Taller Internacional ISI/GEST/UNESCO- UNIVERSIDAD DE TALCA CONAPHI-CHILE. 18-19 NOVIEMBRE 2009 CONTENIDO Áreas de aplicación Sistema corrector de una cuenca Técnicas de ingeniería en: Restauración Hidrológico Forestal Restauración de ríos y riberas La Restauración Hidrológico Forestal, como herramienta de disminución de la producción de sedimentos. Hidrología periurbana José Luis García Rodríguez. E.T.S.Ingenieros de Montes. U.P.M Escenarios de trabajo El 27% de la superficie terrestre puede considerarse como perteneciente a regiones de montaña, estando presentes en todos los continentes. Se estima que el 10% de la población mundial habita laderas de alta montaña, mientras que el 40% ocupa las zonas adyacentes de las cuencas medias y bajas (FAO, 2000). Consecuentemente, la mitad de la población mundial depende, directa o indirectamente, de los recursos y de la estabilidad social y ecológica de los ecosistemas de montaña y de sus cuencas.
El flujo hídrico es uno de los que hace mas patente la dependencia socio ambiental respecto de los ecosistemas montanos El 30% de la UE de los 15 es montañoso, estando ocupado por 30 millones de habitantes. En Italia, Grecia, Austria, Portugal y España la montaña representa más del 50% de su superficie. En España el 57,7 del territorio se sitúa sobre 600m y el 18,45 tiene cotas mayores. La relevancia de la aportación de las áreas de montaña a los recursos hídricos mundiales es absolutamente determinante, como han puesto de manifiesto diferentes estudios como Viviroli et al (2003) constatando que el 63% de la aportación hídrica anual de 19 grandes cuencas de 4 continentes se generaba en áreas de montaña, aunque en dichas áreas únicamente representaban el 32% de las cuencas. Consiguientemente el caudal específico (caudal por unidad de superficie) de las áreas de montaña cuadruplicaba al de las áreas de llanura. El régimen hidrológico de los ríos de montaña es acusadamente estacional, sobre todo debido a la fusión nival o glacial, lo que conlleva la regulación natural de la escorrentía al diferir la respuesta a las precipitaciones invernales a primavera y verano. Este efecto regulador tiene mayor preponderancia en las regiones de clima árido y semiárido que en el clima húmedo. En algunas cuencas del primer tipo de clima árido, durante ciertos meses del año la práctica totalidad del agua que circula por sus cauces en sus zonas de llanura tiene su origen en la montaña. El flujo de sedimentos que emiten las cuencas a los océanos también refleja la preponderancia del medio montano sobre el llano, como establecen Milliman y Syvitki (1992) al analizar 280 ríos de varios continentes y hallar que el 80% de la carga anual de sedimentos se origina en la zona de montaña de tales cuencas que no supera el 20% de su superficie total
Río de montaña Inmediato. Todo aquel curso de agua natural, perenne o intermitente, que discurra por una región considerada como de montaña Criterio de la pendiente longitudinal Según Jarrett (1990) un río de montaña sería todo aquel que, en la mayor parte de su trazado, tiene una pendiente longitudinal igual o superior al 0,2% Regímen hidrológico, geomorfología fluvial, la hidráulica y la biología Los ríos montanos se caracterizan por un régimen hidrológico acusadamente estacional y de elevada variabilidad espacial y temporal de la escorrentía; pendientes pronunciadas del cauce; sedimentos de calibre grueso que dan lugar a una gran resistencia del flujo ; morfología del cauce de gran variabilidad espacial pero reducida variación temporal; gran sensibilidad erosiva a perturbaciones de escala de cuenca (p.e. incendios, usos del suelo, ) y zonificación longitudinal de la biota acuática y riparia (Wohl, 2000) Torrente > 6% Ribera torrencial 1,5 % 6 % Rio < 1,5 % Meunier Rio Cinca Cuenca del Torrente de Sahún (Huesca) Sahún
Torrentes, ramblas, arroyos,..., en el ámbito mediterráneo Rodas (Grecia) Junio 2006 TIPO PENDIENTE (%) MORFOLOGIA RIO < 1,5 Cauce divagante en valles anchos RIO TORRENCIAL 1,5 < s < 6 Cauce poco o nada divagante en valles estrechos HIDROGRAMA Grandes volúmenes de agua y duración prolongada Volúmenes moderados y crecidas cortas TORRENTE > 6 Cauces rectos en valles fuertemente encajados y cortos Pequeño volumen y crecidas súbitas Objetivo general: Corrección de una Cuenca Objetivo específicos Control de la erosión Provisión hídrica Control de las avenidas Incidencia en la cuenca vertiente Mejorar el comportamiento hidrológico Influencia en los cauces y efluentes Bases de la Restauración Relieve Silvicultura Componentes hidrológicos Precip. extremas máximas Caudales máximos Fenómeno torrencial. Caudales líquidos Vegetación Suelo Clima Situación actual de la vegetación Necesidades hídricas Incidencia en la cuenca Conocimientos legales asociados a la Hidrología Conocimiento de la situación Descripción de la cuenca El análisis origina alternativas El fenómeno del geodinamismo torrencial en la cuenca Ordenación Agrohidrológica Elección de alternativas Selección de tecnologías y su aplicación Técnicas selvícolas P.R.H.F. Técnicas auxiliares Infraestructuras Hidrotecnias
Versión clásica. TRAGSA Estudio descriptivo del medio En América el estudio socioeconómico es muy importante a la hora de planificar en Hidrología ORDENACION AGROHIDROLOGICA DE LA CUENCA Elección de alternativas Selección de tecnologías y su aplicación RESTAURACION HIDROLOGICO FORESTAL Acciones biológicas Forestación Reforestación Técnicas de bioingeniería Cambio de uso con el fin de lograr menor erosión hídrica Mejora de la infiltración del suelo Disminución de la escorrentía directa Preparaciones del terreno con fines de reforestación En laderas Prácticas de conservación de suelos agrícolas y forestales Cultivo a nivel Fajas Terrazas Drenajes Preparaciones del terreno Control de la erosión laminar y en regueros Control de la humedad del suelo Control de movimientos en masa (deslizamientos rotacionales) Pequeñas obras transversales Albarradas Palizadas Fajinas Drenajes en pistas forestales Control de cárcavas Control de erosión remontante Control erosión post-incendio
Paisaje forestal de la cabecera de una cuenca con procesos de desrtificaciónfuente: E. de Simón. Ecología. 1990 1. Azada mecánica 2. Ahoyador autónomo 3. Retroexcavadora construyendo banquetas 4. Detalle de construcción de banquetas 5. Ahoyador portado por tractor con orugas Paisaje forestal de la cabecera de una cuenca con procesos de desrtificaciónfuente: E. de Simón. Ecología. 1990 Proyecto de investigación en los Montes de Málaga 1994
Microcuencas Proyecto de investigación en Puebla de Valles (Guadalajara) Montes Francos de Urnieta (Gipuzkoa)
Diversas actuaciones en cuencas. Drenajes en pistas forestales en Klosters (Suiza). Mayo 2008
Estudio de los deslizamientos rotacionales y el anclaje que proporciona la vegetación
EFECTOS HIDROLÓGICOS DE LA CUBIERTA FORESTAL CUBIERTA AÉREA Reducción de la energía cinética de la lluvia Reducción de la energía cinética de la lluvia Reducción de la erosión por salpicadura (splash erosion) Reducción de la precipitación que alcanza el suelo como consecuencia de la evaporación de la lluvia interceptada Reducción de la fragmentación de los agregados del suelo y, consiguientemente, reducción de finos capaces de obstruir los poros superficiales. En zonas con nieblas frecuentes, incremento del volumen de agua que alcanza el suelo (precipitación horizontal). Reducción de la compactación superficial Los dos últimos aspectos se traducen en una reducción significativa del sellado superficial que se manifiesta en el mantenimiento de una tasa alta de infiltración y, por tanto, en una reducción de la escorrentía superficial CUBIERTA VIVA O MUERTA EN CONTACTO CON EL SUELO Reducción de la energía cinética de la lluvia Aumento de la resistencia a la circulación del flujo Favorece la retención superficial del agua La materia orgánica permite la formación de agregados estables en el suelo reduciéndose así su erodibilidad CUBIERTA VIVA O MUERTA EN CONTACTO CON EL SUELO Reducción de la energía cinética de la lluvia En este caso, al no haber altura efectiva de goteo, la reducción es prácticamente del 100%, con lo que los efectos señalados anteriormente para la cubierta aérea se manifiestan aquí de manera absoluta. Aumento de la resistencia a la circulación del flujo La escorrentía superficial encuentra en este tipo de cubierta en contacto con el suelo una gran resistencia, disipando gran cantidad de energía, reduciéndose la erosión por escorrentía. Reducción de la circulación en línea de máxima pendiente. Esta cubierta se manifiesta también como un obstáculo físico que impide que el agua circule en línea de máxima pendiente. De esta forma, la energía potencial que define el relieve la incorpora al flujo de manera mucho más paulatina y la velocidad con la que circula el agua es menor. La combinación de los dos últimos efectos se traduce en una reducción de la capacidad erosiva y de transporte del flujo y en un incremento del tiempo de circulación de la escorrentía Favorece la retención superficial del agua Esa multitud de microembalses, además de aumentar el tiempo de contacto del agua con el suelo e incrementar así el volumen infiltrado, pueden tener un efecto de laminación significativo. La materia orgánica permite la formación de agregados estables en el suelo reduciéndose así su erodibilidad
SISTEMAS RADICALES Aumentan la tasa de infiltración Aumentan la estabilidad del suelo como consecuencia del efecto mecánico de sujeción, limitando así la formación de regueros y, en su caso, controlando su progresión en anchura y profundidad Reducen la humedad del suelo (transpiración) Contribuyen a mantener su capacidad de infiltración Reduce el volumen de recursos hídricos Mantiene la calidad del agua (control de nutrientes) REDUCCIÓN DE LA ESCORRENTÍA SUPERFICIAL AUMENTO DE LA ESCORRENTÍA SUBSUPERFICIAL AUMENTO DE LA PERCOLACIÓN AUMENTO DEL TIEMPO DE CONCENTRACIÓN AUMENTO DE LA EVAPOTRANSPIRACIÓN REDUCCIÓN DE LA ERODIBILIDAD DEL SUELO Y DE LA CAPACIDAD EROSIVA Y DE TRANSPORTE DE LA ESCORRENTÍA SUPERFICIAL MEJORA DE LA CALIDAD DEL AGUA, ESPECIALMENTE POR EL CONTROL DE LA CONCENTRACIÓN DE NUTRIENTES Y MATERIA EN SUSPENSIÓN Reducción de caudales máximos. Reducción de las tasas de crecida y defluencia de los hidrogramas Estos efectos son significativos para períodos de retorno moderados. Para períodos de retorno alto (>100 años) los efectos se atenúan ostensiblemente Aumento de los caudales base. Este efecto sobre el caudal base de estiaje no es generalizable, pudiendo, en algunos casos, reducirlo. Supone una reducción en términos absolutos de los recursos hídricos, pero la regulación inducida hace más fácil su aprovechamiento ambiental y social Reducción de los procesos de erosión Mantenimiento de los ecosistemas vinculados al agua Reducción de los costes de tratamiento TODOS ESTOS EFECTOS ESTÁN CONDICIONADOS, ENTRE OTROS, POR LA SIGUIENTES CARACTERÍSTICAS DE LA CUBIERTA FORESTAL: COMPOSICIÓN ESTRUCTURA EDAD DENSIDAD DISTRIBUCIÓN ESPACIAL ES NECESARIO CONSIDERAR CRITERIOS HIDROLÓGICOS EN LA GESTIÓN DE LA CUBIERTA FORESTAL, Y LA GESTIÓN DE ESA CUBIERTA EN LA DE LOS RECURSOS HÍDRICOS EFECTOS HIDROLÓGICOS DE LOS DIQUES EN LOS PROYECTOS DE RESTAURACIÓN HIDROLÓGICO-FORESTAL Efectos sobre el comportamiento hidráulico de la corriente. Aguas arriba del dique Aguas abajo del dique Efectos funcionales. Efectos sobre infraestructuras. Efectos ambientales
Efectos sobre el comportamiento hidráulico de la corriente. Aguas arriba del dique: Depósito de sedimentos. Elevación del lecho del cauce, ensanchamiento de la sección y reducción de la pendiente Almacenamiento de agua, Aguas abajo del dique: Entrega al cauce de un flujo que recupera parte de su energía cinética original otra parte es disipada por la correspondiente estructura a pie del dique-, y con alta capacidad erosiva y de transporte al tratarse de aguas parcial o totalmente libres de sedimentos. Dique de cierre en el Tte. Arás. Biescas (Huesca) Disipadores de energía Fuente: H. Chanson
Efectos de las lluvias torrenciales en Klosters (Suiza)
. Retención de sedimentos. Consolidación de laderas inestables. Laminación de avenidas. Recarga de acuíferos. Control de aludes. Efectos funcionales Efectos sobre infraestructuras. Defensa de puentes, drenajes y encauzamientos Los diques situados aguas arriba de estas obras evitan la acumulación de materiales arrastrados por la corriente que pueden ocasionarla reducción de la sección efectiva del cauce. De esta forma mantienen la operatividad de estas obras para el rango de caudales para las que fueron diseñadas. Los diques situados aguas abajo de puentes evitan, gracias al aterramiento que inducen en su vaso, el descalce de la cimentación de pilas y estribos Prolongación de la vida útil de embalses al reducir la tasa de materiales bien directamente vertidos sobre el vaso del embalse bien a través del cauce principal en la cola del mismo. Os de Civis (Lleida) Introducir las dos fotos de Os de Civis Fuente: José Hernández Alvarez.
Efectos sobre núcleos de población. Los efectos combinados de retención de sedimentos y laminación de hidrogramas reducen los riesgos de inundación en los núcleos de población situados inmediatamente aguas abajo de los diques. Efectos ambientales Estas obras alteran la dinámica geomorfológica de los barrancos, torrentes y ramblas en las que se asientan. Es imprescindible considerar esos efectos para diseñarlas de manera que esa afección sea mínima y compatible con los objetivos de las obras. En el caso de que se ejecuten sobre cauces con flujos casi permanentes, deben adoptarse las medidas necesarias para hacerlas permeables a la fauna que utiliza esas aguas. SINTESIS Disminuir, anular o al menos controlar los procesos de transporte sólido y de erosión en el lecho y sus márgenes. Consolidar laderas inestables CON UN DISEÑO ADECUADO, CONSIDERANDO EL EFECTO QUE SE DESEE POTENCIAR, LOS DIQUES PERMITEN: Contribuir a la laminación de avenidas Recargar acuíferos en zonas áridas y semiáridas. Retrasar el tiempo al pico de avenidas en el caso de sucesivas obras en el lecho. Fijar del perfil longitudinal en las distintas secciones transversales, actuando como estabilizadores del cauce Reducir riesgos provocados por aludes y avalanchas en zonas de alta montaña Reducir los efectos negativos que la erosión del lecho, depósito de sedimentos y avenidas tienen sobre núcleos de población, infraestructuras hidráulicas y vías de comunicación. Limitar las tasas de sólidos aportados a embalses, prolongando así su vida útil Soluciones de la bioingeniería en ríos y riberas
Malla geotextil y estaquillas - taludes de todos los tamaños. - Materiales biodegradables. Biorrollos - Sujección y desarrollo de plantas acuáticas. - Sujección de suelo. Acotado de orillas al ganado - Solución consensuada. Diques verdes. - Elevan la lámina de agua. - Actúan como disipadores de energía. Diques de gaviones
45.000m 45.000m 45.000m 45.000m Soluciones (IV) 2.500m 2.500m Restauración del bosque de galería: Labores de poda y claras en las zonas mejor conservadas Reconstrucción del bosque en zonas más degradadas Tratamientos puntuales en suelos para mejorar el arraigo de plantas 2.500m 2.500m 2.500m 2.500m 2.500m 2.500m Populus alba Populus nigra Fraxinus angustifolia Alnus glutinosa Ulmus minor Salix alba Salix triandra Salix salviifolia Salix purpurea Tamarix gallica Rhamnus alaternus Sambucus nigra Crataegus monogina Prunus spinosa Lonicera sp. Clematis sp. Retama sphaerocarpa Osyris alba 2.500m 2.500m 2.500m 2.500m APLICACIONES INFORMÁTICAS Herramientas informáticas para la Hidrología Sistemas de Información Geográfica (SIG / GIS) Arc View Gis Extensiones Arc View (http://arcscripts.esri.com/) Hydrologic Modeling 1.1 Basin 1 Aplicaciones GIS-HEC http://arcscripts.esri.com/ HEC-GeoRAS 3.1.1 HEC-GeoHMS 1.1 Programas HEC (Hydrologic Engineering Center) http://www.hec.usace.army.mil/ HEC-RAS 3.1.3 (River Analysis System) HEC-HMS 2.1.2 (Hydrologic Modeling System)
APLICACIÓN N CONJUNTA Apoyo hidrológico Cartografía a Digital Base Arc View (Spatial ( Analyst + 3D Analyst) Modelo Digital del Terreno MDT / MDE Estudio hidrológico Hec-HMS Arc View (HEC( HEC-GeoHMS) Arc View (HEC ( HEC-GeoRAS) Pre-RAS Estudio caract. biofísicas del cauce y ribera Red de drenaje Cuencas HEC-HMS HMS Precipitación n (Hietograma) Morfología a del cauce HEC-RAS Edafología y morfología Cond. Hidráulicas Hec-RAS Vegetación y fauna Hidrograma (Caudales) Sección n inundable ACTUACIONES Arc View (HEC ( HEC-GeoRAS) Post-RAS Zona inundable EN CAUCE EN RIBERA Estudio con Hec-HMS Diseño tridimensional Hec-Ras Se diseñó la cuenca aguas abajo del embalse de El Vado Se introdujeron los datos de precipitación de la estación del Daniel Plan: Plan definitivo Legend WS 5 m3/s Ground Bank Sta Ground Levee embalse. Se introdujeron datos físicos de la cuenca Caudal de la cuenca alta se representó como una fuente desde el aliviadero de la presa
El trabajo de campo siempre es importante Cualquier nota, cualquier observación, puede llevar a desarrollar un proyecto con éxito n = 0,026 n = 0,032 Este dique se proyecto en 1991 en la Rba. Del Aljibe (Almería) n = 0,055 n = 0,060 n = 0,075 n = 0,036 n = 0,050
La Hidrología Periurbana
ESTUDIO DE LA PROBLEMÁTICA DE LA CUENCA. FICHA TIPO Denominación: desviación del cauce principal Actuación nº: 1 Localización: final del tramo medio del cauce principal. Coordenadas X:421843 Y:4483772 Muro verde Muro de contención Situación actual Nuevo curso del cauce Situación corregida Descripción: En este tramo el curso de agua socava la base de la ladera, de ahí que se hace se hace recomendable desviar el cauce principal para evitar el derrumbamiento de la misma. Revegetación con especies riparias Solución: para evitar el socavamiento y posterior derrumbamiento, se propone desviar el cauce para alejarlo de la base de la ladera e instalar en la misma un muro de contención sobre el que se depositarán en forma de cuña los elementos que caídos. Os de Civis (Lleida) Pero volvamos al título de la clase... La corrección de torrentes en cuencas de montaña supone también un aspecto importante en el capítulo de las Medidas Estructurales Puntuales en Tramos Urbanos En las poblaciones de montaña también hay que actuar con medidas restauradoras en cauces y laderas Introducir las dos fotos de Os de Civis Fuente: José Hernández Alvarez.
Efectos sobre núcleos de población. Los efectos combinados de retención de sedimentos y laminación de hidrogramas reducen los riesgos de inundación en los núcleos de población situados inmediatamente aguas abajo de los diques. Fuente: José Hernández Alvárez. Torrente Maé (Italia) Villanua (Huesca) Sept. 2005
El control de avalanchas Fuente. Tragsa. Esquema de rastrillos Valle de Dischma(Suiza) Klosters (Suiza). Mayo 2008 Lengua de avalancha
Piceas y alerces en laderas con avalanchas repetidas Tte. de Estiviellas en Canfranc Estación Iglesia
Tte. Epifanio Tte. Cargates
MUCHAS GRACIAS