MÉTODOS DE CÁLCULO DEL CAUDAL DE RESERVA ECOLÓGICO PARA CORRIENTES SUPERFICIALES: EL CASO DE LOS RÍOS TONTO Y SANTO
DOMINGO, EN EL ESTADO DE OAXACA, MÉXICO.
M. en T.A. Ezequiel García Rodríguez Dr. Polioptro F. Martínez Austria
Instituto Mexicano de Tecnología del Agua Coordinación de Tecnología Hidráulica
Paseo Cuahnáhuac 8532, Progreso, Jiutepec, Morelos. 62550, México. Tel. (73) 20-89-04 Fax. (73) 20-87-25
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A participar en el TEMA: Estudios del Impacto Ambiental
RESUMEN
Al caudal que debe ser reservado para mantener la ecología fluvial en condiciones admisibles, aguas abajo de las obras o aprovechamientos hidráulicos que alteren los regímenes originales o naturales de flujo de una corriente, se le denomina caudal de reserva ecológico (referencia 4). La construcción de un embalse o presa fluvial constituye una interferencia provocada por el hombre en los cauces de las corrientes superficiales. El bloqueo de la corriente que fluía libremente antes de la construcción del embalse, provoca modificaciones en el ambiente tales como transformaciones fisicoquímicas del agua, ecológicas (afectación de la dinámica de poblaciones animales y vegetales nativos de la zona; modificación del microclima propiciado por el embalse; alteración del hábitat acuático, que puede provocar el aislamiento geográfico de algunas especies residentes con la consecuente extinción de ciertos grupos de animales o vegetales acuáticos y terrestres adaptados a vivir y explotar estos hábitats), estéticas y socioeconómicas.
El sistema fluvial del río Papaloapan es el de mayor importancia en el país después del sistema Grijalva-Usumacinta. Su escurrimiento medio anual es de aproximadamente 47,000 millones de m3, teniendo mínimos y máximos de 25,000 millones de m3, y 67, 000 millones de m3 respectivamente. El escurrimiento promedio del río representa el 12% del escurrimiento medio anual de todo el país.
Entre los numerosos afluentes que forman el río Papaloapan destacan los ríos Tonto y Santo Domingo. El río Tonto es el afluente más importante del río Papaloapan en su margen Izquierda, debido a que su cuenca está situada en la zona de alta precipitación. El río Grande sirve de drenaje a las estribaciones de las sierras de Juárez y de Oaxaca. Este río, junto con el
río Salado, forman el río Santo Domingo a la altura del poblado de Quiotepec. El río Santo Domingo forma el cauce principal del río Papaloapan (ver lámina 1).
Los ríos Tonto y Santo Domingo están sujetos a regulación de sus caudales por las presas Presidente Miguel Alemán (Temascal) y Miguel de la Madrid Hurtado (Cerro de Oro), respectivamente.
En el presente trabajo se aplican un método basado en caudales históricos, así como un criterio contenido en legislaciones internacionales, para obtener una primera aproximación a los caudales de reserva ecológicos que pueden ser empleados para mantener la ecología fluvial de los ríos Tonto y Santo Domingo en condiciones admisibles, aguas abajo de las presas Temascal y Cerro de Oro, respectivamente.
Se analiza la factibilidad de su aplicación así como los resultados, y se presentan las correspondientes conclusiones.
INTRODUCCIÓN
La cuenca del río Papaloapan se encuentra ubicada en la parte media del litoral mexicano que forma la vertiente del Golfo de México, entre los paralelos 17o y 19o de latitud Norte y entre los meridianos 95o y 97o 40' de longitud Oeste. En los 46,517 km2 de superficie que integran la cuenca del río Papaloapan, además de la zona de captación de este río y sus tributarios, se considera también la correspondiente a varios ríos pequeños que desembocan en el Golfo de México, a través de la laguna de Alvarado. Esta cuenca abarca 23,724 km2 del estado de Oaxaca, 17,211 km2 del estado de Veracruz y 5,582 km2 del estado de Puebla.
La configuración orográfica de la cuenca va desde el nivel del mar hasta la máxima elevación del país, el Citlaltépetl o pico de Orizaba con una elevación de 5,747 msnm ubicado en la parte noreste de la cuenca.
Climatología y Problemática
En las partes más bajas de la Cuenca del Papaloapan la precipitación anual varía entre 1,500 y 2,000 mm, concentrándose entre mayo y octubre. Sin embargo en la parte Este de la cuenca, en la Sierra Madre Oriental, el promedio de lluvias anuales es de 3,000 mm y hay sitios en los que caen más de 4,000 mm. Las temperaturas medias oscilan entre 13 y 25oC, con máximas de 48oC y mínimas de 8oC bajo cero.
Dada la magnitud del volumen de agua que discurre por la cuenca, el control de ésta ha sido determinante para la solución del problema de inundaciones. Desde el siglo pasado se tienen registros de desastres ocasionados por el desbordamiento del río Papaloapan. En 1944 el desbordamiento del río ocasionó perdidas de vidas humanas en las poblaciones asentadas en las
márgenes de la parte baja del río, así como daños económicos considerables. En ese mismo año, las crecientes inundaron cerca de 470,000 hectáreas.
Con la finalidad de regular los caudales y favorecer el aprovechamiento de las aguas, en 1955 se puso en operación la presa Presidente Alemán (también denominada presa Temascal), ubicada sobre el río Tonto
Con la construcción de esta presa el problema de las inundaciones quedó resuelto en parte, debido a que el río Santo Domingo, el otro afluente importante del Papaloapan, seguía provocando inundaciones de consideración. Por esta razón, en 1972 se iniciaron los trabajos de construcción de la presa Miguel de la Madrid Hurtado (también denominada Cerro de Oro), sobre el río Santo Domingo , la cual fue inaugurada en marzo de 1989. Esta presa, junto con la presa Presidente Alemán, permiten controlar el 60% de los escurrimientos del río Papaloapan .
En resumen, la presa Cerro de Oro regula las aguas del río Santo Domingo, la Presa Presidente Alemán las aguas del río Tonto; y ambas regulan gran parte del agua del río Papaloapan. La unión de los vasos de ambas presas forman un lago de 65,000 hectáreas.
CÁLCULO DE LOS CAUDALES DE RESERVA ECOLÓGICOS
En esta parte del presente trabajo se realizó la determinación del caudal de reserva ecológico para los tramos de ríos afectados por la regulación de las presas Cerro de Oro y Presidente Alemán. Esto es, el tramo del río Santo Domingo ubicado aguas abajo de la presa Cerro de Oro y el tramo del río Tonto ubicado aguas abajo de la presa Presidente Alemán.
Criterios para la obtención de la información hidrométrica
Se debe seleccionar una estación hidrométrica ubicada sobre el río en estudio tomando como base su cercanía con la presa correspondiente y su ubicación respecto a la misma. Esto es, la estación más cercana a la presa que se encuentre ubicada aguas arriba de la misma, con la finalidad de obtener datos que correspondan a los caudales que circularían por el tramo en estudio en caso de que no existiera la presa, y a partir de estos datos calcular los caudales de reserva ecológicos. Se debe evitar emplear los caudales medidos de las estaciones hidrométricas situadas aguas abajo de las presas, una vez que estas estén funcionando, ya que se trataría de caudales regulados.
En caso de no existir una estación hidrométrica aguas arriba de la presa, a partir de la cual se puedan obtener los caudales que circularían por el río sin la influencia del embalse (regulación), se emplearan los "Registros de Regímenes de Almacenamiento" de las presas para obtener las "aportaciones deducidas". Si las entradas a las presas ya están reguladas por obras más antiguas
por ejemplo otras presas), se empleará una estación que integre el caudal que circularía en el tramo en estudio, con datos anteriores a la obra más antigua que modificó los escurrimientos del mismo.
Con la finalidad de cumplir con los requerimientos de información para los métodos hidrométricos a emplear en la determinación de los caudales de reserva ecológicos, y para estandarizar el número de años de datos hidrométricos a emplear, se utiliza la siguiente información para cada método:
a) Para el método de Tennant se emplearán 10 años de caudales medios mensuales, preferentemente actualizados (ref.4), para calcular el caudal ecológico correspondiente a cada mes. Se calculará el caudal promedio de cada mes y año, y a partir del caudal medio mensual promedio de los diez años se calculará el caudal de reserva ecológico para el mes correspondiente, de acuerdo con el criterio cualitativo adoptado . En este método se introduce una modificación en los periodos Octubre-Marzo y Abril-Septiembre, los cuales se modifican de acuerdo a los periodos de estiaje y avenidas de cada zona en estudio.
Adicionalmente, los cálculos se basan en los caudales medios mensuales puesto que estos se apegan mejor a la distribución de caudales naturales a lo largo del año que empleando caudales medios anuales.
Para definir los periodos de avenidas y estiaje correspondientes al método de Tennant se emplea el criterio siguiente: los caudales medios mensuales del periodo de cálculo, inferiores al caudal medio anual del mismo periodo, se consideraron como meses de estiaje; además se debe revisar el hidrograma de este periodo para verificar la consistencia del criterio. El caudal de reserva ecológico se calcula conforme a la siguiente tabla.
Tabla 1. Regímenes de caudales para la protección de la pesca, la vida silvestre, recreación y recursos ambientales relacionados (ref. 5)
Criterio cualitativo para fijar caudales de
reserva ecológicos Caudales recomendados
octubre-marzo abril-septiembre
Máximo 200% de caudal
medio 200% de caudalmedio
Rango óptimo 60% al 100% del
caudal medio 60% al 100% delcaudal medio
Excepcional o sobresaliente 40% 60% Excelente 30% 50% Bueno 20% 40% Aceptable o en degradación 10% 30% Mínimo o pobre 10% 10% Degradación severa < 10% < 10%
c) Para el criterio de la Legislación Francesa se utilizarán los caudales medios anuales de los últimos diez años, con datos actualizados, preferentemente (r . A partir del caudal medio de los diez años, se calcula el caudal de Reserva Ecológico como el 10% del caudal medio interanual.
Aplicación al río Santo Domingo
Para la determinación del caudal de reserva ecológico en el río Santo Domingo se emplearon los caudales medios diarios correspondientes a la estación hidrométrica "Cantón", situada aguas abajo de la descarga, en el periodo 1978-1987 (periodo anterior a la puesta en marcha de la
presa, para evitar emplear caudales regulados), dada la inexistencia de una estación situada aguas arriba del embalse.
No se emplean datos actualizados debido a que esta estación desapareció durante el llenado del vaso de la presa Cerro de Oro, y a que no fue posible obtener la información necesaria para calcular las aportaciones del río Santo Domingo a la presa Cerro de Oro. Sin embargo, se considera correcto realizar el cálculo con los datos contenidos en el periodo 1978-1987.
En la t se observan los resultados obtenidos al calcular los caudales de reserva ecológicos (QRE) por el método de Tennant, utilizando diez años de caudales medios diarios. Nótese que los QRE son calculados para cada mes del año, a diferencia del criterio de la Legislación Francesa que se aplicará más adelante.
La muestra la distribución de los caudales medios mensuales calculados con datos de 10 años, y las gráficas correspondientes a los criterios cualitativos propuestos por Tennant. En la t se encuentran los resultados de la aplicación del criterio de la Legislación Francesa para el cálculo del QRE.
Nótese que el criterio de la Legislación Francesa propone un solo caudal de reserva ecológico para todo el año.
Aplicación al río Tonto
Dada la inexistencia de una estación hidrométrica situada aguas arriba de la presa Temascal, que permitiera conocer los caudales que escurrirían por el río Tonto en el caso de no existir la presa, para la evaluación del caudal de reserva ecológico en el río Tonto se emplearon las entradas al vaso (aportaciones), deducidas a partir de los datos contenidos en las hojas de "Registro de Régimen de Almacenamiento" de la presa Presidente Alemán.
La determinación del caudal de reserva ecológico para el río Tonto se realizó de la misma manera que para el río Santo Domingo.
Los resultados de los cálculos efectuados se presentan en las , y la correspondiente gráfica en la .
Tabla 2. Q RE para el río Santo Domingo, Tennant.
ENTIDAD FEDERATIVA: CUENCA: CORRIENTE: ESTACIÓN:
OAXACA RÍO PAPALOAPAN RÍO STO. DOMINGO CANTÓN
*CAUDAL *CAUDAL *CAUDAL *CAUDAL DE RESERVA ECOLÓGICO
MESES MÁXIMO MÍNIMO PROMEDIO MÍNIMO ACEPTABLE BUENO EXCELENTE EXCEPCIONA L (m3/s) (m3/s) (m3/s) 10% 10% - 30% 20% - 40% 30% - 50% 40% - 60% ENERO 427.7 9.102 69.31 6.93 6.93 13.86 20.79 27.72 FEBRERO 550.7 19.49 59.47 5.95 5.95 11.89 17.84 23.79 MARZO 316.5 16.31 48.34 4.83 4.83 9.67 14.50 19.34 ABRIL 136.9 15.13 32.35 3.24 3.24 6.47 9.71 12.94 MAYO 545.8 14.8 36.72 3.67 3.67 7.34 11.02 14.69 JUNIO 1448.8 14.81 234.04 23.40 70.21 93.62 117.02 140.42 JULIO 3064 38.71 436.55 43.66 130.97 174.62 218.28 261.93 AGOSTO 4335.2 102.5 475.14 47.51 142.54 190.06 237.57 285.08 SEPTIEMBR 1732.9 123.5 477.27 47.73 143.18 190.91 238.64 286.36 OCTUBRE 1637.3 90.16 283.01 28.30 84.90 113.20 141.51 169.81 NOVIEMBRE 898.9 32.1 162.35 16.24 16.24 32.47 48.71 64.94 DICIEMBRE 774 26 121.24 12.12 12.12 24.25 36.37 48.50
* Caudales medidos en un período de 10 años (1978 - 1987)
**Q RE calculados de acuerdo a la tabla 1, y la modificación introducida para las temporadas de estiaje y avenidas
Lámina 2. Representación gráfica de los Q RE para el río Santo Domingo, Tennant.
0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00 350.00 400.00 450.00 500.00 ENERO FEBRERO
MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOSTO
SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE MESES CAUDALES EN (m 3 /s) NATURAL MÍNIMO ACEPTABLE BUENO EXCELENTE EXCEPCIONAL
Tabla 3. Q RE para el río Santo Domingo, Criterio de la Legislación Francesa.
CAUDAL MEDIO ANUAL (m3/s) CAUDAL CAUDAL
PROMEDIO DE RESERVA
1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 (1978-1987) ECOLÓGICO
(m3/s) (m3/s)
223.4 203.7 185.2 324.4 138.9 210.1 227.2 183 182.2 160.4 203.84 20.38
Tabla 4. Q RE para el río Tonto, Tennant.
ENTIDAD FEDERATIVA: CUENCA: CORRIENTE: ESTACIÓN: APORTES
OAXACA RÍO PAPALOAPAN RÍO TONTO PRESA MIGUEL ALEMÁN
*CAUDAL *CAUDAL *CAUDAL **
CAUDAL DE RESERVA ECOLÓGICO
MESES MÁXIMO MÍNIMO PROMEDIO MÍNIMO ACEPTABLE BUENO EXCELENTE EXCEPCIONAL
(m3/s) (m3/s) (m3/s) 10% 10% - 30% 20% - 40% 30% - 50% 40% - 60% ENERO 582.95 1.4 67.19 6.72 6.72 13.44 20.16 26.88 FEBRERO 823.8 0.27 64.59 6.46 6.46 12.92 19.38 25.84 MARZO 205.14 0.86 43.28 4.33 4.33 8.66 12.98 17.31 ABRIL 300.43 0.29 55.17 5.52 5.52 11.03 16.55 22.07 MAYO 1032.67 2.47 57.67 5.77 5.77 11.53 17.30 23.07 JUNIO 2786.03 3.15 317.88 31.79 95.36 127.15 158.94 190.73 JULIO 20678.36 38.73 583.58 58.36 175.07 233.43 291.79 350.15 AGOSTO 1926.74 22.4 564.92 56.49 169.48 225.97 282.46 338.95 SEPTIEMBRE 2584.73 29.94 571.76 57.18 171.53 228.70 285.88 343.06 OCTUBRE 1647.94 0.94 284.25 28.43 85.28 113.70 142.13 170.55 NOVIEMBRE 1311.08 4.44 138.87 13.89 13.89 27.77 41.66 55.55 DICIEMBRE 987.41 0.23 104.62 10.46 10.46 20.92 31.39 41.85
* Caudales tomados en un período de 10 años (1985 - 1994)
Lámina 3. Representación gráfica de los Q RE para el río Tonto, Tennant. 0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 ENERO FEBRERO
MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOSTO
SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE MESES CAUDALES EN (m 3/s) NATURAL MÍNIMO ACEPTABLE BUENO EXCELENTE EXCEPCIONAL
Tabla 5. Q RE para el río Tonto, Criterio de la Legislación Francesa.
CAUDAL MEDIO ANUAL (m3/s) CAUDAL CAUDAL
PROMEDIO DE RESERVA
1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 (1985-1994) ECOLÓGICO
(m3/s) (m3/s)
215.1 228.7 173.1 235.2 198.8 311.4 235.9 304 292.1 196.9 239.10 23.91
En la se presenta una propuesta de regímenes de caudales ecológicos para los ríos Santo Domingo y Tonto. Se emplea el criterio cualitativo "excelente" para la época de estiaje y el criterio "aceptable" para la época de avenidas, de tal suerte que se utilice un porcentaje del 30% del caudal medio en ambas épocas, atendiendo a la descripción cualitativa de Tennant para este porcentaje, y así se tenga "un hábitat en estado adecuado para la sobrevivencia de la mayoría de las formas de vida acuática" tanto en estiaje como en avenidas. Se debe tener en cuenta que se trata de una primera propuesta que deberá ir siendo afinada por el administrador de la corriente específica, considerando que la cantidad de agua sea suficiente para que los peces adultos puedan pasar con facilidad las zonas poco profundas del río (zonas de rápidos), para que emigren de poza en poza a lo largo de la corriente. Por otro lado, no se debe olvidar que, independientemente del criterio que se emplee para definir los gastos de reserva ecológicos, se deberá verificar que la calidad del agua sea adecuada para la vida acuática.
Estos criterios han sido adoptados en la práctica por la Gerencia Estatal en Veracruz de la Comisión Nacional del Agua, con buenos resultados y aceptación social (de los grupos de pescadores especialmente).
. Gastos de reserva ecológicos recomendables en m3/s
M E S E S
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic
RÍO SANTO DOMINGO RÍO TONTO 21 20 18 19.4 15 13 10 17 11 17 70 95 131 175 143 170 143 172 85 85 49 42 36 31.4
NOTA: Para emplear estos gastos se requiere una calidad del agua adecuada para la vida acuática.
Estos gastos son válidos para el tramo de río situado inmediatamente aguas abajo de las presas Cerro de Oro y Temascal, hasta su siguiente extracción o aportación.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
1. Las metodologías se presentan dan como resultado una primera aproximación en la determinación de los caudales de reserva ecológicos, y sus ventajas son la rapidez, la facilidad y la economía en su aplicación, ya que solo requieren datos históricos de caudales y el conocimiento de la zona de la corriente en la que se determinará el QRE en cuanto a ubicación de estaciones hidrométricas, antigüedad y ubicación de obras de regulación de la corriente. 2. Se considera que el método de Tennant es el más racional debido a la diferenciación que hace entre épocas del año, y a que plantea una serie de categorías en cuanto a los caudales recomendados (mínimo, aceptable, bueno, etc.) basados en importantes estudios realizados por grupos interdisciplinarios experimentados.
3. Es muy importante tener en cuenta que los caudales calculados con el método de Tennant y el criterio de la Legislación Francesa no toman en cuenta directamente las características hidrobiológicas de los ríos, ni las magnitudes y tipo de descargas contaminantes; por esta razón, es importante verificar en campo que con el criterio adoptado se tengan caudales suficientes para el mantenimiento de la ecología fluvial y que las concentraciones de contaminantes no superen las aceptables para la vida acuática. Además se debe tener en cuenta la variabilidad de los resultados de un método al otro, al momento de elegir alguno de ellos.
4. Se debe mencionar que una vez que se apliquen las metodologías para la determinación del caudal de reserva ecológico de un río, y se defina el régimen de caudales a adoptar, es de gran importancia dar seguimiento a su puesta en práctica, mediante la verificación del impacto causado en la hidrobiología de la zona, con la finalidad de ir haciendo los ajustes necesarios. 5. El método de Tennant ha sido empleado en los Estados Unidos y otro países conforme a la aplicación clásica, esto es, usando caudales medios anuales para calcular los caudales de reserva ecológicos conforme a los criterios cualitativos de la . Sin embargo, considerando la gran variabilidad de los caudales de los ríos de México, así como la concentración de los escurrimientos en pocos meses del año, se considera más adecuado para México, utilizar los caudales medios mensuales en lugar de los anuales.
BIBLIOGRAFÍA
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El agua y su aprovechamiento múltiple, presas construidas por la Comisión Nacional del Agua de 1989 a 1994, Editorial Códice, S.A. de C.V., México, 320 pp.
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