Integrated Hydrologic and Hydraulic Analysis of Torrential Flood Hazard in Arequipa, Peru

Abstract

Seated at the foot of the Misti volcano in an area prone to intense seasonal rains and earthquakes, the city of Arequipa is highly vulnerable to natural disasters. During the rainy season, intense storms create large volumes of runoff that rush through the city’s ephemeral streams, known locally as torrenteras. Episodic flows in these torrenteras have caused flooding, damage to bridges, homes, and other infrastructure, and caused many deaths. In recent years, while unprecedented rain events have caused extreme disasters, the city’s population has continued to expand into these channels by creating informal or illegal settlements. Currently, detailed hazard maps of flood-prone areas surrounding the torrenteras are not available to stakeholders in Arequipa. In this study, hydrologic and hydraulic models were combined to assess flash flood hazards, including inundation, velocity hazards, and slope instability hazards. Hydrologic models were created using satellite precipitation data and terrain-sensitive, gridded climate maps to characterize flow within six torrenteras in Arequipa. These flows were used in conjunction with elevation data and data collected in the field using an online mobile application system to develop a hydraulic model of these flood events. Hydraulic model outputs were used to determine flood hazards related to inundation, velocity affecting human stability, and slope instability in case study areas of the torrenteras. We then discuss how this information can be used by disaster risk management groups, water authorities, planners and municipalities, and community groups.

Spanish Translation

El análisis hidrológico e hidráulico de peligros de torrenteras en Arequipa, Perú

Resumen: Sentada a los pies del volcán Misti en una zona propensa a intensas lluvias estacionales y terremotos, la ciudad de Arequipa es altamente vulnerable a los desastres naturales. Durante la temporada de lluvias, las intensas tormentas crean grandes volúmenes de escorrentía que se precipitan a través de los arroyos efímeros de la ciudad, conocidos localmente como torrentras. Los flujos episódicos en estos torrentes han causado inundaciones, daños en puentes, hogares y otras infraestructuras, y han causado muchas muertes. En los últimos años, si bien los eventos de lluvia sin precedentes han causado desastres extremos, la población de la ciudad ha continuado expandiéndose a estos canales mediante la creación de asentamientos informales o ilegales. Actualmente, las partes interesadas en Arequipa no disponen de mapas detallados de peligros de las zonas propensas a inundaciones que rodean las torrenteras. En este estudio, se combinaron modelos hidrológicos e hidráulicos para evaluar los peligros de inundaciones repentinas, incluidos los peligros de inundación, velocidad e inestabilidad de la pendiente. Los modelos hidrológicos se crearon utilizando datos de precipitación por satélite y mapas climáticos cuadriculados sensibles al terreno para caracterizar el flujo en seis torrentes en Arequipa. Estos flujos se utilizaron junto con los datos de elevación y los datos recopilados sobre el terreno utilizando un sistema de aplicación móvil en línea para desarrollar un modelo hidráulico de estos eventos de inundación. Las salidas del modelo hidráulico se utilizaron para determinar los peligros de inundación relacionados con la inundación, la velocidad que afecta a la estabilidad humana y la inestabilidad de la pendiente en las áreas de estudio de caso de las torrenteras. A continuación, analizamos cómo esta información puede ser utilizada por grupos de gestión del riesgo de desastres, autoridades de agua, planificadores y municipios, y grupos comunitarios.