Tierra y Tecnología nº 52 | http://dx.doi.org/10.21028/jlc.2018.10.01 | Autores: José Luis Casamor y Antoni Calafat. GRC Geociències Marines, Departament de Dinàmica de la Terra i de l’Oceà, Universitat de Barcelona

Los embalses facilitan la gestión de los recursos hídricos, permiten obtener energía hidroeléctrica, aumentan las zonas regables de la cuenca y ayudan al control de eventuales avenidas. Como toda gran obra hidráulica, un embalse también incide notablemente en su entorno natural y genera una larga lista de problemas de diversa índole entre los que destaca la acumulación de sedimentos en el propio embalse, un proceso denominado aterramiento (Casamor, 1992).

Averiguar el grado real de aterramiento de nuestros embalses resulta crucial para calcular correctamente las reservas hidráulicas disponibles en el país

La velocidad y el grado de este proceso dependen de las características de la cuenca y del río donde se encuentra el embalse. La estructura geológica, la litología, la topografía, la hidrología, el uso agrícola y la cubierta vegetal de la cuenca determinan la cantidad de sedimentos susceptibles de ser erosionados y transportados hasta quedar acumulados dentro del embalse (Batalla y Vericat, 2011). En una etapa inicial, el aterramiento suele ser más pronunciado debido al reajuste del perfil longitudinal del río, que acentúa la erosión de su cauce aguas arriba de la presa. Con el paso del tiempo, las tasas de acumulación tienden a disminuir (Calafat et al., 2007).

La dinámica sedimentaria de un embalse

Al entrar en un embalse, la capacidad de transporte de las aguas del río disminuye facilitando así la sedimentación de los materiales acarreados. Las características morfológicas y el régimen de explotación del propio embalse condicionarán la distribución final del sedimento (Casamor et al., 1998). La mayor parte del material, especialmente el de mayor tamaño, queda enseguida depositado en la zona de la cola formando cuerpos de espesores y forma variables, sometidos a procesos de retrabajamiento en función de las variaciones del nivel del embalse (Figura 1).

Figura 1. Vista de la cola del embalse de Talarn (río Noguera Pallaresa, Lleida). El descenso del nivel del embalse deja al descubierto parte de los sedimentos acumulados en la zona.

El resto del material más fino se transporta en suspensión y va depositándose en el interior del embalse en cantidades decrecientes. Cerca de la presa, puede producirse un aumento de la tasa de deposición por el efecto pantalla que la propia presa induce. Se estima que al menos un 90% del material en suspensión queda atrapado y sólo una pequeña cantidad seguirá su curso aguas abajo del río a través de los desagües habituales del embalse (Casamor, 1992).

El transporte del material fino se produce por corrientes de turbidez de baja densidad inducidas por el propio río (Chikita y Okumura, 1990). Estas corrientes ayudan a formar las llamadas capas nefeloides, niveles de espesor y cota variable dentro de la columna de agua en los que la concentración de partículas en suspensión es superior a la normal en la masa de agua considerada (Casamor, 1992). La formación y evolución de estas capas pueden estar controladas por la presencia de interfases de densidad/temperatura y por la morfología del vaso (Casamor et al., 1998; Calafat et al., 2007) (Figura 2).

Figura 2. Modelo de distribución del material fino en suspensión en el embalse de Camarasa. Se observa la presencia de varias capas nefeloides, zonas de la columna de agua con una concentración particular más elevada que el resto, que evolucionan desde la cola del embalse hacia la presa. Se indica el porcentaje de concentración de material en cada capa. El tamaño de las flechas indica la magnitud del proceso considerado (modificado de Casamor et al., 1998).

Las consecuencias del aterramiento

La principal consecuencia del aterramiento es la pérdida de la capacidad inicial de almacenamiento y la disminución paulatina de la vida útil del embalse. La reducción del volumen y el aumento de la presencia de sedimento en el agua afectan los principales usos de los embalses. Por una parte, habrá menos agua disponible para zonas de regadío y para el eventual abastecimiento destinado al uso humano e industrial. Por otra, una mayor cantidad de partículas en el salto de agua puede provocar una disminución del producible hidroeléctrico debido al desgaste por abrasión que sufren las palas de las turbinas. En situaciones extremas el aterramiento continuado llega a colmatar el embalse (Figura 3).

Figura 3. Vista de la presa del embalse de Isabel II, en Níjar (Almería). Inaugurado en 1850, los graves problemas de aterramiento colmataron prácticamente el embalse un par de décadas más tarde.

Otra consecuencia importante del aterramiento es que el material retenido ya no circula aguas abajo de la presa y deja de alimentar los tramos finales del río. Esta situación se agrava en cuencas fuertemente reguladas, como por ejemplo en la cuenca del Ebro, donde el poco sedimento que llega a la desembocadura es incapaz de mantener el delicado equilibrio costero. El resultado es el retroceso de deltas y playas (Batalla, 2003; Liquete et al., 2004).

Si todavía sumamos otros problemas no menores como son el descenso del poder de laminación de avenidas o la afectación a la seguridad de las obras de contención, podemos concluir las importantes implicaciones económicas, sociales y medioambientales del aterramiento de los embalses.

La prevencion y el control

Aunque existen medidas para solucionar algunas de las consecuencias apuntadas, todas ellas son caras y en ocasiones de difícil ejecución. La mayoría pasan por extraer mecánicamente el sedimento acumulado (Cobo, 2008). Suele ser entonces necesario detener la actividad del embalse y proceder a su vaciado para facilitar las labores de extracción, pero no todos los embalses, en especial los más antiguos, tienen previsto sistemas eficaces de vaciado. En embalses hidroeléctricos, esta parada operativa genera además unos costos adicionales por la interrupción de la producción de energía.

La prevención mediante técnicas para modelizar y simular el conjunto de factores participantes en el proceso, antes del diseño y construcción de la presa, parece ser la mejor manera de mitigar su alcance posterior. La instalación previa de diques específicos en la cola de embalse que hagan una criba inicial del material entrante también resulta de utilidad para reducir el posible impacto final. Sin embargo, en la mayoría de los casos hay que asumir la realidad del problema y controlar su evolución impulsando los estudios de seguimiento que permitan verificar el ritmo de aterramiento de los embalses.

Una herramienta básica para cuantificar el volumen de sedimentos acumulados es la realización periódica de cartografías batimétricas detalladas y repetidas a lo largo del tiempo que permitan determinar con precisión la variación de esos volúmenes. Hasta fechas recientes, la batimetría de embalses se ha realizado mediante métodos tradicionales no exentos de errores debido a las serias limitaciones de aplicación en el caso de embalses de accidentada topografía (Canals et al., 1994). El método moderno de la cartografía batimétrica de multihaz resuelve muchas de esas limitaciones, y permite obtener batimetrías con cobertura total y resultados más fiables.

La situación de los embalses españoles

España es uno de los países del mundo con mayor número de embalses, algunos de los cuales ostentaron en su momento récords de altura del muro de contención o de la capacidad de almacenamiento. Actualmente, más de 1200 grandes presas embalsan un volumen estimado en algo más de 56000 hm3.

Sin embargo, aunque se antojan de vital importancia para valorar la situación del problema del aterramiento, no abundan los estudios, mucho menos sistemáticos, sobre los procesos de sedimentación y colmatación de los embalses españoles. Poco más de un centenar de ellos han sido analizados con cierto detalle en las últimas décadas (Ruiz de la Torre et al., 1975; Saa et al., 1995; Avendaño et al., 1997; Cobo, 2008).

En base a algunos de estos trabajos, en el “Libro blanco del agua en España” (Ministerio de Medio Ambiente, 2000) se estima la disminución media de la capacidad de almacenamiento de un conjunto de 110 embalses en el 5%, con una pérdida anual media de un 0,16% respecto al volumen inicial. Sin embargo, estas cifras no tienen que ser necesariamente extrapolables a más del 90% de embalses restantes todavía por sondear, cuyas características, tanto de la parte de la cuenca donde se sitúa la presa como de su propio régimen de explotación, podrían ser muy diferentes.

El caso del río Noguera Pallaresa

En el año 2000 se realizó el estudio del aterramiento de los embalses de Camarasa, Terradets y Talarn, un sistema de embalses hidroeléctricos perteneciente a la Confederación Hidrográfica del Ebro y situado en el tramo final del río Noguera Pallaresa (Lleida). La combinación de datos batimétricos y topográficos de alta resolución permitió construir una serie de modelos 3D para visualizar y calcular la capacidad de almacenamiento de cada embalse en ese momento.

Figura 4. Modelo 3D del embalse de Camarasa (río Noguera Pallaresa, Lleida). El embalse tiene una forma irregular y alargada, con una longitud máxima de 22 km aguas arriba de la presa. El modelo ha sido construido a partir de datos digitales terrestres de alta resolución facilitados por el “Institut Cartogràfic i Geològic de Catalunya” y de datos batimétricos obtenidos durante una campaña realizada en abril de 2000. A partir de este modelo se ha calculado un valor de la capacidad de almacenamiento en la fecha de estudio de 137 hm3, lo que implica una aportación sólida retenida de 26,4 hm3, una media de 0,33 hm3/año.

La Tabla 1 refleja los resultados del estudio. El embalse de Camarasa, localizado en la confluencia del Noguera Pallaresa con el río Segre, presentaba una acumulación de sedimentos de 26,6 hm3 después de 80 años de funcionamiento (Figura 4). El embalse de Terradets, situado inmediatemente aguas arriba del anterior, es el más afectado por el aterramiento y ya iba camino de perder desde el año 1935 cerca de dos tercios de su capacidad inicial (Figura 5), a un ritmo medio anual de casi el 1%. Por último, el embalse de Talarn, ubicado hacia la parte superior de la cuenca, presentaba pérdidas cercanas al 20% y un espesor de material acumulado de 15 m en las cercanías de la presa (Figura 6).

Figura 5. Embalse de Cellers. Sección realizada a través del antiguo canal del río Noguera Pallaresa mostrando el perfil topográfico original, previo a la construcción de la presa, y el perfil batimétrico del año 2000. El agua embalsada se ha visto reducida en más de un 60% respecto de la capacidad original.

Como vemos, las cifras obtenidas son bastante más elevadas que las consideradas como medias para el conjunto de embalses estudiados en el “Libro blanco del agua en España” (Ministerio de Medio Ambiente, 2000). Sin poco margen para la duda, resultados parecidos deben ser aplicables a otros embalses de esta y de otras cuencas hidrográficas. Todo ello se traduce finalmente en decenas de hm3 de volumen no ocupado por agua.

Figura 6. Estimación del espesor del aterramiento en el embalse de Talarn. Para cada punto considerado, los valores de la izquierda (en rojo) corresponden a la profundidad aproximada en el año 2000, mientras que los valores de la derecha (en amarillo) representan la diferencia de cotas entre el valor topográfico previo a la construcción del embalse y la cota máxima del mismo. La diferencia entre estos valores correspondería al espesor del aterramiento. Nótese el aumento progresivo del espesor en dirección a la presa.

El cálculo de las reservas hidráulicas

Un tema que a menudo se pasa por alto es la afectación que el aterramiento de embalses tiene sobre el cálculo real de las reservas hidráulicas del país (Casamor, 2018). Puede que para mucha gente el problema tienda a soslayarse porque casi todo el sedimento acumulado queda oculto bajo la superficie del agua. Además, si un embalse está destinado a la producción de energía, caso en el que interesa mantener sobre todo un volumen mínimo de agua por encima de la cota de explotación, puede incluso entenderse que el asunto resulte secundario.

Sin embargo, y esto es ya menos comprensible, muchas de las administraciones que gestionan los embalses tienden a ser las primeras en ignorar su grado de aterramiento y, sorprendentemente, todavía calculan la cantidad de agua embalsada tomando como referencia los volúmenes de capacidad inicial suministrados por las compañías que construyeron en su momento las presas, en algunos casos hace decenas de años. Los resultados calculados de esa forma no reflejan las reservas hidráulicas verdaderas de numerosos embalses y, por tanto, de muchas cuencas hidrográficas.

Volvamos al embalse de Talarn, uno de los diez de mayor capacidad de la cuenca del Ebro, para ilustrar esta realidad. Según el “Boletín Hidrológico Semanal”, el documento del Ministerio para la Transición Ecológica que informa de las reservas hidráulicas españolas, dicho embalse sigue teniendo una capacidad de 227 hm3. Ya hemos visto que la cuantificación precisa realizada en el año 2000 nos proporcionaba la cifra de 183,5 hm3 (Tabla 1). Esos 43,5 hm3 de diferencia no se han esfumado sin más, se han convertido en tierra. Por tanto, cuesta entender por qué se subestiman estas pérdidas.

Consideraciones finales

Convendría recordar para acabar un tema ciertamente espinoso: el agua es un bien vital y, sobre todo, escaso. En los próximos años, los periodos de sequía tendrán mayor recurrencia en nuestras latitudes por efecto del cambio climático y, si no se adoptan las medidas apropiadas, la disponibilidad de los recursos hídricos tenderá a ser menor.

En esta tesitura, no deberíamos obviar el problema del aterramiento cuando parece claro que muchos embalses están llenos, sí, pero de sedimentos. Hay que impulsar los estudios sistemáticos que permitan evaluar y gestionar mejor las consecuencias del proceso. Porque, en caso contrario, si no acabamos de averiguar su grado real de aterramiento difícilmente podremos saber la cantidad de agua que tenemos almacenada de verdad en nuestros embalses.

Referencias

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