ESTUDIO DE LA DINÁMICA SEDIMENTARIA Y
BATIMETRÍA DE PRECISIÓN DEL EMBALSE DE
RIBARROJA
Barcelona, noviembre de 2009
ESTUDIO REALIZADO A PETICIÓN DE LA CONFEDERACIÓN
HIDROGRÁFICA DEL EBRO
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RESUMEN Y CONCLUSIONESA petición de la Confederación Hidrográfica del Ebro, el Grupo de Investigación FLUMEN de la Universitat Politècnica de Catalunya y de la Universitat de Barcelona ha realizado el estudio de la dinámica sedimentaria del embalse de Ribarroja en el río Ebro.
La presente memoria final se estructura en cuatro apartados principales:
A. Incidencia de los embalses de Mequinenza y Ribarroja en el transporte sólido
del río Ebro.
B. Volumen de los sedimentos depositados en el embalse de Ribarroja y análisis
de su distribución espacial.
C. Dinámica de los sedimentos depositados en el extremo aguas arriba del
embalse de Ribarroja.
D. Caracterización físico-química de los sedimentos depositados en el embalse de
Ribarroja.
Del contenido de la presente memoria se cree de interés destacar lo que a continuación sigue:
A. Incidencia de los embalses de Mequinenza y Ribarroja en el transporte sólido del río Ebro.
La incidencia de los embalses en el transporte sólido del río es muy dependiente de las características hidrológicas del periodo analizado, especialmente por lo que se refiere a la presencia de avenidas importantes, ya que la mayor parte de la aportación sólida está asociada a ellas. Por este motivo, lo que a continuación se expone tiene rigor cuantitativo dentro del periodo estudiado, mientras que fuera de él puede considerarse como una aproximación semicuantitativa.
Se analizó en detalle el periodo comprendido entre el 25/11/1997 y el 19/09/1999 dado que a lo largo de él se dispone de abundante y fiable información. Desde un punto de vista de aportación de caudales, este periodo puede considerarse moderadamente seco tanto para el río Ebro como para el Cinca y el Segre. Solo se presentó una avenida (diciembre de 1997), que puede calificarse de moderada: caudales medio diarios de 1423 m3/s en el Ebro, 890 m3/s en el Cinca y 974 m3/s en el Segre.
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Las principales conclusiones son:
A.1 Los embalses de Mequinenza y Ribarroja retienen la totalidad del transporte
de fondo y la mayor parte del transporte sólido en suspensión. Cabe indicar que, según trabajos de otros autores (Vericat y Batalla, ver memoria), en la entrada al embalse de Mequinenza el transporte de fondo representa menos del 1% de los sedimentos aportados por el Ebro.
A.2 En el embalse de Mequinenza, a lo largo del periodo estudiado, se depositó el
95,4% de las 1.400.000t de sólidos en suspensión que entraron. La concentración media a la entrada fue de 96 mg/l mientras que a la salida fue de 5.9 mg/l
A.3 En el embalse de Ribarroja y a lo largo del periodo estudiado, la retención del
transporte sólido en suspensión fue del 40,7%, muy inferior a la del embalse de Mequinenza. Ello es debido a que el tiempo de residencia en el embalse de Ribarroja es notablemente más corto que en el de Mequinenza, especialmente durante las crecidas cuando el aporte sólido es mayor.
Las concentraciones medias a la entrada del embalse de Ribarroja fueron: 5,9 mg/l en el Ebro a la salida de Mequinenza, 45,3 en el Segre en Serós y 262 mg/l en el Cinca en Fraga. Destaca este último valor. A la salida del embalse de Ribarroja la concentración media fue de 19 mg/l.
En el periodo estudiado de casi 22 meses, en el embalse de Ribarroja se almacenaron 510.000 toneladas de sedimento aportado por transporte en suspensión.
A.4 La mayor parte de la aportación sólida en suspensión a los embalses (y por
tanto también su retención) se produce durante las crecidas. En el periodo estudiado, el 50% de la retención total se produjo en el 7% del total de días en Mequinenza y en el 3% en Ribarroja.
A.5 Al mismo tiempo que reducen la concentración, los embalses también
modifican la composición de los sólidos transportados.
En el Ebro en la entrada del embalse de Mequinenza (Escatrón), en el Cinca (Fraga) y en el Segre (Serós) los sólidos en suspensión son mayoritariamente de origen inorgánico: la fracción orgánica representa el 11%, el 9% y el 22%, respectivamente. A la salida de los embalses, los sólidos en suspensión con un mayor contenido orgánico corresponden a la salida de Mequinenza, el 47%. En la salida de Ribarroja el contenido orgánico de los sólidos fue en
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promedio del 30%. El incremento del porcentaje orgánico en la salida de los embalses se debe, por una parte, a la sedimentación diferencial de la porción inorgánica más densa y, por otra, al desarrollo de fitoplancton dentro de los embalses. El contenido orgánico del Segre presenta valores intermedios entre los valores fluviales y los registrados a la salida de los embalses. La existencia de tramos de aguas lentas, los aportes procedentes de los canales de riego, así como, la presencia de numerosos embalses aguas arriba propiciarían el elevado contenido orgánico en la desembocadura del Segre.
B. Volumen de sedimentos depositados en el embalse de Ribarroja y análisis de su distribución espacial.
Entre finales de octubre y principios de noviembre de 2007 se realizó una batimetría de precisión del embalse y a partir de ella se obtuvo el modelo digital del fondo. A partir de la topografía realizada justo antes de la construcción de la presa se puso a punto otro modelo digital del vaso del embalse. La comparación de ambos modelos ha permitido evaluar los sedimentos depositados. Cabe indicar que por falta de información fiable no se ha tenido en cuenta tres pequeñas zonas del embalse: la situada en el Matarranya, parte de la situada en el Segre y la situada en el Ebro en el tramo comprendido entre la presa de Mequinenza y la confluencia con el Segre.
En la Figura 1 se presenta la distribución de los sedimentos depositados a lo largo del embalse, mientras la Figura 2 se refiere al volumen acumulado de sedimentos a partir del extremo aguas arriba del embalse (puente de Mequinenza sobre el Segre) hasta una determinada distancia aguas abajo. Del análisis de estas dos Figuras se desprende lo siguiente:
B.1 Existen zonas con supuesta erosión, Figura 1. Ello puede ser debido a una
falta de precisión en la topografía realizada antes de construir la presa. En la Figura 2 se determina el volumen acumulado a lo largo del embalse de esta supuesta erosión (se denomina erosión neta). Dicho volumen es de unos 3,5 hm3
B.2 A partir de la Figura 2 se pueden establecer los valores superior e inferior del
volumen de sedimentos almacenado: no podrá ser significativamente superior a 16,6 hm3 (denominada sedimentación neta, obtenida al no considerar la supuesta erosión) ni inferior a 13 hm3 (denominada sedimentación media, calculada considerando la supuesta erosión).
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B.3 En las Figuras 1 y 2 queda patente que existen tres zonas diferenciadas
desde el punto de vistas de sedimento almacenado. Desde aguas arriba hacia aguas abajo: tramo de 5 km donde es importante el volumen de sedimentos depositados, entre los kilómetros 5 y 15 con baja sedimentación; últimos 14 km con sedimentación moderada.
B.4 Aproximadamente 5 hm3 de sedimentos (un 30% del total) se situan en los 5 primeros kilómetros de embalse, Figuras 1 y 2.
B.5 Es notable la acumulación de sedimentos en el entorno del desagüe del
Matarranya. En el tramo de unos 6,5 km comprendido entre el Matarranya (PK 22,5) y la presa se han almacenado unos 5 hm3 (un 30% del total), Figura 2.
B.6 Los resultados anteriormente presentados relativos al sedimento almacenado
están condicionados por:
La ausencia de información referente al volumen del antiguo cauce, el que existía al realizar la topografía anterior a la construcción de la presa. El criterio seguido para resolver esta incertidumbre puede reducir ligeramente el valor obtenido para el volumen de sedimento almacenado (punto B.2). También puede suponer la presencia de zonas de erosión ficticias (punto B.1).
La zona de embalse tenida en cuenta en el cálculo del sedimento acumulado es un poco inferior a la real. En la Figura 1 puede observarse que no se considera: el tramo correspondiente al Ebro entre la salida de Mequinenza y la confluencia con el Segre (por falta de información de la topografía previa a la presa); la mayor parte de la zona correspondiente al Segre (no fue posible obtener una batimetría fiable por falta de calado) y la zona del Matarranya. Por este motivo el cálculo del volumen de sedimentos estará ligeramente infravalorado, especialmente por lo que se refiere a la sedimentación acaecida en la cola del embalse situada en el Segre.
B.7 El volumen de embalse a la cota 70 (correspondiente a la parte superior de
las compuertas) según la batimetría realizada en 2007 es de 159 hm3. Cabe indicar que no se considera la zona de embalse situada en el Matarranya y ni la mayor parte de la ubicada en el Segre.
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Figura 2. Volumen acumulado de sedimentación media, sedimentación neta y erosión neta. Se refiere al volumen de sedimento acumulado desde el extremo aguas arriba del embalse (puente de Mequinenza sobre el Segre) hasta una determinada distancia aguas abajo.
C. Dinámica de los sedimentos depositados en el extremo aguas arriba del embalse de Ribarroja.
Al objeto de analizar la dinámica de los sedimentos depositados en el extremo aguas arriba del embalse de Ribarroja, en diciembre de 2008 se realizó una nueva batimetría en esta zona. Mediante comparación con la batimetría realizada un año antes, se pudo evaluar el sedimento acumulado/erosionado a lo largo del periodo. En la Figura 3 se muestra el volumen de sedimento acumulado desde el extremo aguas arriba (puente de Mequinenza sobre el Segre). Puede observarse que en los primeros 4000 m se produce un volumen de erosión sensiblemente igual al que se sedimenta en los 3000 m siguientes, o dicho de otro modo: en esta zona del embalse un volumen de unos 150.000 m3 de sedimento ha sido desplazado unos 3 km aguas abajo. Todo ello está directamente relacionado con el avance del frente de la importante masa de sedimento situada en los primeros 4000-5000 m del embalse (ver Figura 1).
En el periodo comprendido entre ambas batimetrías el único episodio de avenida importante se presentó en el Ebro (finales de mayo y principios de junio de 2008, caudal medio diario máximo de 1400 m3/s, siendo aproximadamente igual o superior a los 500 m3/s durante unos 27 días). Estos caudales procedentes del
h
m
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embalse de Mequinenza y, por tanto, con muy baja carga sólida, desplazaron los sedimentos depositados en la confluencia Ebro-Segre y también los existentes inmediatamente aguas abajo. Ello se produjo sin que el sedimento erosionado fuera reemplazado por aportaciones del Segre.
D. Caracterización físico-química de los sedimentos depositados en el embalse de Ribarroja.
Se ha estudiado la estructura física (granulometría) y la composición química (concentración de Al, Fe, Si, K, Ca, Mg, Ti, Mn, P, Mo, Nb, Zr, Y, Sr, Rb, Th, Pb, Sn, Ce, Ga, Zn, W, Cu, Co, Ni y V) del sedimento superficial en dieciséis puntos de muestreo distribuidos a lo largo del embalse de Ribarroja, desde la presa de Mequinenza hasta la presa de Ribarroja.
Las principales conclusiones son:
D.1 En la mayor parte del embalse, el sedimento es de textura limo-arcillosa, con
un tamaño medio de partículas inferior a 25 micras. Excepcionalmente, en las zonas litorales, en el frente anterior de la lengua de sedimento procedente del río Segre y en una pequeña área de la zona de meandros, se observa un incremento de la proporción de arena en detrimento de la de limos, determinando un tamaño medio de partículas que varía entre 45 y 100 micras.
D.2 La distribución de tamaño en las estaciones de muestreo presenta
histogramas de frecuencia muy similares y con predominio de materiales finos, lo que indica que su origen es muy heterogéneo y se han ido mezclando.
D.3 En la distribución horizontal del sedimento destaca la notable similitud en la
textura de los materiales situados en la cola del embalse, justo aguas abajo de la presa de Mequinenza, y los de la zona próxima a la presa de Ribarroja, lo que indica que se trata de materiales poco afectados por los aportes del Cinca y el Segre.
D.4 La composición química mayoritaria se corresponde con la de una mezcla de
carbonatos y silicatos meteorizados, siendo calcio, aluminio, silicio y carbono los elementos que presentan mayor concentración en el sedimento. La composición es notablemente homogénea tanto verticalmente (para los 10 cm superiores de sedimento) como horizontalmente a lo largo del embalse. Las áreas con un mayor tamaño medio de partículas presentan una proporción
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Figura. 3: Volumen de sedimento acumulado en el período noviembre 2007-diciembre 2008 desde el inicio de la zona de estudio hasta una determinada distancia aguas abajo.
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relativamente mayor de silicio y menor de aluminio, compatible con la presencia de gránulos de cuarzo.
D.5 Las concentraciones de nitrógeno y fósforo en el sedimento presentan valores
propios de sistemas moderadamente eutróficos. Ambos elementos tienden a acumularse en el tramo inferior del embalse, entre la desembocadura del Matarraña y la presa de Ribarroja, donde se alcanzan valores próximos a 3 mg.g-1 de N y 1,5 mg.g-1 de P.
D.6 La relación estequiométrica P/Al en el sedimento superficial presenta un valor
medio de 16, lo que sugiere que la capacidad de retención de fósforo por el sedimento se halla muy cercana o por encima de la saturación.
D.7 Las concentraciones superficiales de zinc, plomo, cromo, níquel y cobre en el
sedimento son inferiores a las descritas para el material transportado por los ríos. El coeficiente de enriquecimiento con respecto a la roca caliza es mayor para cromo, níquel y cobre indicando la existencia de un aporte selectivo de estos elementos.
D.8 La concentración de plomo, tanto en superficie como en profundidad (hasta
30 cm) es siempre inferior al nivel umbral de toxicidad. El zinc presenta un patrón similar, aunque hay que destacar un incremento subsuperficial en la estación localizada en la entrada del Matarraña que se acerca al nivel umbral de toxicidad.
D.9 Las concentraciones de cobre y níquel presentan una variación muy similar
entre sí, con valores próximos al umbral de toxicidad en el caso del cobre y concentraciones que superan el umbral y se aproximan al límite de toxicidad probable en el caso del níquel.
D.10 La concentración de cromo supera el umbral de toxicidad en todo el embalse,
pero nunca alcanza el límite de toxicidad probable.
D.11 El análisis de componentes principales efectuado sobre la concentración de
metales normalizada (para evitar el efecto de suma constante) permite identificar dos factores principales de variación que determinan la variabilidad de la composición del sedimento del embalse:
Grado de alteración/meteorización de los materiales sedimentados. Los materiales con mayor grado de alteración son también de menor tamaño y
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tienden a sedimentar en las zonas más próximas a la presa, pero también se encuentran en la cola del embalse como consecuencia del efecto de la presa de Mequinenza que retiene los materiales de mayor tamaño y menos alterados.
Asociación de metales como níquel y cobre a los aglomerados de arcillas y materia orgánica. La distribución vertical y a lo largo del embalse de esta variable indica que globalmente se produce una disminución gradual aguas abajo de la presencia de metales asociados a materia orgánica y arcilla, ya que son más abundantes en la masa de sedimentos presentes en el río Segre.
D.12 Se ha analizado también la concentración de fosfato, zinc, cromo, plomo,
cobre y níquel en el agua intersticial. Dadas las condiciones del momento de muestreo (oxigenación de la interfase agua-sedimento, acumulación moderada-baja de materia orgánica) los valores obtenidos deben considerarse como una estima de los valores mínimos, pudiéndose alcanzar valores muy superiores bajo otro tipo de condiciones.
D.13 Las concentraciones de níquel y cromo en disolución se encuentran en todo
el embalse por debajo de los límites establecidos como criterio de calidad por la Agencia Americana de Protección Ambiental. En cambio las concentraciones de zinc y cobre sobrepasan ampliamente dicho criterio. Resulta muy destacable el acusado incremento de la concentración de plomo disuelto en el tramo final del embalse, con concentraciones que superan ampliamente los criterios de calidad.
Barcelona, noviembre de 2009
Josep Dolz Ripollés Joan Armengol Bachero
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ÍNDICEOBJETO
PRINCIPALES APARTADOS, AUTORES Y DIRECCIÓN DEL ESTUDIO
APARTADO A. INCIDENCIA DE LOS EMBALSES DE MEQUINENZA Y RIBARROJA EN EL TRANSPORTE SÓLIDO DEL RÍO EBRO. ... A1
A1-Objeto ... A3 A2-Hidrología de la zona de estudio ... A3 A3-Metodología ... A4 A4-Análisis de la serie de caudales ... A5 A5-Aporte de sólidos en suspensión ... A10 A6-Efecto de los embalses en la cantidad y calidad de los sólidos en
suspensión transportados por el río Ebro ... A16 A7-Carga de fondo ... A22 A8-Referencias bibliográficas ... A23 APARTADO B. VOLUMEN DE LOS SEDIMENTOS DEPOSITADOS EN EL EMBALSE DE RIBARROJA Y ANÁLISIS DE SU DISTRIBUCIÓN ESPACIAL ... B1
B1-Objeto ... B3 B2-Metodología ... B3 B3-Batimetría07 ... B3 B3.1-Actividad de campo ... B3 B3.2-Modelo Digital del Terreno ... B4 B4-Análisis de la Batimetría07 ... B10 B4.1-Confluencia Ebro-Segre ... B10 B4.2-Perfiles longitudinales ... B11 B5-Topografía 60s ... B14 B6-Modelo de sedimentación ... B15 B7-Estudio de la sedimentación ... B17 B8-Volumen de embalse ... B19 APARTADO C. DINÁMICA DE LOS SEDIMENTOS DEPOSITADOS EN EL
EXTREMO AGUAS ARRIBA DEL EMBALSE DE RIBARROJA ... C1 C1-Objetivos y actividades ... C3 C2-Batimetría08 ... C3 C3-Comparación de las batimetrías 07 y 08 ... C5
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APARTADO D. CARACTERIZACIÓN FÍSICO-QUÍMICA DEL SEDIMENTO
DEPOSITADO EN EL EMBALSE ... D1 D1-Introducción ... D1 D2-Estructura física del sedimento superficial ... D5 D2.1-Textura de los sedimentos superficiales ... D5 D2.2-Distribución del tamaño de partículas ... D7 D2.3-Interacción de la materia orgánica con la estructura física del
sedimento ... D11 D3-Caracterización química del sedimento superficial: fase sólida ... D13 D3.1-Elementos mayoritarios ... D13 D3.2-Elementos asociados a la materia orgánica: carbono, nitrógeno y
fósforo ... D16 D3.3-Elementos traza ... D22 D3.4-Caracterización del sedimento superficial en función de los
elementos minoritarios ... D26 D4-Composición química del sedimento superficial: agua intersticial ... D34 D4.1-Fósforo ... D34 D4.2-Metales pesados ... D35 D5-Resumen: Heterogeneidad espacial ... D40 Anexo: Metodología de muestreo ... D44
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OBJETOLa Confederación Hidrográfica del Ebro encargó en septiembre de 2007 al Grupo de Investigación FLUMEN de la Universitat Politècnica de Catalunya y de la Universitat de Barcelona un estudio de la dinámica sedimentaria del embalse de Ribarroja. Más concretamente los objetivos del estudio eran:
Evaluar el volumen de sedimentos desde la puesta en servicio del embalse (1969), su distribución espacial y el desplazamiento temporal.
Realizar una caracterización físico-química de los sedimentos.
PRINCIPALES APARTADOS, AUTORES Y DIRECCIÓN DEL ESTUDIO
El desarrollo del estudio y la presente memoria contemplan cuatro apartados principales:
A. Incidencia de los embalses de Mequinenza y Ribarroja en el transporte sólido
del río Ebro.
Autores: Montserrat Roura, Josep Dolz y Joan Armengol.
B. Volumen de los sedimentos depositados en el embalse de Ribarroja y análisis
de su distribución espacial.
Autores: Katrien de Pourcq y Josep Dolz.
C. Dinámica de los sedimentos depositados en el extremo aguas arriba del
embalse de Ribarroja.
Autores: Marina Arbat y Josep Dolz.
D. Caracterización físico-química de los sedimentos depositados en el embalse de
Ribarroja.
Autores: Pilar López, Úrsula Bernales y Joan Armengol.
La actividad de campo conducente a la obtención de la batimetría del embalse fue realizada por la empresa Casanova-Bergé, Topógrafos Asociados. En esta actividad se contó con la asesoría de Josep Gili (Departamento de Ingeniería del Terreno, Cartográfica y Geofísica de la Universitat Politècnica de Catalunya).)
A1
APARTADO A
Incidencia de los embalses de Mequinenza
y Ribarroja en el transporte sólido del río
Ebro
A3
A1. OBJETOEn el presente apartado se analiza la retención de sólidos en el embalse de Ribarroja. Cabe indicar que la entrada de sólidos al embalse de Ribarroja esta notablemente afectada por la presencia del embalse de Mequinenza inmediatamente aguas arriba, donde queda retenida la totalidad de sólidos transportados por arrastre de fondo y la mayor parte de los sólidos en suspensión.
A2. HIDROLOGÍA DE LA ZONA DE ESTUDIO
El embalse de Ribarroja se encuentra en el límite entre los tramos medio y bajo del río Ebro. En la cola del embalse también desaguan los ríos Cinca y Segre incrementando la aportación media anual del Ebro de 8 009 hm3, en la entrada al embalse de Mequinenza, a 14069 hm3, en la salida de Ribarroja (período 48/49-91/92). De acuerdo con los datos de caudal medio anual registrados por el servicio de aforos de la CHE. El Ebro aportó en término medio el 58,82% de las entradas al embalse de Ribarroja, el Cinca el 19,33 % y el Segre el 21,85% (período 49/50- 97/98). La distribución anual de caudales del Ebro también difiere de la de sus tributarios pirinaicos. En el Ebro, alimentado principalmente por las precipitaciones atlánticas, la estación de aguas altas se prolonga de finales de otoño (noviembre-diciembre) hasta principios de primavera (marzo-abril); con los máximos en febrero (421 m3/s, estación de Sástago). En cambio el Cinca y el Segre, influenciados por las aportaciones de carácter nival, presentan caudales elevados hasta finales de primavera; con los máximos en junio (121 y 133m3/s, en las estaciones de Fraga y Serós, respectivamente). Los mínimos en los tres ríos se registran en agosto (57,6, 39,6 y 53m3/s, en las estaciones de Sástago, Fraga y Serós, respectivamente). Por ello, aunque las principales aportaciones al embalse de Ribarroja se producen en invierno, los caudales de entrada se mantienen elevados hasta finales de primavera. Ello se refleja en el tiempo de retención del embalse.
En la Figura A.1 se muestran los tiempos de retención del embalse de Ribarroja (supuesta una capacidad de 210 hm3) durante el período de estudio, del 25 de noviembre de 1997 al 19 de setiembre de 1999. Durante los meses de verano el tiempo de retención medio es de unos 11 días, mientras que, en invierno el tiempo medio desciende hasta los 4 días.
A4
Embalse de Ribarroja 0 2 4 6 8 10 12 14nov ene mar may jul set nov ene mar may jul set
T ie m p o d e r e te n c ió n ( d ía s )
Figura A.1: Medias mensuales del tiempo de retención en el embalse de Ribarroja entre el
25/11/1997 y el 19/9/1999. La línea indica el tiempo medio correspondiente al total del período.
A3. METODOLOGIA
La información de campo fue obtenida en el marco de las actividades llevadas a cabo para la elaboración de la tesis doctoral de Montserrat Roura, Roura (2004). Dicha información de campo ha sido de nuevo contrastada en el desarrollo del presente estudio.
Durante el período comprendido entre el 25 de noviembre de 1997 y el 19 de setiembre de 1999 se tomaron muestras de agua para la determinación de la concentración de sólidos en suspensión y su composición (contenido orgánico e inorgánico). Las muestras se obtuvieron mediante la instalación de 5 muestreadores automáticos: 1º en la entrada de Mequinenza (central térmica de Escatrón), 2º en la salida de la central hidroeléctrica de Mequinenza, 3º en el río Cinca a la altura de Fraga, 4º en el río Segre a la altura de Serós y 5º en la salida de la central hidroeléctrica de Ribarroja.
La toma de muestras se realizaba cada 12 horas y se recogían 4 muestras de 250ml por botella. De forma que se obtenía una muestra integrada de un litro de agua cada dos días.
El caudal medio diario a lo largo del período de estudio en el Cinca a la altura de Fraga y en el Segre a la altura de Serós ha sido cedido por la Confederación Hidrográfica del Ebro (EA-17 y EA-25, respectivamente), el caudal turbinado y vertido en la salida de los embalses de Mequinenza y Ribarroja, así como los caudales de entrada a los
A5
embalses (calculados mediante el balance de caudales en los embalses) ha sido proporcionado por ENDESA.
El caudal sólido se ha calculado multiplicando la concentración de sólidos en suspensión correspondiente a muestras integradas obtenidas cada dos días por el caudal promedio de los dos días correspondientes.
A4. ANÁLISIS DE LAS SERIES DE CAUDALES
En la entrada del embalse de Mequinenza durante el período de estudio se ha dispuesto de la serie de caudales medios diarios completa. Los datos fueron facilitados por la empresa ENDESA. La aportación anual durante el período de estudio fue relativamente baja (6000 hm3/a), caudal superado el 75% de los 50 años precedentes al período de estudio que fue de 7819 hm3/a. Aún así, la aportación anual no puede considerarse propia de años muy secos como por ejemplo los años 48/49, 88/89 y 89/90 con caudales inferiores a los 2600 hm3/a. El período de estudio se caracterizó por la escasez de crecidas. La única crecida destacable fue la acontecida en diciembre de 1997 (Figura A.2). Con un caudal medio diario máximo de 1423 m3/s, apenas rebasó los 1384 m3/s considerados como el umbral de crecida ordinaria en Sástago (Ollero, 1996). A pesar de ello y dada la irregularidad interanual del Ebro, es usual que durante un año hidrológico no se supere el umbral de crecidas ordinaria.
Entrada Mequinenza 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2 5 /1 1 /9 7 2 5 /1 2 /9 7 2 5 /0 1 /9 8 2 5 /0 2 /9 8 2 5 /0 3 /9 8 2 5 /0 4 /9 8 2 5 /0 5 /9 8 2 5 /0 6 /9 8 2 5 /0 7 /9 8 2 5 /0 8 /9 8 2 5 /0 9 /9 8 2 5 /1 0 /9 8 2 5 /1 1 /9 8 2 5 /1 2 /9 8 2 5 /0 1 /9 9 2 5 /0 2 /9 9 2 5 /0 3 /9 9 2 5 /0 4 /9 9 2 5 /0 5 /9 9 2 5 /0 6 /9 9 2 5 /0 7 /9 9 2 5 /0 8 /9 9 C a u d a l ( m 3 /s ) 1384 m3/s
Figura A.2: Serie de caudales medios diarios, en m3/s, en la entrada del embalse de Mequinenza durante el período de estudio comprendido entre 25/11/97 y el 19/9/1999. La línea roja representa el umbral para la crecida ordinaria en Sástago definida por Ollero, 1996.
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En la salida del embalse de Mequinenza la serie de caudales a lo largo del período de estudio se encuentra completa. Los datos fueron facilitados por ENDESA. Para el análisis de los datos se han considerado los caudales turbinados y vertidos (Figura A.3). Los caudales vertidos se registraron en un único episodio acontecido en diciembre de 1997 en el que se superó el caudal de máximo turbinado (600 m3/s). Los días 22 y 23 de diciembre de 1997, en el pico de la crecida, el caudal vertido represento entre el 40 y el 42 % del caudal de salida del embalse (Figura A.4). El caudal medio durante el período de estudio fue de 195,45m3/s con un máximo de 1131m3/s y días con caudales prácticamente nulos.
Salida de Mequinenza 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2 5 /1 1 /9 7 2 5 /1 2 /9 7 2 5 /0 1 /9 8 2 5 /0 2 /9 8 2 5 /0 3 /9 8 2 5 /0 4 /9 8 2 5 /0 5 /9 8 2 5 /0 6 /9 8 2 5 /0 7 /9 8 2 5 /0 8 /9 8 2 5 /0 9 /9 8 2 5 /1 0 /9 8 2 5 /1 1 /9 8 2 5 /1 2 /9 8 2 5 /0 1 /9 9 2 5 /0 2 /9 9 2 5 /0 3 /9 9 2 5 /0 4 /9 9 2 5 /0 5 /9 9 2 5 /0 6 /9 9 2 5 /0 7 /9 9 2 5 /0 8 /9 9 C a u d a l ( m 3 /s )
Figura A.3: Serie de caudales medios diarios, en m3/s, en la salida del embalse de Mequinenza durante el período de estudio comprendido entre 25/11/97 y el 19/9/1999. Se distinguen los caudales turbinados en azul oscuro de los vertidos en azul claro. La línea roja representa el caudal de turbinado máximo en m3/s.
A7
EMBALSE DE MEQUINENZA 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2 0 /1 2 /1 9 9 7 2 1 /1 2 /1 9 9 7 2 2 /1 2 /1 9 9 7 2 3 /1 2 /1 9 9 7 2 4 /1 2 /1 9 9 7 2 5 /1 2 /1 9 9 7 2 6 /1 2 /1 9 9 7 2 7 /1 2 /1 9 9 7 2 8 /1 2 /1 9 9 7 2 9 /1 2 /1 9 9 7 3 0 /1 2 /1 9 9 7 3 1 /1 2 /1 9 9 7 0 1 /0 1 /1 9 9 8 C a u d a l (m 3 /s )Caudal turbinado Caudal vertido Caudal máx. turbinas
Figura A.4: Caudales medios diarios, en m3/s, turbinados en azul oscuro y vertidos en azul claro en la salida del embalse de Mequinenza durante la crecida de finales de diciembre de 1997 en el río Ebro. La línea roja representa el caudal de turbinado máximo en m3/s.
Durante el periodo de estudio, tanto la serie de caudales registrados en el río Cinca a
la altura de Fraga (estación de aforos del SAIH de la CHE número 17) como la serie
de caudales del río Segre a la altura de Serós (estación de aforos del SAIH de la CHE número 25) están completas. El problema principal de estas series es que los datos se encuentran sobreestimados, por lo que debieron de ser corregidos teniendo en cuenta los caudales turbinados y vertidos en Mequinenza y los turbinados, vertidos y almacenados en Ribarroja. En la Figura A.5 se muestra la serie de caudales corregidos del río Cinca en Fraga y Segre en Serós. El período de estudio fue moderadamente seco, con un caudal medio corregido de 43 y 50 m3/s, respectivamente. El rango de caudales corregidos del Cinca varió desde los 890 m3/s de máxima registrada el 19 diciembre de 1997 a los 2,81m3/s registrados el 29 de julio de 1998. El máximo en el Segre fue de 974 m3/s (19 de diciembre de 1997) y el mínimo 2,19 m3/s (29 de julio de 1999).
A8
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2 5 /1 1 /1 9 9 7 2 5 /1 2 /1 9 9 7 2 5 /0 1 /1 9 9 8 2 5 /0 2 /1 9 9 8 2 5 /0 3 /1 9 9 8 2 5 /0 4 /1 9 9 8 2 5 /0 5 /1 9 9 8 2 5 /0 6 /1 9 9 8 2 5 /0 7 /1 9 9 8 2 5 /0 8 /1 9 9 8 2 5 /0 9 /1 9 9 8 2 5 /1 0 /1 9 9 8 2 5 /1 1 /1 9 9 8 2 5 /1 2 /1 9 9 8 2 5 /0 1 /1 9 9 9 2 5 /0 2 /1 9 9 9 2 5 /0 3 /1 9 9 9 2 5 /0 4 /1 9 9 9 2 5 /0 5 /1 9 9 9 2 5 /0 6 /1 9 9 9 2 5 /0 7 /1 9 9 9 2 5 /0 8 /1 9 9 9 C a u d a l (m 3 /s )Cinca Segre Ebro Salida Mequinenza Q entrada Ribarroja
Figura A.5: Caudal medio diario de entrada al embalse de Ribarroja, en m3/s, durante el período de estudio comprendido entre 25/11/97 y el 19/9/1999. En azul oscuro el caudal procedente del Cinca, en azul turquesa el caudal procedente del Segre y en azul claro el caudal procedente del Ebro.
Durante el período de estudio se dispone de la serie completa de caudales en la
salida del embalse de Ribarroja (datos facilitados por ENDESA). Para el análisis de
los datos se han considerado los caudales turbinados y vertidos (Figura A.6). Puede observarse que los caudales vertidos fueron significativos durante las crecidas, cuando se supera el caudal de turbinado máximo (900 m3/s). Este fue el caso de la crecida de diciembre de 1997, con un caudal de salida superior a los 2000 m3/s (20/12/1997), los detalles de este evento se muestran en la Figura A.7. En los tres días de mayor caudal, el caudal vertido representó entre el 63 y el 51 % del caudal de salida del embalse. El caudal medio durante el período de estudio fue de 287,4 m3/s con un máximo de 2067 m3/s y un mínimo de 101 m3/s.
A9
Salida de Ribarroja 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2 5 /1 1 /9 7 2 5 /1 2 /9 7 2 5 /0 1 /9 8 2 5 /0 2 /9 8 2 5 /0 3 /9 8 2 5 /0 4 /9 8 2 5 /0 5 /9 8 2 5 /0 6 /9 8 2 5 /0 7 /9 8 2 5 /0 8 /9 8 2 5 /0 9 /9 8 2 5 /1 0 /9 8 2 5 /1 1 /9 8 2 5 /1 2 /9 8 2 5 /0 1 /9 9 2 5 /0 2 /9 9 2 5 /0 3 /9 9 2 5 /0 4 /9 9 2 5 /0 5 /9 9 2 5 /0 6 /9 9 2 5 /0 7 /9 9 2 5 /0 8 /9 9 C a u d a l ( m 3/s )Figura A.6: Caudales medios diarios, en m3/s, en la salida del embalse de Ribarroja durante el período de estudio comprendido entre 25/11/97 y el 19/9/1999. Se distinguen los caudales turbinados en azul oscuro de los vertidos en azul claro. La línea roja representa el caudal de turbinado máximo. EMBALSE DE RIBARROJA 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 1 8 /1 2 /9 7 1 9 /1 2 /9 7 2 0 /1 2 /9 7 2 1 /1 2 /9 7 2 2 /1 2 /9 7 2 3 /1 2 /9 7 2 4 /1 2 /9 7 2 5 /1 2 /9 7 2 6 /1 2 /9 7 2 7 /1 2 /9 7 C a u d a l (m 3 /s )
Caudal turbinado Caudal vertido Caudal máx. turbinas
Figura A.7: Caudales medios diarios, en m3/s, turbinados en azul oscuro y vertidos en azul claro en la salida del embalse de Ribarroja durante la crecida de finales de diciembre de 1997 en el río Ebro. La línea roja representa el caudal de turbinado máximo.
A10
A5. APORTE DE SÓLIDOS EN SUSPENSIÓNEn la entrada del embalse de Mequinenza la serie de concentración de sólidos en suspensión no está totalmente completa, faltan el 12% de los datos correspondientes al período de estudio (Figura A.8). En este punto la concentración de sólidos en suspensión del río Ebro muestra una notable variación temporal asociada a los cambios de caudal y a la estacionalidad de los aportes de sedimentos. La concentración media durante el período de estudio fue de 96 mg/l, las concentraciones oscilaron entre 896 y 13,5 mg/l. A la entrada del embalse de Mequinenza los datos no disponibles entre el 25 noviembre de 1997 y el 1 de febrero de 1998 se han estimado en función del caudal y del día del año, de acuerdo con las ecuaciones estacionales que se describen en Roura (2004).
Los datos entre el 24 de abril y el 16 de mayo de 1998 se han estimado utilizando la relación concentración-caudal con los datos disponibles inmediatamente antes y después de los días sin datos.
Las concentraciones más elevadas se registraron en otoño, con las primeras crecidas después de verano. Las crecidas primaverales también registraron valores destacables, como en mayo de 1999, con casi 700mg/l. Mientras que, durante las crecidas invernales se registraron valores menores, por debajo de los 500 mg/l. En la Figura A.9 se muestra la variación estacional de la relación entre la concentración de sólidos en suspensión y el caudal. Este cociente aumenta de febrero a julio y disminuye de julio a febrero, de forma que el cociente es máximo en verano y a medida que la estación húmeda avanza disminuye llegando a su mínimo a mediados de febrero.
A11
Entrada de Mequinenza 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 2 5 /1 1 /1 9 9 7 2 5 /1 2 /1 9 9 7 2 5 /0 1 /1 9 9 8 2 5 /0 2 /1 9 9 8 2 5 /0 3 /1 9 9 8 2 5 /0 4 /1 9 9 8 2 5 /0 5 /1 9 9 8 2 5 /0 6 /1 9 9 8 2 5 /0 7 /1 9 9 8 2 5 /0 8 /1 9 9 8 2 5 /0 9 /1 9 9 8 2 5 /1 0 /1 9 9 8 2 5 /1 1 /1 9 9 8 2 5 /1 2 /1 9 9 8 2 5 /0 1 /1 9 9 9 2 5 /0 2 /1 9 9 9 2 5 /0 3 /1 9 9 9 2 5 /0 4 /1 9 9 9 2 5 /0 5 /1 9 9 9 2 5 /0 6 /1 9 9 9 2 5 /0 7 /1 9 9 9 2 5 /0 8 /1 9 9 9 C a u d a l (m 3 /s ) 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 S ó lid o s e n s u s p e n s ió n ( m g /l ) Salida de Mequinenza 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 2 5 /1 1 /1 9 9 7 2 5 /1 2 /1 9 9 7 2 5 /0 1 /1 9 9 8 2 5 /0 2 /1 9 9 8 2 5 /0 3 /1 9 9 8 2 5 /0 4 /1 9 9 8 2 5 /0 5 /1 9 9 8 2 5 /0 6 /1 9 9 8 2 5 /0 7 /1 9 9 8 2 5 /0 8 /1 9 9 8 2 5 /0 9 /1 9 9 8 2 5 /1 0 /1 9 9 8 2 5 /1 1 /1 9 9 8 2 5 /1 2 /1 9 9 8 2 5 /0 1 /1 9 9 9 2 5 /0 2 /1 9 9 9 2 5 /0 3 /1 9 9 9 2 5 /0 4 /1 9 9 9 2 5 /0 5 /1 9 9 9 2 5 /0 6 /1 9 9 9 2 5 /0 7 /1 9 9 9 2 5 /0 8 /1 9 9 9 C a u d a l (m 3 /s ) 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 S ó li d o s e n s u s p e n s ió n ( m g /l )Figura A.8: Evolución de la concentración de sólidos en suspensión y del caudal (promedio
cada dos días) en la entrada y salida del embalse de Mequinenza durante el período de estudio comprendido entre el 25 de noviembre de 1997 y el 19 de setiembre de 1999. Caudal, en azul, concentración de sólidos en suspensión, en rojo y datos estimados de concentración en gris.
A12
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 4 -0 2 -9 8 1 6 -0 3 -9 8 1 5 -0 4 -9 8 1 5 -0 5 -9 8 1 4 -0 6 -9 8 1 4 -0 7 -9 8 1 3 -0 8 -9 8 1 2 -0 9 -9 8 1 2 -1 0 -9 8 1 1 -1 1 -9 8 1 1 -1 2 -9 8 1 0 -0 1 -9 9 0 9 -0 2 -9 9 1 1 -0 3 -9 9 1 0 -0 4 -9 9 1 0 -0 5 -9 9 0 9 -0 6 -9 9 0 9 -0 7 -9 9 0 8 -0 8 -9 9 0 7 -0 9 -9 9 0 7 -1 0 -9 9 0 6 -1 1 -9 9 0 6 -1 2 -9 9 0 5 -0 1 -0 0 S S /QFigura A.9: Evolución temporal del cociente entre la concentración de sólidos en suspensión y
el caudal (promedio cada dos días) en el río Ebro en la entrada de Mequinenza (Escatrón).
A pesar de que la relación concentración de sólidos en suspensión / caudal muestra un claro patrón estacional la dispersión es elevada, ello se debe en cierta medida al desfase entre el pico de concentración y caudal máximo durante las crecidas. En la Figura A.10 se muestra, a modo de ejemplo, la evolución de la concentración de sólidos en relación con el caudal durante las crecidas acontecidas en invierno y otoño de 1998. Se observa que en lugar de un conjunto de puntos alrededor de una línea de regresión se obtienen puntos dispersos. Cuando se unen los puntos en orden cronológico estos describen ciclos con sentido de giro horario, dibujando lo que se conoce como ciclos de histéresis horario. Estos se observan cuando el pico de concentración de sólidos en suspensión se avanza al de caudal como en el caso del tramo medio del Ebro, lo cual se atribuye al déficit en el aporte de sedimentos (Roura, 2004). Durante las crecidas, con el aumento del caudal incrementa la capacidad de transporte, los sedimentos depositados en el lecho del río y los procedentes de la cuenca son arrastrados aguas abajo y en consecuencia aumenta la concentración de sólidos en suspensión. Cuando se alcanza el pico de caudal, los sedimentos disponibles son inferiores a la capacidad de transporte del río con lo cual la concentración de sólidos en suspensión disminuye provocando el efecto de histéresis.
A13
0 200 400 600 Q 0 200 400 600 SS1
0 200 400 600 Q 0 200 400 600 SS4
A BFigura A.10: Evolución de la concentración de sólidos en suspensión (mg/l) respecto al caudal
(m3/s) en la entrada de Mequinenza (datos promedio cada dos días). (A) durante una crecida invernal acontecida a principios de marzo de 1998 y (B) durante una crecida otoñal acontecida en octubre de 1998. Los vértices de los polígonos corresponden a una muestra. Las muestras se refieren a valores medios cada dos días.
En la salida del embalse de Mequinenza la serie de concentración de sólidos en suspensión no está completa (Figura 8). Faltan 208 datos lo cual representa el 62% de los datos correspondientes al período de estudio. Aún así, dado que las concentraciones fueron bajas y la variabilidad escasa (de 1,7 a 14,7 mg/l) los datos pueden extrapolarse con un error relativamente pequeño. La concentración de sólidos en suspensión en la salida de Mequinenza disminuye drásticamente respecto a la entrada. La media fue de 5,93 mg/l lo cual representa tan solo el 6,3% de la media en la entrada del embalse; paralelamente, la variabilidad se reduce (Figura 8). Las bajas concentraciones son consecuencia de la sedimentación dentro del embalse de Mequinenza y se traducen en un desequilibrio entre el caudal líquido y el caudal sólido aportado por el Ebro al embalse de Ribarroja.
Las series de sólidos en suspensión del Segre en Serós y del Cinca en Fraga no se encuentran completas, faltan el 36% y el 57% de los datos, respectivamente (Figura A.11). Desafortunadamente, no se dispone de los datos de concentración durante la crecida acontecida el 19 de diciembre de 1997 (974 i 890 m3/s) en ninguno de los dos ríos. El único dato disponible corresponde al 22 de diciembre de 1997 cuando el caudal había descendido hasta los 186 i 212m3/s en el Segre y Cinca,
A14
respectivamente. Para estimar la concentración de sólidos en suspensión en períodos que no está disponible la información de campo, en particular la referida a dicha avenida, se estimó un valor mínimo de la concentración a partir de la información a la salida de los embalses de Mequinenza y Ribarroja. De esta forma se obtienen series completas (aunque aproximadas) de la concentración de sólidos en suspensión correspondiente al Segre y Cinca.
2 5 /1 1 /1 9 9 7 2 5 /1 2 /1 9 9 7 2 5 /0 1 /1 9 9 8 2 5 /0 2 /1 9 9 8 2 5 /0 3 /1 9 9 8 2 5 /0 4 /1 9 9 8 2 5 /0 5 /1 9 9 8 2 5 /0 6 /1 9 9 8 2 5 /0 7 /1 9 9 8 2 5 /0 8 /1 9 9 8 2 5 /0 9 /1 9 9 8 2 5 /1 0 /1 9 9 8 2 5 /1 1 /1 9 9 8 2 5 /1 2 /1 9 9 8 2 5 /0 1 /1 9 9 9 2 5 /0 2 /1 9 9 9 2 5 /0 3 /1 9 9 9 2 5 /0 4 /1 9 9 9 2 5 /0 5 /1 9 9 9 2 5 /0 6 /1 9 9 9 2 5 /0 7 /1 9 9 9 2 5 /0 8 /1 9 9 9
Caudal Solidos Suspensión Materia Orgánica
Cinca en Fraga Segre en Serós
Figura A.11: Cronograma de los datos de concentración de sólidos en suspensión disponibles
durante el período de estudio en las estaciones de muestreo del río Cinca en Fraga y del río Segre en Serós.
Si bien durante período de estudio el Cinca aportó al embalse de Ribarroja un caudal ligeramente inferior al Segre, 14,98 y 17,42 % respectivamente, su contribución sólida fue casi el doble 62,66% el Cinca y 32,18% el Segre (Tabla A.1). Ello se debe en primer lugar a factores naturales como la litología. La cuenca del bajo Cinca la conforman materiales blandos: margas en la vertiente Este, materiales sedimentados y calizas en la vertiente Oeste y gravas conglomerados y arcillas en la llanura aluvial. Por otra parte, la extracción de áridos y la movilización de los sedimentos procedentes del vaciado del embalse de Barasona, realizado entre octubre de 1995 y octubre de 1997, contribuirían a incrementar las concentraciones de sólidos en suspensión ya de por sí elevadas. Durante el período de estudio la concentración media de sólidos en
A15
suspensión fue de 262 mg/l (Figura A.12). La variación fue notable entre 6,3 y 1710 mg/l, máximo destacado registrado el 28 abril de 1998 (Tabla A.2).
La concentración de sólidos en suspensión del río Segre fue más baja que la del Cinca, la media se situó en los 45,3 mg/l y la variación de concentraciones fluctuó entre 422 y 5mg/l (Figura A.12). Valor éste último similar a la mínima obtenida en el río Cinca. Se ha estimado que la concentración máxima durante la crecida de finales de diciembre de 1997 para el complejo Segre-Cinca fue al menos de 1578 mg/l.
Caudal 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Cinca Segre m 3 /s Sólidos en suspensión 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Cinca Segre m g /l
Figura A.12: Caudal y concentración de sólidos en suspensión del río Cinca en Fraga y del río
Segre en Serós durante el período de estudio, comprendido entre el 25 de noviembre de 1997 y el 19 de setiembre de 1999.Las barras indican los valores máximos y mínimos.
A16
Salida de Ribarroja 0 500 1000 1500 2000 2500 2 5 /1 1 /1 9 9 7 2 5 /1 2 /1 9 9 7 2 5 /0 1 /1 9 9 8 2 5 /0 2 /1 9 9 8 2 5 /0 3 /1 9 9 8 2 5 /0 4 /1 9 9 8 2 5 /0 5 /1 9 9 8 2 5 /0 6 /1 9 9 8 2 5 /0 7 /1 9 9 8 2 5 /0 8 /1 9 9 8 2 5 /0 9 /1 9 9 8 2 5 /1 0 /1 9 9 8 2 5 /1 1 /1 9 9 8 2 5 /1 2 /1 9 9 8 2 5 /0 1 /1 9 9 9 2 5 /0 2 /1 9 9 9 2 5 /0 3 /1 9 9 9 2 5 /0 4 /1 9 9 9 2 5 /0 5 /1 9 9 9 2 5 /0 6 /1 9 9 9 2 5 /0 7 /1 9 9 9 2 5 /0 8 /1 9 9 9 C a u d a l (m 3 /s ) 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 C o n c e n tr a c ió n ( m g /l )Figura A.13: Evolución del caudal (promedio cada dos días) y la concentración de sólidos en
suspensión en la salida del embalse de Ribarroja durante el período de estudio comprendido entre el 25 de noviembre de 1997 y el 19 de setiembre de 1999. Caudal en azul, concentración de sólidos en suspensión en rojo, concentración de sólidos en suspensión estimada en gris.
La serie de concentración de sólidos en suspensión en la salida del embalse de
Ribarroja está relativamente completa, faltan el 23% de los datos. La mayor parte de
estos datos son fácilmente extrapolables a partir del caudal (teniendo en cuenta la relación caudal-concentración obtenida en la avenida de diciembre de 2007). En la salida del embalse de Ribarroja la concentración de sólidos en suspensión del río Ebro aumenta con respecto a la registrada en la salida de Mequinenza gracias a los aportes del Cinca y en menor medida del Segre. La media de los datos disponibles se situó en los 19 mg/l y el rango de concentraciones se situó entre 1,7 y 1251 mg/l, máximo que corresponde a la crecida acontecida en diciembre de 1997 (Figura A.13).
A6. EFECTO DE LOS EMBALSES EN LA CANTIDAD Y CALIDAD DE SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN TRANSPORTADOS POR EL RÍO EBRO
El embalse de Mequinenza supone una drástica reducción del caudal sólido transportado por el río Ebro. La media de las aportaciones diarias de sólidos en suspensión en la entrada del embalse fue de 2100 t/d y en la salida esta disminuye hasta los 103 t/d (Figura A.14). En total la aportación sólida a la salida del embalse de Mequinenza durante el período de estudio fue de 64 500 t que en relación a las 1401100 t de entrada supone una retención del 95,4%.
A17
La distribución temporal del proceso de retención no es homogénea y se concentra mayoritariamente en los escasos días en que acontecen los episodios de crecida. La Figura 15 muestra el porcentaje acumulado de material retenido con respecto al porcentaje acumulado de días. Se observa que en el 7% de días es retenido el 50% del total de los sólidos en suspensión y el 80% en un 27% de los días del período de estudio. Embalse de Mequinenza 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 2 5 /1 1 /1 9 9 7 2 5 /1 2 /1 9 9 7 2 5 /0 1 /1 9 9 8 2 5 /0 2 /1 9 9 8 2 5 /0 3 /1 9 9 8 2 5 /0 4 /1 9 9 8 2 5 /0 5 /1 9 9 8 2 5 /0 6 /1 9 9 8 2 5 /0 7 /1 9 9 8 2 5 /0 8 /1 9 9 8 2 5 /0 9 /1 9 9 8 2 5 /1 0 /1 9 9 8 2 5 /1 1 /1 9 9 8 2 5 /1 2 /1 9 9 8 2 5 /0 1 /1 9 9 9 2 5 /0 2 /1 9 9 9 2 5 /0 3 /1 9 9 9 2 5 /0 4 /1 9 9 9 2 5 /0 5 /1 9 9 9 2 5 /0 6 /1 9 9 9 2 5 /0 7 /1 9 9 9 2 5 /0 8 /1 9 9 9 C a u d a l s ó li d o ( t/ d )
Figura A.14: Evolución del caudal sólido (promedio cada dos días) en la entrada y salida del
embalse de Mequinenza durante el período de estudio comprendido entre el 25 de noviembre de 1997 y el 19 de setiembre de 1999. Embalse Mequinenza 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 69 79 89 99 % días % a c u m u la d o
sólidos retenidos caudal entrado
Figura A.15: Porcentaje acumulado del caudal y la carga sólida retenida durante el período de
estudio, comprendido entre el 25 de noviembre de 1997 y el 19 de septiembre de 1999, en la salida del embalse de Mequinenza.
Salida Entrada
A18
Considerando las series completadas de la concentración de sólidos en suspensión en los ríos Cinca (Fraga), Segre (Serós), Ebro a la salida del embalse de Mequinenza, y en la salida del embalse de Ribarroja se presenta en la Figura A.16 la evolución del
caudal sólido en la entrada y salida del embalse de Ribarroja. La media en la
entrada fue de 1874,58 t/d y en la de salida de 1110,84 t/d. En la entrada se observan importantes incrementos del caudal sólido asociados a los de caudal, mientras que en la salida estos picos se reducen considerablemente. En conjunto se estimó que la retención durante el período de estudio fue del 40,66% (Tabla A.1), muy inferior a la calculada en el embalse de Mequinenza para el mismo período: 95,4%. Ello se debe a que el tiempo de residencia en el embalse de Ribarroja es corto, especialmente durante las crecidas, cuando el aporte sólido es mayor.
Tabla A.1: Aportación sólida en suspensión en las entradas y salida del embalse de
Ribarroja durante el período de estudio.
Estación
Aportación sólida
(t)
Aportación
%
Salida del embalse de Mequinenza
64 500
5,16
Cinca en Fraga
783 900
62,66
Segre en Serós
402 645
32,18
Total entradas embalse Ribarroja
1 251 045
Retención
Ribarroja
Salida del embalse de Ribarroja
742 400
40,66%
En la Figura A.17 se muestra el porcentaje acumulado de la carga sólida retenida en el embalse de Ribarroja entre el 25 de noviembre de 1997 y el 19 de setiembre de 1999. La retención de sólidos en suspensión se concentra en escasos días el 50% de los sólidos retenidos en el 3% de los días del período de estudio y el 80% en el 26% del período.
A19
Embalse de Ribarroja 0 500 1000 1500 2000 2500 2 5 /1 1 /1 9 9 7 2 5 /1 2 /1 9 9 7 2 5 /0 1 /1 9 9 8 2 5 /0 2 /1 9 9 8 2 5 /0 3 /1 9 9 8 2 5 /0 4 /1 9 9 8 2 5 /0 5 /1 9 9 8 2 5 /0 6 /1 9 9 8 2 5 /0 7 /1 9 9 8 2 5 /0 8 /1 9 9 8 2 5 /0 9 /1 9 9 8 2 5 /1 0 /1 9 9 8 2 5 /1 1 /1 9 9 8 2 5 /1 2 /1 9 9 8 2 5 /0 1 /1 9 9 9 2 5 /0 2 /1 9 9 9 2 5 /0 3 /1 9 9 9 2 5 /0 4 /1 9 9 9 2 5 /0 5 /1 9 9 9 2 5 /0 6 /1 9 9 9 2 5 /0 7 /1 9 9 9 2 5 /0 8 /1 9 9 9 C a u d a l (m 3 /s ) Entrada Salida 0 50000 100000 150000 200000 250000 2 5 /1 1 /1 9 9 7 2 5 /1 2 /1 9 9 7 2 5 /0 1 /1 9 9 8 2 5 /0 2 /1 9 9 8 2 5 /0 3 /1 9 9 8 2 5 /0 4 /1 9 9 8 2 5 /0 5 /1 9 9 8 2 5 /0 6 /1 9 9 8 2 5 /0 7 /1 9 9 8 2 5 /0 8 /1 9 9 8 2 5 /0 9 /1 9 9 8 2 5 /1 0 /1 9 9 8 2 5 /1 1 /1 9 9 8 2 5 /1 2 /1 9 9 8 2 5 /0 1 /1 9 9 9 2 5 /0 2 /1 9 9 9 2 5 /0 3 /1 9 9 9 2 5 /0 4 /1 9 9 9 2 5 /0 5 /1 9 9 9 2 5 /0 6 /1 9 9 9 2 5 /0 7 /1 9 9 9 2 5 /0 8 /1 9 9 9 Entrada Salida 0 5000 10000 15000 20000 2 5 /1 1 /1 9 9 7 2 5 /1 2 /1 9 9 7 2 5 /0 1 /1 9 9 8 2 5 /0 2 /1 9 9 8 2 5 /0 3 /1 9 9 8 2 5 /0 4 /1 9 9 8 2 5 /0 5 /1 9 9 8 2 5 /0 6 /1 9 9 8 2 5 /0 7 /1 9 9 8 2 5 /0 8 /1 9 9 8 2 5 /0 9 /1 9 9 8 2 5 /1 0 /1 9 9 8 2 5 /1 1 /1 9 9 8 2 5 /1 2 /1 9 9 8 2 5 /0 1 /1 9 9 9 2 5 /0 2 /1 9 9 9 2 5 /0 3 /1 9 9 9 2 5 /0 4 /1 9 9 9 2 5 /0 5 /1 9 9 9 2 5 /0 6 /1 9 9 9 2 5 /0 7 /1 9 9 9 2 5 /0 8 /1 9 9 9 C a u d a l s ó lid o ( T m /d )Figura A.16: Evolución del (A) del caudal y (B) del caudal sólido (promedio cada dos días) en
la entrada y salida del embalse de Ribarroja durante el período de estudio comprendido entre el 25 de noviembre de 1997 y el 19 de setiembre de 1999.
A
B
Salida Entrada
A20
Embalse Ribarroja 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 89 99 % días % a c u m u la d osólidos retenidos caudal entrado
Figura A.17: Porcentaje acumulado del caudal y la carga sólida retenida durante el período de
estudio, comprendido entre el 25 de noviembre de 1997 y el 19 de septiembre de 1999, en la salida del embalse de Ribarroja.
Al mismo tiempo que disminuyen la cantidad de sólidos en suspensión, los embalses modifican la composición de los sólidos transportados. Los datos obtenidos sobre la
composición de los sólidos en suspensión se resumen en la Tabla A.2.
Tabla A.2: Media, máximo y mínimo de la concentración de sólidos en suspensión y su
contenido orgánico en las distintas estaciones de muestreo durante el período de estudio, comprendido entre el 25 de noviembre de 1997 y el 19 de setiembre de 1999. n, número de datos disponibles.
Estación
Concentración SS
mg/l
Materia Orgánica
%
Media Max Min n Media Max Min n Entrada embalse Mequinenza 96 896 13,5 291 11 30 2 208 Salida embalse Mequinenza 5,93 14,7 1,7 125 47 91 6,7 109
Cinca en Fraga 262 1710 6,3 141 9 53 2,4 98
Segre en Serós 45,3 422 5 213 22 90 1,8 176
A21
En el Ebro a la entrada de Mequinenza, en el Cinca (Fraga) y en el Segre (Serós) los sólidos en suspensión son mayoritariamente de origen inorgánico, la fracción orgánica representa el 11%, el 9% y el 22%, respectivamente. Los sólidos en suspensión con un mayor contenido orgánico corresponden a los analizados en la salida de Mequinenza donde casi la mitad de los sólidos en suspensión son de origen orgánico, el 47%. En la salida de Ribarroja el contenido orgánico de los sólidos fue en promedio del 30%. El incremento del porcentaje orgánico en la salida de los embalses se debe, por una parte, a la sedimentación diferencial de la porción inorgánica más densa y, por otra, al desarrollo de fitoplancton dentro de los embalses. El contenido orgánico del Segre presenta valores intermedios entre los valores fluviales y los registrados en los embalses (Figura A.18). La existencia de tramos de aguas lentas, los aportes procedentes de los canales de riego, así como, la presencia de numerosos embalses aguas arriba propiciarían el elevado contenido orgánico en la desembocadura del Segre. En el Cinca, los procesos que incrementan el contenido orgánico vendrían contrarrestados por la erosión de limos y arcillas que conforman el bajo Cinca los cuales acrecientan el contenido inorgánico frente al orgánico.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 2 5 /1 1 /1 9 9 7 2 5 /1 2 /1 9 9 7 2 5 /0 1 /1 9 9 8 2 5 /0 2 /1 9 9 8 2 5 /0 3 /1 9 9 8 2 5 /0 4 /1 9 9 8 2 5 /0 5 /1 9 9 8 2 5 /0 6 /1 9 9 8 2 5 /0 7 /1 9 9 8 2 5 /0 8 /1 9 9 8 2 5 /0 9 /1 9 9 8 2 5 /1 0 /1 9 9 8 2 5 /1 1 /1 9 9 8 2 5 /1 2 /1 9 9 8 2 5 /0 1 /1 9 9 9 2 5 /0 2 /1 9 9 9 2 5 /0 3 /1 9 9 9 2 5 /0 4 /1 9 9 9 2 5 /0 5 /1 9 9 9 2 5 /0 6 /1 9 9 9 % M a te ri a o rg á n ic a e n s u sp e n si ó n
Entrada Mequinenza Salida Ribarroja Segre en Serós
Figura A.18: Evolución del porcentaje de materia orgánica en suspensión (valores medios
cada dos días) en el río Ebro en la entrada del embalse de Mequinenza (Escatrón , en la salida del embalse de Ribarroja y del río Segre en Serós.
A22
Dado que la fracción orgánica es más relevante en la salida que en la entrada de los embalses, la retención aumenta si se descarta la fracción orgánica y se considera exclusivamente la inorgánica. En el embalse de Mequinenza los datos disponibles no permiten realizar un balance completo de las fracciones orgánica e inorgánica durante el periodo de estudio. Aún así, los datos disponibles entre febrero de 1998 y febrero de 1999 en la entrada y salida del embalse de Mequinenza permiten evaluar la disminución de la fracción orgánica e inorgánica por separado (Tabla A.3). Se observa que mientras que la retención de sólidos en suspensión fue del 93% esta incrementa hasta el 97% cuando se considera exclusivamente la fracción inorgánica. La menor disminución de la fracción orgánica se debe tanto a la menor retención en el embalse como a la producción de plancton en el propio embalse.
Tabla A.3: Balance de la aportación sólida y sus fracciones orgánica e inorgánica en el
embalse de Mequinenza (t) en el período comprendido entre febrero de 1998 y febrero de 1999. Aportación de Sólidos Embalse de Mequinenza en Suspensión ( t )
Entrada Salida Disminución
%
Fracción Inorgánica 445299 19721 97
Fracción Orgánica 42357 13685 68
Total Sólidos en Suspensión 487656 33406 93
A7. CARGA DE FONDO
El presente trabajo se ha centrado en evaluar el transporte de sólidos en suspensión. Cuantitativamente esta fracción es mucho más relevante que la cantidad de material transportado como carga de fondo. A efectos prácticos puede considerarse que los materiales aportados a los embalses de Mequinenza y Ribarroja en forma de transporte de fondo quedan totalmente retenidos en una zona próxima a la dicha entrada.
De acuerdo con los estudios realizados por Vericat y Batalla (2006), en la entrada del embalse de Mequinenza la carga de fondo representó el año 2003-2004 el 0,02% del total de sedimentos transportados por el río Ebro. Estos datos corresponden a un año hidrológicamente similar al de nuestro período de estudio sin eventos de crecida destacables. El caudal diario máximo en Sástago se situó alrededor de los 1100 m3/s, del mismo orden que los 1423 m3/s registrados en el presente estudio. Según los
A23
mismos autores, en periodos con crecidas importantes como el 2002-2003 (con un caudal diario máximo de 2604 m3/s) la proporción de material transportado como carga de fondo aumenta hasta el 1%.
Analizando las crecidas ocurridas en Febrero y Marzo de 2003 Vericat y Batalla (2005) concluyen que todo el material transportado como carga de fondo es retenido por el sistema de embalses Mequinenza-Ribarroja.
A8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
-http://oph.chebro.es/documentacion/CaudalEA/CaudalEA.htm
-Roura, M., 2004. Incidència de l’embassament de Mequinensa en el transport de sólids en suspensió i la qualitat de l’aigua del riu Ebre. Tesis doctoral. Facultat de Biología, Universidad de Barcelona, 145pp.
-Ollero, 1996 El Curso Medio del Ebro. Consejo de Protección de Naturaleza de Aragón, Zaragoza.
-Vericat, D. and R. J. Batalla (2006). "Balance de sedimentos en el tramo bajo del Ebro." Rev.C &G 20(1-2): 79-90.
-Vericat, D. and R. J. Batalla (2005). "Sediment transport in highly regutaled fluvial system during two consecutive floods (lower Ebro River, NE Iberian Peninsula)." Earth Surface Processes and Landforms 30: 385-402.
B1
APARTADO B
Volumen de los sedimentos depositados en el
embalse de Ribarroja y análisis de su distribución
espacial
B3
B1. OBJETOEl principal objetivo de la actividad descrita en este apartado es determinar el volumen de los sedimentos (y su distribución espacial) que se han depositado en el embalse de Ribarroja desde su puesta en servicio.
B2. METODOLOGIA
Desde un principio se consideró que para el desarrollo del estudio era del todo necesario disponer de una batimetría de calidad que estaba previsto obtener mediante sonda monohaz. Por otra parte, la realización del proyecto de investigación “Gestión hidráulica y técnicas de detección remota aplicada al control de poblaciones de mejillón cebra: el caso del embalse de Ribarroja y tramo inferior del río Ebro”, del Programa Nacional de Ciencias y Tecnologías Medioambientales del Ministerio de Medio Ambiente, requería disponer en algunas zonas del embalse de Ribarroja de una información batimétrica muy precisa que fue obtenida mediante sonda multihaz. La batimetría así obtenida fue puesta a disposición del presente estudio.
Se realizó una batimetría de precisión y a partir de ella se puso a punto un modelo digital del terreno (MDT) que se denominó batimetría07. A partir de una topografía realizada en los años sesenta del pasado siglo (justo antes de la construcción de la presa) se puso a punto otro MDT que recibió el nombre de Topografía 60s. La comparación de ambos MDT ha permitido estudiar la sedimentación.
B3. BATIMETRIA 07
B3.1 Actividad de campo
El trabajo de campo se inició el 28/11/07 y finalizó el 5/12/07. A lo largo de él, el nivel de embalse se situó entre las cotas 68,5 y 69,8. Se navegó por el embalse con una embarcación dotada de GPS y ecosonda siguiendo unas líneas de navegación longitudinales y transversales separadas a una distancia que fue fijada en función de la precisión requerida .
También dependiendo de la precisión deseada se utilizó sonda multihaz o monohaz. La sonda multihaz obtiene un punto cada 0.1x0.1 m2. La sonda monohaz obtiene un
B4
punto cada 2 m del perfil. La precisión de cada una de las tres coordenadas del fondo se estima en +/- 0.1 m.
La batimetría del embalse se realizó diferenciando las siguientes zonas (Figura B.1):
Tramo 1: Cola del embalse, longitud aproximada de 12 km. Se utilizó sonda multihaz.
Tramo 2: Parte central del embalse, longitud aproximada de 9 km. Sonda monohaz.
Perfiles transversales cada 25 m. También fueron realizados 5 perfiles longitudinales: uno por la parte central del cauce, dos paralelos al anterior (uno por cada lado) y situados a 50 m de él y, finalmente, otros dos perfiles correspondientes a las proximidades de las márgenes.
Tramo 3: Tramo situado desde la zona 2 hasta la presa, longitud aproximada de 10
km. Sonda monohaz. Perfiles transversales cada 100m. Asimismo se han realizado cinco perfiles longitudinales: eje del cauce, dos paralelos al anterior (uno por cada lado) situados a 100 m. de él y otros dos en las márgenes.
Matarraña: Confluencia del río Ebro con el río Matarraña. Sonda monohaz, perfiles
transversales cada 10m.
Ribarroja: Inmediatamente aguas arriba de la presa de Ribarroja. Sonda monohaz,
perfiles transversales cada 10m.
B3.2 Modelo Digital del Terreno
A partir de los datos batimétricos se generó en ArcGIS un modelo digital del fondo del embalse (cuadrícula de 2x2 m2) para los tramos 1 y 2, la confluencia del Ebro con el Matarraña y las proximidades de la presa. Éste se muestra en la Figura B.2.
B5
B6
B7
El modelo digital en la confluencia de los ríos Ebro y Segre presentaba una serie de artefactos o elementos extraños de dudosa interpretación. Ello era motivado por la escasez de datos en esta zona debido a su difícil navegabilidad (el escaso calado así como la presencia de numerosos restos de árboles y vegetación sumergida dificultaba la navegación). Por tanto, al considerar que la calidad no era suficiente, se procedió a eliminar esta parte del modelo. El modelo resultante puede verse en la Figura B.3.
Figura B.3. Detalle del modelo digital del terreno recortado en la confluencia Segre-Ebro. Se
indican los PKy, de forma cromática, la cota del fondo.
En la Figura B.4 puede verse el modelo digital del tramo 3. Dado que la información de campo es menos precisa (sonda multihaz y perfiles transversales cada 100 m) la precisión de esta parte de modelo también será inferior a la correspondiente a los tramos 1 y 2.
B8
Figura B.4.Modelo digital del tramo 3.
Debido a las dificultades en navegar por las zonas poco profundas del embalse, no se disponía de suficiente información batimétrica en algunos laterales. Para completar estos tramos sin información, se utilizaron las curvas de nivel correspondientes a la topografía del entorno del embalse. Esta información se descargó en formato digital desde el SITAR (Sistema de Información Territorial de Aragón). Mediante interpolación de estas curvas de nivel y la información batimétrica se completó el modelo Batimetría07, Figura B.5. Puede observarse que este modelo no incluye la zona de embalse correspondiente al Matarranya ni la mayor parte de la situada en el Segre ya que en ellas no se dispone de información batimétrica.
B9
Figura B.5. Modelo definitivo de la Batimetría07. Se indican los PK, el eje y la cota del fondo
B10
B4. ANÁLISIS DE LA BATIMETRÍA07B4.1 Confluencia Ebro-Segre.
Una zona de especial interés es la correspondiente a la confluencia Segre-Ebro y al tramo inmediatamente aguas abajo, ya que en ellas se encuentra una parte importante del sedimento acumulado en el fondo del embalse. Por esta razón, se hizo un análisis detallado de esta zona, .Figura B.6. También se realizó una representación 3D mediante el programa ArcScene, Figura B.7.
B11
B4.2 Perfiles longitudinalesPara un estudio inicial de la morfología del fondo del embalse se utilizó el eje (Figura B.5) definido en la campaña de campo para realizar un perfil longitudinal, diferenciándolo en los tramos 0 (desde la presa de Mequinenza hasta la confluencia de los ríos Ebro y Segre), 1, 2 y 3 (Figura B.1). Estos tramos se muestran en las Figuras B.8, B.9 y B.10.
Figura B.7.Batimetría07. Perspectiva de la confluencia de los ríos Ebro y Segre. Vista desde
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B13
B14
Figura B.10.Tramo 3. Perfil longitudinal.
B5. TOPOGRAFÍA 60S
ENDESA proporcionó el plano topográfico del embalse realizado con motivo de la construcción de la presa de Ribarroja. El plano consistía en una serie de curvas de nivel equidistantes cada 5 metros desde la cota 40. Este plano fue digitalizado por Xavier Vendrell García bajo la dirección de Amparo Muñoz y Felipe Buil (Departamento de Ingeniería de Terreno, Cartográfica y Geofísica de la Universitat Politècnica de Catalunya) y posteriormente adaptado al mismo sistema de coordenadas que la Batimetría 07. A partir del nuevo mapa de curvas de nivel, se generó un modelo de la topografía anterior a la construcción de la presa de Ribarroja.
Debido a la falta de información batimétrica, el modelo obtenido presentaba una zona central totalmente plana, que correspondía al cauce del río original. Para conseguir una aproximación más fidedigna a la realidad, se generó un nuevo modelo utilizando el eje central de la Batimetría 07 como línea de rotura(cambio de pendiente). Esto forzaba al modelo a rebajar las cotas a lo largo de este eje con tal de conseguir una línea de inflexión acorde a la tendencia natural del cauce. De este modo se consiguió una aproximación más realista a lo que debió de ser el cauce original del río. Al modelo digital del terreno resultante se le denomina Topografía 60s.