Geomorfología e hidrología fluvial del río Alberche: modelos y SIG

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

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

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

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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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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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.

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

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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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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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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* 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.

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.

2.Justificacin

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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.

2.Justificacin

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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).

2.Justificacin

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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.

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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

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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):


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- 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.


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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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3.2. 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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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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3.3. 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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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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3.3.2. 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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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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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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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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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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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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- 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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- 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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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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3.5. 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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(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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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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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

Geomorfología e hidrología fluvial del río Alberche: modelos y SIG

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