran impedir la
correcta instalación del equipamiento.
Por otra parte, al ser un sistema autónomo
se tendrá en cuenta la observación del mismo durante su
funcionamiento para evaluar los
desperfectos que puedan ocurrir. Además, se debe tener en cuenta la estabilidad
de la fuente energética para que funcionen los equipos, así como el
mantenimiento de los mismos.
Antes de la revisión de los datos que se
van a mostrar a continuación como resultados de la implementación del proyecto,
se debe indicar que dichos datos corresponden a escenarios específicos
seleccionados por el autor, donde se puede evidenciar que se está cumpliendo el
objetivo de medir el caudal del rio San Pablo en tiempo real, y que se puede
mediante un aplicativo web alertar de alguna manera a la comunidad que habita
en el sector La Esmeralda ubicado en las riberas del rio San Pablo ubicado en
el Cantón La Maná.
Obviamente debido a que no todos los días
llueve en el sector objeto de la investigación, tampoco se van a tener todos
los días actividad en cuanto al aumento o disminución del caudal del rio, por
lo que se han tomado referencias de los registros en días que ha existido
presencia de precipitaciones.
Figura 4. Registro de actividades del 1-Abr-2019
Como muestra la figura 8, a continuación,
correspondiente al día 01 de abril del 2020, se puede ver como se presenta la
curva entre las 06:00 AM y las 10:00 AM, lo que indica que se incrementó el
nivel de agua de 100 centímetros que es el punto considerado como límite piso o
punto cero, hasta los 122 centímetros de altitud, lo que indica que existió un
incremento en el nivel del rio San Pablo de 22 centímetros.
La tabla 2, muestra los valores de los
registros d los niveles del caudal de rio San Pablo obtenido el día 01 de
abril, donde presentan las variaciones, desde las 06:35 horas hasta las 09:45
horas mostradas en la figura 4.
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No
|
Date
|
Value (cm)
|
|
1
|
4/01/2020 9:45
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100
|
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2
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4/01/2020 9:35
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100
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3
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4/01/2020 9:25
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101
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4
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4/01/2020 9:15
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101
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5
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4/01/2020 9:05
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112
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6
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4/01/2020 8:55
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111
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7
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4/01/2020 8:45
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100
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8
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4/01/2020 8:35
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122
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9
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4/01/2020 8:25
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105
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10
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4/01/2020 8:15
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116
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11
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4/01/2020 8:05
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121
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12
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4/01/2020 7:55
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112
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13
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4/01/2020 7:45
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100
|
|
14
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4/01/2020 7:35
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100
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15
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4/01/2020 7:25
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121
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16
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4/01/2020 7:15
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100
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17
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4/01/2020 7:05
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105
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18
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4/01/2020 6:55
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101
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19
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4/01/2020 6:45
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108
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20
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4/01/2020 6:35
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Tabla 2. Valores del Registro del 1-Abr-2019
En la figura 6 se puede notar la actividad
correspondiente al día 3 de abril del 2020 cuando por resultados de la lluvia
el caudal del rio muestra nuevamente un comportamiento que evidencia el aumento
del caudal del rio San Pablo.
Cabe añadir que los sensores están tomando
lecturas de medición del caudal del rio San Pablo las 24 horas, sin embargo, se
ha considerado las lecturas de los días más representativos del último mes.
Figura 5. Registro de actividades del 03-Abr-2019
En la tabla 3, se encuentran los valores
correspondientes al registro del día 03 de abril del 2020 observados en la
ilustración Nº 9, donde presenta la mayor actividad entre las 04:25 y las
07:55.
En la figura 6, correspondiente a los
registros del día 09 de abril del 2020 se muestra cómo se repite el
comportamiento evidenciado en las figuras anteriores, alcanzando un incremento
de hasta 30 centímetros en el caudal del rio San Pablo.
|
No
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Date
|
Value (cm)
|
|
1
|
4/03/2020 7:55
|
100
|
|
2
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4/03/2020 7:45
|
100
|
|
3
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4/03/2020 7:25
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101
|
|
4
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4/03/2020 7:15
|
101
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|
5
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4/03/2020 7:05
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112
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|
6
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4/03/2020 6:55
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111
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7
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4/03/2020 6:45
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100
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8
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4/03/2020 6:35
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122
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9
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4/03/2020 6:25
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105
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10
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4/03/2020 6:15
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116
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11
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4/03/2020 6:05
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121
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12
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4/03/2020 5:55
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112
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13
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4/03/2020 5:45
|
100
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|
14
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4/03/2020 5:25
|
100
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15
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4/03/2020 5:15
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121
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16
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4/03/2020 5:05
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100
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17
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4/03/2020 4:55
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105
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18
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4/03/2020 4:45
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101
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19
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4/03/2020 4:35
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108
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4/03/2020 4:25
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Tabla 3. Valores del registro del 03-Abr-2019
Otro factor que se encontró durante la
revisión de los datos en el registro, es que el crecimiento del caudal del rio
San Pablo mayormente se da en horas de la mañana, por supuesto, también se ha
presentado en horas de la tarde y noche, pero los incrementos de caudal en su
mayoría se dan durante la madrugada y el medio día.
Figura 6. Registro de actividades del 09-Abr-2019
En la siguiente tabla 4, se muestran los
valores correspondientes a la figura 7, que muestra los registros de actividad
del día 09 de abril del 2020 entre las 05:45 y las 8:55 de la mañana.
|
No
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Date
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Value (cm)
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1
|
4/9/2020 8:45
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99
|
|
2
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4/9/2020 8:45
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100
|
|
3
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4/9/2020 8:35
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99
|
|
4
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4/9/2020 8:25
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113
|
|
5
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4/9/2020 8:15
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106
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|
6
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4/9/2020 8:05
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131
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7
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4/9/2020 7:55
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106
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8
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4/9/2020 7:45
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131
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9
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4/9/2020 7:35
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106
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10
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4/9/2020 7:25
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100
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11
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4/9/2020 7:15
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112
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12
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4/9/2020 7:05
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117
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13
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4/9/2020 6:55
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119
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14
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4/9/2020 6:45
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119
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15
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4/9/2020 6:35
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117
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16
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4/9/2020 6:25
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117
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17
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4/9/2020 6:15
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110
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18
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4/9/2020 6:05
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116
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19
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4/9/2020 5:55
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116
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20
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4/9/2020 5:45
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Tabla 4. Valores de registro del 09-Abr-2020
En la figura 7 se puede visualizar como la
curva se prolonga por más tiempo que en las ilustraciones anteriores, iniciando
a las 02:00 AM y culminando a las 12:00 del mediodía, lo que indica que la
creciente del caudal del rio duró 10 horas.
En la tabla 5, se muestran los valores
correspondientes a la figura 7 donde se puede constatar el periodo de 10 horas
de incremento en el caudal del rio San Pablo.
Este es el espacio de tiempo más largo
registrado en el mes de abril.
Figura 7. Registro de actividades del 15- Abr-2019
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No
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Date
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Value (cm)
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1
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4/9/2020 8:45
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129
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2
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4/9/2020 8:45
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130
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3
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4/9/2020 8:35
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127
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4
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4/9/2020 8:25
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113
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5
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4/9/2020 8:15
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106
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6
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4/9/2020 8:05
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131
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7
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4/9/2020 7:55
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106
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8
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4/9/2020 7:45
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131
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9
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4/9/2020 7:35
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106
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10
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4/9/2020 7:25
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100
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11
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4/9/2020 7:15
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112
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12
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4/9/2020 7:05
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117
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13
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4/9/2020 6:55
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119
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14
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4/9/2020 6:45
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119
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15
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4/9/2020 6:35
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117
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16
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4/9/2020 6:25
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17
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4/9/2020 6:15
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18
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4/9/2020 6:05
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19
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4/9/2020 5:55
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20
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4/9/2020 5:45
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129
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Tabla 5. Valores de registro del 15-Abr-2019
En la figura 8 se muestran los registros
del día 15 de abril del 2020 donde se vuelve a manifestar una actividad desde
las 05:00 de la mañana hasta las 08:00 aproximadamente, evidenciando un
incremento y decremento en menos de una hora, lo que evidencia lo cambiante que
es el nivel del rio San Pablo.
Figura 8. Registro de actividades del 15-Abr-2019
Finalmente se muestra la Tabla 6, con los
valores correspondientes a la figura 12, que presenta los picos obtenidos por
el sensor y que están registrados en el repositorio web.
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No
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Date
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Value (cm)
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1
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4/19/2020 8:35
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100
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2
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4/19/2020 8:25
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100
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3
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4/19/2020 8:15
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106
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4
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4/19/2020 8:05
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107
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5
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4/19/2020 7:55
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111
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6
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4/19/2020 7:45
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110
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7
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99
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8
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4/19/2020 7:25
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99
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9
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4/19/2020 7:15
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98
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10
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4/19/2020 7:05
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98
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11
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4/19/2020 6:55
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100
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12
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4/19/2020 6:45
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99
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13
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4/19/2020 6:35
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98
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14
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4/19/2020 6:25
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129
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15
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4/19/2020 6:15
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99
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16
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4/19/2020 6:05
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100
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17
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4/19/2020 5:55
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99
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Tabla 6. Valores de registro del 19-Abr-2019
Los registros plasmados en las
ilustraciones correspondientes al mes de abril presentadas en este documento
permiten comprender entre otras cosas que, el incremento del caudal del rio San
Pablo sí es medible en tiempo real, y con este primer objetivo concluido es
posible situar otro sensor en el sector mismo de La Esmeralda para contrastar
los resultados actuales del incremento del caudal del rio San Pablo con los que
se puedan presentar con este nuevo sensor, y de esta manera comparar
resultados.
Por otro lado, también es posible manejar
estadísticas del comportamiento del rio San pablo y poder en un futuro realizar
predicciones acerca los meses en los que el rio está apto para ser utilizado
como atractivo turístico sin riesgo para los visitantes y habitantes del
sector.
Una de las ventajas de la observación
científica simple es que permite trabajar con datos provistos desde una
plataforma tecnológica que no requiere de mayor intervención por parte del
investigador, y que mantiene un repositorio con información lista para el
consumo y gestión de resultados de una forma actualizada y pasiva.
CONCLUSIONES
Con los resultados obtenidos y presentados
en el actual documento, se concluye que el modelo de hardware implementado en
la ribera del Rio San Pablo cumple con el propósito de medir el nivel de caudal
del rio, y que es funcional para el proyecto de alerta temprana que beneficiara
a los habitantes del sector La Esmeralda del cantón La Maná, y demás personas
que utilizan el rio como atractivo turístico, y que tiene como plan evitar la
pérdida bienes materiales y de vidas humanas por desbordamiento e inundación
como ha sucedido en años anteriores.
Los resultados demuestran que tanto el
incremento como el decremento del nivel del caudal del rio es súbito, lo que
coincide con el criterio manifestado por los habitantes del sector La
Esmeralda, que indican según su experiencia, cuando se ha presentado una
inundación en años anteriores, no les ha permitido reaccionar de manera
oportuna por la rapidez del aumento del nivel del caudal del río.
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