El ciclo hidrológico y la ciudad y la restauracion de los rios

El ciclo hidrológico y la ciudad
y la restauracion de los rios
Matt Kondolf, Universidad de California, Berkeley EEUU
EPMAPS, Quito, 23 Noviembre 2011
Infraestructura verde en ciudades: Posibles aplicaciones para el Ecuador de
Índice
1. El ciclo hidrológico y el sistema
fluvial
2. ¿Cómo podemos restaurar los ríos?
3. Ríos urbanos
4. Conclusiones
Parte I
El ciclo hidrológico y el sistema fluvial
El sistema fluvial
El ciclo hidrológico
In natural landscapes, most runoff to streams
occurs by subsurface flow:
Runoff is slow, waters are filtered by soil
There is a lag time between the rainfall
and the resulting stream flow
Como la urbanizacion affecta el ciclo hidrologico?
Pavement prevents rain from infiltrating,
creating more surface runoff
Urbanization causes more surface runoff
reaching the stream faster. Result:
Higher peak flows
Shorter lag times
Ejemplo: Arroyo Codornices, Berkeley
Un pequeno rio que DRAINS 1 km2 en la ciudad
Cordonices Creek Rainfall and Streamflow 12/17/05 - 12/19/05
500
precipitacion
450
400
350
250
200
150
FLOW (almost immediately after)
100
12/19/05
12/18/05
12/18/05
0
12/17/05
50
12/17/05
Streamflow (cfs)
300
Date
Streamflow (cfs)
Rainfall (in.)
Runoff from new urbanization creates
larger floods, which can carve new channels
Ejemplo: new development in Murietta, California
Aguas abajo de la urbanizacion, los torrentes
erosionaron un nuevo cauce.
Antes, hubo no cauce
Los ingenieros no estan confortables con
un cauce salvaje
Cuando regresé al rio dos años mas reciente,
encontré un canal de hormigón
Los canals son mui peligrosos para la gente
Si entra un canal durante un torrente,
no puede escaparse
Todos los años quando hay torrentes en
Los Angeles, algunas personas mueren en
los canales
La calidad de la escorrentia de la ciudad es mala:
Contaminacion de basura, petroleo de los coches,
particulas del cobre de los frenos de coches,
fertilizante de cespedes, y en alugnas ciudades,
aguas negras sin tratamiento.
Aqui puede
ver ejemplos
de la ‘especie
indicadora’:
el carro de la
compra!
Quantos puede ver en este foto?
Es possible reducir la contaminacion para la
infiltracion de las aguas lluvias
Hay muchas instrumentos por
infiltrar las aguas lluvias:
‘bio-swales’
‘rain gardens’ and ‘infiltration galleries’
Vea ejemplos
de Portland
(Shannah Anderson)
¿Cómo utilizamos los ríos?
El río Sena, París
El río Támesis, Londres
¿Cómo utilizamos los ríos?
Activo
Pasivo
Una gran veriedad de
actividades humanas:
Des del uso pasivo
(contemplación)
al uso activo (bañarse, practicar
deportes como el kayak).
usos programados vs.
usos espontáneos
¿Cómo utilizamos los ríos?
Ejemplo: El río Modego (Portugal)
En Europa es muy común rehabilitar antiguos
muelles con cafés y restaurantes. Por
ejemplo, en el río Modego, en Portugal, hay un
espacio ‘programado’ que ha tenido mucho éxito.
El sistema fluvial
Transporte de Sedimentos
Los ríos no llevan
solamente agua, también
transportan sedimentos y
nutrientes.
A escala de la cuenca se
pueden distinguir tres
zonas del sistema
fluvial:
•Zona de erosión
•Zona de transporte
•Zona de deposición
El sistema fluvial
Hay una continuidad longitudinal de
sedimentos, como una cinta transportadora, que
funciona sólo durante las aguas torrenciales.
El sistema fluvial
Las formas
diferentes y
complejas del
cauce son
principalmente el
resultado del
régimen
hidrológico y los
sedimentos.
El sistema fluvial
Hay mucha más biodiversidad
en un río complejo que
en un río canalizado.
El sistema fluvial
Fuente: McBain & Trush (year)
La dinámica fluvial crea hábitats acuáticos.
El sistema fluvial
Ejemplo: Río Sacramento (California)
Migración del río y sus hábitats
El sistema fluvial
El sistema fluvial
El movimiento de los ríos de bajo caudal
son más rápidos y concentrados,
produciendo mayor cantidad de flujo de
inundación.
Caudal
Con diques
Sin diques
Tiempo
Tiempo
El sistema fluvial
Ejemplo: El río Torrebamba, Cuenca
Cualquier estrechamiento del río, incrementa el
nivel del agua durante las lluvias torrenciales.
El agua tiene que ir a parar a algún lugar, no
puede desaparecer.
El sistema fluvial
Fuente: adaptación de Costa and Baker, 1981
Después de construir diques, las
urbanizaciones han crecido en la llanura
de inundación.
El sistema fluvial
Fuente: adaptación de Costa and Baker, 1981
Los diques ‘eliminan’ el terreno de la zona
inundable, convirtiéndolo en in terreno
barato y disponible para la construcción
El sistema fluvial
Fuente: adaptación de Costa and Baker, 1981
Las urbanización aumenta detrás de
los diques, incrementando el riesgo.
El sistema fluvial
Fuente: adaptación de Costa and Baker, 1981
Cuando llega una gran e inevitable
inundación, se producen más daños. Las
consecuencias son más graves que antes
de construir el dique.
El sistema fluvial
Ejemplo: El río Sacramento (California)
Dar al río una zona para la erosión
‘erodible corridor’, ‘channel migration zone’
Un espacio de libertad, ‘espace de liberte’
Un sitio para el río, ‘room for the river’
En California, la anchura del río
Sacramento se determina a partir de los
antiguos cauces y de la zona de migración
que se prevé para el futuro.
El sistema fluvial
El sistema hidrológico es un
sistema complejo con 3 ejes
bidireccionales:
•curso alto-curso bajo
•canal-márgenes
•ambiente superficialsubterráneo
Es importante que haya conectividad entre el río y
la llanura de inundación.
Durante las inundaciones, la llanura es una fuente
importante de nutrientes para los peces en estadio
juvenil y para la depósito de sedimentos.
El sistema fluvial
Ejemplo: El río Sacramento (California)
1950
1971
Un corte de
meandro (lago en
herradura), y la
creación de una
laguna en
herradura en la
llanura de
inundación
El sistema fluvial
La evolución de un lago en herradura
‘oxbow lake’ durante los años.
El sistema fluvial
Ejemplo: El río Torrebamba, Cuenca
Filling along the left bank forces flow
against the right bank, causing erosion
El sistema fluvial
Ejemplo: El río Sacramento (California)
Aguas abajo, los ríos
Sacramento y San Joaquín
(California) transportan
agua, sedimentos, y
nutrientes. El flujo de los
peces es bidireccional.
Antes de las presas,
había entre 1-2 millones de
salmones que atravesaban
el Golden Gate y subían por
los afluentes
del río Sacramento.
El sistema fluvial
Ejemplo: El río Sacramento (California)
1850
2000
Los tramos de los ríos aislados del mar
por las presas impiden la entrada para
los salmones. Les presas son la causa Ríos desconectados por presas
Históricamente conectados
más importante de la pérdida de peces,
Salmones históricamente protegidos
puesto que éstos obstaculizan su
Lagos históricos ?
camino hacia sus ríos natales y cambian
Curso bajo
Curso alto
de régimen del caudal.
El sistema fluvial
Ejemplo: El río Sacramento (California)
Antes, en 1850:
Una sistema conectado
Actualemente:
Un sistema desconectado
El sistema fluvial
Las presas interrumpen la continuidad del
transporte de sedimentos.
Resultados:
Embalses llenan de sedimentos, y aguas abajos
hay aqua hambrimiente
El sistema fluvial
Ejemplo:
El embalse de Barlin, en el Río Dahan (Taiwan)
Octubre 2002
Septiembre 2004
Embalse lleno de sedimentos
El embalse de Barlin tiene 10 millones de metros cúbicos
de capacidad. En 2004 se desbordó durante un tifón.
El sistema fluvial
Ejemplo: El embalse de Barlin, en el Río Dahan (Taiwan)
9 Julio 2007
19 Septiembre 2007
En 2007, el embalse se derrumbó, y 7.5 millones
de metros cúbicos de sedimentos fueron liberados
en pocas horas.
El sistema fluvial
Ejemplo: El embalse de Barlin, en el Río Dahan (Taiwan)
Barlin era uno de los 100 embalses diseñados para
acumular sedimentos aguas arriba del la Presa de
Shihmen (la cual contiene ahora un 40% de
sedimentos).
El sistema fluvial
Ejemplo: El embalse de Matilija, en el río Ventura (California)
Llenado hasta el borde de sedimentos. La embalse y la
mayoría de sus sedimentos se retirarán. Precio>$100M.
A diferencia del embalse de Barlin en Taiwan, en
California hay muchas casas a lo largo de los ríos aguas
abajo de las presas.
El sistema fluvial
La balanza de Lane
muestra que un aumento del
caudal o de la pendiente
pueden producir un exceso
de energía y, por
consiguiente, erosión del
cauce y las orillas.
Por lo contrario, un aumento
de sedimento, sin aumento
de caudal, puede producir
sedimentación.
El sistema fluvial
Aguas hambrientas
Aguas abajo de la presa, hay más energía que
suministro de sedimentos, y esta energía
excesiva produce una erosión del cauce y de las
orillas, como consecuencia la corriente busca
sedimentos para compensar el déficit.
El sistema fluvial
Extracción de grava para hormigón
Los hoyos de
extracción pueden
provocar la
incisión del cauce
aguas arriba y
aguas abajo.
El sistema fluvial
Extracción de grava para hormigón
Ejemplo:
El torrente Tujunga Wash, Los Angeles
El puente ‘Foothill Boulevard’ se destruyó como
consecuencia de la incisión del cauce en 1969.
El sistema fluvial
Extracción de grava para hormigón
Ejemplo: El puente Entre-dos-Ríos (Portugal)
En 2001, el puente Entre-dos-Ríos se derrumbó por la
erosión del cauce, resultado de la extracción de grava
aguas arriba y aguas abajo. 70 personas fallecieron.
Parte II
¿Cómo podemos restaurar los ríos?
¿Cómo se pueden restaurar los ríos?
No es posible regresar al estado de anterior a los
impactos humanos. Pero es posible gestionar los
ríos de una manera menos conflictiva con la gente
y conservando la calidad del agua y la biodiversidad.
¿Cómo se pueden restaurar los ríos?
¿Qué podemos hacer?
1. Dar al río una zona de libertad.
2. Re-conectar el cauce con su llanura de inundación.
3. Cambiar (re-naturalizar) el régimen de caudales aguas
abajo de las presas.
4. Añadir los sedimentos en el cauce aguas debajo de las
presas.
5. Desenterrar cauces enterrados.
6. Restablecer los meandros que han sido corregidos
(rectos).
1. Dar al río una
zona de libertad.
Ejemplo: El río ? en Austria
Un espacio de liberdad (espace de liberté) en Austria.
Una zona para la erosión, sedimentación, e inundación.
¿Cómo se pueden restaurar los ríos?
2. Re-conectar le
cauce con su llanura
de inundación.
Ejemplo: El río Rin entre
Francia y Alemania
(Fuente imagenes: cortesía de Peter
Ergenzinger)
¿Cómo se pueden restaurar los ríos?
2. Re-conectar le
Ejemplo: El río Rin entre Francia y Alemania
cauce con su llanura
de inundación.
El cauce del río sufrió debido a la incisión del río.
Como consecuencia la llanura es muy seca.
¿Cómo se pueden restaurar los ríos?
2. Re-conectar le
Ejemplo: El río Rin entre Francia y Alemania
cauce con su llanura
de inundación.
Planos de excavación de nuevas llanuras (verdes) de inundación entre
Basilea (Suiza) y Breisach (Alemania)
¿Cómo se pueden restaurar los ríos?
2. Re-conectar le
Ejemplo: El río Rin entre Francia y Alemania
cauce con su llanura
de inundación.
Canal
Campo Groyne
(bosque ribereño)
Antigua llanura del río
(bosque de pinos secos?/dry pine)
Perfil transversal de la situación actual
¿Cómo se pueden restaurar los ríos?
2. Re-conectar le
Ejemplo: El río Rin entre Francia y Alemania
cauce con su llanura
de inundación.
Primer paso: Despejar la futura llanura de inundación
¿Cómo se pueden restaurar los ríos?
2. Re-conectar le
Ejemplo: El río Rin entre Francia y Alemania
cauce con su llanura
de inundación.
Segundo paso: excavación de la nueva llanura de inundación
¿Cómo se pueden restaurar los ríos?
2. Re-conectar le
Ejemplo: El río Rin entre Francia y Alemania
cauce con su llanura
de inundación.
Tercer paso: formación del bosque ribereño
¿Cómo se pueden restaurar los ríos?
3. Cambiar (re-
Ejemplo: El río San Joaquín (California)
naturalizar) el régimen de
caudales aguas debajo de
las presas
Antes 1940, habían entro 200 - 300 mil salmones cada año
¿Cómo se pueden restaurar los ríos?
3. Cambiar (re-
Ejemplo: El río San Joaquín (California)
naturalizar) el régimen de
caudales aguas debajo de
las presas
La Presa Friant bloqueó la migración de los salmones, y redujo tanto los
caudales del río que éste se secó.
¿Cómo se pueden restaurar los ríos?
3. Cambiar (re-
Ejemplo: El río San Joaquín (California)
naturalizar) el régimen de
caudales aguas debajo de
las presas
Para restaurar las poblaciones de salmones,
propusimos un régimen de restauración con los
caudales para remover las gravas y restaurar la
migración de los peces.
Dry Year
Año seco
Año húmedo
WET YEAR
4,400
16,800
4,000
Average Dry Unimpaired Hydrograph
Dry Regulated Average
3,600
14,400
Average Wet Unimpaired Hydrograph
Dry Year Flow Recommendation
Wet Regulated Average
3,200
Mean Daily Flow (C
Cubic Feet per Second)
Mean Daily Flow (C
Cubic Feet per Second)
12,000
2,800
2,400
2,000
1,600
1,200
Wet Year Flow Recommendation
9,600
7,200
4,800
800
2,400
400
0
0
O
N
D
J
F
M
A
M
J
J
A
O
S
N
D
J
F
M
A
M
J
J
A
S
Cubic Feet per Second
Normal?
húmedo
Normal Wet
Normal Dry
Normal?
seco
12,000
8,000
7,200
Average Normal Wet Unimpaired Hydrograph
Normal Wet Regulated Average
Normal Dry Average Unimpaired
6,400
9,600
Normal Wet Year Flow Recommendation
Normal Dry Regulated Aveerage
Normal Dry Year Flow Recommendation
Mean Daily Flow (Cubic Feet per Second)
Mean Daily Flow (Cubic Feet per Second)
5,600
4,800
4,000
3,200
2,400
1,600
7,200
4,800
2,400
800
0
0
O
N
D
J
F
M
A
M
J
J
A
S
O
N
D
J
F
M
A
M
J
J
A
S
¿Cómo se pueden restaurar los ríos?
4. Añadir sedimentos en el
Ejemplo: California
cauce aguas debajo de las
presas.
En California, entre 1978 y 2004 se añadieron más de 500.000
metros cúbicos de sedimentos en 20 ríos.
¿Cómo se pueden restaurar los ríos?
4. Añadir sedimentos en el
cauce, aguas debajo de las
presas.
En Alemania, en el Río Rin
las presas bloquean los
sedimentos.
Ejemplo: El río Rin (Alemania)
¿Cómo se pueden restaurar los ríos?
4. Añadir sedimentos en el
cauce, aguas debajo de las
presas.
Dos barcas
funcionan 355 días
al año en medio
170,000 m3 de
gravas y arenas.
Ejemplo: El río Rin (Alemania)
¿Cómo se pueden restaurar los ríos?
5. Desenterrar cauces
Ejemplo: El río ?
enterrados
?
¿Cómo se pueden restaurar los ríos?
6. Restablecer los
Ejemplo: El río Brede (Dinamarca)
meandros que han sido
corregidos (rectos)
Antes del proyecto
Después el proyecto
¿Cómo se pueden restaurar los ríos?
6. Restablecer los
meandros que han sido
corregidos (rectos)
Ejemplo: El torrente Uvas (California)
Un proyecto mal diseñado
Enero 1996, 2 meses después de finalizar las obras.
Meandros con curbas simétricas y protegidos por rocas.
¿Cómo se pueden restaurar los ríos?
6. Restablecer los
meandros que han sido
corregidos (rectos)
Ejemplo: El torrente Uvas (California)
Un proyecto mal diseñado
Julio 1997. La misma perspectiva después de ser arrasado
por una inundación con un período de retorno de 6 años que
tuvo lugar en febrero de 1996.
¿Cómo se pueden restaurar los ríos?
6. Restablecer los
meandros que han sido
corregidos (rectos)
La forma de meandro
es muy seductiva!
Parte III
Ríos urbanos
Parte IV
Conclusiones
Conclusiones
Posibles aplicaciones de estas experiencias para el Ecuador,
para generar urbes eco y socio amigables.
Resumiendo, ¿Cómo podemos mejorar la gestión de nuestros
ríos urbanos?
…
…
…
…?
¡Gracias!
Matt Kondolf
[email protected]