0253-B2

Estudio de la Ribera de Bensafrim (El Algarve, Portugal)

José Luís García Rodríguez ¹ , Enrique Onrubia Sobrino ²

Resumen

El presente artículo es una sinopsis del proyecto de restauración hidrológico - forestal realizado en la cuenca de la ribera de Bensafrim, situada al sur de Portugal, dentro del concelho de Lagos, en la región de El Algarve.

En este proyecto, se realizó en primer lugar un estudio del medio que permitiese el posterior análisis de los apartados comunes a este tipo de trabajos, esto es, estimación de la escorrentía y los caudales punta asociados a un evento de precipitación con un determinado período de retorno y un estudio de la erosión en la cuenca. Aparte de estos apartados propios, también se realizó una simulación hidráulica en dos tramos del río para evaluar la viabilidad de dos puentes frente a avenidas de cierta intensidad.

La precipitación neta fue estimada mediante el método del número de curva desarrollado por el Soil Conservation Service (SCS) de los EE.UU., y para el cálculo de caudales se utilizó el método del hidrograma unitario del SCS.

Para el análisis de estos apartados se utlilizó el apoyo de diversos soportes informáticos, como son los sistemas de información geográfica, en este caso ArcView 3.1, el simulador hidrológico HEC-HMS 2.1 (Hydrologic Engineering Center - Hydrologic Modeling System) y el sistema para el análisis de ríos HEC - RAS 3.0 (HEC - River Analysis System).

Por último, y con base a los resultados obtenidos, se concluye con las soluciones propuestas a los problemas existentes.

Introducción

Como en cualquier estudio que se encuentre ubicado en un entorno natural, el primer paso que debe realizarse es una detallada descripción del medio, ya que a partir de ésta se obtendrán los datos básicos para su utilización en posteriores análisis. Por este motivo, se resume a continuación parte de esta descripción a la que se hará referencia en apartados posteriores.

La cuenca objeto de estudio se encuentra situada en la región portuguesa de El Algarve, al sur del país. Atendiendo a la división administrativa pertenece al distrito de Faro y dentro de éste al concelho de Lagos.

Limita al norte con la Serra de Espinhaço de Cao, donde se encuentra la cabecera de la cuenca, siendo su límite altitudinal 240 m, y al Sur con la ciudad de Lagos, casi al nivel del mar, en donde vierte sus aguas al océano atlántico. Al este se encuentra la cuenca del Odiáxere, que abastece al embalse de Bravura, y al Oeste la cuenca de la ribera de vale Barao.

Se ha dividido la cuenca en tres unidades hidrológicas, las cuales se representan en el Mapa de Subcuencas de la Figura 1. La subcuenca 1 pertenece al tramo alto del río Bensafrim, antes de su confluencia con el río Sobrosa, el cual forma la subcuenca 2. La subcuenca 3 es el tramo bajo del río Bensafrim, caracterizada por las bajas pendientes de su relieve. Los datos de superficie y perímetro correspondientes para cada una de ellas se expone en la Tabla 1.

En general el relieve es muy poco accidentado, lo que propicia que las pendientes no sean muy elevadas, de forma que el valor medio es inferior al 10 %. Debido a su proximidad al mar, la altitud media de la cuenca es de 78,91 m.

La red de drenaje, debido al entorno mediterráneo en el que se sitúa la zona, está compuesta por arroyos esporádicos de tipo rambla, que suelen estar secos parte del año, sobre todo en el período de sequía estival. Debido al suave relieve, los tiempos de concentración que se presentan son algo elevados, habiéndose calculado éstos por la fórmula de Kirpich o de California.

El estudio edafológico de la zona muestra una alta diversificación de suelos. Así, para la cuenca en concreto nos encontramos con 20 tipos diferentes, atendiendo únicamente a la jerarquía de Familia dentro de la clasificación portuguesa de suelos. En su mayoría son suelos mediterráneos pardos de tipo arcilloso con poca saturación y suelos mediterráneos rojos calcáreos. En las zonas de ribera abundan los suelos de tipo aluvial.

Los datos meteorológicos que se utilizarán para el estudio del clima son los correspondientes a la estación del Pantano de Bravura, situada en una cuenca colindante y de características similares en cuanto a las condiciones ambientales. La temperatura media es de 17,1 ºC, siendo las heladas casi inexistentes y las temperaturas de verano algo elevadas, rozando los 40 ºC en ocasiones. La precipitación anual suma los 684 mm de media, siendo su distribución muy irregular a lo largo del año, como es típico en regiones mediterráneas, por lo que se observa una marcada sequía durante el estío y dos picos de precipitaciones en la primavera y el otoño. El clima de la cuenca se puede denominar como de Termomediterráneo Subhúmedo según la clasificación de Rivas - Martínez.

La vegetación potencial está formada por bosques y matorrales esclerófilos y perennifolios mediterráneos, así como reliquias eurosiberianas meridionales. Las especies arbóreas dominantes son el alcornoque (Quercus suber) y el acebuche (Olea europaea), y el matorral está compuesto por madroños (Arbutus unedo), labiérnago (Phillyrea angustifolia), mirto (Myrtus communis) y otras especies termófilas siempreverdes, siendo sustituidas éstas en entornos degradados por jarales (Cistus sp.) y brezales (Erica sp.). En un estado más avanzado de degradación aparecen pastizales de anuales.

La distribución de usos actuales del suelo se muestran en la Figura 2, dónde se han indicado en forma de gráfico de sectores los porcentajes de superficie que ocupan cada una de ellas.

Como se puede comprobar, se han realizado repoblaciones de eucalipto y pinar, siendo éstas últimas de pino piñonero (Pinus pinea) en su mayoría. Son también muy abundantes los cultivos leñosos y la superficie de matorral y eriales, siendo estos dos últimos resultado en numerosas ocasiones de los frecuentes incendios que se producen en la zona.

En cuanto a las características socioeconómicas de la zona, se puede decir a grandes rasgos que se produjo a finales de la década de los setenta y principios de los ochenta un proceso de emigración hacia los grades núcleos turísticos de la zona. Esto ha implicado un abandono significativo del medio rural. El sector terciario es el más potente en la economía, debido al turismo cercano de la costa. El sector primario ha sido relegado al último puesto en cuanto a importancia económica.

Metodología y resultados.

Para la realización del trabajo se facilitó cartografía digital, de tal forma que se disponía de la topografía del terreno con curvas de nivel a una equidistancia de 10 metros, un mapa de suelos y otro de vegetación, fruto del inventario realizado por la empresa Geoterra en la región, que también estaban en formato digital. A partir de ésta información se elaboraron nuevos mapas con la ayuda del sistema de información geográfica (S.I.G.) ArcView 3.1.

A parte del S.I.G. mencionado anteriormente se utilizaron el simulador hidrológico HEC-HMS 2.1 (Hydrologic Engineering Center - Hydrologic Modeling System) y el sistema para el análisis de ríos HEC - RAS 3.0 (HEC - River Analysis System).

Del tratamiento de la capa de topografía facilitada, resultó un modelo digital de elevaciones. Para ello se tuvieron que manejar las extensiones de tratamiento ráster (Spatial Analyst) y espacial (3D Analyst) de ArcView 3.1. El primer paso fue producir una red irregular de puntos o T.I.N. (Triangulated Irregular Network) la cual dio lugar al modelo digital antes mencionado, y a la obtención de un mapa de pendientes obtenido tras el segundo paso. La obtención del mapa de pendientes se justifica por su posterior aplicación en la estimación de la erosión y de los tiempos de concentración. En la Figura 3 se muestra una imagen tridimensional de la cuenta obtenida a partir del T.I.N.

El cálculo de precipitaciones máximas, al no disponerse de datos de pluviógrafos, tuvieron que ser tratados estadísticamente. Para ello se eligió una distribución tipo Gumbel, obteniéndose los resultados que aparecen en la Tabla 3. Los datos para precipitaciones menores a 24 horas se obtuvieron aplicando la fórmula de Témez.

Para el cálculo de la escorrentía, se empleó el método del Número de Curva, desarrollado por el S.C.S., debido a sus buenos resultados en cuencas de ámbito rural y a su extendido uso en general. Para ello se entrelazó con ArcView 3.1 el mapa de usos del suelo obtenido a partir del mapa de inventario de vegetación, con el de suelos, consiguiendo así un mapa fitolitológico en el que a cada tipo de tesela se le ha asignado un valor de número de curva y por lo tanto un dato de precipitación neta. El número de curva medio para la primera subcuenca es de 70, mientras que para las otras dos es de 74 y 82 respectivamente.

Con estos datos se pasó a efectuar el cálculo de caudales máximos asociados a una tormenta con un determinado período de retorno. El método utilizado para este fin fue el del hidrograma unitario del S.C.S., incluido dentro de los modelos que pueden utilizarse dentro del programa HEC - HMS 2.1. Al estar la cuenca compuesta por tres subcuencas, se utilizó el método de Muskingum - Cunge para conducir el agua desde de la unión de las dos primeras hasta la salida. El esquema introducido para los cálculos se muestra en la Figura 4, y en la figura 5 se muestra la suma del hidrograma que pertenece a la subcuenca 3 y el conducido a partir de la suma de las otras dos subcuencas hasta el punto de desagüe de la cuenca, para un período de retorno de 50 años. El caudal punta de este hidrograma suma sería el correspondiente al total de la cuenca para el evento simulado.

Un resumen de los caudales para los diferentes períodos de retorno y un yetograma de 6 horas se muestra en la Tabla 4.

Como se puede comprobar a partir de los datos obtenidos, los caudales punta son, para la superficie que nos atañe, de cierta importancia. Por ello, y después de haber realizado una visita a la zona de estudio, se pensó en experimentar el efecto de estas tormentas sobre dos pasos de carretera sobre el río Bensafrim. Se utilizó para tal motivo el programa HEC - RAS 3.0, en el que introduciendo unas secciones transversales del cauce y modelizando dichos puentes entre las secciones correspondientes, se puede simular el perfil de la lámina de agua producida por los caudales calculados con HEC - HMS.

El programa supone un movimiento estacionario unidimensional, y los cálculos están basados en la solución de la ecuación de la conservación de la energía y en la ecuación de la variación de movimiento.

Los puentes estaban situados en la subcuenca 3, cerca de la unión de las subcuencas 1 y 2, por lo que para el simulacro se usaron los caudales conseguidos a partir de la suma de las dos primeras subcuencas y para los períodos de retorno que se muestran en la Tabla 5.

Los números de Manning que se introdujeron para el parámetro de la rugosidad fueron de 0,035 para el lecho y de 0,05 para las márgenes. La pendiente de energía se estimó en 0,017 m/m.

En la figura 6 se exponen los resultados según un perfil longitudinal y para los tres caudales de cálculo. En la figura 7 se muestran los perfiles transversales aguas arriba de los puentes con los perfiles de la lámina de agua. Se puede comprobar en ambas ilustraciones que las infraestructuras son insuficientes para soportar determinadas avenidas extraordinarias, especialmente en el segundo puente.

Por último, y regresando al ámbito de aplicación de los S.I.G., en el presente estudio también se realizó una estimación de la erosión en la cuenca mediante el modelo U.S.L.E. (Universal Soil Erosion Equation) desarrollada por el U.S.D.A. (United States Department of Agriculture). La aplicación de esta metodología mediante S.I.G. de forma eficiente implica dividir la cuenca en cuadrículas mediante capas ráster y determinar los parámetros que intervienen en el modelo en cada cuadrícula. La expresión general del modelo U.S.L.E. es la siguiente:

Donde:

A son las pérdidas de suelo en
R es el índice de erosión pluvial
K, el factor de erosionabilidad del suelo
(LS), el factor topográfico
C, el factor cultivos y/o vegetación,
P, el factor de prácticas de conservación de suelos.

El factor K se obtiene a partir del mapa de suelos, el L·S con el mapa de pendientes y el factor C y P con la capa de vegetación y usos del suelo. La erosión en la cuenca, exceptuando algunas zonas con mayor pendiente y escasa cobertura de vegetación, se puede calificar como baja. A partir de los parámetros de la U.S.L.E. se realizó también una ordenación agrohidrológica de la cuenca y se aplicó la M.U.S.L.E., modificación de la ecuación anterior, formulada para la evaluación de las pérdidas de suelo ocasionadas por una tormenta con un determinado período de retorno.

Discusión

En este artículo se ha querido poner de manifiesto la importancia del uso de las aplicaciones informáticas dentro de los estudios o proyectos que afectan al medio natural, tal y como pueda ser una restauración hidrológico - forestal.

Es incuestionable el avance, en cuanto a eficacia del análisis, relativo a parámetros topográficos, gracias a los modelos digitales del terreno realizados mediante sistemas de información geográfica, aumentando la precisión y rapidez de proceso, por ejemplo en la realización de temas como puedan ser los mapas de pendientes, de orientaciones e incluso, si llegase el caso, de la demarcación de la red de drenaje que circula por una cuenca.

En el presente proyecto, además de los mencionados en el apartado anterior, también se realizaron otros mapas, ya con tecnología vectorial, interseccionando mapas y bases de datos asociadas a estas. Por ejemplo se puede citar la obtención del mapa fitolitológico.

Por último comentar también la posibilidad de los programas de simulación HEC - HMS y HEC - RAS de complementarse con información procedente de los S.I.G., que en el caso de ArcView es patente por la utilización de las extensiones HEC - GeoHMS y HEC - GeoRAS.

El cálculo de caudales mediante métodos sintéticos como pueda ser el hidrograma unitario del SCS es utilizado de forma habitual, y herramientas como HEC - HMS facilitan el procedimiento en alto grado. En el caso de que dividamos en subcuencas la totalidad del área de drenaje hace que la complejidad de los cálculos, debido a la obligación de conducir los hidrogramas, sea mayor, por lo que el uso de estas herramientas está todavía más justificada. Si bien es verdad que los modelos agregados, como HEC - HMS, son de gran utilidad, cada vez tiene mayor profusión la utilización de modelos distribuidos, los cuáles poseen un mayor número de ventajas, ya que mediante éstos se podría calcular el hidrograma en cualquier punto de la cuenca y no sólo en los puntos de salida de las distintas subcuencas, teniendo también mayor precisión debido a que la escorrentía es calculada en cada celdilla que compone la cuenca y no como una ponderación de los valores de las distintas teselas de ésta.

Los modelos de simulación de avenidas en ríos y canales, aunque no son primordiales dentro de los proyectos de restauración de cuencas, si que pueden ser de aplicación en casos puntuales como el comentado en el apartado anterior. También son susceptibles de aplicación, por ejemplo, en la definición del cálculo del dominio público hidráulico o zonas de policía de las riberas de los ríos.

Conclusiones

Para terminar, se puede concluir que en el futuro será cada vez mayor la importancia del uso de aplicaciones informáticas en la hidrología y otras ciencias de la naturaleza, haciendo uso incluso de herramientas no exclusivas de este entorno profesional.

La aplicación de S.I.G. no termina en la realización del proyecto, ya que cualquier modificación en un futuro del mismo podrá ser ejecutada de forma muy sencilla. Además es de gran utilidad como consulta de datos georreferenciados, por lo que en las distintas obras que pueden desprenderse del proyecto, el replanteo será mucho más sencillo.

Además, la evolución de nuevas aplicaciones en el campo de los modelos digitales, con tamaños de celda cada vez más pequeños y un rápido avance de métodos fotograméticos, topográficos y de tratamientos de imágenes de satélite, ofrecen cada vez más una mayor precisión en temas relacionados con la morfología del terreno, por lo que su utilización goza cada día de mayor número de usuarios.

Los simuladores en hidrología son ya una herramienta de trabajo en multitud de oficinas de ingeniería en diversos campos. El desarrollo de nuevos modelos de tipo distribuido e incluso contínuo en relación al tiempo serán de gran utilidad, no sólo para tener un control sobre posibles caudales máximos y avenidas, sino en temas relacionados con la dinámica de caudales en ríos a lo largo del año y su incidencia en ecosistemas fluvial y de ribera.

Por lo tanto, la combinación de todas estas herramientas es fundamental para mejorar los distintos estudios del medio, en los que tantas veces este tipo de datos no son los objetivos finales, sino sólo herramientas para cumplirlos, pero que de su precisión pueden resultar unas conclusiones correctas o no.

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¹ Doctor Ingeniero de Montes. Profesor Titular
Dirección: E.T.S. Ingenieros de Montes (Universidad Politécnica de Madrid).
U.D. Hidráulica e Hidrología
Ciudad Universitaria s/n 28040 MADRID
Tel: +34 91 336 63 94
e-mail: [email protected]

² Ingeniero de Montes
Dirección: E.T.S. Ingenieros de Montes (Universidad Politécnica de Madrid).
U.D. Hidráulica e Hidrología
Ciudad Universitaria s/n 28040 MADRID
Tel: +34 91 336 63 94
e-mail: [email protected]