ESTUDIO DE LA DINÁMICA SEDIMENTARIA Y BATIMETRÍA DE PRECISIÓN DEL EMBALSE DE RIBARROJA

Transcripción

1 ESTUDIO DE LA DINÁMICA SEDIMENTARIA Y BATIMETRÍA DE PRECISIÓN DEL EMBALSE DE RIBARROJA Barcelona, noviembre de 29 ESTUDIO REALIZADO A PETICIÓN DE LA CONFEDERACIÓN HIDROGRÁFICA DEL EBRO

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3 RESUMEN Y CONCLUSIONES RESUMEN Y CONCLUSIONES A petición de la Confederación Hidrográfica del Ebro, el Grupo de Investigación FLUMEN de la Universitat Politècnica de Catalunya y de la Universitat de Barcelona ha realizado el estudio de la dinámica sedimentaria del embalse de Ribarroja en el río Ebro. La presente memoria final se estructura en cuatro apartados principales: A. Incidencia de los embalses de Mequinenza y Ribarroja en el transporte sólido del río Ebro. B. Volumen de los sedimentos depositados en el embalse de Ribarroja y análisis de su distribución espacial. C. Dinámica de los sedimentos depositados en el extremo aguas arriba del embalse de Ribarroja. D. Caracterización físico-química de los sedimentos depositados en el embalse de Ribarroja. Del contenido de la presente memoria se cree de interés destacar lo que a continuación sigue: A. Incidencia de los embalses de Mequinenza y Ribarroja en el transporte sólido del río Ebro. La incidencia de los embalses en el transporte sólido del río es muy dependiente de las características hidrológicas del periodo analizado, especialmente por lo que se refiere a la presencia de avenidas importantes, ya que la mayor parte de la aportación sólida está asociada a ellas. Por este motivo, lo que a continuación se expone tiene rigor cuantitativo dentro del periodo estudiado, mientras que fuera de él puede considerarse como una aproximación semicuantitativa. Se analizó en detalle el periodo comprendido entre el 25/11/1997 y el 19/9/1999 dado que a lo largo de él se dispone de abundante y fiable información. Desde un punto de vista de aportación de caudales, este periodo puede considerarse moderadamente seco tanto para el río Ebro como para el Cinca y el Segre. Solo se presentó una avenida (diciembre de 1997), que puede calificarse de moderada: caudales medio diarios de 1423 m 3 /s en el Ebro, 89 m 3 /s en el Cinca y 974 m 3 /s en el Segre. 3

4 RESUMEN Y CONCLUSIONES Las principales conclusiones son: A.1 Los embalses de Mequinenza y Ribarroja retienen la totalidad del transporte de fondo y la mayor parte del transporte sólido en suspensión. Cabe indicar que, según trabajos de otros autores (Vericat y Batalla, ver memoria), en la entrada al embalse de Mequinenza el transporte de fondo representa menos del 1% de los sedimentos aportados por el Ebro. A.2 En el embalse de Mequinenza, a lo largo del periodo estudiado, se depositó el 95,4% de las 1.4.t de sólidos en suspensión que entraron. La concentración media a la entrada fue de 96 mg/l mientras que a la salida fue de 5.9 mg/l A.3 En el embalse de Ribarroja y a lo largo del periodo estudiado, la retención del transporte sólido en suspensión fue del 4,7%, muy inferior a la del embalse de Mequinenza. Ello es debido a que el tiempo de residencia en el embalse de Ribarroja es notablemente más corto que en el de Mequinenza, especialmente durante las crecidas cuando el aporte sólido es mayor. Las concentraciones medias a la entrada del embalse de Ribarroja fueron: 5,9 mg/l en el Ebro a la salida de Mequinenza, 45,3 en el Segre en Serós y 262 mg/l en el Cinca en Fraga. Destaca este último valor. A la salida del embalse de Ribarroja la concentración media fue de 19 mg/l. En el periodo estudiado de casi 22 meses, en el embalse de Ribarroja se almacenaron 51. toneladas de sedimento aportado por transporte en suspensión. A.4 La mayor parte de la aportación sólida en suspensión a los embalses (y por tanto también su retención) se produce durante las crecidas. En el periodo estudiado, el 5% de la retención total se produjo en el 7% del total de días en Mequinenza y en el 3% en Ribarroja. A.5 Al mismo tiempo que reducen la concentración, los embalses también modifican la composición de los sólidos transportados. En el Ebro en la entrada del embalse de Mequinenza (Escatrón), en el Cinca (Fraga) y en el Segre (Serós) los sólidos en suspensión son mayoritariamente de origen inorgánico: la fracción orgánica representa el 11%, el 9% y el 22%, respectivamente. A la salida de los embalses, los sólidos en suspensión con un mayor contenido orgánico corresponden a la salida de Mequinenza, el 47%. En la salida de Ribarroja el contenido orgánico de los sólidos fue en 4

5 RESUMEN Y CONCLUSIONES promedio del 3%. El incremento del porcentaje orgánico en la salida de los embalses se debe, por una parte, a la sedimentación diferencial de la porción inorgánica más densa y, por otra, al desarrollo de fitoplancton dentro de los embalses. El contenido orgánico del Segre presenta valores intermedios entre los valores fluviales y los registrados a la salida de los embalses. La existencia de tramos de aguas lentas, los aportes procedentes de los canales de riego, así como, la presencia de numerosos embalses aguas arriba propiciarían el elevado contenido orgánico en la desembocadura del Segre. B. Volumen de sedimentos depositados en el embalse de Ribarroja y análisis de su distribución espacial. Entre finales de octubre y principios de noviembre de 27 se realizó una batimetría de precisión del embalse y a partir de ella se obtuvo el modelo digital del fondo. A partir de la topografía realizada justo antes de la construcción de la presa se puso a punto otro modelo digital del vaso del embalse. La comparación de ambos modelos ha permitido evaluar los sedimentos depositados. Cabe indicar que por falta de información fiable no se ha tenido en cuenta tres pequeñas zonas del embalse: la situada en el Matarranya, parte de la situada en el Segre y la situada en el Ebro en el tramo comprendido entre la presa de Mequinenza y la confluencia con el Segre. En la Figura 1 se presenta la distribución de los sedimentos depositados a lo largo del embalse, mientras la Figura 2 se refiere al volumen acumulado de sedimentos a partir del extremo aguas arriba del embalse (puente de Mequinenza sobre el Segre) hasta una determinada distancia aguas abajo. Del análisis de estas dos Figuras se desprende lo siguiente: B.1 Existen zonas con supuesta erosión, Figura 1. Ello puede ser debido a una falta de precisión en la topografía realizada antes de construir la presa. En la Figura 2 se determina el volumen acumulado a lo largo del embalse de esta supuesta erosión (se denomina erosión neta). Dicho volumen es de unos 3,5 hm 3 B.2 A partir de la Figura 2 se pueden establecer los valores superior e inferior del volumen de sedimentos almacenado: no podrá ser significativamente superior a 16,6 hm 3 (denominada sedimentación neta, obtenida al no considerar la supuesta erosión) ni inferior a 13 hm 3 (denominada sedimentación media, calculada considerando la supuesta erosión). 5

6 RESUMEN Y CONCLUSIONES B.3 En las Figuras 1 y 2 queda patente que existen tres zonas diferenciadas desde el punto de vistas de sedimento almacenado. Desde aguas arriba hacia aguas abajo: tramo de 5 km donde es importante el volumen de sedimentos depositados, entre los kilómetros 5 y 15 con baja sedimentación; últimos 14 km con sedimentación moderada. B.4 Aproximadamente 5 hm 3 de sedimentos (un 3% del total) se situan en los 5 primeros kilómetros de embalse, Figuras 1 y 2. B.5 Es notable la acumulación de sedimentos en el entorno del desagüe del Matarranya. En el tramo de unos 6,5 km comprendido entre el Matarranya (PK 22,5) y la presa se han almacenado unos 5 hm 3 (un 3% del total), Figura 2. B.6 Los resultados anteriormente presentados relativos al sedimento almacenado están condicionados por: La ausencia de información referente al volumen del antiguo cauce, el que existía al realizar la topografía anterior a la construcción de la presa. El criterio seguido para resolver esta incertidumbre puede reducir ligeramente el valor obtenido para el volumen de sedimento almacenado (punto B.2). También puede suponer la presencia de zonas de erosión ficticias (punto B.1). La zona de embalse tenida en cuenta en el cálculo del sedimento acumulado es un poco inferior a la real. En la Figura 1 puede observarse que no se considera: el tramo correspondiente al Ebro entre la salida de Mequinenza y la confluencia con el Segre (por falta de información de la topografía previa a la presa); la mayor parte de la zona correspondiente al Segre (no fue posible obtener una batimetría fiable por falta de calado) y la zona del Matarranya. Por este motivo el cálculo del volumen de sedimentos estará ligeramente infravalorado, especialmente por lo que se refiere a la sedimentación acaecida en la cola del embalse situada en el Segre. B.7 El volumen de embalse a la cota 7 (correspondiente a la parte superior de las compuertas) según la batimetría realizada en 27 es de 159 hm 3. Cabe indicar que no se considera la zona de embalse situada en el Matarranya y ni la mayor parte de la ubicada en el Segre. 6

7 RESUMEN Y CONCLUSIONES Figura 1.Altura de sedimento (m) depositado a lo largo del embalse, con indicación de los PK 7

8 RESUMEN Y CONCLUSIONES hm 3 km Figura 2. Volumen acumulado de sedimentación media, sedimentación neta y erosión neta. Se refiere al volumen de sedimento acumulado desde el extremo aguas arriba del embalse (puente de Mequinenza sobre el Segre) hasta una determinada distancia aguas abajo. C. Dinámica de los sedimentos depositados en el extremo aguas arriba del embalse de Ribarroja. Al objeto de analizar la dinámica de los sedimentos depositados en el extremo aguas arriba del embalse de Ribarroja, en diciembre de 28 se realizó una nueva batimetría en esta zona. Mediante comparación con la batimetría realizada un año antes, se pudo evaluar el sedimento acumulado/erosionado a lo largo del periodo. En la Figura 3 se muestra el volumen de sedimento acumulado desde el extremo aguas arriba (puente de Mequinenza sobre el Segre). Puede observarse que en los primeros 4 m se produce un volumen de erosión sensiblemente igual al que se sedimenta en los 3 m siguientes, o dicho de otro modo: en esta zona del embalse un volumen de unos 15. m 3 de sedimento ha sido desplazado unos 3 km aguas abajo. Todo ello está directamente relacionado con el avance del frente de la importante masa de sedimento situada en los primeros 4-5 m del embalse (ver Figura 1). En el periodo comprendido entre ambas batimetrías el único episodio de avenida importante se presentó en el Ebro (finales de mayo y principios de junio de 28, caudal medio diario máximo de 14 m 3 /s, siendo aproximadamente igual o superior a los 5 m 3 /s durante unos 27 días). Estos caudales procedentes del 8

9 RESUMEN Y CONCLUSIONES embalse de Mequinenza y, por tanto, con muy baja carga sólida, desplazaron los sedimentos depositados en la confluencia Ebro-Segre y también los existentes inmediatamente aguas abajo. Ello se produjo sin que el sedimento erosionado fuera reemplazado por aportaciones del Segre. D. Caracterización físico-química de los sedimentos depositados en el embalse de Ribarroja. Se ha estudiado la estructura física (granulometría) y la composición química (concentración de Al, Fe, Si, K, Ca, Mg, Ti, Mn, P, Mo, Nb, Zr, Y, Sr, Rb, Th, Pb, Sn, Ce, Ga, Zn, W, Cu, Co, Ni y V) del sedimento superficial en dieciséis puntos de muestreo distribuidos a lo largo del embalse de Ribarroja, desde la presa de Mequinenza hasta la presa de Ribarroja. Las principales conclusiones son: D.1 En la mayor parte del embalse, el sedimento es de textura limo-arcillosa, con un tamaño medio de partículas inferior a 25 micras. Excepcionalmente, en las zonas litorales, en el frente anterior de la lengua de sedimento procedente del río Segre y en una pequeña área de la zona de meandros, se observa un incremento de la proporción de arena en detrimento de la de limos, determinando un tamaño medio de partículas que varía entre 45 y 1 micras. D.2 La distribución de tamaño en las estaciones de muestreo presenta histogramas de frecuencia muy similares y con predominio de materiales finos, lo que indica que su origen es muy heterogéneo y se han ido mezclando. D.3 En la distribución horizontal del sedimento destaca la notable similitud en la textura de los materiales situados en la cola del embalse, justo aguas abajo de la presa de Mequinenza, y los de la zona próxima a la presa de Ribarroja, lo que indica que se trata de materiales poco afectados por los aportes del Cinca y el Segre. D.4 La composición química mayoritaria se corresponde con la de una mezcla de carbonatos y silicatos meteorizados, siendo calcio, aluminio, silicio y carbono los elementos que presentan mayor concentración en el sedimento. La composición es notablemente homogénea tanto verticalmente (para los 1 cm superiores de sedimento) como horizontalmente a lo largo del embalse. Las áreas con un mayor tamaño medio de partículas presentan una proporción 9

10 RESUMEN Y CONCLUSIONES Distancia al puente de Mequinenza sobre el Segre (extremo aguas arriba de la zona de estudio) Figura. 3: Volumen de sedimento acumulado en el período noviembre 27-diciembre 28 desde el inicio de la zona de estudio hasta una determinada distancia aguas abajo. 1

11 RESUMEN Y CONCLUSIONES relativamente mayor de silicio y menor de aluminio, compatible con la presencia de gránulos de cuarzo. D.5 Las concentraciones de nitrógeno y fósforo en el sedimento presentan valores propios de sistemas moderadamente eutróficos. Ambos elementos tienden a acumularse en el tramo inferior del embalse, entre la desembocadura del Matarraña y la presa de Ribarroja, donde se alcanzan valores próximos a 3 mg.g-1 de N y 1,5 mg.g-1 de P. D.6 La relación estequiométrica P/Al en el sedimento superficial presenta un valor medio de 16, lo que sugiere que la capacidad de retención de fósforo por el sedimento se halla muy cercana o por encima de la saturación. D.7 Las concentraciones superficiales de zinc, plomo, cromo, níquel y cobre en el sedimento son inferiores a las descritas para el material transportado por los ríos. El coeficiente de enriquecimiento con respecto a la roca caliza es mayor para cromo, níquel y cobre indicando la existencia de un aporte selectivo de estos elementos. D.8 La concentración de plomo, tanto en superficie como en profundidad (hasta 3 cm) es siempre inferior al nivel umbral de toxicidad. El zinc presenta un patrón similar, aunque hay que destacar un incremento subsuperficial en la estación localizada en la entrada del Matarraña que se acerca al nivel umbral de toxicidad. D.9 Las concentraciones de cobre y níquel presentan una variación muy similar entre sí, con valores próximos al umbral de toxicidad en el caso del cobre y concentraciones que superan el umbral y se aproximan al límite de toxicidad probable en el caso del níquel. D.1 La concentración de cromo supera el umbral de toxicidad en todo el embalse, pero nunca alcanza el límite de toxicidad probable. D.11 El análisis de componentes principales efectuado sobre la concentración de metales normalizada (para evitar el efecto de suma constante) permite identificar dos factores principales de variación que determinan la variabilidad de la composición del sedimento del embalse: Grado de alteración/meteorización de los materiales sedimentados. Los materiales con mayor grado de alteración son también de menor tamaño y 11

12 RESUMEN Y CONCLUSIONES tienden a sedimentar en las zonas más próximas a la presa, pero también se encuentran en la cola del embalse como consecuencia del efecto de la presa de Mequinenza que retiene los materiales de mayor tamaño y menos alterados. Asociación de metales como níquel y cobre a los aglomerados de arcillas y materia orgánica. La distribución vertical y a lo largo del embalse de esta variable indica que globalmente se produce una disminución gradual aguas abajo de la presencia de metales asociados a materia orgánica y arcilla, ya que son más abundantes en la masa de sedimentos presentes en el río Segre. D.12 Se ha analizado también la concentración de fosfato, zinc, cromo, plomo, cobre y níquel en el agua intersticial. Dadas las condiciones del momento de muestreo (oxigenación de la interfase agua-sedimento, acumulación moderada-baja de materia orgánica) los valores obtenidos deben considerarse como una estima de los valores mínimos, pudiéndose alcanzar valores muy superiores bajo otro tipo de condiciones. D.13 Las concentraciones de níquel y cromo en disolución se encuentran en todo el embalse por debajo de los límites establecidos como criterio de calidad por la Agencia Americana de Protección Ambiental. En cambio las concentraciones de zinc y cobre sobrepasan ampliamente dicho criterio. Resulta muy destacable el acusado incremento de la concentración de plomo disuelto en el tramo final del embalse, con concentraciones que superan ampliamente los criterios de calidad. Barcelona, noviembre de 29 Josep Dolz Ripollés Dr. Ing. Caminos, Canales y Puertos Joan Armengol Bachero Dr. en Biología 12

13 ÍNDICE OBJETO PRINCIPALES APARTADOS, AUTORES Y DIRECCIÓN DEL ESTUDIO APARTADO A. INCIDENCIA DE LOS EMBALSES DE MEQUINENZA Y RIBARROJA EN EL TRANSPORTE SÓLIDO DEL RÍO EBRO.... A1 A1-Objeto... A3 A2-Hidrología de la zona de estudio... A3 A3-Metodología... A4 A4-Análisis de la serie de caudales... A5 A5-Aporte de sólidos en suspensión... A1 A6-Efecto de los embalses en la cantidad y calidad de los sólidos en suspensión transportados por el río Ebro... A16 A7-Carga de fondo... A22 A8-Referencias bibliográficas... A23 APARTADO B. VOLUMEN DE LOS SEDIMENTOS DEPOSITADOS EN EL EMBALSE DE RIBARROJA Y ANÁLISIS DE SU DISTRIBUCIÓN ESPACIAL... B1 B1-Objeto... B3 B2-Metodología... B3 B3-Batimetría7... B3 B3.1-Actividad de campo... B3 B3.2-Modelo Digital del Terreno... B4 B4-Análisis de la Batimetría7... B1 B4.1-Confluencia Ebro-Segre... B1 B4.2-Perfiles longitudinales... B11 B5-Topografía 6s... B14 B6-Modelo de sedimentación... B15 B7-Estudio de la sedimentación... B17 B8-Volumen de embalse... B19 APARTADO C. DINÁMICA DE LOS SEDIMENTOS DEPOSITADOS EN EL EXTREMO AGUAS ARRIBA DEL EMBALSE DE RIBARROJA... C1 C1-Objetivos y actividades... C3 C2-Batimetría8... C3 C3-Comparación de las batimetrías 7 y 8... C5 13

14 APARTADO D. CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO DEPOSITADO EN EL EMBALSE... D1 D1-Introducción... D1 D2-Estructura física del sedimento superficial... D5 D2.1-Textura de los sedimentos superficiales... D5 D2.2-Distribución del tamaño de partículas... D7 D2.3-Interacción de la materia orgánica con la estructura física del sedimento... D11 D3-Caracterización química del sedimento superficial: fase sólida... D13 D3.1-Elementos mayoritarios... D13 D3.2-Elementos asociados a la materia orgánica: carbono, nitrógeno y fósforo... D16 D3.3-Elementos traza... D22 D3.4-Caracterización del sedimento superficial en función de los elementos minoritarios... D26 D4-Composición química del sedimento superficial: agua intersticial... D34 D4.1-Fósforo... D34 D4.2-Metales pesados... D35 D5-Resumen: Heterogeneidad espacial... D4 Anexo: Metodología de muestreo... D44 14

15 OBJETO, AUTORES Y DIRECCIÓN DEL ESTUDIO OBJETO La Confederación Hidrográfica del Ebro encargó en septiembre de 27 al Grupo de Investigación FLUMEN de la Universitat Politècnica de Catalunya y de la Universitat de Barcelona un estudio de la dinámica sedimentaria del embalse de Ribarroja. Más concretamente los objetivos del estudio eran: Evaluar el volumen de sedimentos desde la puesta en servicio del embalse (1969), su distribución espacial y el desplazamiento temporal. Realizar una caracterización físico-química de los sedimentos. PRINCIPALES APARTADOS, AUTORES Y DIRECCIÓN DEL ESTUDIO El desarrollo del estudio y la presente memoria contemplan cuatro apartados principales: A. Incidencia de los embalses de Mequinenza y Ribarroja en el transporte sólido del río Ebro. Autores: Montserrat Roura, Josep Dolz y Joan Armengol. B. Volumen de los sedimentos depositados en el embalse de Ribarroja y análisis de su distribución espacial. Autores: Katrien de Pourcq y Josep Dolz. C. Dinámica de los sedimentos depositados en el extremo aguas arriba del embalse de Ribarroja. Autores: Marina Arbat y Josep Dolz. D. Caracterización físico-química de los sedimentos depositados en el embalse de Ribarroja. Autores: Pilar López, Úrsula Bernales y Joan Armengol. La actividad de campo conducente a la obtención de la batimetría del embalse fue realizada por la empresa Casanova-Bergé, Topógrafos Asociados. En esta actividad se contó con la asesoría de Josep Gili (Departamento de Ingeniería del Terreno, Cartográfica y Geofísica de la Universitat Politècnica de Catalunya).) Los directores del estudio han sido Josep Dolz y Joan Armengol. 15

16 APARTADO A Incidencia de los embalses de Mequinenza y Ribarroja en el transporte sólido del río Ebro A1

17 A2

18 INCIDENCIA EN EL TRANSPORTE SÓLIDO A1. OBJETO En el presente apartado se analiza la retención de sólidos en el embalse de Ribarroja. Cabe indicar que la entrada de sólidos al embalse de Ribarroja esta notablemente afectada por la presencia del embalse de Mequinenza inmediatamente aguas arriba, donde queda retenida la totalidad de sólidos transportados por arrastre de fondo y la mayor parte de los sólidos en suspensión. A2. HIDROLOGÍA DE LA ZONA DE ESTUDIO El embalse de Ribarroja se encuentra en el límite entre los tramos medio y bajo del río Ebro. En la cola del embalse también desaguan los ríos Cinca y Segre incrementando la aportación media anual del Ebro de 8 9 hm 3, en la entrada al embalse de Mequinenza, a 1469 hm 3, en la salida de Ribarroja (período 48/49-91/92). De acuerdo con los datos de caudal medio anual registrados por el servicio de aforos de la CHE. El Ebro aportó en término medio el 58,82% de las entradas al embalse de Ribarroja, el Cinca el 19,33 % y el Segre el 21,85% (período 49/5-97/98). La distribución anual de caudales del Ebro también difiere de la de sus tributarios pirinaicos. En el Ebro, alimentado principalmente por las precipitaciones atlánticas, la estación de aguas altas se prolonga de finales de otoño (noviembre-diciembre) hasta principios de primavera (marzo-abril); con los máximos en febrero (421 m 3 /s, estación de Sástago). En cambio el Cinca y el Segre, influenciados por las aportaciones de carácter nival, presentan caudales elevados hasta finales de primavera; con los máximos en junio (121 y 133m 3 /s, en las estaciones de Fraga y Serós, respectivamente). Los mínimos en los tres ríos se registran en agosto (57,6, 39,6 y 53m 3 /s, en las estaciones de Sástago, Fraga y Serós, respectivamente). Por ello, aunque las principales aportaciones al embalse de Ribarroja se producen en invierno, los caudales de entrada se mantienen elevados hasta finales de primavera. Ello se refleja en el tiempo de retención del embalse. En la Figura A.1 se muestran los tiempos de retención del embalse de Ribarroja (supuesta una capacidad de 21 hm 3 ) durante el período de estudio, del 25 de noviembre de 1997 al 19 de setiembre de Durante los meses de verano el tiempo de retención medio es de unos 11 días, mientras que, en invierno el tiempo medio desciende hasta los 4 días. A3

19 INCIDENCIA EN EL TRANSPORTE SÓLIDO 14 Embalse de Ribarroja 12 Tiempo de retención (días) nov ene mar may jul set nov ene mar may jul set Figura A.1: Medias mensuales del tiempo de retención en el embalse de Ribarroja entre el 25/11/1997 y el 19/9/1999. La línea indica el tiempo medio correspondiente al total del período. A3. METODOLOGIA La información de campo fue obtenida en el marco de las actividades llevadas a cabo para la elaboración de la tesis doctoral de Montserrat Roura, Roura (24). Dicha información de campo ha sido de nuevo contrastada en el desarrollo del presente estudio. Durante el período comprendido entre el 25 de noviembre de 1997 y el 19 de setiembre de 1999 se tomaron muestras de agua para la determinación de la concentración de sólidos en suspensión y su composición (contenido orgánico e inorgánico). Las muestras se obtuvieron mediante la instalación de 5 muestreadores automáticos: 1º en la entrada de Mequinenza (central térmica de Escatrón), 2º en la salida de la central hidroeléctrica de Mequinenza, 3º en el río Cinca a la altura de Fraga, 4º en el río Segre a la altura de Serós y 5º en la salida de la central hidroeléctrica de Ribarroja. La toma de muestras se realizaba cada 12 horas y se recogían 4 muestras de 25ml por botella. De forma que se obtenía una muestra integrada de un litro de agua cada dos días. El caudal medio diario a lo largo del período de estudio en el Cinca a la altura de Fraga y en el Segre a la altura de Serós ha sido cedido por la Confederación Hidrográfica del Ebro (EA-17 y EA-25, respectivamente), el caudal turbinado y vertido en la salida de los embalses de Mequinenza y Ribarroja, así como los caudales de entrada a los A4

20 INCIDENCIA EN EL TRANSPORTE SÓLIDO embalses (calculados mediante el balance de caudales en los embalses) ha sido proporcionado por ENDESA. El caudal sólido se ha calculado multiplicando la concentración de sólidos en suspensión correspondiente a muestras integradas obtenidas cada dos días por el caudal promedio de los dos días correspondientes. A4. ANÁLISIS DE LAS SERIES DE CAUDALES En la entrada del embalse de Mequinenza durante el período de estudio se ha dispuesto de la serie de caudales medios diarios completa. Los datos fueron facilitados por la empresa ENDESA. La aportación anual durante el período de estudio fue relativamente baja (6 hm 3 /a), caudal superado el 75% de los 5 años precedentes al período de estudio que fue de 7819 hm 3 /a. Aún así, la aportación anual no puede considerarse propia de años muy secos como por ejemplo los años 48/49, 88/89 y 89/9 con caudales inferiores a los 26 hm 3 /a. El período de estudio se caracterizó por la escasez de crecidas. La única crecida destacable fue la acontecida en diciembre de 1997 (Figura A.2). Con un caudal medio diario máximo de 1423 m 3 /s, apenas rebasó los 1384 m 3 /s considerados como el umbral de crecida ordinaria en Sástago (Ollero, 1996). A pesar de ello y dada la irregularidad interanual del Ebro, es usual que durante un año hidrológico no se supere el umbral de crecidas ordinaria. Caudal (m 3 /s) Entrada Mequinenza 1384 m 3 /s 25/11/97 25/12/97 25/1/98 25/2/98 25/3/98 25/4/98 25/5/98 25/6/98 25/7/98 25/8/98 25/9/98 25/1/98 25/11/98 25/12/98 25/1/99 25/2/99 25/3/99 25/4/99 25/5/99 25/6/99 25/7/99 25/8/99 Figura A.2: Serie de caudales medios diarios, en m 3 /s, en la entrada del embalse de Mequinenza durante el período de estudio comprendido entre 25/11/97 y el 19/9/1999. La línea roja representa el umbral para la crecida ordinaria en Sástago definida por Ollero, A5

21 INCIDENCIA EN EL TRANSPORTE SÓLIDO En la salida del embalse de Mequinenza la serie de caudales a lo largo del período de estudio se encuentra completa. Los datos fueron facilitados por ENDESA. Para el análisis de los datos se han considerado los caudales turbinados y vertidos (Figura A.3). Los caudales vertidos se registraron en un único episodio acontecido en diciembre de 1997 en el que se superó el caudal de máximo turbinado (6 m 3 /s). Los días 22 y 23 de diciembre de 1997, en el pico de la crecida, el caudal vertido represento entre el 4 y el 42 % del caudal de salida del embalse (Figura A.4). El caudal medio durante el período de estudio fue de 195,45m 3 /s con un máximo de 1131m 3 /s y días con caudales prácticamente nulos Salida de Mequinenza Caudal (m 3 /s) /11/97 25/12/97 25/1/98 25/2/98 25/3/98 25/4/98 25/5/98 25/6/98 25/7/98 25/8/98 25/9/98 25/1/98 25/11/98 25/12/98 25/1/99 25/2/99 25/3/99 25/4/99 25/5/99 25/6/99 25/7/99 25/8/99 Figura A.3: Serie de caudales medios diarios, en m 3 /s, en la salida del embalse de Mequinenza durante el período de estudio comprendido entre 25/11/97 y el 19/9/1999. Se distinguen los caudales turbinados en azul oscuro de los vertidos en azul claro. La línea roja representa el caudal de turbinado máximo en m 3 /s. A6

22 INCIDENCIA EN EL TRANSPORTE SÓLIDO Caudal (m 3 /s) EMBALSE DE MEQUINENZA 2/12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/1997 3/12/ /12/1997 1/1/1998 Caudal turbinado Caudal vertido Caudal máx. turbinas Figura A.4: Caudales medios diarios, en m 3 /s, turbinados en azul oscuro y vertidos en azul claro en la salida del embalse de Mequinenza durante la crecida de finales de diciembre de 1997 en el río Ebro. La línea roja representa el caudal de turbinado máximo en m 3 /s. Durante el periodo de estudio, tanto la serie de caudales registrados en el río Cinca a la altura de Fraga (estación de aforos del SAIH de la CHE número 17) como la serie de caudales del río Segre a la altura de Serós (estación de aforos del SAIH de la CHE número 25) están completas. El problema principal de estas series es que los datos se encuentran sobreestimados, por lo que debieron de ser corregidos teniendo en cuenta los caudales turbinados y vertidos en Mequinenza y los turbinados, vertidos y almacenados en Ribarroja. En la Figura A.5 se muestra la serie de caudales corregidos del río Cinca en Fraga y Segre en Serós. El período de estudio fue moderadamente seco, con un caudal medio corregido de 43 y 5 m 3 /s, respectivamente. El rango de caudales corregidos del Cinca varió desde los 89 m 3 /s de máxima registrada el 19 diciembre de 1997 a los 2,81m 3 /s registrados el 29 de julio de El máximo en el Segre fue de 974 m 3 /s (19 de diciembre de 1997) y el mínimo 2,19 m 3 /s (29 de julio de 1999). A7

23 INCIDENCIA EN EL TRANSPORTE SÓLIDO /11/ /12/ /1/ /2/ /3/ /4/ /5/ /6/ /7/ /8/ /9/ /1/ /11/ /12/ /1/ /2/ /3/ /4/ /5/ /6/ /7/ /8/1999 Caudal (m 3 /s) Cinca Segre Ebro Salida Mequinenza Q entrada Ribarroja Figura A.5: Caudal medio diario de entrada al embalse de Ribarroja, en m 3 /s, durante el período de estudio comprendido entre 25/11/97 y el 19/9/1999. En azul oscuro el caudal procedente del Cinca, en azul turquesa el caudal procedente del Segre y en azul claro el caudal procedente del Ebro. Durante el período de estudio se dispone de la serie completa de caudales en la salida del embalse de Ribarroja (datos facilitados por ENDESA). Para el análisis de los datos se han considerado los caudales turbinados y vertidos (Figura A.6). Puede observarse que los caudales vertidos fueron significativos durante las crecidas, cuando se supera el caudal de turbinado máximo (9 m 3 /s). Este fue el caso de la crecida de diciembre de 1997, con un caudal de salida superior a los 2 m 3 /s (2/12/1997), los detalles de este evento se muestran en la Figura A.7. En los tres días de mayor caudal, el caudal vertido representó entre el 63 y el 51 % del caudal de salida del embalse. El caudal medio durante el período de estudio fue de 287,4 m 3 /s con un máximo de 267 m 3 /s y un mínimo de 11 m 3 /s. A8

24 INCIDENCIA EN EL TRANSPORTE SÓLIDO 22 2 Salida de Ribarroja /11/97 25/12/97 25/1/98 25/2/98 25/3/98 25/4/98 25/5/98 25/6/98 25/7/98 25/8/98 25/9/98 25/1/98 25/11/98 25/12/98 25/1/99 25/2/99 25/3/99 25/4/99 25/5/99 25/6/99 25/7/99 25/8/99 Caudal (m 3 /s) Figura A.6: Caudales medios diarios, en m 3 /s, en la salida del embalse de Ribarroja durante el período de estudio comprendido entre 25/11/97 y el 19/9/1999. Se distinguen los caudales turbinados en azul oscuro de los vertidos en azul claro. La línea roja representa el caudal de turbinado máximo. Caudal (m 3 /s) EMBALSE DE RIBARROJA 18/12/97 19/12/97 2/12/97 21/12/97 22/12/97 23/12/97 24/12/97 25/12/97 26/12/97 27/12/97 Caudal turbinado Caudal vertido Caudal máx. turbinas Figura A.7: Caudales medios diarios, en m 3 /s, turbinados en azul oscuro y vertidos en azul claro en la salida del embalse de Ribarroja durante la crecida de finales de diciembre de 1997 en el río Ebro. La línea roja representa el caudal de turbinado máximo. A9

25 INCIDENCIA EN EL TRANSPORTE SÓLIDO A5. APORTE DE SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN En la entrada del embalse de Mequinenza la serie de concentración de sólidos en suspensión no está totalmente completa, faltan el 12% de los datos correspondientes al período de estudio (Figura A.8). En este punto la concentración de sólidos en suspensión del río Ebro muestra una notable variación temporal asociada a los cambios de caudal y a la estacionalidad de los aportes de sedimentos. La concentración media durante el período de estudio fue de 96 mg/l, las concentraciones oscilaron entre 896 y 13,5 mg/l. A la entrada del embalse de Mequinenza los datos no disponibles entre el 25 noviembre de 1997 y el 1 de febrero de 1998 se han estimado en función del caudal y del día del año, de acuerdo con las ecuaciones estacionales que se describen en Roura (24). Los datos entre el 24 de abril y el 16 de mayo de 1998 se han estimado utilizando la relación concentración-caudal con los datos disponibles inmediatamente antes y después de los días sin datos. Las concentraciones más elevadas se registraron en otoño, con las primeras crecidas después de verano. Las crecidas primaverales también registraron valores destacables, como en mayo de 1999, con casi 7mg/l. Mientras que, durante las crecidas invernales se registraron valores menores, por debajo de los 5 mg/l. En la Figura A.9 se muestra la variación estacional de la relación entre la concentración de sólidos en suspensión y el caudal. Este cociente aumenta de febrero a julio y disminuye de julio a febrero, de forma que el cociente es máximo en verano y a medida que la estación húmeda avanza disminuye llegando a su mínimo a mediados de febrero. A1

26 INCIDENCIA EN EL TRANSPORTE SÓLIDO Caudal (m 3 /s) Entrada de Mequinenza /11/ /12/ /1/ /2/1998 Sólidos en suspensión (mg/l) 25/3/ /4/ /5/ /6/ /7/ /8/ /9/ /1/ /11/ /12/ /1/ /2/ /3/ /4/ /5/ /6/ /7/ /8/ Salida de Mequinenza 25/11/ /12/ /1/ /2/ /3/ /4/ /5/ /6/ /7/ /8/ /9/ /1/ /11/ /12/ /1/ /2/ /3/ /4/ /5/ /6/ /7/ /8/1999 Caudal (m 3 /s) Sólidos en suspensión (mg/l) Figura A.8: Evolución de la concentración de sólidos en suspensión y del caudal (promedio cada dos días) en la entrada y salida del embalse de Mequinenza durante el período de estudio comprendido entre el 25 de noviembre de 1997 y el 19 de setiembre de Caudal, en azul, concentración de sólidos en suspensión, en rojo y datos estimados de concentración en gris. A11

27 INCIDENCIA EN EL TRANSPORTE SÓLIDO SS/Q Figura A.9: Evolución temporal del cociente entre la concentración de sólidos en suspensión y el caudal (promedio cada dos días) en el río Ebro en la entrada de Mequinenza (Escatrón). A pesar de que la relación concentración de sólidos en suspensión / caudal muestra un claro patrón estacional la dispersión es elevada, ello se debe en cierta medida al desfase entre el pico de concentración y caudal máximo durante las crecidas. En la Figura A.1 se muestra, a modo de ejemplo, la evolución de la concentración de sólidos en relación con el caudal durante las crecidas acontecidas en invierno y otoño de Se observa que en lugar de un conjunto de puntos alrededor de una línea de regresión se obtienen puntos dispersos. Cuando se unen los puntos en orden cronológico estos describen ciclos con sentido de giro horario, dibujando lo que se conoce como ciclos de histéresis horario. Estos se observan cuando el pico de concentración de sólidos en suspensión se avanza al de caudal como en el caso del tramo medio del Ebro, lo cual se atribuye al déficit en el aporte de sedimentos (Roura, 24). Durante las crecidas, con el aumento del caudal incrementa la capacidad de transporte, los sedimentos depositados en el lecho del río y los procedentes de la cuenca son arrastrados aguas abajo y en consecuencia aumenta la concentración de sólidos en suspensión. Cuando se alcanza el pico de caudal, los sedimentos disponibles son inferiores a la capacidad de transporte del río con lo cual la concentración de sólidos en suspensión disminuye provocando el efecto de histéresis. A12

28 INCIDENCIA EN EL TRANSPORTE SÓLIDO 6 1 A 6 4B 4 4 SS SS Q Q Figura A.1: Evolución de la concentración de sólidos en suspensión (mg/l) respecto al caudal (m 3 /s) en la entrada de Mequinenza (datos promedio cada dos días). (A) durante una crecida invernal acontecida a principios de marzo de 1998 y (B) durante una crecida otoñal acontecida en octubre de Los vértices de los polígonos corresponden a una muestra. Las muestras se refieren a valores medios cada dos días. En la salida del embalse de Mequinenza la serie de concentración de sólidos en suspensión no está completa (Figura 8). Faltan 28 datos lo cual representa el 62% de los datos correspondientes al período de estudio. Aún así, dado que las concentraciones fueron bajas y la variabilidad escasa (de 1,7 a 14,7 mg/l) los datos pueden extrapolarse con un error relativamente pequeño. La concentración de sólidos en suspensión en la salida de Mequinenza disminuye drásticamente respecto a la entrada. La media fue de 5,93 mg/l lo cual representa tan solo el 6,3% de la media en la entrada del embalse; paralelamente, la variabilidad se reduce (Figura 8). Las bajas concentraciones son consecuencia de la sedimentación dentro del embalse de Mequinenza y se traducen en un desequilibrio entre el caudal líquido y el caudal sólido aportado por el Ebro al embalse de Ribarroja. Las series de sólidos en suspensión del Segre en Serós y del Cinca en Fraga no se encuentran completas, faltan el 36% y el 57% de los datos, respectivamente (Figura A.11). Desafortunadamente, no se dispone de los datos de concentración durante la crecida acontecida el 19 de diciembre de 1997 (974 i 89 m 3 /s) en ninguno de los dos ríos. El único dato disponible corresponde al 22 de diciembre de 1997 cuando el caudal había descendido hasta los 186 i 212m 3 /s en el Segre y Cinca, A13

29 INCIDENCIA EN EL TRANSPORTE SÓLIDO respectivamente. Para estimar la concentración de sólidos en suspensión en períodos que no está disponible la información de campo, en particular la referida a dicha avenida, se estimó un valor mínimo de la concentración a partir de la información a la salida de los embalses de Mequinenza y Ribarroja. De esta forma se obtienen series completas (aunque aproximadas) de la concentración de sólidos en suspensión correspondiente al Segre y Cinca. Cinca en Fraga Segre en Serós 25/11/ /12/ /1/ /2/ /3/ /4/ /5/ /6/ /7/ /8/ /9/ /1/ /11/ /12/ /1/ /2/ /3/ /4/ /5/ /6/ /7/ /8/1999 Caudal Solidos Suspensión Materia Orgánica Figura A.11: Cronograma de los datos de concentración de sólidos en suspensión disponibles durante el período de estudio en las estaciones de muestreo del río Cinca en Fraga y del río Segre en Serós. Si bien durante período de estudio el Cinca aportó al embalse de Ribarroja un caudal ligeramente inferior al Segre, 14,98 y 17,42 % respectivamente, su contribución sólida fue casi el doble 62,66% el Cinca y 32,18% el Segre (Tabla A.1). Ello se debe en primer lugar a factores naturales como la litología. La cuenca del bajo Cinca la conforman materiales blandos: margas en la vertiente Este, materiales sedimentados y calizas en la vertiente Oeste y gravas conglomerados y arcillas en la llanura aluvial. Por otra parte, la extracción de áridos y la movilización de los sedimentos procedentes del vaciado del embalse de Barasona, realizado entre octubre de 1995 y octubre de 1997, contribuirían a incrementar las concentraciones de sólidos en suspensión ya de por sí elevadas. Durante el período de estudio la concentración media de sólidos en A14

30 INCIDENCIA EN EL TRANSPORTE SÓLIDO suspensión fue de 262 mg/l (Figura A.12). La variación fue notable entre 6,3 y 171 mg/l, máximo destacado registrado el 28 abril de 1998 (Tabla A.2). La concentración de sólidos en suspensión del río Segre fue más baja que la del Cinca, la media se situó en los 45,3 mg/l y la variación de concentraciones fluctuó entre 422 y 5mg/l (Figura A.12). Valor éste último similar a la mínima obtenida en el río Cinca. Se ha estimado que la concentración máxima durante la crecida de finales de diciembre de 1997 para el complejo Segre-Cinca fue al menos de 1578 mg/l. Caudal Sólidos en suspensión m 3 /s mg/l 1 2 Cinca Segre Cinca Segre Figura A.12: Caudal y concentración de sólidos en suspensión del río Cinca en Fraga y del río Segre en Serós durante el período de estudio, comprendido entre el 25 de noviembre de 1997 y el 19 de setiembre de 1999.Las barras indican los valores máximos y mínimos. A15

31 INCIDENCIA EN EL TRANSPORTE SÓLIDO Salida de Ribarroja 25/11/ /12/ /1/ /2/ /3/ /4/ /5/ /6/ /7/ /8/ /9/ /1/ /11/ /12/ /1/ /2/ /3/ /4/ /5/ /6/ /7/ /8/1999 Caudal (m 3 /s) Concentración (mg/l) Figura A.13: Evolución del caudal (promedio cada dos días) y la concentración de sólidos en suspensión en la salida del embalse de Ribarroja durante el período de estudio comprendido entre el 25 de noviembre de 1997 y el 19 de setiembre de Caudal en azul, concentración de sólidos en suspensión en rojo, concentración de sólidos en suspensión estimada en gris. La serie de concentración de sólidos en suspensión en la salida del embalse de Ribarroja está relativamente completa, faltan el 23% de los datos. La mayor parte de estos datos son fácilmente extrapolables a partir del caudal (teniendo en cuenta la relación caudal-concentración obtenida en la avenida de diciembre de 27). En la salida del embalse de Ribarroja la concentración de sólidos en suspensión del río Ebro aumenta con respecto a la registrada en la salida de Mequinenza gracias a los aportes del Cinca y en menor medida del Segre. La media de los datos disponibles se situó en los 19 mg/l y el rango de concentraciones se situó entre 1,7 y 1251 mg/l, máximo que corresponde a la crecida acontecida en diciembre de 1997 (Figura A.13). A6. EFECTO DE LOS EMBALSES EN LA CANTIDAD Y CALIDAD DE SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN TRANSPORTADOS POR EL RÍO EBRO El embalse de Mequinenza supone una drástica reducción del caudal sólido transportado por el río Ebro. La media de las aportaciones diarias de sólidos en suspensión en la entrada del embalse fue de 21 t/d y en la salida esta disminuye hasta los 13 t/d (Figura A.14). En total la aportación sólida a la salida del embalse de Mequinenza durante el período de estudio fue de 64 5 t que en relación a las 1411 t de entrada supone una retención del 95,4%. A16

32 INCIDENCIA EN EL TRANSPORTE SÓLIDO La distribución temporal del proceso de retención no es homogénea y se concentra mayoritariamente en los escasos días en que acontecen los episodios de crecida. La Figura 15 muestra el porcentaje acumulado de material retenido con respecto al porcentaje acumulado de días. Se observa que en el 7% de días es retenido el 5% del total de los sólidos en suspensión y el 8% en un 27% de los días del período de estudio. 6 Embalse de Mequinenza 5 Caudal sólido (t/d) Salida Entrada 1 25/11/ /12/ /1/ /2/ /3/ /4/ /5/ /6/ /7/ /8/ /9/ /1/ /11/ /12/ /1/ /2/ /3/ /4/ /5/ /6/ /7/ /8/1999 Figura A.14: Evolución del caudal sólido (promedio cada dos días) en la entrada y salida del embalse de Mequinenza durante el período de estudio comprendido entre el 25 de noviembre de 1997 y el 19 de setiembre de Embalse Mequinenza % acumulado % días sólidos retenidos caudal entrado Figura A.15: Porcentaje acumulado del caudal y la carga sólida retenida durante el período de estudio, comprendido entre el 25 de noviembre de 1997 y el 19 de septiembre de 1999, en la salida del embalse de Mequinenza. A17

33 INCIDENCIA EN EL TRANSPORTE SÓLIDO Considerando las series completadas de la concentración de sólidos en suspensión en los ríos Cinca (Fraga), Segre (Serós), Ebro a la salida del embalse de Mequinenza, y en la salida del embalse de Ribarroja se presenta en la Figura A.16 la evolución del caudal sólido en la entrada y salida del embalse de Ribarroja. La media en la entrada fue de 1874,58 t/d y en la de salida de 111,84 t/d. En la entrada se observan importantes incrementos del caudal sólido asociados a los de caudal, mientras que en la salida estos picos se reducen considerablemente. En conjunto se estimó que la retención durante el período de estudio fue del 4,66% (Tabla A.1), muy inferior a la calculada en el embalse de Mequinenza para el mismo período: 95,4%. Ello se debe a que el tiempo de residencia en el embalse de Ribarroja es corto, especialmente durante las crecidas, cuando el aporte sólido es mayor. Tabla A.1: Aportación sólida en suspensión en las entradas y salida del embalse de Ribarroja durante el período de estudio. Estación Aportación sólida (t) Aportación % Salida del embalse de Mequinenza ,16 Cinca en Fraga ,66 Segre en Serós ,18 Total entradas embalse Ribarroja Retención Ribarroja Salida del embalse de Ribarroja ,66% En la Figura A.17 se muestra el porcentaje acumulado de la carga sólida retenida en el embalse de Ribarroja entre el 25 de noviembre de 1997 y el 19 de setiembre de La retención de sólidos en suspensión se concentra en escasos días el 5% de los sólidos retenidos en el 3% de los días del período de estudio y el 8% en el 26% del período. A18

34 INCIDENCIA EN EL TRANSPORTE SÓLIDO 25 A Embalse de Ribarroja Caudal (m 3 /s) Entrada Salida 5 25/11/ /12/ /1/ /2/ /3/ /4/ /5/ /6/ /7/ /8/ /9/ /1/ /11/ /12/ /1/ /2/ /3/ /4/ /5/ /6/ /7/ /8/ B Caudal sólido (Tm/d) /11/ /12/ /1/ /2/ /3/ /4/ /5/ /6/ /7/ /8/ /9/ /1/1998 Entrada 25/11/ /12/ /1/ /2/1999 Salida 25/3/ /4/ /5/ /6/ /7/ /8/ /11/ /12/ /1/ /2/ /3/ /4/ /5/ /6/ /7/ /8/ /9/ /1/ /11/ /12/ /1/ /2/ /3/ /4/ /5/ /6/ /7/ /8/1999 Salida Entrada Figura A.16: Evolución del (A) del caudal y (B) del caudal sólido (promedio cada dos días) en la entrada y salida del embalse de Ribarroja durante el período de estudio comprendido entre el 25 de noviembre de 1997 y el 19 de setiembre de A19

35 INCIDENCIA EN EL TRANSPORTE SÓLIDO 1 Embalse Ribarroja % acumulado % días sólidos retenidos caudal entrado Figura A.17: Porcentaje acumulado del caudal y la carga sólida retenida durante el período de estudio, comprendido entre el 25 de noviembre de 1997 y el 19 de septiembre de 1999, en la salida del embalse de Ribarroja. Al mismo tiempo que disminuyen la cantidad de sólidos en suspensión, los embalses modifican la composición de los sólidos transportados. Los datos obtenidos sobre la composición de los sólidos en suspensión se resumen en la Tabla A.2. Tabla A.2: Media, máximo y mínimo de la concentración de sólidos en suspensión y su contenido orgánico en las distintas estaciones de muestreo durante el período de estudio, comprendido entre el 25 de noviembre de 1997 y el 19 de setiembre de n, número de datos disponibles. Estación Concentración SS mg/l Materia Orgánica % Media Max Min n Media Max Min n Entrada embalse Mequinenza , Salida embalse Mequinenza 5,93 14,7 1, ,7 19 Cinca en Fraga , ,4 98 Segre en Serós 45, ,8 176 Salida embalse Ribarroja , ,6 191 A2

36 INCIDENCIA EN EL TRANSPORTE SÓLIDO En el Ebro a la entrada de Mequinenza, en el Cinca (Fraga) y en el Segre (Serós) los sólidos en suspensión son mayoritariamente de origen inorgánico, la fracción orgánica representa el 11%, el 9% y el 22%, respectivamente. Los sólidos en suspensión con un mayor contenido orgánico corresponden a los analizados en la salida de Mequinenza donde casi la mitad de los sólidos en suspensión son de origen orgánico, el 47%. En la salida de Ribarroja el contenido orgánico de los sólidos fue en promedio del 3%. El incremento del porcentaje orgánico en la salida de los embalses se debe, por una parte, a la sedimentación diferencial de la porción inorgánica más densa y, por otra, al desarrollo de fitoplancton dentro de los embalses. El contenido orgánico del Segre presenta valores intermedios entre los valores fluviales y los registrados en los embalses (Figura A.18). La existencia de tramos de aguas lentas, los aportes procedentes de los canales de riego, así como, la presencia de numerosos embalses aguas arriba propiciarían el elevado contenido orgánico en la desembocadura del Segre. En el Cinca, los procesos que incrementan el contenido orgánico vendrían contrarrestados por la erosión de limos y arcillas que conforman el bajo Cinca los cuales acrecientan el contenido inorgánico frente al orgánico. 1 9 % Materia orgánica en suspensión /11/ /12/ /1/ /2/ /3/ /4/ /5/ /6/ /7/ /8/ /9/ /1/ /11/ /12/ /1/ /2/ /3/ /4/ /5/ /6/1999 Entrada Mequinenza Salida Ribarroja Segre en Serós Figura A.18: Evolución del porcentaje de materia orgánica en suspensión (valores medios cada dos días) en el río Ebro en la entrada del embalse de Mequinenza (Escatrón, en la salida del embalse de Ribarroja y del río Segre en Serós. A21

37 INCIDENCIA EN EL TRANSPORTE SÓLIDO Dado que la fracción orgánica es más relevante en la salida que en la entrada de los embalses, la retención aumenta si se descarta la fracción orgánica y se considera exclusivamente la inorgánica. En el embalse de Mequinenza los datos disponibles no permiten realizar un balance completo de las fracciones orgánica e inorgánica durante el periodo de estudio. Aún así, los datos disponibles entre febrero de 1998 y febrero de 1999 en la entrada y salida del embalse de Mequinenza permiten evaluar la disminución de la fracción orgánica e inorgánica por separado (Tabla A.3). Se observa que mientras que la retención de sólidos en suspensión fue del 93% esta incrementa hasta el 97% cuando se considera exclusivamente la fracción inorgánica. La menor disminución de la fracción orgánica se debe tanto a la menor retención en el embalse como a la producción de plancton en el propio embalse. Tabla A.3: Balance de la aportación sólida y sus fracciones orgánica e inorgánica en el embalse de Mequinenza (t) en el período comprendido entre febrero de 1998 y febrero de Aportación de Sólidos en Suspensión ( t ) Entrada Embalse de Mequinenza Salida Disminución % Fracción Inorgánica Fracción Orgánica Total Sólidos en Suspensión A7. CARGA DE FONDO El presente trabajo se ha centrado en evaluar el transporte de sólidos en suspensión. Cuantitativamente esta fracción es mucho más relevante que la cantidad de material transportado como carga de fondo. A efectos prácticos puede considerarse que los materiales aportados a los embalses de Mequinenza y Ribarroja en forma de transporte de fondo quedan totalmente retenidos en una zona próxima a la dicha entrada. De acuerdo con los estudios realizados por Vericat y Batalla (26), en la entrada del embalse de Mequinenza la carga de fondo representó el año el,2% del total de sedimentos transportados por el río Ebro. Estos datos corresponden a un año hidrológicamente similar al de nuestro período de estudio sin eventos de crecida destacables. El caudal diario máximo en Sástago se situó alrededor de los 11 m 3 /s, del mismo orden que los 1423 m 3 /s registrados en el presente estudio. Según los A22

38 INCIDENCIA EN EL TRANSPORTE SÓLIDO mismos autores, en periodos con crecidas importantes como el (con un caudal diario máximo de 264 m 3 /s) la proporción de material transportado como carga de fondo aumenta hasta el 1%. Analizando las crecidas ocurridas en Febrero y Marzo de 23 Vericat y Batalla (25) concluyen que todo el material transportado como carga de fondo es retenido por el sistema de embalses Mequinenza-Ribarroja. A8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS - -Roura, M., 24. Incidència de l embassament de Mequinensa en el transport de sólids en suspensió i la qualitat de l aigua del riu Ebre. Tesis doctoral. Facultat de Biología, Universidad de Barcelona, 145pp. -Ollero, 1996 El Curso Medio del Ebro. Consejo de Protección de Naturaleza de Aragón, Zaragoza. -Vericat, D. and R. J. Batalla (26). "Balance de sedimentos en el tramo bajo del Ebro." Rev.C &G 2(1-2): Vericat, D. and R. J. Batalla (25). "Sediment transport in highly regutaled fluvial system during two consecutive floods (lower Ebro River, NE Iberian Peninsula)." Earth Surface Processes and Landforms 3: A23

39 APARTADO B Volumen de los sedimentos depositados en el embalse de Ribarroja y análisis de su distribución espacial B1

40 B2

41 SEDIMENTOS DEPOSITADOS B1. OBJETO El principal objetivo de la actividad descrita en este apartado es determinar el volumen de los sedimentos (y su distribución espacial) que se han depositado en el embalse de Ribarroja desde su puesta en servicio. B2. METODOLOGIA Desde un principio se consideró que para el desarrollo del estudio era del todo necesario disponer de una batimetría de calidad que estaba previsto obtener mediante sonda monohaz. Por otra parte, la realización del proyecto de investigación Gestión hidráulica y técnicas de detección remota aplicada al control de poblaciones de mejillón cebra: el caso del embalse de Ribarroja y tramo inferior del río Ebro, del Programa Nacional de Ciencias y Tecnologías Medioambientales del Ministerio de Medio Ambiente, requería disponer en algunas zonas del embalse de Ribarroja de una información batimétrica muy precisa que fue obtenida mediante sonda multihaz. La batimetría así obtenida fue puesta a disposición del presente estudio. Se realizó una batimetría de precisión y a partir de ella se puso a punto un modelo digital del terreno (MDT) que se denominó batimetría7. A partir de una topografía realizada en los años sesenta del pasado siglo (justo antes de la construcción de la presa) se puso a punto otro MDT que recibió el nombre de Topografía 6s. La comparación de ambos MDT ha permitido estudiar la sedimentación. B3. BATIMETRIA 7 B3.1 Actividad de campo El trabajo de campo se inició el 28/11/7 y finalizó el 5/12/7. A lo largo de él, el nivel de embalse se situó entre las cotas 68,5 y 69,8. Se navegó por el embalse con una embarcación dotada de GPS y ecosonda siguiendo unas líneas de navegación longitudinales y transversales separadas a una distancia que fue fijada en función de la precisión requerida. También dependiendo de la precisión deseada se utilizó sonda multihaz o monohaz. La sonda multihaz obtiene un punto cada.1x.1 m2. La sonda monohaz obtiene un B3

42 SEDIMENTOS DEPOSITADOS punto cada 2 m del perfil. La precisión de cada una de las tres coordenadas del fondo se estima en +/-.1 m. La batimetría del embalse se realizó diferenciando las siguientes zonas (Figura B.1): Tramo 1: Cola del embalse, longitud aproximada de 12 km. Se utilizó sonda multihaz. Tramo 2: Parte central del embalse, longitud aproximada de 9 km. Sonda monohaz. Perfiles transversales cada 25 m. También fueron realizados 5 perfiles longitudinales: uno por la parte central del cauce, dos paralelos al anterior (uno por cada lado) y situados a 5 m de él y, finalmente, otros dos perfiles correspondientes a las proximidades de las márgenes. Tramo 3: Tramo situado desde la zona 2 hasta la presa, longitud aproximada de 1 km. Sonda monohaz. Perfiles transversales cada 1m. Asimismo se han realizado cinco perfiles longitudinales: eje del cauce, dos paralelos al anterior (uno por cada lado) situados a 1 m. de él y otros dos en las márgenes. Matarraña: Confluencia del río Ebro con el río Matarraña. Sonda monohaz, perfiles transversales cada 1m. Ribarroja: Inmediatamente aguas arriba de la presa de Ribarroja. Sonda monohaz, perfiles transversales cada 1m. B3.2 Modelo Digital del Terreno A partir de los datos batimétricos se generó en ArcGIS un modelo digital del fondo del embalse (cuadrícula de 2x2 m 2 ) para los tramos 1 y 2, la confluencia del Ebro con el Matarraña y las proximidades de la presa. Éste se muestra en la Figura B.2. B4

43 SEDIMENTOS DEPOSITADOS Figura B.1.Tramos considerados en la batimetría. B5

44 SEDIMENTOS DEPOSITADOS Figura B.2.Modelo digital: tramos 1 y 2, confluencia con Matarraña y proximidades de la presa. B6

45 SEDIMENTOS DEPOSITADOS El modelo digital en la confluencia de los ríos Ebro y Segre presentaba una serie de artefactos o elementos extraños de dudosa interpretación. Ello era motivado por la escasez de datos en esta zona debido a su difícil navegabilidad (el escaso calado así como la presencia de numerosos restos de árboles y vegetación sumergida dificultaba la navegación). Por tanto, al considerar que la calidad no era suficiente, se procedió a eliminar esta parte del modelo. El modelo resultante puede verse en la Figura B.3. Figura B.3. Detalle del modelo digital del terreno recortado en la confluencia Segre-Ebro. Se indican los PKy, de forma cromática, la cota del fondo. En la Figura B.4 puede verse el modelo digital del tramo 3. Dado que la información de campo es menos precisa (sonda multihaz y perfiles transversales cada 1 m) la precisión de esta parte de modelo también será inferior a la correspondiente a los tramos 1 y 2. B7

46 SEDIMENTOS DEPOSITADOS Figura B.4.Modelo digital del tramo 3. Debido a las dificultades en navegar por las zonas poco profundas del embalse, no se disponía de suficiente información batimétrica en algunos laterales. Para completar estos tramos sin información, se utilizaron las curvas de nivel correspondientes a la topografía del entorno del embalse. Esta información se descargó en formato digital desde el SITAR (Sistema de Información Territorial de Aragón). Mediante interpolación de estas curvas de nivel y la información batimétrica se completó el modelo Batimetría7, Figura B.5. Puede observarse que este modelo no incluye la zona de embalse correspondiente al Matarranya ni la mayor parte de la situada en el Segre ya que en ellas no se dispone de información batimétrica. B8

47 SEDIMENTOS DEPOSITADOS Figura B.5. Modelo definitivo de la Batimetría7. Se indican los PK, el eje y la cota del fondo (escala cromática). B9

48 SEDIMENTOS DEPOSITADOS B4. ANÁLISIS DE LA BATIMETRÍA7 B4.1 Confluencia Ebro-Segre. Una zona de especial interés es la correspondiente a la confluencia Segre-Ebro y al tramo inmediatamente aguas abajo, ya que en ellas se encuentra una parte importante del sedimento acumulado en el fondo del embalse. Por esta razón, se hizo un análisis detallado de esta zona,.figura B.6. También se realizó una representación 3D mediante el programa ArcScene, Figura B.7. Figura B.6. Batimetría7 en el entorno de la confluencia Segre/Ebro. B1

49 SEDIMENTOS DEPOSITADOS Figura B.7.Batimetría7. Perspectiva de la confluencia de los ríos Ebro y Segre. Vista desde aguas abajo B4.2 Perfiles longitudinales Para un estudio inicial de la morfología del fondo del embalse se utilizó el eje (Figura B.5) definido en la campaña de campo para realizar un perfil longitudinal, diferenciándolo en los tramos (desde la presa de Mequinenza hasta la confluencia de los ríos Ebro y Segre), 1, 2 y 3 (Figura B.1). Estos tramos se muestran en las Figuras B.8, B.9 y B.1. B11

50 SEDIMENTOS DEPOSITADOS Figura B.8. Tramo : Presa Mequinenza-Confluencia Segre-Ebro. Perfil longitudinal. B12

51 SEDIMENTOS DEPOSITADOS Figura B.9.Tramos 1 y 2. Perfil longitudinal. B13

52 SEDIMENTOS DEPOSITADOS Figura B.1.Tramo 3. Perfil longitudinal. B5. TOPOGRAFÍA 6S ENDESA proporcionó el plano topográfico del embalse realizado con motivo de la construcción de la presa de Ribarroja. El plano consistía en una serie de curvas de nivel equidistantes cada 5 metros desde la cota 4. Este plano fue digitalizado por Xavier Vendrell García bajo la dirección de Amparo Muñoz y Felipe Buil (Departamento de Ingeniería de Terreno, Cartográfica y Geofísica de la Universitat Politècnica de Catalunya) y posteriormente adaptado al mismo sistema de coordenadas que la Batimetría 7. A partir del nuevo mapa de curvas de nivel, se generó un modelo de la topografía anterior a la construcción de la presa de Ribarroja. Debido a la falta de información batimétrica, el modelo obtenido presentaba una zona central totalmente plana, que correspondía al cauce del río original. Para conseguir una aproximación más fidedigna a la realidad, se generó un nuevo modelo utilizando el eje central de la Batimetría 7 como línea de rotura(cambio de pendiente). Esto forzaba al modelo a rebajar las cotas a lo largo de este eje con tal de conseguir una línea de inflexión acorde a la tendencia natural del cauce. De este modo se consiguió una aproximación más realista a lo que debió de ser el cauce original del río. Al modelo digital del terreno resultante se le denomina Topografía 6s. B14

53 SEDIMENTOS DEPOSITADOS B6. MODELO DE SEDIMENTACIÓN Una vez obtenidos los modelos digitales Batimetría 7 y Topografía 6s, se procedió a calcular un modelo de la sedimentación como diferencia entre ambos. De este modo se obtuvo un modelo aproximado de la altura de sedimento acumulado, que se utilizó para analizar a nivel cualitativo en qué zonas había sedimentación y en cuáles erosión, tal y como puede verse en la Figura B.11. Observamos que presenta numerosas zonas con supuesta erosión. Ello puede deberse a la dudosa fiabilidad del modelo Topografía 6s en la zona correspondiente al cauce del río original o a posibles derrumbes en los laterales del embalse. En efecto, por un lado se ven áreas de Figura B.11.Comparativa de sedimentación-erosión. En tono rojizo se indica la erosión. Las cifras se refieren a los PK B15

54 SEDIMENTOS DEPOSITADOS Figura B.12.Altura de sedimento (m) depositado en el embalse, con indicación de los PK B16

55 SEDIMENTOS DEPOSITADOS supuesta erosión que coinciden con el cauce original del río y, por tanto, de dudosa credibilidad. Por otro lado, también pueden verse en los laterales zonas de erosión que pudieran deberse a derrumbes. No obstante, no se siguió en el análisis de posibles derrumbes puesto que la prioridad ha sido el estudio del sedimento aportado al embalse. Al igual que en la Figura B:11, en la Figura B.12 se presenta la sedimentación a lo largo del embalse pero con un cromatismo que no enfatiza la erosión. B7. ESTUDIO DE LA SEDIMENTACIÓN Para calcular la sedimentación a lo largo del embalse se dividió este en tramos de 1 metros de longitud. En cada uno de ellos se obtuvo la altura media de sedimento depositado y el volumen total de sedimento. Se calculó también el sedimento acumulado desde su extremo aguas arriba (puente de Mequinenza sobre el Segre) hasta una determinada distancia aguas abajo. Para estudiar la supuesta erosión en cada tramo, se hizo un análisis por separado de la sedimentación neta (sin considerar zonas con erosión), de la erosión neta (sin considerar zonas con sedimentación) y de la sedimentación media considerando ambas. La evolución de estos valores a lo largo del embalse puede verse en la Figura B.13. B17

56 SEDIMENTOS DEPOSITADOS sedimentación neta erosión neta sedimentación media Figura B.13. Para cada tramo de 1 metros, volúmenes de sedimentación neta, de erosión neta y de sedimentación media A partir de los valores obtenidos de sedimentación en función de si se considera o no erosión, se han calculado los volúmenes acumulados de sedimentación media, neta y erosión a lo largo del embalse, tal y como se muestra en la Figura B.14. Estos volúmenes de sedimento nos dan una cota superior e inferior de los valores aproximados de sedimento acumulado que puede haber en el embalse: no podrá ser significativamente superior al correspondiente a la sedimentación neta (16,6 hm 3 ) ni inferior al de la sedimentación media (13 hm 3 ). Cabe indicar que la estimación de la sedimentación neta puede estar algo infravalorada, debido a la forma de establecer la geometría del antiguo cauce del río en la Topografía 6s (apartado B5). La Figura B.14 se refiere al ámbito de estudio, que es el establecido por la Batimetría7. Por tanto quedan fuera zonas de embalse no contempladas en dicha batimetría, siendo las más importantes las situadas en el Matarranya y en el Segre. Debido a que no se dispone de información en la Topografía 6s, tampoco se considera el tramo de embalse situado entre la presa de Mequinenza y la confluencia con el Segre. Otro aspecto a tener en cuenta es que por problemas de navegación la B18

57 SEDIMENTOS DEPOSITADOS campaña de campo no abarcó todo el ancho del embalse y que, como ya ha sido expuesto en el apartado B3.2, aunque esta ausencia de información ha sido en cierta medida subsanada. No obstante cabe esperar que en esas franjas de unos pocos metros a lo largo de las márgenes el sedimento depositado no sea significativo, más teniendo en cuenta que en estas zonas la aportación sólida es muy baja debido a que el agua está prácticamente inmóvil. Figura B.14.Volumen acumulado de sedimentación media, sedimentación neta y erosión neta. Se refiere al volumen de sedimento acumulado desde el extremo aguas arriba del embalse (puente de Mequinenza sobre el Segre) hasta una determinada distancia aguas abajo. B8. VOLUMEN DE EMBALSE Se calcularon las áreas y volúmenes correspondientes a distintas elevaciones (niveles de embalse) para el modelo digital de la Batimetría7, Figura B.15. Cabe recordar que la Batimetría7 se inicia aguas arriba en la presa de Mequinenza (río Ebro) y no contempla la zona de embalse situada en el Matarranya ni parte de la situada en el Segre. A la cota 7 (correspondiente a la parte superior de las compuertas) el volumen de embalse es de 159 hm 3. B19

58 SEDIMENTOS DEPOSITADOS Cota de embalse Figura B.15. Área y volumen de embalse según la Batimetría7 B2

59 APARTADO C Dinámica de los sedimentos depositados en el extremo aguas arriba del embalse de Ribarroja C1

60 C2

61 DINÁMICA DE LOS SEDIMENTOS C1. OBJETIVOS Y ACTIVIDADES Este apartado tiene por objeto analizar la dinámica de los sedimentos depositados en el extremo aguas arriba del embalse de Ribarroja. Aunque inicialmente este objetivo no estaba previsto, se creyó de interés incorporarlo ya que durante la realización del estudio se presentó una avenida en el río Ebro que presumiblemente debería haber modificado los depósitos sedimentarios. A partir de una nueva batimetría realizada en diciembre de 28, se llevaron a cabo las siguientes actividades: 1. Puesta a punto del modelo digital del terreno correspondiente a los nuevos datos batimétricos y que se denomina Batimetría8. 2. Comparación de la Batimetría8 con la Batimetría7. 3. Evaluar el sedimento acumulado y/o erosionado en el periodo comprendido entre ambas batimetrías, así como su distribución espacial. C2. BATIMETRÍA8 En una campaña realizada del 3 al 5 de diciembre de 28 utilizando sonda multihaz, se han obtenido un perfil longitudinal y perfiles transversales cada 2 metros aproximadamente, correspondientes al tramo de cola del embalse de Ribarroja. Se inicia en el puente de Mequinenza sobre el Segre y se extiende unos 65 m aguas abajo para el caso de los perfiles transversales y casi 1 m para el perfil longitudinal. En el período comprendido entre ambas batimetrías (noviembre 27 diciembre 28) los caudales que circularon por el embalse de Ribarroja solo presentaron una situación significativa de avenida. Esta avenida se produjo en el río Ebro a finales de mayo y principios de junio de 28. El caudal medio diario máximo fue de 14 m 3 /s, siendo aproximadamente igual o superior a los 5 m 3 /s durante 27 días. En la Figura C.1 se muestra el hidrograma de los caudales desaguados por la presa de Mequinenza según la información proporcionada por ENDESA. C3

62 DINÁMICA DE LOS SEDIMENTOS Figura C.1. Caudales medios diarios desaguados por la presa de Mequinenza C4

63 DINÁMICA DE LOS SEDIMENTOS C3. COMPARACIÓN DE LAS BATIMETRÍAS 7 Y 8 Para determinar las zonas de erosión y sedimentación se procedió a restar de la Batimetría8 la Batimetría7. Así, las zonas con sedimentación quedarán positivas y, las de erosión negativas. (Figura C2). Figura C.2: Zonas de erosión (rojo) versus sedimentación (azul). C5

64 DINÁMICA DE LOS SEDIMENTOS A fin de localizar mejor las zonas de erosión/sedimentación, en la Figura C.3 se sitúan los datos de la Figura C.2 sobre los de la Batimetría7. En las Figuras C.4, C.5 y C.6 se pueden ver los zooms de detalle 1, 2 y 3 indicados en la Figura C.3. ZOOM 1 ZOOM 2 ZOOM 3 Batimetría7 Figura C.3. Zonas de erosión/sedimentación situadas encima de la Batimetría7 C6

65 DINÁMICA DE LOS SEDIMENTOS Figura C.4 Zoom 1. Figura C.5 Zoom 2. Figura C.6. Zoom 3 C7

66 DINÁMICA DE LOS SEDIMENTOS Se ha dividido el embalse en tramos de longitud constante, en los que se ha calculado la altura media sedimentada o erosionada. Posteriormente se ha multiplicado esta altura por la superficie del tramo y así se ha obtenido el volumen erosionado o sedimentado en cada uno de los tramos. Se consideran tramos de 2 metros de longitud y con secciones extremas situadas perpendicularmente al eje del río. En la Figura C.7 se muestra el volumen sedimentado/erosionado en los diferentes tramos, mientras que en la Figura C.8 se analiza el volumen de sedimento acumulado desde el extremo aguas arriba de la zona de estudio (puente de Mequinenza sobre el Segre). Un aspecto de interés que puede observarse en la Figura C.8 es que en los primeros 4 m se produce un volumen de erosión sensiblemente igual al que se sedimenta en los 3 m siguientes, o dicho de otro modo: en esta zona del embalse un volumen de unos 15. m 3 de sedimento ha sido desplazado unos 3 km aguas abajo. Todo ello está directamente relacionado con el avance del frente de la importante masa de sedimento situada en los primeros 4-5 m del embalse (ver Figura C.3). Como ya ha sido dicho, en el periodo comprendido entre ambas batimetrías el único episodio de avenida importante se presentó en el Ebro (finales de mayo y principios de junio de 28). En este episodio el agua con muy baja carga sólida procedente del embalse de Mequinenza desplazó los sedimentos depositados en la confluencia Ebro- Segre y también los existentes inmediatamente aguas abajo. Ello se produjo sin que el sedimento erosionado fuere reemplazado por aportaciones del Segre. Este proceso se pone en evidencia en las Figuras C.7 y C.8. Distancia al puente de Mequinenza sobre el Segre (extremo aguas arriba de la zona de estudio) Figura C.7 Volúmenes sedimentados (positivo) o erosionados (negativo) en tramos de 2 m de longitud. Periodo: noviembre 27-diciembre 28 C8

67 DINÁMICA DE LOS SEDIMENTOS Distancia al puente de Mequinenza sobre el Segre (extremo aguas arriba de la zona de estudio) Figura C.8 Volumen de sedimento acumulado en el período noviembre 27-diciembre 28 desde el inicio de la zona de estudio hasta una determinada distancia aguas abajo C9

68 APARTADO D Caracterización físico-química del sedimento depositado en el embalse

69 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO D1. INTRODUCCIÓN Es bien sabido que los embalses modifican el patrón de transporte de sedimento, así como la sedimentación de partículas a lo largo del cauce fluvial, como consecuencia de la alteración en el régimen hidrológico y de la retención de materiales favorecida por la presencia de presas. Éstas pueden llegar a retener más del 95% de la carga en suspensión, y por ejemplo la presa de Mequinenza retuvo durante el periodo 11/1997 a 8/1999 un 95,4 % del transporte sólido en suspensión en el Ebro. La acumulación de sólidos en el embalse comporta por una parte aspectos negativos como son la pérdida de capacidad de almacenamiento de agua, o la disminución de la cantidad de sedimentos aportados al tramo fluvial posterior a la presa y los cambios en la naturaleza y origen de los mismos. Al mismo tiempo, la acumulación de sedimentos en los embalses tiene también aspectos positivos como son la retención de nutrientes y metales contaminantes, que reduce la eutrofización y/o la contaminación en el tramo fluvial posterior a la presa. El origen de los sedimentos almacenados en un embalse es el material en suspensión transportado por el río ya sea de origen externo (material alóctono, procedente de la cuenca) ya sea formado en el mismo embalse (material autóctono). Sin embargo, sería erróneo suponer que las características físicas y químicas del sedimento son idénticas a las del material en suspensión. Por una parte, los procesos de selección durante el transporte de sedimento, debidos a la deposición selectiva de las partículas en función de su tamaño y de la energía de transporte, conllevan una considerable heterogeneidad espacial no solo en lo referente a la estructura física del sedimento, sino también a su composición química. Además, el sedimento no es un compartimento inerte, sino que en el mismo se producen multitud de procesos biogeoquímicos que modifican la naturaleza y estructura del material sedimentado. Por ejemplo, la interacción entre materia orgánica y las arcillas (partículas inorgánicas de tamaño muy fino, < 4 micras) genera agregados complejos de mayor tamaño, en los que la materia orgánica queda protegida de la biodegradación, conservándose durante más tiempo en el sedimento. Estos agregados poseen además una gran capacidad de adsorción por lo que retienen en forma particulada iones metálicos o nutrientes que en ausencia de estos agregados se mantendrían en disolución. Por otra parte, la actividad de los organismos del sedimento altera las condiciones fisico-quimicas del mismo, en especial el potencial redox. Como resultado, las formas en equilibrio de distintos metales y nutrientes pueden variar, con lo que modifican los flujos de intercambio entre el agua y el sedimento. D1

70 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO La dependencia de las formas disueltas y particuladas del entorno químico hace que el sedimento pueda constituir una fuente de materiales, en especial nutrientes y contaminantes, hacia el agua, cuando se alteran las condiciones fisico-químicas del sedimento, o cuando éste se resuspende, ya sea por cambios en el flujo de agua, ya sea como resultado de la acción humana (dragado, movilización, etc). En conjunto, el sedimento puede acumular contaminantes y/o nutrientes en concentraciones superiores a las observadas en la columna de agua. Por ello, dada su importancia ecológica y la persistencia de algunos compuestos en el compartimento sedimentario, el estudio de la calidad de los sedimentos y su monitorización resultan de gran interés en la gestión ambiental del ecosistema. Aunque existen diversas formas de enfocar la valoración de la calidad del sedimento, el estudio de su composición química y su estructura física es uno de los enfoques mas ampliamente utilizados en diversos tipos de ecosistemas acuáticos. La gestión adecuada de los embalses, precisa pues de un conocimiento detallado de la calidad de sus sedimentos, y muy especialmente de la capa superficial de éstos, ya que es ésta la que interacciona principalmente con el agua y la que mejor refleja los procesos biogeoquímicos que tienen lugar en el compartimento. Además, dados los procesos de selección de material antes mencionados, es preciso conocer la variabilidad espacial de las características sedimentarias, ya que la información proporcionada por una única zona de muestreo puede resultar poco representativa del conjunto del embalse. Este apartado de la memoria tiene como objetivo principal proporcionar una descripción detallada de la variabilidad espacial de las características químicas y la estructura física del sedimento superficial del embalse de Ribarroja, que aporte la información necesaria para evaluar su calidad y decidir la mejor estrategia de gestión. Por estar ubicado aguas abajo de la presa de Mequinenza, este embalse recibe una aportación minoritaria de materiales sólidos procedentes del río Ebro. El principal aporte de materiales es el que llega por el río Segre y en menor grado el que llega por el río Matarraña, pero hasta el momento se dispone de muy poca información acerca de su calidad. La caracterización física y química del sedimento se ha realizado de forma paralela al estudio de la batimetría de precisión que permite una cuantificación fiable del volumen de sedimento almacenado, por lo que el conjunto de ambos aparatados permitirá disponer de una detallada información cualitativa y cuantitativa del sedimento de Ribarroja. D2

71 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO D1. SELECCIÓN DE LOS PUNTOS DE MUESTREO. Figura D1. Ubicación de los puntos de muestreo de sedimento en el embalse de Ribarroja. Figura D2. Batimetría del tramo superior del embalse de Ribarroja. D3

72 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO La selección de la ubicación de los puntos de muestreo de sedimento (Figura D1) se realizó en base a los resultados preliminares del estudio de la batimetría de precisión del embalse realizado también por integrantes del grupo FLUMEN. Los resultados disponibles indicaban la existencia de una marcada lengua de sedimento procedente del río Segre (Figura D2). A fin de caracterizar con precisión esta acumulación de sedimento se decidió realizar un muestreo más exhaustivo en dicha zona. En total se seleccionaron dieciséis estaciones: siete en el tramo superior, cinco entre la lengua de sedimento y la entrada del río Matarraña, una en la entrada del Matarraña y tres desde este punto hasta la presa de Ribarroja: Estación A: en la proximidad de la presa de Mequinenza y antes de la confluencia con el río Segre. Estación B: inmediatamente antes de la confluencia Segre/embalse. Estaciones C a G: ubicadas sobre la lengua de sedimento detectada mediante la batimetría. De éstas, las estaciones D y F se situaron en la zona litoral y las estaciones C y E en la zona mas profunda. La estación G se ubicó exactamente en el frente anterior de la lengua de sedimento. Estaciones H a L: ubicadas a distancia regular hasta la entrada del Matarraña, de tal forma que se obtuvieran muestras de los distintos tramos meandriformes. Estación M: entrada del río Matarraña Estaciones N a P: ubicadas en el tramo final del embalse hasta la presa de Ribarroja. D4

73 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO D2. ESTRUCTURA FÍSICA DEL SEDIMENTO SUPERFICIAL D2. 1. Textura de los sedimentos superficiales La textura es uno de los descriptores más utilizados para caracterizar los sedimentos, ya que depende de muchos factores y proporciona una imagen global de la estructura física de los mismos. En función del tamaño, las partículas que forman el sedimento se clasifican en arcillas (φ < 4 µm), limos (4µm < φ < 63 µm) y arenas (63µm < φ < 5 µm). Mediante el diagrama ternario de Shepard se representa con un único punto la composición porcentual de estos tres componentes, pudiéndose clasificar los sedimentos en función dicha composición porcentual. Estación % Arcillas % Limos % Arenas A 43,42 56,57, B 22,58 7,56 6,86 C 39,77 58,88 1,35 D 21,19 58,96 19,85 E 23,95 67,68 8,37 F 17,76 74,7 8,17 G 19,26 45,74 35, H 28,47 69,1 2,43 I 3,85 67,76 1,39 J 22,91 57,71 19,38 K 3,23 69,4,73 L 35,88 64,2,1 M 41,5 58,35,15 N 35,51 63,8,69 O 26,62 69,66 3,72 P 41,71 58,25,4 Tabla D.1. Porcentaje de arcillas, limos y arenas en el sedimento superficial de Ribarroja. En la tabla D.1 se indica el porcentaje de arcillas, limos y arenas encontrados en el sedimento superficial de Ribarroja, y en la Figura D3 se presenta el correspondiente diagrama de Shepard. Como puede observarse, por lo general la fracción de limos es la más abundante, con valores que van desde un mínimo del 45.7% en la estación G a un máximo del 7.5% en la estación B. La fracción más fina, las arcillas, es también abundante con valores que oscilan entre el 17.7% de la estación F al 43.4% de la estación A. Por ello, los sedimentos de Ribarroja deben D5

74 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO clasificarse como de textura limo-arcillosa, con excepción de las estaciones G, J y D que presentan un porcentaje relativamente elevado de arenas ( 1%) en detrimento de la proporción de limos (Tabla D1, Figura D3). 1 % Arenas G 1 % Limos % Arcillas F E 9 8 D J C A: Cola del embalse B: Río Segre C, D, E, F, G: Tramo superior H, I, J, K: Tramo de meandros L, M, N, O, P: Tramo final Figura D3. Diagrama de Shepard que indica la composición porcentual de arcillas, limos y arenas en los sedimentos superficiales del embalse de Ribarroja. Se han representado los distintos tramos del embalse con diferente color. Se indica también el código correspondiente a las estaciones del tramo superior dada su gran variabilidad. En relación a la textura del sedimento observada, cabe destacar la notable similitud entre los sedimentos ubicados en el tramo próximo a la presa (estaciones L a P, en rojo en la figura D3) y la estación ubicada en la cola del embalse, próxima a la presa de Mequinenza (estación A, en azul oscuro en la figura D3). Las estaciones localizadas en el tramo de meandros (estaciones H a K, en azul claro en la figura D3) presentan una textura similar a las anteriores, aunque con un porcentaje de limos ligeramente superior. En dicho tramo, destaca la anómala textura de la estación J, con mayor presencia de arenas y similar a la que se observa en el tramo superior del D6

75 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO embalse. Este último, que abarca la zona desde la entrada del río Segre hasta el inicio de la zona meandriforme (estaciones C a K, en marrón en la Figura D3) es el que presenta mayor variabilidad, con estaciones de textura limo-arcillosa (estación C) similar a la que aparece cerca de la presa de Ribarroja, y estaciones de textura arcilloarenosa como la estación G, que puede identificarse con la zona mas frontal de la entrada de sedimento procedente del río Segre. La estación G se encuentra además situada en un punto de barra del canal meándrico, por lo que la presencia de materiales más gruesos no resulta extraña. Sin embargo, la presencia simultánea de materiales muy finos, indica que se trata de un ambiente sedimentario complejo, en este caso afectado por la entrada de material procedente del río Segre. D2. 2. Distribución del tamaño de partículas La variabilidad de la estructura física del sedimento superficial de Ribarroja se refleja en los parámetros estadísticos de la distribución de tamaño de partículas en cada muestra (Tabla D2). Dicha distribución depende en gran medida de factores como el tiempo de transporte que ha sufrido el sedimento, su extensión, así como el tipo de ambiente de deposición. Dado que el sedimento se compone de una mezcla (o población) de partículas de distintos tamaños, el valor de tamaño medio es un descriptor insuficiente de las características físicas del sedimento, siendo mucho más indicativos otros parámetros estadísticos de la distribución. La mediana, punto medio de la distribución de tamaños, y la moda, tamaño de la fracción mayoritaria, reflejan el tamaño promedio de las partículas y son indicadores del proceso de transporte y la energía del ambiente de sedimentación. Valores elevados de desviación estándar son indicativos de un ambiente sedimentario altamente heterogéneo que determina una población de partículas formada por subpoblaciones de tamaño muy distinto (sedimentos mal seleccionados). Por otra parte, la asimetría de la distribución (skewness) indica el predominio de una subpoblación respecto a otra. Valores elevados de asimetría son el resultado de un ambiente sedimentario con mezcla de materiales: si los valores son negativos indica que el sedimento dominante en la mezcla es el de mayor tamaño de grano, mientras que si los valores de asimetría son positivos indica que el sedimento dominante es de tamaño fino. Finalmente, la curtosis, al igual que la desviación estándar, da una idea del grado de selección del material sedimentado: distribuciones platicúrticas (curtosis <.9) indican ambiente con poca selección del material sedimentado (que por tanto presenta distribución más dispersa), mientras que distribuciones leptocúrticas (curtosis > 1.1) indican ambientes D7

76 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO con una eficaz selección del material y por tanto con distribuciones más concentradas en un determinado tamaño. Estación Media Mediana Moda Desviación estándar Asimetría Curtosis A 7,2 4,8 5,4 7,5 2,1 5,8 B 2, 1,7 12,4 26,9 2,8 9,4 C 9,5 5,3 5,4 14,5 4,6 28,1 D 46,3 12,6 1,3 92,1 3,6 14, E 22,9 9,5 1,3 42,1 4,5 25,3 F 23,1 13,7 14,9 28, 2,5 7,3 G 16,9 26,7 6,5 187,9 2,8 8,9 H 13,3 8, 11,3 17,9 3,7 18,5 I 11,2 7,1 9,4 14,1 3,7 2,4 J 43,9 12,2 11,3 83, 3,6 14,7 K 1,4 7,4 1,3 11,5 3,5 21, L 8,1 5,8 7,8 8,5 2,5 8,9 M 7,8 5, 5,9 9,1 2,7 9,7 N 9,9 6,1 9,4 11,3 3,8 24,4 O 15,3 8,8 11,3 2,3 3,1 12,1 P 7,5 4,9 5,9 8,5 2,7 9,1 Tabla D2. Parámetros estadísticos de la distribución de tamaños de partícula en el sedimento superficial de Ribarroja Los valores observados en Ribarroja indican que, en casi todo el embalse, el sedimento esta constituido principalmente por partículas finas/muy finas, con valores de mediana y moda que raramente superan las 15 micras. Tan solo en la estación G se observan valores muy superiores que alcanzan 26,7 y 6,5 micras de mediana y moda respectivamente. La presencia mayoritaria de partículas de grano fino y muy fino indica niveles energéticos altos con elevada capacidad de transporte. La desviación estándar es generalmente elevada, alcanzando los valores máximos en las estaciones D, G y J, que pueden considerarse pues las zonas con un ambiente sedimentario más heterogéneo. En todo el embalse, la distribución de tamaños de partículas presenta asimetría positiva, indicando que el sedimento se encuentra formado por una mezcla de materiales, con dominancia de los materiales finos. La asimetría aparece estrechamente relacionada con la curtosis (Figura D4). La estación A (ubicada en la cola del embalse) es la que presenta los menores valores de ambos parámetros, por lo que se trata de una zona con baja selección del material, que determina una mezcla no dominada por una fracción concreta. D8

77 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO Curtosis ,5 2, 2,5 3, 3,5 4, 4,5 5, Asimetría Figura D4. Relación entre la asimetría (skewness) y la curtosis de la distribución de tamaños de partícula en las muestras de sedimento superficial de Ribarroja Las estaciones en las que la fracción fina aparece como la fracción claramente dominante (elevada asimetría, elevada curtosis) son las estaciones inmediatamente posteriores a la entrada del río Segre (estaciones C y E) y a la entrada del Matarraña (estación N), lo que se puede interpretar como el efecto de los aportes externos sobre la estructura física del sedimento. Las estaciones A, B, F, I y K presentan una distribución de tamaño de partículas de tipo unimodal o cuasi-unimodal, mientras que en el resto de estaciones la distribución es bimodal o polimodal (Figura D5). Estos patrones de distribución se corresponden con la heterogeneidad de los ambientes sedimentarios en el embalse, debida en parte a la múltiple procedencia del material que sedimenta (Mequinenza, Segre, Matarraña) y a los cambios en la energía de transporte de los materiales. Así, la estación A que recibe tan solo los aportes de Mequinenza presenta una distribución unimodal y poco asimétrica. Las estaciones ubicadas en el tramo superior del embalse con un importante aporte de material procedente del río Segre, presentan distribución polimodal, con una mayor contribución de material grueso en las estaciones D y G, cuya ubicación en el litoral y en un punto de barra de canal meándrico determina una menor energía de transporte. Del mismo modo, las estaciones ubicadas en el tramo bajo del embalse (L a P) presentan distribuciones biomodales que podrían reflejar el efecto de los sedimentos procedentes del río D9

78 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO 4 3 Frecuencia 2 1, , 1,5 Frecuencia 1,,5,, Frecuencia 3 2 1, Tamaño de partícula Figura D5. Distribución del tamaño de partículas en el sedimento superficial de tres estaciones del embalse de Ribarroja. La estación A (arriba) presenta distribución unimodal, la estación G (centro) distribución polimodal y la estación P (abajo) distribución bimodal. D1

79 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO Matarraña, ya sea por su sedimentación directa, ya sea por la alteración del flujo en el eje principal del embalse. Por último, la elevada variabilidad en el tramo de meandros, (estaciones H a K) puede estar relacionada con los cambios en la energía de transporte asociados a la hidrodinámica de dicho tramo. D2. 3. Interacción de la materia orgánica con la estructura física del sedimento. La distribución del tamaño de partículas en el sedimento está relacionada con el contenido de materia orgánica del mismo, debido a la capacidad que presentan las fracciones de arcillas y limos de proteger la materia orgánica de su degradación. Efectivamente, la materia orgánica puede incorporarse en los microagregados de arcillas y limos, o bien adsorberse sobre su superficie, lo que impide o dificulta la biodegradación de los materiales orgánicos. La comparación entre el espectro de tamaños en una muestra de sedimento sin alterar y otra muestra de la misma ubicación a la que se ha eliminado la materia orgánica permite identificar a que tamaño de partículas preferente se encuentra unida la materia orgánica (Figura D6). 1 Frecuencia A a B b C c D d E e F f G g 1 Frecuencia H h I i J j K k L l M m N n O o P p % arcilla % limos %arena fina % arena> 125 micras Figura D6. Porcentaje de arcillas, limos y arenas en réplicas sin tratar (código en mayúsculas) y réplicas a las que se ha eliminado la materia orgánica (código en minúsculas). Las líneas en rojo indican la fracción granulométrica cuya proporción disminuye tras la eliminación de materia orgánica. D11

80 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO Como se observa en la figura D6, en el sedimento de Ribarroja la materia orgánica se encuentra asociada preferentemente a la fracción de limos. Los resultados obtenidos indican que una parte de las partículas de tamaño comprendido entre 4 y 63 micras se encuentra formada por la asociación de partículas inorgánicas de pequeño tamaño (fracción arcillosa, inferior a 4 micras) cohesionadas por la interacción con la materia orgánica. Cuando ésta es eliminada, la fracción de limos disminuye porcentualmente al tiempo que aumenta la fracción arcillosa de menor tamaño. Este comportamiento aparece en la mayor parte del embalse, pero es especialmente evidente en las estaciones situadas en el tramo final (estaciones K a P). En algunas estaciones ubicadas en el tramo superior y medio del embalse (estaciones D, E, G y J) la disminución en la proporción de limos no va asociada al aumento de la fracción más fina, sino a un aumento de la fracción gruesa (arenas finas y/o arenas gruesas). Las estaciones que muestran este comportamiento anómalo se caracterizan por su elevada heterogeneidad, por lo que los resultados obtenidos deben interpretarse con precaución. La heterogeneidad del sedimento puede conducir a interpretaciones erróneas cuando se comparan réplicas ya que éstas pueden diferir notablemente entre sí. Aun así, el cambio de composición porcentual al eliminar la materia orgánica observado en estas estaciones podría corresponder a la presencia de abundantes partículas orgánicas, de tamaño similar al de los limos y arcillas (es decir de tamaño inferior a 63 micras) mezcladas con arenas de naturaleza inorgánica. La eliminación de la materia orgánica conduciría, en este caso, a una disminución de las partículas de menor tamaño, con el consiguiente aumento porcentual de las arenas que no resultan eliminadas por el tratamiento. Los resultados sugieren pues la acumulación de materia orgánica de pequeño tamaño (probablemente de procedencia alóctona) en los ambientes sedimentarios de mayor heterogeneidad del tramo superior del embalse. D12

81 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO D3. CARACTERIZACIÓN QUÍMICA DEL SEDIMENTO SUPERFICIAL: FASE SÓLIDA D3. 1. Elementos Mayoritarios La composición mayoritaria del sedimento del embalse de Ribarroja se corresponde con la de una mezcla de silicatos meteorizados y carbonatos. Silicio, aluminio y potasio, componentes mayoritarios de los silicatos meteorizados, se encuentran en una concentración elevada (Tabla D3). La concentración de calcio, elemento asociado principalmente a los carbonatos, es del mismo orden que la de silicio (Tabla D3), e indica un porcentaje de carbonatos próximo al 35%. De acuerdo con la importante presencia de carbonatos, la concentración de hierro es moderada. Fe Mn Ti Ca K P Si Al Mg Media 32,79,57 3,4 137,98 21,1 1,24 171,36 69,7 12,91 Sd 4,73,6,33 13,38 3,4,19 15,45 11,77 1,52 CV 14,43 11,3 1,96 9,7 14,48 15,61 9,1 17,5 11,8 Tabla 3.1. Concentración media, desviación estándar y coeficiente de variación (Sd*1/Mean) de los elementos mayoritarios en el sedimento superficial de Ribarroja. N= 26. Datos en mg.g -1 El análisis, en 7 estaciones, de submuestras tomadas de distintas profundidades (entre y 1 cm) muestra que el sedimento superficial es prácticamente homogéneo en lo relativo a los elementos mayoritarios. El coeficiente de variación es inferior al 3% para todos los elementos analizados, con la excepción de la estación C que es la única que muestra una cierta variabilidad vertical (entre el 5 y el 1%) en las concentraciones de Ca, K, Al y Fe (Tabla D4) B C F I L M O Fe,8 8,9 1,3 1,5,2 1,1,5 Ti 1,8 5,5 3,,,5,5 2, Ca,6 1,6 1,5 1,5 2,1 2,3 1,2 K 1, 9, 1, 1,5 1,5 1,,6 Si,2 2,1 1,9 1,5,7,3 1,6 Al,7 8,8 1,6 2,4 1,4 1,,1 Mg,4 3,3,4,3 2,7 1,1,1 Tabla D4. Coeficientes de variación (Sd*1/media) de los elementos mayoritarios en las estaciones en las que se analizaron submuestras de draga a distintas profundidades. D13

82 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO Al Fe K A B C D E F G H I J K L M N O P Ca A B C D E F G H I J K L M N O P Si A B C D E F G H I J K L M N O P Figura D7. Concentración media y desviación estándar de los elementos mayoritarios (aluminio, hierro, potasio, calcio y silicio) en el sedimento superficial de Ribarroja. Concentraciones en mg.g -1 D14

83 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO Con respecto a la variación longitudinal observada a lo largo del embalse, aluminio, potasio y hierro muestran una variación muy similar con concentraciones uniformes y elevadas en el tramo comprendido entre la estación K y la presa de Ribarroja (estación P). Concentraciones similares aunque algo más variables se observan en la cabecera del embalse (estaciones A y C) y en el río Segre en la zona inmediatamente anterior a su entrada en el embalse (estación B). El tramo comprendido entre las estaciones C y K que incluye estaciones litorales, así como estaciones ubicadas en la zona de meandros, es el que presenta una mayor variabilidad en las concentraciones de estos elementos, aunque siempre las concentraciones observadas son inferiores a las medidas en el resto del embalse (Fig. D7). Las concentraciones de calcio y silicio siguen un patrón de variación algo distinto. Al igual que los anteriores elementos, las concentraciones son homogéneas en el tramo K a P y muy parecidas a las que se observan en la cola del embalse (estaciones A-C). Sin embargo, las mayores concentraciones se observan en este caso en la zona comprendida entre las estaciones D y K, con máximos de silicio muy acusados en las estaciones D (litoral) y G. Las proporciones relativas de las distintas fases minerales que componen el sedimento pueden estimarse indirectamente a partir del análisis de cocientes elementales. Así, el cociente elemental entre Si/Al es una estimador indirecto de la proporción entre cuarzo, asociado a la sedimentación de materiales mas gruesos y que requiera una mayor energía de transporte, y arcillas asociadas a la sedimentación de materiales mas finos que requieren poca energía para ser transportadas. La variabilidad del cociente Si/Al a lo largo del embalse (Figura D8), indica que la mayor proporción de cuarzo aparece en las estaciones intermedias, en especial en las estaciones G, D y J, que serian pues las zonas en que sedimentan los materiales de mayor tamaño. Ello concuerda con la distribución granulométrica comentada en el capítulo precedente. El cociente K/Al está muy relacionado con la naturaleza y grado de meteorización de las arcillas. En las rocas el valor medio se encuentra alrededor de,24, mientras que en el material altamente meteorizado, habitualmente transportado por los ríos, está relativamente empobrecido en K al perderse este elemento por movilización (K/Al =,15). El sedimento de Ribarroja presenta un valor intermedio,,21, más próximo al contenido de las rocas, indicando la presencia de arcillas con un grado intermedio de meteorización. Destaca el hecho de que los valores más elevados se encuentran en el tramo de meandros (estaciones D a K), donde se encontrarían los D15

84 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO materiales menos alterados, mientras que en el tramo final y en la cabecera del embalse se observan cocientes más bajos indicando la presencia de arcillas más alteradas (Figura D8). Si/Al en atomos K/Al en atomos 6,3 4,2 2 A B C D E F G H I J K L M N O P,1 A B C D E F G H I J K L M N O P Figura D8. Cocientes elementales, Si/Al y K/Al en el sedimento superficial del embalse de Ribarroja. Cocientes expresados en átomos. D3.2. Elementos asociados a la materia orgánica: carbono, nitrógeno y fósforo. Las concentraciones de nitrógeno y fósforo en el sedimento del embalse de Ribarroja presentan valores propios de sistemas moderadamente eutróficos (Tabla D5). P N C Media 1,24 2,3 54,8 Sd,19,5 5,9 CV 15,61 22, 1,7 Tabla D5 Concentración media, desviación estándar y coeficiente de variación (Sd*1/Mean) de elementos asociados a la materia orgánica, carbono, nitrógeno y fósforo. N= 26. Datos en mg.g -1 La comparación de las muestras superficiales a lo largo del embalse (Figura D9) muestra que ambos elementos tienden a acumularse en el tramo inferior del mismo, entre la desembocadura del Matarraña y la presa de Ribarroja, donde se alcanzan valores próximos a 3 mg.g -1 de N y 1,5 mg.g -1 de P. La relación estequiométrica N/P oscila entre 3 y 5 (expresada en átomos) lo que indica que el sedimento se halla empobrecido en N con respecto a la materia orgánica. Ello es resultado tanto de la mayor movilidad del nitrógeno, como de la presencia de fases sólidas que retienen de forma efectiva el fósforo en el sedimento. En este sentido cabe destacar que la relación P/Al en el sedimento superficial presenta un valor medio de 16. Tratándose de sedimentos con presencia D16

85 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO P A B C D E F G H I J K L M N O P N 5, 4, 3, 2, 1,, A B C D E F G H I J K L M N O P C A B C D E F G H I J K L M N O P Figura D9. Variación a lo largo del embalse de la concentración de fósforo, nitrógeno y carbono en el sedimento superficial. Concentraciones en mg.g -1. D17

86 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO P 2, -4 cm 4-8 cm 8-12 cm 1,5 1,,5, 5, B C F I L M O N -4 cm 4-8 cm 8-12 cm 4, 3, 2, 1,, B C F I L M O 8 C -4 cm 4-8 cm 8-12 cm B C F I L M O Figura D1. Variación en profundidad de las concentraciones de fósforo, nitrógeno y carbono. Concentraciones en mg.g -1. D18

87 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO importante de carbonatos, este valor sugiere que la capacidad de retención de fósforo por el sedimento se halla muy cercana o por encima de la saturación. Ello implica la posible liberación de fósforo desde el sedimento hacia el agua, en especial bajo condiciones de anoxia como las que se producen habitualmente durante el verano. Los elementos asociados a la materia orgánica pueden presentar variaciones importantes en profundidad debido a los procesos de descomposición que determinan que la materia enterrada se vea empobrecida, especialmente en nitrógeno. Sin embargo, si la tasa de acumulación de material supera la tasa de descomposición, la concentración de nitrógeno puede permanecer estable o incluso aumentar con la profundidad. El análisis de las muestras de draga tomadas a distinta profundidad indica que en las estaciones B, C y O el nitrógeno apenas varia con la profundidad lo que sugiere una tasa de acumulación que compensa la tasa descomposición. En las estaciones F, I y M se produce una ligera disminución en profundidad y la estación L presenta los valores máximos a nivel subsuperficial (Figura D1). N P, 1, 2, 3, 4,,,5 1, 1,5 2, 5 5 Profundidad sedimento (cm) B M P 3 B M P Figura D11. Perfil vertical de las concentraciones de nitrógeno y fósforo en el sedimento de las estaciones ubicadas en el río Segre (B), Matarraña (M) y la presa de Ribarroja. Concentraciones en mg.g -1 El análisis detallado de la variación en profundidad efectuado en las muestras obtenidas con corers en las estaciones B, M y P (Figura D11) permiten matizar las tendencias observadas con las muestras de draga: D19

88 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO En los 2 centímetros superiores del sedimento la concentración de nitrógeno es siempre inferior en la estación ubicada en el río Segre respecto a las ubicadas en el Matarraña y en la presa. En el sedimento del Segre se observa una disminución poco acusada de nitrógeno en profundidad que no muestra irregularidades bruscas. Ello confirma una tasa de descomposición ligeramente superior a la tasa de acumulación en dicha estación. En las estaciones ubicadas en la entrada del Matarraña y en la presa la concentración de nitrógeno disminuye rápidamente en los primeros centímetros para después recuperar valores similares a los superficiales a unos 1-12 cm de profundidad. Ello indica la existencia de una capa de sedimento de mayor contenido en nitrógeno, que tendría su origen en la entrada en el pasado (por sedimentación o por transporte horizontal) de material con elevado contenido orgánico que quedó sepultada antes de que el proceso de descomposición pudiera liberarlo hacia el agua. En el caso del fósforo, la variación con la profundidad depende, además de las tasas de acumulación y descomposición como en el caso del nitrógeno, de los mecanismos químicos de redisolución y/o desorción que a su vez están muy influidos por el entorno químico (ph, potencial redox etc). A escala más grosera (variabilidad de las muestras obtenidas con draga), el sedimento de Ribarroja muestra una relativa homogeneidad vertical en los 1 cm superficiales (Figura D1). No obstante, el análisis detallado de la variabilidad en las estaciones B, M y P (Figura D11) demuestra que existen substanciales diferencias a nivel de microescala, en especial en las estaciones ubicadas cerca de la presa de Ribarroja. La acusada disminución que se observa entre 6 y 2 cm en la estación P y entre 1 y 2 cm en la estación M, no se corresponden con las variaciones de nitrógeno observadas y por tanto estarían condicionadas más por variaciones en el entorno químico que por diferencias en la sedimentación y/o transporte. En cuanto al carbono es un elemento relacionado tanto con la materia orgánica, como con la fracción inorgánica, dada la considerable presencia de carbonatos existente en el sedimento de Ribarroja. A lo largo del embalse, las concentraciones superficiales de carbono varían de forma muy similar a las de calcio, observándose las mayores concentraciones, 6,8%, en las estaciones F y G (Figura D9). En profundidad, la distribución es homogénea salvo en la estación C, que es la única que presenta una variación de Ca significativa en profundidad (Figura D1). Ello sugiere que la variabilidad de carbono en el sedimento de Ribarroja está más asociada D2

89 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO a la fracción inorgánica que a la fracción orgánica. Aún así, el cociente elemental entre carbono y calcio es siempre superior a 1: el exceso sobre 1 indica la fracción de carbono asociada a la materia orgánica. Este valor es en promedio superior en el tramo final del embalse (estaciones K a P), aunque presenta también dos máximos significativos en la estación B (río Segre en la confluencia con el embalse) y en la estación G (Figura D12). C/Ca A B C D E F G H I J K L M N O P C/Ca 1, 1,1 1,2 1,3 1,4 1, B M P Figura D12. Cociente elemental entre carbono y calcio en el sedimento superficial del embalse de Ribarroja (grafico superior) y en el perfil vertical de las estaciones ubicadas en el río Segre (B), Matarraña (M) y en la presa de Ribarroja (P). D21

90 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO La variación vertical detallada del cociente C/Ca en las estaciones ubicadas en el Segre, Matarraña y en la presa sigue la misma pauta que el nitrógeno, lo que confirma que dicho cociente es un buen indicador de la materia orgánica presente. Por último, el cociente entre carbono orgánico (no asociado a calcio) y nitrógeno presenta valores próximos a la materia orgánica fitoplantónica sedimentada (valor medio 6.9) en la práctica totalidad del embalse, con la excepción de las estaciones D y G en las que alcanza valores de 9 y 14 respectivamente indicando la presencia, en estas estaciones, de material orgánico de origen alóctono. D3.3. Elementos traza Los metales traza asociados con mayor frecuencia a la contaminación antropogénica agrícola y/o industrial son zinc (Zn), cobre (Cu), níquel (Ni), plomo (Pb) y cromo (Cr). Todos ellos pueden presentar efectos adversos sobre la biota cuando su concentración excede determinado límite que varia en función del elemento considerado. Zn Cu Ni Pb Cr Media 15,5 3,2 3,9 24, 56,8 SD 14, 6,2 5,8 2,5 6,4 CV 13,2 2,4 18,7 1,3 11,3 (1) (2) (3) 28 75,9 74,5 61,1 13 Tabla D6. Concentración media, desviación estándar y coeficiente de variación (Sd*1/Mean) de zinc, cobre, níquel, plomo y cromo en el sedimento superficial de Ribarroja. N= 26. Datos en g.g -1 Se dan también como comparación los valores de estos metales en distintos tipos de materiales (1): concentración promedio en la corteza terrestre ; (2): roca caliza calcítica; (3): promedio del sedimento en suspensión en ríos del mundo. 1: Rollinson, H.R Using geochemical data: evaluation, presentation, interpretation. Longman Scientific & Technical; 2: Potts, P.J., A.G. Tindle, P.C. Webb Geochemical reference material compositions: rocks, minerals, sediments, soils, carbonates. CRC. 3: Viers, J., B. Dupré, J. Gaillardet. 29. Chemical composition of suspended sediments in World Rivers: New insights from a new database Science of the Total Environment 47: En la tabla D6 se dan las concentraciones medias de estos elementos en el sedimento superficial de Ribarroja. Como referencia se dan también las concentraciones medias en la corteza terrestre (1), calizas (2) y el material en suspensión transportado por los ríos a escala mundial (3). Puede apreciarse que, para los cinco elementos, las concentraciones observadas en Ribarroja son inferiores a las descritas para el material transportado por los ríos. Ello estaría en relación con la dilución sólida que se produce al mezclarse el material que contiene mayor concentración de metales (generalmente asociado a la fracción muy fina de partículas) con otros materiales ( carbonatos, cuarzo, etc.) que forman parte de la D22

91 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO fracción sólida del sedimento. Por otra parte, el factor de enriquecimiento (cociente entre la concentración observada y la presente en el material de referencia) con respecto a la roca caliza es mayor para cobre, níquel y cromo (7,5, 6 y 5,8 respectivamente) que para zinc y plomo (3,5 y 1,8 respectivamente), indicando la existencia de un aporte selectivo de los tres primeros elementos, probablemente asociado a procesos de origen antropogénico. Zn Cu A B C D E F G H I J K L M N O P A B C D E F G H I J K L M N O P Ni Cr A B C D E F G H I J K L M N O P A B C D E F G H I J K L M N O P Pb A B C D E F G H I J K L M N O P Figura D13. Concentraciones de zinc, cobre, plomo, cromo y níquel en el sedimento superficial de Ribarroja. La línea roja indica la concentración a la que la probabilidad de efectos tóxicos es elevada. La línea marrón indica el nivel considerado como umbral de toxicidad. Concentraciones en µg.g -1 La Figura D13 muestra la variabilidad en el sedimento superficial de los cinco metales, mostrándose asimismo los niveles correspondientes al umbral de toxicidad (TEL) y a la concentración a partir de la que los efectos tóxicos son altamente probables (PEL). Como puede apreciarse, plomo y zinc presentan siempre D23

92 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO concentraciones superficiales inferiores a nivel umbral de toxicidad; para el caso del cobre se aproxima al límite umbral en las estaciones L y M (desembocadura del Matarraña y estación inmediatamente anterior); para el cromo, todos los puntos del embalse presentan concentraciones superficiales por encima del nivel umbral, aunque sin alcanzar el valor de toxicidad probable y finalmente en el caso del níquel también se supera el nivel umbral en casi todo el embalse alcanzándose casi el límite de toxicidad probable tanto en la zona de la cola (estación A) como en las estaciones ubicadas en el tramo final del embalse (estaciones K a P). Ni Profundidad sedimento (cm) B G H Umbral Toxicidad 3 K M P Umbral Toxicidad Cu Profundidad sedimento (cm) B G H Umbral K M P Umbral Figura D14. Variación vertical detallada de las concentraciones de níquel y cobre en el sedimento superficial de las seis estaciones representativas del embalse de Ribarroja. Se indica además la concentración umbral de toxicidad y para el caso del níquel la concentración de toxicidad probable. Concentración en µg.g -1 Por lo que se refiere a la variabilidad vertical, se analizaron perfiles detallados del sedimento en diversas estaciones a fin de comprobar la posible acumulación subsuperficial de los metales contaminantes. Los resultados se muestran en las D24

93 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO Zn Profundidad sedimento (cm) B G H Umbral 3 K M P Umbral Cr Profunidad sedimento (cm) B G H Umbral 35 K M P Umbral Pb Profundidad sedimento (cm) B G H umbral K M P Umbral Figura D 15. Variación vertical detallada de las concentraciones de zinc, cromo y plomo en el sedimento superficial de las seis estaciones representativas del embalse de Ribarroja. Se indica además la concentración umbral de toxicidad. Concentraciones en µg.g -1. D25

94 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO figuras D14 y D15. La concentración de plomo se mantiene homogénea en el perfil vertical en las estaciones G, H y K, incrementando ligeramente a nivel subsuperficial en las estaciones B, M y P, aunque sin alcanzar el umbral de toxicidad. Un patrón similar se observa para el zinc, si bien en este caso hay que destacar que el incremento subsuperficial en la estación M (entre 7 y 15 cm) se acerca al nivel umbral de toxicidad. Se observa también una acusada disminución de la concentración de este elemento por debajo de los 15 cm tanto en la estación M como en la estación P. Cobre y níquel presentan una variación vertical muy similar entre sí, destacando los máximos subsuperficiales observados en la estación M que superan respectivamente el umbral de toxicidad y el límite de toxicidad probable. Por último el cromo presenta, como en superficie, valores por encima del umbral pero sin alcanzar el límite de toxicidad. Su variación en profundidad es muy irregular y no sigue el mismo patrón que los restantes elementos metálicos, destacando el máximo a 18 cm que aparece en la estación de presa y el hecho de que a diferencia de lo que ocurre con los otros metales, la estación G no muestra valores significativamente inferiores a las restantes estaciones. D3.4. Caracterización del sedimento superficial en función de los elementos minoritarios El estudio de los elementos traza en el sedimento permite inferir los procesos geoquímicos y biológicos que intervienen en el sistema con mayor precisión que el estudio de los elementos mayoritarios. Sin embargo, la interpretación precisa de la composición elemental no puede realizarse únicamente a partir de las concentraciones ya que éstas se ven determinadas por el hecho de que el sedimento consiste en una mezcla, en proporciones variables, de dos o más fases, cada una de las cuales posee una composición característica y que en muchos casos no conocemos con exactitud. Una forma de eliminar la variabilidad debida a este fenómeno de mezcla, es utilizar las concentraciones normalizadas, es decir referidas bien a un material de referencia que resulte adecuado para el sistema a estudiar, bien referidas a un elemento estable poco susceptible de ser modificado por procesos geoquímicos. A fin de integrar toda la información disponible acerca de la composición elemental del sedimento de Ribarroja, se ha realizado un análisis de componentes principales sobre las concentraciones de los elementos traza normalizados en relación al aluminio. Se ha escogido esta forma de normalización por cuanto el aluminio es un elemento que caracteriza bien el grado de meteorización de las arcillas (componente mayoritario del sedimento de Ribarroja), está en muy baja concentración en las rocas D26

95 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO calizas (el segundo componte del sedimento de Ribarroja) y se ve muy poco afectado por procesos de movilización química o biológica en las condiciones habituales de este embalse (ph siempre superior a 5). El análisis de componentes principales permite reducir el elevado numero de variables con que se trabaja (las concentraciones de cada uno de los 18 elementos traza analizados) a un número mucho menor (tres o cuatro) variables combinadas que integran a las anteriores y que pueden asociarse con los principales procesos que determinan la composición química del sedimento a estudiar. El análisis efectuado ha permitido extraer cuatro componentes principales que explican un 84 % de la varianza (Tabla D7), valores muy similares a los obtenidos en estudios geoquímicos similares. Componente % Varianza acumulada 4,1 67,9 76,3 83,7 Mo,787 Nb,941 Zr,897 Y,871 Sr,71 -,53 Rb,823 Th,632 Ga,913 Zn,877 W -,541 Cu,741 Ni,955 V,785 Ce,834 Co,761 Pb,92 Ba,588,546 Cr,663 -,611 Tabla D7. Porcentaje de la varianza explicada por las cuatro primeras componentes y factores de carga de los elementos normalizados sobre cada una de las componentes. Solo se dan los valores superiores a,5. La primera componente, que explica el 4% de la varianza observada, aparece determinada principalmente por la concentración de niobio (Nb), zirconio (Zr), ytrio (Y), plomo (Pb) y zinc (Zn), moderadamente determinada por las concentraciones de D27

96 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO vanadio (V) y cobalto (Co) y débilmente asociada a la concentración de bario (Ba) y cromo (Cr). La componente 1 aparece también estrechamente correlacionada con los cocientes elementales Si/Al, Fe/Al y Ca/Al (Figura D16). Figura D16. Correlaciones entre la componente principal 1 y los cocientes elementales Fe/Al. Ca/Al y Si/Al. N=71 Todos los elementos asociados a esta componente (con la excepción del bario, solo débilmente correlacionado con ella) se caracterizan por presentar concentraciones relativas al aluminio elevadas en las calizas dolomíticas y en la corteza terrestre, mientras que las arcillas terrígenas se encuentran relativamente empobrecidas en estos elementos. El empobrecimiento de Pb, Zn, V, Co y Cr en las arcillas es debido a su movilidad moderadamente elevada. En cambio el empobrecimiento en zirconio se debe precisamente a que este elemento solo se pierde de la roca por erosión física pero no por erosión química. A partir de estas consideraciones y de acuerdo con las correlaciones observadas con la composición D28

97 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO mayoritaria, en el sedimento de Ribarroja podemos interpretar la componente 1 como una estima del grado de alteración química de los materiales sedimentados, correspondiendo los valores mas elevados de la misma a aquellas estaciones que presentan un mayor porcentaje de materiales poco alterados, con una presencia significativa de cuarzo y caliza y menor proporción de arcillas. La variabilidad espacial del valor de la componente para el sedimento superficial concuerda con dicha interpretación, observándose los valores mas elevados en la zona de meandros (D, G, E, F, K) y los valores mínimos en las estaciones ubicadas en la presa y en la cola del embalse (A, C, P, M) (Figura D17). 3 PCA I J ML N A H O P B C F K E G PCA M L N J -3-4 D PA H O -1. B PCA 1 PCA A PCA M L O C P N H J B E D G -2 F -3 K PCA 1 Figura D17. Factores de carga para los tres primeros factores del análisis de componentes principales del sedimento superficial de Ribarroja. Para mayor claridad se ha ampliado el área central del gráfico que muestra los valores de las componentes 1 y 2 a fin de poder apreciar mejor las posiciones relativas de las distintas estaciones. La variación vertical de la componente 1 en las estaciones en que se realizaron perfiles detallados muestra una diferencia significativa entre la estación ubicada en el río Segre (B) y las ubicadas en la entrada del Matarraña y en la presa de Ribarroja (M, P) (Figura D18). Estas dos últimas presentan valores que, aunque aumentan en D29

98 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO profundidad, son siempre inferiores a los observados en el río Segre. Por otra parte, los valores más altos para la componente 1 aparecen en la estación G, mientras que las estaciones H y K presentan valores intermedios entre los del río Segre y el río Matarraña. La variación observada es compatible con un proceso de segregación de materiales a lo largo de su transporte por el embalse: en la zona del río Segre, el sedimento se encuentra formado por una mezcla de materiales altamente meteorizados y otros menos alterados. Estos últimos tiende a sedimentar en la zona de meandros, mientras que los materiales más alterados químicamente (y también más finos) se depositan principalmente en el tramo final del embalse. PCA 1 PCA 1-1, -,5,,5 1, -2,, 2, 4, 6, 5 5 Profundidad sedimento (cm) B M P 3 G H K Figura D18. Variación vertical de los factores de carga para la primera componente del análisis de componentes principales en las estaciones en que se realizó un análisis detallado en profundidad. La componente 2 que explica el 27,8% de la varianza está determinada fundamentalmente por la concentración de níquel (Ni), molibdeno (Mo), galio (Ga), rubidio (Rb) y cobre (Cu) y aparece negativamente correlacionada con la concentración de cromo. La componente 2 no se halla correlacionada significativamente con ninguno de los elementos mayoritarios, pero sí presenta una correlación significativa con la concentración de nitrógeno (Figura D19). El hecho de que níquel y cobre presenten concentraciones elevadas en el sedimento de Ribarroja, y su asociación con la concentración de nitrógeno sugiere que dicha componente se halla relacionada con un proceso de contaminación orgánica. Los metales de D3

99 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO 4 2 r =.26 p<.5 PCA ,5,1,15,2,25,3,35 Nitrógeno (%) Figura D19. Correlación entre la segunda componente del análisis de componentes principales y la concentración de nitrógeno en el sedimento. transición, entre ellos níquel y cobre, pueden forman coloides y agregados con arcillas y materia orgánica, lo que explicaría las relaciones observadas. El molibdeno es un elemento escaso que aparece con frecuencia asociado al níquel, por lo que la asociación con la componente 2 no resulta extraña. La interpretación de los resultados relativos a galio y rubidio es menos evidente. No se trata de contaminantes frecuentes y de hecho la concentración de galio en el sedimento de Ribarroja es del mismo orden que la observada en la corteza terrestre o en arcillas terrígenas. En cambio, sí que se observa un enriquecimiento significativo del sedimento de Ribarroja en rubidio, cuya concentración media es claramente superior a la propia de calizas y sedimentos terrígenos (114 g.g -1 frente a g.g -1 respectivamente). El rubidio es un elemento móvil que tiende a encontrarse en mayor proporción en la fase disuelta, sin embargo también se ha descrito en ciertos casos un enriquecimiento relativo en este elemento por su mayor afinidad de adsorción sobre arcillas, en donde desplaza a elementos de menor masa atómica (como por ejemplo potasio). Por todo ello, la componente 2 podría describir básicamente el proceso de formación de complejos entre arcillas-materia orgánica-metales. En este sentido, cabe destacar que la correlación negativa que presenta el cromo con la componente 2 indica que en Ribarroja, los elevados niveles de cromo presentes estarían principalmente ligados a formas inorgánicas. La variabilidad espacial en el sedimento superficial muestra que las estaciones con un mayor valor para esta componente son las ubicadas en la zona central, en especial las estaciones F, K y I, mientras que los menores valores aparecen en las estaciones próximas a la cola C y D (Figura D17). El estudio de la D31

100 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO 1,5 B6 1, B8 B3 B7 B9 M5 M7 B1 M9M11,5 B4 M6 M8 B5 M3 PCA 2, -,5 M14 M15 M16 M17 M12 M13 M2 P1 P8 P9P7 M1 P14 P5 P13 M1 P12 P11 P1-1, B1 B11 P6-1,5-1,5-1, -,5,,5 1, 1,5 2, PCA 3 2, 1,5 K1 1, H1 G7 PCA 2,5, H8 H6 H5 H7 H9 K5 K6 G6 K7 K9 -,5 H1 K8-1, G1-1, PCA 3 Figura D2. Valor de las componentes 2 y 3 para las muestras de distintas profundidades en las estaciones en que se realizaron perfiles verticales detallados. Para mayor claridad se han representando en dos gráficos distintos. La letra y el color indican la estación, el número indica la profundidad. G5 G8 D32

101 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO variación vertical en las estaciones con perfiles verticales detallados muestra que en la estación B, pese a que en superficie presenta valores bajos, a partir de 3 cm de profundidad los valores de la componente 2 son muy elevados. Además, puede constatarse una disminución progresiva de dichos valores en dirección a la presa de Ribarroja, con los mínimos valores globales en la estación P (Figura D2). Asimismo, destaca el hecho de que pese al elevado valor observado en la superficie en la estación K, el sedimento subsuperficial en dicha estación presenta valores inferiores, menores a los que se dan en el río Segre. Ello indica que globalmente se produce una disminución gradual aguas debajo de la presencia de metales asociados a materia orgánica y arcilla, que serían más abundantes en la masa de sedimentos presentes en el río Segre. En cuanto a la presencia mayoritaria en la superficie de la estación K, se requiere más información para su interpretación precisa, aunque podría estar relacionada con la acumulación transitoria de materiales orgánicos en este tramo del río (debido a las modificaciones hidrodinámicas que introduce el propio trazado del cauce). Las componentes 3 y 4, que explican respectivamente un 8,4 y 7,4 % de la varianza, son de interpretación más compleja y parecen estar relacionadas con la mineralogía de la cuenca. Los elementos que definen ambas componentes, wolframio, torio y cerio, son muy minoritarios y se encuentran a niveles muy bajos en el sedimento de Ribarroja. El peso (negativo) de la concentración de estroncio con la componente 3 sugiere que se halla relacionada con la naturaleza de los carbonatos presentes (que son materiales con bajas concentraciones de torio). Lo más destacable es que la componente 3 es la única que permite separar la estación A ubicada en la cola del embalse, de la estación P ubicada en la presa (Figura D17). Pese a su ubicación en los extremos del embalse, estas dos estaciones apenas muestran diferencias significativas en cuanto a composición mayoritaria o minoritaria, y en consecuencia muestran valores muy similares para las componentes 1 y 2. Las diferencias relativas a la componente 3 indican que la única diferencia importante entre el sedimento de ambas estaciones afecta a la naturaleza de los carbonatos presentes, con una mayor menor proporción de estroncio y mayor contenido en torio en la estación A. La variación vertical de la componente 3 es generalmente mucho más acusada que las diferencias entre estaciones superficiales, aunque no se puede observar un patrón claro de variación en relación a la profundidad (Figura D2). D33

102 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO D4. COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL SEDIMENTO SUPERFICIAL: AGUA INTERSTICIAL El agua intersticial, la fase líquida del sedimento, vehicula el transporte de materiales entre la fase sólida y la masa de agua. La concentración de substancias disueltas en el agua intersticial depende tanto de factores biológicos como de procesos químicos de adsorción-desorción o precipitación-redisolución, que a su vez se ven determinados por el entorno químico (ph, potencial redox, concentración de oxígeno, salinidad, etc). Por ello, la concentración de solutos en el agua intersticial puede variar notablemente a lo largo del año, y, en consecuencia, los valores puntuales deben ser considerados con precaución. En este sentido, cabe destacar que las muestras analizadas para este estudio corresponden a un periodo de mezcla total, con oxigenación de la interfase agua-sedimento y que los valores de carbono y nitrógeno superficial indican una acumulación moderada-baja de materia orgánica. Por ello, estas concentraciones son una estima de los valores mínimos, que podrían alcanzar valores muy superiores durante episodios de anoxia o bien por acumulación superficial del materia orgánica resultado de la sedimentación de proliferaciones fitoplantónicas. El análisis de agua intersticial se ha realizado en aquellas estaciones en las que se examinó el perfil detallado de variación vertical: río Segre (B), meandros (G, H, K), río Matarraña (M) y presa de Ribarroja (P). Se ha prestado especial atención a aquellos elementos cuya presencia en el agua puede determinar efectos negativos: fosfato, por su implicación en el fenómeno de eutrofización y metales pesados que pueden resultar tóxicos incluso a baja concentración. D4. 1. Fósforo La concentración de fósforo reactivo soluble (SRP) muestra siempre un claro gradiente de concentración en la dirección agua-sedimento, lo que implica la existencia de un flujo positivo desde el sedimento hacia el agua, que es máximo en la estación K donde dicho gradiente es mas acusado. Paralelamente, la concentración de fósforo en el agua inmediatamente en contacto con el sedimento alcanza su máximo valor en dicha estación (Figura D21). En la mayoría de las estaciones estudiadas el fósforo reactivo soluble muestra la máxima concentración en el sedimento superficial ( a 1 cm), con la excepción de las estaciones G y H en las que la máxima concentración aparece entre 2 y 5-6 cm (Figura D21). La existencia de máximos superficiales debe asociarse a la actividad descomponedora que libera fósforo disuelto a partir de la materia orgánica. La existen- D34

103 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO PRS -4, 2, 4, 6, A B C D E F G H I J K L M N O P Figura D21. Concentración de fósforo reactivo soluble en el agua profunda del embalse (gráfico superior) y en el agua intersticial de las estaciones en las que se analizaron perfiles verticales de sedimento detallados (a la derecha). La profundidad cero corresponde a la interfase agua sedimento. Profundidades negativas corresponden a la masa de agua. Concentraciones en µmol.l -1 Profundidad (cm) B G H K M P cia de condiciones reductoras también conduce a una liberación de fósforo desde la fase sólida al agua intersticial, pero en este caso la máxima concentración debería aparece a niveles subsuperficiales (ya que la superficie del sedimento era en todas las estaciones aeróbica). Los máximos superficiales observados son también coherentes con una cierta saturación de fósforo en la fase sólida del sedimento ya comentada en el capítulo 3.B. Cuando las formas metálicas se encuentran ya saturadas, el fosfato liberado a partir de la materia orgánica no puede incorporarse a la fase sólida aun en condiciones oxidantes y es liberado hacia la masa de agua. Con todo, cabe destacar que las concentraciones de fósforo observadas son relativamente bajas y concuerdan con tasas de descomposición moderadas, resultado de la presencia también moderada de materia orgánica. La máxima tasa de descomposición aparece en la superficie de la estación K, lo que concuerda con el análisis de componentes principales tratado en el apartado 3.D. D4.2. Metales pesados En la tabla D8 se da la concentración media de metales pesados en el agua intersticial de las diversas estaciones muestreadas. Como referencia se dan los valores recomendados por la Agencia de Protección Ambiental Americana (USEPA). Como puede observarse las concentraciones de zinc, plomo y cobre exceden las concentraciones recomendadas, mientras que cromo y níquel (que son los elementos que presentan una concentración en fase sólida superior a los criterios de calidad) presentan concentración en disolución por debajo del criterio recomendado. D35

104 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO Zn Cr Pb Cu Ni Media Sd Media Sd Media Sd Media Sd Media Sd B 385,8 138,6 18,6 3,6 6,5 2,1 44,4 17,2 12,1 2, G 36, 153,3 2,3 3,4 9,1 4,3 33,6 15,4 14,5 5,8 H 73,6 811,2 16,4 2,2 6,2 7, 37, 1,4 12, 3,1 K 954, , 3,1 113,1 53,3 35,5 6,6 15,7 2,2 M 495, 99,6 18,7 2,7 16,2 54,4 32,3 13,6 17, 4,2 P 614,9 182,9 19,1 2,2 9,2 5,6 25,1 14,1 17,5 3,2 Ref , Tabla D8. Concentración media y desviación estándar de la metales disueltos en el perfil vertical de agua intersticial en las estaciones en que se realizó un análisis detallado en profundidad. Ref Criterio de calidad utilizado como referencia por la Agencia Americana de Protección Ambiental (USEPA, 26). Concentraciones en µg.l -1. Debe tenerse en cuenta que una elevada concentración en el agua intersticial puede ser debida en parte al reducido volumen de la misma, y que el flujo hacia el agua representa magnitudes muy inferiores. Aun así, la concentración en el agua intersticial afecta significativamente a la fauna del sedimento (anfípodos, oligoquetos, etc) y a partir de estos organismos puede transferirse al resto de la red trófica. En lo referente a la variabilidad de las concentraciones de metales disueltos a lo largo del embalse, cabe destacar la mayor concentración de zinc y cromo en la estación K. Pese a que la concentración de las formas sólidas de estos elementos no presenta los máximos valores (ni en términos absolutos, ni en términos normalizados) en dicha estación, la condiciones que se dan en ella (presencia de materia orgánica, presencia de complejos orgánico-metálicos) parecen favorecer la disolución de zinc y cromo, sugiriendo que las formas metálicas presentes son la de mayor facilidad de movilización. En cambio para el caso del cobre, la mayor concentración se observa en el río Segre disminuyendo después gradualmente en dirección hacia la presa de Ribarroja. También cabe destacar el brusco incremento en la concentración de plomo a partir de la estación K. Mientras que en la zona superior del embalse (B, G, H) las concentraciones de este elemento son bajas y sobrepasan poco el criterio de calidad, en la estación K, la concentración se multiplica por un factor superior a 1, disminuyendo después ligeramente en dirección hacia la presa de Ribarroja, pero sin recuperar los niveles de la cola. El comportamiento del plomo en disolución no tiene correspondencia con la concentración de plomo en la fase sólida, que muestra valores muy bajos y cuya distribución horizontal esta en concordancia con la segregación de materiales debida a transporte y sedimentación (apartado 3.C). Ello indica la existencia de un foco puntual de contaminación por plomo en una fase móvil ubicado entre las D36

105 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO estaciones H y K. Dicho foco puntual podría estar en relación con una mayor presencia de embarcaciones (o con su sistema de operar) ya que una de las principales fuentes de contaminación puntual de este elemento esta asociada al uso de combustibles. Ni Profundidad B G H 12 K M P Cu Profundidad B G H K M P Figura D22. Concentración de níquel y cobre disuelto en el agua intersticial de las estaciones en las que se analizaron perfiles verticales detallados de sedimento. Concentraciones en µg.l -1 La variabilidad vertical de la concentración de metales pesados dentro de una misma estación refleja los procesos biogequímicos que gobiernan su concentración. Elementos como el níquel, que son más solubles en condiciones reductoras, tienden a D37

106 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO Zn Profundidad B G H 12 K M P Cr Profundidad B G H K M P Figura D23. Concentración de zinc y cromo disuelto en el agua intersticial de las estaciones en las que se analizaron perfiles verticales detallados de sedimento. Concentraciones en µg.l -1 presentar un acusado aumento con la profundidad. En condiciones de mezcla, cuando la superficie del sedimento se encuentra oxidada, el flujo desde el sedimento hacia el agua se ve minimizado por la insolubilización de estos metales en la interfase. Sin embargo, en caso de producirse condiciones de anoxia, el flujo de níquel desde el sedimento hacia el agua podría aumentar considerablemente. Otros elementos, como el cobre, presentan el comportamiento opuesto siendo más solubles en condiciones oxidantes, mientras que en condiciones reductoras forman compuestos D38

107 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO altamente insolubles en especial en presencia de sulfuros. En este caso, la concentración tiende a disminuir acusadamente con la profundidad observándose las máximas concentraciones a nivel superficial. La variación vertical de cobre y níquel en el agua intersticial del sedimento de Ribarroja se ajusta claramente al comportamiento previsto en función de las características químicas de estos elementos (Figura D22). El comportamiento de zinc y cromo en el embalse de Ribarroja no se ajusta a ninguno de los dos modelos precedentes. El cromo muestra una distribución bastante uniforme en profundidad con un coeficiente de variación muy reducido (Figura D23; tabla D8) lo que implica que en Ribarroja la dinámica de este elemento no depende de condiciones de oxido-reducción, ni está asociado a la materia orgánica. En el caso del zinc, su variabilidad vertical es parecida a la del fósforo, con un máximo superficial o subsuperficial (-1, 1-2 cm) y concentraciones relativamente constantes por debajo de dicha profundidad. Ello parece indicar que la movilización de este elemento (aunque no su acumulación en la fase sólida) se encuentra asociada a la descomposición de la materia orgánica, sea porque procede de ella, sea porque el proceso de descomposición determina las condiciones óptimas para la disolución y/o desorción de zinc. D39

108 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO D5. RESUMEN: HETEROGENEIDAD ESPACIAL En términos generales, el sedimento de Ribarroja es relativamente homogéneo, de textura limo-arcillosa y formado por una mezcla de silicatos meteorizados y carbonatos. Aunque existen diferencias importantes en cuanto a la cantidad de sedimento acumulado en distintas áreas del embalse, en conjunto no existen grandes diferencias de tipo cualitativo o en cuanto a la estructura física del sedimento, lo que indica que la procedencia de éste es la misma en todo el embalse. Ahora bien, el análisis detallado de la composición mayoritaria y minoritaria combinado con el estudio detallado de la estructura física permite distinguir distintas áreas sedimentarias en el embalse, que reflejan un proceso de sedimentación selectiva a lo largo del embalse y causan cierta heterogeneidad espacial del sedimento. A modo de resumen, se describen a continuación dichas áreas destacando sus características más relevantes. Tramo superior A B D C E F G Figura D24. Tramo superior del embalse de Ribarroja En el tramo superior se localiza una gran acumulación de sedimento procedente en su mayor parte de los aportes del río Segre. Desde el punto de vista cualitativo se pueden distinguir en esta zona dos áreas claramente diferenciadas: la primera corresponde al área anterior a la entrada del río Segre (estación A) próxima a la presa de Mequinenza. En esta zona, el sedimento, que podría proceder D4

109 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO fundamentalmente del embalse de Mequinenza, se caracteriza por una mezcla de materiales muy finos, con una contribución mayoritaria de materiales muy alterados y escasa presencia de materia orgánica y metales asociados. No obstante, al no encontrarse la fracción fina diluida por la presencia de materiales de mayor tamaño, la concentración (por unidad de peso seco) de algunos metales como el níquel resulta relativamente elevada. En el río Segre (estación B), el sedimento muestra diversas características diferenciales. Está formado por una mezcla de materiales, siendo la fracción mayoritaria los limos, pero también se encuentran arcillas altamente meteorizadas y arenas poco alteradas. Además, una parte substancial de los limos corresponde a materiales de menor tamaño (arcillas) cohesionados por la presencia de materia orgánica que se encuentra en cantidades moderadas. Paralelamente a la presencia de este tipo de materia orgánica, el sedimento presenta una concentración relativamente elevada de metales, cobre, níquel y zinc, especialmente en la capa subsuperficial (por debajo de los 4 cm de profundidad). El sedimento de la zona del embalse comprendida entre la entrada del río Segre y la estación G presenta características compatibles con la sedimentación diferencial de materiales de naturaleza similar al sedimento del río Segre. Mientras que en la zona próxima a la entrada del río (estación C) predominan materiales más meteorizados, a medida que avanza el frente de sedimento los materiales menos alterados se hacen más abundantes. Los materiales menos cohesionados, arenas y partículas muy finas, son transportados con mayor facilidad, apareciendo en mayor proporción en la zona frontal de la lengua de sedimento (estación G) y en la zona litoral (estación D). En estas zonas, el sedimento aparece formado por un mezcla heterogénea de materiales, con una baja proporción de limos y una proporción variable de materia orgánica, mayor en la estación más avanzada (G). En ambas áreas, la materia orgánica no aparece asociada a la fracción arcillosa y paralelamente, las concentraciones de metales contaminantes son bajas. Tramo intermedio La zona intermedia del embalse (Figura D25) presenta, en conjunto, características bastante homogéneas. Se trata de sedimentos de textura limo-arcillosa, en los que los materiales dominantes son los de menor tamaño. La materia orgánica se encuentra asociada a la fracción limosa y su concentración aumenta aguas abajo, observándose las mayores concentraciones de nutrientes en esta zona en la estación D41

110 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO K. Los niveles de concentración de metales son moderados, con valores intermedios entre los observados en el río Segre y en el frente de avance (estación G). Sin embargo, la estación J muestra características muy distintas a las del tramo y parecidas a las de la estación litoral D. Al igual que H en ésta, el sedimento de la estación J presenta una mezcla heterogénea de arcillas, arenas y un bajo I porcentaje de limos; la materia orgánica no aparece asociada a arcillas, pero la concentración de de C, N y J P es muy superior a la observada en la estación litoral del tramo superior. Del mismo modo, la concentración de metales en la estación J, aunque inferior a la del K resto del tramo medio en consonancia con la menor proporción de la fracción limosa, es claramente superior a la de la estación D. Figura D25. Tramo intermedio del embalse de Ribarroja Tramo inferior El tramo inferior del embalse, desde poco antes de la entrada de río Matarraña hasta la presa de Ribarroja, presenta unas características sumamente homogéneas. Como en el tramo intermedio, el sedimento se caracteriza por una textura limo-arcillosa, pero aunque la proporción de limos se mantiene similar a la del tramo anterior, incrementa ligeramente la proporción de materiales muy finos. En cuanto a la composición mayoritaria, se ajusta a la de materiales muy meteorizados. Figura D26. Tramo inferior del embalse de Ribarroja. D42

111 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO La entrada del río Matarraña afecta muy poco a la composición del sedimento ubicado aguas abajo y tan solo se manifiesta por un ligero incremento en la asimetría de la distribución del tamaño de partículas tras la entrada del río. Al igual que en el tramo intermedio, una parte de la materia orgánica se encuentra asociada a partículas muy finas. Destaca el incremento gradual en la concentración de nutrientes, nitrógeno y fósforo en el sedimento en la dirección del flujo de agua, alcanzándose las mayores concentraciones poco antes de la presa de Ribarroja (estaciones O y P). La elevada proporción de limos y materia orgánica es paralela a una mayor concentración de metales como níquel, cobre y zinc que presentan concentraciones por unidad de peso seco similares o superiores a las observadas en el río Segre. No obstante, si se tiene en cuenta la menor presencia de material grueso en el tramo final del embalse en relación al río Segre, la concentración de metales en el sedimento del tramo final es ligeramente inferior a la detectada en el río. D43

112 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO ANEXO: METODOLOGIA DE MUESTREO Las muestras de sedimento se recolectaron los días 7 y 8 de abril del 28. Las 16 estaciones de muestreo, seleccionadas a partir de la información proporcionada por la batimetría de precisión (ver apartado 1.A), se ubicaron mediante la utilización de un sistema de posicionamiento global (GPS) de forma que la toma de muestras se correspondiera exactamente con la información batimétrica. En todos los puntos de muestreo se recogió sedimento superficial mediante una draga tipo Lenz de 4 cm 2 de área (Figura D27). En siete estaciones de muestreo (Tabla D9) en las que se extrajo suficiente profundidad de sedimento, las muestras se subdividieron in situ, cada 4 cm de profundidad a fin de obtener una estima de la variablidad en profundidad. Además, en seis estaciones previamente seleccionadas para ser representativas de los distintos ambientes sedimentarios del embalse, se recogió sedimento mediante un muestreador de cores de 5.8 cm de diámetro (Figura D27 Tabla D9). Figura D27. Material utilizado para la obtención de muestras de sedimento. Arriba: draga tipo Lenz; A la derecha muestreador de cores. In situ, las submuestras obtenidas de las dragas fueron repartidas en tres alícuotas, guardadas en frascos y/o bolsas de PVC y conservadas en frio hasta su análisis en el laboratorio. También in situ, los cores obtenidos fueron subdivididos en secciones de 1 cm de profundidad entre y 8 cm y de 2 cm de profundidad entre 8 cm y la altura máxima obtenida (Figura D28). Las submuestras obtenidas fueron D44

113 CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO guardadas inmediatamente en bolsas herméticas de PVC de las que se eliminó el aire para evitar la posible oxidación de la muestra y conservadas en frio hasta su llegada al laboratorio. Figura D28. Obtención de submuestras de los cores. A la derecha se observa la separación de la fase sólida y liquida de las submuestras que permite la obtención de agua intersticial Estación Draga a 4 cm Draga 4-8 cm Draga 8-12 cm Profundidad màxima core cm A Si B Si Si Si 17 C Si Si D Si E Si F Si Si G Si 8 H Si 14 I Si Si J Si K Si 8 L Si Si Si M Si Si Si 3 N Si O Si Si P Si 22 Tabla D9. Submuestras obtenidas en las distintas estaciones de muestreo. En todos los casos se obtuvieron muestras superficiales con la draga. Se indica también las estaciones en las que se tomaron submuestras a distinta profundidad con la draga (recuadrado en verde) y la profundidad de los cores en las estaciones en se muestreó con esta técnica (recuadro amarillo). D45