1. Un lahar es un flujo de sedimentos y agua que se mueve pendiente abajo desde las laderas de los volcanes en respuesta a la fuerza de gravedad. 2. Existen lahares primarios asociados a erupciones y secundarios causados por lluvias o sismos. 3. La modelación de lahares requiere determinar el agua y sedimentos disponibles, escenarios eruptivos posibles y su interacción para estimar el volumen de agua y sedimentos movilizados.

1. LAHARZ - MSF

2. Un lahar es un flujo de
sedimento y agua que
se moviliza desde las
laderas de volcanes y
que fluye pendiente
abajo en respuesta a la
fuerza de gravedad.
Dos tipos:
-Primarios: sincrónicos con la erupción, causados por:
-Flujo de lava.
-Flujos y/o oleadas de piroclastos.
-Explosión de gases y colapsos de laderas.
-Caída de piroclastos (ceniza y fragmentos).
-Erupción subglacial.
-Vaciado de un lago hospedado en la cumbre.
-Sismos relacionados con la erupción.
-Secundarios: sin relación con erupción, causados por:
-Lluvias intensas.
-Sismos no relacionados con procesos eruptivos.

3. 1. Una adecuada fuente de agua: lago, agua
hidrotermal, hielo, nieve,…
2. Abundante material no consolidado: material
piroclástico,
morrenas
glaciares, coluviones, suelos, etc.
3. Pendientes elevadas y un relieve importante en su
zona de inicio.
4. Un mecanismo que lo desencadene.

4. Parámetros físicos
Densidad
Viscosidad
Velocidad
Lo podemos caracterizar
desde dos puntos de vista
Esfuerzo de cizalla
…
Reología de un flujo
Fase fluida
(agua + arcilla + parte del limo)
Concentración de sólidos
Fase sólida
(parte del limo + arena + grava)

5. Flujo acuoso
Flujo Hiperconcentrado
Flujo de detritos
Water flow
Hyperconcentrated flow
Debris flow
Fase fluida
Mecanismos de
transporte
Tamizado en
Procesos intermedios
Sólidos
cinético extremos
suspensión
entre ambos
con más características
de flujo acuoso
Fase sólida
Carga de fondo

6. Flujo acuoso
Flujo Hiperconcentrado
Flujo de detritos
Water flow
Hyperconcentrated flow
Debris flow
Facies “fluviales”:
Características de ambos extremos:
 Cantos redondeadas
 Cantos de subredondeados a subangulosos
 Buena clasificación
 Mala clasificación
 Lam. paralela
 Lam. paralela incipiente
 Lam. cruzada
 Gradación inversa-normal
 Ripples
 Imbricación de cantos
 Imbricación de cantos
 Generalmente granulometría más fina (arena y
…
gravas medias a finas.
 Matrizoportados
 Bloques flotantes
…
Facies de flujo de detritos:
 Cantos angulosos
 Mala clasificación
 Gradación inversa
 Predominio de grava
 Generalmente
clastosoportado
 Bloques flotantes
…

7. Erupción volcán Chaitén
2008

8. Flujo acuoso inicial
Flujo
hiperconcentrado
•Incorporación de
primeros
sedimentos
•Dilución del lahar
por perdida de
sólidos
(sedimentación)
y incorporación
de agua fluvial.
•Aporte inicial de
agua
(hielo, nieve,….)
Flujo de detritos
Flujo
hiperconcentrado
•“Bulking”:
incorporación
volúmenes
importantes de
sedimentos
•El lahar termina
por diluirse en el
curso normal del
río
Flujo acuoso

10. Modelación lahares
DEM
USGS
Estimación agua
disponible
(hielo, nieve, lago,
…)
Espesor de
hielo, precipitación
de nieve,…..
Software
reológico
MSF
LAHARZ
C. Huggel
Determinación
escenarios
eruptivos
Historia eruptiva
del volcán
Glaciology and
Geomorphodynamics Group
Determinación
reología de lahares
anteriores
Estudio de
afloramientos
Usan parámetros del
flujo (densidad, cizalla
basal, viscosidad,…)
(U. Zurich)
Definición de
puntos de inicio
Flo2D, Titan
2D,……..
Difícil estimación de los
parámetros
Estimación agua
movilizada
(fusión, rotura de
dique,…)
Estimación
volúmenes lahares
Agua + sólidos
Modelación
Ecuaciones no tiene porque ajustarse al volcán estudiado.
Sensible al DEM
Permite modelar diferentes volúmenes
Modelación
Pocos datos de entrada y de
fácil obtención
Muy sensible a la calidad del
DEM
No tiene en cuenta volúmenes
de flujo.
Más “fiel “ a la reología
del flujo

11. 1. Calidad del DEM:
-Fundamental disponer de un DEM de buena calidad.
-Resolución del DEM.
-Software de modelación sensible a este parámetro.
2. Estudio de sensibilidad comparando los DEMs.
3. DEMs en Chile:
-Aster
-SRTM
-Curvas de nivel IGM
4. Puntos “extraños”, ¿son errores? o ¿son posibles puntos de
inundación no esperados? Necesario valorar punto a punto.

12. -La misión SRTM utilizó un radar de apertura sintética, con 2 antenas
separadas por 60 m, a una inclinación orbital de 57º, a una altitud de 233
km, cubriendo el 80% de las tierras emergidas entre los 60º N y 56º S.
-Los datos obtenidos para este estudio, fueron conseguidos a través del sitio
web http://srtm.csi.cgiar.org/ del CGIAR, Consortium for Spatial Information
(CGIAR-CSI), en que los datos originales de la NASA han sido procesados
para llenar los espacios que se producen en zonas de lagos o alta pendiente.
-La información sólo está disponible a nivel 1 (90 m de resolución
horizontal) para territorio no estadounidense. Los errores asociados se
deben principalmente a las cubiertas vegetales que hacen sobreestimar la
altura del terreno y errores en el cálculo de la altura en zonas de alta
pendiente.

13. -El ASTER consta de 3 subsistemas que proveen una capacidad
multiespectral de 14 bandas.
-Las bandas 3N y 3B poseen una resolución espacial de 15 m y
corresponden al par estereográfico utilizado para generar el DEM.
-El DEM fue construido utilizando el software ENVI 4.2, con una
resolución horizontal de 30 m, que es el doble de la resolución espacial
de la imagen, debido a la mayor confiabilidad que la obtenida con una
resolución mayor (Huggel et al., 2007) y utilizando el nivel máximo
(Level 5) de detalle.
-Los principales errores corresponden igual que para el SRTM, a la
cubierta vegetal y zonas de alta pendiente.

14. -Se puede obtener mediante la interpolación de las
curvas de nivel de las hojas topográficas del Instituto
Geográfico Militar (IGM), a escala 1/50.000 y curvas cada
50 ó 25 m.
-Importante elegir bien el método de interpolación y
recomendable compararlos.
-Se puede elegir la resolución espacial pero se
recomienda tomar la separación horizontal promedio de
las curvas de nivel en zonas con una pendiente media.

15. -Durante el proceso de interpolación, se producen 2 tipos de error:
-Flat–spots: se relaciona con zonas donde las curvas de nivel son sinuosas y
no están lo suficientemente cerca, por lo que el programa que interpola las curvas no
considera esta sinuosidad y se generan zonas planas que podrían afectar los caminos
que puedan seguir los flujos (Stevens et al., 2002).
Se soluciona añadiendo manualmente curvas en los puntos conflictivos.

16. -Durante el proceso de interpolación, se producen 2 tipos de error:
-Sinks: La segunda fuente de error corresponde a zonas muy planas en que las
curvas de nivel están muy alejadas unas de otras, generándose errores de interpolación en
los cuales se generan “agujeros” o “sinks”.
Para solucionar este tipo de errores, el programa ArcGIS tiene la opción de agregar la red de
drenaje a la interpolación, forzando a que el DEM resultante sea “hidrológicamente
correcto”, eliminando las posibles depresiones artificiales.

17. Según Castruccio (2008) se puede decir que el DEM derivado de las curvas de nivel de los mapas
topográficos del IGM es el que mejor resuelve la dirección de la red hidrológica y es el que mejor
representa la morfología de los cauces, ya que el SRTM evidencia su resolución demasiado baja y
el ASTER presenta una morfología demasiado irregular, probablemente atribuida a que la cubierta
vegetal la identifica como el terreno actual.
El DEM topográfico sigue fielmente la hidrología obtenida de los mapas topográficos del IGM, que
a su vez son obtenidos de fotografías aéreas, para zonas con pendiente alta y media. Sin
embargo, en zonas con pendiente baja la red de drenaje sigue cursos muy rectos, con quiebres
abruptos, poco realistas, lo que se debe a que las curvas de nivel a partir de la cual se genera el
DEM están muy espaciadas, generando errores en la interpolación.
Para el caso del SRTM y ASTER se observa que presentan un perfil más irregular, con zonas
canalizadas que tienden a ser más estrechas y más profundas que para el DEM topográfico, el
que presenta un perfil más suavizado. También es interesante notar que para el caso del SRTM, la
baja resolución horizontal se hace notoria, con una morfología “escalonada” en los perfiles que
presentan grandes cambios de altitud.

19. -Es necesario saber cuanta agua hay en el volcán disponible para formar parte de los lahares, ya sea en
forma de nieve, hielo, lagos,….
-Es conveniente estimar que parte de esa agua desciende por cada cuenca a estudiar.
-En el caso de lagos se puede estimar el volumen a partir de su forma y profundidad.
-En volcanes con hielo/nieve es recomendable estudiar dos escenarios: el de agua disponible máxima y
mínima. El nivel mínimo es cuando la nieve de temporada se ha fundido por completo y solo queda
hielo (en Chile a finales de verano-inicios de otoño). El nivel máximo se da al final de la temporada de
precipitaciones (final de invierno-inicios de primavera).
-Para calcular el equivalente en agua de la nieve y el hielo es importante elegir los datos de densidad
adecuados para el complejo estudiado. A modo orientativo la densidad del hielo es de 0,9 g/cm3 y la de
la nieve a final de temporada es del orden de 0,5 g/cm3. Si el volcán está activo y emite cenizas
volcánicas con cierta frecuencia, estas densidades pueden ser menores.
-La cantidad de agua en forma de nieve se debe estimar a partir de la mejor información disponible para
el complejo volcánico (rutas de nieve, datos de precipitación nival,…..). Se ha de tener en cuenta la
variación de la altura de nieve con la cota.

20. -Para estimar la cantidad de hielo es necesario estimar su extensión y espesor. Ello se
puede hacer a partir de la bibliografía existente o se puede generar la información
mediante estudios específicos (comparación de fotos satelitales, ecuaciones
paramétricas de espesor de hielo, mediciones con GPR,…..)

24. -Para un mejor modelación de los posibles lahares que pueden ocurrir en el complejo
volcánico estudiado es necesario determinar que procesos eruptivos se dan en él y como
estos funden la nieve/hielo disponible.
-El primer paso consiste en recopilar la información vulcanológica del volcán existente:
bibliografía, mapas geológicos, mapas de riesgos, planes de monitoreo, consultas a
especialistas,…..
-En este proceso es importante poner el foco sobre los lahares ocurridos en el volcán y
cuales han sido los procesos que lo han generado.
-A partir de esta información se establece la historia eruptiva del volcán y se determinan los
tipos de erupciones que en él se dan. Con estos datos se definen escenarios eruptivos
posibles teniendo en cuenta dos criterios:
1.-Tipo de erupción del volcán: hawaiana, estromboliana, vulcaniana,
pliniana,…… que tiene influencia directa en los procesos eruptivos (coladas,
flujos de piroclastos, caída de cenizas,…..)
2.-Magnitud de la erupción: en función de la magnitud se fundirá más o menos
hielo/nieve.

25. Tipos de erupciones

26. Magnitud de la erupción

28. -Para determinar el comportamiento de los lahares en el volcán se puede realizar una
inspección de los valles que descienden por sus laderas en busca de afloramientos
laháricos de erupciones anteriores. Si estos son suficientes se puede realizar una
cartografía, describir sus características sedimentológicas, medir sus espesores y
estimar el volumen de los depósitos.
-Este trabajo se realiza con dos objetivos:
1.-Determinación de la reología del flujo: a partir del estudio de facies se puede
estimar el comportamiento reológico del lahar (flujo de detritos o flujo
hiperconcentrado) y a partir de ello estimar la proporciónFlujo hiperconcentrado:
sólido/líquido.
entre 20% y 66% de
2.-Calibración del software: si se ha podido hacer la sólidos en volumen
cartografía de lahares
antiguos y estimado su volumen, se puede hacer correr el software para ese
volumen y comparar los resultados con la cartografía realizada. En caso de no
concordancia se pueden ajustar parámetros del software para una mejor
calibración.
Castruccio 2008

30. -Una vez determinada la cantidad de agua disponible en el volcán (punto 1) y los
escenarios eruptivos (punto 2) se llega a uno de los puntos más críticos del proceso:
cuanta agua estimada en 1 es liberada por los procesos determinados en 2.
-En el caso de agua en un lago se puede modelar el peor escenario que sería aquel en
que se moviliza todo el volumen.
-En el caso de hielo/nieve es necesario estudiar la interacción entre los procesos
eruptivos y la masa de hielo/nieve. Según Major y Newhall (1989) existen al menos 5
tipos principales de interacciones entre una erupción volcánica y la cubierta de
hielo/nieve:
1.-Excavación y fusión por flujos de piroclastos o explosiones de gases calientes.
2.-Fusión superficial por flujos de lava.
3.-Fusión basal por erupciones subglaciares o actividad geotérmica.
4.-Eyección de agua por erupción en un cráter con lago.
5.-Fusión por caída de tefra.

31. -Es necesario ver cuales de estos procesos ocurren en el volcán estudiado y como es
su interacción con las masas de hielo y nieve presentes. Existe abundante bibliografía
sobre como los procesos volcánicos interactúan con la nieve y el hielo. Algunos
enfocan el problema desde un punto de vista teórico y experimental, mientras que
otros relatan casos reales.
-Entre los primeros destacan Edwards et al (2013) y Wilson and Head (2002, 2007 y
2013)
-En cuanto a los segundos destacan Marangunic (1974), Naranjo y Moreno
(2004), ambos en el volcán Villarrica. O los trabajos de diversos autores en el Nevado
del Ruíz: Pierson et al. (1990), Thouret et al. (2007),...
-Es crítico conocer como los procesos actúan y como pueden darse en el volcán
estudiado para a partir de ello estimar la cantidad de agua fundida y movilizada que
puede entrar a formar parte de los flujos laháricos.

33. El resultado final de este paso es una tabla para cada escenario modelado con la
cantidad de agua (equivalente en agua de hielo y/o nieve) fundida por cauce a
modelar.
Volumen de agua
Volumen de hielo
Volumen de nieve
Volumen de agua
en canal de fusión
en canal de fusión
solo de hielo
(106 *m3)
(106 *m3)
(106 *m3)
Estero Chaillupén
28,09
5,83
25,00
28,50
Estero Seco
12,67
7,48
11,28
15,76
Río Voipir
6,17
7,54
5,49
10,01
Estero Huichatío
2,48
6,06
2,21
5,85
Estero Molco
3,84
9,67
3,42
9,22
Estero Correntoso
3,31
6,40
2,94
6,78
Zanjón Seco
6,24
6,89
5,55
9,69
Río Pedregoso
16,66
9,51
14,83
20,54
Río Turbio
67,57
15,72
60,13
69,56
147,03
75,10
130,86
175,92
Cuenca
Total
Escenario efusivo (colada de lava) - Volcán Villarrica.
hielo+nieve
máxima
(106 *m3)

35. La primera opción para calcular el volumen de los lahares es estimar la cantidad de
material suelto existente en el volcán que puede ser incorporado al flujo (morrenas
glaciares, depósitos de ladera, material volcánico suelto,……). Esta estimación puede
ser difícil y requiere un trabajo de campo exhaustivo y con probable uso de
maquinaria pesada en muchos puntos, y aún así puede obviarse importantes
volúmenes de material.
Por ello es recomendable aplicar concentraciones teóricas según el tipo de flujo. Es
decir, una vez que hemos estimado la cantidad de agua que se movilizará por cada
cauce en cada escenario, al volumen estimado se le añade una proporción de sólidos
que dependerá del comportamiento reológico que se ha caracterizado en el punto 3.
Si los lahares del volcán estudiado tienen un comportamiento predominantemente
como flujo hiperconcentrado, al volumen de agua calculado se le añadirá la cantidad
de sólidos necesaria para que el lahar tenga una concentración de sólidos entre 20% y
66%. Si se tratase de un comportamiento de flujo de detritos se añadirían sólidos en
66% y un 100%. En la práctica se recomienda modelar el máximo y el mínimo.

36. Vol. de agua
Vol. lahar con 20%
hielo+ nieve
de sólidos y agua
máxima
solo de hielo
(106 *m3)
(106 *m3)
25,00
28,50
Estero Seco
11,28
Río Voipir
Vol. de agua solo
de hielo
Vol. lahar con 20%
de sólidos y agua
Vol. lahar con
Vol. lahar con
66% de sólidos y 66% de sólidos y
hielo+ nieve
agua solo de
agua hielo+ nieve
máxima
hielo
máxima
(106 *m3)
(106 *m3)
(106 *m3)
31,25
35,63
73,53
83,82
15,76
14,10
19,70
33,18
46,35
5,49
10,01
6,86
12,52
16,15
29,44
2,21
5,85
2,76
7,31
6,50
17,21
3,42
9,22
4,27
11,52
10,06
27,12
2,94
6,78
3,68
8,48
8,65
19,94
5,55
9,69
6,94
12,11
16,32
28,50
14,83
20,54
18,54
25,67
43,62
60,41
60,13
Cuenca
69,56
75,17
86,95
176,85
204,59
130,86
175,92
163,57
219,9
384,85
517,38
(106 *m3)
Estero Chaillupén
Estero Huichatío
Estero Molco
Estero Correntoso
Zanjón Seco
Río Pedregoso
Río Turbio
Total
Escenario efusivo (colada de lava) - Volcán Villarrica.

38. -LAHARZ fue desarrollado por el USGS en 1998 (Iverson et al., 1998; Schilling, 1998) con el objetivo de
delinear de manera rápida y económica, zonas de peligro volcánico asociadas a la posible inundación
generada por flujos laháricos. Este modelo está implementado en el ambiente ArcGIS y ha sido
ampliamente utilizado en diversos volcanes alrededor del mundo.
-Es un método semiempírico que se basa en los resultados de una análisis estadístico y dimensional de
la geometría de 27 lahares en 9 volcanes, lo que permite desarrollar ecuaciones que predicen secciones
de inundación en los valles fluviales y áreas planimétricas de inundación en función del volumen del
lahar.
-El programa determina las áreas de inundación transversal (A) y planimétrica (B) generadas por el flujo
lahárico, en función del volumen de éste. A través de una serie de ecuaciones en que se asume una
masa y densidad constante y, por lo tanto, un volumen constante, se llega a las siguientes relaciones.
A = 0,05 V2/3
B = 200 V2/3
Con estas 2 ecuaciones se puede predecir las áreas de inundación producidas por lahares de diferentes
volúmenes. El punto en el cauce a partir del cual el flujo lahárico comienza a inundar es definido por la
intersección del cauce con el límite de la zona de peligro cercano, definido por el usuario, de acuerdo a
la geología e historia eruptiva del volcán (Iverson et al., 1998; Schilling, 1998).

39. A = 0,05 V2/3
B = 200 V2/3

40. -Por lo tanto el programa tiene 3 inputs de entrada:
1. DEM
2. Punto de inicio de la inundación
3. Volúmenes estimados de lahar.
-Sobre el DEM y la estimación de volúmenes ya hemos hablado con anterioridad. En
cuanto el punto de inicio de la inundación (zona proximal de riesgo) cabe decir que se
trata de un punto asignado con cierta arbitrariedad pero que debe estar cercano al
punto de inicio de la sedimentación de los lahares que ya hallan ocurrido en el volcán.
-Ahora pasaremos al instructivo para ver como se corre el programa.

42. -El modelo MSF (siglas de Modified Single – Flow Direction Model o Modelo de Flujo de Dirección Única
Modificado) fue desarrollado por Huggel et al. (2003) para determinar las zonas de peligro asociadas a flujos de
detritos generados por el desbordamiento de lagos glaciales en alta montaña. Fue aplicado por primera vez en
los Alpes suizos y recientemente en el volcán Popocatepetl (Huggel et al., 2007) y el Iztaccíhuatl (Schneider,
2008), ambos en México.
El modelo está integrado en el ambiente ArcGIS y posee 2 componentes:
1. Trayectoria: usa el algoritmo D8 que consiste básicamente en que desde una celda el flujo siga como
trayectoria la dirección con mayor pendiente de entre las ocho celdas que le son adyacentes. Para zonas
más planas, donde los flujos tienden a expandirse lateralmente, se agregó una función especial que
permite al flujo desviarse de la dirección principal de mayor pendiente hasta 45º en ambos lados.
2. Distancia de corrida: una vez que las zonas potencialmente afectadas por el paso de un flujo son
delineadas, el programa también asigna un valor de probabilidad a cada celda del DEM, de ser afectadas
por el flujo. Esta probabilidad está descrita por la función Fr que utiliza como principio el hecho que
mientras más se desvíe una celda de la trayectoria de mayor pendiente, mayor es la resistencia. La razón
H/Fr, donde H representa la distancia horizontal con respecto al punto de partida del flujo, determinado
por el usuario, representa una función probabilística, y cada celda del DEM tiene asignada una
probabilidad de ser afectada por el lahar, definida por:
Pq(i) = H(i) / Fr(i)
Pq(i) no es una función de probabilidad en sentido estricto, sino más bien una probabilidad cualitativa.
La componente de distancia de corrida, a su vez, está dada por la relación V/L en que V es la distancia
vertical que el flujo desciende y L es la distancia horizontal recorrida. La relación V/L debe ser definida
por el usuario y debe corresponder al “peor escenario”, esto es, la máxima extensión que podría tener
un flujo en la zona estudiada, de acuerdo a los datos de que se dispongan.

43. Algoritmo D8

44. - Problemas con el modelo pueden surgir a partir de errores en la dirección de flujo, que a su vez se originan en
errores en el DEM. Estos errores o una resolución de celda insuficiente pueden provocar que el flujo se desvíe
sustancialmente de la dirección de máxima pendiente. Aunque esto puede provocar desvíos del flujo no
realistas, puede ocurrir que esos desvíos sean puntos críticos para la evaluación de riesgos y por ello deben ser
adecuadamente chequeados.

45. -Ahora pasaremos al instructivo para ver como se corre el
programa.