Hydrological and sediment study of the Quebrada de Oro watershed: UPR – Mayagüez stormwater management alternatives

Abstract

It has been suspected that during the recent decades, rainfall events have increased their intensity and frequency due to atmospheric changes. Because of these changes, regional levels of society have suffered significant damage and become more prone to flooding complications. The University of Puerto Rico in Mayagüez has experienced part of these intense rainfall events, which have directly affected the student community and employees due to the floods generated within its land property and by the Quebrada de Oro’s inability to manage this substantial amount of water. This instability, shown by the Quebrada de Oro stream bank has led to problems affecting some elements of the campus’ infrastructure. Moreover, these events suffered on campus also include frequent flooding of the General Student parking lot (‘Area Blanca’ – situated behind the library). These incidents, their frequency, and potential for worsening have generated a desire to study this issue in depth, and encourage the proposition of alternatives towards the mitigation of these damages. In the current study, the hydrological behavior of the Quebrada de Oro’s watershed based on rain events with different recurrences (2, 5, 10, 25, 50 and 100 years) has been investigated, including how these conditions affected the flows generated by the watershed and surface levels observed in the creek. Furthermore, with the use of RUSLE, an estimation of sediments generated by the watershed will be used to understand the problems of deposited sediments within the creek’s channel system, located inside campus. Due to continuous flooding in the General Students parking lot, alternatives were proposed to mitigate these negative outcomes and provide safety to the students during a future rainfall event. Consequently various alternatives were analyzed, which provided improvements in the parking lot’s mitigation of flood levels. In conclusion, the presented alternatives met the proposed requirements for the mitigation of flood conditions in the parking lot. These alternatives are predicted to last throughout events of up to a 25-year recurrence, and could possibly decrease expected water levels in the Quebrada de Oro. The new culvert exiting near the PR-2 Bridge appears to be the best hydrological mitigation alternative. If not, the next best alternative entails the development of a new culvert parallel to the wall inside the Quebrada de Oro channel to protect the parking lot from the creek’s discharge flow during a flood. When considering the hydrological, hydraulic, and environmental aspects involved these options become the most efficient composite alternatives when combined with the sub-basin of the pond found at the Zoo and its lateral weir situated upstream.

Se sospecha que, en las décadas recientes, los eventos de lluvia han aumentado de intensidad y de frecuencia debido a los cambios atmosféricos. Debido a estos cambios, los problemas de inundaciones se han hecho más propensos y han causado daños significativos a nivel regional. La Universidad de Puerto Rico en Mayagüez ha experimentado parte de estos eventos intensos de lluvia que han afectado directamente a la comunidad estudiantil y empleados por las inundaciones generadas dentro de sus predios y la Quebrada de Oro no tener la capacidad para manejar esa cantidad de agua. La inundación del estacionamiento General de Estudiantes (área aledaña a la Biblioteca) durante estos eventos significativos de lluvia ha despertado la inquietud de proponer alternativas para la mitigación de estas inundaciones. De igual manera, la inestabilidad de los taludes de la Quebrada de Oro ha afectado varios elementos de la infraestructura del Recinto. Por lo tanto, esto merece ser estudiado y proponer alternativas de mitigación para esos daños. En el presente estudio, se ha investigado el comportamiento hidrológico de la cuenca de la Quebrada de Oro basado en los eventos de lluvia a diferentes recurrencias (2, 5, 10, 25, 50 y 100 años) así como estas afectaban los flujos generados por la quebrada y los niveles de la superficie del agua observados en la misma. También, mediante el uso de RUSLE se ha estimado la cantidad de sedimentos generados por la cuenca para así entender los problemas de sedimentos depositados en la canalización de la quebrada dentro del Recinto. En base a los problemas de inundaciones en el estacionamiento General de Estudiantes, se proporcionaron alternativas para mitigar las mismas y así proveer seguridad a los estudiantes durante un evento de lluvia en el recinto a una recurrencia dada. Se analizaron varias alternativas las cuales proporcionaron mejorías en la mitigación de los niveles de inundaciones del estacionamiento. En conclusión, las alternativas que se presentan cumplen con la mitigación de las inundaciones en el estacionamiento General de Estudiantes en eventos hasta 25 años de recurrencia y se pueden disminuir los niveles de agua en la Quebrada de Oro que se esperan que ocurran. La nueva atarjea drenando cerca del puente de la PR-2 es la mejor alternativa hidrológica de mitigación. Si no, la alternativa de una nueva atarjea paralela con el muro dentro de la quebrada para proteger la descarga del estacionamiento del flujo de la Quebrada de Oro es la próxima opción. Si combinamos alguna de estas con la charca en la sub-cuenca del Zoológico y su vertedor lateral aguas arriba sería la alternativa compuesta más eficiente al considerar los aspectos hidrológicos, hidráulicos y ambientales.