Caudales de mantenimiento: Opciones de cálculo y experiencias de aplicación Antoni Palau Dirección de Medio Ambiente y Desarrollo Sostenible. ENDESA Lima,

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1 Caudales de mantenimiento: Opciones de cálculo y experiencias de aplicación Antoni Palau Dirección de Medio Ambiente y Desarrollo Sostenible. ENDESA Lima, abril de 2008

2 GESTIÓN DEL CICLO DEL AGUA REUTILIZACIÓN (Consuntivo) USO (No Consuntivo) ESCORRENTÍA RESERVA SUMINISTRO BALANCEPRECIPITACIÓN/EVAPOTRANSPIRACIÓN/INFILTRACIÓN REGULACIÓN Caudales Ambientales

3 Qm B T CD SD Tr Qm Bombeos (B) y Tomas (T) Embalses (C/S Derivación)Transvases (Tr)

4 MOTIVOS, CONDICIONANTES Y DENOMINACIONES Caudal Medioambiental Actividades recreativas Paisaje fluvial Dilución Diversidad ecológica Hábitat físico Peces Riberas Ecosistema fluvial Navegación Riegos y abastecimientos Caudal de Mantenimiento Espacios Naturales Protegidos Caudal Recomendado Caudal de Regulación Caudal Mínimo Caudal Reservado ¿Caudal Ecológico? Caudal de Compensación Caudal Ambiental Caudal de Acondicionamiento

5 Ley de Aguas (transposición de la Directiva Marco Europea del Agua) Establece como función de los Organismos de cuenca la realización de planes, pro- gramas y acciones que tengan como objetivo una adecuada gestión de las demandas, para promover el ahorro y la eficiencia económica y ambiental de los diferentes usos del agua…. ENFOQUE NORMATIVO ACTUAL EN ESPAÑA Los caudales ecológicos o demandas ambientales no tendrán el carácter de uso... debiendo considerarse como una restricción que se supone con carácter general a los sistemas de explotación, después del abastecimiento.... La planificación hidrológica tendrá por objetivo general conseguir el buen estado ecológico del dominio público hidráulico y la satisfacción de las demandas de agua, el equilibrio y armonización del desarrollo regional y sectorial... Los Organismos de cuenca, en las concesiones y autorizaciones que otorguen, adopta- rán las medidas necesarias para hacer compatible el aprovechamiento con el respeto al medio ambiente y garantizar los caudales ecológicos o demandas ambientales previstas en la Planificación Hidrológica.

6 1% ANE 10% 50% AMNV 10% 50 l/s 5% 1% AT 10% N.E. QBM 10% S/C 10%/Q 330 C.M.C. 20% N.E.

7 4. MARCO LEGAL (III) 5-10%/uHb 10%-2 l/s.km 2 1-10% IFIM/Q 347 Q 300 Q 347 30-60% Adapt. Ecohidrol. IFIM 10% - Mh + Mhb EUROPA USA: ABF, Montana, IFIM CANADA: 25%, Ecohidrol. REP. SUDÁFRICA: BBM

8 EFECTOS DE LA REDUCCIÓN DE CAUDAL EN CAUCES Alteración CAUDAL NATURAL Modificación Desestructuración Estabilización Uniformización Disminución habitabilidad hidráulica hidrológica río-cauce-ribera CAMBIO MÁXIMO ADMISIBLE comunidades calidad agua CAUDAL MANTENIMIENTO

9 HABITABILIDAD Calidad Hábitat Diversidad hidráulica Cantidad Hábitat Espacio disponible BIODIVERSIDAD Calidad agua VARIABILIDAD Espacial Temporal Baja frecuencia Alta frecuencia Ciclos biológicos Geomorfología RELACIÓNRÍO-RIBERA FUNCIONES BÁSICAS DEL CAUDAL DE MANTENIMIENTO Capacidad biótica

10 El caudal que permite la preservación de un nivel admisible de autodesarrollo del ecosistema fluvial. Habitabilidad Caudal Organización Composición Funcionamento Estructura Nivel admisible = Caudal de mantenimiento ¿QUÉ ES UN CAUDAL DE MANTENIMIENTO? Un compromiso social y cultural que responde a una forma de vida ambientalmente coherente. Preservación de la Naturaleza Uso de los recursos naturales Bienestar Alimento Energía Desarrollo Nivel admisible = Compromiso social Caudal mínimo

11 ¿QUÉ SE NECESITA SABER PARA CALCULARLO? Riberas Especie de pez Rápidos Geomorfología fluvial Método hidráulico Pozas Calidad del agua Tablas Método hidrológico Método hidrobiológico Ecosistema fluvial Método hidrológico secuencial o método holístico Paisaje fluvial Método hidráulico Las características limnológicas del río y el objetivo de preservación...

12 LOS CAUDALES DE MANTENIMIENTO Y SUCEDÁNEOS

13 PLANTEAMIENTOS METODOLÓGICOS ACTUALES

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16 PLANTEAMIENTOS METODOLÓGICOS ACTUALES: SINTESIS

17 EVOLUCIÓN HISTÓRICA, OBJETIVOS Y RELACIONES MÉTODOS HIDRÁULICOS MÉTODOS HIDROBIOLÓGICOS MÉTODOS ECOHIDROLÓGICOS MÉTODOS HIDROLÓGICOS MÉTODOS HOLÍSTICOS MÉTODOS HIDROLÓGICOS SECUENCIALES 70’s Planificación y Legislación Disponibilidad de espacio 80’s Hábitat físico (peces) 90’s 00’s  (Ecosistema fluvial)  (Ecosistema fluvial) Planificación y Legislación

18 LOS METODOS HIDROLÓGICOS (ESTADÍSTICOS) Caudal Año 10%, 30%,... Media o Mediana de mínimos, etc. Caudales clasificados Días/año Q330, Q347 (o Q95%),... Caudal de mantenimiento como valor constante o modulado estacionalmente

19 LOS METODOS HIDRÁULICOS Caudal de mantenimiento como valor único y constante Perímetro mojado Caudal Punto de cambio de pendiente Profundidad Caudal

20 LOS METODOS HIDROBIOLÓGICOS V= 0,2 m/s Z= 27 cm n= 0,04 A= 6,8 m 2 s= 0,3% 01 Prof.(vel., sust.,...) I. Idoneidad  [A x (Ip x Iz x... X In )] = APU Año Caudal Freza Alevínaje Juven. Adultos Caudal de mantenimiento adaptado al ciclo biológico de la especie de referencia Caudal APU Adultos Alevines

21 HÁBITAT Especie acuática determinada Características hidrológicas Características hidráulicas Calidad del agua Relaciones predador-presa Relaciones de competencia Características geomorfológicas ALIMENTOREFUGIO REPRODUCCIÓNDESARROLLO SOBRE EL CONCEPTO DE HÁBITAT FÍSICO

22 1,2 m 3 /s DEL MICROHÁBITAT AL MESOHÁBITAT Distribución de la velocidad media en función del caudal 4,4 m 3 /s10,0 m 3 /s m/s

23 Macro-habitatMeso-habitat ESCALA TEMPORAL/ESPACIAL DE ESTUDIO DEL HÁBITAT FÍSICO Espacio (m) 0,01 0,1 1 100 1000 Tiempo (días) 110100100010000 Micro-habitat Pico-habitat Peces? Riberas? Macrobentos?

24 Percepción de cambio significativo Serie de caudales circulantes Interpretación “ecológica” de la serie de caudales Cambio importante de caudal medible mediante índices hidrológicos o análisis de discontinuidades en series temporales Caudal Básico LOS METODOS HIDROLÓGICOS PULSÁTILES O SECUENCIALES

25 LOS METODOS HIDROLÓGICOS SECUENCIALES: PRINCIPIOS

26 LOS MÉTODOS HIDROLÓGICOS SECUENCIALES: EL QBM (Revisable periódicamente) Tiempo (meses/año) Caudal Qb Qg Kd Ka Qmáx Qn Qg Qm ICG/BMWP’ Qa Caudal de mantenimiento como régimen de caudales regulados

27 LOS METODOS HOLÍSTICOS Año Caudal Caudal mínimo natural o restituible Caudal suplementario (p.e. para habitabilidad sp. referencia) Caudal suplementario (p.e. geomorfología fluvial) Caudal suplementario (p.e. aspectos sociales, culturales, etc.) Caudal suplementario (p.e. sueltas de limpieza, etc.) Q referencia Caudal de mantenimiento como régimen de caudales regulados

28 LOS METODOS ECOHIDROLÓGICOS Reg. ecohidrológicas y sp.referencia Caudal de mantenimiento adaptado al ciclo biológico de la especie de referencia Extrapolación dentro de cada región ecohidrológica (Eh): Extrapolación dentro de cada región ecohidrológica (Eh): Qm = Coef.Eh x S(km 2 ) x L (km) x s(m/km) x Precip.(mm) x S.Foret.(%) x S.agua(%) Año Ciclo biológico y Qm asignado a cada fase 25%QA Caudal Freza Alevínaje Juven. 50%QA 25%QA 50%Jn-Se Definición en puntos con EA’s fiables

29 ¿CUÁL ES LA MEJOR OPCIÓN? Causalidad Ecológica Resultados Objetivables Aplicabilidad Universal Capacidad de particularizar Rapidez de Cálculo Protocolo de Validación Economía de Cálculo y Validación Enfoque Ecosistémico Coherencia Hidrológica En general, la que presente las siguientes características...

30 En particular, depende de... Objetivos de preservación: - Ecosistema, especie indicadora, paisaje,... Datos disponibles: - Cantidad, calidad, representatividad,... Ámbito de aplicación: - Planificación hidrológica, gestión de un río regulado. Aspectos circunstanciales periféricos: - Disponibilidad de tiempo (oportunidad), de medios, presupuesto,...

31 Métodos hidrológicos Métodos hidráulicos Métodos hidrobiológicos/ecohidrológicos Métodos holísticos Tramos poco alterados hidrológica y morfológicamente o de fácil y fiable reposición hidrológica Tramos hidrológica o morfológicamente alterados Tramos hidrológica o morfológicamente alterados y/o con valores ecológicos concretos de conservación Tramos hidrológica o morfológicamente alterados con valores de conservación particulares CRITERIOS GENERALES DE APLICACIÓN

32 ELECCIÓN DE LA MEJOR OPCIÓN PARA CADA CASO DISPONIBILIDAD DATOS HIDROLÒGICOS POSIBILIDAD DE RESTITUCIÓN MHO MHi CONDICIONES HIDRÁULICAS DE REFERENCIA EXISTENCIA DE ESTUDIOS O DATOS HIDROLÒGICOS REQUERIMIENTOS DEL HÁBITAT FÍSICO DE LA ESPECIE MHB/MEH MHSEXTRAPOLABILIDAD Y FIABILIDAD VALOR DE CONSERVACIÓN REFERENCIA NO CONFLICTO DE INTERESES SI CONFLICTO DE INTERESES DEFINICIÓN DEL VALOR DE CONSERVACIÓN SI NO SI NO ALTA BAJA IDENTIFICABLE NOIDENTIFICABLE BIÒTICO ABIÒTICO GLOBAL (Opción por defecto) VALOR DE CONSERVACIÓN ESPECÍFICO DETERMINADO NO DEFINIDO O GLOBAL

33 PREVISIÓN DE TENDENCIAS DE FUTURO

34 ¿QUÉ SE PUEDE HACER PARA VERIFICAR SU IDONEIDAD? CAUDALES DE MANTENIMIENTO (Propuesta de cálculo y validación) Base hidrológica Interpretación hidrobiológica + vs Validación hidráulica Series Q diarios Aforos (dispon.) Presupuestos Modelo hidráulico Modelos P/E (precisión) Requerimientos mínimos preestablecidos y cuantificados según tipo de río Micro Meso hábitat Unicidad

35 Validación hidrobiológica de caudales de mantenimiento (peces). Qmín APU Caudal Q50% APU Q (APU máx) 100% 80% Qm 50%

36 Superada la pregunta de ¿cómo calcular los caudales de mantenimiento?, se pasa a las auténticas cuestiones clave: ¿Qué ríos queremos?¿Qué ríos queremos? ¿Qué ríos podemos tener?¿Qué ríos podemos tener? ¿Qué estamos dispuestos a hacer para conseguirlos?

37 BEE Situación actual Contaminación Eutrofización Retención de sedimentos Restauración y mantenimiento de cauces y riberas Control de especies exóticas Caudales de mantenimiento Aspectos clave (Hitos) Planificación hidrológica ¿CÓMO SE PUEDE IMPLANTAR?

38 Qmant (? %) Qmín (5-10%) Programa de transición Pto. Partida Pto. Llegada CONCERTACIÓN SOCIAL Y ECONÓMICA Viabilidad Socioeconómica (disponibilidad, demanda, indemnización derechos,…) Inversión/gasto en adecuación Obras Hidráulicas Programa de Seguimiento Limnológico Eficiencia ecológica

39 PROGRAMA DE SEGUIMIENTO LIMNOLÓGICO 1. Valoración  Qmín vs Qmant. Condicionantes y posibilidades reales 2. Aplicación de la planificación hidrológica. 3.Indicadores mixtos: Además de los clásicos (FQ, IB, Hb,...), biomasa o diversidad vs Qmant, gradientes, alternancia R/P, estructura trófica, producción 1ª y/o 2ª vs Qmant, heterogeneidad hidráulica,... 4.Análisis de la evolución temporal de los indicadores. Criterios de valoración de situaciones óptimas (máxima eficiencia). Variable Tiempo Nivel aceptable Variable Tiempo

40 EJEMPLOS DE CÁLCULO DE CAUDALES DE MANTENIMIENTO

41 Existen muchas opciones a la hora de establecer un caudal de mantenimiento. La más adecuada, suele deducirse por sentido común, pero no siempre. DISPERSIÓN DE LOS RESULTADOS SEGÚN EL MÉTODO

42 (m 3 /s) 0,99 0,37 1,13 0,85 1,42 48 20 53 29 34 Q10 Q35 4 Trucha adulta Trucha juvenil Alburno adulto Alburno juvenil Cacho adulto y juvenil Qoptim. APUQclasif. (%) Río Glen (UK) Anchura: 5-8 m Caudal medio: 0,5 m 3 /s (1981-87) Caudal mínimo absoluto: 0,08 m 3 /s (1981-87) INCOHERENCIA HIDROLÓGICA Y DISPERSIÓN DE RESULTADOS SEGÚN LA ESPECIE/ESTADIO OBJETIVO

43 (m 3 /s) 1,000 0,155 0,100 0,076 0,050 0,040 Q óptimo medio peces PHABSIM Q óptimo peces (Tennant) Q mínimo para BMWP>120 Q347 Q mínimo peces (Tennant) Q óptimo perímetro mojado 0,010 Q mínimo para calidad aguas Río Glen (UK) Anchura: 5-8 m Caudal medio: 0,5 m 3 /s (1981-87) Caudal mínimo absoluto: 0,08 m 3 /s (1981-87) DISPERSIÓN DE RESULTADOS SEGÚN LOS OBJETIVOS DE PRESERVACIÓN Y EL MÉTODO SELECCIONADO

44 CÁLCULO DEL RÉGIMEN DE CAUDALES DE MANTENIMIENTO PARA UN TRAMO DEL RÍO SEGRE

45 Qb (Qm mín) Qm med Qm máx Caudal (m 3 /s)

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48 CRECIDAS CONTROLADAS

49 CRECIDAS NATURALES/CONTROLADAS: FUNCIONES Fertilización de llanuras aluviales ECOLÓGICAS GEOHIDROMORFOLÓGICAS ECONÓMICAS Pesquerías litorales Transporte de sedimentos Conservación de deltas Preservación de la morfología fluvial Diversificación de hábitats Saneamiento del cauce Recarga de acuíferos Regeneración de humedales Control de macrófitos y especies invasoras

50 CRECIDAS CONTROLADAS: CONDICIONES BÁSICAS Magnitud y forma Duración y época-frecuencia Disponibilidad de agua Capacidad de regulación Coste económico Objetivo Condiciones ecológicas y sociales del medio. Inundabilidad Calidad del agua Toma (cota) de extracción del agua Servidumbres, usos del agua y del cauce. Otras obras hidráulicas Servidumbres (descenso de cota) Aporte y remoción de sedimento Plan de monitorización y seguimiento Kd Ka DEL EMBALSEDE LA CRECIDA DEL RÍO AGUAS ABAJO Órganos de desagüe Posibles lluvias y respuesta de tributarios

51 CRECIDAS CONTROLADAS: CUANTIFICACIÓN Montana MÉTODOMagnitudÉpocaDuración Caudal dominante Estes & Osborn Hoppe Wesche Bestcha & Jackson Inicio movimiento 200% Q medio anualNo Q T 1,5 Si24 h Caudal medioQ medio anualNo Media Qmáx 2 años (MQmax2) + media de 3 dias entorno a MQmax2 + media de 7 días entorno a MQmax2 NoInstant. + 3 d + 7 d No48 hQ17 Si3 díasQ”bankfull” No Q5 Bestcha & Jackson No 0,15 m 3 /Km 2 Si3 díasQ necesario para inicio movimiento de partículas de 1,3 -3,8 cm

52 Presa de Flix Río Segre (± 200 m 3 /s) Río Ebro (± 290 m 3 /s) Río Matarraña (± 5 m 3 /s) Trasvase Tarragona (± 3-4 m 3 /s) Canal Izquierda (± 19 m 3 /s) Canal Derecha (± 29 m 3 /s) Río Ebro (± 270 m 3 /s) Azud de Xerta Presa de Ribarroja Presa de Mequinenza (210 hm 3 ) (11 hm 3 ) (1.500 hm 3 ) ¿QUÉ SE PUEDE CONSEGUIR CON ELLAS?

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54 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 01234567891011121314 tiempo (h) Caudal (m 3 /s) DCHA ANTES DESPUES IZDA

55 No Di Fe/Mr Mr Ma/No