DETERMINACION DE CAUDALES ECOLOGICOS MINIMOS PARA

CONGRESO FORESTAL ESPAÑOL - Lourizán 1.993. Ponencias y comunicaciones. Tomo IV
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DETERMINACION DE CAUDALES ECOLOGICOS MINIMOS PARA RIOS DE LA CUENCA DEL DUERO
M. Mayo Rustarazo, B. Gallego Ballestero & D. García de Jalón Lastra.·
* LABORATORIO DE HIDROBIOLOGÍA. ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DE
MONTES. AVDA. RAMIRO DE MAEZTU S/N, UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID, 28040
MADRID.
Resumen
La modificación artificial del régimen hidráulico altera los parámetros
físicos y qu~m~cos de las aguas: caudal, velocidad de la corriente,
profundidad, morfología del cauce, anchura del lecho y la temperatura.
La determinación de caudales mínimos debe basarse en las necesidades de
las poblaciones piscícolas. Es imprescindible la caracterización del hábitat
fluvial para poder estudiar sus variaciones en función de las descargas y
determinar las relaciones con las densidades o biomasas de los peces.
Se han determinado para los ríos Esla y Pisuerga cuatro caudales
m~n~mos:
caudal m1n1mo absoluto, m1n1mo de estiaje, mínimo óptimo y
aconsejable, utilizando las variables del hábitat y las biomasas piscícolas,
en función de distintas suposiciones de gestión.
P.C.: Caudal ecológico, hábitat fluvial, gestión piscícola.
Summary
Artificial modification of hydraulic regime changes water physical and
chemical parameters as flow, velocity, depth, channel morphology, width and
temperature.
Minimum flows determination should take into account fish populations
requirements. Riverine habitat characterization is needed for to study its
variation with discharge modifications and to know the relationship between
discharge and fish density or biomass.
Four minimum f10ws had been proposed in two rivers from the Duero basin
using habitat variables and fish biomass. These minimum flows, absolute
minimum flow, minimum drought flow, optimal minimum flow and recommended flow
are based in different fisheries management hypothesis.
K.W.: Minimum flow, riverine habitat, fisheries management.
INTRODUCCION
Los ríos han sufrido serias modificaciones en los ·regímenes de caudales
a causa de las obras hidráulicas; los ecosistemas fluviales se han visto
afectados en su estructura, composición y funcionamiento (GARCIA DE JALON,
1986) •
El uso de estas obras hidráulicas origina una regulación artificial de
caudales que afecta profundamente a la fauna reófila, no sólo por las grandes
fluctuaciones de nivel provocadas, sino también por el desfase temporal en que
ocurren con respecto a la fenología natural (WARD y STANFORD, 1979; PETTS,
1984) .
Una aproximac~on para señalar caudales m~n~mos es el criterio de fijar
ella % (o cualquier otro porcentaje), de las aportaciones naturales de la
cuenca medidas aguas arriba de la obra. Sin embargo, un criterio que nos
parece más acertado es el que liga las exigencias de hábitat de las especies
fluviales con la variación del caudal (BOVEE, 1978).
Se ha utilizado una metodología basada en este último criterio, para
proponer unos regímenes de caudales ecológicos, capaces de mantener una
comunidad piscícola similar a la que" de forma natural, existe en los ríos
(GARCIA DE JALON, 1990).
170
MATERIAL Y METODOS
Estudio del hábitat fluvial: El primer paso es en la caracterización de
la estructura del cauce como medio físico independiente del régimen de
caudales, mediante la selección de transectos representativos; que definen
unas características comunes a todo un tramo.
Cada transecto se halevantado topográficamente para definir el perfil
transversal con toda precisión. El caudal se ha determinado tomano mediciones
de velocidad y profundidad a intervalos prestablecidos.
Los parámetros característicos del hábitat fluvial son la anchura y
profundidad media, la velocidad, la cobertura subacuática disponible, la
cobertura de sombra proporcionada por vegetación de orilla y la composición
del sustrato en porcentaje de limos, arenas, gravas, bloques y roca madre.
Considerando estos parámetros se obtiene un índice de refugio mediante
la expres~on IR=Ce+(C.b+C¡+C.t+Cvs+Ctb)/5 (GARCIA DE JALON et al, 1992). Cada
coeficientes mide la disponibilidad de refugio en función del porcentaje de
sombra (C. b), la presencia de cornisas y cuevas (Ce)' de tocones e isletas (C¡),
el tipo de sustrato (Cst ), la presencia de macrofitas (C vs ) y la profundidad
(C p ) ' Todos los coeficientes oscilan entre
(no proporciona refugio) y 5. Los
valores de IR oscilan entre
(disponibilidad de refugio nula) y 10 (má~ima
disponibilidad de refugio).
Estudio de las condiciones hidráulicas: Las características hidráulicas
de un río. se generan como consecuencia del régimen de caudales. Se trata de
ver como se generan nuevas condiciones de profundidad, velocidad y anchura
según varía el caudal. Esto representa un problema de hidráulica fluvial que
no esta resuelto satisfactoriamente y requiere recurrir a un proceso de
simulación hidráulica.
En primer lugar se determina el coeficiente de rugosidad del lecho a
partir del caudal que circula por la secc~on. Realizando
medidas de
profundidad y de velocidad en los transectos a intervalos fijos se obtiene el
caudal que en ese momento atraviesa la sección como ·suma de los caudales que
atraviesan cada una de las celdas definidas, ya que conocemos su superficie
y su velocidad media. Conocida ésta se determina el coeficiente de rugosidad
(n) mediante la fórmula de Manning n 2 =R4/3.I/v 2 , siendo R el radio hidráulico,
I la pendiente y v la veloci'dad media.
Simulación hidráulica: Vamos a ver como se modifica la corriente en
función del caudal. Se .consideran incrementos de profundidad de 5 cm, lo que
supone la modificación de las condiciones de la corriente al variar en cada
una de las celdas el radio hidráulico y la profundidad. El nuevo régimen de
velocidades se determina aplicando la fórmula de Manning, con el coeficiente
de rugosidad previamente obtenido. El nuevo caudal será la suma de caudales
de cada celda. El proceso de cálculo es iterativo y se realiza con ayuda de
el programa de ordenador SIMUL50.
Determinación de la anchura ponderada útil (APU): Se trata de establecer
una combinación de condiciones hidráulicas (velocidad y profundidad) y del
cauce (sustrato y cobertura), óptimas para cada especie y estado de vida,
reflejadas en la anchura de río disponible. La anchura real se pondera
mediante un índice de conformidad, C~, que refleja la preferencia relativa de
la especie por la combinación de una estructura y caract.erísticas hidráulicas
en la celda para cada caudal. El índice de conformidad viene dado por la
expresión Cis=~ (C cob ' Cv' Ch' Cs) .
El coeficiente de cobertura Coob se calcula a partir del indice de
disponibilidad de refugio (IR)' utilizando la siguiente tabla de conversión:
°
°
Valor de IR
°21 ---
<1
<2
<3
3 - <4
4 - <5
Ccob
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Valor de IR
5
6
7
8
9
_.
<6
<7
<8
<9
10
Ccob
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
Los coeficientes de velocidad (Cv), profundidad (Ch) y sustrato (Cs ) son
específicos para cada estadio de vida y se obtienen de las curvas de
preferencia. para los estados de: huevos (frezaderos), alevines, juveniles y
adultos de trucha común basadas en las de BOVEE (1978) y adaptadas a nuestro
171
país (GARCIA DE JALON, 1990).
obtenemos un índice del hábitat potencial por celda, llamado anchura
ponderada útil (APU). Para cada celda el APU se determina mediante la
expresión APU=C¡. Areal , siendo A",ul la anchura real de la celda dependiente del
incremento de profundidad dado.
Este cálculo se aplica a cada celda, considerando los distintos estados
de vida de la especie y los diferentes caudales. El APU de la sección, y por
consiguiente del tramo que representa será: APUl'=~ ~(C""h+C\ ·Ch·C.) ·A.... I ¡
Si esto se realiza para distintas descargas se obtendrán relaciones
numéricas que permiten conocer como evoluciona el APU en función del caudal.
Estos resultados se exponen de forma gráfica (curvas APUjcaudal).
Estimación de las biomasas piscícolas: Para la estimación del número
total de individuos en cada estación de muestreo por pesca eléctrica, se
utilizó el método de Máxima Verosimilitud Ponderada (CARLE & STRUB, 1978).
Caudales ecológicos: Los caudales ml.nl.mos capaces de mantener el
ecosistema fluvial en todos sus niveles se obtienen de las gráficas que
relacionan la anchura ponderada útil (APU) con el caudal (Q).
,
Se han tenido en cuenta cuatro criterios diferentes: Caudal Mínimo
Absoluto, Caudal Mínimo de Estiaje, Caudal Mínimo Optimo Caudal Aconsejable.
El caudal mínimo absoluto
es aquel capaz de mantener ,tanto vida
macro invertebrada como piscícola y por lo tanto habrá de ser capaz al menos
de generar una APU igual a un metro o bien al 10% de la anchura total del
cauce en cada sección. Se considera que esta dimensión es un limite absoluto
para el hábitat de los peces (QI y QIO% respectivamente). Entrando en las curvas
APUjcaudal por la ordenada de 1 m y por la correspondiente al 10 % de la
anchura real del transecto obtendríamos los caudales correspondientes.
Se puede reforzar el criterio del mínimo absoluto con la exigencia de
que la APU debe ser mayor que el 50% de la anchura total del cauce, ya que una
reducción mayor afectaría forzosamente a la ecología de numerosas especies
adaptadas a un río de c.ierta dimensión. Tenemos así el caudal mínimo de
estiaje. Para su cálculo buscamos en la curva APUjQ el valor de caudal que
proporciona una APU igual al 50% del APU máximo del estadio o especie más
exigente en la época de estiaje (Q5~%).
Otro criterio interesante es encontrar aquel menor caudal a partir del
cual la pendiente de la curva APUjQ disminuye sensiblemente y por lo tanto,
mayores caudales no incrementarán apreciablemente el hábitat útil, sería el
caudal mínimo óptimo (Qóp,).
El concepto del caudal ecológico aconsejable se debe a que unos caudales
pequeños, que originen escasez de peces no son admisibles desde el punto de
vista de la pesca deportiva. Por ello se considera que, de ser posible, deben
liberarse unos caudales capaces de mantener una biomasa o producción piscícola
ml.nl.mas. Para unas condiciones de caudal determinadas existe una relación
entre la APU y la biomasa que habita esa zona de río.
Para determinar esta relación se han realizado muestreos piscícolas
cuantitativos simultáneos a la caracterización del hábitat. Se ha obtenido la
siguiente recta de regresión'APU!biomasa: APU=0,877'B+O,047 (r 2 =O,9427, n=11).
Se considera que en la cuenca del Duero el caudal aconsejable es aquel que
proporciona hábitat suficiente para mantener una población truchera con un
biomasa mínima de 6 gjm2 (Q8). Diferentes estudios realizados por este
laboratorio nos permiten fijar estos valores de biomasa medios (GARCIA DE
JALON ET AL.,1990, 1991, 1992).
RESULTADOS
Para hallar el Caudal Aconsejable se calcula la regresion APU/biomasa
(ver figura) obtenida para varios ríos de la geografía española. Los valores
de APU utilizados son los correspondientes al caudal circulante por el punto
de muestreo en el momento que se realizó la pesca. Utilizando la regresión
se obtienen las APU que precisa una biomasas de 6 g/m 2 • El siguiente paso es
la obtención de QB para 6 gjm 2 mediante las curvas APU/caudal.
A partir de las curvas APUjcaudal obtenidas para los transectos
muestreados en los rios Esla y Pisuerga (ver figuras), y según los distintos
criterios mencionados en la metodología, se han obtenido los valores de caudal
(QII QIO%' QSO%' Qópl y QB) que aparecen en la tabla L
Tabla 1.- Valores de los caudales ecológicos en m3 /s para los ríos Esla
y Pisuerga (Q¡, caudal generador de una APU igual a 1m¡Q¡O%' caudal generador
de una APU igual al 10% de la anchura total del transecto¡ Q~%, caudal mínimo
de estiaje, Q~ caudal mínimo óptimo; QB caudal ecológico aconsejable).
Q~%
QIO%
Río Esla
Frezaderos
Alevines
Juveniles
Adultos
0,6
0,4
0,4
0,8
Río Pisuerga Frezaderos
Alevines
Juveniles
Adultos
2,3
1,9
1,1
1,4
2,4
1,1
1,0
1,0
1,3
2,9
-2,5
1,0
4,2
4,5
1,3
3,3
7,8
5,4
3,2
2,6
5,1
2,3
3,0
6,6
10,2
Como caudal mínimo absoluto se toma el mayor de Q¡ Ó QIO%' marcado en
negrita. Caudales inferiores supondrían pérdidas irreversibles en las
poblaciones acuáticas, y por ello nunca debería circular menos cantidad de
agua. En cualquier caso, no es aconsej able mantener dicho caudal durante
largos periodos de tiempo.
Utilizando los datos que aparecen en la tabla 1 se propone el siguiente
régimen de caudales. para el río Esla:
Oct. Nov. Dic. Ene. Feb. Mar. Abr. May. Jun. Jul. Ago. Sep.
1,0
1,0
4,0
4,5
4,5
1,3
1,0
1,0
1,0
4,2
4,2
4,2
Se solicitan los caudales más altos en la época de freza y eclosión de
los huevos de salmónidos (diciembre a marzo). En diciembre, cuando empiéza l~
selección de zonas de freza por las truchas se recomienda un caudal algo menot
al óptimo de frezaderos.Liberando 4 mJ/s evitaremos que las truchas desoven
en zonas que posteriormente puedan quedar en seco. Finalizada la freza ,el
caudal se subiría al óptimo de frezaderos (4,5 mJ Is). En marzo se baja el
caudal a 1,3 m3 /s que es el óptimo para los alevines. El caudal mínimo de
estiaje es el que cubre las necesidades de los adultos (4.2 m3 /s), ya que este
periodo es el más desfavorable e interesa conservar una población con
suficientes adultos que aseguren la persistencia. El resto del año es
suficiente un caudal mínimo absoluto de 1,0 m3 /s.
El caudal ecológico medio solicitado resulta ser de 2,66 m3 Is, que supone
un 11,5% de la aportación anual natural: 23,2 m3 /s (fuente: aforos D.G.O.H.).
El régimen de caudales propuesto para el río Pisuerga es el siguiente:
Oct. Nov. Dic. Ene. Feb. Mar. Abr. May. Jun. Jul. Ago. Sep.
2,9
2,9
4,5
5,1
5,1
2,3
2,9
2,9
2,9
3,2
3,2
3,2
Al igual que en el Esla los mayores caudales mínimos se solicitan en la
época de freza de los salmónidos y posterior desarrollo embrionario. Así, se
comienza en diciembre con un caudal algo menor (4,5 m3 /s) para evitar el desove
en las inmediaciones de las orillas u otras zonas que más adelante puedan
secarse¡ aumentándose hasta el valor óptimo para frezaderos en enero y
febrero. En marzo se mantiene un caudal óptimo para alevines (2,3 m3 /s). Para
los meses de verano se solicita el caudal mínimo de estiaje correspondiente
a la fase de juveniles (3,2 m3 /s)¡ el resto "del año se propone un caudal mínimo
absoluto de 2,9 m3 /s correspondiente a este mismo estadio.
El caudal ecológico medio solicitado es de 3,42 m3 /s que supbne un 38~
de la suma de aportaciones naturales de los ríos Pisuerga y Rivera que es de
8,9 m'l s.
173
CONCLUSIONES Y DISCUSION
Se han comparado los resultados obtenidos por este método con los que
se obtienen por los métodos suizo, francés y asturiano (DOCAMPO & G. DE
BIKUÑA, 1991), obteniendo la siguiente tabla:
RIO
ESLA
PISUERGA
Método aplicado (caudal en m3 js)
Suizo
Francés
Asturiano
ApujQ
0,745
1,624
2,660
3,420
2,320
0,890
0,700
2,065
La metodología propuesta obtiene caudales m~n~mos más exigentes que los
calculados por los otros métodos. La causa fundamental es que éstos son meros
procedimientos matemáticos que no consideran la morfología de los cauces, la
disponibilidad de hábitat, ni las necesidades de las poblaciones piscícolas
que los ocupan. La aplicación de los otros métodos, que dan caudales menores, ~
pueden comprometer la subsistencia de la vida fluvial.
'
Por otro lado, la metodología aqüí propuesta permite fijar caudales para
cada uno de los estadios piscícolas. Así, podemos establecer un regimen de
caudales que favorezca a unos u otros, según los objetivos perseguidos, o bien
gestionar la liberación de caudales según la época del año (favorecimiento de
la freza en su época, fijación de las necesidades mínimas de adultos en
estiaje, etc.).
Conociendo las necesidades de hábitat y sus variaciones con el caudal,
podemos fijar el caudal mínimo necesario para mantener una biomasa piscícola
determinada. Esto supone una herramienta muy útil para el gestor de la pesca,
que incluos puede valorar las pérdidas que pueden ocasionar los descensos del
caudal.
BIBLIOGRAFIA
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WARD, J. V. Y J. STANDFORD 1979. The Ecology of Regulated Streams. Plenum
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174
- - - -----------::¡
10
10
RIO ESLA
PERFIL TRANSVERSAL DEL TRANSECTO E-1
I~
,"
lE
,------,------:-,-----::---------,
--~
RIO PISUERGA
PERFIL TRANSVERSAL DEL TRANSECTO P-1
8
6
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4
5
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I ______
2
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2
4
6
8
10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42
metros
Figura 1.- Secciones transversales de los cauces en los puntos estudiados
en los ríos Esla y Pisuerga.
--
10
E
::J
- - -,
Río ESLA
Río PISUERGA
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9
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234
FREZADEROS
5
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- r - ....
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Caudal (m3/s)
ALEVINES
JUVENILES
ADULTOS
Figura 2.- Variación de la anchura ponderaia útil con el caudal para cada
uno de los estadios considerados para la trucha común.