Sedimentación de embalses ¿un tema de poco interés?

“Los procesos de erosión y sedimentación y la gestión de cuencas en sistemas fluviales y cuerpos de agua son importantes a escala mundial desde un punto de vista social, económico y ambiental. Se estima que en las próximas décadas más del 50% de la capacidad de almacenamiento de los embalses de agua del mundo puede verse reducida como producto de los procesos de sedimentación y, por tanto, las prácticas de gestión de los sedimentos deberían ser mejoradas.”

Programa ISI (Iniciativa Internacional de Sedimentos)

Fase 2002-2008 del Programa Hidrológico Internacional de la UNESCO

INTRODUCCIÓN

El tema de la sedimentación de embalses ha sido tratado sólo en tres ocasiones en los Congresos Internacionales de ICOLD, y cada treinta años aproximadamente (1.951, 1.982 y 2.009). Y en las Jornadas Españolas de Presas se ha tratado tan sólo en dos ocasiones, en 1.996 y en 2.010. No es un tema que despierte excesivo interés, al igual que el tema del mantenimiento de las presas, pero no por eso dejan de ser temas de gran importancia.

Los sedimentos no suelen ser un problema, por ejemplo, en la Sierra de Madrid en los embalses gestionados por el Canal de Isabel II, cuyas cuencas vertientes son mayoritariamente graníticas. Sin embargo, en cuencas como la del Guadalquivir la erosión sí que puede llegar a ser un problema. Según la Confederación Hidrográfica del Guadalquivir algunas zonas de la cuenca (cultivos intensivos de olivares,…) presentan tasas de erosión de hasta 80 toneladas de suelo por hectárea al año.

En consecuencia, algunos embalses de España están llenos, pero de sedimentos, por ejemplo el embalse de Cordobilla, el de Doña Aldonza y el de Pedro Martín en la cuenca del Guadalquivir. En la cuenca del Segura el embalse de Valdeinfierno tiene 35 metros de espesor de sedimentos. Y en la cuenca del Ebro el embalse de Mequinenza puede haber perdido más de un 13% de su capacidad, es decir, más de 200 hm3 de agua.

Uno de los principales retos ambientales en la gestión de los embalses de España lo constituye la interrupción del transporte de sedimentos, además de la alteración de los regímenes de caudales, la eutrofización, la introducción de especies exóticas, etc.

En este post se describen los efectos de la sedimentación en los embalses, destacando la pérdida de capacidad de los embalses en España y haciendo hincapié en la necesidad de llevar un seguimiento de la colmatación en los mismos. También se definen los dos enfoques de la gestión de los sedimentos, es decir, preventivo y correctivo, para terminar con unas conclusiones y unas referencias bibliográficas de interés.

EFECTOS DE LA SEDIMENTACIÓN DE EMBALSES

En ocasiones, y ya desde la fase de diseño, numerosos proyectos de obras hidráulicas no han contemplado la producción y movilización de sedimentos en las cuencas, lo cual lleva a adoptar diseños inadecuados para los efectos de la sedimentación en embalses, especialmente en cuencas con altas tasas de erosión.

Entre los efectos de la colmatación en los embalses se pueden destacar:

1) La pérdida de capacidad de almacenamiento de agua. Al cabo de los años se puede llegar a reducir de forma importante la capacidad de los embalses.

2) La retención de sedimentos en los embalses puede generar problemas de estabilidad de las estructuras hidráulicas situadas aguas abajo. De esta forma, se pueden producir fenómenos de incisión del cauce y problemas de erosión localizada (pilas de puentes, etc.) aguas abajo de los embalses.

3) Desde el punto de vista ecológico la retención de sedimentos supone además una modificación del transporte de nutrientes y de materia orgánica.

4) La regresión de deltas. El curso del río se resiente hasta el mismo estuario, donde algunos deltas, como el del Ebro, están en retroceso por la falta de aporte de sedimentos.

5) La alteración de la pendiente longitudinal del cauce.

6) La limitación del uso recreativo de los embalses.

7) La propensión a la eutrofia, etc.

EROSIÓN Y PÉRDIDA DE CAPACIDAD DE EMBALSE POR ATERRAMIENTO

Según el Inventario de Presas Españolas de 1.991 la superficie total de los embalses ocupaba unos 2.800 km2 y el volumen de embalses era de 54.600 hm3. Según datos publicados en el Libro Blanco del Agua en España (2.000) el volumen total de almacenamiento asciende a 56.000 hm3.

Hasta el momento en España se ha evaluado la pérdida de capacidad por sedimentación de algo más de un centenar de embalses cuyas cuencas aportadoras suman 220.200 km2 lo que supone aproximadamente el 45% del área total del país (505.956 km2).Estos datos son una actualización de los presentados por Avendaño et al. (1.997) y Avendaño (2.002), según Cobo (2.008).

Una forma de obtener el volumen de sedimentos acumulados en un periodo de tiempo es por diferencia entre el volumen del embalse al inicio del periodo y el volumen al final del mismo.

El volumen de embalse se puede calcular combinando trabajos de fotogrametría y de batimetría que permiten obtener un plano de curvas de nivel del vaso del embalse y a partir del mismo, la cubicación.

Haciendo uso de los datos de Cobo, R. 2008 (los sedimentos de los embalses españoles) que se refieren a 109 embalses españoles y que representan un volumen de 17.000 hm3 sobre una capacidad total de 56.000 hm3 actualmente existente, se obtiene la gráfica siguiente:

Gráfico sedimentos en embalses de la cuencas hidrográficas españolas

Capacidad inicial de embalses, volúmenes de aterramiento estimados en 2.003 y previstos para 2.025 y 2.050 en diferentes cuencas hidrográficas. Fuente Cobo, R. 2.008, los sedimentos de los embalses españoles

Sobre un total de 51.653 hm3 y según la estimación de 2.003 se habrían perdido 4.335 hm3, y según la previsión de 2.025 se habrían perdido 6.385 hm3 por acumulación de sedimentos. Es decir, que en 22 años el volumen acumulado se sedimentos sería de 2.050 hm3, lo que supone una tasa de aterramiento de 93 hm3/año. Y para el periodo 2.025 -2.050, como según la previsión de 2.050 se habría perdido un volumen de 8.843 hm3, el volumen de sedimentos acumulado en esos 25 años sería 2.458 hm3, es decir una tasa de aterramiento de 98 hm3/año.

Obsérvese como según las previsiones, el volumen de sedimentos se duplicará para 2.050, con respecto al volumen de sedimentos estimado en 2.003, es decir, en 47 años.

Para realizar la previsión a futuro se ha supuesto que los aportes de sedimentos se van a mantener a lo largo de este periodo, que los embalses estudiados son representativos de la cuenca y que el régimen de explotación de los embalses no va a variar significativamente.

La posible disminución de aportes hídricos, y el menor aporte de sedimentos, como consecuencia del cambio climático, puede verse compensada por la mayor intensidad de los procesos.

SEGUIMIENTO DE LA COLMATACIÓN DE EMBALSES

Se trata de llevar a cabo una labor de control y seguimiento de la evolución de los sedimentos en los embalses. Por defecto, podría establecerse un control del volumen de sedimentos almacenado en un embalse cada diez años, así como controles después de crecidas extraordinarias, que es cuando se producen aportaciones significativas de sedimentos.

Los resultados de estos controles servirían para analizar las desviaciones respecto a lo previsto en la fase de proyecto, para alimentar modelos y obtener previsiones más precisas sobre el grado y la tasa de colmatación. También servirían para adoptar las medidas correctoras más adecuadas.

En Estados Unidos, y bajo criterios estrictamente económicos, se considera que hay que iniciar actuaciones de control sobre la colmatación de embalses, cuando la pérdida de capacidad de embalse supera el 15% de la original, y hay que adoptar medidas correctoras cuando se supera el 40%. Cabe señalar que la colmatación es uno de los posibles motivos de la no renovación de la concesión de explotación de un embalse en Estados Unidos.

En la Unión Europea, países como Italia, con una importante problemática en cuanto a colmatación de embalses, disponen de legislación reciente que obliga a los concesionarios de grandes presas, a controlar y corregir el aterramiento de los embalses.

En Francia la inspección de presas cada diez años, obligada por ley para garantizar su seguridad y el correcto funcionamiento de los mecanismos de regulación, a menudo lleva asociada el vaciado completo del embalse y con ello la evacuación de cantidades importantes de sedimento río abajo.

Esta práctica periódica aplicada a España donde el manejo de los desagües de fondo de los embalses no es frecuente, podría servir para reducir el grado de colmatación de los embalses, además de para reparar y poner en operación los desagües de fondo, que son fundamentales para el control de la colmatación.

 GESTIÓN DE SEDIMENTOS

Vaciar un embalse para su limpieza no siempre es posible. Una vez que se ha vaciado un embalse y se ha desecado hay que extraer miles de toneladas de material. Y después hay que plantearse qué hacer con esos sedimentos, por ejemplo, si se utilizan como nuevo suelo fértil, como relleno, si hay que hacerle algún tratamiento previo,… Se trata de un proceso costoso económicamente y ambientalmente.

Gestión de sedimentos en embalses

Ilustración de ejemplos de distribución de sedimentos en un embalse en función de la gestión de sedimentos que se efectúa

Existen medidas tanto preventivas como correctoras que pueden contribuir a minimizar los procesos de colmatación de embalses y/o a reducir los efectos ambientales derivados.

Las medidas preventivas tienen por objeto disminuir la aportación de sedimentos al embalse y/o impedir que se depositen en el mismo.

La prevención en materia de colmatación de embalses se puede aplicar sobre el medio productor de sedimentos, la cuenca, minimizando la producción y movilización de sedimentos, y sobre el embalse, maximizando el control sobre el paso de los sedimentos por el vaso de embalse.

En la cuenca del embalse se pueden realizar actuaciones tales como la restitución de la cubierta vegetal, corrección de torrentes, estabilización y conservación de suelos, construcción de diques de retención, etc.

En el caso de pequeñas presas, se pueden dimensionar los órganos de evacuación preferente de sedimentos (desagües de fondo), de manera que sean capaces de absorber la máxima crecida de diseño, sin modificar el perfil hidráulico del río aguas arriba de la presa, permitiendo la movilización del sedimento y el mantenimiento del cauce limpio de acumulaciones tanto aguas arriba como aguas abajo de la presa.

En embalses más grandes cabe plantearse la posibilidad de construir azudes de cola como medida para controlar la dispersión de sedimentos en el vaso de embalse y facilitar su extracción.

Las actuaciones correctivas tienen como objetivo eliminar el sedimento una vez que se ha depositado. El tamaño y la forma del embalse suele ser un aspecto determinante en la definición de la actuación correctora finalmente seleccionada. Entre estas actuaciones destacan:

El vaciado del embalse para evacuar sedimentos y reducir la colmatación (por ejemplo en el embalse de Joaquín Costa (Barasona) en el río Esera), actuaciones mecánicas de extracción  y retirada de sedimentos con el embalse vacío (métodos usuales para el movimiento de tierras con una pala oruga con cuchara y camiones,…), actuaciones de extracción y retirada de sedimentos con el embalse no vacío (dragado), la gestión del nivel de embalse y de crecidas, etc.

Extracción de sedimentos en la presa de la Rambla del Moro

Trabajos de extracción de sedimentos en las inmediaciones de la embocadura de los desagües de fondo de la presa de la Rambla del Moro, T. M. Abarán (Murcia). Fuente: Jornada sobre las obras hidráulicas y la defensa frente a las inundaciones. SEPREM (enero, 2013)

Como datos de interés comentar que en Japón se clasifican las presas para saber qué tipo de actividad es la más conveniente para gestionar los sedimentos. En China 20.000 toneladas de sedimentos al año procedentes del Río Amarillo se utilizan para fabricar ladrillos.

CONCLUSIONES

Los proyectos de embalses deben contemplar la producción y movilización de sedimentos en las cuencas, con la finalidad de adoptar diseños adecuados para los efectos de la sedimentación en dichos embalses, especialmente en cuencas con tasas significativas de erosión.

En las próximas décadas los embalses van a sufrir una pérdida de capacidad significativa por la cantidad de sedimentos que están llegando a sus vasos. Según las previsiones, el volumen de sedimentos se duplicará para 2050, con respecto al volumen de sedimentos estimado en 2003, es decir, en 47 años. La tasa de aterramiento en los embalses españoles ronda los 100 hm3/año, por lo tanto, cada 50 años perdemos unos 5.000 hm3 de capacidad de almacenamiento de agua.

Es importante realizar una labor de control y seguimiento de la evolución de los sedimentos en los embalses. Puede establecerse un control del volumen de sedimentos almacenado en un embalse cada diez años, así como controles extraordinarios después de crecidas extraordinarias.

Los resultados de estos controles sirven para analizar las desviaciones respecto a lo previsto en la fase de proyecto, para calibrar modelos y obtener previsiones sobre el grado de colmatación. También pueden servir para adoptar las medidas correctoras más adecuadas.

Recordar que la falta de datos precisos sobre la colmatación convierte la capacidad real de los embalses en una incógnita.

Disponer de una legislación que regule el control y la corrección del aterramiento de los embalses orientada a los titulares y concesionarios de grandes presas será importante en el futuro.

Es necesaria una gestión adecuada de los aportes de sedimentos, tanto en las zonas de origen como en el propio embalse donde se depositan. En cada caso concreto habrá que definir las actuaciones más adecuadas. Existen medidas tanto preventivas como correctoras que pueden contribuir a minimizar los procesos de colmatación de embalses y/o a reducir los efectos ambientales derivados.

Si la cuenca del embalse está muy degradada puede ser necesario proceder a su restauración, realizando, si fuera necesario, obras complementarias (azudes de corrección y/o de retención,…) para la defensa del embalse. Si la cuenca está poco degradada y bien protegida frente a la erosión, las actuaciones deberán concentrarse en el propio embalse.

Resulta de gran ayuda conocer las tasas de erosión de las cuencas, localizar las zonas productoras de sedimentos, medir el transporte de sedimentos para conocer la tasa de colmatación y su distribución en el vaso de embalse, etc. con la finalidad de poder considerar, proyectar y valorar posibles medidas preventivas y/o correctoras frente a la colmatación.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1) Comité Español de Grandes Presas. 1995. Control de sedimentación de los embalses. Recomendaciones.

2) ICOLD. 1999. Dealing with reservoir sedimentation. Guidelines and case studies. Bulletin 115.

3) Avendaño, C. 2002. Situación de los embalses españoles. Jornadas SEPREM sobre Sedimentación en embalses, pp. 17-32.

4) Palau Ybars, A. 2002. La sedimentación en embalses. Medidas preventivas y correctoras. I Congreso de Ingeniería Civil, Territorio y Medio Ambiente.

5) ICOLD. 2007. Mathematical modelling of sediment transport and deposition in reservoirs. Bulletin 140.

6) Cobo, R. 2008. Los sedimentos de los embalses españoles. Revista de Ingeniería del Agua, Vol. 15, Nº 4, Diciembre 2008.

7) Brea, D., Balocchi, F. 2010. Procesos de erosión – sedimentación en cauces y cuencas. Volumen I. Programa Hidrológico Internacional para América Latina y el Caribe (PHI-LAC) UNESCO. Facultad de Ciencias Forestales Universidad de Talca.

8) De Cea, J. C. 2012. Presentación del Comité Técnico: Sedimentación en embalses. II Jornada anual de innovación y tecnología internacional en presas y balsas. La ingeniería de presas y balsas en el siglo XXI.

9) Prats, J., et al. 2014. Aportaciones de la limnología a la gestión de embalses. Revista Ingeniería del Agua, Vol. 18, No. 1, 2014.

10) Martínez Salvador, A., et al. 2015. Estimación de aportes sedimentarios a embalses de pequeñas cuencas mediterráneas mediante GeoWEPP. Ensayo en la cuenca vertiente del río Mula al embalse de la Cierva (cuenca del río Segura).