Influencia del transporte sólido en la rugosidad y su afección al estudio de inundaciones del río Guadalhorce

Equation Chapter 1 Section 1 Proyecto Fin de Máster Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce Autor: Francisco Ruth Centella Tutor: Mª Carmen Molina González Dep. de Ingeniería Aeroespacial y Mecánica de Fluidos Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2017 Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce 3 Proyecto Fin de Máster Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce Autor: Francisco Ruth Centella Tutor: Mª Carmen Molina González Profesor asociado Dep. de Ingeniería Aerospacial y Mecánica de Fluidos Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2017 Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce 5 Proyecto Fin de Máster: Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce Autor: Francisco Ruth Centella Tutor: Mª Carmen Molina González El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: Sevilla, 2017 El Secretario del Tribunal Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce 7 Agradecimientos Mis agradecimientos por la realización del presente trabajo, van dirigidos a varias personas. En primer lugar, a mi profesora y tutora, Dña. Mª Carmen Molina González por las numerosas horas de trabajo que ha dedicado ayudándome y guiándome. A mi familia, en especial a mis padres, que no han dejado de apoyarme y de confiar en mí, desde que empecé el duro y apasionante camino de la ingeniería. A mis amigos y compañeros, que siempre me han animado a seguir adelante con entusiasmo. Y, por último, y más importante, a mi pareja, cuyo apoyo y confianza han sido constantes durante todo este tiempo. Francisco Ruth Centella Sevilla, 2017 Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce 9 Resumen En el presente Trabajo Fin de Máster, se analiza la influencia que el transporte de sólidos puede tener sobre la rugosidad del río, afectando así, al estudio de inundaciones del mismo. El río escogido para ello, ha sido el Guadalhorce en la provincia de Málaga, concretamente, el tramo más próximo a su desembocadura. Para su análisis, los estudios hidráulicos y de inundación, se han llevado a cabo de dos formas distintas. La primera, consiste en tomar un valor de rugosidad o parámetro (n) de Manning habitual, directamente de las tablas empleadas para ello y sin tener en cuenta el transporte sólido. Por otro lado, el segundo caso, consiste en calcular y modelar el parámetro (n), considerando, ahora sí, dicho transporte, y obteniendo una idea más real y precisa del comportamiento natural del cauce. Con todo ello, y con la ayuda del software de cálculo HEC-RAS, se ha podido modelar hidráulicamente el río, obteniendo así la mancha de inundación generada en ambas situaciones. Finalmente, puede observarse cómo mediante el segundo caso, se consiguen unos resultados mucho más exactos que los alcanzados tomando valores clásicos de rugosidad, obteniendo una visión más realista de los efectos y riesgos de inundación de las zonas afectadas, y permitiendo así, realizar modelos de respuesta con los que evitarlos. Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce 17 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 2-1. Caracterización del embalse del Guadalhorce. .......................................................................... 24 Tabla 2-2. Caracterización de la desembocadura del Guadalhorce. .......................................................... 24 Tabla 2-3. Inundaciones históricas en la cuenca del río Guadalhorce. ...................................................... 25 Tabla 3-1. Puntos de riesgo de la cuenca del Guadalhorce. ........................................................................ 31 Tabla 3-2. Actuaciones referidas a medidas estructurales en la cuenca del Guadalhorce. ....................... 33 Tabla 3-3. Actuaciones contempladas en el programa de medidas del P.H. de las C.M.A. ..................... 33 Tabla 4-1. Clasificación climática de Köppen. ............................................................................................ 37 Tabla 4-2. Temperatura media mensual en algunas estaciones de la cuenca. ........................................... 38 Tabla 5-1. Evapotranspiración potencial media mensual en algunas estaciones de la cuenca. ................ 46 Tabla 6-1. Caudales de cálculo por periodo de retorno. ............................................................................. 57 Tabla 7-1. Clasificación de sedimentos según su modo de transporte. ...................................................... 65 Tabla 7-2. Modificaciones para el parámetro (n) de Manning según el método de Cowan. .................... 68 Tabla 7-3. Principales modelos computacionales. ...................................................................................... 78 Tabla 8-1. Porcentaje de víctimas mortales debidas a inundaciones en relación a otras catástrofes naturales. ........................................................................................................................................................ 83 Tabla 9-1. Niveles de riesgo de las zonas afectadas. ................................................................................... 87 Tabla 9-2. Caudales de cálculo (m3/s) por periodos de retorno. ................................................................ 87 Tabla 9-3. Valores del parámetro (n) de Manning según el método clásico. ............................................ 92 Tabla 9-4. Modificaciones para el parámetro (n) de Manning según el método de Cowan. .................... 93 Tabla 9-5. Modificaciones para el parámetro (n) según Arcement y Scheneider (1987). ........................ 93 Tabla 9-6. Valores de (n0) para los materiales localizados en el tramo de estudio................................... 93 Tabla 9-7. Funciones de distribución extremal de presión atmosférica. .................................................... 96 Tabla 9-8. Variaciones en el centro de la perturbación. .............................................................................. 97 Tabla 9-9. Cotas del nivel del mar (m) por periodos de retorno. ............................................................... 98 Tabla 10-1. Caudales de cálculo (m3/s) por periodos de retorno. .............................................................. 99 Tabla 10-2. Resumen del transporte de sedimentos en los tramos de estudio. ........................................ 107 Tabla 10-3. Corrección del valor n0. .......................................................................................................... 109 Tabla 11-1. Valores de (n) para diferentes secciones y periodos de retorno. .......................................... 112 Tabla 11-2. Variaciones en las variables hidráulicas de la zona 1. .......................................................... 119 Tabla 11-3. Variaciones en las variables hidráulicas de la zona 2. .......................................................... 120 Tabla 11-4. Variaciones en las variables hidráulicas de la zona 3. .......................................................... 121 Tabla 11-5. Variaciones en las variables hidráulicas de la zona 4. .......................................................... 122 Tabla 11-6. Variaciones en las variables hidráulicas de la zona 5. .......................................................... 123 Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce 19 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 2-1. Localización de la cuenca del río Guadalhorce y de la zona de estudio. ............................... 23 Figura 2-2. Mapa de la localización de la zona de estudio. ........................................................................ 24 Figura 3-1. Zona inundable, de policía y de servidumbre de un cauce. ..................................................... 28 Figura 3-2. Vía de intenso desagüe. ............................................................................................................. 29 Figura 4-1. Garganta del Guadalhorce. ........................................................................................................ 35 Figura 4-2. Mapa en relieve de la cuenca del Guadalhorce. ....................................................................... 36 Figura 4-3. Mapa de temperatura media anual de la cuenca del Guadalhorce. ......................................... 38 Figura 4-4. Mapa geológico de la cuenca del Guadalhorce. ....................................................................... 39 Figura 4-5. Mapa hidrológico de la zona de estudio. .................................................................................. 40 Figura 4-6. Mapa de usos de suelo de la cuenca del Guadalhorce. ............................................................ 41 Figura 4-7. Espacios y bienes protegidos en la cuenca del Guadalhorce. ................................................. 42 Figura 4-8. Distribución de las series de vegetación en la cuenca del Guadalhorce. ................................ 43 Figura 5-1. Mapa de precipitación media anual de la cuenca del Guadalhorce. ....................................... 46 Figura 5-2. Precipitación, temperatura y ETP mensual media en la estación 6119I Ardales “Vivero”. . 47 Figura 5-3. Precipitación, temperatura y ETP mensual media en la estación 6146I Cártama “Puente Fahala” ........................................................................................................................................................... 47 Figura 5-4. Precipitación, temperatura y ETP mensual media en la estación 6171A Málaga “Carmelitas”. .................................................................................................................................................. 47 Figura 5-5. Curvas IDF de la estación E047. ............................................................................................... 48 Figura 5-6. Hietogramas de diseño. .............................................................................................................. 49 Figura 6-1. División de cuencas. .................................................................................................................. 50 Figura 6-2. Ábaco de Heras para las Cuencas del Sur. ............................................................................... 54 Figura 6-3. Caudales máximos generados por cada método. ..................................................................... 56 Figura 6-4. Localización de los puntos de salida de las subcuencas. ......................................................... 57 Figura 7-1. Fuerzas sobre la partícula. ......................................................................................................... 61 Figura 7-2. Equilibrio de fuerzas en el lecho. .............................................................................................. 63 Figura 7-3. Balanza de Lane. ........................................................................................................................ 64 Figura 7-4. Métodos de distribución de partículas para modelos de una dimensión. ............................... 66 Figura 7-5. Mallas típicas empleadas por métodos de diferencias finitas. ................................................ 72 Figura 7-6. Ejemplo de malla de elementos finitos. .................................................................................... 72 Figura 7-7. Elementos finitos más comunes. ............................................................................................... 73 Figura 7-8. Esquemas de volúmenes de control. ......................................................................................... 73 Figura 7-9. Ciclo del modelamiento computacional. .................................................................................. 75 Figura 7-10. Fases de una modelización. ..................................................................................................... 81 Figura 8-1. Mapa de las ARPSIs de la zona de estudio. ............................................................................. 85 Figura 9-1. Mapa del modelo digital del terreno de la zona de estudio. .................................................... 88 Figura 9-2. Simulación de cursos fluviales. ................................................................................................. 89 Figura 9-3. Localización de la información instrumental de medida. ........................................................ 94 Figura 9-4. régimen medio del nivel de marea. ........................................................................................... 95 Figura 9-5. Niveles de referencia.................................................................................................................. 96 Figura 9-6. Régimen extremal de nivel de marea........................................................................................ 97 Figura 10-1. Esquema para el cálculo del transporte de sedimentos en el río Guadalhorce. ................. 102 Figura 10-2. División de tramos para el estudio del transporte de sedimentos en el río Guadalhorce. . 105 Figura 10-3. Salida del material (m3) en los tramos del río. .................................................................... 108 Figura 10-4. Tendencia sedimentaria de cada tramo del río..................................................................... 108 Figura 11-1. Variación del coeficiente (n) de Manning a lo largo del tramo. ......................................... 111 Figura 11-2. Manchas de inundación del E.H.1. ....................................................................................... 112 Figura 11-3. Manchas de inundación del E.H.2. ....................................................................................... 113 Figura 11-4. Variación de la mancha de inundación para T = 10 años. .................................................. 113 Figura 11-5. Variación de la mancha de inundación para T = 50 años. .................................................. 114 Figura 11-6. Variación de la mancha de inundación para T = 100 años. ................................................ 114 Figura 11-7. Variación de la mancha de inundación para T = 500 años. ................................................ 115 Figura 11-8. Mancha de inundación sobre zona 1. ................................................................................... 116 Figura 11-9. Mancha de inundación sobre zona 2. ................................................................................... 116 Figura 11-10. Mancha de inundación sobre zona 3. ................................................................................. 117 Figura 11-11. Mancha de inundación sobre zona 4. ................................................................................. 117 Figura 11-12. Mancha de inundación sobre zona 5. ................................................................................. 118 Figura 11-13. Sección de la zona 1 del E.H.1. .......................................................................................... 119 Figura 11-14. Sección de la zona 1 del E.H.2. .......................................................................................... 119 Figura 11-15. Sección de la zona 2 del E.H.1. .......................................................................................... 120 Figura 11-16. Sección de la zona 2 del E.H.2. .......................................................................................... 120 Figura 11-17. Sección de la zona 3 del E.H.1. .......................................................................................... 121 Figura 11-18. Sección de la zona 3 del E.H.2. .......................................................................................... 121 Figura 11-19. Sección de la zona 4 del E.H.1. .......................................................................................... 122 Figura 11-20. Sección de la zona 4 del E.H.2. .......................................................................................... 122 Figura 11-21. Sección de la zona 5 del E.H.1. .......................................................................................... 123 Figura 11-22. Sección de la zona 5 del E.H.2. .......................................................................................... 123 Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce 21 1 INTRODUCCIÓN l presente trabajo, titulado “Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce”, pretende analizar las repercusiones derivadas del transporte de sólidos sobre el lecho del río, afectando a la rugosidad del cauce y de manera directa, al riesgo de inundación de los terrenos anexos. La dirección principal del trabajo, irá orientada hacía una óptima definición y evaluación del parámetro de rugosidad (n) de Manning, con el que poder modelar y calcular correctamente la mancha real de inundación en el cauce del río Guadalhorce, permitiendo así, analizar la mayor o menor correlación con los estudios basados en una elección subjetiva y directa de dicho parámetro. 1.1. Metodología La metodología es una parte, en la elaboración de cualquier documento, que adquiere gran importancia, ya que es la etapa que parte de una posición teórica y conduce a la selección de las técnicas adecuadas para la realización de las tareas vinculadas a la investigación y al desarrollo del estudio. En la elaboración del presente trabajo, se han seguido una serie de pautas o procedimientos, los cuales se muestran a continuación: 1. Estudio de antecedentes e inundaciones históricas producidas en la provincia de Málaga y debidas a los continuos desbordamientos del río Guadalhorce y sus afluentes, permitiendo así, tener constancia de la necesidad de una buena delimitación de las (ARPSIs). 2. Análisis y síntesis, de los riesgos de inundación recogidos por los planes existentes en materia de inundaciones y referidos al ámbito de estudio, tales como: • Plan de Prevención de Avenidas e Inundaciones en Cauces Urbanos Andaluces. • Evaluación Preliminar del Riesgo de Inundación (EPRI). • Identificación de las Áreas de Riesgo Potencial Significativo de Inundación (ARPSIs). • Planes de Gestión del Riesgo de Inundación. Obteniendo con ello, información acerca de: - Delimitación de zonas inundables para distintos periodos de retorno. - Identificación de núcleos urbanos con riesgo de inundaciones y su nivel de riesgo. 3. Consideración de los estudios, geológico, pluviométrico, hidrológico, etc. con los que apoyar y corroborar los parámetros y modelos de cálculo. E Nunca andes por el camino trazado, pues te conducirá a donde otros ya fueron. - Alexander Graham Bell - 4. Análisis sobre el trasporte de sedimentos y sus repercusiones en la hidráulica actual, así como la definición de las ecuaciones y los modelos más empleados actualmente para su estudio. 5. Estudio hidráulico comparativo, evaluando por separado las consecuencias de realizar un cálculo y modelado de los riesgos y zonas de inundación con un valor directo del parámetro (n) de Manning, frente a una elección del mismo detallada y consensuada con los modelos y ecuaciones indicadas al uso, con el que obtener unos resultados más ajustados y acordes a la realidad. Para este punto, ha sido fundamental el uso del software informático HEC-RAS, con el que poder llevar a cabo la ejecución del modelo y el cálculo y comprobación de cada una de las variables y situaciones propuestas. 6. Representación visual del estudio de inundación y conclusiones finales. Para corroborar este punto, se presentan una serie de planos. En su elaboración, se han empleado los programas ArcMap 10.1 y HEC-RAS, del US Corps of Engineers. Las capas necesarias para ello, se han obtenido del Instituto de Estadística y Cartografía de Andalucía, de los Datos Espaciales de Referencia de Andalucía (DERA) y de la Red de Información Ambiental de Andalucía (REDIAM). El resto de información empleada en el trabajo, se encuentra debidamente referenciada en el “Apartado: Referencias y Bibliografía”. 2 ANTECEDENTES 2.1. Ámbito de Estudio La cuenca del río Guadalhorce se localiza dentro del ámbito de la Demarcación Hidrográfica de las Cuencas Mediterráneas Andaluzas y se ubica en su práctica totalidad en el sector central de la provincia de Málaga. En conjunto, la cuenca del río Guadalhorce engloba, total o parcialmente, territorio perteneciente a 45 municipios, de los que tan sólo tres pertenecen a provincias distintas a Málaga: los municipios granadinos de Zafarraya y Loja (en el cual se produce el nacimiento del río), y el municipio sevillano de El Saucejo (por cuyo sector meridional transcurre el límite noroccidental de la cuenca). La DHCMA, depende de la Consejería de Medio Ambiente y Ordenación del Territorio de la Junta de Andalucía, situándose la cuenca del río Guadalhorce en el Subsistema de Explotación I-4, junto con la cuenca del río Guadalmedina, perteneciendo ambas a su vez, al Sistema de Explotación I-SERRANÍA DE RONDA. La cuenca vertiente del río Guadalhorce tiene una superficie de 3.247,5 km2 aproximadamente, que supone algo menos de la mitad de toda la superficie provincial (7.306 km2), lo que la determina como la red de drenaje más extensa de la Cuenca Mediterránea Andaluza. La longitud total del río, es de 154 km aproximadamente. Figura 2-1. Localización de la cuenca del río Guadalhorce y de la zona de estudio. El agua es la fuerza motriz de toda la naturaleza. - Leonardo Da Vinci - Antecedentes 24 Dentro de la propia cuenca del Guadalhorce, existe una clara separación entre lo que se denomina cuenca alta y cuenca baja. Algunos de los cauces y masas de aguas más importantes localizadas en cada una de ellas son: • Cuenca Alta: río Guadalhorce (en su tramo alto), río Turón, río Guadalteba y río Almargen. Además, dentro de esta zona, se encuentra el embalse del Guadalhorce, con las siguientes características: Tabla 2-1. Caracterización del embalse del Guadalhorce. Cauce Principal Guadalhorce S. Cuenca Vertiente 16.235 ha Categoría Río Potencial Ecológico Moderado Naturaleza MAMM. Embalse Estado Químico Bueno Longitud 13,2 km Estado Peor que bueno Superficie 7,29 ha • Cuenca Baja: río Grande, arroyo de Casarabonela, arroyo las Cañas, río Fahala, arroyo del Valle, arroyo de las Piedras, arroyo del Ancón, rio Campanillas y arroyos del sector sur. Además, dentro de esta zona, se encuentra la desembocadura del Guadalhorce, con las siguientes características: Tabla 2-2. Caracterización de la desembocadura del Guadalhorce. Cauce Principal Guadalhorce S. Cuenca Vertiente 6.420 ha Categoría Río Potencial Ecológico Moderado Naturaleza MAMM. Encauzamiento Estado Químico Bueno Longitud 9,0 km Estado Peor que bueno Para este trabajo, nos centraremos en el dominio relativo a la cuenca baja del Guadalhorce, y más concretamente, al último tramo de la misma, con una longitud de 35 km aproximadamente y comprendido entre el municipio de Pizarra y la costa de Málaga. Figura 2-2. Mapa de la localización de la zona de estudio. Para entender un poco mejor la zona de estudio, nos remontamos a algunos datos de interés histórico, como la evolución que he experimentado el territorio, o las inundaciones que ha padecido. 25 25 Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce Los primeros indicios del río Guadalhorce se remontan a los fenicios, que edificaron una relevante ciudad comercial en el Cerro del Villar, junto a su desembocadura. Los romanos trazaron dos vías junto a sus márgenes y en ellas erigieron municipios, mansiones y villas. En el siglo XX se conoció el Plan Coordinado de Obras de la zona de nuevos regadíos del Guadalhorce, que incluía grandes obras hidráulicas como los embalses del Conde de Guadalhorce, Guadalhorce y Guadalteba, canales de derivación, canales de riego, la creación de nuevos núcleos de abastecimiento de agua potable, obras de encauzamiento y defensa de márgenes, etc. Pero la verdadera modificación del curso natural del río Guadalhorce comienza desde el primer año del siglo XX, relacionada con las familias de la burguesía industrial de Málaga, con el proyecto de construcción del Pantano del Chorro, en 1905, para suministrar electricidad a la provincia. En 1956 el Ministerio de Agricultura declara de “alto interés nacional”, la colonización de las zonas regables de los canales de ambas márgenes del Guadalhorce. Las crecientes necesidades de abastecimiento urbano a Málaga capital y la aprobación en 1961 del Plan de Riegos del Guadalhorce, dan como consecuencia la construcción de las presas del Guadalhorce y Guadalteba que finalizarían en 1973. En julio de 1995, la Consejería de Medio Ambiente emite la autorización para realizar el “Proyecto de Adecuación del Curso Bajo del Río Guadalhorce”, promovido por la Confederación Hidrográfica del Sur de España, obra que afecta al espacio protegido “Paraje Natural de la Desembocadura del Guadalhorce”. El resultado final conseguido, fue una ampliación de la protección frente a las inundaciones en los aledaños del río, gracias al encauzamiento preventivo realizado en ese tramo, una mayor la limpieza y ampliación de la superficie del Paraje Natural, un incremento del área ocupada por las láminas de agua, un mayor aislamiento de la zona gracias a quedar rodeada por los dos brazos del río y por el mar, un mejor control de acceso, y la creación de nuevos elementos de uso público (observatorios) destinados a aficionados y profesionales de la observación de la naturaleza, especialmente la avifauna acuática. 2.2. Inundaciones Históricas A continuación, se hace referencia a las inundaciones más importantes que se han acontecido hasta la actualidad en la cuenca del río Guadalhorce y más concretamente en las zonas próximas a su desembocadura, en la localidad de Málaga. Con ello, se pretende hacer evidente la necesidad de un cierto grado de control y actuación sobre dichas zonas, con el fin de minimizar los riesgos de las inundaciones o sus posibles efectos. Por otro lado, se pretende que el presente estudio, sirva de base para una correcta modelización y/o parametrización de las variables que afectan a las posibles zonas de inundación, próximas al cauce del río, pudiendo así, ajustar de manera real y efectiva, los límites que las delimitan. La información mostrada a continuación, se basa en una recopilación exhaustiva de las inundaciones históricas acontecidas en el río Guadalhorce y sus afluentes, cuyos testimonios se remontan hasta 1855. Dicha información, ha sido obtenida del Catálogo Nacional de Inundaciones Históricas (CNIH), y recopilada por la Comisión Técnica de Emergencia por Inundaciones (CTEI). Tabla 2-3. Inundaciones históricas en la cuenca del río Guadalhorce. Fecha Cauce Núcleos Tipo Daños Nivel 09/1855 Guadalhorce Málaga - Desbordamiento - 10/09/1856 Guadalhorce Málaga - Avenida - 30/11/1880 Guadalhorce Málaga Desbordamiento 1 muerto y varios daños materiales - 04/1881 Guadalhorce Álora Desbordamiento Viviendas 2m en Álora Legislación 32 Málaga Campanillas Arroyo Campanillas A Málaga Málaga Río Guadalhorce A Málaga Málaga Arroyo de Las Cañas A Málaga Málaga Arroyo Pilones B Pizarra Pizarra Arroyo Hondo C Pizarra Pizarra Arroyo Raja Ancha B Pizarra Pizarra Arroyo Los Búhos C Pizarra Pizarra Arroyo La Colada C Teba Huerta de la Cueva Río Guadalteba B Teba Teba Río de la Venta B Valle de Abdalajís Valle de Abdalajís Caño de María Castillo B Valle de Abdalajís Valle de Abdalajís Río de Las Piedras D Villanueva del Rosario Villanueva del Rosario Arroyo de La Canaleja B Villanueva del Rosario Villanueva del Rosario Cañadas sin nombre C Villanueva del Trabuco Villanueva del Trabuco Arroyo Chavo C Villanueva del Trabuco Villanueva del Trabuco Río Guadalhorce A Cabe destacar, las zonas de riesgos localizadas en los núcleos de Cártama, Pizarra y Málaga, bajo estudio, especialmente, los mayores niveles de estos dos últimos. Además de la identificación de la problemática y riesgos de las inundaciones, la aportación más relevante del Plan, fue la intervención a través del planeamiento urbanístico, con el fin de aumentar la adaptación de los asentamientos en los cursos fluviales, evitando así la ocupación de los cauces y limitando los usos en zonas inundables. 3.3 Evaluación Preliminar del Riesgo de Inundación e Identificación de las Áreas de Riesgo Potencial Significativo de Inundación Para la Evaluación Preliminar del Riesgo de Inundación (EPRI) y la identificación de las Áreas de Riesgo Potencial Significativo de Inundación (ARPSIs), se ha empleado toda la información contenida en el Plan de Prevención de Avenidas e Inundaciones en cauces urbanos andaluces. Paralelamente, se ha hecho uso, además, de la cartografía y/o visores cartográficos disponibles, destacando la información obtenida del MAPAMA. Así pues, para la identificación de las Áreas de Riesgo, se ha elaborado, como se muestra en el “Apartado 8: Estudio de Inundación”, el mapa correspondiente a las ARPSIs de la zona de estudio. 3.4 Planes de Gestión de Riesgo de Inundación La identificación de las ARPSIs, sirvió de base en el marco de la preparación de los Planes de Gestión del Riesgo de Inundación en cumplimiento de la Directiva 2007/60/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, relativa a la evaluación y gestión de los riesgos de inundación aprobados en 2015, por el Real Decreto 21/2016, de 15 de enero, por el que se aprueban los Planes de gestión del riesgo de inundación de las cuencas internas de Andalucía. Su principal objetivo, radica en una eficiente coordinación de las actuaciones a ejecutar por parte de todas las Administraciones Públicas, con el fin de reducir los riesgos de inundación. Para ello, se apoyan en una serie de programas de medidas, que atienden las fases de prevención, protección, preparación y recuperación o revisión tras las inundaciones. A continuación, se muestran, como medidas estructurales, las siguientes actuaciones propuestas por el plan: 33 33 Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce Tabla 3-2. Actuaciones referidas a medidas estructurales en la cuenca del Guadalhorce. Como puede observarse, las actuaciones sobre la cuenca del Guadalhorce, se basan principalmente en la adecuación del curso bajo del propio río y del río Campanillas, muy próximo a la zona de estudio, lo que evidencia el elevado riesgo de inundación existente. 3.5 Plan Hidrológico de las Cuencas Mediterráneas Andaluzas Los planes de gestión del riesgo de inundación y los planes hidrológicos, son elementos importantes en la realización de una gestión integrada de la cuenca. Es por ello, que la coordinación entre ambos procesos, guiados por la Directiva de Inundaciones y la Directiva Marco del Agua respectivamente, es imprescindible. Por su parte, el Plan Hidrológico de segundo ciclo, con año horizonte en 2021, contiene las actuaciones correspondientes a cumplir los objetivos de la Planificación, así como aquellas marcadas en su artículo 42 en materia de inundaciones. Dichas actuaciones, serán complementarias y/o dependientes, y contarán con unos plazos de ejecución y puesta en servicio importantes. Por su parte, el Plan de Gestión del Riesgo de Inundación, se centrará en las medidas indicadas en el RD 903/2010, que constituyen las medidas de gestión del riesgo con un plazo de ejecución e implantación menor. Las actuaciones recogidas por el Plan Hidrológico, que competen a la zona próxima al estudio, son las siguientes: Tabla 3-3. Actuaciones contempladas en el programa de medidas del P.H. de las C.M.A. Actuación Año 2015 Año 2021 Grupo de Medidas Carácter Presupuesto Total Año 2015 Encauzamiento del río Campanillas X Fenómenos meteorológicos extremos Complementaria 5.366.5000 0 Actuaciones correctoras de riesgo por inundación en núcleos urbanos de la Costa del Sol Oriental X X Fenómenos meteorológicos extremos Complementaria 81.110.000 10.000.000 Ámbito Medida Actuaciones Específicas Administración Responsable Presupuesto (Millones €) Plazo (Años) ARPSI Medidas Estructurales (Encauzamientos, motas, diques, etc.) que implican intervenciones físicas en los cauces, aguas costeras y áreas propensas a inundaciones Elaboración de guías técnicas para la realización de los estudios coste-beneficio de las infraestructuras Administración Estatal 0,07 2 Realización de estudios de desarrollo y análisis de viabilidad ambiental, económica y social de actuaciones de defensa de márgenes y encauzamientos Todas 1,5 6 Adecuación del curso bajo del río Guadalhorce. Sustitución del puente sobre la antigua N-340 y ampliación de la capacidad del encauzamiento Administración General del Estado - - Encauzamiento del río Campanillas a su paso por Campanillas (Málaga) Administración Hidráulica Andaluza - - Legislación 34 Así como una serie de actuaciones hidrológico-forestales en las cuencas de los embalses de Guadalhorce, Guadalteba y Conde de Guadalhorce, con un presupuesto de 2 Millones de Euros y un año horizonte 20212027. Como puede observarse, se recoge una medida estructural tipo encauzamiento sobre el río Campanillas, al igual que contemplaba el Plan de Gestión del Riesgo de Inundación. Cabe destacar, que en el artículo 93 “Protección contra Inundaciones” del documento Normativa del PHCMA, se especifica que, en los núcleos urbanos con problemas de inundaciones identificados, se adoptarán las medidas necesarias para la defensa frente a avenidas de 500 años de periodo de retorno. Puede, por tanto, concluirse que, tras haber evaluado el riesgo de inundación existido hasta la fecha y tras la revisión de los planes existentes en materia de inundaciones, la necesidad de actuación sobre el tramo bajo del río Guadalhorce, es de vital importancia. En los siguientes apartados, se realizarán una serie de estudios relativos a las características o variables más importantes que definen la cuenca del río Guadalhorce y por extensión, la zona de estudio (geología, relieve, usos de suelo, climatología, pluviometría, hidrología, etc.). Para la realización de los mismos, se ha empleado la información contenida en el denominado “Estudio hidráulico para la prevención de inundaciones y para la ordenación de la cuenca del río Guadalhorce”, elaborado para la Consejería de Medio Ambiente de la Junta de Andalucía. 35 35 Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce 4 CARACTERIZACIÓN DEL MEDIO FÍSICO Y BIÓTICO If you want to model nature you must copy nature. If you want to copy nature you must understand nature. - Ib A. Svendsen - omo se ha comentado anteriormente, el tramo de cauce a estudiar, corresponde a la subcuenca del bajo Guadalhorce, concretamente a la última parte del mismo, desde el municipio de Pizarra, hasta su desembocadura en la costa de Málaga capital. No obstante, antes de iniciar todo el proceso de cálculo correspondiente, es necesario analizar las características y parámetros que definen el entorno. En el presente apartado, se detalla de manera concisa, el análisis ambiental realizado sobre toda la cuenca del Guadalhorce, y, más concretamente, en nuestra zona de estudio. Su objetivo, es describir las particularidades territoriales que definen la zona analizada y que pueden entrar en relación con los fenómenos extremos de las inundaciones, tanto en su origen como en su impacto asociado. 4.1 Relieve La cuenca del río Guadalhorce se inscribe en el conjunto de las Cordilleras Béticas, lo que le confiere un carácter predominantemente montañoso. El principal influyente que define este comportamiento, es la presencia de largas y estrechas cadenas montañosas que atraviesan la parte central de la cuenca en dirección SO-NE, separadas entre sí por terrenos más llanos. Después de su nacimiento en el Puerto de los Alazores, el Guadalhorce avanza hacia el oeste recorriendo unos terrenos de colinas y pequeños llanos, en los términos de Villanueva del Trabuco y Villanueva del Rosario. Este valle inicial, está limitado al sur por las grandes sierras de Gorda, Camarolos y San Jorge, alcanzando altitudes de 1600 metros sobre el nivel del mar, siendo estas, de las que el Guadalhorce recibe el primer gran aporte de agua. Más adelante, el río queda limitado por otras sierras más pequeñas que se extienden entre Archidona y Antequera, formando a su paso, el desfiladero conocido como la Garganta del Guadalhorce. Figura 4-1. Garganta del Guadalhorce. C Caracterización del Medio Físico y Biótico 36 A la salida de la Garganta, el río pasa junto a la famosa Peña de los Enamorados, y entra en la gran llanura de Antequera, encontrando más adelante, las zonas de construcción de las grandes presas, tanto del Guadalhorce como de los afluentes Guadalteba y Turón, para continuar su trayecto hasta su desembocadura en la costa de Málaga. Dentro de la cuenca, se localizan elementos morfológicos pertenecientes a varios sistemas, caracterizados por terrenos abruptos y elevadas altitudes, como las Serranías de Ronda, el Cordón Montañoso Litoral, los sistemas Béticos, la Sierra Bermeja, o las Sierras de Loja, entre otras. Por otro lado, dentro del territorio de la cuenca, destacan dos grandes depresiones de relieve suave separadas por las alineaciones montañosas centrales: a) Depresión de Antequera: localizada en el sector septentrional de la cuenca, cuenta con altitudes en torno a los 360 ó 420 metros sobre el nivel del mar y con un relieve moderadamente inclinado (pendiente < 3%). b) Valle del Bajo Guadalhorce: situada al sureste de la cuenca, próxima a la desembocadura del río y conformando el Litoral Mediterráneo. Su cota alcanza como mucho los 450 metros sobre el nivel del mar. En este contexto, el tramo de río en estudio se encuentra íntegramente en la zona relativa al Valle del Bajo Guadalhorce, discurriendo por él hasta su desembocadura. Figura 4-2. Mapa en relieve de la cuenca del Guadalhorce. 4.2 Climatología La climatología de la cuenca del río Guadalhorce, viene condicionada por su posición, situada en el extremo occidental de la cuenca mediterránea; por su latitud, más próxima al Trópico de Cáncer que la mayor parte de la Península Ibérica; y por su relativa proximidad al océano Atlántico, responsable de la transición gradual entre el clima húmedo medio atlántico y el medio mediterráneo a lo largo de toda la provincia. Por todo ello, y según la clasificación climática de Köppen, el clima de la cuenca del Guadalhorce se encuentra dentro del denominado clima mediterráneo, donde, la variabilidad climatológica que se analiza, se estructura en función de las temperaturas y precipitaciones medias anuales, así como de la estacionalidad de la precipitación. 37 37 Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce El sistema de Köppen, es una de las clasificaciones climáticas más utilizadas habitualmente, debido a su sencillez. Se fundamenta en la relación establecida entre la vegetación natural y el clima, por lo que los límites entre unos y otros se establecen considerando la distribución vegetal. Tabla 4-1. Clasificación climática de Köppen. Temperatura Humedad S W f m w s A Tropical - - Ecuatorial Monzónico Tropical de sabana Tropical de sabana B Seco Estepario Desértico - - - - C Templado - - Subtropical sin estación seca/Oceánico - Subtropical de altura Mediterráneo D Continental - - Continental/Subártico - Manchuriano - T F E Frío Clima de Tundra Clima Polar Como puede observarse, la zona de estudio quedaría definida dentro del grupo (Cs) o Templado Mediterráneo, caracterizado por: - Veranos secos y calurosos, en contraste con los inviernos más fríos. - Lluvias irregulares, pero con fuertes tormentas durante pocos días a lo largo del año y generalmente en los meses de invierno. - Largo periodo de sequía o de lluvias muy escasas en verano. Dentro de estas características generales pueden existir diferencias en función de algunos factores, como la altitud de los terrenos o su mayor o menor cercanía al mar. Las variables que mejor definen el régimen climático, son el viento, las temperaturas y las precipitaciones. Estas últimas, se analizarán directamente en el “Apartado 5: Estudio Pluviométrico”. 4.2.1 Viento Las mayores frecuencias anuales de la dirección corresponden al S y SE. Las velocidades, en general, no son elevadas. La media mensual más alta, por rumbo, corresponde al NW con 19 km/h, en el mes de abril y la más baja al NE, con 2 km/h, en los meses de septiembre y octubre. 4.2.2 Temperaturas La proximidad al mar, provoca una influencia mediterránea en casi la totalidad de la cuenca. Así, los valores extremos llegan a tomar características típicas de clima mediterráneo continentalizado, superando usualmente los 40ºC (especialmente en la depresión de Antequera) y bajando hasta los 0ºC en invierno (especialmente en el entorno de la Serranía de Ronda). La temperatura media anual está comprendida en la mayor parte de la cuenca entre 15 y 17ºC, siendo ligeramente inferiores a los 14ºC en la franja oriental del Arco Calizo Central. En la franja costera y en el entorno del Valle del Guadalhorce, las temperaturas son más elevadas, en torno a 2-4ºC superiores a las del resto de la cuenca y superiores a los 18ºC. La media del mes más cálido ronda los 24-26ºC en la zona litoral y el entorno del Valle del Guadalhorce. En las zonas más bajas y próximas al mar, como en la Desembocadura del Guadalhorce, es usual superar valores de 10ºC como medias del mes más frío (>12 ºC en el caso del entorno de la ciudad de Málaga), mientras que, en zonas más elevadas y alejadas del mar, como la Serranía de Ronda, ronda los 8 ºC. Caracterización del Medio Físico y Biótico 38 Los datos de temperatura media mensual que se muestran en la siguiente tabla, pertenecen a las estaciones de la cuenca: 6119I (Ardales “Vivero”), 6146I (Cártama “Puente Fahala”) y 6171 (Málaga “Carmelitas”): Tabla 4-2. Temperatura media mensual en algunas estaciones de la cuenca. Clave Ene. Feb. Mar. Abr. May. Jun. Jul. Ago. Sep. Oct. Nov. Dic. Anual 6119I 8,2 9,4 11,1 12,6 15,9 20,0 23,2 23,5 20,7 16,0 11,8 9,3 15,1 6146I 10,1 11,5 12,9 14,8 18,1 21,8 24,8 25,0 21,9 17,3 13,7 11,2 16,9 6171A 11,9 12,7 14,9 16,9 19,9 23,4 26,0 26,4 23,6 19,1 15,6 12,9 18,6 Con respecto al resto de la cuenca, se ha elaborado el siguiente mapa: Figura 4-3. Mapa de temperatura media anual de la cuenca del Guadalhorce. 4.3 Geología Geológicamente, la cuenca del Guadalhorce constituye una región complicada, pues a la variedad litológica, hay que añadir la amplia diversidad de origen, génesis e historia geológica que han sufrido los materiales aflorantes. Para poder describirla correctamente, hay que situarse en el ámbito de las Cordilleras Béticas, que constituyen el elemento más occidental del conjunto de las cadenas alpinas europeas y que se encuentran ocupando la mayor parte del territorio andaluz. En ellas, se pueden distinguir varias zonas, dominios y unidades: • Zonas Externas: incluyen los dominios del Prebético, el Subbético y el Penibético. • Zonas Internas: constituidas por 3 mantos superpuestos, el Complejo Nevado-Filábride, el Complejo Alpujárride y el Complejo Maláguide. • Zonas Intermedias: comprenden las denominadas unidades del Campo de Gibraltar y su litología está representada principalmente por areniscas, margas y arcillas. 39 39 Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce • Depresiones Postorogénicas: también denominadas neógenas, corresponden a áreas de subsidencia fruto de los fenómenos orogénicos ocurridos durante el Mioceno debido al acercamiento y colisión de la Zonas Interna y la Zona Externa. Estas áreas de subsidencia fueron posteriormente rellenadas por materiales sedimentarios desde el Mioceno Superior hasta el Cuaternario. Dentro de esta última categoría y en lo correspondiente a la actual cuenca del río Guadalhorce, existen dos zonas principales de relleno postorogénico. La primera, la Depresión de Antequera, se localiza al norte de la provincia, en el entorno de los municipios de Archidona, Teba, Campillos y Antequera. La segunda, al sur de la cuenca, conforma el valle del Bajo Guadalhorce, zona relativa a nuestro tramo de estudio. En lo que respecta a los materiales sedimentarios encontrados en la zona, destacan los de origen cuaternario (conglomerados, arenas y arcillas) que originan abanicos aluviales y, en algunos casos, terrazas fluviales. A continuación, se muestra un mapa descriptivo, elaborado con ArcGIS, relativo a la geología presente en la cuenca del río Guadalhorce: Figura 4-4. Mapa geológico de la cuenca del Guadalhorce. Como puede apreciarse, en el tramo de estudio analizado, el cauce y los alrededores del río, se componen predominantemente de arenas, gravas, limos, arcillas. Finalmente, con respecto a los valores de pendiente, cabe resaltar que las zonas planas y moderadamente inclinadas (pendientes inferiores al 7%) ocupan 943 km2, equivalente al 28,8% de la cuenca. Aparecen distribuidas de manera discontinua a lo largo del cauce del río Guadalhorce, constituyendo áreas de moderada extensión en el entorno de la Depresión de Antequera y del Valle del Bajo Guadalhorce. Mas concretamente, dentro de nuestra zona de estudio, la pendiente se sitúa por debajo del 3% lo que la constituye como terrenos con planos suavemente inclinados. Caracterización del Medio Físico y Biótico 40 4.4 Hidrología El río Guadalhorce, desde su nacimiento hasta su desembocadura, puede ser estructurado en 4 grandes tramos hidrológicos: a) Tramo alto: corresponde al tramo de río que transcurre entre su nacimiento y la confluencia con el río Turón, siendo este y el río Guadalteba, los principales afluentes de este tramo. b) Tramo medio: en este, el Guadalhorce recibe diferentes afluentes tanto por su margen derecha como izquierda, como son el río Grande, el arroyo de Las Piedras o el arroyo de Casaboronela. c) Tramo bajo: en este, el Guadalhorce recibe por su margen izquierdo importantes aportes hídricos procedentes del río de Campanillas, del río Fahala, el arroyo de la Breña Higuera y el arroyo del Cañaveral, ya próximo a la desembocadura. d) Desembocadura al mar Mediterráneo: en ella, el Guadalhorce origina un delta aluvial delimitado por dos brazos del río: el Brazo Mayor y el Brazo Menor, o río Viejo. El río Guadalhorce y sus principales afluentes, el río Guadalteba y el río Turón, se encuentran regulados mediante un sistema de embalses. Éste está formado por tres embalses principales próximos entre sí: el embalse de Guadalhorce (en el tramo alto del Guadalhorce), el embalse de Guadalteba (sobre el río homónimo) y el embalse del Conde de Guadalhorce (sobre el río Turón). Los tres embalses, con una capacidad próxima a los 400 hm3, son empleados para producción hidroeléctrica, abastecimiento humano y abastecimiento para regadío. Finalmente, referente a la presencia de masas de agua artificiales en la cuenca, es necesario destacar la presencia del canal de la Laguna Herrera en la orilla derecha del río Guadalhorce a su paso por los Llanos de Antequera. A continuación, se adjunta el siguiente mapa, elaborado con ArcGIS, en el que se distinguen los principales afluentes localizados exclusivamente dentro de la zona de estudio: Figura 4-5. Mapa hidrológico de la zona de estudio. 41 41 Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce 4.5 Usos de suelo Para el análisis de los usos de suelo se ha empleado información espacial en formato GIS procedente de los Datos Espaciales de Referencia de Andalucía (DERA), así como diversos Mapas de Usos y Coberturas Vegetales de la Junta de Andalucía y del proyecto europeo Corine Land Cover. El territorio de la cuenca del río Guadalhorce se encuentra principalmente destinado a los siguientes usos: • Agrícola (61%): predominan los cultivos en secano (viñedos, cultivos herbáceos u otros cultivos leñosos) y las plantaciones de olivar, con 613 km2 (19% de la cuenca y 31% del territorio agrícola). Por su parte, los regadíos, aparecen asociados al cauce del río Guadalhorce y de algunos de sus afluentes. Predominan especialmente en el entorno del Valle del Bajo Guadalhorce, favorecidos por la regulación ejercida por el sistema de embalses aguas arriba, concentrándose en esta zona la gran mayoría de las plantaciones de cítricos de la provincia. • Áreas forestales y naturales (33,8%): predominan en el sector central de la cuenca debido al predominio de alineaciones montañosas. Abarcan las superficies de matorrales y las zonas con escasa cobertura vegetal. La superficie forestal restante corresponde a pastizales, masas forestales mezcla de coníferas y quercíneas y eucaliptales. • Zonas urbanas, industriales e infraestructuras (3,7%): se concentran principalmente en el entorno de la Hoya de Málaga y del Valle del Guadalhorce, correspondiendo principalmente a urbanizaciones y zonas comerciales e industriales pertenecientes los términos municipales de Málaga y de Alhaurín de la Torre, así como a vertederos, zonas en construcción y explotaciones mineras. • Zonas húmedas y superficies de agua (1,5%): se debe, en su mayor parte, a la presencia del Paraje Natural Desembocadura del Guadalhorce, de los embalses de Guadalhorce, Guadalteba y del Conde de Guadalhorce y del cauce del río Guadalhorce. Figura 4-6. Mapa de usos de suelo de la cuenca del Guadalhorce. Estudio Pluviométrico 48 5.2 Parámetros de estudio Continuando con el proceso seguido, descrito en el “Estudio hidráulico para la prevención de inundaciones y para la ordenación de la cuenca del río Guadalhorce”, se determinaron las precipitaciones máximas diarias asociadas a las distintas subcuencas y períodos de retorno, a partir de ajustes estadísticos de pluviómetros presentes en la cuenca, que fueron aceptados por su consistencia y longitud de registro, aplicando el método de los polígonos de Thiessen para obtener las precipitaciones correspondientes. Una vez conocidas estas, la definición de la tormenta de diseño en cada caso, pasa por la elección de una determinada duración de la precipitación, de una determinada distribución temporal y de una determinada distribución espacial de la misma. La duración pésima de la lluvia, es decir, aquella que da lugar a los mayores caudales de avenida no es algo que se pueda estimar a priori, pues depende tanto de la geometría de la cuenca como de otros fenómenos como la infiltración, la laminación y el rutado de hidrogramas. Por consiguiente, el procedimiento habitual consiste en efectuar pruebas con diferentes duraciones de lluvia hasta establecer el caudal máximo posible, que será el empleado posteriormente en el diseño. Las duraciones analizadas para el estudio fueron las siguientes: 1 h, 2 h, 3h, 4 h, 5h, 6 h, 9 h, 12 h, 18 h, y 24 h Una vez seleccionada la duración de la lluvia y el período de retorno de cálculo, la determinación del volumen total precipitado en dicha tormenta se estableció a través de las curvas de Intensidad Duración-Frecuencia, que relacionan para cada período de recurrencia, las intensidades correspondientes a cada duración de lluvia. Dado que la información pluviográfica disponible no era suficiente para la obtención de ajustes de máximos fiables, se optó por el empleo de la IDF adimensional de Témez con un factor de torrencialidad de 10,5. Un ejemplo de aplicación de dicha expresión se recoge en la siguiente gráfica: Figura 5-5. Curvas IDF de la estación E047. Por otro lado, el volumen total estimado a partir de las curvas IDF debía afectarse por un factor minorador en función del área drenante al punto de interés en el que se quiere efectuar el proceso de maximización del caudal. Este factor tiene en cuenta la distribución espacial típica de las tormentas y la menor probabilidad de que una determinada lluvia afecte a toda la cuenca con la misma intensidad. La relación entre la duración de la lluvia, la extensión de la cuenca y el factor corrector se obtuvo del Weather Bureau Tecnichal Papel Nº 40. 49 49 Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce Por último, la altura de agua precipitada debe repartirse temporalmente a lo largo del suceso según el patrón más probable del mismo, para así no disminuir artificialmente su probabilidad de ocurrencia. Típicamente, las lluvias suelen presentar una mayor intensidad en su parte central, disminuyendo en los primeros y últimos intervalos. Para ello, se aplicó el método estadístico de Huff con el que obtener los hietogramas más probables de la zona para distintas duraciones de lluvia: Figura 5-6. Hietogramas de diseño. Estudio Hidrológico 50 6 ESTUDIO HIDROLÓGICO Sólo aquellos que tengan la paciencia de hacer perfectamente las cosas simples, adquirirán la habilidad de hacer las difíciles fácilmente. - Friedrich Schiller - iguiendo con la línea del apartado anterior y considerando los datos pluviométricos analizados, el presente apartado, tiene por objeto explicar, de manera esquematizada, el proceso seguido para la obtención de los caudales de diseño en los distintos períodos de retorno, necesarios para su empleo en el estudio hidráulico y posterior delimitación de zonas inundables. El estudio hidrológico aplica procedimientos hidrometeorológicos, que se basan en la transformación a escorrentía, de la lluvia que precipita una tormenta de proyecto en un conjunto de subcuencas conectadas entre sí por tramos fluviales, representando, a modo de esquema en red arborescente, la cuenca completa a modelar. Con todo ello, el estudio seguido se estructuró en las siguientes fases: 6.1 Caracterización de las subcuencas y de los tramos fluviales de estudio Para la elección de los distintos puntos de desagüe, se empleó como criterio, además del cubrir de la manera más precisa posible todo el ámbito del estudio hidráulico posterior, la ubicación de las principales confluencias y estaciones de aforo existentes. En la figura adjunta, se presenta la división de cuencas finalmente adoptada: Figura 6-1. División de cuencas. S 51 51 Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce 6.2 Elección del modelo de cálculo y de los métodos para la estimación de los procesos hidrometeorológicos El modelo hidrológico seleccionado para la realización del estudio fue el HEC-HMS del Centro de Ingeniería Hidrológica del U.S. Army Corps of Engineers Ver 3.1.0. El modelo HECHMS constituye una potente herramienta de simulación de los procesos de lluvia-escorrentía en sistemas de drenaje dendríticos, estando especialmente indicado para la hidrología de avenidas. Las metodologías adoptadas para cada uno de los procesos hidrológicos simulados fueron: a) Estimación de pérdidas por infiltración: Partiendo de la información disponible y teniendo en cuenta su contrastada fiabilidad, se optó por seguir el método de la proporcionalidad entre la capacidad de infiltración y la lluvia disponible del SCS, definido según: 𝐹𝑎 𝑆=𝑃𝑒 𝑃−𝐼𝑎 Siendo: - Ia: pérdidas totales hasta el inicio de la disponibilidad de agua en superficie (Po). - Fa: pérdidas acumuladas. - P: lluvia acumulada. - Pe: lluvia eficaz acumulada. - S: máxima retención potencial. b) Cálculo de hidrogramas: El cálculo de los hidrogramas de avenida se reduce a la estimación, por un lado, de la denominada escorrentía directa y, por otro lado, de las denominadas escorrentía subsuperficial y subterránea que englobadas conforman el llamado caudal base. Para la primera, el método de transformación lluvia neta - escorrentía directa empleado, fue el del hidrograma unitario del SCS, dado el elevado contraste de la formulación basada en la gran cantidad de mediciones y el reducido tamaño de las subcuencas. De forma simplificada, el drenaje de la cuenca, previa a la llegada de una avenida, se encuentra fundamentalmente dominado por el caudal base hasta el inicio de la escorrentía superficial directa, a partir del cual, la escorrentía superficial se suma a la subterránea para dar lugar al hidrograma final. A su vez, una vez superado el pico de la avenida y tras la curva de descenso correspondiente, existe un determinado umbral a partir del cual el escurrimiento superficial termina y el flujo vuelve a estar definido por el escurrimiento subterráneo más la componente de escorrentía subsuperficial, es decir, por el caudal base. c) Propagación de los hidrogramas El transporte de los hidrogramas de escorrentía de las distintas subcuencas a través de los diferentes tramos de río entre ellas, provoca un efecto laminador que se manifiesta fundamentalmente en un retardo del tiempo del pico del hidrograma y en una reducción del caudal pico del mismo. La mayor o menor repercusión del rutado en la forma del hidrograma dependerá de las características del tramo de río. De entre los distintos métodos disponibles para definir el tránsito de los hidrogramas, se adoptó el de Muskingum por su facilidad conceptual y porque depende de parámetros fácilmente estimables y posteriormente calibrables. Estudio Hidrológico 52 d) Laminación en embalses Los embalses de entidad existentes en la cuenca de estudio son los de Guadalhorce, Guadalteba, Conde de Guadalhorce y Tajo de la Encantada en el cauce medio del río, cuyos usos se reparten entre el abastecimiento, el regadío y la producción hidroeléctrica. No obstante, su presencia también contribuye a la laminación de avenidas. Como criterio conservador a la hora de calcular los caudales de avenida, se supuso que dichos embalses se encuentran situados en su Nivel Máximo Normal previa la llegada de la crecida. 6.3 Confección del modelo matemático preliminar con la evaluación teórica de los parámetros característicos de cada elemento Para la formación del modelo hidrológico en bruto, los distintos parámetros necesarios para la aplicación de las metodologías adoptadas en el apartado anterior deben ser previamente estimados a partir de las características físicas de la zona de estudio. Posteriormente y durante el proceso de calibración correspondiente, los valores calculados pueden ser convenientemente modificados para que el modelo refleje fielmente la realidad observada. Los parámetros y/o variables analizadas fueron: a) Geometría de las subcuencas: Para la división de cuencas finalmente adoptada, se calcularon los siguientes parámetros geométricos a partir del MDT 1:20.000 y la cartografía oficial 1:10.000 de la Junta de Andalucía: área, máxima longitud de vaguada, cota máxima y mínima de vaguada, pendiente de vaguada, longitud de cauce fluvial, pendiente de cauce fluvial, tiempo de concentración según formulación de Témez y el 𝑇𝑙𝑎𝑔 del hidrograma unitario del SCS. b) Número de Curva: En la estimación de las pérdidas por infiltración se siguió el método del SCS para la obtención del correspondiente Número de Curva, adaptado por Témez en 1987 para el cálculo del umbral de escorrentía. La distribución espacial de dichos factores se obtuvo en función de los tipos y usos de los suelos analizados y sus pendientes. c) Caudal base: Para la estimación de los parámetros que definen el caudal base, se pudo disponer de información foronómica relativa a la rama de descenso de los hidrogramas de avenida en las cuencas de estudio. El análisis consistió en la separación del hidrograma en el correspondiente al caudal base y el debido a la escorrentía directa mediante el procedimiento de Barnes. Dicho método consiste en la representación del hidrograma en papel semilogarítmico de forma que la curva de recesión de la escorrentía subterránea y de la escorrentía subsuperficial una vez restada a la total la subterránea queden alineadas. d) Traslación de hidrogramas: Para la aplicación del método de rutado de hidrogramas de Muskingum, resultó necesario estimar el valor de los parámetros K y X, así como el número de subtramos en los que se debe dividir cada tramo. El factor de ponderación X adopta usualmente valores entre 0,2 y 0,3. Para el caso de estudio, se adoptó de forma previa un valor de 0,2. Por otro lado, según el Manual de Ingeniería del USACE EM 1110-2-1417 “Flood-Run off Analysis”, la velocidad de la onda de avenida puede estimarse como 1,33-1,67 veces la velocidad media de la corriente, calculada mediante la formulación de Manning. El rango de variación depende de la geometría de la sección transversal del canal: 1,33 para canales triangulares, 1,44 para parabólicos y 1,67 para rectangulares. 53 53 Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce 6.4 Calibración del modelo matemático Para que un modelo matemático sea operativo y tenga credibilidad, debe demostrar previamente su capacidad para representar con suficiente fidelidad los sucesos observados. Por lo tanto, con la calibración se persigue contrastar las abstracciones realizadas y ajustar los parámetros estimados para poder conseguir dicho paralelismo. Para ello, es necesario contar con datos hidrológicos de al menos un suceso, si bien es preferible disponer de varios eventos que permitan la verificación de los parámetros obtenidos en una calibración. Para este estudio, se llevó a cabo una doble calibración; por un lado se calibró con el resto de métodos hidrológicos, como es el caso del método racional y por otro se llevó a cabo la calibración del modelo con los eventos y resultados obtenidos del estudio, validado y utilizado diariamente para la operatividad de los embalses de la cuenca por la Demarcación de Málaga de la Agencia Andaluza del Agua, “Análisis y evaluación de avenidas en los embalses de la cuenca del río Guadalhorce” realizado por la consultora Intecsa-Inarsa. Durante el proceso de calibración del modelo hidrometeorológico, se ajustan los parámetros de las ecuaciones representativas de los distintos procesos y se validan los métodos seleccionados hasta que los resultados obtenidos reproduzcan suficientemente los valores registrados fundamentalmente en relación a: - Caudales máximos. - Tiempos de pico. - Volumen de escorrentía. - Forma general del hidrograma. La gran mayoría de los parámetros empleados, suponen estimaciones obtenidas mediante formulaciones sencillas que a priori no siempre pueden ajustar la realidad de los procesos naturales. En este sentido, los parámetros más sensibles a la estimación y que pueden ser modificados para mejorar el ajuste a la realidad, son en principio, el tiempo de concentración, el umbral de escorrentía, el umbral de recesión y los coeficientes K y X de Muskingum. Finalizado todo el proceso y tras analizar los resultados obtenidos, se concluyó que la calibración con el estudio de base que se disponía era suficientemente representativa como para que los caudales de cálculo se consideraran acertados en el ámbito de estudio, así como su extrapolación a toda la cuenca, ayudada por los resultados también de la aplicación del método racional modificado. 6.5 Cálculo de los caudales de proyecto Los caudales de proyecto para distintos períodos de recurrencia a lo largo de los ríos de la Cuenca del Guadalhorce, fueron estimados a partir de los siguientes métodos: a) Ajustes estadísticos de extremos de los datos foronómicos de las estaciones existentes. Consistió en el análisis estadístico de los registros de aforo disponibles en las cuencas de estudio, de forma que se pudieran estimar los caudales punta de avenida asociados a distintos períodos de retorno. Estos valores servirían como comparación del resto de métodos empleados. La metodología seguida en este punto fue la siguiente: I) Estimación de caudales máximos instantáneos. Para ello, se emplearon los métodos de Fuller, de Fill & Steiner y el método de correlaciones directas. Estudio Hidrológico 54 II) Obtención de las series anuales de caudales máximos. Para validar un determinado año se debe contar con todos los datos mensuales, o en su defecto, poseer la seguridad de que los datos disponibles albergan el mayor episodio de avenida anual. Esto puede contrastarse mediante la comparación con las estaciones cercanas, ya que, si en un determinado mes no se han registrado avenidas en una estación próxima, es lógico suponer que tampoco lo ha hecho en la estación en estudio. III) Ajustes de funciones de máximos. Para ello se aplicaron ajustes a distribuciones conocidas como la función generalizada de extremos (GEV), la de Gumbel o la función de distribución (SQRT), entre otras. Las leyes finalmente seleccionadas fueron las que presentaban una mayor bondad en base a los resultados estadísticos obtenidos, además de un mejor ajuste gráfico para los períodos de retorno más altos. b) Ábaco de Heras de caudales específicos para crecidas máximas. Cuando debido a la falta total o parcial de datos de todo tipo, no es posible estudiar con cierta garantía la hidrología extrema de una cuenca, puede recurrirse a la correlación con los valores de crecidas de cuencas afines en función del régimen común de precipitaciones, la extensión, orografía y forma de la cuenca, la geología, la vegetación, etc. El análisis y la ponderación de todos estos factores no es fácil, y por ello, resulta más práctico recurrir a una síntesis a escala regional. En este sentido R. Heras realizó una exhaustiva recopilación de datos de avenidas en las distintas cuencas hidrográficas españolas, resumiendo la información en una serie de envolventes confeccionadas en función del periodo de retorno y la superficie de la cuenca. A continuación, se presenta el ábaco original de Heras para las Cuencas del Sur. Conocida la superficie vertiente de una cuenca determinada y mediante su aplicación, es posible estimar de forma rápida el caudal específico y, por consiguiente, el caudal de diseño para cada periodo de retorno. Figura 6-2. Ábaco de Heras para las Cuencas del Sur. 55 55 Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce Como puede apreciarse, el caudal específico de las distintas crecidas disminuye al incrementarse el área de la cuenca vertiente. Este hecho se deriva de la menor probabilidad de ocurrencia de lluvias intensas de larga duración sobre una superficie vertiente de mayor extensión. c) Método racional mejorado por Témez. Este método, asociado a un período de retorno de 1000 años y a falta de mejores datos, proporcionaba una estimación suficientemente conservadora de los caudales máximos de avenida, por lo que resultó idóneo para el objetivo perseguido. La presencia de embalses no puede ser contemplada por esta formulación y, por ello, mediante este análisis no pudo tenerse en cuenta el efecto laminador que los embalses de Guadalhorce-Guadalteba, Conde de Guadalhorce, Tajo de la Encantada y Casasola poseían sobre el régimen fluvial. En cualquier caso, los caudales obtenidos se encontraron del lado de la seguridad. El método racional mejorado de Témez supone que el caudal máximo es el generado por la lluvia de duración igual al tiempo de concentración de la cuenca y conserva la expresión tradicional para el cálculo del caudal incorporándole el factor K, denominado de uniformidad. De tal forma: 𝑄=𝐶∗𝐼∗𝐴 3,6 ∗𝐾 Donde: - Q: caudal pico (m3/s). - C: coeficiente de escorrentía. - I: intensidad de la tormenta de diseño (mm/h). - A: superficie de la cuenca (km2). - K: coeficiente de uniformidad. Las fases propuestas por Témez para el cálculo de cada parámetro son las siguientes: • Tiempo de concentración. Se determinó mediante una simplificación y adaptación de la fórmula del US Army Corps of Engineers: 𝑇𝑐=0,3(𝐿 𝐽1/4)0,76 Donde: - Tc: tiempo de concertación (h). - L: longitud del curso principal (km). - J: pendiente media del curso principal (m/m). • Máxima precipitación diaria. Se determinó a partir de los planos de isomáximas trazadas de acuerdo a los valores de las lluvias puntuales en diversas estaciones pluviométricas. 𝐾𝐴=1−log𝐴 15 Siendo (A), la superficie de la cuenca en km2. Estudio Hidrológico 56 • Leyes Intensidad-Duración. La curva de intensidad-duración propuesta tuvo la siguiente expresión: 𝐼𝑡 𝐼𝑑=(𝐼1 𝐼𝑑)280,1−𝑡0,1 280,1−1 Donde: - It: intensidad media en el intervalo de duración t (mm/h). - Id, I1: intensidad media diaria y horaria del mismo período de retorno (mm/h). - T: duración de la tormenta de diseño e igual al Tc. • Coeficiente de escorrentía. Se determinó considerando como punto de partida el modelo de infiltración del Soil Conservation Service, de tal forma que dicho coeficiente depende tanto del modelo de infiltración como del aguacero. El resultado es: 𝐶=(𝑃𝑑−𝑃𝑜)∗(𝑃𝑑+23𝑃𝑜) (𝑃𝑑+11𝑃𝑜)2 Donde: - Pd: precipitación máxima diaria (mm). - Po: umbral de escorrentía (mm). • Coeficiente de uniformidad. Su valor medio en una cuenca concreta depende principalmente del valor de su tiempo de concentración. Pudo estimarse mediante: 𝐾=1+ 𝑇𝑐1,25 𝑇𝑐1,25+14 Finalmente, y tras la comparación de todos los métodos anteriores y de los resultados correspondientemente obtenidos, se realizó una propuesta de caudales de proyecto a emplear en el estudio hidráulico posterior. 6.6 Comparación de caudales máximos generados A continuación, se presenta un cuadro comparativo con los caudales de avenida que se obtuvieron en las cuencas generales de los ríos localizados en el área de estudio y para cada uno de los métodos utilizados: Figura 6-3. Caudales máximos generados por cada método. A la vista de los valores obtenidos, pudo concluirse que modelo hidrometeorológico HEC-HMS confeccionado arrojaba, en general, valores superiores al resto de métodos, lo que, unido a su mayor fiabilidad, aconsejaba su adopción para la caracterización del régimen de caudales de avenida a emplear en la simulación hidráulica conducente a la obtención de la delimitación de zonas inundables. 57 57 Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce 6.7 Elección de caudales de diseño Partiendo de los resultados obtenidos en la tabla anterior y analizando nuevamente la disposición de cada una de las subcuencas en las que se divide la cuenca del río Guadalhorce “Figura 6-1. División de cuencas", puede observarse, como el caudal circulante por el tramo de estudio, es la resultante, considerando el efecto laminador y regulador de los embalses en la cabecera, de las aportaciones de las subcuencas del Alto Guadalhorce, Guadalteba y Turón, aguas arriba de los embalses y de las de Campanillas y Grande, en la zona próxima a la desembocadura del río Guadalhorce. Los puntos de aporte de caudal, correspondientes a los de salida de las subcuencas son los mostrados a continuación: Figura 6-4. Localización de los puntos de salida de las subcuencas. Observando la disposición de cada uno de los puntos y sabiendo el caudal de aportación en los mismos, puede determinarse el caudal circulante por cada una de las secciones relativas a nuestro tramo de estudio, sin más que restar al caudal del Bajo Guadalhorce, las aportaciones de Campanilla y Grande según corresponda. Así pues, los caudales de cálculo, tomados para el dimensionamiento del modelo, serían los siguientes: Tabla 6-1. Caudales de cálculo por periodo de retorno. Nº Sección T = 10 años T = 50 años T = 100 años T = 500 años 1 (351) 656.2 947.0 1815.7 2141.0 68 (283) 1225.5 1953.3 3057.9 4004.8 264 (87) 1512.1 2497.7 3974.2 4947.1 La numeración entre paréntesis, indica el orden seguido por lo programas ArcGIS y HEC-RAS, siendo la sección (351) la localizada más aguas arriba y la (1) la localizada más aguas abajo. Para los cálculos y resultados mostrados en los anexos, es justamente, al contrario, la sección 1, se corresponde con la localizada más aguas arriba. Introducción al Transporte de Sedimentos 64 El movimiento de una partícula dependerá siempre de las condiciones instantáneas del flujo y de su resistencia al movimiento. Cuando se inicia el flujo, el lecho del río está compuesto de partículas sueltas, de baja cohesión y de tamaño uniforme, sometidas a una serie de fuerzas hidrodinámicas. En el caso en que el caudal aumente, las fuerzas crecen proporcionalmente y llegan a un punto en el que las partículas no pueden permanecer unidas, haciendo que se separen e inicien su movimiento “independientemente”, siendo este instantáneo para las partículas de un mismo tamaño. En lechos con materiales cohesivos, se debe hablar particularmente de erosión del lecho o transporte de fragmentos de suelo, siendo mayor la resistencia al esfuerzo cortante en suelos sueltos o granulares. Entre el gran número de fórmulas y relaciones empleadas para determinar el inicio del movimiento de las partículas sedimentadas, existen algunas que relacionan la velocidad de caída (w) y la velocidad de corte (u*): - 6 > w/ u* > 2 Transporte de fondo, deslizamiento y rodamiento. - > w/ u* > 0.7 Transporte de fondo por saltación. - 0.7 > w/ u* > 0 Transporte en suspensión. Donde la velocidad de corte puede expresarse como: 𝑢∗=√𝑔𝑅𝑆 Siendo (R) el radio hidráulico y (S) la pendiente. Así pues, el movimiento de los sedimentos se iniciará, cuando el esfuerzo cortante del lecho supera al esfuerzo cortante crítico. ➢ Equilibrio del fondo en presencia de transporte de sedimentos El equilibrio se presenta en el fondo del lecho, cuando la cantidad de partículas erosionadas es la misma que las sedimentadas, de modo que la cota de fondo no varía. Para entender este fenómeno de equilibrio móvil de fondo, se emplea la denominada “Balanza de Lane (1955)”. Este principio de estabilidad, iguala el producto del caudal sólido (qs) por el tamaño de sedimento (D), con el producto del caudal líquido (q) por la pendiente (i). así, por ejemplo, cuando el caudal de sedimentos o el tamaño de las partículas del sedimento es excesivo, el equilibrio se alcanza con el caudal y la pendiente del lecho, resultando en una gradación (acumulación) o degradación (socavación) del lecho y/o las orillas. Figura 7-3. Balanza de Lane. 65 65 Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce 7.2.3 Modos de transporte El transporte de sedimentos en un río, se clasifica según el modo de transporte y/o el origen del material. Según este último, destacan el procedente del cauce o de la cuenca, siendo por lo general materiales muy finos (limos y arcillas de D < 0.0625mm), transportados en suspensión y considerados como cargas de lavado (si es de la cuenca) o foránea (si es del cauce). Según el modo de transporte, las partículas pueden ser transportadas por la corriente, o pueden moverse cercanas al fondo ya sea rodando, deslizándose o saltando (depende del tamaño de la partícula). En general si una partícula está en reposo, puede iniciar su movimiento rodando o saltando al superar el umbral de movimiento, pero, si la corriente aumenta su velocidad y volumen, la partícula puede ser transportada por suspensión. A mayor intensidad de la corriente, mayor probabilidad de que las partículas vayan suspendidas. Dado lo anterior, puede afirmarse que el transporte en suspensión representa casi el 90% de la carga solida de un río, mientras que la carga de fondo define y es causante de múltiples variaciones en el lecho, como, por ejemplo, las referidas a el ancho, la pendiente, el caudal, la granulometría, etc. Tabla 7-1. Clasificación de sedimentos según su modo de transporte. Carga o material lavado (𝒒𝒘) Partículas muy finas transportadas por el agua sin entrar en contacto con el lecho. Material de lecho (𝒒𝒔𝒇) Es la parte de la carga total que está en mayor contacto con el lecho. Se determina en base al valor del esfuerzo cortante efectivo sobre la superficie. Material suspendido (𝒒𝒔𝒔) Es la parte de la carga total que se mueve sin contacto continuo con el lecho. En el sistema internacional (SI) la unidad para el transporte total de sedimentos (qt), es el (m3/m*s) o metro cúbico de sedimento por metro de ancho y por segundo: 𝑞𝑡=𝑞𝑤+𝑞𝑠𝑓+𝑞𝑠𝑠 7.2.4 Evolución del fondo En los sistemas fluviales, donde sus orillas están expuestas a deposición y erosión, es necesario modelar el movimiento de los sedimentos con el flujo. El modelo matemático para transporte de sedimentos, se basa generalmente en las leyes de conservación. Algunas de las ecuaciones empleadas son: • Transporte de cargas en suspensión: 𝜕 𝜕𝑥(𝐴 𝐶𝑗)+𝜕 𝜕𝑥(𝑄 𝐶𝑗)=𝜕 𝜕𝑥(𝐷𝑡 𝐴 𝜕𝐺𝑗 𝜕𝑥)+𝛷𝑠,𝑗 • Transporte de cargas de fondo: 𝜕𝐺𝑗 𝜕𝑡+𝑢𝑏,𝑗 𝜕𝐺𝑗 𝜕𝑥=𝑢𝑏,𝑗 𝛷𝑏,𝑗 • Conservación del material de fondo (Continuidad de sedimentos): 𝜕(𝐶𝐴) 𝜕𝑡 +(1−𝑝)𝜕𝐴𝑠 𝜕𝑡 +𝜕𝑄𝑠 𝜕𝑥 +𝐶𝑙 𝑞𝑙+∑𝛷𝑠,𝑗+∑𝛷𝑏,𝑗=0 𝑗𝑗 • Conservación del material de fondo: (1−𝑝)𝜕(𝛽𝑗 𝐴𝑚) 𝜕𝑡 +(1−𝑝)𝛽𝑗 𝛷𝑜 𝐻 {𝛷𝑜}+(1−𝑝)𝛽𝑜,𝑗 𝛷𝑜 𝐻 {−𝛷𝑜}+𝛷𝑠,𝑗+𝛷𝑏,𝑗=0 Introducción al Transporte de Sedimentos 66 Donde: - Am: área sección transversal de la capa activa. - As: área del material de lecho. - Cj: concentración de carga en suspensión para la clase j. - 𝐶: concentración total de carga en suspensión. - CL: concentración de sedimentos de flujo lateral. - DL: coeficiente de dispersión en dirección longitudinal. - Gj: velocidad del tamaño j del transporte de sedimentos. - p: porosidad en sedimentos del fondo. - Qs: caudal de sedimentos. - qL: caudal lateral por unidad de longitud. - ubj: velocidad promedio de la carga de fondo en la fracción de tamaño j. - βoj: fracción de material por debajo de la capa activa pertenecientes al tamaño j. - βj: fracción de material en la capa activa perteneciente al tamaño j. - Φs,j: flujo neto de la carga suspendida de la capa activa de la corriente de agua. - Φb,j: intercambio de sedimentos en el tamaño j entre la capa activa y la capa de transporte de sedimentos de fondo. - H{Φo}: función de paso: 𝐻 {𝛷𝑜}={1 𝛷≥0 0 𝛷<0} ; 𝛷𝑜=𝜕𝐴𝑠 𝜕𝑡 −𝜕𝐴𝑚 𝜕𝑡 En segunda instancia, si los parámetros en la función de transporte de sedimentos para la sección transversal se asumen instantáneas, permanente y constante, se tiene: 𝜕𝑄𝑠 𝜕𝑡 =0 ; 𝜕𝑄𝑠 𝜕𝑥 =𝑑𝑄𝑠 𝑑𝑥 Esta suposición es válida solo si hay una pequeña variación en la geometría de la sección transversal, es decir que no haya erosión o/y deposición en la etapa de tiempo. En la práctica, esta condición se da en pequeñas escalas de tiempo. La distribución de los sedimentos del fondo durante los procesos de erosión/deposición es sencillo en modelos de dos y tres dimensiones, donde los sedimentos se distribuyen uniformemente a través del modelo computacional. En modelos de una dimensión, se deben emplear técnicas especiales para representar la variación no uniforme de la sección transversal de los sedimentos depositados. En muchos ríos, los sedimentos se depositan llenando las partes más bajas del canal y forman un levantamiento del fondo en la sección transversal, como se puede apreciar en la siguiente figura: Figura 7-4. Métodos de distribución de partículas para modelos de una dimensión. 67 67 Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce Las 3 situaciones, hacen referencia a: a) Distribución horizontal durante la deposición. b) Distribución uniforme. c) Distribución proporcional a los parámetros del flujo. El método más común usado en modelos de una dimensión es el de extender los cambios a lo largo de la sección transversal (ΔAx), con una constante de espesor (medida verticalmente) a lo largo del perímetro. El grosor (ΔZ) de los materiales depositados/erosionados es calculado mediante la siguiente expresión: ∆𝑍=∆𝐴𝑠 𝑊 Donde (W) es el ancho superficial del canal. ➢ Ecuaciones auxiliares Las ecuaciones diferenciales presentadas anteriormente requieren relaciones adicionales para definir las condiciones de frontera. Para los modelos de dos y tres dimensiones es primordial representar los efectos en los límites de los sólidos y el líquido, estas relaciones son importantes porque el proceso de transporte de sedimentos se da en la región cercana al fondo, por lo tanto, es importante la predicción exacta de los parámetros del flujo en esta región. En modelos de una sola dimensión, los efectos de la fricción se calculan con una ecuación como la de Manning, en términos del transporte (K): 𝑄=𝐾 𝑆𝑓1/2=𝛿𝑛𝐴𝑅2/3𝑆𝑓1/2 Donde: - Q: caudal de flujo. - A: área transversal del flujo. - R: radio hidráulico (A/P). - P: perímetro mojado. - Sf: pendiente de fricción. - n: coeficiente de rugosidad de Manning. - δ: depende del sistema de unidades usado (para el métrico es 1 y el inglés 1.49). La ecuación anterior, se formuló para casos de flujo permanente, sin embargo, se usa también en modelos hidráulicos para regímenes no permanentes. En flujos unidimensionales, los coeficientes de rugosidad contienen más que las pérdidas por fricción, incluyendo también el grado de sinuosidad, la densidad, el tipo de vegetación, los cambios en forma y tamaño de la sección transversal, las irregularidades de su sección transversal, etc. Existen muchos trabajos publicados sobre fórmulas para encontrar la resistencia del flujo, pero siguen siendo particulares y no alcanzan la generalidad para ser usados en modelos numéricos. A modo de ejemplo, en el método de Cowan, 1956, se selecciona una (n) de Manning que se modifica de acuerdo con las características del canal, siendo el valor final de la misma, el correspondiente a: 𝑛=(𝑛0+𝑛1+𝑛2+𝑛3+𝑛4)∗𝑚5 Introducción al Transporte de Sedimentos 68 Donde: Tabla 7-2. Modificaciones para el parámetro (n) de Manning según el método de Cowan. Material considerado (n0) Tierra 0,020 Roca cortada 0,025 Grava Fina 0,024 Grava gruesa 0,028 Factor por grado de irregularidad o rugosidad (n1) Liso 0,000 Moderado 0,010 Menor 0,005 Severo 0,020 Factor por variaciones en la sección transversal del canal (n2) Gradual 0,000 Frecuente 0,010-0,015 Ocasional 0,005 - - Factor por efectos de obstrucciones (n3) Despreciable 0,000 Apreciable 0,020-0,030 Menor 0,010-0,015 Severo 0,040-0,060 Factor por vegetación (n4) Baja 0,005-0,010 Alta 0,025-0,050 Media 0,010-0,025 Muy alta 0,050-0,100 Factor por sinuosidad o cantidad de meandros (m5) Menor 1,000 Severa 1,300 Apreciable 1,150 - - Los efectos causados por la vegetación son muy complejos y no existe en general un modelo válido para predecir sus efectos, debido principalmente a que las características de la resistencia por vegetación dependen de muchos parámetros como la flexibilidad o rigidez de la planta, su densidad, las características de las hojas (área, forma y densidad), etc. En el “Apartado 9: Estudio Hidráulico 1. Modelado con (n) de Manning Clásico” y en el “Apartado 10: Estudio Hidráulico 2. Modelado con (n) de Manning Modificado”, se explica en mayor detalle el procedimiento seguido para la definición y elección del parámetro (n) de Manning empleado en cada caso. 7.3 Formulación y métodos El cálculo de la capacidad de transporte de sedimentos se realiza empleando fórmulas empíricas, para condiciones de flujo permanentes y uniformes. La complejidad que reside dentro de este proceso, se basa fundamentalmente, en la no existencia de una ley o ecuación universal capaz de englobar y resolver correctamente el transporte y las mezclas de sedimentos, así como la carencia de metodologías con una generalidad suficiente para poder ser aplicadas. En el proceso habitual de determinación de la capacidad total de transporte de sedimentos, se puede seguir uno de los tres pasos siguientes: a) Realizar el cálculo directo para cada fracción de tamaño. Para ello, se calcula directamente la tasa de transporte de sedimento para cada grano presente en la mezcla (𝑞𝑠𝑗), siendo, la tasa de transporte total por unidad de ancho (𝑞𝑠): 𝑞𝑠=∑𝑞𝑠𝑗 𝑗 69 69 Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce b) Realizar la corrección del esfuerzo cortante del fondo para cada fraccionamiento de cada clase de tamaño. Consiste en introducir un factor de corrección al cálculo del esfuerzo cortante actuante sobre las partículas de diferentes tamaños presentes en el fondo. El fraccionamiento de capacidad para cada tamaño, se lleva a cabo determinando, en primer lugar, la capacidad de transporte para cada fracción de tamaño (j), (𝐶𝑗), que se calcula con la fórmula de sedimentos con granulometría uniforme, como si ese tamaño fuera el único que estuviera presente en el fondo: 𝐶𝑡𝑗=𝑝𝑗 𝐶𝑗 Donde: • pj: % de material perteneciente al tamaño de la clase (j) presente en el fondo. • Ctj: transporte potencial real para el tamaño de la j-ésima clase. La capacidad total de transporte, (𝐶𝑡), sería: 𝐶𝑡=∑𝐶𝑡𝑗 𝑗 Esta ecuación, es la más utilizada para el transporte fraccional en modelamientos numéricos. No obstante, como se indica a continuación, también pueden emplearse funciones de distribución, para calcular la capacidad de transporte en cada tamaño de clase. c) Usar una función de distribución que represente la muestra. Para ello, debe calcularse en primer lugar la capacidad de transporte total, usando una ecuación para la carga de material en el fondo y distribuirla en capacidades de transporte fraccionadas, usando una función de distribución: 𝐶𝑡𝑗=𝐹𝑗 𝐶𝑗 Con: ∑𝐹𝑗 𝑗=1 La principal ventaja de este método, reside en que la función de distribución (𝐹𝑗) no tiene por qué parecerse a la distribución de tamaño de los materiales del lecho. Esto permite incluir y mostrar los efectos de las condiciones hidráulicas y las propiedades de los sedimentos. En función de los parámetros hidráulicos, la distribución de sedimentos y la composición del fondo, algunas partículas pueden erosionar, depositarse o incluso no moverse en el fondo. Por ejemplo, todas las partículas finas, pueden erosionarse y dejar una capa de materiales más gruesos que no puede ser transportada, evitando así su erosión y favoreciendo al acorazamiento del fondo, el cual evita la socavación de materiales subyacentes. Si se produce un incremento en la velocidad del flujo, se origina un aumento en la capacidad de transporte de sedimentos, causando un rompimiento del acorazamiento y un posterior reanudamiento del proceso de erosión. Introducción al Transporte de Sedimentos 70 7.3.1 Fórmulas experimentales para el transporte de material de fondo La manera más habitual de expresar el transporte de material de fondo (𝑄𝐵), es en su forma adimensional: 𝛷𝐵=𝑄𝐵 𝑑√(𝑆−1) 𝑔∗𝑑 ➢ Fórmula de Kalinske-Frijlink Sugerida en 1952, trataba simplemente de dar respuesta al problema, ajustándose a los datos disponibles de la época: 𝑄𝐵=2𝑑50∗√𝜏𝑏 𝜌exp(−0,27∗(𝑆−1) 𝑑50∗𝜌𝑔 𝜏′𝑏) Donde: • 𝜏𝑏: esfuerzo contante del fondo. • 𝜏′𝑏: esfuerzo cortante efectivo. ➢ Fórmula de Meyer-Peter y Müller Obtenida en 1948, tras recabar una gran cantidad de datos experimentales. Se utiliza cuando el material es granular y abarca, desde arenas con diámetro mayor de 0.0002m, hasta gravas gruesas con diámetro menor o igual de 0.03m. 𝑄𝐵=8∗𝐷𝑚 1,5∗𝑔0,5∗∆0,5∗𝑏∗[(𝑛′ 𝑛)1,5∗ (𝑑𝑚∗𝑆 ∆∗𝐷𝑚)−0,047]1,5 Donde: - 𝑄𝐵: arrastre en la capa de fondo (m3/seg). - 𝐷𝑚: diámetro medio del material del fondo (m): 𝐷𝑚=∑𝐷𝑖∗𝑃𝑖 100 - n: rugosidad total en el tramo de estudio. Se obtiene de la expresión de Manning, a partir de datos de campo: 𝑛=(𝑑𝑚)2/3∗𝑆0,5 𝑈 - n´: rugosidad debida a las partículas: 𝑛´=(𝐷90)1/6 26 - b: ancho medio del fondo (m). - A: área de la sección (m2). - B: ancho de la superficie libre (m). - S: pendiente del lecho. - dm: tirante medio de la corriente, denominado a veces “radio hidráulico” (m): 𝑑𝑚=𝐴 𝐵 71 71 Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce - ∆: densidad relativa de las partículas sumergidas (adim.): ∆=𝜌𝑠−𝜌 𝜌=(𝛾𝑠−𝛾 𝛾)𝑔=(𝑆−1) ➢ Fórmula de Einstein-Brown Brown en 1950, desarrolló una función de transporte de material, basado en el principio de Einstein (1942), el cual defendía, que: “El número de partículas depositadas por unidad de área depende del número de partículas en movimiento y de la probabilidad de que las fuerzas hidrodinámicas existentes, permitan que la partícula sedimente. Del mismo modo, el número de partículas erosionadas en la misma unidad de área, depende del número de partículas y de la probabilidad de que las fuerzas hidrodinámicas actuantes sean los suficientemente fuertes como para moverlas.” En condiciones de equilibrio, el número de partículas depositadas debe ser igual al número de partículas erosionadas, cumpliéndose por tanto que: 𝛷𝐵=40∗𝐾∗(𝜃´)3 Donde: 𝐾=√2 3+36𝑣2 (𝑆−1) 𝑔∗𝑑50 3−√ 36𝑣2 (𝑆−1) 𝑔∗𝑑50 3 Siendo (v) la velocidad de las partículas en movimiento, y (θ´) el parámetro efectivo de Shields, definido como: 𝜃´= 𝜏´𝑏 (𝑆−1) 𝑑∗𝜌𝑔 7.3.2 Métodos por solución numérica En la mayoría de los casos, no existen soluciones analíticas para las ecuaciones que gobiernan y describen el transporte de sedimentos. No obstante, si se disponen de herramientas y/o métodos numéricos, que ayudan a encontrar soluciones aproximadas del problema. La descripción de un resultado numérico de un modelo matemático, consiste en ecuaciones algebraicas que pueden ser programadas y resueltas mediante ordenador. Existen muchos métodos o técnicas para abordar las soluciones de ecuaciones diferenciales complejas como las descritas anteriormente, destacan sobre todo el método de las diferencias finitas, el de los elementos finitos y el de los volúmenes finitos, como se verá más adelante. El fundamento principal de estos, reside en la disposición de cuadrículas discretizadas, en las que las variables continuas para las soluciones buscadas, son resueltas en puntos específicos del dominio. La transformación de un problema de formulación continua a uno de formulación discreta, proporcionará una solución que deberá converger a la solución dada por la primera, siendo dicha convergencia, un término que denota la relación entre una solución numérica y otra analítica. ➢ Método de diferencias finitas Se trata del método más simple y común en fluidos y en otras disciplinas, para encontrar soluciones numéricas de ecuaciones diferenciales parciales. Para los casos de flujo en lámina libre, suele emplearse el esquema de 4 puntos o de Preissmann, denominado también esquema de caja. Este tipo de métodos, están basados en las aproximaciones, mediante diferencias discretas, de los términos de la derivada individual, formando un conjunto de ecuaciones algebraicas con incógnitas definidas en puntos discretos sobre todo el dominio del problema. Dicha discretización, permite representarse de diferentes maneras, sin perder el rigor matemático. Introducción al Transporte de Sedimentos 72 Figura 7-5. Mallas típicas empleadas por métodos de diferencias finitas. La aplicación directa del esquema de Preissmann a las ecuaciones de Saint Venant, lleva a un sistema no linear de ecuaciones algebraicas. Para evitar los problemas que implican los sistemas no lineales, en la práctica el sistema es linealizado usando las series de expansión de Taylor. ➢ Método de elementos finitos Empleado exitosamente desde 1960, es excepcionalmente útil para resolver problemas con geometrías complejas. Para cuadriculas no estructuradas, los nodos de cálculo no necesitan estar definidos ordenadamente. Figura 7-6. Ejemplo de malla de elementos finitos. Hay dos estrategias para la formulación de un método por elementos finitos, la primera, es a través de una forma variacional, donde el principio de variación que gobierna la ecuación es minimizado, la segunda, es a través de un proceso de ponderación residual, orientado a minimizar el tipo de error de las ecuaciones. Otra característica del método de los elementos finitos, es que el dominio, es dividido en subdominios poliédricos (elementos) que no se superponen, considerando en cada subdominio las condiciones de frontera o contorno. Dentro de cada elemento, las variables dependientes son aproximadas por funciones de interpolación, la forma asumida de la función es determinada por el tipo de elemento usado, siendo los más utilizados para la mecánica de fluidos: 73 73 Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce Figura 7-7. Elementos finitos más comunes. ➢ Método de volumen finito Es equivalente al método de diferencias finitas y se fundamenta, principalmente, en las leyes de conservación de la masa, de la cantidad de movimiento y de la energía. El dominio de cálculo, es subdivido en un número arbitrario de volúmenes de control y se plantean las ecuaciones de gobierno, para todos los volúmenes elementales, con diversos esquemas de discretización para los flujos que atraviesan las fronteras del volumen de control. Hay dos maneras para definir la forma y posición del volumen de control respecto a los puntos de la malla discreta: Figura 7-8. Esquemas de volúmenes de control. El esquema de nodo central (a), que pone el nodo de la malla en el centroide del volumen de control, haciendo que este sea idéntico a la celda. Y el esquema centrado en la celda (b), en el que el volumen de control se forma al conectar los nodos adyacentes. La ventaja principal del método de volumen finito, es que la discretización espacial se hace directamente en el espacio físico, sin la necesidad de hacer transformaciones de un sistema coordenado a otro. Además, se trata de un método flexible, que puede aplicarse en mallas estructuradas o no estructuradas. Introducción al Transporte de Sedimentos 80 7.6.2 Régimen no permanente rápida o gradualmente variado Se trata de un régimen gradualmente variado, cuando los cambios en profundidades y caudal se dan en largos periodos de tiempo y grandes distancias (propagación de una avenida en un gran río de régimen lento). Por el contrario, se trata de un régimen rápidamente variado, cuando dichas variaciones, se producen en intervalos de tiempo cortos y distancias reducidas (resalto hidráulico, frente de onda producido por rotura de presa, etc.). Las ecuaciones de Saint-Venant describen ambos tipos de régimen, para obtenerlas, se hacen simplificaciones de las ecuaciones de las leyes de conservación de la masa y de la cantidad de movimiento. Sus hipótesis y ecuaciones principales son: • El fondo es fijo. • Baja pendiente del lecho. • La distribución de presiones en la vertical es del tipo hidrostática. • La profundidad de la lámina de agua es pequeña en relación a las otras dimensiones del problema. Las ecuaciones de Saint Venant para canales naturales o no prismáticos, se pueden escribir como: 𝜕 𝜕𝑡𝑈+𝜕 𝜕𝑥𝐹=𝐻 Donde: 𝑈=[𝐴 𝑄] ; 𝐹=[ 𝑄 𝑄2 𝐴+𝑔𝐼1] ; 𝐻=[ 0 𝑔𝐼2+𝑔 𝐴(𝑆𝑜−𝑆𝑓)] Siendo (A), el área de la sección mojada, (Q) el caudal circulante e (I1) la fuerza debida a la presión del agua en una sección, que puede escribirse como el momento geométrico, o momento de primer orden de la sección, respecto de la superficie libre: 𝐼1=∫(ℎ−𝜂) 𝑏 (𝑥,𝜂) 𝑑𝜂 ℎ 0 Por su parte, (I2), puede definirse como la contribución de las fuerzas de presión del contorno: 𝐼2=∫(ℎ−𝜂)𝜕𝑏(𝑥,𝜂) 𝜕𝑥 𝑑𝜂 ℎ 0 Donde (b) es el ancho superficial y (h) la profundidad. En canales prismáticos, aunque tengan una sección cualquiera, el término (I2), es idénticamente nulo. 7.6.3 Modelamientos numéricos o matemáticos Son la expresión formal, en lenguaje matemático, de las relaciones existentes entre las componentes del modelo. Entre sus características, destaca, la búsqueda de un cierto nivel de exactitud en la explicación del sistema, pero siempre desde una relativa simplicidad computacional, sin necesidad de representar fielmente la realidad y permitiendo que los resultados puedan ser comparados y verificados con datos reales, obtenidos previamente. Los modelos numéricos, sirven para representar procesos fluviales en tiempo y espacio. Para la componente espacial, si se quiere modelar un río, se necesita información referente a las secciones transversales, a las profundidades en las secciones, las erosiones y los depósitos de material. 81 81 Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce Tomando como base el concepto de los modelos numéricos, surgen los siguientes subtipos: ➢ Modelos estocásticos deterministas y no deterministas Los primeros, siempre van a producir el mismo conjunto de variables de salida a partir de un conjunto de parámetros de entrada, mientras que los no deterministas, implican procesos aleatorios que modifican las variables resultantes. Por ejemplo, para estimaciones de riesgos de inundación, es muy difícil establecer con certeza la altura máxima de la lámina de agua. Sin embargo, empleando modelos estocásticos, se pueden obtener distribuciones de probabilidades de altura de agua, lo que hace que estos sean una herramienta interesante para la planificación del territorio. ➢ Modelos agregados o distribuidos La principal diferencia entre ambos, es que, mientras los primeros consideran el área de estudio como una unidad (Cuenca Hidrográfica), en la que todos los parámetros del modelo tienen un único valor, los modelos distribuidos, sí consideran las variaciones espaciales y dividen el área de estudio en porciones y cada una de estas tendrá su conjunto respectivo de parámetros y variables, que se interrelacionarán con sus vecinas. ➢ Modelos estáticos o dinámicos Los estáticos dan un resultado para todo el periodo de tiempo considerado (un caudal medio o pico). Los modelos dinámicos, por el contrario, devuelven series temporales de las variables consideradas en el periodo de estudio. Por ejemplo, para un modelo estático de una cuenca, el caudal medio depende de la precipitación media y de los parámetros de la cuenca, mientras que, en uno dinámico, el caudal en cada intervalo de tiempo considerado, depende de la precipitación, no solo en el periodo estudiado, sino también en intervalos anteriores, además de depender de los parámetros de la cuenca. ❖ Fases de la modelización: El proceso a seguir es el siguiente: Figura 7-10. Fases de una modelización. 1) Identificación: se establecen las componentes y sus relaciones, así como las ecuaciones matemáticas que representan el modelo. 2) Calibración: se determinan los valores de los parámetros, ya sea mediante trabajos de campo o con modelos empíricos. 3) Validación: se evalúa el error cometido y se determina si es asumible. 4) Simulación: se obtienen las series de variables en un tiempo futuro, a partir de series simuladas de datos de entrada. 5) Análisis de sensibilidad: se encuentra y analiza, la influencia de cada uno de los parámetros definidos, con los resultados obtenidos por el modelo. Introducción al Transporte de Sedimentos 82 ❖ Modelos de una dimensión La mayoría de los modelos de transporte de sedimentos empleados en la ingeniería fluvial, son unidimensionales (1D), especialmente los empleados en simulaciones y ríos largos. Este tipo de modelos, requieren de datos de campo y ensayos para su calibración y están basados en las ecuaciones de Saint-Venant, siendo estas: ➢ Ecuación de Conservación de la Masa: 𝜕𝐴 𝜕𝑡+𝜕𝑄 𝜕𝑥=𝑞 Donde: - A: área de la sección trasversal. - Q: caudal. - q: afluente por unidad de longitud. ➢ Ecuación de conservación del momento: 𝜕𝑄 𝜕𝑡+𝜕 𝜕𝑥(𝛽𝑄2 𝐴)+𝑔 𝐴 𝜕𝜂 𝜕𝑥+𝑔 𝐴 (𝑆𝑓−𝑆𝑜)=0 Donde: - Sf: pendiente friccional. - So: pendiente del fondo. - β: coeficiente de corrección del momento (≈ 1). Estas ecuaciones, conocidas como las ecuaciones de Saint Venant, parten de las siguientes premisas: • La pendiente del fondo del canal es pequeña. • No se tienen en cuenta, los efectos de curvatura. • Todas las variables son uniformes en la sección transversal. • La pendiente friccional, es dependiente del flujo: 𝑆𝑓=𝑄 |𝑄| 𝐾2 Siendo (K) el transporte. El transporte, puede determinarse, empleando la ecuación de Manning o Chézy. Cuando se tienen condiciones de frontera especiales, el flujo no puede representarte en una sola dimensión. Las ecuaciones descritas anteriormente, son correctas solo si (dx=ds), es decir, si la relación entre la longitud del canal (s) y la distancia río abajo (x) se mantiene igual a 1. No obstante, esto no se da en la mayoría de los ríos, donde, los grandes incrementos en el caudal se deben a la existencia de cauces sinuosos. En los siguientes apartados, más concretamente en el “Apartado 10.2: Transporte de sedimentos. Modelización del río Guadalhorce aguas abajo de los embalses” se analizará el caudal de transporte sólido obtenido en algunos puntos del río, poniendo de manifiesto la considerable presencia de este en la zona de estudio y justificando su impacto sobre la mancha de inundación. Finalmente, el modelo utilizado para su dimensionamiento ha sido el software HEC-RAS ya mencionado, cuyos parámetros serán definidos más adelante. 83 83 Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce 8 ESTUDIO DE INUNDACIÓN Los científicos estudian el mundo tal como es; los ingenieros crean el mundo que nunca ha sido. - Theodore von Karman - os estudios de inundabilidad, forman parte de los instrumentos de prevención de riesgos de inundación establecidos por la Ley de Aguas de Andalucía. Estos, se fundamentan a su vez, en una gran variedad de estudios topográficos, geológicos, pluviométricos, hidrológicos, etc. así como en la evaluación de las (ARPSIs) y de los mapas de peligrosidad. Su principal función, es la de disminuir los riesgos de inundación y reducir las consecuencias negativas derivadas de la misma. Las inundaciones, son la catástrofe natural que mayor daño genera en España. Según el Consorcio de Compensación de Seguros y el Instituto Geológico y Minero de España, en nuestro país, los daños por inundaciones se estiman en total en una media de 800 millones de euros anuales. En la siguiente tabla, se muestran el número de víctimas mortales en años anteriores debidas a inundaciones en España, según los datos suministrados por la Dirección General de Protección Civil y Emergencias del Ministerio del Interior. Tabla 8-1. Porcentaje de víctimas mortales debidas a inundaciones en relación a otras catástrofes naturales. Años Inundaciones Otros Fenómenos % Inundaciones Totales 1995-2006 247 614 28,7 861 2007 11 7 61,1 18 2008 6 13 31,6 19 2009 6 30 16,7 36 2010 12 36 25,0 48 2011 9 32 22,0 41 TOTAL 291 732 28,4 1023 En cuanto a los daños materiales y a modo de ejemplo, cabe destacar que sólo en bienes asegurados, en el período 1971-2012 y según las estadísticas del Consorcio de Compensación de Seguros, el 42,9% de los expedientes tramitados fueron debidos a daños por inundaciones, lo que supuso el 60,3% del total de las indemnizaciones, las cuales, de media, suponen más de 130 millones de euros cada año. Con relación a los daños producidos en la actividad agrícola, gestionadas a través de la Entidad Nacional de Seguros Agrarios y Agroseguro, se cuenta con los datos del Informe Anual 2011 de este último, según el cual, el número de siniestros ocasionados por inundaciones a nivel nacional ascendieron a 1.825. Por su parte, las indemnizaciones debidas a daños por inundaciones dentro del sector agrario en el año 2012, fueron de 19.551.000 €. L Estudio de Inundación 84 Las inundaciones, pueden comúnmente dividirse, en base a su origen, en dos tipos: a) Inundaciones de origen fluvial: Para el cálculo de las zonas inundables, es necesario realizar estudios hidrológicos e hidráulicos. Mediante el estudio hidrológico se estiman los caudales de cálculo asociados a los distintos escenarios de probabilidad que se introducirán en el modelo de simulación hidráulica. Por último, el estudio hidráulico, requiere de una buena caracterización física del cauce, mediante información cartográfica actual y de calidad suficiente de los tramos de estudio. Este proceso, se desarrolla, a lo largo de todo el trabajo. b) Inundaciones producidas por el mar: Dentro de estas, la Dirección General de Sostenibilidad de la Costa y del Mar ha empleado una base metodológica, con la que quedarse siempre del lado de la seguridad. Para el caso de la ciudad de Málaga, zona de desembocadura del río Guadalhorce, el plan no contempla ningún riesgo de inundación, ni por marea ni por oleaje. Tal y como se indicó en el “Apartado 3: Legislación” del presente trabajo, para la Evaluación Preliminar del Riesgo de Inundación (EPRI) y la identificación de las Áreas de Riesgo Potencial Significativo de Inundación (ARPSIs), se ha empleado toda la información contenida en el Plan de Prevención de Avenidas e Inundaciones en cauces urbanos andaluces, siguiendo las siguientes pautas: ➢ Preselección de zonas de riesgo potencial de inundación: El procedimiento que se sigue para la identificación de estas zonas de riesgo, consiste en analizar la información disponible sobre inundaciones históricas y los estudios previos de inundabilidad y riesgo redactados por las distintas administraciones, e identificar aquellas zonas susceptibles de sufrir inundaciones a partir de las características geomorfológicas de los cauces. ➢ Identificación de los umbrales de riesgo significativo: Tras la preselección de las zonas con riesgo de inundación, se identificaron aquellas en las que tal riesgo era significativo o en las cuales la materialización de ese riesgo podía considerarse probable. Por ello, se establecieron unos umbrales de riesgo para la evaluación de los impactos significativos, tal y como se muestra en la “Tabla 3-1. Puntos de Riesgo de la Cuenca del Guadalhorce”, de donde destacan, para la zona de estudio en cuestión, los núcleos de Cártama, Málaga y Pizarra, con unos niveles de riesgo tipo D, A y C, respectivamente. ➢ Selección de las Áreas de Riesgo Potencial Significativo de Inundación (ARPSIs): Para la identificación de las Áreas de Riesgo, y como ya se comentó en el “Apartado 3: Legislación”, se ha elaborado el siguiente mapa, mostrando las ARPSIs de la zona de estudio. 85 85 Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce Figura 8-1. Mapa de las ARPSIs de la zona de estudio. Como se puede apreciar, a lo largo de toda la zona de estudio, existe una alta probabilidad de riesgo de inundación, donde, las avenidas, en función de su periodo de retorno, pueden llegar a provocar ciertos desbordamientos del cauce, inundando terrenos de cultivo, viviendas e incluso zonas industrializadas. Con todo ello, queda evidenciado que, el objetivo último del Plan de Gestión del Riesgo de Inundación es, para aquellas zonas determinadas en la evaluación preliminar del riesgo, conseguir que no se incremente el riesgo de inundación actualmente existente y que, en lo posible, se reduzca a través de los distintos programas de actuación, que deberán tener en cuenta todos los aspectos de la gestión del riesgo de inundación, centrándose en la prevención, protección y preparación, incluidos la previsión de inundaciones y los sistemas de alerta temprana, y teniendo en cuenta las características de la cuenca o subcuenca hidrográfica consideradas, lo cual adquiere más importancia al considerar los posibles efectos del cambio climático. De este modo, los objetivos generales y la tipología de medidas para alcanzarlos que se recogen en el Plan Gestión del Riesgo de Inundación de la Demarcación, son los siguientes: • Incremento de la percepción del riesgo de inundación y de las estrategias de autoprotección en la población, los agentes sociales y económicos. • Mejorar la capacidad predictiva ante situaciones de avenida e inundaciones. • Contribuir a mejorar la ordenación del territorio y la gestión de la exposición en las zonas inundables. • Conseguir una reducción, en la medida de lo posible, del riesgo a través de la disminución de la peligrosidad para la salud humana, las actividades económicas, el patrimonio cultural y el medio ambiente en las zonas inundables. • Mejorar la resiliencia y disminuir la vulnerabilidad de los elementos ubicados en las zonas inundables. • Contribuir a la mejora o al mantenimiento del buen estado de las masas de agua a través de la mejora de sus condiciones hidromorfológicas. La visualización de los resultados obtenidos referentes al estudio de inundación de la zona, se encuentran disponibles el “Apartado 11: Estudio comparativo”, en el cual, tras la realización de los estudios hidráulicos correspondientes, se analizan y comparan las manchas de inundación obtenidas en uno y otro. Estudio Hidráulico 1. Modelado con (n) de Manning Clásico 86 9 ESTUDIO HIDRÁULICO 1. MODELADO CON (N) DE MANNING CLÁSICO Las matemáticas son el alfabeto con el cual Dios ha escrito el universo. - Galileo Galilei - 9.1 Introducción El objetivo fundamental de un estudio de prevención de inundaciones y ordenación hidráulica, es la obtención razonada de la delimitación de zonas inundables asociada a cada tramo fluvial, de forma que se cuente con una herramienta objetiva para la identificación de riesgos, la priorización de los mismos y la clasificación del territorio en función de su vulnerabilidad ante crecidas extraordinarias. Este tipo de información, es el punto de partida para la definición de las obras de defensa necesarias para mitigar los daños potenciales existentes en los distintos núcleos urbanos implicados y para la asignación de los usos compatibles con las zonas afectadas por la inundación. Así pues, en el presente apartado, se recogen los resultados de la simulación hidráulica del cauce en estudio, empleando para ello, el software HEC-RAS del US Corps of Engineers, capaz de evaluar, en régimen permanente gradualmente variado, un curso fluvial caracterizado fundamentalmente por una serie de secciones transversales del cauce y las llanuras de inundación, por la geometría de los obstáculos existentes en el mismo y por sus coeficientes de rugosidad de Manning. Los caudales simulados corresponden a períodos de retorno de 10, 50, 100 y 500 años. Como resultados principales, se presentan los datos numéricos de las variables hidráulicas que caracterizan el flujo y una visualización gráfica de las zonas inundables afectadas por las avenidas. 9.2 Ámbito de estudio Hidrológicamente, la zona objeto de estudio comprende el tramo bajo de la cuenca fluvial del río Guadalhorce, ubicada en la provincia de Málaga, desde el embalse de Conde de Guadalhorce hasta su desembocadura. No obstante, y dadas las elevadas dimensiones de esta área, se desarrolló en primer lugar una labor de selección previa de los tramos de mayor interés desde el punto de vista de la prevención de inundaciones. Así pues, se escogió la parte más baja del tramo, abarcando los municipios de Pizarra, Cártama y Málaga, hasta su desembocadura en la costa al Sur del núcleo urbano de Málaga, por ser aquella que más podía afectar a los núcleos de población cercanos. Para apoyar esta determinación, se ha empleado nuevamente la información contenida en el “Estudio hidráulico para la prevención de inundaciones y para la ordenación de la cuenca del río Guadalhorce”, elaborado para la Consejería de Medio Ambiente de la Junta de Andalucía. El procedimiento seguido en el mismo fue el siguiente: 87 87 Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce a) Definición de puntos de estudio, a partir de los puntos críticos identificados en el “Plan de Prevención de avenidas e inundaciones en cauces urbanos andaluces” (Junta de Andalucía – 2002). b) Definición de las secciones críticas de estudio, así como la pendiente longitudinal del cauce. c) Asignación de un coeficiente de rugosidad de Manning conservador. d) Determinación del caudal de diseño asociado a un período de retorno de 1000 años. e) Estimación de la cota de inicio de daños y de la cota de lámina asociada a la avenida de T=1000 años mediante la formulación de Manning aplicada a la sección de estudio. f) Establecimiento justificado de los núcleos con riesgo de inundación, para los que el resguardo entre la cota de inicio de daños y la cota de lámina fue inferior a 40-50 cm. Posteriormente, de los núcleos urbanos descartados por el estudio hidráulico, se seleccionaron aquellos que presentaban una diferencia entre la cota estimada de inicio de daños y la cota de lámina para un período de retorno de 1000 años inferior o igual a 1 metro, estudiándose bajo la óptica de posibles afecciones por presiones antrópicas. Del mismo modo, se tuvieron en consideración las posibles variaciones debidas a las influencias de entidades puntuales (puentes, viaductos, vados, canteras, invernaderos, instalaciones agrarias, etc.), lineales (encauzamientos, canales, acequias, carreteras, caminos rurales, etc.) y/o poligonales (balsas, embalses, urbanizaciones, campos de golf, polígonos industriales, núcleos urbanos, etc.). Con todo ello, y basándose en el tramo de estudio a analizar, se localizaron tres puntos de especial importancia (coincidentes con los núcleos evaluados en el “Apartado 3.2: Plan de Prevención de Avenidas e Inundaciones en Cauces Urbanos Andaluces”): Tabla 9-1. Niveles de riesgo de las zonas afectadas. Municipio Núcleo Zona Nivel de riesgo Cártama Estación de Cártama Río Guadalhorce D Pizarra Pizarra Río Guadalhorce C Málaga Málaga Río Guadalhorce A 9.3 Hidrología En el “Apartado 6: Estudio Hidrológico” se muestran los caudales de diseño obtenidos para 10, 50, 100 y 500 años de periodo de retorno. Estos caudales, como puede verse en la siguiente tabla, han sido introducidos en 3 puntos del cauce. El primero de ellos, hace referencia al caudal proveniente de las subcuencas Alto Guadalhorce, Guadalteba y Turón, situadas aguas arriba de los embalses. Los puntos segundo y tercero, hacen referencia a los caudales aportados por las subcuencas Grande y Campanilla respectivamente: Tabla 9-2. Caudales de cálculo (m3/s) por periodos de retorno. Nº Sección T = 10 años T = 50 años T = 100 años T = 500 años 1 (351) 656.2 947.0 1815.7 2141.0 68 (283) 1225.5 1953.3 3057.9 4004.8 264 (87) 1512.1 2497.7 3974.2 4947.1 Si bien el programa HEC-RAS incluye un módulo de cálculo en régimen variable capaz de analizar el tránsito de hidrogramas de forma eficiente, con el fin de dotar de coherencia al estudio, se emplearán los caudales previamente estimados, en los que ya se ha tenido en cuenta la laminación de los hidrogramas. Estudio Hidráulico 1. Modelado con (n) de Manning Clásico 88 Estos valores se introducen en el modelo hidráulico como caudales constantes por tramos y se realiza una simulación en régimen permanente de forma que las láminas y velocidades obtenidas por un lado y los caudales introducidos por otro estén perfectamente integrados. Además, al inicio de cada tramo se introduce el caudal de diseño correspondiente al del punto final del mismo quedando, por tanto, las variables hidráulicas obtenidas del lado de la seguridad. 9.4 Hidráulica 9.4.1 Cartografía Para la caracterización de la geometría de los distintos cauces y las llanuras de inundación asociadas, se ha empleado un Modelo Digital del Terreno, concretamente el MDT25 con paso de malla de 25 metros. Figura 9-1. Mapa del modelo digital del terreno de la zona de estudio. Adicionalmente, se han empleado Modelos Digitales de Superficies, obtenidos de los Datos Espaciales de Referencia de Andalucía (DERA), entre los que se encuentran las capas relativas al relieve, hidrografía, medio físico, usos del suelo, sistemas urbanos, etc. con las que modelar el dominio de estudio. 9.4.2 Software de cálculo Para la ejecución de la simulación hidráulica del cauce en estudio, se ha empleado, como se ha comentado anteriormente, la versión 4.1.0 del Software HEC-RAS (Hydrologic Engineering Center River Análisis System) desarrollado por el Hydrologic Engineering Center para el U.S. Army Corp of Engineers. Este programa permite resolver mediante técnicas numéricas flujos unidimensionales en régimen permanente y no permanente, pudiendo ser tanto en ríos de cauce único como en sistemas dendríticos y redes completas de drenaje. Además, es capaz de agregar a lo largo del cauce diversos tipos de estructuras (puentes, cubriciones, vertederos con compuerta, azudes, caños, etc.), resolviendo el flujo a través de ellas. Cabe destacar en este sentido, que para el cauce principal del propio río Guadalhorce en su tramo bajo, no hay presencia de obras de drenaje o vados de ningún tipo. Con respecto a los puentes que se disponen a lo largo del mismo, los de mayor envergadura se caracterizan por períodos de retorno de rebosamiento superiores a los 1000 años, por lo que no se ha considerado su dimensionamiento en el modelo. 89 89 Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce La simulación de los cursos fluviales se ha realizado en régimen permanente gradualmente variado, introduciendo los caudales obtenidos en el estudio hidrológico para los periodos de retorno considerados. El procedimiento de cálculo está basado en la resolución de la ecuación de la energía según la siguiente ecuación: 𝑦2+𝑧2+𝛼2∗𝑉22 2𝑔 =𝑦1+𝑧1+𝛼1∗𝑉12 2𝑔 +∆𝐻 Donde: - ∆H, es la pérdida de energía entre secciones. - y1 e y2, son los calados en las secciones de aguas arriba y aguas abajo. - z1 y z2, son las cotas del lecho en las secciones de aguas arriba y aguas abajo. - V1 y V2, son las velocidades de paso medias en las secciones aguas arriba y aguas abajo. - α1 y α2, son los factores de ponderación de la velocidad en las secciones de aguas arriba y aguas abajo, debidos a que en una misma sección conviven distintas áreas con diferentes características físicas que se traducen en diferentes rugosidades y, por tanto, para igualdad de cota de lámina, en diferentes alturas de energía que deben ser compatibilizadas. Figura 9-2. Simulación de cursos fluviales. Por consiguiente, para poder estimar la altura de energía en una determinada sección, es necesario multiplicar el valor de la altura de energía obtenida mediante la velocidad media (caudal / área mojada) por un coeficiente (α) que cumpla que: 𝛼∗𝑉2 2𝑔 =𝑄1∗𝑉12 2𝑔+𝑄2∗𝑉22 2𝑔 𝑄1+𝑄2 Siendo V1, V2, Q1 y Q2 respectivamente, las velocidades medias y caudales circulantes correspondientes a dos zonas diferenciadas dentro de una misma sección. Por lo tanto, partiendo de las variables hidráulicas de la sección de aguas abajo, en el caso de régimen lento, y de aguas arriba, en el caso de régimen rápido, es posible obtener la altura de energía en la sección adyacente sin más que sumar o restar la pérdida de energía entre ambas. Una vez obtenida la altura de energía de la sección contigua y conocido el caudal circulante, el cálculo del calado y de la velocidad es inmediato. Sin embargo, como la pérdida de energía entre dos secciones depende de la velocidad tanto en la sección de aguas arriba como de la velocidad en las de aguas abajo, el proceso de cálculo debe ser necesariamente iterativo. En este sentido, la pérdida de altura de energía entre dos secciones adyacentes depende por un lado, de las pérdidas de energía por fricción con el contorno del lecho (evaluadas a través de la ecuación de Manning), y por otro, de las pérdidas por contracción o expansión del flujo entre secciones adyacentes (evaluadas como el producto de un coeficiente de contracción-expansión por la diferencia de los términos de velocidad de la energía entre las secciones adyacentes) según se recoge en la siguiente expresión: ∆𝐻=𝐿∗𝐼+𝐶∗(𝛼2∗𝑉22 2𝑔 −𝛼1∗𝑉12 2𝑔 ) Estudio Hidráulico 1. Modelado con (n) de Manning Clásico 96 Figura 9-5. Niveles de referencia. Teniendo en cuenta que la PMVE en el puerto de Málaga es de 0,82 y la NMMA es de 0,437, la cota absoluta de la PMVE se sitúa en la +0,38. ➢ Mareas meteorológicas: Uno de los factores que puede provocar importantes cambios en el nivel del mar son las variaciones barométricas. En efecto, una disminución de la presión atmosférica sobre la superficie del mar provoca un ascenso del nivel de éste, mientras que un aumento de dicha presión se traduce en un descenso del nivel del mar. Una estimación de dicha variación motivada por la presencia de un frente de bajas presiones (borrasca) o de altas presiones (anticiclón) viene dada por la siguiente expresión (Storm surge and currents. Bretschneider, 1982): 𝑆𝑣𝑝=10,26(𝑝𝑒−𝑝𝑜)(1−exp(−𝑅 𝑟)) Siendo: - Svp, la variación del nivel medio del mar (metros). - pe, la presión atmosférica en la periferia de la perturbación atmosférica (bares). - po, la presión atmosférica en el centro de la perturbación (bares). - R, el radio de la perturbación (kilómetros). - r, la distancia entre el punto de medida y el centro de la perturbación (kilómetros). Una vez procesados los datos de presión atmosférica registrados durante el período 1987-1993, se realizó un estudio estadístico de los valores mínimos y máximos mensuales, obteniéndose las funciones de distribución extremal: Tabla 9-7. Funciones de distribución extremal de presión atmosférica. T (años) P. máx. (mbar) P. mín. (mbar) 10 1040 990 50 1050 978 100 1055 972 Supuesto un radio de la perturbación de 1000 km y una presión en el borde de 1,013 bar, en el centro de la perturbación se observarían las siguientes variaciones: 97 97 Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce Tabla 9-8. Variaciones en el centro de la perturbación. T (años) Descenso (m) Ascenso (m) 10 0,28 0,24 50 0,38 0,36 100 0,43 0,42 Estos resultados, son coherentes con el valor del máximo ascenso del nivel del mar por marea meteorológica incluido en la tabla 3.4.2.1.1 de la ROM 0.2-90 “Acciones en el proyecto de Obras marítimas y portuarias” para condiciones extremas y mar con marea astronómica, y que resulta ser de 0,5 metros. Por lo tanto, el máximo nivel alcanzable por las aguas por coincidencia en el mismo instante de la PMVE y del máximo ascenso debido a la marea meteorológica sería de +0,88 m. Sin embargo, no resulta razonable adoptar un valor tan extremo, asociado a una probabilidad de ocurrencia muy baja, ya que tanto la marea meteorológica como la astronómica son sucesos independientes en los que la probabilidad de presentación debe multiplicarse. Por lo tanto, es necesario analizar la probabilidad conjunta de ambos fenómenos para disponer de un criterio objetivo a la hora de adoptar un determinado nivel. ➢ Estudio de la probabilidad combinada: En un instante cualquiera de tiempo t, el nivel del mar X(t) se puede expresar, una vez eliminado el oleaje, como suma de tres componentes: X(t) = Zo(t) + M(t) + R(t) Siendo: - Zo(t): nivel medio del mar, que varía muy lentamente con el tiempo. - M(t): variaciones periódicas o marea propiamente dicha. - R(t): componente residual o meteorológica que es, en cambio, irregular. Cada una de estas componentes, está condicionada por procesos físicos diferentes, esencialmente independientes. Sin embargo, si se dispone de una serie larga de observaciones, se puede efectuar un análisis estadístico de las mismas. En el caso del mareógrafo de Málaga, se eligió presentar los resultados correspondientes en papel probabilístico Gumbel de máximos y en una doble escala: probabilidad acumulada y período de retorno, siendo la relación entre ambas escalas: R = 1/(1-F) Donde (R), el período de retorno en años y (F), es la probabilidad acumulada. Igualmente, se obtuvieron las bandas de confianza del 90%. Figura 9-6. Régimen extremal de nivel de marea. Estudio Hidráulico 1. Modelado con (n) de Manning Clásico 98 Teniendo en cuenta la gráfica anterior se obtuvieron los siguientes valores: Tabla 9-9. Cotas del nivel del mar (m) por periodos de retorno. T (años) Nivel del mar (m) 10 0,72 50 0,77 100 0,80 9.5 Resultados 9.5.1 Variables hidráulicas En el “Anexo B: Resultados HEC-RAS”, se recogen, para cada una de las secciones y periodos de retorno de cálculo, las siguientes variables representativas del régimen hidráulico, obtenidas de la simulación mediante HEC-RAS: - Caudal. - Cota de lámina. - Velocidad del flujo. - Calado máximo. - Cota de energía. - Número de Froude. 9.5.2 Delimitación de zonas inundables En el “Apartado 11: Estudio comparativo y conclusiones”, se muestran las manchas de inundación asociadas a las avenidas correspondientes a 10, 50, 100 y 500 años de periodo de retorno. Además, se incluye en el mismo, una breve descripción de las afecciones más significantes. 99 99 Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce 10 ESTUDIO HIDRÁULICO 2. MODELADO CON (N) DE MANNING MODIFICADO La ciencia puede divertirnos y fascinarnos, pero es la ingeniería la que cambia el mundo. - Isaac Asimov - 10.1 Introducción El objetivo principal de este apartado, es la demostración del efecto que el transporte de sedimentos provoca sobre los estudios hidráulico y de inundación de un cauce, a través de la rugosidad. Para ello, se repetirá el modelado anterior, manteniendo algunos parámetros y modificando otros: ➢ Parámetros comunes: En lo que respecta al ámbito de estudio, no se realizan modificaciones de ningún tipo. Se analizará nuevamente el tramo final del Guadalhorce bajo, concretamente entre el municipio de Pizarra y su desembocadura en la costa de Málaga. Los parámetros hidrológicos, siguen siendo los mismos que en el modelo anterior, a saber: Tabla 10-1. Caudales de cálculo (m3/s) por periodos de retorno. Nº Sección T = 10 años T = 50 años T = 100 años T = 500 años 1 (351) 656.2 947.0 1815.7 2141.0 68 (283) 1225.5 1953.3 3057.9 4004.8 264 (87) 1512.1 2497.7 3974.2 4947.1 Con respecto a la hidráulica del modelo, se emplea nuevamente la misma base cartográfica anterior con un MDT25 y el software de cálculo HEC-GEORAS 4.1.1, nuevamente con un ancho de 1 kilómetro de longitud y una distancia media de separación de 100 metros, lo que hacía un total de 351 secciones. Las condiciones de contorno, continúan fijadas por una pendiente del 0,177% aguas arriba y por el efecto de las mareas, en la zona de aguas abajo (desembocadura), tal y como se ha visto en el apartado anterior. Por último, con respecto a los coeficientes de expansión y contracción entre secciones, se han adoptado nuevamente siguiendo las recomendaciones del Hydrologic Engineering Institute. Estudio Hidráulico 2. Modelado con (n) de Manning Modificado 100 ➢ Parámetros modificados: Como ya se ha comentado en repetidas ocasiones, la mayor variación entre el Estudio Hidráulico 1 y el Estudio Hidráulico 2 reside en la variabilidad del parámetro de rugosidad (n) de Manning, debido al efecto derivado del transporte de sedimentos en el cauce. Antes de evaluar cómo de grande es dicha variación, se ha querido llevar a cabo un análisis cuantificativo sobre el caudal de transporte sólido generado en el río Guadalhorce, para entender aún mejor la importancia de éste en el estudio, y la esencia del mismo. 10.2 Transporte de sedimentos. Modelización del río Guadalhorce aguas abajo de los embalses 10.2.1 Introducción A continuación, se realizará el análisis del flujo de sedimentos del sistema fluvial en la zona del bajo Guadalhorce, de modo que constituya una parte fundamental en la visión morfodinámica global del río. Los ríos realizan tres tipos de labores geológicas muy estrechamente interrelacionadas: erosión, transporte y deposición fluvial. Estas funciones, no pueden separarse unas de otras, ya que cuando se produce erosión, debe existir algo de transporte, y finalmente las partículas transportadas deben acabar inmovilizándose. ➢ Erosión fluvial: Se define como la progresiva extracción de materia mineral de las superficies de un cauce fluvial, que puede estar constituido por roca firme o regolita. La naturaleza de la erosión fluvial depende principalmente de los materiales que constituyen el cauce del río y de los medios de erosión que este contenga. Unos de los medios más simples, es la acción hidráulica, es decir, la presión y empuje que el agua en movimiento ejerce sobre los granos que sobresalen del lecho y de las márgenes. ➢ Transporte fluvial: Se define como el movimiento de partículas erosionadas en disolución química, en suspensión turbulenta o por rodamiento o arrastre a lo largo del lecho. Se pueden distinguir tres formas de transporte fluvial de materia mineral. En primer lugar, la disolución proporciona sólidos disueltos, que pueden viajar indefinidamente río abajo y pueden llegar al océano. No afectan al comportamiento mecánico del río. En segundo lugar, partículas de arcilla, limo y, a veces, arena fina son transportadas en suspensión. En esta forma de transporte, las corrientes ascendentes de los remolinos del flujo turbulento son capaces de mantener las partículas indefinidamente en el cuerpo de la corriente. El material transportado en suspensión, se denomina carga en suspensión y constituye una gran parte de la carga total de la mayoría de ríos. Los comportamientos frente a este fenómeno son muy diversos, así, por ejemplo, las partículas de arcilla, una vez elevadas en suspensión, son tan fácilmente transportadas que recorren grandes distancias; las partículas coloidales más finas permanecen en suspensión hasta que alcanzan el océano; los limos se decantan rápidamente cuando la turbulencia se reduce y las arenas gruesas, raramente son transportadas en suspensión excepto durante las crecidas. Como resultado, la suspensión proporciona un medio de separación de partículas sólidas de diversos tamaños a una ubicación distinta, proceso conocido como clasificación. 101 101 Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce La tercera forma de transporte es la rodadura o el deslizamiento de granos a lo largo del lecho del río. Estos movimientos de arrastre pueden incluirse adecuadamente en el término tracción, que resuelta tanto de la presión directa del flujo del agua sobre la cara que mira río arriba de un grano como de la acción de arrastre del agua en su fluir por encima de la superficie del mismo. Los fragmentos movidos por tracción se denominan colectivamente carga de fondo del río. En el movimiento de la carga de fondo, las partículas individuales ruedan, se deslizan o realizan pequeños saltos río abajo, descansando luego entre otros granos. La saltación de granos es relativamente poco importante en el movimiento de la carga de fondo de un río, pero es el proceso de transporte dominante de granos de arena por el viento. En el tramo de estudio analizado, bajo Guadalhorce, básicamente se produce un transporte de sólidos por fondo, ya que se trata de ríos de grava. Tan solo en las partes correspondientes a las desembocaduras, se da en el lecho material más arenoso, tamizando el cuerpo deltaico formado por gravas procedentes de los tramos de aguas arriba. ➢ Deposición fluvial: Se define como la acumulación de cualquier partícula transportada sobre el lecho del río, sobre la llanura de inundación adyacente, o en el fondo de un cuerpo estable de agua en el que desemboca el río. 10.2.2 Formulación utilizada. Transporte por fondo Dado que el fin último de este trabajo, es la evaluación de la influencia que el transporte de sólidos puede tener sobre la rugosidad del río, afectando así, al estudio de inundaciones del mismo, se precisa un método de cálculo efectivo para la cuantificación de dicho transporte. Durante muchos años, la única manera de evaluarlos, era por medio de fórmulas empíricas. Quizás, la más conocida y más empleada es la fórmula de Meyer-PeterMüler (1948), obtenida, como ya se indicó en el “Apartado 3.1: Fórmulas experimentales para el transporte de material de fondo”, tras recabar una gran cantidad de datos experimentales. Se utiliza cuando el material es granular y abarca, desde arenas con diámetro mayor de 0.0002m, hasta gravas gruesas con diámetro menor o igual de 0.03m. Originariamente la fórmula era: 𝑞𝑏 [𝑔(𝑠−1)]1/2∗𝐷3/2=8 [ 𝜏𝑜𝑐(𝑓𝑐 𝑓′𝑐)3 4 𝜌𝑔(𝑠−1)𝐷−0,047 ] 3/2 Donde 0.047 es un valor del parámetro de Shields, (), para el inicio del movimiento. Esta ecuación se puede transformar en la siguiente: 𝑞𝑏 [𝑔(𝑠−1)]1/2∗𝐷3/2≈8[′−𝑐]3/2 Donde (’) es el parámetro de Shields de grano. El denominador en el lado izquierdo de la ecuación, puede escribirse como el producto de una escala de velocidades por una escala de longitud, en este caso el diámetro del grano (D): 𝑢𝑒𝑠=[𝑔(𝑠−1)𝐷]1/2 Estudio Hidráulico 2. Modelado con (n) de Manning Modificado 102 10.2.3 Metodología de cálculo En este apartado, se expone la metodología propuesta para la estimación del transporte sólido aportado por el cauce. Dicha metodología, es la empleada en el proyecto llevado a cabo para la Consejería de Medio Ambiente de la Junta de Andalucía y anteriormente mencionado “Estudio hidráulico para la prevención de inundaciones y para la ordenación de la cuenca del río Guadalhorce”. En primer lugar, hay que destacar, que en este estudio sólo se estimará el material transportado en el cauce (sin incluir llanuras ya vegetadas) ni el material de lavado procedente de la cuenca hidrográfica. Normalmente, es necesario calcular el volumen medio anual que transporta un río en un determinado punto. Sin embargo, muchas veces este dato es difícilmente estimable al carecer de datos de campo que puedan compararse con los resultados teóricos o empíricos ni con los que calibrar los modelos utilizados. Además, hay que tener en cuenta que, en la mayoría de los ríos mediterráneos, el aporte de material es totalmente irregular en el tiempo, oscilando años secos con años húmedos, con lo que dicho aporte pasa a ser esporádico en épocas de crecidas. Aun así, se propone una metodología general para el cálculo del transporte sólido de un río basada en el estudio del transporte del río Besos de J. P. Martín Vide y Marcelo H. García (1999), pero con algunas adaptaciones y modificaciones. Para ello, se plantea un algoritmo tal que, a partir de la tramificación del río, contenga una variable que dé continuidad al modelo en cuanto al transporte de material. Para entender mejor el proceso, se muestra el siguiente esquema: Figura 10-1. Esquema para el cálculo del transporte de sedimentos en el río Guadalhorce. Donde: - S0: sección aguas arriba. - S1: sección aguas abajo. - G0: granulometría asociada a la sección (S0). - G1: granulometría asociada a la sección (S1). - T0: transporte sólido en la sección (S0). - T1: transporte sólido en la sección (S1). - T’1: transporte sólido en la sección (S1), pero con la granulometría (G0). 103 103 Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce Con todo ello, se plantea el algoritmo de cálculo antes mencionado, con el siguiente esquema metodológico: Los casos posibles de comparación son 6. El análisis puede hacerse para cada fracción de material (j). 1) T0 < T’1 < T1. En este caso, llega poco volumen sólido, menos de lo que el río puede transportar tratándose de esa misma granulometría hacia aguas abajo y menos también de lo que el río puede tomar de su lecho. Como consecuencia de la primera parte de la desigualdad, el transporte real sería la disponibilidad T0, pero, además, la corriente tendría todavía una capacidad “no satisfecha” o remanente, de valor (T1 – T0), que se emplearía en tomar material del lecho hasta un límite lógico de erosión del cauce. Nótese que no tiene sentido una capacidad remanente en relación a T’1 porque una vez transportado todo lo que llega (todo T0), el material susceptible de incrementar el transporte tiene la granulometría del lecho. En resumen, la salida S de material es: S = T0 + (T1 – T0)’ Donde (’) indica un límite máximo a la erosión del cauce. 2) T0 < T1 < T’1. En este caso, se invierte la relación entre las capacidades, pero se puede seguir el mismo razonamiento anterior. De nuevo, habría una erosión en el cauce hasta un cierto límite. 3) T1 < T’1 < T0. En este caso, llega un gran volumen de sedimento, mayor que cualquiera de las dos capacidades. Por ser este volumen mayor de lo que el río puede transportar de esa misma granulometría, en principio sale solamente T’1. La salida por tanto es: S = T’1. El cauce debe sufrir acreción. 4) T’1 < T1 < T0. En este caso, al igual que el anterior, en principio la salida sería solamente T’1. Sin embargo, a pesar de que no todo el material recibido se transporta, queda una capacidad remanente cuyo valor es (T1 – T’1), con la cual, el límite lógico de erosión del cauce la salida es: S = T’1 + (T1 – T’1)’ Si no se alcanza el límite de erosión, resulta: S = T1. Es interesante observar, que en los casos 3 y 4, si no se supera el límite de erosión, se pueden resumirse en la expresión S = máximo (T1, T’1) y en ambos casos hay acreción del cauce. 5) T1 < T0 < T’1. En este caso, el río podría transportar en esa misma granulometría más de lo que llega, o lo que sale en principio, como en los casos 1 y 2. Sin embargo, a diferencia de estos, no se produce capacidad remanente alguna, luego: S = T0. No hay erosión ni acreción del cauce. 6) T’1 < T0 < T1. En este último caso, la capacidad en la misma granulometría pasa a controlar el transporte real, por lo que, en principio saldría T’1. Queda, sin embargo, un exceso de capacidad de transporte de valor (T1 – T’1), por lo que la salida es: S = T’1 + (T1 – T’1)’ A esta expresión puede aplicarse la misma simplificación que a la del caso 4. Estudio Hidráulico 2. Modelado con (n) de Manning Modificado 104 Obsérvese la coherencia de los algoritmos de los seis casos por medio de las siguientes situaciones particulares, en los límites entre un caso y otro: • Si T0 = T’1 < T1, es aplicable por igual el caso 1 y el caso 6. Comprobamos que efectivamente las expresiones se vuelven iguales pues T0 = T’1. • Si T0 = T1 < T’1, es aplicable por igual el caso 2 y el 5. Comprobamos que las expresiones se vuelven iguales, pues el paréntesis de la primera se hace nulo. • Si T1 < T0 = T’1, es aplicable por igual el caso 3 y el 5. • Si T’1 < T0 = T1, es aplicable por igual el caso 4 y 6. Puede verificarse, que la discusión de casos anterior quedaría reducida a una expresión única: S = 1 + (T1 - 1)’ 10.2.4 Aplicación del modelo de transporte sólido al río Guadalhorce ❖ División en tramos homogéneos: Para llevar a cabo el estudio, se realizó una división del río en varios tramos, lo más homogéneamente posible, en cuanto a condiciones hidráulicas y granulométricas se refiere, eligiendo una sección representativa del tramo para la estimación del caudal sólido. Continuando con el punto anterior, el río Guadalhorce aguas abajo de los embalses (tramo modelizado hidráulicamente) fue dividido en ocho tramos, considerados (a efectos de transporte sólido y de comportamiento sedimentario) como homogéneos, es decir, todo un mismo tramo se comporta de una misma forma ante el flujo de sólidos del río y tiene una misma tendencia sedimentaria (erosión o acreción). Así pues, los tramos elegidos presentaban variables tanto hidráulicas como sedimentarias parecidas (caudal líquido aproximadamente homogéneo, o sin grandes variaciones; pendiente hidráulica similar; granulometría más o menos uniforme, etc.). Dentro de cada tramo, a su vez, se eligió una sección representativa del mismo, de donde obtener los datos hidráulicos, los cuales formarían parte (junto con los datos granulométricos y morfológicos) de los “inputs” del modelo de transporte sólido. Cabe comentar que el tramo 0, situado a pie de las presas, funcionaba como alimentador principal del sistema dada la retención de sedimentos que acontece en los embalses, por lo que no se evaluó su tendencia evolutiva morfodinámica. En la siguiente figura se pueden observar los tramos en los que se dividió el río Guadalhorce para la estimación del transporte sólido: 105 105 Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce Figura 10-2. División de tramos para el estudio del transporte de sedimentos en el río Guadalhorce. Es importante remarcar, que el tramo de estudio real correspondiente al presente trabajo, comprendería desde el tramo 4 al tramo 8 del esquema anterior. Se ha decidido dejar el resto de tramos, para acentuar aún más la importancia del transporte de sedimentos en el presente estudio y que es evidente a lo largo de toda la traza del río. ❖ Resultados del transporte sólido: Con todo ello, los resultados obtenidos para el transporte sólido fueron los siguientes: ➢ Tramo 0 (Sección inicial) Este tramo aportaba un volumen medio anual de 16.703 Tn, o sea 8.352 m3 aproximadamente. ➢ Transporte sólido del tramo 1 Aplicando el algoritmo de cálculo, se obtuvieron los siguientes resultados: - T0 = 16.703 Tn. - T1 = 122.106 Tn - T’1 = 120.473 Tn Por tanto, en este tramo, estaríamos en el caso 1, donde T1 > T’1 > T0, por lo que se trata de un tramo en erosión y la salida de sedimentos del mismo es S =T0 + (T1 –T0)’ = 122.105 Tn, o sea, 61.053 m3. ➢ Transporte sólido del tramo 2 Para este tramo se obtuvieron los siguientes resultados: - T0 = 122.105 Tn. - T1 = 89.619 Tn - T’1 = 103.986 Tn En este tramo, estaríamos en el caso 3, donde T0 > T’1 > T1. Por tanto, es un tramo que se encuentra en acreción y la salida de sedimentos del mismo es S = T’ 1 = 103.986 Tn, o sea, 51.993 m3. Estudio Comparativo 112 A modo de ejemplo, se muestra la siguiente tabla donde se aprecian claramente algunas de las secciones más representativas en las que la variabilidad en la rugosidad se hace evidente: Tabla 11-1. Valores de (n) para diferentes secciones y periodos de retorno. Nº Sección nA nB - T10 nB - T50 nB - T100 nB - T500 9 0.035 0.046 0.046 0.044 0.043 40 0.035 0.042 0.041 0.041 0.041 103 0.035 0.043 0.041 0.040 0.040 109 0.035 0.056 0.053 0.049 0.048 113 0.035 0.043 0.042 0.041 0.040 131 0.035 0.043 0.042 0.041 0.041 192 0.035 0.043 0.041 0.041 0.039 254 0.035 0.040 0.038 0.037 0.037 273 0.035 0.042 0.040 0.040 0.040 275 0.035 0.050 0.045 0.038 0.037 337 0.035 0.039 0.038 0.037 0.037 348 0.035 0.048 0.048 0.044 0.043 Para una visualización más completa, en el “Anexo A: Coeficientes de Manning”, se adjuntan, para cada estudio, todos los valores obtenidos. 11.2 Manchas de Inundación para cada periodo (T) A continuación, se presentan las manchas de inundación obtenidas para ambos estudios. En primer lugar, se realizará una rápida comparación de las zonas inundadas, considerando conjuntamente los cuatro periodos de retorno, en un estudio y otro: Figura 11-2. Manchas de inundación del E.H.1. 113 113 Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce Figura 11-3. Manchas de inundación del E.H.2. Como puede apreciarse, las diferencias entre un estudio y otro son evidentes. Del mismo modo, dentro de cada uno se observa, como es natural, un aumento en las manchas de inundación a medida que aumentamos el caudal de cálculo, es decir, a medida que aumenta el periodo de retorno. Seguidamente, y para cada valor de (T), se analizarán las variaciones obtenidas entre un estudio y otro. 11.2.1 Periodo de retorno de 10 años. Figura 11-4. Variación de la mancha de inundación para T = 10 años. Como se puede apreciar en este caso, la diferencia obtenida entre el E.H.1 y el E.H.2 es bastante evidente. Destaca sobre todo el aumento de la mancha producido en la proximidad de la confluencia con el río Grande, en la zona de Cártama - Estación y en la zona entre Santa Águeda y el Peñón, cerca del núcleo de Málaga. Estudio Comparativo 114 11.2.2 Periodo de retorno de 50 años. Figura 11-5. Variación de la mancha de inundación para T = 50 años. Para este caso, la variación de las manchas sigue siendo evidente, sobre todo aún en las zonas de confluencia con el río Grande y en la zona entre Santa Águeda y el Peñón. Del mismo modo, comienza a apreciarse un mayor efecto de la inundación sobre el tramo último del río. 11.2.3 Periodo de retorno de 100 años. Figura 11-6. Variación de la mancha de inundación para T = 100 años. Para un periodo de retorno de 100 años, parece que las variaciones que se aprecian son menores, pero simplemente porque el caudal considerado es mucho mayor, lo que también aumenta el efecto de inundación del E.H.1. No obstante, en este caso se hace aún más notorio el impacto provocado sobre la parte sur del río, cerca de la desembocadura. 115 115 Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce 11.2.4 Periodo de retorno de 500 años. Figura 11-7. Variación de la mancha de inundación para T = 500 años. Finalmente, para un periodo de retorno de 500 años, las manchas de inundación se vuelven considerables. En este caso y observando de nuevo el tramo próximo a la desembocadura, puede apreciarse como las zonas inundadas afectan directamente al núcleo de Málaga. 11.3 Manchas de Inundación para T = 500 años A continuación, se analizarán las zonas afectadas por la mancha de inundación de T = 500 años, siendo esta la situación más desfavorable. Para ello, se ha reducido la escala, con el fin de conseguir un mayor nivel de detalle, y se han seleccionado un total de 5 puntos (indicados en la figura anterior) donde la variación se hace evidente. Además, para cada zona, como se verá más adelante, se adjunta una sección tipo, modelada en HECRAS, con la que apreciar las variaciones en los números de Manning, velocidades y calados obtenidas entre ambos estudios. 5 3 2 1 4 Estudio Comparativo 116 11.3.1 Zona 1: Aljaima Figura 11-8. Mancha de inundación sobre zona 1. Como se puede apreciar, la mancha de inundación del Estudio Hidráulico 2 se adentra aún más en la zona, afectando en este caso a un gran número de viviendas que antes no se veían perjudicadas. Además, también repercute de lleno sobre la vía y la estación de tren de Aljaima, situada en la margen derecha. 11.3.2 Zona 2: Estación de Cártama Figura 11-9. Mancha de inundación sobre zona 2. En este caso, la mancha de inundación perjudica nuevamente a viviendas que antes no se veían afectadas, así como a un cierto número de negocios (restaurantes, talleres, comercios, etc.), además de repercutir en el enlace con el propio núcleo de población a través del puente de la A-7057. 117 117 Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce 11.3.3 Zona 3: Santa Amalia Figura 11-10. Mancha de inundación sobre zona 3. Como se puede apreciar, la mancha pasa de afectar “solamente” a unas zonas de cultivo, a adentrarse en la localidad de Santa Amalia, repercutiendo en varias casas adosadas y parcelaciones que se verían inundadas y gravemente afectadas. 11.3.4 Zona 4: Santa Águeda Figura 11-11. Mancha de inundación sobre zona 4. Para este caso, la zona de inundabilidad referente al E.H.2 se hace más evidente, llegando el agua a varias zonas que antes no alcanzaba. Lo más destacable, es el aumento de la mancha y del riesgo de inundación en el propio centro del barrio de Santa Águeda. Como se puede apreciar, el agua afectaría nuevamente a varias casas y calles, inundando además algunos negocios y establecimientos cercanos. Estudio Comparativo 118 11.3.5 Zona 5: Polígono Santa Teresa Figura 11-12. Mancha de inundación sobre zona 5. Esta, es seguramente la zona más importante y conflictiva de todas. Se ha escogido simplemente una pequeña parte, para tener cierta referencia, pero lo cierto es que, como se ha visto en las figuras anteriores, todo el tramo relativo a la desembocadura del río Guadalhorce es prioridad de estudio. No porque afecte a un determinado número de viviendas, sino por el elevado número de instalaciones industriales localizadas en los alrededores. Mas concretamente, se encuentran los polígonos industriales de Santa Teresa, Guadalhorce y la depuradora de Guadalhorce, situada en el extremo sur. La figura mostrada más arriba, hace referencia a la compañía logística de hidrocarburos CLH, que, como muchas otras, tienen sus negocios en la zona. Una mala acotación de la zona de inundabilidad en este caso, podría no solo causar graves daños materiales por inundación directa, sino afectar en gran medida y de manera catastrófica a las zonas de alrededor, por lo que un mayor control en este tipo de situaciones se hace fundamental. 11.4 Variaciones en los calados y velocidades A continuación, se realizará un estudio comparativo sobre los valores de calados y velocidades obtenidos para cada estudio, y en cada uno de los tramos anteriores. Con respecto a los calados, se ha medido la variación existente entre la lámina de agua y el margen del cauce, observando cómo se ha ido modificando dicha variación (∆) para cada uno de los periodos de retorno. Del mismo modo, se han comparado los valores obtenidos de velocidades para cada estudio hidráulico realizado y sobre las 351 secciones definidas, para cada periodo de retorno. Los valores así obtenidos, están reflejados en el “Anexo B: Resultados HEC-RAS”. Con respecto a las zonas analizadas anteriormente, se tiene que: 119 119 Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce 11.4.1 Zona 1: Aljaima Figura 11-13. Sección de la zona 1 del E.H.1. Figura 11-14. Sección de la zona 1 del E.H.2. En este caso, se produce un aumento de la lámina de agua hacia la izquierda, en consonancia con la mancha de inundación correspondiente a la zona 1. Las variaciones en los números de Manning, calados y velocidades experimentadas, son las siguientes: Tabla 11-2. Variaciones en las variables hidráulicas de la zona 1. Sección - 103 (249) E.H.1 E.H.2 n de Manning 0,035 0,040 Velocidad (m/s) 8,44 8,02 ∆ Calado (m) 0,45 Aunque a simple vista parece que el desnivel no es muy elevado debido a la escala de la sección, lo cierto es que la diferencia de casi medio metro implica un aumento de aproximadamente 70 metros en la mancha de inundación, lo que repercute, como puede apreciarse en la figura correspondiente a un gran número de casas e incluso a la red ferroviaria. Estudio Comparativo 120 11.4.2 Zona 2: Estación de Cártama Figura 11-15. Sección de la zona 2 del E.H.1. Figura 11-16. Sección de la zona 2 del E.H.2. En este caso, se produce nuevamente un aumento y desplazamiento de la lámina de agua hacia la izquierda, en consonancia con la mancha de inundación correspondiente a la zona 2. Las variaciones en los números de Manning, calados y velocidades experimentadas, son las siguientes: Tabla 11-3. Variaciones en las variables hidráulicas de la zona 2. Sección – 142 (210) E.H.1 E.H.2 n de Manning 0,035 0,038 Velocidad (m/s) 6,37 6,26 ∆ Calado (m) 0,16 Para este caso, la diferencia en el aumento de la macha es del orden de la mitad que la anterior (40 m aprox.), lo que resulta bastante significativo para los simplemente 0,16 m de desnivel experimentados por la lámina. No obstante, es más que suficiente como para afectar a núcleo de la Estación de Cártama. 121 121 Influencia del Transporte Sólido en la Rugosidad y su Afección al Estudio de Inundaciones del Río Guadalhorce 11.4.3 Zona 3: Santa Amalia Figura 11-17. Sección de la zona 3 del E.H.1. Figura 11-18. Sección de la zona 3 del E.H.2. A diferencia de en los casos anteriores, se produce en este un aumento hacia la derecha de la lámina de agua, en consonancia con la mancha de inundación correspondiente a la zona 3. Las variaciones en los números de Manning, calados y velocidades experimentadas, son las siguientes: Tabla 11-4. Variaciones en las variables hidráulicas de la zona 3. Sección – 234 (118) E.H.1 E.H.2 n de Manning 0,035 0,047 Velocidad (m/s) 4,62 3,92 ∆ Calado (m) 0,50 En la zona 3, el aumento en el desnivel del calado es de más o menos medio metro, lo que provoca como puede apreciarse un desplazamiento de la mancha de agua hacia la derecha de unos 40 metros y a una velocidad moderada.