Análisis del aumento de la capacidad de regulación y mejora de la

IV Jornadas de Ingeniería del Agua
La precipitación y los procesos erosivos
Córdoba, 21 y 22 de Octubre 2015
Análisis del aumento de la capacidad de regulación y
mejora de la garantía en la Cuenca del Guadalquivir
E. Martínez Bravo, M. Rodríguez Pallarés, F. Casas Martín
INCLAM S.A. (Madrid)
A. Pastor Turullols
Confederación Hidrográfica del Guadalquivir (Córdoba)
1. Introducción
Tras la redacción del Plan Hidrológico de la Demarcación del Guadalquivir 2009-2027, se
identificaron déficits en las atenciones a las demandas a pesar de las medidas de control,
ahorro del recurso hídrico y mejora de la eficacia de los sistemas de abastecimiento. Dicho
3
déficit se estima, al día de hoy, en unos 600 hm /año, para el conjunto de la Demarcación.
3. Objetivo y ámbito de estudio
Se ha estudiado toda la cuenca del Guadalquivir identificando las posibilidades de
ampliación de la capacidad de regulación para aumentar las garantías de las demandas,
mantener el nivel de seguridad y/o mejorar el estado ecológico de las masas de agua y la
explotación sostenible de los acuíferos de los sistemas más afectados.
El objetivo general, por tanto es identificar la posibilidad del aumento de la Regulación
General de la cuenca del Guadalquivir, hasta superar el 60% de la aportación media anual de
la cuenca.
2. Datos
Los datos e información base ha sido la siguiente:





B.7.
Series de Aportaciones y Variables Climáticas de los modelos hidrológicos SIMPA
2009 y SIMPA 2012, CEDEX y Oficina de Planificación Hidrológica de la
Confederación Hidrográfica del Guadalquivir". Formato raster.
Geodatabase de la Oficina de Planificación Hidrológica de la Confederación
Hidrográfica del Guadalquivir.
Base Cartográfica Numérica a escala 1:25.000 (BCN25) suministrada por el Centro
Nacional de Información Geográfica. (2008-2011).
Ortoimágenes suministradas por Microsoft Bing.
Modelo Digital de elevaciones de paso de malla de 5 metros derivado del proyecto
PNOA (2011).


Ortofotografía aérea realizada para el proyecto PNOA. CENTRO NACIO-NAL DE
INFORMACIÓN GEOGRÁFICA (2011).
IPE, Inventario de Grandes presas, 2005. Ministerio de Medio Ambiente.
3. Metodología
De forma resumida los trabajos realizados se agrupan en 3 fases:



3.1.
Análisis de recursos hídricos disponibles
Identificación de cerradas y planteamiento de alternativas
Análisis preliminar de afecciones y Análisis Multicriterio.
Análisis de recursos hídricos disponibles
3.1.1. Identificación y tratamiento de la información base.
Se enumera y describe a continuación la metodología e información básica empleada en
esta fase:
1.
Tratamiento de la información para análisis GIS, principalmente de las coberturas
de la GEOTADABASE de la C.H. del Guadalquivir y de los raster del modelo SIMPA. Los puntos
principales han sido: revisión de zonas de explotación, subdivisión del MDT para facilitar el
trabajo; generación de mapa de pendientes; generación de líneas de flujo y análisis de las
coberturas de presas y elaboración de capa única; identificación de las presas de regulación
en proyecto y en construcción incluidas en la Normativa del vigente Plan y las identificadas
en el Plan General del año 78 y que a fecha de hoy no están construidas.
2.
Generación de Mapas básicos de carreteras, edificaciones, zonas industriales y
urbanas a partir de la Geodatabase de Confederación, Mapa vectorial BCN, escala 1:25000 y
Ortofotografías.
3.
Generación de mapas de valores medios anuales de la serie completa y de todas
las variables del modelo SIMPA (precipitación, infiltración, aportación superficial, aportación
subterránea, aportación total agregada, ETP, etc.).y generación del mapa de coeficiente de
escorrentía y el de umbral de escorrentía (Po).
4.
Georreferenciación de los puntos de aportación del modelo de gestión del
Guadalquivir incluido en el Plan Hidrológico Vigente (2009-2027).
3.1.2. Análisis hidrológico de las cuencas para la identificación de
aquellas con posibilidad de ampliar la capacidad de regulación.
Se realiza una caracterización de cada cuenca con la siguiente información:
1.
Análisis de los datos de aportaciones medias anuales incluidas en los 73 puntos del
modelo de gestión (Aquatool) del Plan Hidrológico vigente (2009-2027). Régimen real.
B.7.
2.
Análisis de los datos de aportaciones del modelo SIMPA 2009, en Régimen Natural
y en valores acumulados o agregados al punto de cierre de la subcuenca según el modelo de
gestión del Plan (2009-2027).
3.
Caracterización de la serie de aportaciones mediante cálculo de varios datos
estadísticos (media, máximo, mínimo, mediana, percentiles, etc.), en valores medios de la
serie completa (1940-2005) y de la serie seca (1980-2005).
4.
Otros datos significativos como área aportante, pluviometría de la serie completa y
de la serie seca, coeficientes de escorrentía.
5.
Datos oficiales del volumen de embalse. En caso de que el punto seleccionado
corresponda a una presa y en el caso de estar situada aguas abajo de otro embalse
significativo se recoge el volumen embalsado.
Se analiza la bondad de los datos existentes en el SIMPA 2009 comparándolos con los
incluidos en el Plan (puntos de entrada al modelo de Gestión).
3.1.3 Establecimiento de criterios, hipótesis y condicionantes sobre
regulación
Los criterios básicos en cuanto a la disponibilidad de recurso son:
1.
En cuencas reguladas solo se consideran aquellas cuya aportación parcial es
3
superior a 60 hm /año.
2.
3
En cuencas no reguladas se consideran aquellas que aporten más de 40 hm /año.
3.
Las excepciones dependen de la capacidad de embalse de la cuenca, la situación de
los distintos embalses situados en ella y la ubicación de la misma respecto al Sistema de
Regulación General.
Se realiza un balance inicial a partir de los datos de aportaciones (SIMPA) y el volumen de
embalse existente actualmente en cada subcuenca. Para esto se necesitan los datos en
régimen natural y agregados en el punto estudiado. Se procede a la identificación de las
cuencas con Recursos Hídricos disponibles siendo esto el resultado del análisis de dicho
balance con estos criterios.
El objetivo es encontrar embalses de hiperregulación, de capacidad de embalse igual a 100
3
hm o superior (salvo excepciones) ya que se pretende mejorar las garantías en la Regulación
General.
Además de la disponibilidad de agua como segundo condicionante se ha teniendo en cuenta
la relación Volumen embalsado/Aportación media en las cuencas reguladas. Se establece
como valor máximo 5, que corresponde a la cuenca del río Guadiato. Los embalses de la
margen derecha del Guadalquivir están en el entorno de 1.67. Para este primer análisis de
viabilidad, el rango considerado de esta relación se sitúa entre el 3.33 y el 1.67.
B.7.
3.2. Identificación de nuevas cerradas o recrecimientos de presas
actuales y determinación de volúmenes de embalse nuevos
Se han establecido los siguientes objetivos:
1.
2.
Maximizar el volumen de embalse y minimizar la obra de presa.
3
Capacidad de embalse mínima: 70-100 hm .
Se han determinado rangos de trabajo:
1.
2.
3.
4.
Relación volumen embalsado/aportación media anual
Altura máxima de la presa
Longitud de coronación máxima
Distancia mínima entre cerradas.
A continuación se analizó geométricamente el cauce a partir del Modelo Digital del Terreno
(PNOA, 5mx5m) para la identificación de cerradas que cumplan los objetivos y umbrales.
Dicho análisis e identificación de cerradas se realizó con la ayuda de una aplicación
programada para este estudio que ubica cerradas a partir del establecimiento de umbrales.
El procedimiento seguido es el siguiente.
3
1.
Primera identificación de cerradas en una cuenca, que puedan embalsar 100 hm y
3
cuya aportación media anual sea igual o mayor de 20 hm , altura máxima de la presa desde
3
cauce igual a 100 m, longitud máxima, de presa correspondiente a esos 100 hm de
capacidad igual a 1.000 m, distancia mínima de cerradas 200 m. El programa recorre los
cauces comprobando los parámetros umbrales geométricos con el MDT y los hidrológicos
con los datos del raster de aportación anual media acumulada del SIMPA.
2.
Las siguientes pasadas se realizan aumentando el límite del volumen de embalse
hasta donde lo permite los recursos disponibles
3.Por último se han generado coberturas GIS con las cerradas identificadas y sus
datos esenciales: volumen de embalse, altura y longitud de presa, área de la cerrada, área de
la cuenca, aportación acumulada (dato SIMPA 2009), relación entre la altura y el área de la
cerrada y se ha procedido al análisis preliminar de permeabilidad y afecciones
medioambientales.
3.3.
Selección de cerradas
Se identificaron los tramos de cauce donde la solución es similar por criterios orográficos, de
impermeabilidad, ambientales o hidrológicos. A continuación se eligieron las ubicaciones
con menor infiltración del terreno de la presa, vaso y afecciones. Se ha tenido en cuenta las
presas identificadas en estudios anteriores. En concreto se identifican las presas de
regulación no construidas incluidas en el Plan Hidrológico de la Demarcación del
Guadalquivir (2009-2027) y en el Plan General 1978.
Se procedió a la elección de presa óptima (menor altura y longitud de coronación). En los
casos en los que se han identificado varias soluciones en el mismo tramo de similares
B.7.
características se revisaron con el Modelo Digital del Terreno y con la cobertura de
permeabilidad.
La selección de cerradas ha sido un proceso iterativo analizando por cuencas, después por
tramos y finalmente por cerradas específicas, teniendo en cuenta la capacidad máxima de
embalse de éstas.
3.4. Análisis
alternativas
de
regulación
simplificado:
Establecimiento
de
A continuación se realizaron los siguientes estudios:
1.
Análisis de detalle de los datos hidrológicos comparando valores SIMPA y del Plan
Hidrológico del Guadalquivir en la cerrada y determinación de la aportación media anual en
la cerrada.
2.
Análisis de las aportaciones parcial y total de las distintas alternativas de cerradas
y volúmenes de embalse en la cuenca. No se considera la demanda particular ni la
evaporación de los embalses. El resultado final es el intervalo de volumen de embalse en el
que es razonable ampliar la capacidad de regulación de la cuenca analizada.
3.
Análisis de detalle de las alternativas: volumen según embalse generado, área del
embalse y potenciales afecciones: Infraestructuras, cascos urbanos, ambientales, zonas
regables.
4.
Análisis preliminar de impermeabilidad
A partir de estos datos se proponen uno o varios volúmenes de embalse en cada una de las
cerradas seleccionadas. El planteamiento de alternativas también ha sido un proceso
iterativo, que en ocasiones incluso ha derivado en una nueva identificación de cerradas.
3.5.
Alternativas elegidas
Se caracterizan todas las alternativas para realizar un análisis multicriterio simplificado. Se
consideran los siguientes valores para comparar:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
B.7.
Ubicación en la cuenca y en el Sistema General
Área de la cuenca
Volumen de embalse a ampliar
Volumen acumulado en la cuenca
Aportación media anual en la cerrada de la alternativa
Relación entre el volumen de embalse y la aportación en la cerrada de la alternativa
Altura de la presa correspondiente al volumen de la alternativa
Longitud de la presa correspondiente al volumen de la alternativa
Área de la cerrada de la presa correspondiente a la alternativa
Relación entre el volumen de embalse y el área cerrada
Afección a LIC y a EENNPP
Estado ecológico de la masa de agua
13.
14.
15.
16.
17.
Porcentajes de área del vaso en zona de permeabilidad muy baja, baja, media, alta,
muy alta y masa de agua
Afección a Núcleo Urbano e Instalaciones Industriales
Numero de Edificaciones afectadas
Afección a FFCC y Vías principales
Criterios de gestión/explotación
Una vez caracterizadas se procedió a una revisión y análisis de alternativas para elección de
las mejores. Al estudiar las posibles afecciones se modificaron algunas cerradas o algunas
alternativas (disminuyendo el volumen para minimizar expropiaciones y reposición de
servicios por ejemplo). Este ejercicio no se realizó cuenca a cuenca sino en el conjunto de la
cuenca del Guadalquivir.
Finalmente se define el conjunto de las alternativas elegidas, con criterio experto, como
revisión final.
4. Resultados
Las cuencas analizadas en detalle por disponer de recursos hídricos son: Guadalimar,
Guadalquivir (cabecera), Guadiana Menor aguas arriba de Negratín, Fardes, Guadiana Menor
aguas abajo del Negratín, Genil aguas arriba de Iznájar, Genil aguas abajo de Iznájar,
Guadalbullón, Guadajoz, Salado de Porcuna, Salado de Arjona, Guadalmellato. Bembézar,
Retortillo, Viar, Guadiamar, Corbones, Guadaira, Lebrija, Guadalquivir IV, Rivera de Huelva y
Salado de Morón.
La siguiente tabla muestra la distribución de las cerradas identificadas, las cerradas
seleccionadas y alternativas planteadas por zonas de explotación:
Zona
Zona Jaén
Zona Granada
Zona Córdoba
Zona Sevilla I
Zona Sevilla II
Total
Cerradas identificadas
414
825
832
160
101
2332
Cerradas seleccionadas
14
13
20
13
7
67
Alternativas
12
17
28
13
12
82
Tabla 1.Cerradas identificadas, las cerradas seleccionadas y alternativas por Zona de explotación
Tras la caracterización se construyó una tabla comparativa con todos los datos y una serie de
planos que faciliten el análisis multicriterio para la elección de alternativas. Estos planos son:
1.2.3.4.5.6.-
B.7.
Volumen de las alternativas seleccionadas
Área de la sección longitudinal de la cerrada por alternativa
Relación Volumen/Aportación media anual de la cuenca por alternativa
Relación Volumen/ Área de la sección longitudinal de la cerrada por alternativa
Afección a LIC/EENNPP/Estado ecológico masas de agua y cerradas
Afección a zonas con protección ambiental
7.8.9.-
Afección a edificaciones
Afección a instalaciones industriales
Afección a la red de transporte
A partir de la información agregada de la tabla y los planos se revisa nuevamente por criterio
experto con los técnicos de Confederación. Se examinan los resultados:
1.2.3.4.5.-
por criterios de gestión/explotación,
por características de la presa,
por afección del vaso del embalse (comunicaciones, poblaciones, figuras
ambientales…),
por sustrato geológico, por relación cota/superficie del embalse y
por cercanía a una presa/embalse con posibilidad de ser recrecida.
De las 2332 cerradas identificadas, se definieron 82 alternativas y se eligieron 21. Éstas
3
suponen un aumento de 4365hm de capacidad de embalse, destinados a la Regulación
General. Este incremento de la capacidad de embalse se corresponde con un aportación
3
media de 1830hm /año, lo que significa un valor medio de hiperanualidad de 2.4 años. La
3
capacidad de regulación se estima en unos 1000 hm /año.
La siguiente figura muestra en números los resultados del proceso seguido:
Figura 1. Resultados del proceso
La siguiente tabla presenta los resultados de cada alternativa con los datos de aportación
media anual, volumen de embalse considerado para ampliar y la relación entre ambos
valores:
B.7.
Zona/Cuenca
Alternativa
Córdoba
Aport hm
3
Volumen hm
3
Vol/Aport
525
1,512
2.9
Bembézar
IC_83
108
300
2.8
Genil
IC_20
62
306
4.9
IC_91
30
155
5.2
IC_93
43
101
2.3
IC_95
47
100
2.1
IC_14
64
250
3.9
IC_79
105
100
1.0
IC_87
66
200
3.0
570
1,211
2.1
54
252
4.7
Guadajoz
Guadalmellato
Granada
Fardes
IC_09
Genil aguas arriba de Iznájar
IC_64
45
153
3.4
Guadiana Menor aguas abajo del Negratín
IC_11
471
806
1.7
360
708
2.0
Jaén
Guadalbullón
IC_71
47
100
2.1
Guadalimar
IC_73
75
204
2.7
Guadalquivir I (Cabecera)
IC_67
186
204
1.1
Salado de Porcuna
IC_77
51.7
200
3.9
300
682
2.3
Sevilla I
Corbones
IC_19
120
307
2.6
Guadalquivir IV
IC_56
39
73
1.9
Rivera de Huelva
IC_54
66
152
2.3
Viar
IC_03
75
150
2.0
75
252
3.4
IC_04
47
152
3.2
IC_96
28
1,830
100
4,365
3.6
2.4
Sevilla II
Guadiamar
Total general
Tabla 2.- Alternativas seleccionadas, la aportación en la cuenca de la cerrada y volumen de embalse
de la alternativa
Las 21 alternativas elegidas se distribuyen según la figura siguiente:
B.7.
Figura 2.- Situación de las alternativas elegidas.
5. Conclusiones
Los recursos hídricos en las masas de agua son uno de los puntos clave del estudio. El análisis
de las fuentes existentes revela incertidumbres en los datos de aportaciones. Las zonas más
afectadas son aquellas donde o bien hay menor volumen de datos fiables o bien donde la
componente de aportación subterránea es importante o más difícil de caracterizar. En
concreto: Guadiana Menor, Fardes, Guadajoz, Genil, cabecera del Guadalquivir y Guadalén.
Sin embargo es posible realizar un análisis comparativo en un primer estudio global.
El proceso de elección de cerrada se ha realizado con un nivel de precisión mucho mayor al
habitual en estudios similares gracias a la disponibilidad del Modelo Digital de Cartografía de
5 m de paso de malla del PNOA. Esta cartografía ha permitido identificar las mejores
cerradas y calcular las características principales de la presa y embalse con una gran
precisión.
En las zonas de Granada, Córdoba y Jaén hay más posibilidades de ampliar la capacidad de
regulación y las cuencas son mayores. Por este motivo se han identificado un nº mayor de
cerradas. Las alternativas elegidas dependen del resto de factores: permeabilidad,
afecciones, etc. En algunos casos como Salado de Arjona, la solución ha sido relativamente
sencilla y en otros como Guadiana Menor aguas arriba de la presa de Negratín, más difícil. La
presencia de presas en las cuencas complica tanto la búsqueda como la solución.
Los estudios realizados por el Cedex sobre el impacto del Cambio Climático en las masas de
agua, el 5º informe del IPCC ha cambiado los escenarios pero los resultados para esta zona
siguen siendo negativos. Por otro lado los escenarios tendenciales del Plan Hidrológico
vigente cuantifican una reducción del 8% (2027) en los recursos hídricos. Es decir, que los
pronósticos sobre la cantidad de recurso hídrico en régimen natural en el futuro son siempre
B.7.
una reducción del mismo. La línea de medidas de adaptación al Cambio Climático
(operacionales y estructurales) ya está considerada en el Plan Vigente con una gran
implementación de medidas tales como la mejora de los regadíos.
Luego la deseada convergencia entre los Planes Hidrológicos y el Plan de Adaptación al
Cambio Climático está en marcha en la Demarcación del Guadalquivir y, aunque hay margen
de mejora, la previsión es un aumento de fallo en las garantías establecidas, sin considerar la
variación de la demanda. Si además se prevé una mayor intensidad y frecuencia en los
valores extremos (sequías e inundaciones) el recurso regulado a igual capacidad de embalse
será menor y por tanto menor las aportaciones disponibles. En este sentido este estudio
está en la anterior línea de convergencia de planes anteriormente citada, ya que su objetivo
era aumentar la garantía de las demandas existentes.
A la vista de todo el estudio que precede, se considera que es factible la ampliación del
volumen de regulación de la cuenca del Guadalquivir, en el orden de un 15 % sobre la
aportación media anual, con el doble propósito de incrementar la garantía de suministro,
independizándonos de la variación meteorológica anual, y aumentar la capacidad de
laminación de avenidas para reducir el riesgo de inundaciones.
Referencias
CEDEX, 2012. Impactos del Cambio Climático en los Recursos Hídricos y las Masas de agua.
Ministerio de Medio Ambiente, Rural y Marino.
Confederación Hidrográfica del Guadalquivir, 2015. Proyecto de Plan Hidrológico de la
Demarcación del Guadalquivir, 2009-2027. MAGRAMA.
Confederación Hidrográfica del Guadalquivir, 2014, Anexos a la Memoria SAD (Sistema de
Ayuda a la Decisión) del Guadalquivir. MAGRAMA.
Confederación Hidrográfica del Guadalquivir, 1978. Resumen General del Plan de la
Confederación Hidrográfica del Guadalquivir. Dirección General de Obras Hidráulicas. MOPU.
Comité Nacional Español de Grandes Presas, 1997, 2005. Guías Técnicas de Seguridad de
Presas y Embalses Nº 5 Aliviaderos y desagües y Nº 8. Análisis de Riesgos aplicado a la
gestión de Seguridad de Presas y Embalses
Directiva 2000/60/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 23 de octubre de 2000,
marco comunitario de actuación en el ámbito de la política de aguas, también conocida
como Directiva Marco de Aguas (DMA).
REAL DECRETO 907/2007, de 6 de julio, por el que se aprueba el Reglamento de la
Planificación Hidrológica y ORDEN ARM/2656/2008, de 10 de septiembre, por la que se
aprueba la Instrucción de Planificación Hidrológica.
REAL DECRETO 9/2008, de 11 de enero, por el que se modifica el Reglamento del Dominio
Público Hidráulico.
B.7.