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Caudales de mantenimiento: Opciones de cálculo y experiencias de aplicación

Caudales de mantenimiento: Opciones de cálculo y experiencias de aplicación. Antoni Palau Dirección de Medio Ambiente y Desarrollo Sostenible. ENDESA Lima, abril de 2008. GESTIÓN DEL CICLO DEL AGUA. BALANCE PRECIPITACIÓN/EVAPOTRANSPIRACIÓN/INFILTRACIÓN. ESCORRENTÍA. REUTILIZACIÓN.

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Caudales de mantenimiento: Opciones de cálculo y experiencias de aplicación

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  1. Caudales de mantenimiento: Opciones de cálculo y experiencias de aplicación Antoni Palau Dirección de Medio Ambiente y Desarrollo Sostenible. ENDESA Lima, abril de 2008

  2. GESTIÓN DEL CICLO DEL AGUA BALANCE PRECIPITACIÓN/EVAPOTRANSPIRACIÓN/INFILTRACIÓN ESCORRENTÍA REUTILIZACIÓN RESERVA SUMINISTRO REGULACIÓN (No Consuntivo) USO Caudales Ambientales (Consuntivo)

  3. Embalses (C/S Derivación) Transvases (Tr) Bombeos (B) y Tomas (T) B CD Tr Qm SD Qm Qm T

  4. MOTIVOS, CONDICIONANTES Y DENOMINACIONES Riegos y abastecimientos Dilución Riberas Actividades recreativas Hábitat físico Navegación Diversidad ecológica Paisaje fluvial Ecosistema fluvial Espacios Naturales Protegidos Peces Caudal Ambiental Caudal Medioambiental Caudal de Regulación Caudal Reservado Caudal Recomendado Caudal de Compensación Caudal Mínimo Caudal de Acondicionamiento ¿Caudal Ecológico? Caudal de Mantenimiento

  5. ENFOQUE NORMATIVO ACTUAL EN ESPAÑA Ley de Aguas (transposición de la Directiva Marco Europea del Agua) • Los caudales ecológicos o demandas ambientales no tendrán el carácter de uso ... debiendo considerarse como una restricción que se supone con carácter general a los sistemas de explotación, después del abastecimiento .... • Establece como función de los Organismos de cuenca la realización de planes, pro-gramas y acciones que tengan como objetivo una adecuada gestión de las demandas, para promover el ahorro y la eficiencia económica y ambiental de los diferentes usos del agua…. • La planificación hidrológica tendrá por objetivo general conseguir el buen estado ecológico del dominio público hidráulico y la satisfacción de las demandas de agua, el equilibrio y armonización del desarrollo regional y sectorial ... • Los Organismos de cuenca, en las concesiones y autorizaciones que otorguen, adopta-rán las medidas necesarias para hacer compatible el aprovechamiento con el respeto al medio ambiente y garantizar los caudales ecológicos o demandas ambientales previstas en la Planificación Hidrológica.

  6. 10% 10% 10% N.E. 5% 50% AMNV 1% AT 1% ANE 10% 10% 50 l/s 10%/Q330 S/C 20% QBM C.M.C. 20% 10% N.E.

  7. USA: ABF, Montana, IFIM CANADA: 25%, Ecohidrol. REP. SUDÁFRICA: BBM 4. MARCO LEGAL (III) EUROPA 30-60% IFIM/Q347 Q347 1-10% Q300 5-10%/uHb Adapt. Ecohidrol. IFIM 10%-2 l/s.km2 10% - Mh + Mhb

  8. CAUDAL NATURAL Uniformización Disminución Desestructuración Modificación Estabilización Alteración CAUDAL MANTENIMIENTO EFECTOS DE LA REDUCCIÓN DE CAUDAL EN CAUCES habitabilidad hidrológica hidráulica río-cauce-ribera calidad agua comunidades CAMBIO MÁXIMO ADMISIBLE

  9. FUNCIONES BÁSICAS DEL CAUDAL DE MANTENIMIENTO HABITABILIDAD Calidad Hábitat Diversidad hidráulica Calidad agua Cantidad Hábitat Capacidad biótica Espacio disponible BIODIVERSIDAD Geomorfología Ciclos biológicos RELACIÓN RÍO-RIBERA Alta frecuencia Espacial Baja frecuencia VARIABILIDAD Temporal

  10. ¿QUÉ ES UN CAUDAL DE MANTENIMIENTO? El caudal que permite la preservación de un nivel admisible de autodesarrollo del ecosistema fluvial. Funcionamento Estructura Nivel admisible = Caudal de mantenimiento Habitabilidad Organización Composición Caudal mínimo Caudal Un compromiso social y cultural que responde a una forma de vida ambientalmente coherente. Energía Alimento Desarrollo Nivel admisible = Compromiso social Preservación de la Naturaleza Bienestar Caudal mínimo Uso de los recursos naturales

  11. ¿QUÉ SE NECESITA SABER PARA CALCULARLO? Paisaje fluvial Las características limnológicas del río y el objetivo de preservación... Método hidráulico Riberas Método hidrobiológico Calidad del agua Método hidrológico Rápidos Especie de pez Método hidrobiológico Tablas Geomorfología fluvial Método hidráulico Pozas Ecosistema fluvial Método hidrológico secuencial o método holístico

  12. LOS CAUDALES DE MANTENIMIENTO Y SUCEDÁNEOS

  13. PLANTEAMIENTOS METODOLÓGICOS ACTUALES

  14. OBJETIVO A PRESERVAR O REFERENCIA Ecohidrológicos Hidrobiológicos (Secuenciales) (Estadísticos) Hidrológicos Hidrológicos Hidráulicos Holísticos Métodos Métodos Métodos Métodos Métodos Métodos Elementos Ecosistema Régimen Abióticos Fluvial Elementos Hidrológico Bióticos Requerimientos Elementos Elementos Ecológicos Abióticos Bióticos Aspectos + Elementos Hidráulicos Elementos DATOS UTILIZADOS Abióticos Bióticos Aspectos + Geomorfológicos Otros Aspectos Elementos Culturales Otros Aspectos PLANTEAMIENTOS METODOLÓGICOS ACTUALES: SINTESIS

  15. EVOLUCIÓN HISTÓRICA, OBJETIVOS Y RELACIONES MÉTODOS HIDROLÓGICOS 70’s Planificación y Legislación MÉTODOS HIDRÁULICOS Disponibilidad de espacio 80’s MÉTODOS HIDROBIOLÓGICOS Hábitat físico (peces) MÉTODOS HIDROLÓGICOS SECUENCIALES (Ecosistema fluvial) 90’s MÉTODOS HOLÍSTICOS (Ecosistema fluvial) MÉTODOS ECOHIDROLÓGICOS 00’s Planificación y Legislación

  16. 10%, 30%, ... Media o Mediana de mínimos, etc. Caudal Caudales clasificados Q330, Q347 (o Q95%), ... Año Días/año LOS METODOS HIDROLÓGICOS (ESTADÍSTICOS) Caudal de mantenimiento como valor constante o modulado estacionalmente

  17. Punto de cambio de pendiente Profundidad Perímetro mojado Caudal Caudal LOS METODOS HIDRÁULICOS Caudal de mantenimiento como valor único y constante

  18. 1 s= 0,3% V= 0,2 m/s I. Idoneidad Z= 27 cm n= 0,04 A= 6,8 m2 0 Prof.(vel., sust.,...) Adultos Caudal APU Alevínaje Alevines Juven. Freza Adultos Año Caudal LOS METODOS HIDROBIOLÓGICOS  [A x (Ip x Iz x ... X In)]= APU Caudal de mantenimiento adaptado al ciclo biológico de la especie de referencia

  19. SOBRE EL CONCEPTO DE HÁBITAT FÍSICO Características hidrológicas Características geomorfológicas ALIMENTO REFUGIO HÁBITAT Relaciones de competencia Especie acuática determinada Características hidráulicas REPRODUCCIÓN DESARROLLO Relaciones predador-presa Calidad del agua

  20. DEL MICROHÁBITAT AL MESOHÁBITAT Distribución de la velocidad media en función del caudal m/s 4,4 m3/s 10,0 m3/s 1,2 m3/s

  21. 1000 Macro-habitat 100 Meso-habitat 1 Micro-habitat 0,1 Pico-habitat 0,01 1 10 100 1000 10000 Tiempo (días) ESCALA TEMPORAL/ESPACIAL DE ESTUDIO DEL HÁBITAT FÍSICO Riberas? Peces? Espacio (m) Macrobentos?

  22. LOS METODOS HIDROLÓGICOS PULSÁTILES O SECUENCIALES Serie de caudales circulantes Cambio importante de caudal medible mediante índices hidrológicos o análisis de discontinuidades en series temporales Caudal Básico Percepción de cambio significativo Interpretación “ecológica” de la serie de caudales

  23. LOS METODOS HIDROLÓGICOS SECUENCIALES: PRINCIPIOS

  24. LOS MÉTODOS HIDROLÓGICOS SECUENCIALES: EL QBM (Revisable periódicamente) Qn Caudal Ka Qmáx Kd Qg ICG/BMWP’ Qg Qm Qa Qb Tiempo (meses/año) Caudal de mantenimiento como régimen de caudales regulados

  25. LOS METODOS HOLÍSTICOS Q referencia Caudal Año Caudal mínimo natural o restituible Caudal suplementario (p.e. para habitabilidad sp. referencia) Caudal suplementario (p.e. geomorfología fluvial) Caudal suplementario (p.e. sueltas de limpieza, etc.) Caudal suplementario (p.e. aspectos sociales, culturales, etc.) Caudal de mantenimiento como régimen de caudales regulados

  26. Ciclo biológico y Qm asignado a cada fase Caudal Alevínaje Juven. Freza 50%QA 25%QA 25%QA 50%Jn-Se Reg. ecohidrológicas y sp.referencia Año Definición en puntos con EA’s fiables LOS METODOS ECOHIDROLÓGICOS Extrapolación dentro de cada región ecohidrológica (Eh): Qm = Coef.Eh x S(km2) x L (km) x s(m/km) x Precip.(mm) x S.Foret.(%) x S.agua(%) Caudal de mantenimiento adaptado al ciclo biológico de la especie de referencia

  27. Coherencia Hidrológica Resultados Objetivables Economía de Cálculo y Validación Aplicabilidad Universal Enfoque Ecosistémico Causalidad Ecológica Rapidez de Cálculo Protocolo de Validación Capacidad de particularizar ¿CUÁL ES LA MEJOR OPCIÓN? En general, la que presente las siguientes características...

  28. En particular, depende de... • Objetivos de preservación: • - Ecosistema, especie indicadora, paisaje,... • Datos disponibles: • - Cantidad, calidad, representatividad,... • Ámbito de aplicación: • - Planificación hidrológica, gestión de un río regulado. • Aspectos circunstanciales periféricos: • - Disponibilidad de tiempo (oportunidad), de medios, presupuesto,...

  29. CRITERIOS GENERALES DE APLICACIÓN Métodos hidrológicos Tramos poco alterados hidrológica y morfológicamente o de fácil y fiable reposición hidrológica Métodos hidráulicos Tramos hidrológica o morfológicamente alterados Métodos hidrobiológicos/ecohidrológicos Tramos hidrológica o morfológicamente alterados y/o con valores ecológicos concretos de conservación Métodos holísticos Tramos hidrológica o morfológicamente alterados con valores de conservación particulares

  30. ELECCIÓN DE LA MEJOR OPCIÓN PARA CADA CASO VALOR DE CONSERVACIÓN ESPECÍFICO NO DEFINIDO O GLOBAL DISPONIBILIDAD DATOS HIDROLÒGICOS EXISTENCIA DE ESTUDIOS O DATOS HIDROLÒGICOS POSIBILIDAD DE RESTITUCIÓN NO NO DETERMINADO SI MHS EXTRAPOLABILIDAD Y FIABILIDAD SI ALTA BAJA REQUERIMIENTOS DEL HÁBITAT FÍSICO DE LA ESPECIE MHB/MEH BIÒTICO DEFINICIÓN DEL VALOR DE CONSERVACIÓN VALOR DE CONSERVACIÓN REFERENCIA MHi CONDICIONES HIDRÁULICAS DE REFERENCIA ABIÒTICO IDENTIFICABLE GLOBAL (Opción por defecto) NO IDENTIFICABLE NO CONFLICTO DE INTERESES MHO SI CONFLICTO DE INTERESES

  31. PREVISIÓN DE TENDENCIAS DE FUTURO

  32. ¿QUÉ SE PUEDE HACER PARA VERIFICAR SU IDONEIDAD? CAUDALES DE MANTENIMIENTO (Propuesta de cálculo y validación) Base hidrológica Interpretación hidrobiológica Validación hidráulica + vs Series Q diarios Micro Meso hábitat Modelo hidráulico Unicidad Requerimientos mínimos preestablecidos y cuantificados según tipo de río Aforos (dispon.) Modelos P/E (precisión) Presupuestos

  33. APU Caudal Validación hidrobiológica de caudales de mantenimiento (peces). 100% 80% 50% Q50% APU Q (APU máx) Qm Qmín

  34. Superada la pregunta de ¿cómo calcular los caudales de mantenimiento?, se pasa a las auténticas cuestiones clave: • ¿Qué ríos queremos? • ¿Qué ríos podemos tener? • ¿Qué estamos dispuestos a hacer para conseguirlos?

  35. ¿CÓMO SE PUEDE IMPLANTAR? Situación actual BEE Planificación hidrológica Control de especies exóticas Aspectos clave (Hitos) Contaminación Eutrofización Caudales de mantenimiento Retención de sedimentos Restauración y mantenimiento de cauces y riberas

  36. CONCERTACIÓN SOCIAL Y ECONÓMICA Pto. Llegada Pto. Partida Programa de transición Qmant (? %) Qmín (5-10%) Viabilidad Socioeconómica (disponibilidad, demanda, indemnización derechos,…) Programa de Seguimiento Limnológico Eficiencia ecológica Inversión/gasto en adecuación Obras Hidráulicas

  37. Variable Variable Nivel aceptable Nivel aceptable Tiempo Tiempo PROGRAMA DE SEGUIMIENTO LIMNOLÓGICO 1. Valoración  Qmín vs Qmant. Condicionantes y posibilidades reales 2. Aplicación de la planificación hidrológica. 3. Indicadores mixtos: Además de los clásicos (FQ, IB, Hb,...), biomasa o diversidad vs Qmant, gradientes, alternancia R/P, estructura trófica, producción 1ª y/o 2ª vs Qmant, heterogeneidad hidráulica, ... 4. Análisis de la evolución temporal de los indicadores. Criterios de valoración de situaciones óptimas (máxima eficiencia).

  38. EJEMPLOS DE CÁLCULO DE CAUDALES DE MANTENIMIENTO

  39. DISPERSIÓN DE LOS RESULTADOS SEGÚN EL MÉTODO • Existen muchas opciones a la hora de establecer un caudal de mantenimiento. La más adecuada, suele deducirse por sentido común, pero no siempre.

  40. Qoptim. APU Qclasif. (m3/s) (%) (%) Trucha adulta 0,99 48 Q10 Trucha juvenil 0,37 20 Q35 Alburno adulto 1,13 53 Alburno juvenil 0,85 29 4 Cacho adulto y juvenil 1,42 34 INCOHERENCIA HIDROLÓGICA Y DISPERSIÓN DE RESULTADOS SEGÚN LA ESPECIE/ESTADIO OBJETIVO Río Glen (UK) Anchura: 5-8 m Caudal medio: 0,5 m3/s (1981-87) Caudal mínimo absoluto: 0,08 m3/s (1981-87)

  41. (m3/s) Q óptimo medio peces PHABSIM 1,000 Q óptimo peces (Tennant) 0,155 Q mínimo para BMWP>120 0,100 Q347 0,076 Q mínimo peces (Tennant) 0,050 Q óptimo perímetro mojado 0,040 Q mínimo para calidad aguas 0,010 DISPERSIÓN DE RESULTADOS SEGÚN LOS OBJETIVOS DE PRESERVACIÓN Y EL MÉTODO SELECCIONADO Río Glen (UK) Anchura: 5-8 m Caudal medio: 0,5 m3/s (1981-87) Caudal mínimo absoluto: 0,08 m3/s (1981-87)

  42. CÁLCULO DEL RÉGIMEN DE CAUDALES DE MANTENIMIENTO PARA UN TRAMO DEL RÍO SEGRE

  43. Caudal (m3/s) Qm med Qm máx Qb (Qm mín)

  44. CRECIDAS CONTROLADAS

  45. CRECIDAS NATURALES/CONTROLADAS: FUNCIONES GEOHIDROMORFOLÓGICAS Preservación de la morfología fluvial Recarga de acuíferos ECOLÓGICAS Transporte de sedimentos Conservación de deltas Diversificación de hábitats Saneamiento del cauce Regeneración de humedales Fertilización de llanuras aluviales Pesquerías litorales Control de macrófitos y especies invasoras ECONÓMICAS

  46. Ka Kd CRECIDAS CONTROLADAS: CONDICIONES BÁSICAS DEL EMBALSE DE LA CRECIDA • Capacidad de regulación • Objetivo • Disponibilidad de agua • Magnitud y forma • Calidad del agua • Duración y época-frecuencia • Toma (cota) de extracción del agua • Coste económico • Órganos de desagüe • Servidumbres (descenso de cota) DEL RÍO AGUAS ABAJO • Condiciones ecológicas y sociales del medio. Inundabilidad • Servidumbres, usos del agua y del cauce. Otras obras hidráulicas • Posibles lluvias y respuesta de tributarios • Aporte y remoción de sedimento • Plan de monitorización y seguimiento

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