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Universidad de Zaragoza Ingeniería Química: Especialidad Medio Ambiente. ANÁLISIS DE LA RESPE HIDROLÓGICA EN TÉRMI SUPERFICIE LIBRE DE SUBCUENCAS PERTENECI LA CUENCA DEL EBRO Área de Mecánica de Fluidos. Departamento de Ciencia y T ecnología Zaragoza, Febrero 2011 de Materiales y Fluidos de Zaragoza Centro Politécnico Superior Proyecto fin de carrera Ingeniería Química: Especialidad Medio Ambiente. ANÁLISIS DE LA RESPE UESTA HIDROLÓGICA EN TÉRMI NOS SUPERFICIE LIBRE DE ALGUNAS SUBCUENCAS PERTENECI ENTES A LA CUENCA DEL EBRO Autora: Marta Martínez Casas. Directora: Pilar Brufau García. Codirector: Guillermo Pérez Dolset. Área de Mecánica de Fluidos. ecnología Zaragoza, Febrero 2011 de Materiales y Fluidos Centro Politécnico Superior Ingeniería Química: Especialidad Medio Ambiente. UESTA NOS DE ALGUNAS ENTES A LA CUENCA DEL EBRO ecnología Zaragoza, Febrero 2011 AGRADECIMIENTOS: En primer lugar quiero dar mi más sincero agradecimiento a mi coordinadora Pilar. Por darme la posibilidad de realizar este proyecto, por todas las atenciones, por el tiempo perdido conmigo y por su apoyo. Agradecer también al codirector del proyecto, Guillermo Pérez, por el interés mostrado, por todas las dudas resueltas, por las revisiones realizadas y en general por la gran ayuda prestada. Por su puesto quiero dar las gracias al Sistema Automático de Información Hidrológica de la Confederación Hidrográfica del Ebro por permitirme realizar este proyecto colaborando con la cesión de datos. Tengo que dar las gracias también a mis compañeras de la carrera, amigas ante todo, por su apoyo en cada paso, desde el primer examen hasta el proyecto fin de carrera he podido contar con ellas. Finalmente, no puedo dejar de agradecer la comprensión de mis familiares y amigos, puesto que ellos han sido los que más me han tenido que aguantar en mis malos momentos, enfados y demás sucesos que me han ocurrido a lo largo de este tiempo, en especial a mis hermanos por estar allí siempre y sobre todo a mis padres por su cariño, por apoyo y por su continuo esfuerzo para que yo tuviera siempre las mejores oportunidades. A TODOS MUCHAS GRACIAS. Marta Martínez. ANÁLISIS DE LA RESPUESTA HIDROLÓGICA EN TÉRMINOS DE SUPERFICIE LIBRE DE ALGUNAS SUBCUENCAS PERTENECIENTES A LA CUENCA DEL EBRO RESUMEN Las crecidas de los ríos son un riesgo natural muy importante en muchas zonas del planeta y pueden provocar grandes pérdidas materiales y humanas. Este riesgo también se debe afrontar en muchas de las cuencas fluviales de España, en las cuales se producen lluvias torrenciales que pueden resultar catastróficas sin una adecuada planificación y ordenación del territorio. En concreto, en la cuenca del Ebro debido a sus dimensiones y a su enorme diversidad altitudinal y climática existe una gran variedad de comportamientos hidrológicos que se ponen de manifiesto en las situaciones extremas y los procesos fluviales de crecida que se producen en sus diferentes subcuencas son muy abundantes. En este sentido se realiza un análisis detallado de la respuesta hidrológica ante una precipitación para diferentes subcuencas que pertenecen a la cuenca del Ebro. El estudio surge de la necesidad de predecir rápidamente tiempos de llegada y caudales pico en episodios de avenida futuros apoyándonos en el análisis de episodios de avenida históricos y teniendo las subcuencas caracterizadas en función de su comportamiento. En total se analizan diez subcuencas, éstas son la del Ulzama, la del Alcanadre, la del Bergantes, la del Susía, la del Omecillo, la del Manubles, la del Isábena, la del Leza, la del Cidacos y la del Sotón. En el estudio de cada subcuenca se seleccionan episodios de avenida a partir del análisis de los datos históricos (desde 1997), recogidos a tiempo real, por estaciones de aforo y pluviométricas. El análisis de episodios se realiza teniendo en cuenta la pluviometría y los caudales de aforo, y a partir de este análisis se establecen relaciones entre estos dos factores. Para ello algunas de las variables estudiadas en cada episodio son: El tiempo de tránsito (tiempo entre picos) entre el centro de gravedad del hietograma de precipitación y el pico del caudal medido en la estación de aforo, el umbral de precipitación necesario para que en la cuenca comience a generarse escorrentía superficial, el coeficiente de escorrentía, el cual muestra la relación entre el volumen de lluvia caído y el volumen de agua que llega a la estación de aforo, el caudal de pico y la relación con la intensidad de las precipitaciones, el tiempo de concentración, etc. A partir del análisis de episodios se establecen como conclusiones unas pautas de comportamiento hidrológico en cada una de las subcuencas. Por último, y teniendo en cuenta que la caracterización de las cuencas constituye un punto de partida perfecto en la calibración de modelos hidrológicos destinados a la modelización de su respuesta hidrológica, se comparan los valores reales de escorrentía y los tiempos de concentración obtenidos a partir del análisis con los valores teóricos estimados mediante el método del número de curva y la fórmula de Témez correspondiente. MEMORIA ANÁLISIS DE LA RESPUESTA HIDROLÓGICA EN TÉRMINOS DE SUPERFICIE LIBRE DE ALGUNAS SUBCUENCAS PERTENECIENTES A LA CUENCA DEL EBRO. ÍNDICE ÍNDICE 1 INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 1 2 LA CUENCA DEL EBRO ......................................................................................................... 4 3 SISTEMA AUTOMÁTICO DE INFORMACIÓN HIDROLÓGICA (SAIH)..................................... 8 1.1 Introducción ........................................................................................................ 8 1.2 El SAIH: Objetivos y funcionamiento .................................................................. 8 4 ESTUDIO DE EPISODIOS HISTÓRICOS EN LAS SUBCUENCAS DEL EBRO: Metodología ..... 12 4.1 Selección de episodios ...................................................................................... 13 4.2 Análisis de episodios ......................................................................................... 14 5 MODELOS DE PREDICCIÓN ............................................................................................... 22 5.1 Introducción ..................................................................................................... 22 5.2 Estimación teórica del tiempo de concentración ............................................. 22 5.3 Estimación del número de curva ...................................................................... 23 5.4 Análisis comparativo ......................................................................................... 28 6 CONCLUSIONES ................................................................................................................ 36 7 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................. 40 ANEXO I: INTRODUCCIÓN A LA HIDROLOGÍA. ANEXOII: CUENCA DEL ULZAMA. ANEXO III: CUENCA DEL ALCANADRE. ANEXO IV: CUENCA DEL BERGANTES. ANEXO V: CUENCA DEL SUSÍA. ANEXO VI: CUENCA DEL OMECILLO. ANEXO VII: CUENCA DEL MANUBLES. ANEXO VIII: CUENCA DEL ISÁBENA. ANEXO IX: CUENCA DEL LEZA. ANEXO X: CUENCA DEL CIDACOS. ANEXO XI: CUENCA DEL SOTÓN. ANEXO XII: PERFIL LONGITUDIANAL Y ALTIMETRÍA DE LOS RÍOS. ANEXO XIII: MÉTODO SCS (Soil Conservation Service, Department of Agriculture). Capítulo 2 Figura 2.1 Cuenca del Ebro. Debido a su gran extensión, en la cuenca del Ebro se tiene una geología muy variada y no existe un clima homogéneo, pudiéndose diferenciar gra • Zona cantábrica con temperaturas suaves y precipitaciones abundantes y uniformes a lo largo de todo el año • Depresión central, en la cual se enmarca alrededor del 70% de la cuenca y en la que se tiene un clima continental, semiárido en algunas zonas, con importantes variaciones térmicas y pluviales con los cambios de estación clima semiárido y continental) • Zona mediterránea que se caracteriza po precipitaciones medias (Figura 2.2, clima mediterráneo) A estas tres zonas climáticas principales hay que superponer los efectos del clima de montaña en las áreas más elevadas de la cuenca, como en la totalidad de los Pir Cordillera Ibérica (sobre todo en sus extremos occidental y oriental) y la parte más occidental de los Montes Cantábricos de la cuenca. LA CUENCA DEL EBRO 5 Debido a su gran extensión, en la cuenca del Ebro se tiene una geología muy variada y no existe un clima homogéneo, pudiéndose diferenciar gra ndes rasgos de tres zonas climáticas: Zona cantábrica con temperaturas suaves y precipitaciones abundantes y uniformes a lo largo de todo el año (Figura 2.2, clima húmedo u oceánico). Depresión central, en la cual se enmarca alrededor del 70% de la cuenca y en la que se tiene un clima continental, semiárido en algunas zonas, con importantes variaciones térmicas y pluviales con los cambios de estación clima semiárido y continental) . Zona mediterránea que se caracteriza po r suaves temperaturas y escasas medias (Figura 2.2, clima mediterráneo) . A estas tres zonas climáticas principales hay que superponer los efectos del clima de montaña en las áreas más elevadas de la cuenca, como en la totalidad de los Pir ineos, buena parte de la Cordillera Ibérica (sobre todo en sus extremos occidental y oriental) y la parte más occidental de los Montes Cantábricos de la cuenca. LA CUENCA DEL EBRO Debido a su gran extensión, en la cuenca del Ebro se tiene una geología muy variada y no ndes rasgos de tres zonas climáticas: Zona cantábrica con temperaturas suaves y precipitaciones abundantes y uniformes a Depresión central, en la cual se enmarca alrededor del 70% de la superficie de la cuenca y en la que se tiene un clima continental, semiárido en algunas zonas, con importantes variaciones térmicas y pluviales con los cambios de estación (Figura 2.2, r suaves temperaturas y escasas A estas tres zonas climáticas principales hay que superponer los efectos del clima de montaña ineos, buena parte de la Cordillera Ibérica (sobre todo en sus extremos occidental y oriental) y la parte más occidental Capítulo 2 LA CUENCA DEL EBRO 6 En la siguiente figura se ubican los diferentes climas con los que nos encontramos en la cuenca del Ebro: Figura 2.2 Mapa climático de la cuenca del Ebro. El organismo de gestión, regulador y mantenedor de las aguas y riesgos en la cuenca del Ebro es la Confederación Hidrográfica del Ebro, la CHE, que es un organismo autónomo dependiente del Ministerio de Medio Ambiente y Medio Rural y Marino. Sus funciones son muy variadas y se pueden englobar en los cinco puntos siguientes: • Elaboración del plan hidrológico de la cuenca, así como su seguimiento y revisión. • La administración y control del dominio público hidráulico. • La administración y control de los aprovechamientos de interés general que afectan a más de una comunidad autónoma. • El proyecto de construcción y de explotación de las obras realizadas con cargo a fondos propios del organismo y las que sean encomendadas por el Estado. • Las que deriven de los convenios con comunidades autónomas, corporaciones locales y otras entidades públicas o privadas, o de los suscritos con los particulares [http://www.oph.chebro.es]. En el ámbito de actuación de la CHE está la parte Española de la cuenca del Ebro y del Garona, además de la cuenca endorreica de Gallocanta, lo que supone una superficie total de 85.534 Km 2 . Como en el resto de España, en la cuenca del Ebro las inundaciones son un riesgo muy extendido. Una de las muchas actuaciones que se han realizado a lo largo de los años para paliar esta problemática es la implantación de un Sistema Automático de Información Hidrológica (véase capítulo 3), SAIH Ebro, cuyas obras para su puesta en marcha comenzaron en 1989 y terminaron en 1997 aunque desde entonces se han seguido realizando obras para así mejorar la red de información [http://www.chebro.es]. Capítulo 2 LA CUENCA DEL EBRO 7 El SAIH Ebro funciona como el resto de sistemas de información hidrológica a tiempo real (véase capítulo 3) y tiene repartidas por toda la cuenca, 210 aforos en ríos, 63 embalses, 322 pluviómetros, 185 medidores de temperatura ambiente, 37 estaciones meteorológicas, 234 aforos en canal en los sistemas de riego, 27 estaciones para determinar la calidad del agua y 35 estaciones dedicadas a otros usos. Estas estaciones envían información a la correspondiente estación repetidora (en total hay 93 en toda la cuenca), que a su vez los envían a los puntos de control (13 en toda la cuenca) para que al final lleguen al centro de proceso de la cuenca, situado en Zaragoza [http://195.55.247.237/saihebro]. Capítulo 3 SISTEMA AUTOMÁTICO DE INFORMACIÓN HIDROLÓGICA (SAIH) 8 3. SISTEMA AUTOMÁTICO DE INFORMACIÓN HIDROLÓGICA (SAIH) 3.1 Introducción Las inundaciones son el riesgo natural de mayor impacto mundial y originan el mayor número de muertes y pérdida de bienes que cualquier otro desastre natural. En el caso de las zonas mediterráneas, este hecho es particularmente importante debido al carácter repentino de las crecidas y la creciente ocupación humana de vegas y riveras fluviales. En España, según las estadísticas sobre los Riesgos Extraordinarios del Consorcio de Compensación de Seguros, los daños por inundaciones se estiman de media en 800 millones anuales [Ayala-Carcedo y Olcino 2002]. Por lo cual, debido a los cuantiosos costes económicos, humanos y sociales que provocan las crecidas, surge la necesidad de incorporar medidas eficaces de previsión, predicción y control de las mismas. Sin embargo, esta tarea no resulta sencilla tanto por la rápida respuesta de las cuencas que implica la disponibilidad de muy poco tiempo para avisar a la población expuesta al riesgo, como por la escasa información disponible en los momentos clave. Ante esta situación, y tras las trágicas inundaciones en el Levante y el norte de España al principio de la década de los 80 del siglo pasado, aparece la necesidad de establecer Sistemas Automáticos de Información Hidrológica (SAIH) que permitan disponer de datos hidrológicohidráulicos en tiempo real e incluso prever, mediante modelos de simulación convenientemente contrastados, el comportamiento futuro de las cuencas. 3.2 El SAIH: Objetivos y funcionamiento Los Sistemas Automáticos de Información Hidrológica (SAIH) de las Confederaciones Hidrográficas son el resultado de un Programa de la Dirección General del Agua (DGA) del Ministerio de Medio Ambiente y Medio Rural y Marino. Son sistemas de información a tiempo real que aportan información relativa a los niveles y caudales de los principales ríos y afluentes, lluvia en numerosos puntos, nivel y volumen embalsado en presas, etc. [http://www.marm.es]. A grandes rasgos se puede decir que los principales objetivos de los SAIH son: • La mejora en la gestión de los recursos hídricos. • El seguimiento y la previsión de las avenidas. • La ayuda a la explotación de infraestructuras hidráulicas en situaciones de avenida. • La mejora de la base de datos hidrometeorológicos. • El seguimiento de variables medioambientales, por ejemplo la vigilancia de los niveles de contaminación de las aguas. A lo largo de los años dentro de los sistemas SAIH se han implantado los Sistemas de Ayuda de Decisión (SAD). Estos sistemas surgen como una herramienta complementaria a los SAIH, que partiendo de los datos recogidos a tiempo real y de otros datos complementarios (previsiones meteorológicas, datos de nieve, etc.) y utilizando modelos matemáticos son capaces de modelizar la respuesta hidrológica de la cuenca ante la previsión de un fenómeno meteorológico adverso, con el fin de prevenir inundaciones. Capítulo 3 Funcionamiento Cada SAIH trabaja de manera autónoma en cada una de las Confederaciones Hidrográficas, las cuales disponen de una red de medida y control a distancia que transmite y p periódicamente. Los elementos principales de un SAIH son: los puntos de control, el sistema de comunicaciones (repetidores y puntos de concentración) y el centro de proceso de cuenca. Los diferentes SAIH cuentan con estaciones de control posi recogen los datos de campo y que se dividen en los siguientes tipos de puntos de control: • Aforos (en ríos y canales): Cuyo objetivo es el de calcular los caudales circulantes, en general a partir de medición de niveles. • Em balses: Cuya función es conocer el agua embalsada, la situación de los sistemas de evacuación y el cálculo de los caudales desaguados. • Pluviómetros: Los cuales proporcionan datos de precipitación. • Medidores de temperatura ambiente, pluvionivómetros, teleni a conocer el tipo de precipitación (sólida o líquida) y a seguir el progreso de las reservas de nieve. • Estaciones meteorológicas: Con objeto de medir fenómenos meteorológicos. • Sistemas de riego: Cuya función es el control de los nivele solicitados por las comunidades de regantes en los diferentes sistemas de riego. • Calidad del agua: Estaciones de alerta que realizan la medida de distintos parámetros físico-químicos. • Otros usos: Control de piscifactorías, centrale Las estaciones de control recolectan los datos de campo y periódicamente mediante repetidores se envían los datos a los puntos de concentración y posteriormente al centro de proceso de la cuenca que los almacena y mantenimiento, explotación y supervisión de toda la red. En la siguiente figura se muestra de manera esquemática el funcionamiento del SAIH. Figura 3.2.1 Esquema de funcionamiento del SAIH. Capítulo 3 SISTEMA AUTOMÁTICO DE INFORMACIÓN HIDROLÓGICA (SAIH) 9 Cada SAIH trabaja de manera autónoma en cada una de las Confederaciones Hidrográficas, las cuales disponen de una red de medida y control a distancia que transmite y p Los elementos principales de un SAIH son: los puntos de control, el sistema de comunicaciones (repetidores y puntos de concentración) y el centro de proceso de cuenca. Los diferentes SAIH cuentan con estaciones de control posi cionadas en diferentes sitios que recogen los datos de campo y que se dividen en los siguientes tipos de puntos de control: Aforos (en ríos y canales): Cuyo objetivo es el de calcular los caudales circulantes, en general a partir de medición de niveles. balses: Cuya función es conocer el agua embalsada, la situación de los sistemas de evacuación y el cálculo de los caudales desaguados. Pluviómetros: Los cuales proporcionan datos de precipitación. Medidores de temperatura ambiente, pluvionivómetros, teleni vómetros: Que ayudan a conocer el tipo de precipitación (sólida o líquida) y a seguir el progreso de las Estaciones meteorológicas: Con objeto de medir fenómenos meteorológicos. Sistemas de riego: Cuya función es el control de los nivele s y caudales circulantes solicitados por las comunidades de regantes en los diferentes sistemas de riego. Calidad del agua: Estaciones de alerta que realizan la medida de distintos parámetros Otros usos: Control de piscifactorías, centrale s hidroeléctricas y pozos piezométricos. Las estaciones de control recolectan los datos de campo y periódicamente mediante repetidores se envían los datos a los puntos de concentración y posteriormente al centro de proceso de la cuenca que los almacena y procesa, soportando las acciones de configuración, mantenimiento, explotación y supervisión de toda la red. En la siguiente figura se muestra de manera esquemática el funcionamiento del SAIH. Figura 3.2.1 Esquema de funcionamiento del SAIH. SISTEMA AUTOMÁTICO DE INFORMACIÓN HIDROLÓGICA (SAIH) Cada SAIH trabaja de manera autónoma en cada una de las Confederaciones Hidrográficas, las cuales disponen de una red de medida y control a distancia que transmite y p rocesa datos Los elementos principales de un SAIH son: los puntos de control, el sistema de comunicaciones (repetidores y puntos de concentración) y el centro de proceso de cuenca. Los cionadas en diferentes sitios que recogen los datos de campo y que se dividen en los siguientes tipos de puntos de control: Aforos (en ríos y canales): Cuyo objetivo es el de calcular los caudales circulantes, en balses: Cuya función es conocer el agua embalsada, la situación de los sistemas de vómetros: Que ayudan a conocer el tipo de precipitación (sólida o líquida) y a seguir el progreso de las Estaciones meteorológicas: Con objeto de medir fenómenos meteorológicos. s y caudales circulantes solicitados por las comunidades de regantes en los diferentes sistemas de riego. Calidad del agua: Estaciones de alerta que realizan la medida de distintos parámetros s hidroeléctricas y pozos piezométricos. Las estaciones de control recolectan los datos de campo y periódicamente mediante repetidores se envían los datos a los puntos de concentración y posteriormente al centro de procesa, soportando las acciones de configuración, mantenimiento, explotación y supervisión de toda la red. En la siguiente figura se muestra de Capítulo 3 SISTEMA AUTOMÁTICO DE INFORMACIÓN HIDROLÓGICA (SAIH) 10 Para el estudio de los episodios de avenida, en este proyecto se han utilizado datos en aforos y en pluviómetros. Los aforos son sistemas cuya función es medir el caudal circulante por un cauce. Para medir el caudal se pueden utilizar métodos directos que suelen ser muy costosos y difíciles por lo que habitualmente se utilizan métodos indirectos basados en el cálculo del caudal circulante a partir del nivel del agua que se tiene en la estación de aforo. Existen diferentes métodos para medir el nivel del agua siendo los más comunes los de boya y contrapeso, los piezorresistivos, los de neumático compacto, los de ultrasonidos y los de radar [http://www.marm.es]. En la siguiente figura se muestra un aforo que mide el caudal de manera indirecta: Figura 3.2.2 Aforo tipo usado por los SAIH. Los datos de caudal utilizados para este proyecto proceden de estaciones de aforo que miden el nivel del agua mediante el sistema boya y contrapeso. Los elementos que componen un sistema de este tipo son: un pozo tranquilizador donde se encuentra un flotador que permite el registro exacto del nivel del agua y un limnímetro que es un medidor accionado por el flotador y que está sobre la superficie del agua y que asciende o desciende con ella. La variación del nivel del agua es detectada por el limnímetro y envía la señal a la estación remota donde se almacena y las envía periódicamente a los puntos de concentración y de allí al centro de proceso de la cuenca. Los pluviómetros son aparatos que sirven para medir la lluvia en un lugar determinado. Para ello, el agua de lluvia se recoge a través de una superficie cónica y pasa a través de un balancín con dos recipientes. Las gotas de agua caen en uno de los dos recipientes hasta que lo llena y vuelca el balancín, dando un pulso, vaciando el agua y quedando preparado para comenzar el llenado del otro recipiente. La estación remota controla el número de impulsos periódicamente (por ejemplo, cada cinco minutos) y recogerá estos datos también periódicamente (por ejemplo, cada quince minutos) para enviarlos al centro de proceso de la cuenca [http://195.55.247.237/saihebro]. Capítulo 3 SISTEMA AUTOMÁTICO DE INFORMACIÓN HIDROLÓGICA (SAIH) 11 En la siguiente figura se muestra un pluviómetro: Figura 3.2.3 Pluviómetro tipo usado por los SAIH. Este proyecto se realiza con la colaboración del SAIH Ebro y se realiza el estudio de avenidas históricas, producidas en diferentes subcuencas de la cuenca del Ebro, con objeto de ayudar a reducir en episodios futuros los daños que podrían causar Capítulo 4 ESTUDIO DE EPISODIOS HISTÓRICOS EN LAS SUBCUENCAS DEL EBRO: Metodología 12 4. ESTUDIO DE EPISODIOS HISTÓRICOS EN LAS SUBCUENCAS DEL EBRO: Metodología Los conceptos de partida para el estudio de las subcuencas son: escorrentía, hidrogramas e hietogramas. En sentido amplio la escorrentía es la circulación de agua producida en un cauce superficial; La escorrentía consta de varios componentes y se puede decir que en un momento dado el caudal en una red de drenaje procede de: arroyamiento superficial (escorrentía superficial), precipitación sobre el propio cauce, flujo hipodérmico (parte de la precipitación que se infiltra en suelo y circula por él a una ligera profundidad) y aportaciones de flujo subterráneo [Ward y Robinson 1990] (véase Anexo I dónde se detallan estos conceptos). La variación del caudal circulante con respecto al tiempo se determina en un punto de la corriente mediante estaciones de aforo (véase punto 3.2). Los hidrogramas son representaciones de la variación del caudal en el tiempo y en ellos se refleja el comportamiento y el estado de una cuenca. Los hidrogramas estudiados en este proyecto representan episodios en los que el caudal circulante por un aforo aumenta bruscamente como producto de un aguacero. Las precipitaciones varían en el espacio y en el tiempo y se miden a través de pluviómetros que registran datos periódicos de precipitación (véase punto 3.2). Un hietograma representa la lluvia acumulada o la lluvia incremental respecto a intervalos discretos de tiempo. Uno de los objetivos de este trabajo es analizar la escorrentía que se genera al producirse una precipitación determinada (estudiar el hidrograma generado por un hietograma) para diferentes subcuencas del Ebro y así poder inferir unas pautas de comportamiento desde el punto de vista hidrológico. La subcuencas analizadas se han seleccionado teniendo en cuenta los datos existentes y la calidad de los mismos. En este sentido no se han analizado subcuencas en las que se han registrado pocos episodios de crecida, así como subcuencas en las que no se puede establecer una correlación adecuada entre los datos de precipitación y caudal, y tampoco aquellas en las que los fenómenos nivales son muy relevantes debido a que estos dificultan el análisis de los episodios, sobre todo si no se cuenta con datos de temperatura. En base a esto se han seleccionado diez subcuencas para analizarlas detalladamente, éstas son: la del Ulzama, la del Alcanadre, la del Bergantes, la del Susía, la del Omecillo, la del Manubles, la del Isábena, la del Leza, la del Cidacos y la del Sotón. En esta sección se detalla el procedimiento llevado a cabo en el análisis de cada una de las subcuencas estudiadas. Cada subcuenca analizada consta de una estación de aforo en la que se va registrando el caudal (m 3 /s) y de al menos dos pluviómetros, en los que se registran precipitaciones (mm ó l/m 2 ). Capítulo 4 ESTUDIO DE EPISODIOS HISTÓRICOS EN LAS SUBCUENCAS DEL EBRO: Metodología 13 4.1 Selección de episodios Los datos de partida proceden de la base histórica del SAIH Ebro que desde su existencia, 1997, recoge los valores registrados en las diferentes estaciones cada 15 minutos y los va almacenando por años. El primer paso en el análisis de una subcuenca es ubicar el total de episodios acontecidos para lo que se debe representar la evolución en el tiempo tanto del caudal como de las precipitaciones registradas en las correspondientes estaciones. Como los datos son recogidos cada 15 minutos, para cada año se tienen alrededor de 35.000 valores de caudal, y 35.000 valores de precipitación en cada uno de los pluviómetros situados en la determinada subcuenca y debido a que las representaciones se realizan con el programa Microsoft Office Excel, en el que el número máximo de datos que se pueden utilizar en una serie para un gráfico bidimensional es de 32.000; y a que si se realiza una división mayor del año no se pueden apreciar con claridad todos los episodios de crecida acaecidos en la subcuenca, una vez recibidos los datos por años se procede a la separación de estos por meses y se representa la evolución de los datos quince-minutales tanto del caudal como de las precipitaciones para cada mes. Una vez realizadas todas las representaciones mensuales ya se puede situar el total de episodios de avenida que han sido registrados a lo largo de los años y de entre ellos se seleccionan los más relevantes para posteriormente analizarlos. El número de episodios analizados tiene que ser el suficiente como para poder obtener conclusiones sobre la respuesta hidrológica a la precipitación en esa determinada subcuenca. En la siguiente figura, a modo de ejemplo, se muestra la representación obtenida (hidrograma e hietograma), para el mes de Abril del 2008 en la subcuenca de río Alcanadre, en el cual se produjeron diferentes crecidas y se seleccionó una de ellas para posteriormente analizarla detalladamente: Figura 4.1.1 Caudal y precipitación registrados en las estaciones. Cuenca del Alcanadre, Abril del 2008. 0 2 4 6 8 10 120 50 100 150 200 28/03/08 02/04/08 07/04/08 12/04/08 17/04/08 22/04/08 27/04/08 02/05/08 07/05/08 Precipitación (mm) Caaudal (m3/s) Fecha dd/mm/aa Cuenca del Alcanadre: Mes de Abril del 2008 Caudal en estación de aforo Precipitación Pluviómetro 1 Precipitación pluviómetro 2 Precipitación pluviómetro 3 Precipitación pluviómetro 4 Precipitación pluviómetro 5 Episodio seleccionado Capítulo 4 ESTUDIO DE EPISODIOS HISTÓRICOS EN LAS SUBCUENCAS DEL EBRO: Metodología 14 Como se puede observar en la figura anterior, en Abril del 2008 se produjeron 2 episodios en el río Alcanadre de los cuales se selecciona el último para analizarlo por ser de mayor valor cuantitativo el caudal registrado en la estación de aforo. 4.2 Análisis de episodios Para cada subcuenca, una vez ubicados en el tiempo los episodios más relevantes, y así poder analizar cada episodio, se separan los datos registrados en las estaciones para el intervalo de tiempo en el que se produjo y se representa conjuntamente el hidrograma y el hietograma del episodio. En general, se suelen obtener dos tipos diferentes de hidrogramas: hidrogramas simples (véase figura 4.2.1) en los que sólo se produce un máximo de caudal e hidrogramas complejos, los cuales tienen varios máximos (véase figura 4.2.3) y para su análisis se procede a la separación en hidrogramas simples. Análisis de hidrogramas simples Una vez aislados los episodios a analizar, el caudal registrado en las estaciones de aforo está en unidades de m 3 /s y las precipitaciones registradas en los pluviómetros en mm (lo que es lo mismo que l/m 2 ). Para poder trabajar con el caudal registrado en la estación de aforo, en primer lugar hay que calcular el volumen, en Hm 3 , que circula por la estación de aforo cada 15 minutos. Para ello se multiplica el dato quince-minutal registrado en la estación de aforo por el tiempo en segundos, 60×15, y se divide por 1000000 para pasar a Hm 3 . Por ejemplo, si el caudal registrado en la estación de aforo es de 30 m 3 /s la operación realizada es: Volumen [Hm 3 ] = ଷ଴೘య ೞ∙ሺ଺଴∙ଵହሻہ௦ۂ ଵ଴଴଴଴଴଴൤೘య ಹ೘య൨ = 0,027 Hm 3 Luego, se suman todos los volúmenes quince-minutales para calcular el volumen total registrado en la estación de aforo durante ese episodio. A la hora de trabajar con las precipitaciones, se comienza calculando la precipitación acumulada en cada pluviómetro durante todo el episodio; es decir, el total de milímetros de lluvia (causantes de la avenida) que ha registrado cada pluviómetro. En este caso, para cada pluviómetro se suman todos los datos quince-minutales de la precipitación registrada. Una vez que se tienen las precipitaciones acumuladas, se procede a calcular la lluvia media para toda la subcuenca durante el episodio. Para ello, se multiplica la precipitación total registrada en cada pluviómetro por un coeficiente de proporcionalidad, el cual en general varía en función del área cubierta por cada pluviómetro, considerando como el 100 % la superficie total de la subcuenca. Una vez calculada la lluvia media se obtiene el volumen total de precipitación caído sobre la subcuenca durante el episodio en cuestión. Para ello, se multiplica la lluvia media, l/m 2 , por la superficie de la subcuenca en m 2 y se divide entre 0,000000001 para obtener el volumen en Hm 3 . Capítulo 4 ESTUDIO DE EPISODIOS HISTÓRICOS EN LAS SUBCUENCAS DEL EBRO: Metodología 21 Como se puede observar en la anterior figura, el caudal de bajada de los dos primeros subepisodios se debe suponer, en general esto se realiza teniendo en cuenta la rama de bajada del último sub-episodio del episodio completo o teniendo en cuenta la rama de bajada del hidrograma del sub-episodio en cuestión. Es importante mencionar que existen episodios que también son analizados en sub-episodios, pero debido a que existen sub-episodios de lluvias muy bien diferenciados y aunque alguno no provoque un pico de caudal se cree oportuno analizarlos separadamente. En la siguiente figura se muestra un episodio que se analizaría de esta manera: Figura 4.2.4 Episodio de Febrero del 2003, Cuenca del Alcanadre; Ejemplo de cálculos, subepisodios de precipitación. Como ya se ha dicho, en total se han analizado diez subcuencas pertenecientes a la cuenca del Ebro y en todas ellas se ha seguido este procedimiento a la hora de la selección de los episodios más relevantes y el estudio de estos. En general el número de episodios analizados en cada subcuenca está entre ocho y diez, siendo muchos caracterizados por hidrogramas complejos y a su vez divididos en sub-episodios que se analizan de manera independiente. Para cada subcuenca una vez obtenidos los resultados procedentes del análisis de los episodios se determinan unas pautas de comportamiento con respecto a su respuesta hidrológica ante una precipitación. Los estudios realizados en cada subcuenca se encuentran en los anexos. 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 40 50 100 150 200 250 300 18/02/03 20/02/03 22/02/03 24/02/03 26/02/03 28/02/03 02/03/03 04/03/03 06/03/03 Precipitación (mm) Caudal (m3/s) Fecha dd/mm/aa Cuenca del Alcanadre Febrero 2003 Caudal, 2º Sub - episodio: A033 Caudal, 1er Sub - episodio: A033 Precipitación : A095 Precipitación : P028 Precipitación : A040 Precipitación : E041 Precipitación : A032 Segundo Sub-episodio Primer Sub-episodio Capítulo 5 MODELOS DE PREDICCIÓN 22 5. MODELOS DE PREDICCIÓN 5.1 Introducción Un modelo hidrológico es una representación física o matemática de los procesos hidrológicos reales que ocurren dentro de una cuenca. En este capítulo se procede a realizar un contraste entre las escorrentías y los tiempos de concentración obtenidos a partir del análisis de los episodios históricos y una estimación teórica de estos a partir de modelos hidrológicos. La caracterización teórica se realiza con la ayuda de datos proporcionados por el SAIH Ebro, y mediante ella se estiman los tiempos de concentración de las diferentes subcuencas utilizando la fórmula de Témez (la cual se muestra en el siguiente punto del capítulo) y las escorrentías definidas a través del número de curva del SCS. Se utilizan estos modelos porque fueron los utilizados por el SAIH Ebro para la estimación inicial de los parámetros de modelización, los cuales sirvieron de base para las simulaciones más complejas que actualmente llevan a cabo. 5.2 Estimación teórica del tiempo de concentración El tiempo de concentración en una cuenca depende del espacio recorrido (longitud y forma de la cuenca) y de la ``velocidad´´ de las escorrentías (altura de la escorrentía, pendiente de la cuenca y del cauce principal, rugosidad de la superficie). Se puede estimar a través de fórmulas empíricas. Existen muchas fórmulas utilizadas para el cálculo de este tiempo, la de Kirpich (1940), la de Izzard (1946), la de Federal Aviation Administration (1970), etc. [Chow et al. 1994]. Como se ha dicho anteriormente, en este estudio la estimación del tiempo de concentración se realiza mediante la fórmula de Témez, la cual tiene la siguiente expresión: ܶ ௖ =0,3∙ቆܮ ܬ ଵସ ൗ ቇ ଴,଻଺ donde: T c : es el tiempo de concentración en horas. L: es la longitud del cauce principal en km. J: es la pendiente media del cauce principal en m/m. Como se puede apreciar en la anterior expresión, el tiempo de concentración se calcula en base a la longitud del cauce principal y a la pendiente media del cauce principal. Por lo que para su cálculo en cada subcuenca se necesita elaborar un perfil longitudinal del río en el que podamos evaluar las pendientes en cada tramo. La longitud del río con la que se trabaja es la que transcurre desde su nacimiento hasta la estación de aforo. Por ejemplo, para la subcuenca del Ulzama, a partir de los valores que se muestran en la siguiente tabla, donde aparece su altimetría en diferentes puntos, se procede a calcular el tiempo de concentración. Di stancia al nacimiento (km) Altitud (msnm) 0Km 991 msnm → Nacimiento 2,3Km 887 msnm 4,6Km 671 msnm 6,7Km 600 msnm 9Km 533 msnm 17,5Km 512 msnm 27,5Km 487 msnm → Estación de aforo A067 Tabla 5.2.1 Altimetría de diferentes puntos del cauce principal del Ulzama. Capítulo 5 MODELOS DE PREDICCIÓN 23 A partir de estos valores se puede calcular el tiempo de concentración: ܬ= ଽଽଵିସ଼଻ ଶ଻,ହ∙ଵ଴଴଴ =0,0183m/m → ܶܿ=0,3∙൬ ଶ଻,ହ ଴,଴ଵ଼ଷ భర ൗ ൰ ଴,଻଺ = 7,96h. De igual manera se calculan los tiempos de concentración para todas las subcuencas. Los datos de partida para estos cálculos se encuentran adjuntos en el Anexo XII. 5.3 Estimación del número de curva Para estimar inicialmente la relación precipitación-escorrentía en una cuenca uno de los parámetros más utilizados es el Número de Curva (NC) del Soil Conservation Service de Estados Unidos (SCS). La metodología del número de curva para determinar la relación precipitación-escorrentía se basa en un balance de agua el cuál se encuentra detallado en el Anexo XIII. Es una metodología simple y empírica que permite obtener una aproximación adecuada y que se desarrolló a partir de la observación del fenómeno hidrológico precipitación-escorrentía en diferentes tipos de suelo y para diferentes condiciones de humedad antecedente. El número de curva presenta valores de 0≤NC≤100. A mayor número de curva las condiciones de escorrentía son más críticas (mayor coeficiente de escorrentía), determinando menor infiltración [Gaspari et al. 2007]. Es decir, un número de curva igual a 100 define un terreno totalmente impermeable en el cual se genera una escorrentía del 100% y cuanto más pequeño es el valor del número de curva, más permeable es el terreno y menor escorrentía se genera para cualquier lluvia. En una cuenca, a partir del número de curva, no le podemos asociar directamente un valor exacto del coeficiente de escorrentía pero sí que en base a él se le puede asociar un coeficiente de escorrentía teórico: muy bajo, bajo, medio, alto y muy alto. Antes de pasar a realizar la comparación de los números de curva de cada subcuenca con los coeficientes de escorrentía calculados en el análisis, se procede a realizar un estudio en el que se obtiene un rango aproximado de la variación del número de curva en cada subcuenca, para así poder hacerse una idea de cuál es el rango general de variación del número de curva. El número de curva se calcula en función de la humedad inicial del suelo, las características litológicas y edafológicas del suelo, las características de la cubierta vegetal, el uso al que se destina el suelo y la pendiente de este. Humedad Inicial: Los números de curva se aplican en diferentes condiciones de humedad antecedente. Se consideran tres condiciones, denominadas AMC I, II, III. De ellas, la condición I equivale a un suelo muy seco, y no es en absoluto habitual en estudios de avenida, ya que reduce extraordinariamente el coeficiente de escorrentía. En general, los análisis se centran en condiciones de humedad II, que responden a una humedad media. Existen expresiones que relacionan las tres condiciones de humedad (véase Anexo XIII). Este análisis se realiza a partir de condiciones de humedad II. Capítulo 5 MODELOS DE PREDICCIÓN 24 Características del suelo: Desde el punto de vista hidrológico, el método del número de curva del SCS considera cuatro tipos de sustratos distintos, según su grado de permeabilidad: suelos tipo A (agrupa los sustratos permeables, es decir con un potencial de escorrentía mínimo), suelos tipo B (sustratos algo menos permeables que los del tipo anterior y, por lo tanto, con un mayor potencial de escorrentía), suelos tipo C (sustratos que varían entre límites menos permeables a algo impermeables, con un potencial de escorrentía entre valores medio y alto), suelos tipo D (agrupa los sustratos con mayor impermeabilidad y, por tanto, mayor potencial de escorrentía) [Franquet-Bernis 2005]. En la siguiente figura se adjunta un mapa de clasificación de los usos del suelo de la cuenca del Ebro, según el SCS: Figura 5.3.1 Mapa de suelos de la cuenca del Ebro según el SCS. Situando las subcuencas en el mapa se obtendría el tipo o tipos de suelo con los que nos podemos encontrar. Por ejemplo, la subcuenca del Ulzama, la cual se encuentra localizada en la zona donde se indica en la figura anterior, se caracteriza por tener un tipo de suelo B aunque en pequeñas parcelas del terreno nos podemos encontrar con suelos del tipo A, en muy pequeñas parcelas del terreno suelos tipo C y en aún más pequeñas parcelas con suelo tipo D. Cubierta vegetal y usos del suelo: De acuerdo a la metodología propuesta por el SCS a la hora de determinar el NC de un determinado terreno, se debe tener en cuenta la siguiente calificación de usos del suelo: Cultivos en hilera, cereales de invierno, rotación de cultivos pobres, rotación de cultivos densos, praderas, plantaciones regulares, masas forestales, rocas permeables, improductivos Subcuenca del Ulzama Capítulo 5 MODELOS DE PREDICCIÓN 25 impermeables (pavimentados y asimilados) y por último con suelo residencial impermeable al 65%, con suelo residencial impermeable al 25% y con aprovechamientos mineros. En la siguiente figura se muestra un mapa de clasificación de usos del suelo según el SCS para la cuenca del Ebro. Figura 5.3.2 Mapa de usos del suelo de la cuenca del Ebro según el SCS. Y una vez situadas las subcuencas se puede determinar el uso del suelo según el SCS en cada una. En la subcuenca del Ulzama nos encontramos con masas forestales tipo medio y praderas tipo medio. Análisis de la pendiente: El último factor que se considera que tiene incidencia en el NC de un determinado territorio es la pendiente del terreno y se considera al respecto dos clases diferentes: pendiente inferior o pendiente superior al 3%. Situando las subcuencas analizadas en el mapa de clasificación de las pendientes, según el SCS, se obtiene este factor. En la subcuenca del Ulzama, se observa que en la mayoría del terreno la pendiente es mayor del 3% y que en muy pequeñas parcelas del terreno nos podemos encontrar con pendientes menores al 3%. Subcuenca del Ulzama Capítulo 5 MODELOS DE PREDICCIÓN 26 Figura 5.3.3 Mapa de de clasificación de pendientes en la cuenca del Ebro según el SCS. A partir de los tres últimos mapas se puede obtener un mapa de evolución del número de curva del SCS en la cuenca del Ebro aplicando los valores contenidos en la siguiente tabla (tabla 5.3.1). Dichos valores corresponden a la condición antecedente de humedad II. Subcuenca del Ulzama Capítulo 5 MODELOS DE PREDICCIÓN 27 Tabla 5.3.1 Números de curva, en función del tipo y usos del suelo y la pendiente. Condiciones de humedad II. Figura 5.3.4 Mapa de la distribución espacial del número de curva en la cuenca del Ebro. Subcuenca del Ulzama Capítulo 5 MODELOS DE PREDICCIÓN 28 Directamente a partir de este último mapa o situando en los mapas de las figuras 5.3.1, 5.3.2 y 5.3.3 las subcuencas analizadas y entrando en la tabla 5.3.1 de triple entrada, podemos encontrar el rango de variación del número de curva para cada una de las subcuencas. Por ejemplo, para la subcuenca del Ulzama nos encontraríamos con pequeñas zonas en las que el número de curva toma valores más bajos, NC=40, zonas en las que los números de curva son más altos llegando a alcanzar valores de NC=85; aunque estos valores extremos nos los encontraríamos en pequeñas parcelas del terreno y el número de curva que más predomina en toda la subcuenca es cercano a NC=60. Realizando este proceso para todas las subcuencas obtenemos que los números de curva más bajos que nos encontramos están en torno al 40 y los más altos son iguales a 94, pero para todas ellas el número de curva predominante en la mayoría de su superficie toma valores entre 60 y 70, por lo que antes de realizar un análisis más específico, se concluye que, en general, los números de curva en las subcuencas toman valores muy similares, por lo que un buen funcionamiento del modelo implicaría que los coeficientes de escorrentía calculados en las diferentes subcuencas analizadas no se diferenciaran mucho. En el análisis de episodios, los coeficientes de escorrentía se calculan a partir de la lluvia media, la cual se calcula teniendo en cuenta la lluvia registrada en todos los pluviómetros existentes distribuidos por toda la superficie de la cuenca. En general, a la hora de estimar el coeficiente de escorrentía medio se analiza el episodio en el que la lluvia es más uniforme en la cuenca y se tiene en mente los coeficientes de escorrentía calculados para el resto de episodios. De esta forma, para realizar este análisis se compara el coeficiente de escorrentía medio de la subcuenca con el valor promedio del número de curva. 5.4 Análisis Comparativo Cuenca del Ulzama Figura 5.4.1 Número de curva; Cuenca del Ulzama. Caracterización teórica • El NC=61±8. • El T c =7,96h. Valores obtenidos en el análisis • Escorrentía media =0,38. • T c ≈8h. Capítulo 5 MODELOS DE PREDICCIÓN 29 Cuenca del Alcanadre Figura 5.4.2 Número de curva; Cuenca del Alcanadre. Caracterización teórica • El NC=62±8. • El T c =18,1h. Valores obtenidos en el análisis • Escorrentía media =0,27. • T c ≈17,5h. Cuenca del Bergantes Figura 5.4.3 Número de curva; Cuenca del Bergantes. Caracterización teórica • El NC=60±9. • El T c =20,07h. Valores obtenidos en el análisis • Escorrentía media =0,2. • T c ≥14h. Capítulo 5 MODELOS DE PREDICCIÓN 30 Cuenca del Susía Figura 5.4.4 Número de curva; Cuenca del Susía. Caracterización teórica • El NC=64±7. • El T c =4,35h. Valores obtenidos en el análisis • Escorrentía media =0,32. • Tc≈4h. Cuenca del Omecillo Figura 5.4.5 Número de curva; Cuenca del Omecillo. Caracterización teórica • El NC=65±7. • El T c =9,68h. Valores obtenidos en el análisis • Escorrentía media =0,142. • T c ≥7h. Capítulo 6 CONCLUSIONES 37 • Cuencas de régimen de alimentación pluvial de clima continental semiárido: Caracterizadas por precipitaciones medias anuales de entre 400 y 500 l/m² con una irregularidad alta de unos años a otros. Tienen gran importancia los episodios de precipitación convectiva que pueden ser muy importantes durante los meses más calurosos del año, aunque tienen lugar con una frecuencia baja. La influencia de los sistemas frontales es pequeña en relación con los anteriores. Esto supone caudales específicos bajos y en general grandes periodos de estiaje interrumpidos por episodios aislados de crecidas asociados a tormentas. Estas crecidas pueden ser de gran magnitud sobre todo en primavera y otoño, pero pueden pasar años sin que haya eventos destacados. A este tipo corresponde la cuenca del Manubles. • Cuencas de régimen de alimentación pluvial de clima mediterráneo de montaña: Caracterizadas por precipitaciones medias anuales de entre 500 y 700 l/m² con una irregularidad alta de unos años a otros. Tienen gran importancia los episodios de precipitación convectiva que pueden ser muy importantes (más de 300 l/m² en 24 horas) en la primavera y el otoño. Tanto la intensidad de estos fenómenos, como su frecuencia, es mayor que en el clima semiárido. La influencia de los sistemas frontales es pequeña. Esto supone caudales específicos bajos y en general largos periodos de estiaje interrumpidos por episodios aislados de crecidas asociados a sistemas convectivos de diversa magnitud. Estas crecidas pueden ser de gran magnitud sobre todo en primavera y otoño, pero puede pasar tiempo sin que se produzcan eventos destacados. A este tipo corresponde la cuenca del Bergantes. Del análisis de la respuesta hidrológica de las cuencas analizadas se concluye que existe una gran diversidad en el comportamiento hidrológico de las subcuencas que forman parte de la cuenca del Ebro en relación a la zona climática en la que se ubican, diversidad que seguramente hubiera sido más notoria si se hubieran estudiado subcuencas situadas en zonas más altas del Pirineo (Zonas de alta montaña). Esta diversidad climática da lugar al alto nivel de complejidad que manifiesta la cuenca del Ebro en cuanto a comportamiento hidrológico, y se explica por la disposición geográfica de la cuenca, ubicada a caballo entre el océano Atlántico y el mar Mediterráneo y constituida por una depresión central (entre 0 y 400 msnm en un 80%) delimitada por los Pirineos al norte (hasta 3000 msnm), por la cordillera Ibérica al sur (hasta 2000 msnm) y por la cordillera Costero Catalana al este (hasta 1000 msnm). Del análisis de los episodios de crecida más relevantes se concluye que: • Las principales características de las riadas, su duración, la cantidad de volumen que suponen y el caudal punta que se alcanza, están claramente influenciadas por el tipo de precipitaciones que las provocan, en este sentido se pueden diferenciar entre: - Lluvias intensas y concentradas en el tiempo, las cuales producen riadas de corta duración y bajo volumen pero con caudales de punta altos. Los hidrogramas que representan este tipo de crecidas son los más puntiagudos. Este tipo de eventos se relacionan normalmente con fenómenos convectivos, y aunque pueden darse en cualquier punto de la subcuenca son más típicos de climas mediterráneos y climas de montaña, lo que se corresponde con el Capítulo 6 CONCLUSIONES 38 cuadrante suroriental de la cuenca del Ebro y con la cordillera Pirenaica y Prepirenaica. - Lluvias uniformes y de baja intensidad, este tipo de lluvias sólo producen escorrentía si son muy prolongadas en el tiempo y si se llega a superar la capacidad de infiltración del suelo. En general estas lluvias, aunque recargan los acuíferos y pueden incrementar el caudal circulante, no suelen generar grandes crecidas. Sin embargo, a veces su importancia reside en que sirven para aumentar el estado de humedad del terreno, favoreciendo la generación de escorrentía en episodios posteriores. Este tipo de lluvias se asocia normalmente a sistemas frontales de procedencia oceánica que, aunque pueden afectar a cualquier punto de la cuenca del Ebro, tienen una incidencia mayor en el cuadrante noroccidental de la cuenca. - Lluvias de intensidad considerable y prolongadas en el tiempo, que provocan las riadas de mayor duración y, volumen y altos caudales de punta. En comparación con los hidrogramas obtenidos a partir de precipitaciones intensas y concentradas en el tiempo se puede decir que estos son más achatados en cuanto a forma, aunque pueden alcanzar caudales máximos tan elevados como los anteriores. Este tipo de precipitaciones son propias de climas oceánicos y son más frecuentes cuanto mayor sea la proximidad al mar, cosa que ocurre en el cuadrante noroccidental de la cuenca del Ebro. Los sistemas frontales también pueden reactivarse al llegar a una cordillera montañosa que hace un efecto de “trampolín”, sobreelevando rápidamente las masas nubosas e incrementando la inestabilidad atmosférica. Esto suele ocurrir en la cuenca del Ebro cuando sistemas frontales procedentes del suroeste chocan con la cara sur de los Pirineos. • Los umbrales de precipitación necesarios en una cuenca para que su suelo se sature y comience a generar escorrentía dependen del estado de humedad del suelo, de sus características geológicas, de la intensidad de las precipitaciones y de la cobertura vegetal de la cuenca. A mayor saturación e impermeabilidad del terreno, mayor intensidad de precipitación, y menor cobertura vegetal, le corresponden umbrales de precipitación menores (pueden incluso llegar a ser nulos). En general si partimos de condiciones de terreno seco y las precipitaciones son uniformes, los umbrales de precipitación en las diferentes subcuencas varían entre valores 10 mm (cuenca del Susía) y 30 mm (Bergantes y Ulzama). • El valor de los coeficientes de escorrentía calculados en cada episodio depende claramente de la intensidad de las precipitaciones y de las condiciones de humedad del terreno. En general menores coeficientes de escorrentía se obtienen cuanto más intensa y concentrada en el tiempo es la precipitación y cuanto más elevado es el estado inicial de humedad, mayores son los coeficientes de escorrentía. • Los tiempos de concentración dependen tanto de la superficie (que se relaciona con la longitud del cauce) de la subcuenca como de la pendiente media de la misma, siendo Capítulo 6 CONCLUSIONES 39 la superficie de la cuenca el factor más influyente. En general cuanto mayor es la superficie y menor la pendiente de la cuenca, mayor es este tiempo. • Para todas las subcuencas, analizando sus hidrogramas de avenida, el volumen asociado a escorrentías directas es mucho mayor que el asociado a flujos subterráneos e hipodérmicos, lo que implica que para que se genere una riada es necesario que existan escorrentías directas grandes. Por último, de la comparación entre los parámetros hidrológicos obtenidos a partir del análisis de datos reales (los obtenidos a partir del análisis de los episodios) y los parámetros hidrológicos teóricos estimados se concluye que el método del número de curva refleja muy bien la escorrentía que se produce en cada subcuenca y que mediante la fórmula de Témez se estiman unos valores teóricos de los tiempos de concentración que también se ajustan muy bien a lo observado en los episodios. Como trabajo futuro se plantea seguir en la línea de analizar más episodios históricos en otras subcuencas de la cuenca del Ebro. De esta forma se podrá disponer de una buena base de datos de episodios de avenida ocurridos en el pasado. En el caso de que las previsiones de la agencia estatal de meteorología den algún suceso de precipitación extrema, el SAIH registrará en sus aforos los primeros síntomas de crecida de caudal. Es entonces cuando el sistema de previsión se pone en alerta y se realizan simulaciones a tiempo futuro para poder caracterizar y prevenir la avenida que puede tener lugar aguas abajo. En este punto es cuando la base de datos de episodios históricos es útil para poder tener una información previa y de primera mano de cómo va a reaccionar la subcuenca ante un evento de las características previstas, asociado a todas las variables que se han analizado. En otra línea de trabajo, una vez que se ha comprobado que los valores de los números de curva en el modelo hidrológico del SCS se ajustan a lo que ocurre en la realidad y se ha venido observando en los episodios históricos; se va a proceder a simular los episodios relevantes con este modelo hidrológico para comprobar que el caudal de escorrentía en las estaciones de aforo es similar al que se midió y de esta forma calibrar bien los modelos para tener una buena herramienta de simulación. Siguiendo esta línea, el siguiente paso será acoplar a un modelo hidrológico de este tipo, SCS u otro, un modelo hidráulico que permita predecir a tiempo real lo que ocurrirá en un episodio de crecida. Otro paso importante será analizar otros aspectos que condicionen el hecho de que se generen o no avenidas, como las características geomorfológicas de la cuenca. Para ello habrá que hacer estudios de regresión y correlación no sólo de los caudales con la precipitación, sino también con los parámetros geomorfológicos de la cuenca. Capítulo 6 CONCLUSIONES 40 7. BIBLIOGRAFÍA • [Ayala-Carcedo y Olcino 2002] Ayala-Carcedo F.J. y Olcino J., Riesgos Naturales. Ariel, S.A., 2002. • [Batalla et al. 1999] Batalla, R.J., De Jong, C., Ergenzinger, P., Sala, M., Field observations on hyperconcentrated flows in mountain torrents. Earth Surface Processes and Landforms, 24: 247-253, 1999. • [Batalla y Sala 1997] Batalla, R.J., Sala, M., Estimaciones hidrológicas y de movimiento de sedimento en la crecida del 7 de agosto de 1996 en la cuenca del Barranco de Arás (Pirineo aragonés). Acta Geológica Hispánica, 30:(4): 51-59, 1997. • [Brierley et al. 2005] Brierley, G.J. y Fryirs K.A., Geomorphology and river management: Applications of the River Styles Framework. Blackwell Pub., Oxford, U.K., 2005. • [Brufau y Garcia-Navarro 2000] Brufau, P. y Garcia-Navarro, P. 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