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Caudales ecológicos y cambio climático en la Cuenca del río Ebro
ESCOLANO CLUSA, L.A.1 y ALCÁZAR MONTERO, J.1
1
Departamento de Medio Ambiente y Ciencias del Suelo, Universitat de Lleida.
Resumen
Durante las últimas décadas, el establecimiento de caudales ecológicos se ha convertido en
uno de los principales problemas en la gestión de los recursos hídricos, especialmente en los
países mediterráneos. Este hecho se ha reflejado en las numerosas metodologías que han sido
desarrolladas para establecer los caudales ecológicos en ríos regulados. El método del Caudal
Básico de Mantenimiento (BFM) es una metodología hidrológica utilizada para establecer los
regímenes de caudales ambientales para la regulación de ríos, que está siendo ampliamente
aceptado en España.
El cambio climático es una de las mayores amenazas a las que se enfrenta el planeta,
provocando efectos de diferente magnitud en la escala regional y local. El propósito de este
estudio es analizar la evolución durante las últimas décadas de la estimación del régimen
ambiental de caudales de un río mediterráneo (la Cuenca del río Ebro) con el BFM. Las series
hidrológicas de los caudales medios diarios de estaciones de aforo seleccionadas por su baja o
nula alteración hidrológica fueron utilizadas como la base de datos para su análisis. Los
resultados han sido comparados con un indicador del clima (precipitación) para buscar
relaciones entre las tendencias en el cambio climático y en los caudales ecológicos calculados
por esta metodología.
Palabras clave
Caudales ecológicos, cambio climático, caudal básico de mantenimiento, río Ebro.
1. Introducción
El agua existente en la naturaleza es constante, por el principio de conservación de la
masa, constituyendo un ciclo donde pasa continuamente de estado líquido o sólido a vapor y
viceversa. Por otro lado, el clima es el encargado de gobernar este ciclo, y por tanto, los
cambios climáticos provocan necesariamente cambios en el tiempo y en el espacio de los
recursos hídricos disponibles.
La sensibilidad de los recursos hídricos a la disminución de la precipitación es muy alta,
principalmente en las zonas con precipitaciones bajas (áreas semiáridas). Cambios en la
precipitación condicionan la cantidad y características de las escorrentías. Dado que solo se
produce escorrentía cuando el suelo tiene excedentes, o bien la intensidad de precipitación es
superior a la capacidad de infiltración, hay que admitir que la distribución temporal y el
régimen de las precipitaciones incide sobre la generación de escorrentía tanto o más que el
volumen de precipitación en sí mismo (MMA, 2005).
En determinadas áreas principalmente de ambientes mediterráneos, el efecto del cambio
climático en los últimos años ha provocado una reducción del volumen de agua en las cuencas
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que en algunos casos puede tener consecuencias catastróficas. Por ello, el establecimiento de
caudales ecológicos se ha convertido en uno de los principales instrumentos en la gestión de
los recursos hídricos. De las numerosas metodologías existentes que han sido elaboradas para
establecer caudales ecológicos en ríos regulados, destaca el método del Caudal Básico de
Mantenimiento (BFM) por ser ampliamente aceptado en España.
La variación de los recursos hídricos a consecuencia del cambio climático está
condicionada por la influencia de otros sectores también afectados por el cambio climático. A
su vez los cambios que se producen en los recursos hídricos afectan a muchos otros sectores
de una forma importante, siendo clara y notable en los ecosistemas acuáticos y continentales,
en la biodiversidad animal y vegetal, en los sectores agrícola, forestal, energético y turístico,
en la salud humana y en los riesgos naturales de origen climático.
En la estimación de recursos hídricos a consecuencia del posible cambio climático
existen incertidumbres inherentes tanto a los datos de base, como al proceso de generación de
recursos, considerando los primeros de mayor importancia relativa. Se destacan entre estas
incertidumbres los escenarios previsibles, la distribución espacial y temporal de la
precipitación, el comportamiento del uso y cubierta del suelo y la recarga de acuíferos y las
limitaciones de los modelos de simulación.
2. Objetivos
El objetivo del estudio es analizar las tendencias durante las últimas décadas de la
estimación del régimen ambiental de caudales de distintos ríos mediterráneos pertenecientes a
la Cuenca Hidrográfica del Ebro por el método del Caudal Básico de Mantenimiento, con el
fin de identificar cambios en la cantidad y disponibilidad de recursos hídricos en los últimos
30 años.
Los resultados se comparan con un indicador de clima (precipitación), para establecer
posibles relaciones entre las variaciones del régimen de caudales ambientales en la Cuenca
del Ebro (si es que las hubiera) en función de variaciones producidas por el cambio climático.
3. Metodología
La zona objeto del estudio es la Cuenca del Ebro, se encuentra situada en el cuadrante
NE de la Península Ibérica y ocupa una superficie total de 85.362 Km2. Es la cuenca
hidrográfica más extensa de España, y sus límites naturales son: por el N los montes
Cantábricos y los Pirineos, por el SE el Sistema Ibérico y por el E la cadena CosteroCatalana. Está drenada por el río Ebro que discurre en sentido NO-SE, con una longitud total
de 910 km, y siendo el río más caudaloso de España, presentando un caudal medio en su
desembocadura de unos 430 m3/s (www.chebro.es).
Dentro de la cuenca del Ebro existen 248 estaciones de aforo (EAs) con registros de
caudales diarios, y aproximadamente 1700 estaciones meteorológicas que recogen en su
mayoría datos de temperatura y/o precipitación.
Para conseguir los objetivos marcados es necesario realizar una selección de las
estaciones de aforo que estén sometidas a un régimen natural de caudales, en funcionamiento
en la actualidad y representativos del mayor número posible de ríos (tabla 1).
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Tabla 1. Características generales y localización de los puntos de aforo seleccionados (EA: Estación de Aforo)
Nº
EA
3
4
6
7
8
21
22
30
33
40
41
43
44
46
47
56
57
58
62
63
64
65
67
71
78
79
80
85
86
88
91
93
95
100
110
111
113
123
127
129
135
148
150
153
154
155
157
158
165
170
177
187
189
190
197
221
RÍO
Ega
Arga
Ega
Jalón
Piedra
Segre
Valira
Guadalope
Alcanadre
Ara
Pancrudo
Linares
Cidacos
Vero
Isábena
Mesa
Deza
Jalón
Veral
Esca
Salazar
Irati
Ulzama
Ega
Cemborain
Erro
Veral
Ubagua
Zidacos
Fortanete
Alcanadre
Oca
Vero
Guadalopillo
Pena
Segre
Figuerales
Gallego
Martin
Ortiz
Tor
Sallent
Salado
Algas
Tastavins
A. de Luesia
Glera
Tiron
Bayas
Aragón
Algas
Arba de Biel
Oroncillo
Flumen
Leza
Subialde
POBLACIÓN
Andosilla
Peralta
Marañón
Cetina
Nuevalos
Puigcerda
Seo de Urgel
Santolea
P. de Alcofea
Boltaña
Navarrete
S. P. Manrique
Yanguas
L. de Barcabo
Capella
Jaraba
Embid Ariza
Jubera
Binies
Sigues
Aspurz
Liedana
Olave
Estella
Arinoain
Arroz-Villa
Zuriza
Riezu
Barasoain
Pitarque
Lascellas
Oña
Barbastro
Berge
Beceite
Orgaña
Valderrobres
Anzanigo
Alcaine
Tranquera C.E.
Alins
Coll Nargo
Estenoz
H. de San Juan
Peñarroya
Biota
Azarrulla
S.M. Pedroso
Miranda
Yesa
Batea
Erla
Oron
Quicena
Leza
Larrinoa
ALT.
(m)
300
485
630
670
414
1125
680
670
310
680
904
1060
940
630
485
750
782
895
650
510
547
412
465
425
490
483
1187
481
494
990
390
570
320
700
627
542
680
570
585
680
1059
530
480
418
677
470
919
810
453
423
217
390
469
465
517
609
COORDENADAS UTM
PERÍODO
ESTUDIO
X
586038,875
598641,688
545858,500
586703,188
601383,500
906058,125
866536,438
722485,688
737897,813
753493,563
646521,188
564246,000
555305,688
750685,125
780129,813
594014,875
584624,938
555462,813
679212,875
663000,000
650692,250
641096,688
613727,063
579069,500
611623,563
627179,375
678226,813
585084,813
610872,813
703227,125
738738,125
465605,438
762583,438
717129,313
764084,625
857824,313
763048,938
693327,813
693152,313
602562,875
855658,875
855324,500
587836,938
775989,875
755325,688
649564,750
497105,000
482615,406
505836,375
664807,688
769529,750
669798,688
501731,875
719091,313
548742,813
522009,406
Y
4692890,5
4686380,5
4719917,0
4572450,0
4561836,5
4708846,5
4699086,5
4513192,0
4643958,0
4702927,5
4532369,0
4652197,0
4661730,0
4678382,5
4676778,5
4560681,5
4582195,0
4561055,5
4722029,0
4722000,0
4730936,0
4719786,0
4749502,5
4724771,5
4717227,5
4737020,5
4748244,5
4735513,5
4717646,5
4500780,0
4663404,5
4731644,5
4654393,0
4526304,0
4521341,5
4682459,0
4521617,5
4697443,0
4535556,5
4562651,0
4720469,0
4677229,0
4733388,0
4538701,5
4514299,0
4681017,5
4679160,0
4694425,0
4726133,0
4719318,5
4555829,5
4664545,5
4724608,5
4669429,5
4686731,5
4757542,0
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1976-07
1978-05
5/9
En el análisis del régimen de caudales ambientales se ha tomado como fuente de
información la página web de la Oficina de Planificación Hidrológica de la Confederación
Hidrográfica del Ebro (www.oph.chebro.es).
El método del Caudal Básico de Mantenimiento es un método hidrológico que ha sido
desarrollado en la Universitat de Lleida (PALAU, 1994; PALAU & ALCÁZAR, 1996;
PALAU et al., 1998, SÁNCHEZ, 2000). Se basa en el estudio de las series temporales de
caudales, mediante la utilización de medias móviles que permite el reconocimiento de
irregularidades o discontinuidades a lo largo de las series. De los principales parámetros en
los que se centra el método se consideran los siguientes en el trabajo:
El caudal básico, se define como el mínimo absoluto a mantener en el cauce.
El caudal de mantenimiento, es el caudal mínimo que debe circular en el río a lo largo
del tiempo.
El caudal generador se define como el equivalente a la avenida ordinaria más
probable, y por tanto, se determina estadísticamente.
Para analizar la tendencia temporal durante el periodo de estudio se realiza un análisis
de regresión lineal utilizando el método de mínimos cuadrados sobre los valores calculados de
los parámetros del método del Caudal Básico de Mantenimiento y aplicando un nivel de
confianza del 95%. El valor de la pendiente de la recta de regresión de los valores de los
parámetros considerados indica el cambio o tendencia de variación de cada parámetro durante
el periodo de estudio. En caso de producirse p-valores por encima del límite 0,05 se considera
pendiente nula y se entiende que no existe significación (tendencia de variación en el tiempo)
para la variable.
Sobre los parámetros del método del Caudal Básico de Mantenimiento se realiza un
análisis espacial para la búsqueda de patrones o regiones que contengan estaciones con
similares características en la evolución en el tiempo para el periodo considerado. Para ello, se
ejecuta un análisis de componentes principales (ACP) sobre los valores de los estimadores de
las pendientes obtenidas del análisis de la tendencia temporal para identificar todos los ejes
principales o combinaciones de variables que expliquen las diferencias y afinidades entre las
estaciones. Estos ejes (eigenvalues) se utilizan como las nuevas variables en un posterior
análisis tipo cluster por el procedimiento de Ward (WARD, 1963) para agrupar las estaciones
en bloques con similares características en la tendencia de variación en el tiempo.
Como se observa en la figura 1, las estaciones de aforo seleccionadas se trasladan a una
escala espacial asignando cada estación con su cuenca vertiente (unidad geográfica de
análisis).
Finalmente, se relacionan los parámetros del método del Caudal Básico de
Mantenimiento con la variable climática de precipitación superponiendo ambos patrones
espaciales y analizando los resultados a través de tablas de contingencia. Para ello, se dispone
de un análisis climático de precipitación en la zona de estudio realizado por Decuyper (2011).
6/9
Figura 1. Localización de las estaciones de aforo seleccionadas y sus cuencas vertientes.
4. Resultados y discusión
En los resultados del análisis de la tendencia temporal de cambio de los parámetros del
método del Caudal Básico de Mantenimiento para el periodo de estudio, se identifica que
poco más de la mitad de las estaciones de aforo (aproximadamente el 56%) muestran
tendencias de cambio en el tiempo (pendiente significativa cuando p-valor <0,05), de las
cuales el 42% señalan tendencias negativas, y el 14% positivas. Los parámetros que muestran
mayores cambios son el caudal de mantenimiento en julio y agosto (aproximadamente el 65%
de las estaciones de aforo), en ambos casos se observa una disminución en los caudales de
mantenimiento para dichos meses. Este hecho puede indicar que en estas estaciones
foronómicas el periodo de estiaje se esté agravando con el paso del tiempo.
En el caudal de mantenimiento en el mes de diciembre, se observa una tendencia al
aumento en aproximadamente el 27% de las estaciones de aforo, lo que podría apoyar la
teoría de que un posible incremento de temperaturas debido al cambio climático afectara a la
época de deshielo, provocando un adelanto del periodo de caudales elevados y reduciendo la
disponibilidad de agua en posteriores épocas del año (ARNELL, 1999b; POFF et al., 1996).
Por otro lado, el caudal de mantenimiento en el mes de enero y el caudal generador, son los
parámetros que experimentan menos cambios (aproximadamente el 55% de las estaciones de
aforo).
En los parámetros del caudal de mantenimiento para cada mes, se observan dos patrones
diferenciados durante el año. El primero es que desde el mes de febrero hasta agosto en la
gran mayoría de las estaciones se producen disminuciones en el caudal de mantenimiento
(aproximadamente el 49% de las estaciones) y tan solo un aumento en el 9%. Este hecho
concuerda con los resultados obtenidos por Decuyper (2011), y puede significar que en estas
estaciones el periodo de estiaje que normalmente tiene lugar en verano se podría extender
hacia la primavera. En cambio, desde el mes de septiembre hasta enero, dichos porcentajes se
suavizan, produciéndose cambios negativos en aproximadamente el 33% de las estaciones de
aforos y tendencias positivas en el 20%.
Respecto al caudal básico se observa que aproximadamente en el 43% de las estaciones
de aforo no existen cambios significativos, y en un 45% son tendencias negativas,
7/9
produciéndose cambios positivos en el 12%. Estos porcentajes son similares a los obtenidos
para el caudal de mantenimiento medio. Por último, el caudal generador se mantiene sin
cambios en prácticamente la mitad de las estaciones foronómicas (aproximadamente el 53%),
experimenta tendencias negativas en el 27%, y positivas en el 20% restante.
Al ejecutar el análisis de cluster sobre las nuevas variables obtenidas del análisis de
componentes principales se identifican en un principio 9 clusters con un número desigual de
EAs en cada uno. A continuación se describen las principales características de los clusters
más representativos en cuanto a las tendencias de cambio en el tiempo de los diferentes
parámetros del método del Caudal Básico de Mantenimiento.
El cluster 1 agrupa 5 EAs y se caracteriza por la disminución más acusada en el caudal
generador. Las EAs aquí agrupadas también presentan ligeros descensos para el resto de los
parámetros, siendo más marcado en el caudal de mantenimiento durante los meses de abril,
mayo, junio y febrero. Se encuentra localizado en la parte noroeste de la cuenca (zona
superior del Ebro) (figura 4).
El cluster 2 agrupa a la mayoría de las EAs (36 EAs) y se caracteriza por mostrar
suaves disminuciones e incrementos en todos los parámetros del método del Caudal Básico de
Mantenimiento sin seguir un patrón determinado. En este grupo, los parámetros no presentan
cambios significativos en prácticamente la mitad de las estaciones. Está distribuido
principalmente por la margen derecha del Ebro y zonas de prepirineo (figura 4).
El cluster 9 agrupa 2 EAs y se caracteriza por la disminución acusada en los caudales
de mantenimiento durante los meses de junio y julio.
La mayoría de los clusters que están formados por un reducido número de EAs, no se
han descrito al no poseer un patrón determinado y caracterizarse por mínimas diferencias en
algún parámetro del Caudal Básico de Mantenimiento (clusters 3, 4, 5, 6, 7 y 8).
La superposición de los mapas con la localización espacial de los grupos identificados
entre las variables del método del Caudal Básico de Mantenimiento y la climática
(precipitación) se visualizan en las figuras 3 y 4.
Figuras 3 y 4: A la izq. localización espacial de la variable de precipitación (Decuyper, 2011). A la derecha método
del Caudal Básico de Mantenimiento.
En el análisis de la superficie de solape entre ambos mapas (tabla de contingencia), se
puede observar que algunos grupos del método del Caudal Básico de Mantenimiento están
claramente identificados con un grupo de precipitación. Así, los grupos BFM1 y BFM6 están
principalmente relacionados con el grupo P1, el grupo BFM4 lo está con el P3, y el grupo
BFM7 con el grupo de precipitación P4. Todos los restantes grupos BFM están
mayoritariamente asociados con el grupo de precipitación P2 (tabla 2).
8/9
Las principales relaciones identificadas en el método del Caudal Básico de
Mantenimiento son:
BFM1: Una reducción en la tendencia de la precipitación total en primavera y anual, es
probablemente la causa de los ligeros descensos observados en la mayoría de los parámetros
estudiados, siendo más marcado en el caudal de mantenimiento durante los meses de abril,
mayo, junio y febrero.
BFM2: Los pocos y suaves cambios significativos experimentados en todos los
parámetros del caudal ambiental en esta agrupación de EAs, se encuentran relacionados con
la ausencia de una tendencia de cambio general en los parámetros de precipitación.
El resto de relaciones no se han descrito al no aparecer una relación clara y coherente
entre variables. Por tanto, habría que estudiar las razones de esas diferencias a través del
análisis de otros factores como la evolución de la vegetación.
Tabla 2. Relación entre los grupos identificados para el método del Caudal Básico de Mantenimiento (BFM) y el parámetro
climático de precipitación (P). Los valores indican el solape de áreas en km 2.
BFM / P
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
559
704
462
104
341
550
236
466
750
2
98
6998
760
11
612
43
282
1564
1481
3
0
7
0
668
0
0
217
0
0
4
313
192
1
86
259
335
1202
0
0
5
215
149
0
0
0
0
482
0
0
6
0
0
0
0
0
0
0
0
0
7
201
325
0
0
0
0
0
0
466
8
314
666
0
0
460
0
59
0
0
5. Conclusiones
Un elevado número de estaciones de aforo (aproximadamente el 56%) muestran
tendencias de cambio en el tiempo, siendo en el 42% de las estaciones tendencias negativas, y
tan solo en el 14% restante positivas.
La disminución en la tendencia del caudal de mantenimiento desde el mes de febrero a
agosto, siendo los meses de julio y agosto los que presentan cambios en mayor número de
estaciones (aproximadamente el 65%) podría indicar que el periodo de estiaje se está
extendiendo desde el verano afectando también a la primavera (DECUYPER, 2011), y
además, se acreciente durante los meses de julio y agosto.
El aumento en la tendencia del caudal de mantenimiento en el mes de diciembre podría
corroborar la teoría de que un posible incremento de temperaturas debido al cambio climático
afectara en la época de deshielo, provocando un adelanto del periodo de caudales elevados.
Las cuencas que se caracterizan por la disminución más acusada en el caudal generador,
que experimentan ligeros descensos en el resto de los parámetros y siendo más marcado en el
caudal de mantenimiento durante los meses de abril, mayo, junio y febrero se localizan en la
parte noroeste de la cuenca (zona superior del Ebro). En cambio, las cuencas que muestran
suaves disminuciones e incrementos en todos los parámetros del método del Caudal Básico de
Mantenimiento sin seguir un patrón determinado se encuentran distribuidas principalmente
por la margen derecha del Ebro y zonas de prepirineo (figura 4).
9/9
Una reducción en la tendencia de la precipitación total tanto en primavera como anual,
es probablemente la causa de los ligeros descensos de los parámetros estudiados, siendo más
marcado en el caudal de mantenimiento durante los meses de abril, mayo, junio y febrero.
Los pocos y suaves cambios significativos experimentados en todos los parámetros del
caudal ambiental se encuentran relacionados con la ausencia de una tendencia de cambio
general en los parámetros de precipitación.
6. Bibliografía
ARNELL, N.W.; 1999B. A simple water balance model for the simulation of streamflow over
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DECUYPER, M.; 2011. Exploratory analysis of climatic data, fire occurrences and wáter
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