Análisis bidimensional de las inundaciones provocadas por ... · Hec-Ras, arrojan por un lado que...
Transcript of Análisis bidimensional de las inundaciones provocadas por ... · Hec-Ras, arrojan por un lado que...
Tema A: Dinámica fluvial
Análisis bidimensional de las inundaciones provocadas por
las avenidas extraordinarias del río Ebro en Buñuel
(Navarra)
Miguel Guibert Valencia
Ingeniero de Montes; Técnico de la Sección de Restauración de Riberas y Obras Hidráulicas del Gobierno de Navarra
José Mª González Ortega
Doctor Ingeniero Agrónomo; Gerente del Área de Ingeniería del Agua de Tragsatec [email protected]
Mª Soledad Codes Ortega
Ingeniero Agrónomo; Jefe de Dpto. De Obras Hidráulicas de Tragsatec
1 Problemática y Antecedentes
El río Ebro a su paso por el término municipal de Buñuel se caracteriza por una morfología meandriforme,
estabilizada mediante espigones de defensa de márgenes y motas longitudinales paralelas al cauce que a lo largo
del tiempo han ido reduciendo la anchura del cauce activo del río, en favor de un mayor aprovechamiento de las
vegas para el cultivo agrícola.
Las avenidas producidas en los últimos años, concretamente la de febrero del 2003 con 3.320 m3/s,
correspondiente a un periodo de retorno ligeramente inferior a 25 años, rebasaron la capacidad de defensa de las
motas en ambas márgenes, produciéndose desbordamientos que afectaron a extensas superficies dedicadas a la
agricultura y alcanzando, con carácter más grave, en primer lugar la rasante de la carretera que une las
poblaciones de Fustiñana y Ribaforada, avanzando la avenida por las terrazas aluviales de la margen derecha
hasta alcanzar el núcleo urbano de Buñuel situado en el interior de uno de los meandros del río.
Como medida de emergencia estructural, durante esta avenida se levantó una mota transversal a la llanura de
inundación (Figura 1), aguas arriba de Buñuel, que encauzó la avenida desbordada por la margen derecha,
haciendo que retornase al cauce principal, aunque unos 800 m aguas abajo de la misma, volvió a superar la
defensa principal de la margen derecha, llegando hasta las edificaciones del casco urbano. Posteriormente, y con
el fin de evitar daños en futuros episodios de crecida se ejecutó la reconstrucción y refuerzo de la mota
longitudinal derecha del río, en el tramo superado por la crecida ubicado aguas arriba de la carretera de
Ribaforada a Fustiñana, así como el levantamiento de una segunda mota oblicua en la plana de inundación
derecha próxima a Buñuel.
Ante la situación de riesgo para la población y los cuantiosos daños materiales que ocasionan los
desbordamientos provocados por las avenidas extraordinarias del río Ebro a su paso por el término municipal de
Buñuel, el Gobierno de Navarra, a través del Servicio del Agua del Departamento de Desarrollo Rural y Medio
Ambiente, ha abordado en el año 2008 el estudio hidráulico de avenidas del tramo de río Ebro, mediante el cual
se puedan establecer líneas de actuación que eviten o reduzcan los riesgos de inundación existentes en la
actualidad.
La geometría específica del tramo de río estudiado de aproximadamente 18 km, caracterizada por la existencia
de unas motas longitudinales en ambas márgenes del cauce, que constituyen la primera línea de defensa frente a
inundaciones de una extensa llanura de inundación, surcada por antiguos meandros y compartimentada en parte
por taludes de estructuras transversales al valle aluvial como carreteras y caminos agrícolas, condiciona de forma
muy importante la circulación de las aguas una vez desbordadas del cauce. Esta ha sido las causa fundamental
para elegir la modelización bidimensional como la más apropiada para simular las avenidas del río y la
Tema A: Dinámica fluvial
circulación del flujo a través de la llanura de inundación, fundamentalmente de la margen derecha donde se
ubica el núcleo urbano de Buñuel.
Figura 1 Inundación del río Ebro a su paso por el Término Municipal de Buñuel en la avenida de febrero del 2.003 y medidas estructurales de defensa ejecutadas
2 Modelización hidrodinámica del río
2.1 Definición y construcción del esquema hidrodinámico
El análisis de los eventos de crecidas acaecidos, concretamente la del año 2003 bien documentado por las red de
vigilancia y control de la Confederación Hidrográfica del Ebro, así como una primera aproximación del
comportamiento hidráulico del tramo realizada mediante una modelización unidimensional con el programa
Hec-Ras, arrojan por un lado que el tramo objeto de estudio queda bien definido mediante un sistema
unidimensional de secciones transversales limitadas por motas longitudinales al cauce suficiente para describir
las avenidas inferiores a 10 años de periodo de retorno (caudales inferiores a 2.500 m3/s), al no superarse las
motas levantadas a lo largo de todo el tramo en estudio. Por otra parte al contrastar los niveles alcanzados por la
inundación en ambas márgenes y en el cauce principal en el 2003, se deduce una clara separación del flujo de la
avenida una vez producido el fallo de las motas laterales que hace esperar para caudales de desbordamiento un
funcionamiento bidimensional dentro las llanuras de inundación.
Por tanto se opta por elaborar un esquema hidráulico integrado, unidimensional para el cauce central y
bidimensional para cada una de las llanuras de inundación, con las motas longitudinales conectando ambos
subsistemas como vertederos laterales (Figura 2).
El modelo bidimensional integrado del tramo de río a estudiar se ha elaborado a partir de los datos de caudal y
geometría proporcionados por la Confederación Hidrográfica del Ebro, completados con datos actualizados de
batimetrías y levantamientos taquimétricos complementarios.
Tema A: Dinámica fluvial
Figura 2 Esquema conceptual del sistema hidráulico adoptado
La geometría del cauce y las llanuras de inundación se ha generado a partir de un modelo digital del terreno
(MDT) de resolución 2 x 2 m que se elaboró en el año 2004 a partir de un vuelo con captura de datos mediante
tecnología LIDAR e incorporación de información del cauce mediante batimetrías de campo e interpolación de
las mismas. En el año 2008 se ha actualizado la información topográfica de este MDT base en el tramo de río
objeto de estudio, completando los datos de cauce con nuevas y mayor número de batimetrías, y levantamientos
taquimétricos complementarios de las motas de defensa construidas en los últimos años.
La modelización geométrica se ha incorporado al programa informático de modelización fluvial bidimensional
Infoworks Rivers (Wallingford Software), generándose una malla triangular desestructurada (Figura 4) para las
llanuras de inundación con celdas de tamaño variable entre 100 y 2.000 m2 de superficie, en una extensión
aproximada de 4.400 Ha a lo largo de 18 km de longitud. La región central del cauce y las motas longitudinales
se han definido mediante secciones transversales al mismo y los correspondientes perfiles longitudinales,
tomando cotas directamente del modelo digital de terreno actualizado.
Figura 3 Llanura de inundación derecha atravesada por carretera y representación del modelo digital del terreno empleado
Como variable característica de la rugosidad (tanto para el cauce principal como para las llanuras de inundación)
se recurre al número de Manning, introducido en el modelo asociado a una capa SIG representativa de los
distintos usos del suelo y unidades susceptibles de cambio de resistencia al flujo, interpretadas mediante
campañas de campo y fotografía aérea.
Tema A: Dinámica fluvial
Figura 4 Detalle de la malla irregular de triángulos generada sobre el MDT para el cálculo bidimensional. Arriba región de cauce definida por secciones transversales y motas longitudinales de conexión 1D-2D
2.2 Calibración del modelo y simulaciones realizadas
El modelo se ha validado comparando la superficie afectada por las inundaciones del año 2003 con los resultados
obtenidos por la simulación de la circulación de caudales semejantes a los registrados para ese caso, que fueron
ligeramente inferiores a los correspondientes a la avenida de 25 años de periodo de retorno.
La modelización fluvial bidimensional realizada ha constituido una herramienta fundamental para simular las
avenidas extraordinarias del río, permitiendo de este modo conocer en detalle los puntos débiles de la mota de
defensa donde se producen los desbordamientos, determinar las zonas de almacenamiento de la llanura
inundable, analizar el grado de defensa de las motas transversales existentes, y en general, afianzar el
conocimiento de la circulación real del flujo a través de la modelización. La información suministrada por la
citada modelización ha permitido establecer las líneas de actuación básicas para el control de la avenida y la
defensa de Buñuel.
Actualmente, el flujo activo circulante por la margen derecha del río, desbordado aguas arriba del núcleo urbano
de Buñuel, constituye el frente de avenida fundamental para la población de Buñuel (Figura 5). Tan solo el
efecto laminador de la llanura de inundación, favorecida por la existencia de antiguos meandros e incrementada
por la compartimentación de las fincas agrícolas y la reciente construcción de las motas de defensa transversales,
reducen en parte el efecto devastador de la avenida, aunque aún resultan insuficientes para mantener Buñuel
fuera del alcance de las aguas asociadas a 25 años de periodo de recurrencia.
Es de destacar el efecto de estas estructuras en la dinámica hidráulica de las llanuras inundables, provocando el
aumento del nivel de inundación aguas arriba de las mismas, pero que al ser superadas reducen las punta del
hidrograma de crecida hacia el núcleo urbano situado aguas abajo (Figura 6), aspecto crucial ya constatado por el
comportamiento de las motas levantadas en la inundación del año 2003.
Tema A: Dinámica fluvial
Figura 5 Modelo bidimensional del tramo del río Ebro en Buñuel. Planta de inundación máxima T = 25 años
Figura 6 Evolución de la altura de la lámina de agua alcanzada por la inundación de 25 años de periodo de retorno aguas arriba de la mota transversal construida en el 2003
MOTA
OBLICUA
Tema A: Dinámica fluvial
3 Soluciones propuestas frente a inundaciones
Determinados los actuales niveles de protección existentes frente a inundaciones y sobre la premisa deducida del
funcionamiento hidráulico del Ebro y su llanura inundable, la línea de actuación fundamental de defensa de la
población de Buñuel frente a las avenidas del río Ebro ha sido establecer el control de la laminación de la
avenida a través de la creación y adecuación de las citadas zonas de almacenamiento, elaborando un estudio de
soluciones que incluye la proposición y el análisis hidráulico pormenorizado de distintas alternativas en función
del nivel de defensa requerido de modo que sirva como elemento de toma de decisiones para paliar los efectos de
las inundaciones en los Términos Municipales afectados.
Cada una de las alternativas se conforma por la combinación de distintas soluciones de actuación directamente
sobre las infraestructuras existentes o con otras de nueva construcción, con los objetivos de:
- incrementar y regular el efecto laminador de las llanuras de inundación recreciendo a distintos niveles
motas oblicuas y caminos, que reorienten y contengan las aguas desbordadas,
- regular la capacidad hidráulica del cauce recuperando el soto del meandro de Buñuel retranqueando la
actual mota longitudinal,
- activar meandros abandonados para laminar la onda de avenida permitiendo el flujo sobre motas para
determinados niveles, de modo que sea capaz de absorber la punta de crecida en el momento más
desfavorable para el núcleo poblacional.
Figura 7 Detalle de alternativa propuesta para la defensa de Buñuel para 200 años de periodo de retorno