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UNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE MADRID
FACULTAD DE CC. GEOLGICAS Departamento de Geodinmica
GEOMORFOLOGA E HIDROLOGA FLUVIAL DEL RO ALBERCHE. MODELOS Y
S.I.G. PARA LA GESTIN DE
RIBERAS
MEMORIA PRESENTADA PARA OPTAR AL GRADO DE DOCTOR POR Andrs Dez
Herrero
Bajo la direccin del Doctor: Javier de Pedraza Gilsanz
Madrid, 2001
ISBN: 84-669-1778-O
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DEPARTAMENTO DE GEODINMICA Facultad de Ciencias Geolgicas
Universidad Complutense de Madrid
GEOMORFOLOGA E HIDROLOGA FLUVIAL DEL RO ALBERCHE
MODELOS Y S.I.G. PARA LA GESTIN DE RIBERAS
MEMORIA DE TESIS DOCTORAL Andrs Dez Herrero
Madrid, ao 2001
Director: Dr. Javier de Pedraza Gilsanz Departamento de
Geodinmica Facultad de Ciencias Geolgicas Universidad Complutense
de Madrid
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A mis abuelos,
quienes hace aos pactaron que su nieto listillo algn da sera
ministro.
Espero no haberles decepcionado llegando a gelogo.
Esta memoria, titulada Geomorfologa e Hidrologa
Fluvial del ro Alberche. Modelos y S.I.G. para la gestin de
riberas, es presentada por Andrs Dez Herrero para optar al grado de
Doctor en Ciencias Geolgicas.
Madrid, 2001
El Doctorando, El Director de la Tesis, Fdo. Andrs Dez Herrero
Fdo. Javier de Pedraza Gilsanz
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1. PRESENTACIN Esta memoria se presenta para optar al Grado de
Doctor en Ciencias Geolgicas por la Universidad Complutense de
Madrid. Contiene la Tesis Doctoral de D. Andrs Dez Herrero,
titulada "Geomorfologa e hidrologa fluvial del ro Alberche: modelos
y S.I.G. para la gestin de riberas", inscrita el da 20 de abril de
1992, y dirigida por el Dr. D. Javier de Pedraza Gilsanz, Profesor
Titular del Departamento de Geodinmica (Facultad de Ciencias
Geolgicas) de la citada Universidad. Se encuentra estructurada en
diecisiete captulos y sus correspondientes epgrafes y subapartados,
englobados en cinco grandes bloques temticos: I, Introduccin; II,
Metodologa; III, Marco Fisiogrfico; IV, Desarrollo y Resultados; y
V, Discusin y Conclusiones. Un sexto bloque incluye las referencias
bibliogrficas e ndices varios. La presente Tesis Doctoral no es un
trabajo de investigacin aislado, sino que se enmarca en la lnea de
estudio que viene dirigiendo y desarrollando el Dr. Pedraza durante
las dos ltimas dcadas, enfocada al mejor conocimiento geomorfolgico
e interpretacin evolutiva del Sistema Central espaol y las cuencas
adyacentes de los ros Tajo y Duero. Dichos trabajos se ha
materializado en realizacin de varias tesis doctorales concluidas
(Dr. Centeno, Dr. Rubio, Dra. Carrasco y Dr. Martn), otras en
curso, y numerosos proyectos de investigacin financiados. Adems,
sus resultados han sido integrados y sern incorporados a los
proyectos de investigacin: "Investigacin sobre el rgimen de
precipitacin e inundaciones de la Cuenca del Tajo durante el ltimo
milenio en base a criterios y datos paleohidrolgicos" (PaleoTagus),
CLI95-1748 Comisin Interministerial de Ciencia y Tecnologa,
Programa Nacional del I+D, Programa Nacional de Investigacin y
Desarrollo sobre el Clima; "Systematic, Palaeoflood and Historical
data for the improvEment of flood Risk Estimation" (SPHERE),
EVG1-1999-00039, Comisin Europea (DG XII), V Programa Marco, Accin
clave de Riesgos Hidrogeolgicos; y "Modelizacin del flujo y
procesos geomorfolgicos en llanuras de inundacin. Aplicacin a los
ros Tajo en Talavera de la Reina y Jabaln en Valdepeas (Comunidad
de Castilla-La Mancha)", proyecto FEDER 1FD97-2110-CO2-02. 1.1.
PLANTEAMIENTO DE LA PROBLEMTICA Las corrientes fluviales que drenan
los relieves del Sistema Central espaol, y el ro Alberche entre
ellas, presentan una notable complejidad geomorfolgica e
hidrolgica. Ello se debe a la dilatada y policclica historia
evolutiva de los relieves donde surgen, la considerable dimensin y
diversidad litolgica de las cuencas de las que son tributarias
(Tajo y Duero), y la irregular distribucin espacio-temporal de las
precipitaciones que las alimentan. En primer lugar, existen
problemas a la hora de interpretar la naturaleza y magnitud de los
condicionantes geolgicos y geomorfolgicos en la disposicin de las
cuencas fluviales y sus redes de drenaje dentro del Sistema Central
espaol. Si bien se han propuesto modelos en los que la
morfoestructura general
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1.Presentacin
2
condiciona la forma de las grandes cuencas y las deformaciones
frgiles (fallas y diaclasas) el trazado de los valles, fenmenos
puntuales de sobreimposicin/antecedencia y disposiciones anmalas de
los cursos fluviales obligan a replantearse dichas hiptesis. Ni
siquiera existen propuestas de datacin sobre la edad de implantacin
de las actuales redes fluviales en los relieves donde surgen; las
escasas hiptesis parten de los modelos evolutivos del relieve del
Sistema Central, que son tiles a nivel general, pero no sirven para
explicar situaciones concretas como la permanencia de los sistemas
fluviales en sus diferentes etapas. Algo semejante ocurre con la
configuracin geomorfolgica del trazado de los ros por las cuencas
sedimentarias (Tajo y Duero). La aparente simplicidad de la
disposicin de formas (valles) y depsitos (sistemas de terrazas) se
ha visto trastocada en las ltimas dcadas con el descubrimiento y
documentacin de fenmenos complejos que afectan a la dinmica y
evolucin de estos sistemas fluviales; es el caso de capturas a gran
escala (sistema Eresma-Moros-Zorita), subsidencias en fosas
marginales (sistema Alberche-Perales) o hundimientos
sinsedimentarios por carstificacin (ros Tajo, Manzanares y Jarama).
De igual forma, la datacin de los depsitos de los sistemas de
terrazas de estos ros ha presentado una notable complejidad por su
naturaleza litolgica y la relativa ausencia de elementos datables.
Clsicamente se recurra a las relaciones geomorfolgicas respecto a
superficies erosivas culminantes (de edades relativas acotadas), y
tan slo en las ltimas dcadas se han utilizado sistemticamente
mtodos arqueolgicos, paleontolgicos, magnetoestratigrficos o
radiomtricos (14C y termoluminiscencia). Sin embargo, los
resultados son an puntuales y concentrados en algunas corrientes ms
estudiadas (Tajo, Jarama, Manzanares y Henares), en detrimento de
otras peor conocidas (Alberche, Eresma, Moros, Voltoya, etc.). A
pesar esta amplia problemtica geomorfolgica, las incertidumbres y
cuestiones no resueltas en el mbito hidrolgico son an ms
importantes. Puede decirse que los nicos estudios hidrolgicos de
los ros del mbito del Sistema Central se han realizado con el
objetivo de conocer las reservas hdricas que son susceptibles de
generar; y en numerosas ocasiones usando datos y utilizando tcnicas
cuestionables. Se tiene un desconocimiento casi total acerca de la
dinmica de caudales, magnitud y caractersticas de sus eventos de
crecida, y consecuencias geomorfolgicas de las avenidas que
acontecen en estos ros. En este marco, quedan sin resolver
problemas como la respuesta hidrolgica de las diferentes cuencas a
los eventos de precipitaciones intensas o fusiones nivales
repentinas; el grado de implicacin de los factores fsicos de la
cuenca (geomorfologa, suelos, vegetacin ...) en la gnesis y
caractersticas de las crecidas; o el grado de intervencin de
eventos extremos en la modificacin configuracional del cauce y sus
inmediaciones. A la anterior problemtica se suma el hecho de que
este territorio (centro peninsular) muestra una antropizacin
ancestral que se remonta al Paleoltico, y que alcanza su mximo en
el presente por la proximidad al rea metropolitana de Madrid. La
interaccin entre los sistemas fluviales y las actividades humanas
tan slo ha sido estudiada desde el punto de vista histrico, pero
escasamente analizada desde la perspectiva geomorfolgica e
hidrolgica. En las cuencas de los ros que nacen en el Sistema
Central se verifican diversas acciones humanas, tanto directas
sobre los cauces (construccin de presas de embalse, trasvases,
canalizaciones ...) como indirectas en la cuenca (cambios de uso
del suelo, impermeabilizaciones ...), cuyas afecciones a la dinmica
fluvial son completamente desconocidas en el
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1.Presentacin
3
momento actual. Otra interaccin deriva de la ubicacin de
personas y bienes expuestos en reas de importante peligrosidad de
inundacin durante crecidas fluviales, generando focos de riesgo.
Estos riesgos no han sido analizados salvo para localizaciones
puntuales y con finalidad de adoptar medidas correctivas tras
catstrofes; nunca se ha estudiado la implantacin de medidas
predictivas y preventivas con carcter global, considerando la
cuenca drenante en su conjunto. 1.2. HIPTESIS DE PARTIDA Como toda
Tesis Doctoral, este trabajo tiene una hiptesis de partida, que
podra resumirse como sigue: mediante tcnicas de anlisis hidrolgico
y geomorfolgico y el empleo de herramientas matemticas e
informticas (sistemas de informacin geogrfica) se puede modelizar
la respuesta de un sistema fluvial y su dinmica ante eventos
extremos y a la intervencin antrpica en el mismo. Frente a los
planteamientos que postulan que el anlisis geomorfolgico e
hidrolgico de una cuenca fluvial poco pueden aportar a su
conocimiento como sistema, el presente trabajo postula las
importantes conclusiones que pueden extraerse de ambos anlisis,
tanto desde el punto de vista conceptual como aplicado a la gestin
de riberas. Para ello se propone el empleo conjunto de tcnicas
tradicionales geomorfolgicas (fotointerpretacin y campo) y las ms
sofisticadas herramientas de modelizacin hidrolgica e hidrulica
(modelos matemticos), con el soporte de sistemas informticos para
la gestin de informacin georreferenciada (S.I.G.). 1.3. OBJETIVOS
El objetivo general de la Tesis es la caracterizacin, interpretacin
y modelizacin geomorfolgica e hidrolgica de la cuenca hidrogrfica
del ro Alberche, con especial incidencia en el estudio de las
crecidas fluviales y su aplicacin a la gestin de riberas. Este
objetivo global puede desarrollarse mediante una serie de objetivos
especficos o particulares: * Contextualizar la cuenca hidrogrfica
del ro Alberche desde el punto de vista fisiogrfico, analizando
los condicionantes geogrficos, geolgicos, geomorfolgicos,
climticos y biogeogrficos, que han configurado su estado
actual.
* Sintetizar las caractersticas fisiogrficas de la cuenca
mediante la delimitacin de unas unidades
homogneas desde el punto de vista de los parmetros ambientales.
* Realizar una cartografa geomorfolgica detallada de la cuenca
hidrogrfica del ro Alberche,
reflejando la disposicin espacial de los elementos y unidades ms
significativos, y contemplando sus relaciones genticas.
* Caracterizar la hidrologa fluvial del ro Alberche y sus
tributarios, con especial hincapi en el anlisis
de las crecidas y avenidas, y su modelizacin.
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1.Presentacin
4
* Analizar las interrelaciones entre la geomorfologa e hidrologa
fluvial en el ro Alberche, estableciendo
vnculos de causalidad y cuantificando la magnitud de los efectos
recprocos. * Aplicar la modelizacin hidrolgica al anlisis del
riesgo de inundacin y a la propuesta de medidas
preventivas de carcter no estructural, como la planificacin
territorial de riberas. * Caracterizar la respuesta del sistema
fluvial del ro Alberche ante las perturbaciones antrpicas,
tanto
directas como indirectas, empleando tcnicas geomorfolgicas y
modelizacin matemtica. * Contrastar y calibrar modelos, discutir la
efectividad de las distintas metodologas empleadas en el
anlisis geomorfolgico e hidrolgico, y proponer un procedimiento
de estudio que pueda ser extrapolado a cuencas de caractersticas
semejantes.
-
Agradecimientos El apartado de los agradecimientos suele ser un
captulo extenso en las memorias de las tesis doctorales, puesto que
son trabajos que requieren mltiples colaboraciones y consejos
profesionales, compaginados con un firme apoyo afectivo y econmico.
Ms an cuando la realizacin de la tesis se prolonga durante casi una
dcada, y el tema de estudio presenta un carcter netamente
pluridisciplinar, como es el presente caso. Por ello, me van a
permitir que me extienda, aun a riesgo de resultar tedioso. En
primer lugar quisiera dar las gracias al Director de la Tesis:
Javier de Pedraza Gilsanz. l ha sido, ms que un director, un
maestro, amigo y consejero sobre los problemas de la carrera
cientfica y la propia vida. Junto a Javier, mostrndome su apoyo
incondicional, han estado los miembros de su equipo de
investigacin: Jos Francisco Martn Duque, Miguel ngel Sanz Santos,
Aurora Martn Ridaura, Rosa M. Carrasco Gonzlez y Jos Bodoque. A
todos ellos les debo tantos favores que tendr que invertir varios
aos y diversas colaboraciones pendientes, para poder compensarles.
Este agradecimiento quisiera hacerlo extensivo a todo el personal
del Departamento de Geodinmica de la Facultad de Ciencias Geolgicas
de la UCM (M. Guillermina Garzn Heydt, M. Paloma Fernndez Garca,
Juan de Dios Centeno Carrillo, Alfredo Prez Gonzlez, Pedro Emilio
Martnez Alfaro, Fermn Villarroya...), que han contribuido a mi
formacin como gelogo y han hecho que me sienta cmodo y valorado,
tanto durante mis aos de estancia en el Departamento, como en mis
visitas espordicas en los siguientes aos de exilio. Para concluir
con mis agradecimientos vinculados a la UCM, no quisiera olvidar al
propio Rectorado, quien me concedi una beca predoctoral de formacin
por espacio de cuatro aos. Una tesis doctoral requiere igualmente
consultar (y normalmente incordiar) a los especialistas en los
diversos temas que se abordan, aunque sea de forma puntual. Yo he
tenido la suerte de contar siempre con la amistad y colaboracin
desinteresada de los mejores: Gerardo Benito Ferrndez, Luis Lan
Huerta, Francisco J. Ayala Carcedo, Alfonso M. Gonzlez Ubanell, Jos
Ramn Tmez, Teodoro Estrela, Manuel Melndez, Salomn Montesinos,
Javier Plaza... A todos ellos, gracias. Otros, no han dudado en
suministrarme su informacin o cederme parte de su tiempo para
mostrarme los secretos y trucos de las ms diversas tcnicas y
mtodos. Por ello no quisiera dejar de agradecer a:
* Mark D. Bateman, del SCIDR de la Universidad de Sheffield, los
anlisis de luminiscencia de las muestras.
* Jos A. Lpez Sez y R. Macas, del Centro de Estudios Histricos
(CSIC), los anlisis paleopalinolgicos de las muestras.
* Luis Quintas Ripoll, del CEH del CEDEX, la informacin
procedente de la base de datos HIDRO.
* Sr. Lpez Encinas, de la Unidad de Hidrologa y Aforos de la
CHT, la cesin de datos hidrolgicos y estudios.
* Manuel Santonja Gmez, del Museo de Salamanca, la supervisin
del material arqueolgico.
-
* Fernando Robles Cuenca, de la Universitat de Valncia, sus
sugerencias sobre la fauna malacolgica del Alberche.
* Jos Ignacio Palacio, del CMT de Madrid y Castilla la Mancha,
la informacin sobre las caractersticas del rdar meteorolgico de
Madrid.
* Ramiro Gmez Ramos, de la Direccin de Movimiento de Energa
(Unin Fenosa), los datos de caudales mximos anuales
correspondientes a los embalses.
* Juan Pablo lvarez, de la Seccin de Rdares del INM, la
informacin sobre interpretacin de las imgenes del radar
meteorolgico.
* Julin, de la Asociacin de Vecinos El Herradn-La Caada, por
facilitarme copia del proyecto de canalizacin del arroyo de la
Gaznata, elaborado por la CHT.
* Sr. Benito, vecino de Calalberche, por facilitarme las piezas
arqueolgicas que haba encontrado.
* Jacinto Alonso Azcrate, de la Facultad de Ciencias de la UCLM,
los difractogramas de RX.
* Rafael Cobo Rayn, del CEDEX, el prstamo de los estudios de
reconocimiento sedimentolgico de los embalses de la CHA.
Por ltimo, en lo que respecta a los aspectos profesionales,
aprovecho para agradecer su colaboracin a aquellos organismos que
han financiado los proyectos de investigacin en los que se enmarca
la presente tesis doctoral: CICYT, Comisin Europea (DG XII), V
Programa Marco y FEDER. Sin embargo, una tesis doctoral (o al menos
sta) no es posible sin el apoyo afectivo y sentimental de todas las
personas que te ayudan a tener la perseverancia y el rigor que
requiere su realizacin. Mi familia ha sido el pilar bsico en el que
siempre me he apoyado para impulsar mi formacin cientfica y
profesional. Mis padres (Andrs y Ana), abnegados trabajadores, me
educaron en los valores de la libertad y la inquietud intelectual.
Nunca dudaron en sacrificarse (econmica y personalmente) para que
sus tres hijos tuvieran aquello a lo que ellos no pudieron acceder:
una carrera universitaria. Yo, adems de la vida, les debo mi forma
de ser y mi formacin acadmica; espero recompensarles, al menos
parcialmente, con la pequea satisfaccin de ver a su hijo alcanzar
el mximo grado acadmico: el ttulo de Doctor. Mi esposa (Lupe), ha
compartido conmigo los ltimos y ms intensos cuatro aos de
realizacin de la Tesis. Ella ha padecido como nadie los sacrificios
que requiere la compaginacin de una tesis con el trabajo diario:
ausencia de tiempo libre, desasistencia en las tareas domsticas,
inexistencia de vacaciones y fines de semana, arduo trabajo de
campo, un marido pegado al ordenador... A ella no le he dedicado
esta tesis porque quiero dedicarle a partir de ahora el tiempo y la
atencin que durante este periodo le he robado; espero tener una
larga vida para agradecerle su apoyo. Este agradecimiento familiar
lo hago extensivo a mis hermanos (Ana y Alberto), que son otro
motivo de orgullo ms. Alberto ha sido, y sigue siendo, mi compaero,
secretario, ayudante y consejero, no slo de aspectos botnicos; con
l he recorrido la cuenca del Alberche de cabo a rabo, he pasado fro
y calor y he compartido alegras y
-
penas. Mi ncleo familiar directo se completa con una extensa y
afectuosa familia, en sentido amplio; mucho tengo que agradecer a
mis abuelos (a quienes dedico esta tesis), tos, primos, suegros,
cuados y a mi sobrino Rubn (la ltima incorporacin). En paralelo a
la familia est el apoyo moral, y muchas veces material, de los
amigos; siempre agradecer la insistencia y colaboracin de Jacinto,
Javi, Alejandro, Juani... y muchos otros que ahora olvido a causa
de mi incipiente prdida de memoria. Algo semejante ocurre con los
compaeros y jefes que he tenido en los diferentes trabajos por los
que he pasado a lo largo de mi corta pero variada vida profesional:
Salomn, Paquita, Felipe y Xurxo (Ibersat); Paco, Luis, Juan Carlos
y Mercedes (rea de Ingeniera Geoambiental del ITGE); Marisol,
Yolanda, Nina e Ivn (Dpto. de Medio Ambiente de la UEM); Fernando,
Samuel, Javier, M Jos, Ana, Vctor, Teresa y Jos M (Facultad de CC.
Biolgicas de la USEK). Agradecimiento que hago extensivo a los
cientos, casi miles, de alumnos a los que he torturado en
asignaturas y cursos durante los ltimos aos; seguro que he
aprendido yo ms de y con ellos, que a la inversa. Por ltimo no
querra olvidarme de los habitantes de la cuenca hidrogrfica del ro
Alberche. Abulenses, madrileos y toledanos siempre me han ofrecido
indicaciones tiles y consejos certeros. En particular, tengo mucho
que agradecer a los abulenses: los habitantes y el Ayuntamiento de
Navaluenga, que aqu singularizo en Juan Antonio Gonzlez (su
alcalde), la Sra. Clara (propietaria del Bar La Laguna) y los
propietarios del Bar Los lamos; la Institucin Gran Duque de Alba de
la Excma. Diputacin Provincial de vila, por su intento fallido de
concederme una beca de investigacin; el Centro de Gestin Urbana y
Catastral de vila, por la cesin de cartografa; y la Unidad de
Proteccin Civil de vila, y en particular a Rafael Aramendi y ngel
Gonzlez Alameda, por su colaboracin en el borrador del Plan de
Navaluenga. En fin, tanta gente a la que agradecer tantas cosas,
que seguro que son ms los olvidados que los aqu recogidos.
-
1
ndice I. INTRODUCCIN 1. PRESENTACIN
1.1. Planteamiento de la problemtica
................................................... 1.2. Hiptesis
de partida
........................................................................
1.3. Objetivos
........................................................................................
2. JUSTIFICACIN
2.1. El tema: geomorfologa e hidrologa fluvial
................................... 2.2. El rea: cuenca hidrogrfica
del ro Alberche ................................. 2.3. El
desarrollo: gestin de riberas fluviales
.......................................
II. METODOLOGA 3. TCNICAS DE GABINETE
3.1. Recopilacin de informacin y fuentes de datos
............................ 3.2. Cartografa geomorfolgica
mediante
fotointerpretacin estereoscpica
............................................... 3.3. Aplicacin de
modelos hidrolgicos para crecidas ........................ 3.4.
Anlisis estadstico de datos numricos
......................................... 3.5. Aplicacin de modelos
hidrulicos para el anlisis
de la inundabilidad
.....................................................................
3.6. Sistemas de informacin geogrfica
............................................... 3.7. Metodologas de
estudio morfodinmico de meandros:
variabilidad temporal del trazado en planta de meandros
fluviales 3.8. Anlisis meteorolgico de imgenes de teledeteccin rdar
..........
3.9. Anlisis sedimentolgico de columnas y perfiles
........................... 4. TCNICAS DE LABORATORIO
4.1. Anlisis mineralgico y granulomtrico
......................................... 4.2. Datacin de muestras:
luminiscencia, 14C, arqueologa
y paleontologa
..............................................................................
4.3. Anlisis paleopalinolgico
..............................................................
5. TCNICAS DE CAMPO
5.1. Mediciones morfomtricas e hidrolgicas
...................................... 5.2. Cartografa
geomorfolgica
............................................................ 5.3.
Levantamiento de columnas y perfiles
........................................... 5.4. Adquisicin de
documentos grficos ..............................................
5.5. Toma de muestras
...........................................................................
1 3 3
5 6 8
9
13 15 19
25 26
38 41 42
43
43 48
49 49 50 50 51
-
ii
III. MARCO FISIOGRFICO: EL MEDIO FSICO DEL RO
ALBERCHE
6. SITUACIN GEOGRFICA 6.1. El ro Alberche
................................................................................
6.2. La cuenca hidrogrfica del ro Alberche
.........................................
7. CONTEXTO GEOLGICO
7.1. Antecedentes en el estudio geolgico de la cuenca
hidrogrfica del Alberche
.............................................................
7.2. Marco geolgico de la cuenca hidrogrfica del ro Alberche
......... 7.3. El Sistema Central
...........................................................................
7.4. La Cuenca de Madrid (Cuenca del Tajo)
........................................ 7.5. Las cuencas
cenozoicas interiores y marginales del
Sistema Central
.............................................................................
7.6. Aspectos hidrogeolgicos
............................................................... 8.
CONFIGURACIN GEOMORFOLGICA
8.1. Antecedentes
...................................................................................
8.2. Morfoestructura
...............................................................................
8.3. Morfognesis bsica: los dominios geomorfolgicos
..................... 8.4. Morfognesis compleja: tipos de relieves
....................................... 8.5. Morfoevolucin
...............................................................................
9. CONTEXTO CLIMTICO
9.1. Marco climtico general
.................................................................
9.2. Condicionantes climticos
.............................................................. 9.3.
Clasificacin climtica
....................................................................
9.4. Caracterizacin morfoclimtica
......................................................
10. SITUACIN BIOGEOGRFICA: LA VEGETACIN
10.1. Marco biogeogrfico
.....................................................................
10.2. Fitosociologa
................................................................................
10.3. Principales formaciones vegetales actuales de la CHA
................
11. USOS DEL SUELO: EVOLUCIN HISTRICA
................................ 12. UNIDADES FISIOGRFICAS
SINTTICAS .......................................
53 60
65 70 71 93
105 112
119 122 133 153 160
175 175 181 184
187 189 192
203
205
-
iii
IV. DESARROLLO Y RESULTADOS 13. GEOMORFOLOGA FLUVIAL
13.1. El dominio geomorfolgico fluvial
............................................... 13.2. Unidades y
elementos geomorfolgicos fluviales ........................
14. HIDROLOGA FLUVIAL: CRECIDAS Y AVENIDAS
14.1. Anlisis hidrolgico
......................................................................
14.2. Anlisis paleohidrolgico: avenidas histricas
............................. 14.3. Anlisis geomorfolgico:
condicionantes geomorfolgicos
de las crecidas fluviales
..............................................................
14.4. Avenidas instantneas o relmpago
..............................................
15. APLICACIN A LA GESTIN DE RIBERAS Y SISTEMAS
FLUVIALES 15.1. Riesgo de inundacin y gestin de riberas
.................................... 15.2. Incidencia antrpica
sobre la dinmica fluvial .............................
V. DISCUSIN Y CONCLUSIONES 16. DISCUSIN
16.1. Revisin crtica de tcnicas y resultados
...................................... 16.2. Propuesta metodolgica
................................................................
17. CONCLUSIONES
17.1. Principales aportaciones
................................................................
17.2. Conclusin general
........................................................................
17.3. Conclusiones especficas
..............................................................
VI. REFERENCIAS
* Referencias bibliogrficas citadas
....................................................... * Listado
de acrnimos, smbolos, abreviaturas y contracciones ..........
ANEXO I. Cartografa geomorfolgica de la Cuenca Hidrogrfica del
ro
Alberche
209 210
259 336
353 373
423 473
511 526
529 531 531
535 577
-
I
INTRODUCCIN
1. PRESENTACIN
1.1. Planteamiento de la problemtica 1.2. Hiptesis de partida
1.3. Objetivos
2. JUSTIFICACIN
2.1. El tema: geomorfologa e hidrologa fluvial 2.2. El rea:
cuenca hidrogrfica del ro Alberche 2.3. El desarrollo: gestin de
riberas fluviales
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1. PRESENTACIN Esta memoria se presenta para optar al Grado de
Doctor en Ciencias Geolgicas por la Universidad Complutense de
Madrid. Contiene la Tesis Doctoral de D. Andrs Dez Herrero,
titulada "Geomorfologa e hidrologa fluvial del ro Alberche: modelos
y S.I.G. para la gestin de riberas", inscrita el da 20 de abril de
1992, y dirigida por el Dr. D. Javier de Pedraza Gilsanz, Profesor
Titular del Departamento de Geodinmica (Facultad de Ciencias
Geolgicas) de la citada Universidad. Se encuentra estructurada en
diecisiete captulos y sus correspondientes epgrafes y subapartados,
englobados en cinco grandes bloques temticos: I, Introduccin; II,
Metodologa; III, Marco Fisiogrfico; IV, Desarrollo y Resultados; y
V, Discusin y Conclusiones. Un sexto bloque incluye las referencias
bibliogrficas e ndices varios. La presente Tesis Doctoral no es un
trabajo de investigacin aislado, sino que se enmarca en la lnea de
estudio que viene dirigiendo y desarrollando el Dr. Pedraza durante
las dos ltimas dcadas, enfocada al mejor conocimiento geomorfolgico
e interpretacin evolutiva del Sistema Central espaol y las cuencas
adyacentes de los ros Tajo y Duero. Dichos trabajos se ha
materializado en realizacin de varias tesis doctorales concluidas
(Dr. Centeno, Dr. Rubio, Dra. Carrasco y Dr. Martn), otras en
curso, y numerosos proyectos de investigacin financiados. Adems,
sus resultados han sido integrados y sern incorporados a los
proyectos de investigacin: "Investigacin sobre el rgimen de
precipitacin e inundaciones de la Cuenca del Tajo durante el ltimo
milenio en base a criterios y datos paleohidrolgicos" (PaleoTagus),
CLI95-1748 Comisin Interministerial de Ciencia y Tecnologa,
Programa Nacional del I+D, Programa Nacional de Investigacin y
Desarrollo sobre el Clima; "Systematic, Palaeoflood and Historical
data for the improvEment of flood Risk Estimation" (SPHERE),
EVG1-1999-00039, Comisin Europea (DG XII), V Programa Marco, Accin
clave de Riesgos Hidrogeolgicos; y "Modelizacin del flujo y
procesos geomorfolgicos en llanuras de inundacin. Aplicacin a los
ros Tajo en Talavera de la Reina y Jabaln en Valdepeas (Comunidad
de Castilla-La Mancha)", proyecto FEDER 1FD97-2110-CO2-02. 1.1.
PLANTEAMIENTO DE LA PROBLEMTICA Las corrientes fluviales que drenan
los relieves del Sistema Central espaol, y el ro Alberche entre
ellas, presentan una notable complejidad geomorfolgica e
hidrolgica. Ello se debe a la dilatada y policclica historia
evolutiva de los relieves donde surgen, la considerable dimensin y
diversidad litolgica de las cuencas de las que son tributarias
(Tajo y Duero), y la irregular distribucin espacio-temporal de las
precipitaciones que las alimentan. En primer lugar, existen
problemas a la hora de interpretar la naturaleza y magnitud de los
condicionantes geolgicos y geomorfolgicos en la disposicin de las
cuencas fluviales y sus redes de drenaje dentro del Sistema Central
espaol. Si bien se han propuesto modelos en los que la
morfoestructura general
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1.Presentacin
2
condiciona la forma de las grandes cuencas y las deformaciones
frgiles (fallas y diaclasas) el trazado de los valles, fenmenos
puntuales de sobreimposicin/antecedencia y disposiciones anmalas de
los cursos fluviales obligan a replantearse dichas hiptesis. Ni
siquiera existen propuestas de datacin sobre la edad de implantacin
de las actuales redes fluviales en los relieves donde surgen; las
escasas hiptesis parten de los modelos evolutivos del relieve del
Sistema Central, que son tiles a nivel general, pero no sirven para
explicar situaciones concretas como la permanencia de los sistemas
fluviales en sus diferentes etapas. Algo semejante ocurre con la
configuracin geomorfolgica del trazado de los ros por las cuencas
sedimentarias (Tajo y Duero). La aparente simplicidad de la
disposicin de formas (valles) y depsitos (sistemas de terrazas) se
ha visto trastocada en las ltimas dcadas con el descubrimiento y
documentacin de fenmenos complejos que afectan a la dinmica y
evolucin de estos sistemas fluviales; es el caso de capturas a gran
escala (sistema Eresma-Moros-Zorita), subsidencias en fosas
marginales (sistema Alberche-Perales) o hundimientos
sinsedimentarios por carstificacin (ros Tajo, Manzanares y Jarama).
De igual forma, la datacin de los depsitos de los sistemas de
terrazas de estos ros ha presentado una notable complejidad por su
naturaleza litolgica y la relativa ausencia de elementos datables.
Clsicamente se recurra a las relaciones geomorfolgicas respecto a
superficies erosivas culminantes (de edades relativas acotadas), y
tan slo en las ltimas dcadas se han utilizado sistemticamente
mtodos arqueolgicos, paleontolgicos, magnetoestratigrficos o
radiomtricos (14C y termoluminiscencia). Sin embargo, los
resultados son an puntuales y concentrados en algunas corrientes ms
estudiadas (Tajo, Jarama, Manzanares y Henares), en detrimento de
otras peor conocidas (Alberche, Eresma, Moros, Voltoya, etc.). A
pesar esta amplia problemtica geomorfolgica, las incertidumbres y
cuestiones no resueltas en el mbito hidrolgico son an ms
importantes. Puede decirse que los nicos estudios hidrolgicos de
los ros del mbito del Sistema Central se han realizado con el
objetivo de conocer las reservas hdricas que son susceptibles de
generar; y en numerosas ocasiones usando datos y utilizando tcnicas
cuestionables. Se tiene un desconocimiento casi total acerca de la
dinmica de caudales, magnitud y caractersticas de sus eventos de
crecida, y consecuencias geomorfolgicas de las avenidas que
acontecen en estos ros. En este marco, quedan sin resolver
problemas como la respuesta hidrolgica de las diferentes cuencas a
los eventos de precipitaciones intensas o fusiones nivales
repentinas; el grado de implicacin de los factores fsicos de la
cuenca (geomorfologa, suelos, vegetacin ...) en la gnesis y
caractersticas de las crecidas; o el grado de intervencin de
eventos extremos en la modificacin configuracional del cauce y sus
inmediaciones. A la anterior problemtica se suma el hecho de que
este territorio (centro peninsular) muestra una antropizacin
ancestral que se remonta al Paleoltico, y que alcanza su mximo en
el presente por la proximidad al rea metropolitana de Madrid. La
interaccin entre los sistemas fluviales y las actividades humanas
tan slo ha sido estudiada desde el punto de vista histrico, pero
escasamente analizada desde la perspectiva geomorfolgica e
hidrolgica. En las cuencas de los ros que nacen en el Sistema
Central se verifican diversas acciones humanas, tanto directas
sobre los cauces (construccin de presas de embalse, trasvases,
canalizaciones ...) como indirectas en la cuenca (cambios de uso
del suelo, impermeabilizaciones ...), cuyas afecciones a la dinmica
fluvial son completamente desconocidas en el
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1.Presentacin
3
momento actual. Otra interaccin deriva de la ubicacin de
personas y bienes expuestos en reas de importante peligrosidad de
inundacin durante crecidas fluviales, generando focos de riesgo.
Estos riesgos no han sido analizados salvo para localizaciones
puntuales y con finalidad de adoptar medidas correctivas tras
catstrofes; nunca se ha estudiado la implantacin de medidas
predictivas y preventivas con carcter global, considerando la
cuenca drenante en su conjunto. 1.2. HIPTESIS DE PARTIDA Como toda
Tesis Doctoral, este trabajo tiene una hiptesis de partida, que
podra resumirse como sigue: mediante tcnicas de anlisis hidrolgico
y geomorfolgico y el empleo de herramientas matemticas e
informticas (sistemas de informacin geogrfica) se puede modelizar
la respuesta de un sistema fluvial y su dinmica ante eventos
extremos y a la intervencin antrpica en el mismo. Frente a los
planteamientos que postulan que el anlisis geomorfolgico e
hidrolgico de una cuenca fluvial poco pueden aportar a su
conocimiento como sistema, el presente trabajo postula las
importantes conclusiones que pueden extraerse de ambos anlisis,
tanto desde el punto de vista conceptual como aplicado a la gestin
de riberas. Para ello se propone el empleo conjunto de tcnicas
tradicionales geomorfolgicas (fotointerpretacin y campo) y las ms
sofisticadas herramientas de modelizacin hidrolgica e hidrulica
(modelos matemticos), con el soporte de sistemas informticos para
la gestin de informacin georreferenciada (S.I.G.). 1.3. OBJETIVOS
El objetivo general de la Tesis es la caracterizacin, interpretacin
y modelizacin geomorfolgica e hidrolgica de la cuenca hidrogrfica
del ro Alberche, con especial incidencia en el estudio de las
crecidas fluviales y su aplicacin a la gestin de riberas. Este
objetivo global puede desarrollarse mediante una serie de objetivos
especficos o particulares: * Contextualizar la cuenca hidrogrfica
del ro Alberche desde el punto de vista fisiogrfico, analizando
los condicionantes geogrficos, geolgicos, geomorfolgicos,
climticos y biogeogrficos, que han configurado su estado
actual.
* Sintetizar las caractersticas fisiogrficas de la cuenca
mediante la delimitacin de unas unidades
homogneas desde el punto de vista de los parmetros ambientales.
* Realizar una cartografa geomorfolgica detallada de la cuenca
hidrogrfica del ro Alberche,
reflejando la disposicin espacial de los elementos y unidades ms
significativos, y contemplando sus relaciones genticas.
* Caracterizar la hidrologa fluvial del ro Alberche y sus
tributarios, con especial hincapi en el anlisis
de las crecidas y avenidas, y su modelizacin.
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1.Presentacin
4
* Analizar las interrelaciones entre la geomorfologa e hidrologa
fluvial en el ro Alberche, estableciendo
vnculos de causalidad y cuantificando la magnitud de los efectos
recprocos. * Aplicar la modelizacin hidrolgica al anlisis del
riesgo de inundacin y a la propuesta de medidas
preventivas de carcter no estructural, como la planificacin
territorial de riberas. * Caracterizar la respuesta del sistema
fluvial del ro Alberche ante las perturbaciones antrpicas,
tanto
directas como indirectas, empleando tcnicas geomorfolgicas y
modelizacin matemtica. * Contrastar y calibrar modelos, discutir la
efectividad de las distintas metodologas empleadas en el
anlisis geomorfolgico e hidrolgico, y proponer un procedimiento
de estudio que pueda ser extrapolado a cuencas de caractersticas
semejantes.
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2. JUSTIFICACIN 2.1. EL TEMA: GEOMORFOLOGA E HIDROLOGA FLUVIAL
Desde la publicacin a finales de la dcada de 1970 del libro The
Fluvial System (Schumm, 1977), las corrientes fluviales han sido
entendidas y estudiadas como sistemas abiertos, dinmicos y
complejos. Esta inclusin de la Teora de Sistemas en el anlisis
geomorfolgico de los ros, arroyos y dems elementos de la red
hidrogrfica, llev aparejada la profundizacin en otra serie de
conceptos tericos sobre los modelos de equilibrio geomrfico, ya
iniciados por Gilbert y Powell, y que an hoy en da son objeto de
discusin. Los antecedentes de esta visin sistmica del dominio
fluvial pueden remontarse a los trabajos de geomorflogos e
hidrlogos de principios-mediados del siglo XX, cuando relevantes
figuras como Horton y Strahler pusieron las bases de la morfometra
de cuencas hidrogrficas. A ellos sucedieron importantes trabajos en
geomorfologa fluvial cuantitativa y terica, entre los que destacan
Fluvial Processes in Geomorphology (Leopold, Wolman y Miller, 1964)
y Geomorphology and General System Theory (Chorley, 1962), pilares
fundamentales de las primeras propuestas sistmicas explcitas de
Chorley & Kennedy (1971) y Chorley (1972). La consideracin del
sistema fluvial como un conjunto de elementos interrelacionados y
de los diferentes niveles de anlisis con que puede abordarse su
estudio (Chorley, op. cit.), llevan aparejadas una serie de
consecuencias inmediatas:
a) Las investigaciones que aborden temas fluviales deben hacerlo
desde una perspectiva integrada, esto es, considerando sus
elementos en el anlisis y realizando sntesis con las relaciones
entre ellos.
b) Es preciso hacer hincapi no slo en los aspectos
configuracionales (sistema morfolgico),
sino tambin en la dinmica del agente y sus acciones energticas
(sistema en cascada); esto es, la hidrologa e hidrulica
fluviales.
c) Al verificarse estrechas relaciones geometra-agente-accin, la
investigacin debe
abordarse desde la perspectiva de sistemas morfogenticos
proceso-respuesta. Por otra parte, la mayora de los actuales
sistemas fluviales no se encuentran en situacin "natural", sino que
vienen interfiriendo con las actividades humanas desde tiempos
ancestrales, lo que hace ms complejo el sistema de interrelaciones
y su interpretacin. Esta aparente complejidad en los requisitos
bsicos que debe cumplir cualquier investigacin fluvial en el marco
de la Teora de Sistemas, lejos de frenar o paralizar los trabajos,
ha contribuido a la proliferacin de los mismos en las ltimas
dcadas; hasta tal punto que podra hablarse de inflacin en este
campo. Sin embargo, muchos de ellos adolecen de una excesiva
especializacin, abordando aspectos puntuales y no integrados,
contraviniendo as los postulados bsicos antes expuestos.
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2.Justificacin
6
De ah la necesidad de retomar en la investigacin geomorfolgica
fluvial esa filosofa integrada en la que se estudia el sistema
mediante un triple anlisis: configuracional (geomorfolgico),
dinmico (hidrolgico) y proceso-respuesta (interacciones externas,
entre ellas con las actividades antrpicas). Es precisamente en esta
lnea en la que se enmarca esta Tesis y se justifica la eleccin de
su temtica. 2.2. EL REA: CUENCA HIDROGRFICA DEL RO ALBERCHE La
eleccin del rea de estudio estuvo motivada por tres circunstancias,
que nos han hecho converger en la cuenca hidrogrfica del ro
Alberche: a) La primera, parte del mbito de actuacin del equipo en
el que se realiza la Tesis. Como se ha
reseado, dicho grupo viene elaborando estudios geomorfolgicos en
ambas vertientes del Sistema Central espaol, por lo que pareca
razonable la seleccin de un sector del mismo (Figura 2.1). Es ms,
dado que no se trata a priori de un anlisis geomorfolgico regional
clsico, se haca preciso el que previamente se hubiese trabajado en
la zona desde este otro punto de vista; la propia tesis doctoral
del Dr. Pedraza, director de esta que presentamos aqu, cubre parte
(unos 1.200 km2) de la zona de estudio que hemos abordado nosotros
(unos 4.100 km2). Ello permitira abordar problemas pendientes y
confrontar los resultados con los trabajos previos.
b) De otra parte, si bien el sector oriental de la cuenca del ro
Alberche ha sido parcialmente tratado en
distintos estudios geomorfolgicos regionales, su sector
occidental es prcticamente indito, no existiendo siquiera
cartografa geolgica bsica a escalas superiores a 1:200.000
publicada del mismo. Si a ello se suma el inters geomorfolgico de
esta zona de contacto entre las sierras de Gredos y Guadarrama con
la cuenca del Tajo, concluiremos que se trata de un rea digno de
ser estudiado.
c) Por ltimo, para el estudio de los aspectos hidrolgicos, tanto
crecidas como interferencia antrpica
en la dinmica fluvial, se precisaba una cuenca en la que se
verificasen eventos de crecida importantes y en la que las acciones
humanas sobre el sistema fluvial fueran relevantes. En ambos
sentidos la cuenca hidrogrfica del ro Alberche se muestra como una
solucin acertada: existen numerosos registros histricos y
testimonios documentales de crecidas, algunas afectando a
importantes ncleos de poblacin; y presenta una regulacin de la red
de drenaje digna de consideracin, tanto directa (ms de 19 presas de
embalse) como indirecta (superficie urbanizada y notable
deforestacin).
De esta forma, la eleccin del ro Alberche se present como la
solucin idnea. El estudio de la cuenca hidrogrfica completa se
justifica en la propia temtica a abordar (geomorfologa e hidrologa)
y los mtodos que se emplearn en su anlisis (modelizacin y SIG), que
requieren una visin integrada del contexto de la cuenca. Esta
decisin enlaza con la mayor parte de las investigaciones
hidrolgicas, que sealan a la cuenca de drenaje como unidad de
estudio y de actuacin integrada en la gestin de riberas.
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2.Justificacin
7
Figura 2.1. mbito de estudio de diversas tesis doctorales y
tesis de licenciatura sobre geomorfologa del Sistema Central
presentadas en el Departamento de Geodinmica de la Facultad de
Ciencias Geolgicas (UCM) en las ltimas dcadas. Leyenda de los
bordes: lnea fina, tesis doctorales; lnea discontinua, tesis de
licenciatura; lnea gruesa, presente tesis doctoral. Leyenda de los
cdigos: 1, Pedraza (1978); 2, Garzn (1972, 1980); 3, Fernndez
(1987); 4, Vzquez (1986); 5, Carrasco (1997); 6, Centeno (1988); 7,
Sanz (1987); 8,
Martn Duque (1997) ); y 9, Fernndez (1976).
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2.Justificacin
8
2.3. EL DESARROLLO: GESTIN DE RIBERAS FLUVIALES Los trabajos de
investigacin bsica que se han llevado a cabo en el presente
trabajo, han tenido su continuacin en el desarrollo de tcnicas de
aplicacin a la gestin de riberas fluviales. Los ros han sido un
elemento importante en la colonizacin biolgica y humana de los
territorios, pero de forma especial all donde el clima les hace
aparecer como una fuente de recursos naturales en un ambiente
semirido, caso de la Meseta Ibrica. En ocasiones, esta colonizacin
ha llegado hasta extremos peligrosos para el propio ro o sus
colonizadores, al interferir con su dinmica y la de los ecosistemas
que sustenta; por ello cada da son ms necesarios trabajos de
planificacin integral (cuencas fluviales) y de gestin en las
proximidades de los cauces (riberas). Para la planificacin y gestin
de riberas es preciso el conocimiento integral del ro; estos
aspectos se enmarcan en el concepto del continuo fluvial y el
carcter mltiple del ro como medio, que relaciona la estructura y
funcionamiento de las comunidades biticas (vegetales, animales o
humanas) con los procesos geomorfolgicos y la hidrologa fluvial.
Esta visin integral y sistmica del ro Alberche es lo que persigue
el presente trabajo, por lo que su aplicacin a la gestin de riberas
parece inmediata, tanto en el campo de la prediccin y prevencin de
riesgos naturales (inundaciones fluviales) como en la prevencin y
correccin de impactos ambientales (efectos de presas,
urbanizaciones ...). A este respecto, podemos recoger las
recomendaciones dadas por el juez D. Mariano Fustero, del juzgado
de instruccin n 1 de Jaca (Huesca), en el auto por la riada que
arras el camping Las Nieves de Biescas (4-10-1999): A la vista de
lo acontecido se demuestra la insuficiencia de la normativa vigente
para calificar un terreno cmo [sic] inundable no siendo suficiente
el estudio estadstico del periodo de retorno sino que sera
[necesario] completar la legislacin administrativa con un criterio
geolgico, no bastando la previsin estadstica prevista en dicho
precepto del RPDH [sic] para garantizar la seguridad de personas y
bienes(N 22130 2 101338 /1999; pg. 18). De esta problemtica se han
hecho eco igualmente organismos internacionales, como la UNESCO,
que en su programa "El hombre y la Biosfera" (MAB) estudia las
interacciones terrestre-acuticas en los valles fluviales;
igualmente con la declaracin de la dcada 1990-2000 como Decenio
Internacional para la Reduccin de Desastres Naturales por parte de
la Asamblea General de las Naciones Unidas. La propia Unin
Internacional para la Conservacin de la Naturaleza ha constituido
un grupo de trabajo sobre ecologa de los ros. Asimismo, el Consejo
de Europa ha creado una red de informacin, denominada "Large
European Alluvial Rivers", consagrada a la realizacin de trabajos
de investigacin y acondicionamiento de los ros.
-
II
METODOLOGA 3. TCNICAS DE GABINETE
3.1. Recopilacin de informacin y fuentes de datos 3.1.1.
Bibliografa 3.1.2. Cartografa 3.1.3. Fotografa 3.1.4. Datos
numricos 3.1.5. Imgenes de teledeteccin
3.2. Cartografa geomorfolgica mediante fotointerpretacin
estereoscpica
3.3. Aplicacin de modelos hidrolgicos para crecidas 3.3.1.
Tcnicas deterministas empricas
* Mtodo histrico * Mtodos geolgico-geomorfolgicos
3.3.2. Tcnicas estocsticas: los mtodos hidrometeorolgicos *
Mtodo Racional * Mtodo del Hidrograma unitario
3.4. Anlisis estadstico de datos numricos 3.4.1. Anlisis
estadstico de las precipitaciones mximas 3.4.2. Anlisis estadstico
de los caudales mximos
3.5. Aplicacin de modelos hidrulicos para el anlisis de la
inundabilidad
3.5.1. Rgimen uniforme: ecuacin de Manning 3.5.2. Rgimen
gradualmente variado: HEC-2 y HEC-RAS 3.5.3. Caudales y
profundidades crticas
3.6. Sistemas de informacin geogrfica 3.6.1. Tipologa y
caractersticas del sistema de informacin geogrfica 3.6.2. Fuentes
de datos espaciales 3.6.3. Adquisicin y almacenamiento de los datos
3.6.4. Operaciones en el anlisis de los datos
* Regionalizacin de parmetros meteorolgicos desde datos
puntuales
-
* Obtencin de parmetros morfomtricos de la cuenca y red desde el
MDT
* Discretizacin espacial de parmetros hidrolgicos * Estimacin de
reas inundables y calados para diferentes periodos de retorno *
Simulacin de situaciones preoperacionales y postoperacionales *
Anlisis del riesgo de afeccin a bienes y servicios * Diseo del Plan
de Proteccin Civil de mbito Local
3.7. Metodologas de estudio morfodinmico de meandros:
variabilidad temporal del trazado en planta de meandros
fluviales
3.7.1. Caracterizacin de la incidencia en las curvas
individuales de meandro mediante ndices morfomtricos
3.7.2. Estudio de la incidencia sobre la traza completa del
meandro * Aplicacin de ndices morfomtricos de conjunto *
Modelizacin matemtica del meandro: curvas sino-generadas * Anlisis
del poder espectral
3.8. Anlisis meteorolgico de imgenes de teledeteccin rdar 3.9.
Anlisis sedimentolgico de columnas y perfiles
4. TCNICAS DE LABORATORIO 4.1. Anlisis mineralgico y
granulomtrico
4.1.1. Anlisis mineralgico 4.1.2. Anlisis granulomtrico
4.2. Datacin de muestras: luminiscencia, 14C, arqueologa y
paleontologa
4.2.1. Luminiscencia 4.2.2. Carbono-14 o Radiocarbono 4.2.3.
Arqueologa 4.2.4. Paleontologa
4.3. Anlisis paleopalinolgico 5. TCNICAS DE CAMPO
5.1. Mediciones morfomtricas e hidrolgicas 5.2. Cartografa
geomorfolgica 5.3. Levantamiento de columnas y perfiles 5.4.
Adquisicin de documentos grficos 5.5. Toma de muestras
5.5.1. Muestreos para datacin mediante termoluniscencia 5.5.2.
Muestreo para datacin mediante 14C 5.5.3. Muestreos para
caracterizacin textural y mineralgica 5.5.4. Muestreos de rocas
consolidadas 5.5.5. Muestreos de restos arqueolgicos
5.5.6. Muestreos para anlisis paleopalinolgico
-
La metodologa de estudio llevada a cabo en la presente tesis
doctoral puede considerarse combinada entre el anlisis y la
sntesis, de tal modo que se suceden a lo largo de su desarrollo
procesos sintticos (antecedentes y contexto), analticos (hidrologa
y geomorfologa) y de nuevo sintticos (discusin y conclusiones).
Para la consecucin de los objetivos planteados se hizo preciso el
uso combinado, integrado y simultneo de muy diferentes tcnicas y
metodologas, as como la recopilacin de informacin con diversas
procedencias y formatos; bsicamente podramos diferenciar tres
grandes grupos, segn el espacio fsico donde suelen aplicarse, bien
sea el gabinete, el laboratorio de anlisis o la zona de
estudio.
3. TCNICAS DE GABINETE Comprenden las actividades de
investigacin que se realizan en el lugar de trabajo, otros centros
de investigacin, las bibliotecas especializadas, centros de
documentacin y similares. Se han diferenciado cinco tipos
principales de actividad, clsicos algunos e innovadores otros. 3.1.
RECOPILACIN DE INFORMACIN Y FUENTES DE DATOS En primer lugar, se
recopil cuanta informacin bibliogrfica, cartogrfica, fotogrfica y
documental se ha publicado tanto acerca del tema de investigacin
(geomorfologa e hidrologa fluvial) como de la zona de estudio
(cuenca hidrogrfica del ro Alberche). 3.1.1. BIBLIOGRAFA Para la
bsqueda y revisin bibliogrfica se recurri a la consulta de las
bases de datos (informatizadas en ocasiones) de bibliotecas
generales (Biblioteca Nacional, Biblioteca Municipal de vila ...) y
especializadas: Facultad de CC. Geolgicas y Facultad de Geografa e
Historia, ambas de la UCM; Centro de Estudios Hidrogrficos, y
Centro de Estudios y Tcnicas Avanzadas del CEDEX; Biblioteca
General y Centro de Documentacin del ITGE; Confederacin Hidrogrfica
del Tajo; Museo Nacional de CC. Naturales, y Centro de CC.
Mediambientales del CSIC, entre otras. Por lo que respecta a las
publicaciones peridicas, se ha realizado en los ltimos diez aos un
seguimiento fascculo a fascculo a ms de una docena de revistas
especializadas en geomorfologa e hidrologa fluvial, tanto
nacionales (Cuaternario y Geomorfologa, Ingeniera del Agua,
Ingeniera Civil ...) como internacionales (Earth Surface Processes
and Landforms, Geomorphology, Zeitschrift fr Geomorphologie,
Gomorphologie, Catena, Journal of Hydrology, Environmental
Geology...). Seguimiento que se completa con la lectura espordica
de la prensa local (Diario de vila, El Pas-Edicin Madrid), y la
minuciosa revisin de sus hemerotecas para fechas determinadas. Se
consultaron adems las principales bases de datos documentales en
formato CD-ROM especializadas en temas geolgicos, como GeoRef
(American Geological Institute & SilverPlatter International) y
Pascal; tambin se recurri a buscadores en las grandes bases
documentales de Internet, como Amazon.
-
3.Tcnicas de Gabinete
10
Con las obras recopiladas se confeccion una base de datos
propia, que contiene ms de un millar de registros, muchos de los
cuales aparecen reflejados como referencias bibliogrficas (bloque
VI. Referencias). Adems buena parte de los documentos publicados se
adquirieron o, en caso de estar agotados o inditos, se
fotocopiaron, reprodujeron o resumieron. 3.1.2. CARTOGRAFA En la
recopilacin cartogrfica se recurri a los organismos suministradores
de bases topogrficas a nivel nacional (Centro Nacional de
Informacin Geogrfica del IGN, y Servicio Geogrfico del Ejrcito de
Tierra), autonmico (Servicio de Ordenacin del Territorio de la
Junta de Castilla y Len, Servicio Cartogrfico Regional de la
Comunidad de Madrid, y Junta de Comunidades de Castilla-La Mancha),
provincial (Diputacin de vila) y local (Ayuntamiento de
Navaluenga). No slo se consultaron y adquirieron las ediciones ms
recientes de las cartografas, sino que se recopilaron todas las
ediciones anteriores mediante la consulta de sus fondos histricos
(IGN, CAM y SGE). A toda esta cartografa bsica se suma la
cartografa temtica, fundamentalmente geolgica (ITGE), de cultivos y
aprovechamientos (MAPA), edafolgica (JCL y CAM) ... Como resultado
se dispone de una cartoteca con ms de 150 mapas, planos y esquemas
cartogrficos, de muy diferentes fechas, escalas y zonas. 3.1.3.
FOTOGRAFA Igualmente se recopilaron la mayor parte de las
fotografas areas (copias positivas por contacto en papel de 24x24
cm) existentes de la zona de estudio, entre las que pueden
distinguirse varios grupos segn su fecha de adquisicin, escala y
procedencia: * Fotografas areas verticales en blanco y negro:
- Vuelo nacional ao 1946, a escala aprox. 1:71.000, Centro
Cartogrfico y Fotogrfico del Ejrcito del Aire (Ministerio de
Defensa).
- Vuelo nacional aos 1956/57, a escala 1:33.000, Servicio
Geogrfico del Ejrcito (Ejrcito de Tierra; Ministerio de
Defensa).
- Vuelo nacional aos 1981/83 y 1984, a escala 1:30.000,
Instituto Geogrfico Nacional. - Vuelo nacional ao 1985, a escala
1:18.000, Instituto Geogrfico Nacional.
* Fotografas areas oblicuas en blanco/negro y color: - Fototeca
del Servicio de Cartografa y Fotografa del Ejrcito del Aire. -
Fondo fotogrfico de Paisajes Espaoles, S.L.
3.1.4. DATOS NUMRICOS Por lo que respecta a la recopilacin de
datos numricos, fundamentalmente meteorolgicos e hidrolgicos, se
solicitaron conjuntos de informacin a los siguientes gestores de
bases de datos: * Instituto Nacional de Meteorologa (Centro
Meteorolgico Territorial de Madrid y Castilla-La
Mancha, y C.M.T. de Castilla y Len): Bancos de Datos Zonales de
Castilla y Len, Madrid y Castilla-La Mancha, y Banco
Nacional de Datos Climticos (BNDC):
-
3.Tcnicas de Gabinete
11
- Series anuales de precipitacin mxima en 24 horas (PMAX)
correspondientes a 48 estaciones de la Red Nacional comprendidas en
la CHA (33) y sus inmediaciones (15), y en las que el registro de
datos supera los 10 aos; adems otras series cortas de dos
estaciones representativas por su ubicacin.
- Precipitacin diaria y meteoro observado (fotocopias de la
ficha de adquisicin de datos por el observador) de las estaciones
pluviomtricas convencionales de la CHA o sectores para:
Cinco das precedentes a los 11 eventos principales de crecida
acontecidos desde 1946 a la actualidad.
Mes de diciembre de 1997 (avenida del A Cabrera). Meses de
agosto y septiembre de 1999 (avenida del A de la Gaznata).
- Series anuales de temperaturas medias y precipitaciones
mensuales, para las 22 estaciones termopluviomtricas de la CHA, y
todo el periodo disponible.
Red de Estaciones Automticas (REMAS) del SIVIM; datos de
precipitacin (hietograma) y vientos diezminutales de las estaciones
automticas de vila Observatorio (desde 1988) y Piedrahita (desde
1991), correspondientes a los das completos: 5 de marzo de 1991, y
1 y 2 de septiembre de 1999.
Boletines Meteorolgicos Diarios; recogen datos de las redes
sinpticas de superficie y altura, reflejados en mapas de anlisis de
la presin en superficie y topografas de las superficies isobricas
de 300, 500, 700 y 850 hPa a distintas horas (0000, 0600, 1200 y
1800 TMG); se manejaron los BMD correspondientes a los das: 17 y 18
de diciembre de 1997, y 1 y 2 de septiembre (nmeros 244 y 245) de
1999.
* Confederacin Hidrogrfica del Tajo
Base de datos de la Comisara de Aguas; limnigramas e hidrogramas
correspondientes a crecidas producidas en los aos 90.
Anuario de Aforos; datos de caudales diarios mximos mximos
anuales (Qc) y caudales instantneos mximos anuales (Qci), junto con
sus fechas, de las estaciones de aforos representativas de la CHA:
Navaluenga, El Burguillo, Villamantilla y Peguerinos.
Fotografa 2.1. Estacin de aforos ubicada en el cauce del ro Acea
en Peguerinos (indicativo 03228), gestionada por la Comisara de
Aguas de la Confederacin Hidrogrfica del Tajo.
* Unin Fenosa, S.A. Centro de control del Sector
Alberche-Castrejn (Central de Puente Nuevo); caudales
diarios mximos anuales (Qc) de entradas y salidas de los cuatro
embalses gestionados y fechas correspondientes.
-
3.Tcnicas de Gabinete
12
Servicio de Movimiento de Energa (Madrid); caudales diarios de
los embalses gestionados correspondientes al periodo 1-I-89 al
10-VIII-94.
* Centro de Estudios Hidrogrficos (base de datos HIDRO,
CEDEX)
Caudales diarios de la estacin de El Burguillo para los periodos
1942-43/1985-86 y 1989-90/1993-94.
Caudales diarios de la estacin de Navaluenga para el periodo
01-02-1974/29-09-94, salvo el ao hidrolgico 1983/84.
Tambin se realiz la suscripcin y consulta a la revista
Informacin Hidrolgica (Ministerio de Medio Ambiente), para la
extraccin de los datos hidrolgicos correspondientes al ro Alberche.
En total, se dispone al respecto de varias decenas de miles de
registros, tanto de precipitaciones mximas en 24 horas,
precipitaciones diarias, meteoros, caudales diarios, mximos diarios
anuales, mximos instantneos anuales, caudales de entrada y salida
en embalses, aportaciones, reservas...
Fotografa 2.2. Pluvimetro automtico perteneciente al Sistema
Automtico de Informacin Hidrolgica (SAIH) de la Cuenca del Tajo, en
periodo de implantacin y calibracin.
3.1.5. IMGENES DE TELEDETECCIN Se adquirieron imgenes
procedentes de la Red de Rdares Meteorolgicos (RERAM) del Sistema
Integrado de Vigilancia Meteorolgica (SIVIM), gestionadas por el
INM. En concreto, imgenes matriciales del Radar de Madrid, que
situado en el sur de la provincia de Madrid (Torrejn de Velasco;
latitud 40 11 N, longitud 3 43 W, altitud 722 msnm), trabaja en
banda C con un ancho de haz de 0,9 (20 elevaciones con 12 CAPPIs),
y cubre un rea circular de radio aproximado de 240 km con una
resolucin espacial de 2 x 2 km y temporal de 10 minutos. Dos son
los productos empleados:
Acumulaciones horarias de precipitacin (volmenes operativos
acumulados) correspondientes a las 19, 20, 21, 22 y 23 z, del 1 de
septiembre de 1999 en formato digital *.GIF. La relacin Z-R se
calcul empleando la frmula: Z = 200 R1,6, a partir del
PSEUDOCAPPI.
Imagen impresa instantnea de las reflectividades (expresadas en
dBz) correspondiente a las 23.30 horas del da 17 de diciembre de
1997.
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3.Tcnicas de Gabinete
13
3.2. CARTOGRAFA GEOMORFOLGICA MEDIANTE FOTOINTERPRETACIN
ESTEREOSCPICA
Con cada par consecutivo de fotogramas correspondientes a las
fotografas areas verticales, y empleando esterescopos de gabinete
(modelos Topcon y Geoscope), se realiz una visualizacin
estereoscpica detallada de cada sector de la cuenca hidrogrfica del
Alberche. Se centr la atencin en la caracterizacin geomtrica
(morfometra) e interpretacin dinmica-gentica (morfodinmica y
morfognesis) de las formas del relieve y los depsitos asociados
(formaciones superficiales). Como vuelo base del anlisis
geomorfolgico se adopt el correspondiente a 1956/57 (escala
1:30.000, SGE) por su calidad y antigedad, permitindonos prescindir
de elementos antrpicos recientemente establecidos (urbanizaciones,
repoblaciones forestales ...) que dificultan la caracterizacin de
formas y depsitos. Las observaciones morfomtricas e
interpretaciones dinmico-genticas se plasmaron en elementos
puntuales, lineales (en diferentes colores) o poligonales (con
diferentes colores y tramas de relleno), dibujados tanto en papeles
fototrace ubicados directamente sobre los fotogramas, como en la
trasposicin manual sobre papeles de polister situados sobre la base
topogrfica a escala 1:50.000 del Servicio Geogrfico del Ejrcito.
Para estos elementos se utiliz un sistema de representacin y
simbologa (Figura 3.1) semejantes a los reflejados en la leyenda
del Mapa Geomorfolgico de Francia a escala 1:50.000 (Joly, 1970;
Tricart, 1971-1976) y convergentes con la ltima propuesta espaola
(Pea et al., 1997), aunque con algunas adaptaciones a las
particularidades y el conocimiento de la zona, que la aproximan a
la propuesta de Pedraza (1978). stas han consistido bsicamente en
obviar la naturaleza litolgica del substrato (contenido en el mapa
geolgico), el contexto estructural (contenido en el esquema
morfoestructural), las precisiones morfoclimticas (escasamente
concretas en la zona) y las diferenciaciones de las potencias en
las formaciones superficiales en base a su espesor (complejas de
determinar); y potenciar la representacin de las formas del terreno
(smbolos en color), aadiendo representaciones especficas para las
morfologas que no las tenan (granticas, superficies culminantes,
etc.). Destaca la representacin que tienen los principales
elementos morfogrficos y morfomtricos, como rupturas y cambios de
pendiente positivos y negativos (escarpes), as como la
interpretacin gentica de las formas asociadas a cada proceso
geomorfolgico o factor condicionante (litolgico, estructural o
climtico). Frecuentemente se utilizaron conjuntos seriados de pares
estereoscpicos de diferentes fechas y vuelos, para el anlisis
multitemporal de sectores con una dinmica actual muy marcada. En
estos casos, la cartografa geomorfolgica resultante adems se
superpuso y compar con otras de diferentes fechas, precisndose
igualmente el cambio de escala hasta una cartografa
estandarizada.
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3.Tcnicas de Gabinete
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Figura 3.1. Leyenda de los mapas geomorfolgicos a escala
1:50.000 de la cuenca hidrogrfica del ro Alberche, contenidos en el
Anexo I (disco compacto).
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3.Tcnicas de Gabinete
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3.3. APLICACIN DE MODELOS HIDROLGICOS PARA CRECIDAS En opinin de
Llanos et al. (1995) existen dos tendencias metodolgicas en el
estudio hidrolgico de las crecidas: una determinista que preconiza
el pasado como condicionante del comportamiento presente y futuro,
abordando su estudio mediante leyes fsicas y relaciones matemticas;
y otra estocstica, que parte del carcter aleatorio del proceso, y
propone la aplicacin de leyes o funciones analticas a un conjunto
de observaciones previas para predecir futuros valores de la
variable. 3.3.1. TCNICAS DETERMINISTAS EMPRICAS Utiliza mtodos
indirectos basados en datos de paleoinundaciones del registro
geomorfolgico-sedimentolgico, medidas instrumentales del registro
ordinario de caudales, o informacin histrica sobre afecciones a
elementos naturales o artificiales. Precisamente esta ltima tcnica
ser utilizada en el presente estudio para el anlisis
paleohidrolgico de las crecidas en la CHA. * Mtodo histrico
Consiste en el empleo de marcas sobre elementos artificiales
(edificaciones, vas de comunicacin, obras pblicas, etc.),
documentacin histrica (manuscritos e impresos de archivos,
bibliotecas y hemerotecas) y testimonios (orales o audiovisuales)
para reconstruir la extensin cubierta o la cota alcanzada por las
aguas durante una crecida desencadenada en el periodo histrico
(Figura 3.2). Una aplicacin simple de esta metodologa consiste en
suponer que si el agua alguna vez ha alcanzado ciertos niveles
puede alcanzarlos tambin en un futuro no muy lejano, determinando
esta zona como de crecida histrica. Algo ms sofisticados son los
estudios que trasponen estos niveles a caudales circulantes
mediante modelos hidrulicos y les asignan una determinada
probabilidad, permitiendo que se introduzcan como datos
complementarios en el anlisis estadstico de caudales procedentes
del registro ordinario. * Mtodos geolgico-geomorfolgicos Emplean la
disposicin y tipologa de las formas del terreno, afecciones a
elementos naturales (vegetacin) y los depsitos generados durante o
tras el evento de avenida, con el fin de reconstruir las zonas
cubiertas por el agua, su velocidad, profundidad y carga de
materiales, para crecidas anteriores al periodo histrico o de las
cuales no se dispone de informacin histrica. Con ello se pueden
delimitar las reas geomorfolgicamente activas dentro del cauce
fluvial y sus mrgenes, y por tanto susceptibles de ser inundadas en
el marco de la dinmica natural de la corriente fluvial. En muchas
ocasiones, y dado su carcter descriptivo, estas tcnicas han sido
tildadas de cualitativas y poco tiles, pero ltimamente estn
cobrando fuerza al ser las nicas que consideran fenmenos naturales
difcilmente modelizables con otras tcnicas, como la avulsin o la
migracin del canal, y tener en cuenta las tendencias evolutivas
naturales del sistema fluvial. En el caso de existir determinados
tipos de depsitos o marcas con o sobre elementos datables mediante
tcnicas paleontolgicas, dendrocronolgicas, radiomtricas (14C, OSTL,
etc.) o arqueolgicas, puede igualmente asignarse una probabilidad
de ocurrencia a los caudales resultantes de la modelizacin
hidrulica a partir de esos niveles y velocidades, integrndose de la
misma forma en el anlisis estadstico de caudales (ver apartado
3.4.2).
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3.Tcnicas de Gabinete
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Figura 3.2. Fuentes de datos de las tcnicas deterministas
empricas para el estudio de las crecidas y avenidas, tanto para los
mtodos histricos como geolgico-geomorfolgicos.
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3.Tcnicas de Gabinete
17
3.3.2. TCNICAS ESTOCSTICAS: LOS MTODOS HIDROMETEOROLGICOS
Emplean diferentes metodologas indirectas para reconstruir el
hidrograma completo de la crecida esperada, o al menos alguno de
sus parmetros ms importantes (caudal punta, tiempos caractersticos,
etc.); son habituales las frmulas empricas, los mtodos
hidrometeorolgicos y el anlisis estadstico de caudales o volmenes
de crecida (ver apartado 3.4.2). Las primeras, como la conocida
frmula de Zapata, relacionan el caudal mximo esperado en un punto
de la corriente con las caractersticas morfomtricas de la cuenca
drenante, por lo que su utilizacin est restringida a una cuenca en
particular, siendo muy cuestionadas al tratarse de modelos simples
de tipo caja negra; los otros mtodos (hidrometeorolgicos y
estadsticos) estn ampliamente difundidos y generalizados y sern los
utilizados en el presente estudio. Los mtodos hidrometeorolgicos,
como su propio nombre indica, se basan en funciones de conversin de
variables meteorolgicas (fundamentalmente precipitacin) a
escorrenta superficial (caudales) que se apoyan en modelos
determinsticos ms o menos complejos. Con el empleo de datos
meteorolgicos se pretende utilizar la mayor cantidad de puntos de
muestreo (estaciones) y longitud de las series pluviomtricas frente
a las series foronmicas. Los modelos que simulan el proceso
precipitacin-escorrenta pueden ser de varios tipos (Ferrer,
1993):
- Continuos, que presentan un balance continuo de humedad con
parmetros distribuidos (SHE) o agregados.
- Discretos, que simulan un nico evento en el que slo se
considera la parte de
precipitacin que provoca escorrenta superficial, y por lo tanto
son especialmente tiles en crecidas fluviales de diseo. Los ms
habituales son el mtodo racional, el hidrograma unitario y la
avenida mxima probable (PMF). Los dos primeros son los utilizados
en el presente estudio.
* MTODO RACIONAL Este sencillo y difundido mtodo se basa en la
transformacin de una precipitacin con intensidad I (que empieza en
forma instantnea y contina de forma indefinida) a una escorrenta
que continuar hasta que se alcance el tiempo de concentracin (Tc),
momento en el cual toda la cuenca est contribuyendo al flujo. En
ese momento de equilibrio entre entradas y salidas se alcanzar el
caudal punta (Qp) en el emisario de la cuenca; el volumen entrante
al sistema ser el producto de la intensidad de precipitacin por el
rea de la misma (I A), y se ve reducido por un coeficiente de
escorrenta (C, entre 0 y 1) que representa la proporcin de agua
retenida en las abstracciones iniciales. Las unidades de las
variables se expresan en el sistema norteamericano, por lo que su
conversin al SI (Qp, m
3/s; I, mm/h; A, km2) precisa dividir el producto entre 3,6,
resultando como frmula general:
Qp = C I A / 3,6 El coeficiente de escorrenta, supuesto como la
media para la cuenca y uniforme en el tiempo, se calcula por los
mtodos habituales (Ferrer, 1993): Horton, Holtan, SCS (1972), o
mediante tablas que integran todos los aspectos fisiogrficos que lo
modifican; en otras ocasiones se ha propuesto una calibracin
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3.Tcnicas de Gabinete
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utilizando su comparacin con resultados del anlisis estadstico
de caudales (Tmez, 1987). La intensidad de precipitacin se calcula
como la intensidad promedio para una duracin equivalente al tiempo
de concentracin, considerada para diferentes periodos de retorno,
mediante curvas intensidad/duracin (Figura 3.3). El tiempo de
concentracin se puede estimar segn diferentes ecuaciones (Chow et
al., 1994), siendo las ms utilizadas las del SCS (1975). Este mtodo
ha sido muy criticado desde que comenz a utilizarse a mediados del
siglo XIX, debido a su simplicidad y a las hiptesis de partida
(precipitacin con intensidad constante a lo largo de la cuenca en
un intervalo tc y coeficiente de escorrenta constante en el
tiempo), difciles de cumplirse en un sistema natural. Muchos
estudios proponen su utilizacin restringida a cuencas con unas
determinadas dimensiones o bajo condiciones especficas de duracin
de la precipitacin. De ah que se hayan propuesto diferentes
modificaciones de la frmula tradicional que permitan su adaptacin a
otras cuencas o condiciones de tiempo de concentracin. El
denominado mtodo racional modificado pretende adaptarlo a lluvias
con duracin mayor al tiempo de concentracin, cuencas de mayores
dimensiones (20 30 acres) y reconstrucciones no slo del pico de
flujo, sino del hidrograma, supuesto de forma trapezoidal (Chow et
al., 1994). La modificacin de Tmez (1991), para su aplicacin a
cuencas de hasta 3000 km2 y tiempos de concentracin entre 0,25 y 24
horas, introduce en la frmula un coeficiente de uniformidad de la
precipitacin (K), que puede calcularse en funcin del tiempo de
concentracin, y la aplicacin del factor reductor por rea (KA, Tmez,
1987) en la estimacin de la intensidad:
Qp = C I A K / 3,6
K = 1 + Tc1,25 / (Tc
1,25 + 14) * MTODO DEL HIDROGRAMA UNITARIO Con la finalidad de
modelar los hidrogramas reales generados durante los eventos de
crecidas naturales, se han ideado formulaciones matemticas que, con
una base en el fenmeno fsico que abordan, permiten obtener
hidrogramas sintticos. Normalmente slo pretenden calcular la
componente superficial del hidrograma a partir del hietograma
correspondiente, despreciando la magnitud del caudal base durante
la crecida. El mtodo ms utilizado parte del concepto de hidrograma
unitario (Sherman, 1932), escorrenta superficial resultante de una
lluvia neta de 1 mm repartida uniformemente sobre dicha cuenca y
con una distribucin constante a lo largo de un determinado
intervalo de tiempo (D). Consiste en obtener un hidrograma tipo
para cada cuenca conociendo este hidrograma elemental generado para
una tormenta corta (de duracin entre 1/3 y 1/5 de Tc), y a partir
de l adaptarlo a cualquier evento de precipitacin por descomposicin
de ste en intervalos de duracin D. Para ello se considera que se
verifican los principios de: constancia del tiempo base, lluvias de
la misma duracin producen hidrogramas con idntico tiempo base;
afinidad o proporcionalidad, entre las intensidades de precipitacin
y los caudales de los hidrogramas; y aditividad o superposicin,
varios hidrogramas elementales generan un resultante suma de todos
ellos (Figura 3.3). Para la obtencin del hidrograma unitario
directamente de registros de hietogramas e hidrogramas de
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3.Tcnicas de Gabinete
19
varios episodios tormentosos, basta dividir los caudales de la
componente superficial por los mm de precipitacin neta para un
intervalo de duracin D. Lo normal es no disponer de datos reales,
por lo que existe toda una formulacin para el clculo de los
diferentes parmetros necesarios en un hidrograma sinttico, siendo
las ms habituales: * H. unitario adimensional del S.C.S. (1972),
basado en un hidrograma adimensional obtenido del
anlisis de pequeas cuencas rurales; precisa como nico parmetro
el tiempo de desfase de la punta, a partir del cual calcula el
tiempo de punta y el caudal punta.
* H. unitario instantneo de Clark (HUI; Clark, 1945), resultante
del reparto uniforme de una
unidad de lluvia sobre una cuenca a lo largo de un tiempo
infinitamente pequeo; ello implica la evaluacin de sumatorios pero
con variables continuas, o sea integracin definida entre 0 y t. Su
utilizacin se basa en la hiptesis que el caudal de desage de la
cuenca es el resultado de una traslacin del volumen neto
precipitado y de una laminacin por almacenamiento en la cuenca
(mediante un hipottico embalse lineal).
* H. unitarios sintticos basados en caractersticas de la cuenca:
Snyder (1938) y Gray (1961). * H. unitario triangular de Tmez
(1987), similar al del S.C.S. pero con la definicin del
hidrograma
que parte del tiempo de concentracin, del que se obtiene el
desfase de la punta, el tiempo base y el caudal punta.
Todas estas metodologas y procedimientos de clculo se hallan
implementados en programas informticos que, desde finales de los
aos 60, facilitan enormemente la obtencin de los hidrogramas
sintticos a partir del hietograma, precisando nicamente algunos
datos adicionales sobre la configuracin de la cuenca para calcular
los tiempos caractersticos. El ms popular es, sin lugar a dudas, el
programa HEC-1 (HEC, 1981), que utiliza la metodologa del
hidrograma unitario de Clark o los mtodos de onda cinemtica. Tras
sucesivas mejoras en 1970, 1973 y 1981, en el ao 1984 se desarroll
la primera versin para ordenadores personales, mejorada en 1988 con
un sistema de mens. Los procesos modelados son: precipitacin,
intercepcin e infiltracin, escorrenta, y propagacin y laminacin de
ondas de avenida; el resultado es el clculo de hidrogramas en
distintos puntos de la cuenca. 3.4. ANLISIS ESTADSTICO DE DATOS
NUMRICOS 3.4.1. ANLISIS ESTADSTICO DE LAS PRECIPITACIONES MXIMAS
Los registros producidos por los aparatos de medida de la
precipitacin exhiben ciertas propiedades que los hacen
indistinguibles en la prctica de un proceso estocstico gobernado
por leyes del azar. Esto explica el empleo de tcnicas estadsticas
como herramientas en modelacin del proceso de estimacin de la
intensidad de precipitacin, tanto en el tiempo como en el espacio
(Garca-Bartual, 1996). Por ello, una vez obtenidas y completadas
las series anuales de precipitaciones mximas en 24 horas para cada
estacin, se procede a su anlisis estadstico con objeto de estimar
la cantidad de lluvia puntual con diferentes frecuencias. Se
considera que los datos de estas series son independientes e
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3.Tcnicas de Gabinete
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idnticamente distribuidos y, en consecuencia, la precipitacin
mxima en 24 horas se comporta como una variable aleatoria (P24);
las series de datos disponibles seran muestras de poblaciones
distribuidas con arreglo a una funcin terica.
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3.Tcnicas de Gabinete
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Figura 3.3. Esquema metodolgico de aplicacin de los mtodos
hidrometeorolgicos (hidrograma unitario y mtodo racional), desde
las fuentes de datos a los resultados obtenidos.
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3.Tcnicas de Gabinete
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Considerando que un episodio de precipitacin es extremo cuando
supera un umbral P24u, el intervalo de recurrencia ser el tiempo en
aos (al tratarse de series anuales) entre eventos que cumplan la
condicin PP24u. El periodo de retorno (T) de una precipitacin
PP24u, (en general de un suceso cuya magnitud sea superior o igual
a un umbral dado), es el valor medio de los intervalos de
recurrencia para una serie suficientemente numerosa de datos, esto
es, la esperanza matemtica de , T=E(). Por tanto, la probabilidad
de ocurrencia de una precipitacin igual o superior a un umbral
P24u, p=P(PP24u), es la inversa del periodo de retorno, p=1/T. Para
series suficientemente largas se acostumbra a estimar la
probabilidad con la frecuencia emprica acumulada, utilizando
expresiones del tipo:
P(P
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3.Tcnicas de Gabinete
23
- Funcin GEV (valores extremos generalizados; tres parmetros),
ajuste con PWM (momentos ponderados probabilsticamente), y Cv y Cs
regionales.
- Funcin LP3 (Log-Pearson III; tres parmetros), ajuste con LMOM
(Log-momentos), y Cs regional. - Funcin TCEV (valores extremos con
dos componentes; tres parmetros, uno de ellos constante),
ajuste con ML (mxima verosimilitud), y Cs regional. - Funcin
Gumbel (dos parmetros), ajuste con ML y datos locales. - Funcin
SQRT-ETmax (dos parmetros), ajuste con ML y datos locales. En el
caso de la CHA, el ajuste se realiza utilizando nicamente datos
locales para evitar la regionalizacin del Cs y Cv, que en la zona
de estudio podra conducir a errores en los lmites de regiones
supuestamente homogneas; igualmente se evita la compleja estimacin
del Cs real de la poblacin. Por ello, entre las combinaciones
anteriores slo se emplean aqullas que contienen funciones de dos
parmetros: SQRT-ETmax (Etoh et al., 1986) y Gumbel, combinadas con
mtodos de estimacin de Mxima Verosimilitud de la funcin y Mxima
Verosimilitud de los lmites de 0,95 de confianza, respectivamente.
En el caso de emplear la funcin de distribucin SQRT-ETmax y un
esquema regional de estimacin de parmetros, sera preferible emplear
el mtodo de los momentos ponderados probabilsticamente (PWM), tal y
como han puesto de manifiesto recientemente Ferrer y Mateos (1999).
3.4.2. ANLISIS ESTADSTICO DE LOS CAUDALES MXIMOS Cada serie de
datos de caudales procedente de las estaciones de aforo en rgimen
natural se considera una muestra aleatoria extrada de una poblacin
de sucesos independientes. Tras ordenar cuantitativamente los
valores dentro de cada serie y asignarles una probabilidad muestral
acorde a la frmula de Gringorten (ver anterior epgrafe), se procede
a la modelizacin paramtrica de las series anuales de mximos (SAM)
mediante la aplicacin de un modelo estadstico. La definicin del
modelo estadstico con mtodos paramtricos implica: eleccin del tipo
de distribucin, mtodo de ajuste de parmetros y cuantiles, y
procedimiento de utilizacin de datos locales y regionales (Cunnane,
1987). En los aos treinta, Hazen comenz el uso sistemtico de
funciones de distribucin estadsticas para el ajuste de los datos de
frecuencia de crecidas; Gumbel inici la aplicacin de las
distribuciones extremales a la hidrologa de crecidas, con el tipo
EVI. Las funciones de distribucin actualmente ms utilizadas a nivel
internacional (WMO, 1989; Ferrer, 1992) son:
- Distribuciones de valores extremos: valores extremos
generalizados (GEV), incluyendo como casos particulares Gumbel
(EVI), Frechet (EII) y Weibull (EVIII), y valores extremos de dos
componentes (TCEV).
- Distribuciones basadas en la funcin Gamma de 2 3 parmetros en
el espacio real
o logartmico: Pearson tipo III (PIII), Log-Pearson III (LPIII) y
su caso particular lognormal de dos parmetros.
De entre los mtodos de estimacin de cuantiles a partir de las
series de mximos anuales, tres son los ms utilizados (Ferrer,
1992):
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3.Tcnicas de Gabinete
24
- Momentos (MOM) en el espacio real o logartmico (LMOM). Fcil de
usar, no utiliza de forma exhaustiva toda la informacin de la
muestra; es bueno por su menor sensibilidad ante elecciones
incorrectas del modelo de distribucin.
- Mxima Verosimilitud (ML). Habitualmente es el ms eficiente
(menor varianza en los
parmetros estimados), pero es muy sensible a la eleccin del
modelo de distribucin. - Momentos probabilsticamente ponderados
(PWM). Confiere mayor peso a los
mayores valores de la serie, resultando valores ms
conservadores. As pues, para cada una de las series de datos se
pueden calcular los cuantiles utilizando al menos nueve
combinaciones de funcin + mtodo:
- Funcin Valores Extremos Generalizados (GEV) + Estimador de
Momentos Ponderados (PWM).
- Funcin Valores Extremos Generalizados (GEV) + Estimador de
Momentos (MOM). - Funcin Valores Extremos Generalizados (GEV) +
Mxima Verosimilitud con sesgo fijo. - Funcin Valores Extremos
Generalizados (GEV) + Mxima verosimilitud (ML). - Funcin Gumbel +
Estimador de Momentos (MOM). - Funcin Gumbel + Estimador de
Momentos Ponderados (PWM). - Funcin Gumbel + Mxima Verosimilitud
(ML). - Funcin Log Pearson III (LPIII) + Mtodo unificado (valores
Log, LMOM). - Funcin SQRT-ETmax + Mxima Verosimilitud (ML).
De las diversas combinaciones posibles, tres son las ms
empleadas en la literatura especializada:
- GEV + PWM - LPIII+ LMOM - Valores extremos con dos componentes
(TCEV) + ML
El programa informtico LEYES (CEH, 1991) contiene las
combinaciones de tipos de distribuciones y mtodos de ajuste ms
utilizadas en este tipo de estudios, presuponiendo la utilizacin
nica de datos locales. ste ser el programa empleado en el presente
estudio para el anlisis estadstico de los datos de caudales mximos
(Figura 3.4).
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3.Tcnicas de Gabinete
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Figura 3.4. Esquema metodolgico de aplicacin del anlisis
estadstico de caudales mximos (anlisis de probabilidad y periodo de
ocurrencia), desde las fuentes de datos a los resultados
obtenidos.
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3.Tcnicas de Gabinete
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3.5. APLICACIN DE MODELOS HIDRULICOS PARA EL ANLISIS DE LA
INUNDABILIDAD
Para la modelizacin hidrulica del paso de caudales de crecida
por determinados cauces naturales se han empleado modelos de flujo
en rgimen gradualmente variado. Puntualmente se han empleado
modelos de rgimen uniforme, o hiptesis de caudales y alturas
crticas, fundamentalmente para la restitucin de caudales a partir
de marcas de nivel. En la Naturaleza, el flujo fluvial es variable,
variado, turbulento y tranquilo (a veces prximo a crtico). Un flujo
rpido es menos frecuente, pues altas velocidades conllevan mayores
porcentajes de erosin y transporte de sedimentos; ello implica
aumento en la rugosidad y profundidad, reduccin de las pendientes y
velocidades, lo que tiende a restaurar este flujo a tranquilo.
3.5.1. RGIMEN UNIFORME: ECUACIN DE MANNING El flujo uniforme tiene
lugar cuando la pendiente del lecho (S0) es igual a la pendiente de
friccin (Sf) y todos los dems trminos de la ecuacin de la
conservacin de la cantidad de movimiento se consideran
despreciables. En general, tambin se sobreentiende que adems el
flujo es permanente, con lo cual la lnea de energa, la superficie
de la lmina de agua y la solera son lneas paralelas. Considerando
esta simplificacin metodolgica, existen varias frmulas empricas que
permiten obtener las relaciones caudales-calados de forma biunvoca,
en funcin de parmetros tan simples como la rugosidad del lecho. La
ms conocida y profusamente utilizada es la ecuacin de Manning, o
mejor dicho de Manning-Strickler, que relaciona la velocidad con
parmetros morfomtricos y con un ndice de rugosidad tabulado para
los distintos materiales del lecho:
v = R2/3 S1/2 / n siendo: v, velocidad media de la corriente; R,
radio hidrulico (A/P); S, pendiente para la lnea de energa
(coincidente con la del lecho); n, coeficiente de rugosidad.
El nmero adimensional n , bsico en la estimacin de caudales (Q =
v A) o de calados a partir de stos, se encuentra tabulado para las
diferentes tipologas de lechos fluviales, segn su rugosidad y la
presencia de obstculos al flujo. En los cauces naturales tiene
valores prximos a 0,003, aunque en canales irregulares puede llegar
a duplicarse, existiendo ejemplos grficos de corrientes donde ha
sido calibrado. 3.5.2. RGIMEN GRADUALMENTE VARIADO: HEC-2 Y HEC-RAS
Si mantenemos la hiptesis metodolgica de un flujo permanente pero
con una variacin paulatina de la velocidad en el espacio, y por
tanto del calado al no modificarse el caudal, el rgimen recibe el
nombre de gradualmente variado, y en l se produce una distribucin
hidrosttica de las presiones. Los perfiles pueden analizarse
considerando rgimen supercrtico y subcrtico. Para la estimacin de
velocidades y calados se suele aplicar el denominado mtodo estndar
por etapas (Standard Step Method), que resuelve la ecuacin dinmica
del flujo gradualmente variado igualando la energa en dos secciones
consecutivas mediante un procedimiento cclico de aproximaciones
sucesivas. En esta resolucin se cuenta con herramientas informticas
como el programa de aplicacin HEC-2
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3.Tcnicas de Gabinete
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(Water Surface Profiles), desarrollado por B.S. Eichert en el
Hydrologic Engineering Center (USACE, 1982), que adems ofrece una
serie de posibilidades opcionales como el clculo simultneo de
varios perfiles, afluentes, bifurcaciones, etc. Una versin
actualizada y ampliada de este programa, disponible para entorno
Windows, es la aplicacin HEC-RAS (River Analysis System), que puede
manejar una red completa de canales, un sistema dendrtico, o una
localizacin singular en un ro; es capaz de modelizar perfiles en
rgimen subcrtico, supercrtico o mixto. Ambas han sido utilizadas en
el presente estudio para la modelizacin hidrulica de los caudales
en los cauces naturales o canales artificiales (Figura 3.5). 3.5.3.
CAUDALES Y PROFUNDIDADES CRTICAS Cuando el flujo pasa de tranquilo
a rpido o viceversa, la profundidad debe pasar por valores crticos
(yc), conocindose en el primer caso estos puntos como secciones de
control, y producindose un caracterstico resalto hidrulico en el
segundo de los casos. En tales situaciones puede estimarse el
caudal circulante utilizando una frmula derivada de la ecuacin de
Froude en condiciones de mnima energa (Daugherty et al., 1989), al
ser independiente del coeficiente de rugosidad del lecho:
Q = (A3 g / B) siendo: A, rea de la seccin transversal; B,
anchura de la lmina de agua en superficie; g, aceleracin debida a
la gravedad.
Esta tcnica ha sido empleada, entre otros, por Benito et al.
(1998) en la estimacin del caudal en diferentes represamientos del
barranco de Ars (Biescas) durante la trstemente famosa riada de
agosto de 1996. 3.6. SISTEMAS DE INFORMACIN GEOGRFICA 3.6.1.
TIPOLOGA Y CARACTERSTICAS DEL SISTEMA DE INFORMACIN
GEOGRFICA Un Sistema de Informacin Geogrfica (S.I.G.) es un
conjunto de herramientas para la adquisicin, almacenamiento,
anlisis y edicin de informacin espacial, que se estructura
internamente como un sistema gestor de bases de datos
georreferenciados. Estas cuatro funciones bsicas de los SIGs pueden
realizarse de forma manual o automtica (empleando mquinas como los
ordenadores), y utilizando informacin anloga a la realidad
(analgica) o codificada en forma de dgitos (digital), lo que nos da
lugar a los cuatro diferentes tipos de sistemas. Con objeto de
facilitar el manejo de la informacin, agilizar los clculos a
realizar en las operaciones de anlisis, y optimizar las salidas
grficas de los resultados, en este estudio se utilizar un sistema
de informacin geogrfica digital y automtico.
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3.Tcnicas de Gabinete
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Figura 3.5. Fuentes de datos en el desarrollo de modelos
hidrulicos para el anlisis de la inundabilidad en rgimen
gradualmente variado mediante HEC-2 HEC-RAS.
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3.Tcnicas de Gabinete
29
Adems, y en combinacin con lo anterior, existe la posibilidad de
concebir la realidad espacial desde dos modalidades o modelos de
datos: vectorial, basada en elementos como los puntos, lneas o
polgonos; y matricial, dividiendo el espacio en una retcula formada
por celdillas o teselas (picture elemen