Flooding effects combining storm surge and surface runoff during Hurricane Georges on the eastern coast of Puerto Rico

EFECTOS DE INUNDACIÓN POR LA COMBINACIÓN DE ESCORRENTÍA SUPERFICIAL Y MAREJADA CICLÓNICA DURANTE EL HURACÁN GEORGES EN LA COSTA ESTE DE PUERTO RICO

Félix L. Santiago-Collazo¹

Walter F. Silva Araya²

Juan González López³

Javier Maldonado Maldonado⁴

Resumen: Puerto Rico (PR) se encuentra una zona susceptible al impacto de huracanes. El propósito de este estudio fue determinar los efectos de inundación provocados por la combinación de la marejada ciclónica y la escorrentía superficial debido al paso del Huracán Georges sobre la costa Este de PR. El sistema fue modelado utilizando una combinación de herramientas que incluyen: un modelo hidrológico bidimensional y simulaciones de marejada ciclónica con un modelo de circulación oceánico de alta resolución. Se desarrolló una técnica de acoplamiento para integrar los resultados del modelo de marejada ciclónica con el modelo hidrológico. Los resultados muestran que los efectos combinados de la penetración de la marejada ciclónica y la escorrentía superficial producida por las intensas lluvias depositadas por el huracán Georges aumentaron los niveles de inundación en la zona costera. Si no se considera estos efectos, los niveles de inundación producidos por los modelos de circulación oceánica generados por viento pueden subestimar las condiciones reales de peligro. El efecto neto depende de las condiciones de la cuenca, la distribución espacial y temporal de la lluvia y de las condiciones locales de la morfología del río cerca de la costa. Aunque las descargas máximas son usualmente utilizadas como un indicador de condiciones de peligro y las regulaciones promueven el no incrementar las descargas máximas, los volúmenes de agua juegan un papel crucial para determinar condiciones de inundación. Esto es más importante durante la marejada ciclónica debido a que el agua del océano penetra tierra adentro, aumentando a su vez los volúmenes de agua y las profundidades de inundación.

Palabras clave: escorrentía superficial, marejada ciclónica, modelos hidrológicos, modelos de circulación oceánica, Huracán Georges, inundación costera.

FLOODING EFFECTS COMBINING STORM SURGE AND SURFACE RUNOFF DURING HURRICANE GEORGES ON THE EASTERN COAST OF PUERTO RICO

Abstract: Puerto Rico (PR) is located in a hurricane prone zone. The purpose of this study was to determine the flooding effects caused by the combination of the storm surge and surface runoff discharge during the passage of Hurricane Georges along the East coast of PR. The system was modeled using a combination of tools including: a two-dimensional hydrologic model and simulations of storm surge using a high-resolution oceanic circulation model. A coupling technique was developed to integrate the storm surge model results into the hydrologic model. The results show that the combined effect of storm surge penetration and inland runoff produced by heavy rainfall deposited by Hurricane Georges increased flood levels in the coastal zone. Without considering these effects, flood levels provided by tides and wind driven circulation models only, could underestimate the real hazard conditions. The net effect depends on the watershed conditions, the spatial and temporal distribution of rainfall and the local conditions of the river morphology near the coastline. Even though peak discharge is usually used as an indicator of hazard conditions and regulations promote zero increase in peak discharge, water volumes play a major role in water levels during flood conditions. This is more important during storm surge because ocean water penetrates inland, increasing water volumes and flood depths.

Key words: surface runoff, storm surge, hydrologic models, circulation models, Hurricane Georges, coastal flooding.