Magnitud y frecuencia de las crecidas en el Ebro

Estimación, medición y actualización de caudales en el tramo medio

Dentro de la estrategia Ebro Resilience para reducir el riesgo de inundación en el tramo medio del Ebro se estaán organizado talleres deliberativos y también jornadas divulgativas como la dedicada a la magnitud y frecuencia de las crecidas en el Ebro a la que asistieron 150 personas en formato online. En esta sesión se aclararon conceptos básicos como la medición de caudales, la relación entre altura y caudal (curva de gasto) y se explicó la necesaria revisión de caudales gracias a las nuevas tecnologías. Este artículo de la jefa del Área de Hidrología de la Confederación Hidrográfica del Ebro, María Luisa Moreno, nos presenta un resumen del contenido de esa jornada.

La hidrología es una de las materias principales a considerar en la gestión del agua en las cuencas hidrográficas de los ríos; es una ciencia compleja y no exacta en la que intervienen muchas variables relacionadas con el ciclo natural del agua. En las siguientes líneas nos vamos a centrar solamente en explicar conceptos elementales de hidrometría superficial, dando respuesta a algunas preguntas sencillas como: para qué necesitamos conocer el caudal de los ríos, cómo se mide, con qué frecuencia se suceden las avenidas, cuáles son sus caudales máximos asociados,… Y nos ocuparemos principalmente de lo que sucede en el tramo medio del río Ebro para ilustrarlo.

¿Para qué medimos los caudales? El objetivo de medir los caudales en la cuenca del Ebro es conocer la cantidad de agua aportada por los ríos de la cuenca y su variación a lo largo del tiempo. La estadística de caudales que se obtiene sirve para: conocer cuánta agua superficial se podrá destinar a los distintos usos (abastecimiento, agrícola, energético, industrial, lúdico, etc.), dimensionar/calcular las obras que se realizan en el entorno de los ríos (presas, canales, puentes, etc.) y para gestionar los episodios extremos de sequía y crecidas, entre otras cosas. Esta estadística resulta de gran importancia en las cuencas mediterráneas por la alta variabilidad de caudales circulantes.

¿Qué es el caudal? El caudal se define como volumen de agua que circula por una sección de un río por unidad de tiempo, se expresa en metros cúbicos por segundo (m3/s). Depende básicamente de la altura que alcance el agua (en consecuencia, la anchura que ocupe en función de la topografía/forma del río en cada tramo) y de la velocidad que lleve. El caudal es muy variable en un río en sus diferentes tramos y también a lo largo del tiempo ya que depende de las aportaciones naturales (lluvia, deshielo, manantiales, etc.). En el tramo medio del río Ebro, durante los últimos veinte años, estas oscilaciones han ido desde los escasos 30 m3/s hasta los más de 2500 m3/s.

Río Ebro en Zaragoza en situación de crecida

 

¿Cómo se miden los caudales?

Los caudales de los ríos se obtienen a partir de la medición continua y directa de las alturas (niveles) del agua en unas instalaciones denominadas estaciones de aforo. La altura de agua se expresa siempre (en metros y centímetros) respecto a una escala de referencia fija para cada estación. De este modo, las alturas serán comparables entre distintos episodios de crecida en una misma estación de aforo. En la cuenca del Ebro hay 227 estaciones de aforo en ríos.

Esquema de estación de aforo

La obtención de caudales circulantes a partir de los niveles registrados se realiza a través de una tabla de transformación altura-caudal denominada curva de gasto. Su cálculo es laborioso y exige un trabajo continuo de ajuste a partir de datos teóricos (hidráulica) y de campo.

Cada curva de gasto es propia de cada estación de aforo y tiene un periodo de validez temporal concreto que ha de ser sistemáticamente revisado. Es decir, en cada estación de aforo la altura o nivel de agua se corresponde con un caudal determinado, propio de esa estación (donde la sección tiene una anchura y el agua circula a una velocidad media que depende del tramo de río) y además esta correspondencia puede cambiar a lo largo del tiempo.

Los datos que nos permiten establecer y ajustar las curvas de gasto para obtener el caudal correspondiente a cada altura de agua medida son los aforos directos de caudal, que consisten en la medición de las velocidades del agua y de la extensión (altura-anchura) del área ocupada por el agua en el momento concreto de hacer el aforo directo. Cada aforo constituye un dato puntual (altura-caudal) en el que apoyar la curva de gasto; cuantos más aforos directos se hagan para diferentes alturas mejor se podrá ajustar la curva.

Curva de gasto

La medición in situ-aforo directo: El aforo directo es necesario para conocer las distintas velocidades y profundidades en la sección del río, ya que pueden ser muy variables, para poder calcular así la velocidad media del agua en la sección mojada completa. Son especialmente importantes los aforos en aguas altas para disminuir la incertidumbre en la estimación de caudales (en el entorno del 10%), pero son difíciles de conseguir por escasos (las avenidas se presentan cada varios años) y complicados por las circunstancias adversas (accesibilidad, turbulencia, arrastres, etc).

¿Como se realizan los aforos directos? Los métodos, tecnologías e instrumentos que se utilizan y se han utilizado en el pasado para la medición de caudales van desde la estimación de velocidades superficiales con elementos flotantes (por ejemplo, midiendo el tiempo que tarda un tronco en circular entre dos secciones situadas a una distancia conocida) hasta los actuales perfiladores acústicos de velocidad (ecosondas Doppler que “escanean” las velocidades en las diferentes zonas de la sección), pasando por los molinetes o hélices. Los nuevos sistemas Doppler son muy ventajosos en la obtención de aforos directos de grandes caudales de forma completa (miden profundidades y velocidades en toda la sección) y rápida.

Medición de caudal con tecnología doppler (izquierda) y con molinete (derecha)

 

En este vídeo os explicamos cómo se realiza la medición de los caudales.

 

Magnitud de las crecidas

Las crecidas han sido un fenómeno natural recurrente en el tramo medio del Ebro. Se muestra una gráfica con las crecidas históricas documentadas en Zaragoza superiores a 3500 m3/s junto con los caudales máximos anuales registrados en las estaciones de aforo desde la segunda mitad del siglo XX hasta la actualidad.

 

¿Con qué frecuencia se sucenden las crecidas? No se observan tendencias en la magnitud de los episodios de crecida; todas las crecidas son diferentes entre sí, bien sea por el nivel máximo alcanzado por las aguas, su duración o sus efectos. En cuanto a la frecuencia de aparición, durante los últimos 20 años se han registrado tres crecidas cuyos caudales máximos superan los 2600 m3/s (años 2003, 2015 y 2018) y, sin embargo, es curioso constatar que no tuvieron lugar episodios de esta magnitud en los veinte años anteriores al año 2000.

¿Por qué se han revisado los caudales asociados a estos episodios? Gracias a las nuevas tecnologías y al haber tenido la oportunidad de realizar aforos directos de grandes caudales durante las recientes avenidas (años 2003, 2007, 2013, 2016, 2018, 2019…) se han podido revisar los caudales máximos de crecidas en los pasados años, desde finales del siglo XX.

Los datos de caudales máximos anuales que figuran en los anuarios oficiales de aforo han sido ajustados paulatinamente mediante nuevas curvas de gasto (corregidas para las alturas mayores) gracias a balances entre estaciones de aforo durante un mismo evento de crecida (coherencia entre afluentes del volumen total de agua circulante) y, especialmente, a los nuevos aforos directos.

Se observa una disminución de los caudales máximos actuales ajustados, alrededor del 20%, respecto a los caudales máximos estimados anteriormente con curvas de gasto de los años 90 (recordemos que estaban poco calibradas por ausencia de eventos de crecida y de aforos altos).

Este proceso de reajuste de la estadística se ha realizado en los últimos veinte años (siglo XXI), en los que las condiciones de la llanura de inundación y el funcionamiento hidrológico de la cuenca es comparable y conocido; sin embargo, no se han modificado los datos de caudales anteriores a los años ochenta del pasado siglo porque el comportamiento hidrológico-hidráulico de la cuenca era diferente al haberse sucedido importantes transformaciones (usos del suelo, explotación de nuevos de embalses, ocupación de la llanura de inundación por diversas infraestructuras, etc.). Por tanto, los valores de las mayores crecidas del siglo XX, incluida la de 1961, se han mantenido.

 

Revisión de caudales máximos anuales de las estaciones de aforo de Castejón y Zaragoza desde 1997 hasta la actualidad. Los caudales reales para este periodo son entorno a un 20% inferiores a los estimados inicialmente con curvas de gasto de hace 20 años que no se habían comprobado en su parte alta debido a la falta de mediciones de caudales altos

 

La gestión del riesgo de inundación

Riesgo= peligrosidad x exposición x vulnerabilidad: La gestión del riesgo de inundación comprende numerosas medidas relativas a los tres factores que determinan el riesgo: la peligrosidad, la exposición y la vulnerabilidad. La peligrosidad, asociada a la magnitud y frecuencia de las crecidas, se basa en el conocimiento. Hay que distinguir claramente cuando nos enfrentamos a un episodio de crecida entre los datos observados (niveles, caudales en ríos, volúmenes en embalses, etc.) y los datos previstos (con modelos para la ayuda a la decisión, que trasladan la incertidumbre meteorológica a la hidrología en las predicciones).

Como medida de preparación durante las crecidas es indispensable el seguimiento de las alturas de agua en las estaciones de aforo de los ríos de la cuenca, referidas a una escala fija, que permite generar avisos a los servicios de protección civil según los umbrales (amarillo, naranja y rojo) establecidos.

Gracias a las referencias históricas de niveles alcanzados, en esas mismas escalas durante eventos anteriores, es posible estimar el alcance de la inundación, por analogía local, para poner en marcha medidas de autoprotección.

Además, se pueden consultar los mapas de peligrosidad del Sistema Nacional de Cartografía de Zonas Inundables (se pueden consultar los mapas a través del Geoportal de la CHE SITEbro) que indican la extensión de la inundación para las avenidas de 10, 100 y 500 años de período de retorno estadístico.

Otras medidas de gestión del riesgo de inundación durante las crecidas (medidas denominadas de preparación), adicionales al conocimiento de los caudales y el seguimiento de niveles que se han tratado aquí, son: los Sistemas Automáticos de Información Hidrológica (SAIH), el Sistema de Ayuda a la Decisión (SAD), el protocolo de avisos a Protección Civil, etc. Todas ellas implantadas y en continuo proceso de mejora en la cuenca del Ebro.

 

Artículo de María Luisa Moreno Santaengracia. Jefa de Hidrología de la Confederación Hidrográfica del Ebro.

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