AGUAS SUPERFICIALES FLUVIALES.

Licencia Creative Commons Atribución 4.0 Internacional

Víctor Manuel Vázquez Manzanares

Grado en Ciencias Ambientales, Facultad de Ciencias, Universidad de Málaga

(vazquez@uma.es)

1.       CONDICIONES DE FLUJO EN LA NATURALEZA: LAMINAR Y TURBULENTO.

2.       REGÍMENES FLUVIALES: PLUVIAL Y NIVAL.

3.       CUENCA HIDROGRÁFICA: MEDIDA DEL CAUDAL.

4.       ANÁLISIS DE CAUDALES CLASIFICADOS.

5.       HIDROGRAMA DE UN RÍO: CONCEPTO, PARTES Y TIEMPOS CARACTERÍSTICOS. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL HIDROGRAMA. INTERPRETACIÓN CUALITATIVA.

6.       BALANCE DE AGUA EN CUENCAS HIDROGRÁFICAS DE RÍOS.

7.       AGUAS SUPERFICIALES Y DMA.

1. CONDICIONES DE FLUJO EN LA NATURALEZA: LAMINAR Y TURBULENTO.

Condiciones de flujo: laminar y turbulento (éste es más frecuente en la naturaleza).

·        En un flujo laminar el fluido se mueve según líneas de corriente paralelas, sin entremezclarse. El flujo laminar es típico de fluidos a velocidades bajas o viscosidades altas. El número de Reynolds (R) es inferior a 2100.

·        En el flujo turbulento las partículas se mueven sin seguir un orden establecido, en trayectorias irregulares completamente erráticas (remolinos). Ocurre en fluidos de viscosidad baja, velocidad alta o grandes caudales suelen ser turbulentos. Valores de R > 3000-4000.

2. RÉGIMEN FLUVIAL: PLUVIAL Y NIVAL.

Es la variación del caudal de un río que, en promedio, lleva a lo largo de un año. Depende de varios factores fundamentales:

• Clima: precipitación y evaporación.
• Vegetación: intercepción y transpiración.
• Características morfométricas: forma, superficie y pendiente de la cuenca.
• Características geológicas e hidrogeológicas: capacidad de infiltración, almacenamiento.

3. CUENCA HIDROGRÁFICA: MEDIDA DEL CAUDAL.

·        Cuenca hidrográfica: superficie total drenada por un río y sus afluentes Queda definida topográficamente por la línea de crestas (divisoria de aguas superficiales).

·        Red hidrográfica: conjunto cursos naturales de agua, permanentes o estacionales, por donde discurren las aguas de escorrentía.

3.1. MEDIDA DEL CAUDAL EN CUENCAS HIDROGRÁFICAS (CAUDAL DE UN RÍO).

• El caudal se mide normalmente en estaciones de aforo.
• Se mide la altura de lámina de agua del río y mediante una curva de gasto (equivalencia entre altura y caudal) se establecen las variaciones de caudal a lo largo del tiempo que constituyen el hidrograma.
• El caudal es la suma de aportaciones de aguas superficiales (escorrentía) y aguas subterráneas (infiltración).

4. ANÁLISIS DE CAUDALES CLASIFICADOS.

Para realizar la curva de caudales clasificados se necesita una serie histórica de datos (preferentemente diarios) de caudal. Estos datos se ordenan de mayor a menor y, a continuación, se representan en una gráfica: los caudales en el eje de ordenadas y en abscisas el número de días que el río ha llevado un caudal igual o superior al indicado en ordenadas.

Si en el eje de abscisas se divide el número de días por 365 (y se multiplica por 100) se obtiene la probabilidad (porcentaje) de que el río presente un caudal igual o superior al indicado en ordenadas.

4.1. ANÁLISIS DE CAUDALES CLASIFICADOS.

La curva sirve para conocer la regularidad del caudal de un río o, dicho de otra forma, el tiempo de permanencia de un determinado caudal. Así, cuando la curva presenta tramos rectos indica que ese caudal ha permanecido mucho tiempo.

En la curva de caudales clasificados se pueden diferenciar distintos parámetros:

·         QC: caudal máximo.

·         QMC: caudal igualado o superado en 10 días al año.

·         Q90: caudal igualado o superado en 90 días al año.

·         QS: caudal semipermanente (caudal igualado o superado en la mitad del año).

·         Qmc: caudal igualado o superado todo el año menos en 10 días.

·         Qc: caudal mínimo.

5. HIDROGRAMA.

El caudal varía con el tiempo (a lo largo de los meses y/o años) y en el espacio. El hidrograma consiste en la representación gráfica de los caudales (en ordenadas) en función del tiempo (en abscisas). Q=f(t)

5.1. PARTES DEL HIDROGRAMA.

·        Curva de ascenso, crecida o concentración: parte del hidrograma que presenta pendiente positiva, desde que se registra el evento pluviométrico hasta el máximo de caudal. Su forma depende de la duración y uniformidad espacio-temporal de las precipitaciones, de la topografía de la cuenca, de las condiciones de humedad del suelo y de la vegetación.

·        Máximo, punta o pico de flujo: valor más alto del caudal para una crecida.

·        Curva de descenso o de decrecida: tramo de la función con pendiente negativa. Traduce la circulación del agua de la cuenca después del cese de la lluvia. Comprende desde el máximo hasta que los efectos de la crecida ya no son percibidos. Depende de las características físicas de la red hidrográfica y, sobre todo, de la superficie.

·        Curva de agotamiento: tramo de menor pendiente del hidrograma donde no quedan reflejados efectos de la crecida. Es el caudal de base procedente de los aportes subterráneos. Es importante para conocer la capacidad de almacenamiento de una cuenca.

5.2. RELACIÓN ENTRE EL HIDROGRAMA Y SU CORRESPONDIENTE HIETOGRAMA.

Permite diferenciar una serie de tiempos característicos:

·        Tiempo de crecida: tiempo que transcurre desde el comienzo de la crecida hasta la punta.

·        Tiempo de respuesta: tiempo transcurrido desde el centro de gravedad del hietograma hasta la punta del hidrograma. Representa el retraso de la escorrentía.

·        Tiempo de base: desde el comienzo de la crecida hasta el final de la escorrentía directa o el comienzo del agotamiento.

·        Tiempo de concentración: desde el final de la lluvia hasta el final de la escorrentía directa o comienzo del agotamiento. Representa el tiempo que tarda en llegar a la estación de aforo la última gota de lluvia caída en el extremo de la cuenca y que circula por escorrentía directa.

5.3. LA FORMA DEL HIDROGRAMA.

Los caudales del río que eran decrecientes llegan a un punto en que, como consecuencia de la lluvia, empiezan a crecer hasta un máximo según una curva llamada de concentración. La curva de concentración es debida a la creciente acumulación de escorrentía, fundamentalmente escorrentía superficial. Pasada la punta comienza una curva de descenso debido a la disminución de la escorrentía superficial. Cuando todo el caudal es debido a la escorrentía subterránea, se le llama curva de agotamiento. Se llama tiempo de crecida al tiempo transcurrido desde el comienzo del ascenso hasta la punta. Tiempo de respuesta o “lag” es el transcurrido desde el centro de gravedad del yetograma hasta la punta y representa el retraso de la escorrentía.

Se llama tiempo base del hidrograma al que transcurre entre el comienzo de la crecida y el final de la escorrentía directa y tiempo de concentración al que va desde el final de la lluvia neta y el final de la escorrentía directa y tiempo de concentración.

5.4. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FORMA DEL HIDROGRAMA.

Factores climáticos:

·         Tipo de precipitación: la lluvia produce un hidrograma más estrecho y puntiagudo (menor tiempo de respuesta) que las precipitaciones en forma de nieve.

·         Intensidad de la lluvia: si es mayor que la capacidad de infiltración de los suelos entonces se produce escorrentía (puntas más elevadas del hidrograma).

·         Distribución de la lluvia en la cuenca: si cae homogéneamente en toda la cuenca, la punta del hidrograma será menor y más ancho (el tiempo de base será mayor) que si el aguacero cae de forma concentrada en una subcuenca.

·         Dirección del movimiento del frente lluvioso (especialmente en cuencas alargadas): si el frente va en el mismo sentido que la corriente, aumenta el caudal; en caso contrario se lamina la crecida.

·         Antecedentes: influyen sobre la humedad del suelo al inicio de las lluvias.

Factores fisiográficos:

·        Tipo de suelo: cuanto mayor sea la permeabilidad, mayor laminación de la crecida.

·        Uso del suelo: si hay vegetación, la capacidad de intercepción y de evapotranspiración aumentan en detrimento del caudal del hidrograma. Si el suelo está desnudo de vegetación, el agua circula de forma más rápida, produce arrastres y se produce un caudal virtual mayor que el real debido al efecto del caudal sólido.

·        Litología: permeabilidad, grado de fracturación y alteración de las rocas

·        Área de la cuenca: las cuencas de gran área experimentan unas avenidas menos pronunciadas (caudales más regulares) que ocurre las cuencas pequeñas.

·        Pendiente de la cuenca: si la pendiente es pronunciada, el agua desciende rápidamente por lo que la punta del hidrograma será más elevada. Influye en el tiempo de concentración.

·        Red de drenaje: un buen drenaje aumenta los caudales punta, las aguas se evacúan más rápidamente y, consecuentemente, disminuye el tiempo de concentración.

5.5. DESCOMPOSICIÓN DEL HIDROGRAMA.

En las estaciones de aforo se miden caudales que incluyen todos los componentes de la escorrentía. Sin embargo, en ocasiones interesa llevar a cabo una descomposición del hidrograma.

Hay fórmulas muy completas que permiten realizar cálculos aparentemente precisos, pero los resultados son bastante similares a los que se obtienen mediante métodos gráficos y, a menudo, no justifican dichos cálculos.

6. APORTACIONES / BALANCES DE CUENCAS HIDROGRÁFICAS.

A partir de los hidrogramas se determina la aportación de las cuencas hidrográficas: “cantidad de agua aportada en un determinado periodo de tiempo”

Recursos hídricos de una cuenca:

Se refiere a un caudal de agua (volumen por unidad de tiempo). Normalmente se expresa en hm3/año.

Caudal de agua que puede disponerse permanentemente o por lo menos durante un largo periodo de tiempo (decenas de años).

Los recursos renovables se definen como la cantidad de agua que drena la cuenca en un cierto intervalo de tiempo, procedente tanto de aguas superficiales como subterráneas. Corresponde a la lluvia útil.

Precipitación = ETR + Lluvia útil ± Reserva

Lluvia útil = Infiltración + Escorrentía = Recursos hídricos

7. DIRECTIVA MARCO EUROPEA (DMA) Y AGUAS SUPERFICIALES.

La Directiva Marco del Agua constituye una nueva normativa para lograr la protección, tanto cualitativa como cuantitativa, de todas las aguas comunitarias, con objeto de prevenir o reducir su contaminación, promover su uso sostenible, proteger el medio ambiente, mejorar el estado de los ecosistemas acuáticos y atenuar los efectos de las inundaciones y las sequías.

En ella se incorporan los principios fundamentales de la gestión moderna de los recursos hídricos y, por primera vez, se abordan de forma conjunta todas las aguas: las aguas superficiales continentales, las aguas de transición, las aguas costeras y las aguas subterráneas.

Objetivo fundamental: Alcanzar el buen estado de todas las aguas en el año 2015, para lo que establecen como herramientas básicas la planificación hidrológica, la gestión por cuencas hidrográficas, los análisis económicos y la participación pública.

La DMA establece la Demarcación Hidrográfica como principal unidad de gestión de cuencas hidrográficas y la define como “la zona marina y terrestre compuesta por una o varias cuencas hidrográficas vecinas y las aguas subterráneas y costeras asociadas”. La Cuenca Hidrográfica es “la superficie de terreno cuya escorrentía superficial fluye, en su totalidad, a través de una serie de corrientes, ríos (y, eventualmente, lagos) hacia el mar, por una única desembocadura, estuario o delta”.

DIRECTIVA MARCO EUROPEA (DMA) Y AGUAS SUPERFICIALES.

Toda la gestión de las demarcaciones hidrográficas se centra en las masas de agua, ya que en ellas se concreta el cumplimiento de los objetivos medioambientales y se aplican las medidas necesarias para alcanzar dichos objetivos.

La DMA utiliza la terminología “masa de agua superficial” para referirse a una parte diferenciada y significativa de aguas continentales:

·        Río (aguas corrientes).

·        Lago (aguas quietas).

·        De transición (próximas a la desembocadura, parcialmente salinas, con influencia de flujos de agua dulce).

·        Artificial (acumulaciones de agua creadas por la actividad humana).

·        Muy modificada (aguas alteradas por la actividad humana hasta experimentar, por ello, cambios sustanciales en sus características).