Fig. 1. Río Nervión a su paso por Basauri (Bizkaia).
Fig. 2. Puente sobre el Nervión, túnel Malmasín y Renfe.
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Manuel Fernández Gómez*
Ingeniero de Caminos. Responsable de Planificación Hidrológica. Departamento de Transportes y Obras Públicas. Gobierno Vasco.
Descriptores: Prevención de inundaciones, Modelos hidráulicos, Embalses de laminación, Actuaciones en cauces, Secciones de tipo
Con excesiva frecuencia, vivimos episodios de alerta por desbordamientos de nuestros ríos; no sólo de los ríos de la cuenca cantábrica, cuyos angostos y pronunciados valles fomentan la colonización de la vega de inundación, sino también a orillas del Zadorra (cuenca del Ebro), donde la ciudad de Vitoria ha asentado una serie de polígonos industriales que sufren inundaciones por desbordamientos de aquél.
Las referencias sobre inundaciones son antiguas, remontándose al año 1403 y pudiendo contabilizar sólamente en Bilbao 39 inundaciones de carácter catastrófico.
Fenómenos similares se han venido padeciendo en distintos puntos de la Comunidad Autónoma (Llodio, Donostia, Tolosa, Rentería, etc.) durante estos seiscientos años transcurridos desde nuestra primera referencia (inicios del siglo xv).
Ciñéndonos a nuestro tiempo, recordamos las de octubre de 1953, junio de 1975 y 1977, julio de 1988 y, la máxima conocida, de agosto de 1983, cuyos efectos dejaron 34 muertos, cinco personas desaparecidas y más de 200.000 millones de pesetas de pérdidas materiales.
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Fig. 1. Río Nervión a su paso por Basauri (Bizkaia). |
Fig. 2. Puente sobre el Nervión, túnel Malmasín y Renfe. |
La fuerte presión urbanística sobre los valles de este país, donde, debido a su configuración topográfica, el crecimiento de los inmuebles se ha producido sobre la plana aluvial, ha dado lugar a una problemática específica que se concreta en:
— Ocupación plena de zonas inundables en la plana aluvial de los cauces principales.
— Ocupación de las laderas de los valles principales, con la cobertura de arroyos y regatas de fuertes pendientes y, por tanto, de alto poder erosivo y gran transporte sólido.
— Estrechamientos de cauces.
— Obras de infraestructura viaria –carreteras y ferrocarriles– incidiendo sobre cauces y márgenes.
— Azudes de derivación en el cauce, para aprovechamientos hidráulicos.
— Abundancia de flotantes, con especial referencia a los árboles procedentes de los deslizamientos de talud por inestabilidad del terreno en fuertes lluvias o por depósitos en épocas de tala, que, en combinación con las obras transversales a las que pueden contribuir a atorar, representan un grave peligro.
En resumen: la mayor parte de los ríos del País Vasco se caracterizan por ser el eje geográfico del desarrollo urbano e industrial de la zona y, por ello, han sido afectados por todas las actividades que sucesivamente se han ido implantando en sus inmediaciones.
A la vista de esta problemática, el Departamento de Transportes y Obras Públicas del Gobierno Vasco ha redactado el «Plan integral de prevención de inundaciones», cuyo alcance y contenido vamos a tratar de explicar a continuación.
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Bilbao, 27 de agosto de 1983. Iglesia de San Antón. |
Bilbao, 27 de agosto de 1983. Puente Conde Mirasol. |
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Bilbao. Calle de Zamácola. Barrio de La Peña.1983. |
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El «Plan integral de prevención de inundaciones»
Este documento, estructurado en 44 tomos, afronta la problemática de avenidas de los ríos del País Vasco, persiguiendo los siguientes objetivos.
— Mejorar el conocimiento de los fenómenos meteorológicos e hidrológicos que ocasionan las avenidas extraordinarias.
— Cuantificar los riesgos de inundación con bases homogéneas para todo el País Vasco.
— Plantear y evaluar alternativas de actuación para reducir riesgos.
— Proponer un catálogo de actuaciones.
— Proponer una red de medida y un plan de alarmas.
— Dotar de un documento de referencia a todas las entidades y organismos con competencias en la planificación urbanística y territorial, para que puedan considerar, conocer y evaluar las repercusiones que las actuaciones de su competencia pueden llegar a tener en el ámbito hidrológico y, más concretamente, en el fenómeno de las inundaciones.
Las actividades básicas en que se ha estructurado el Plan para su desarrollo, se podrían resumir conforme al esquema de la figura 4.
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Fig. 3. Puente sobre el Nervión en Llodio (Araba). |
Fig. 4. Esquema de actividades del «Plan Integral de Prevención de Inundaciones» |
No deseamos ser prolijos en el desarrollo de la primera fase; tan sólo apuntar una serie de datos que definen el detalle y rigor con el que se ha afrontado este Plan.
Se han consultado y referenciado más de 100 documentos (planes, proyectos, estudios, etc.), y en su confrontación con el terreno se han nivelado más de 500 kilómetros de río, calculado unos 1.300 perfiles transversales y croquizado unas 100 obras de fábrica instaladas sobre los cauces.
En lo que se refiere a la fase de diagnosis, se han analizado más de 200 estaciones pluviométricas, obteniéndose series de hasta 45 años.
Determinada la calidad de los datos obtenidos, y mediante ajustes estadísticos de valores extremos, se obtuvieron y representaron en planos a escala 1:200.000, y, en el ámbito de toda la Comunidad Autónoma, las isomáximas de 24 horas para distintos períodos de retorno.
Basándonos en los datos pluviográficos, y una vez obtenidas las series de máximos para duraciones inferiores a 24 horas, con la ayuda de la estadística se relacionan la Intensidad, la Duración y la Frecuencia (idf).
Por último, se ha efectuado un estudio específico de hietogramas, analizando tormentas históricas registradas en los pluviógrafos de esta Comunidad Autónoma, con el fin de obtener un hietograma medio representativo de la distribución temporal de dichas tormentas.
El cálculo de los hidrogramas de avenida se realiza mediante modelos de simulación que transforman precipitación en escorrentía.
Dividida cada cuenca en subcuencas o intercuencas de menor extensión, a fin de homogeneizar y facilitar la estimación de las variables que intervienen en el proceso (área, longitud del tramo, pendientes longitudinales y transversales, etc.), se calcula el tiempo que tarda una gota de lluvia en llegar a un punto de desagüe de la cuenca (Tiempo de Concentración), confrontando finalmente estos resultados con los reales (Pluviometría-Aforo).
Para la definición del Hidrograma Unitario, se ha utilizado el método del Soil Conservation Service; y para el traslado de hidrogramas, el método de la onda cinemática.
Por otra parte, se fijan las características del suelo (geología, edafología, cobertura vegetal, etc.), no olvidando un tratamiento especial de las cuencas cársticas, delimitando sus contornos, capacidad y punto de desagüe.
Todos estos parámetros, unidos a los determinados en el estudio pluviométrico, precipitaciones e intensidades máximas y hietogramas, han constituido la entrada al modelo hec-1 utilizado en la transformación lluvia/caudal.
Modelos hidráulicos. Niveles de inundación
A fin de obtener los niveles de inundación para los distintos períodos de retorno, se han utilizado los caudales máximos obtenidos en el estudio hidrológico como entrada a los modelos hidráulicos de los cauces.
El modelo empleado, hec-2, es del tipo unidimensional y para régimen permanente. Permite calcular las curvas de remanso para cualquier régimen hidráulico, a partir de las condiciones de contorno, caudales por tramo y características del cauce.
El terreno se modeliza mediante perfiles transversales ortogonales al eje del río, situados de forma que sean representativos de la geometría del cauce y de sus márgenes. Se consideran también los obstáculos presentes en el río, tales como puentes o azudes, con criterios y técnicas específicas de modelización.
La resistencia del terreno al avance del agua se modeliza mediante el coeficiente de rugosidad de Manning, el cual se selecciona en función del tipo de terreno del cauce y márgenes, cobertura vegetal y edificación de la zona.
Las condiciones de contorno se fijan: bien en el mar, con su cota de marea de diseño para los tramos finales de los ríos que en él desaguan, bien en las secciones críticas o en las confluencias, con las funciones de desagüe características de las mismas.
El resultado del estudio consiste en los valores de los niveles de agua en cada perfil asociados a un período de retorno (10, 20, 50, 100, 500 y 1.000 años).
Se han dibujado, a escala 1:5.000, las manchas de inundación correspondientes a caudales circulantes asociados a los períodos de retorno de 10, 100 y 500 años.
Una vez reconocido y analizado el problema, se han estudiado y propuesto las distintas alternativas que consiguen disminuir el riesgo de desbordamientos.
Fundamentalmente, se ha estudiado dos tipos de soluciones: las que disminuyen el caudal circulante en una zona determinada, y las que consiguen aumentar la capacidad de desagüe en el tramo a proteger.
Se ha analizado la influencia que la vegetación y los programas de reforestación pueden tener en la escorrentía y en los caudales pico, concluyéndose la bondad y conveniencia de este tipo de medidas blandas de actuación, no sólo por la reducción de los caudales punta (cuencas pequeñas y bajos períodos de retorno) que se consigue con ellas, sino por los efectos complementarios asociados a las mismas, como pueden ser la fijación del suelo, la disminución de arrastres y la del riesgo de obstrucción de obras de fábrica que aquéllos pueden producir.
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Haga click sobre la imagen para ampliar Fig. 5. Isomáximas de 24 horas - t= 100 años. |
Haga click sobre la imagen para ampliar Fig. 6. Confluencia Nervión-Ibaizabal. Manchas de inundación. |
Tienen por objeto controlar el caudal pico de la avenida, almacenando la cresta de la avenida y desaguando, si es posible, un caudal admisible en los tramos inferiores del río.
El coste de los embalses y la dificultad de encontrar cerradas viables y con situación adecuada para prevenir riesgos a los puntos críticos, hacen que sean pocas las actuaciones factibles de este tipo planteadas en el ámbito territorial del Plan.
Para cada embalse considerado, o nivel de intervención en el mismo, se han calculado sus costes y los caudales resultantes aguas abajo, que permitan, a su vez, dimensionar y valorar las restantes actuaciones en los cauces.
Como norma general se ha procurado conservar los cauces en su configuración actual, respetando sus vegas de inundación, y plantear tan sólo actuaciones en zonas críticas y de alto riesgo de daños, como son los tramos de cauce en áreas urbanas consolidadas.
Tanto el planteamiento como el análisis de las actuaciones de este nivel se realizan en dos etapas:
En la primera se estudia qué parte del problema de inundaciones está causado por los obstáculos puntuales del cauce, como puentes de pequeña sección o azudes. El análisis se realiza sustituyendo tales puentes por otros que no supongan obstrucción, reduciendo la altura de los azudes o eliminando los obstáculos, si fuera necesario.
En la segunda etapa, se plantean y estudian actuaciones como: dragados, canalizaciones y, en definitiva, encauzamientos en aquellos tramos del río en que el valor del bien a proteger y el riesgo del daño por inundación lo justifiquen.
Como criterio general, se estudian primero los proyectos que han sido realizados con anterioridad por distintos organismos, adaptándolos para los escenarios de caudales aquí considerados como de diseño. Se ha adoptado como caudal básico de dimensionamiento de los nuevos encauzamientos el de 100 años de período de retorno.
La fijación de este período se realiza, simplemente, para evaluar, con carácter homogéneo, el déficit de infraestructura hidráulica de protección de inundaciones de la Comunidad. A nivel de proyecto de actuaciones concretas, podrá adoptarse otro criterio más relacionado con la rentabilidad individual de las mismas.
No obstante lo anterior, cabe decir, sin ningún rigor estadístico, que el período de retorno de 100 años tiene también una significación propia como horizonte de diseño, al contemplar sucesos presentables por la memoria histórica de una generación y también posibilitar la ejecución de actuaciones urbanísticas, dado que en dicho período se renueva, por amortización natural, la mayor parte de los bienes muebles e inmuebles instalados en las márgenes de los ríos.
Finalmente se ha realizado un estudio económico de las actuaciones, cuyo objetivo ha sido determinar la rentabilidad económica, medioambiental y social de las mismas para la protección de daños, manteniendo una relación lógica entre la disminución de éstos y los recursos empleados para conseguirlo.
El beneficio fundamental que se ha considerado es el riesgo protegido de daños directos, como: daños agropecuarios, industriales, a viviendas y sobre el medio físico en general. También se han tenido en cuenta los daños indirectos protegidos y los beneficios que surgen de los propios objetivos de este Plan.
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Fig. 7. Esquema de laminación controlada por compuertas. |
Otros estudios generados por el Plan
Red de medida y plan de comunicaciones y alarmas
En esta fase del Plan se pretende definir una red de medida, meteorológica e hidrológica, que permita realizar un seguimiento en tiempo real y prevenir de posibles avenidas.
Para ello, se han estudiado los medios de aviso y alarma, en lo referente a estructura, densidad y distribución espacial, así como las magnitudes a transmitir, todo lo cual serviría de base para implementar un plan de emergencia y evacuación, a fin de proteger personas y bienes.
La propuesta efectuada ha tratado de armonizar con tres planes actualmente en desarrollo: el Sistema Automático de Información Hidrológica, propiciado por la Dirección General de Obras Hidráulicas; los Planes de aforo, programados por las Diputaciones Forales de Gipúzkoa, Bizkaia y Araba; y la Red de supervisión de radio y televisión del Gobierno Vasco.
Estudio de seguridad de presas
Se ha realizado un inventario de 47 presas existentes en el ámbito geográfico de la Comunidad Autónoma Vasca, y analizado el comportamiento de sus órganos de desagüe y aliviaderos frente a avenidas de 500 años de período de retorno, evaluando el riesgo de un desbordamiento por coronación.
Tiene por objeto este documento analizar el riesgo por desbordamiento de un cauce debido a la obstrucción de su área de evacuación por desprendimientos de tierras, acodalamiento de flotantes, etc.
Se ha realizado, a lo largo de los cauces, un minucioso estudio de los tramos o zonas que podrían tener problemas de oclusión. Se ha valorado el estado de las laderas y la posible socavación de las mismas por efecto de la corriente y sus posibles deslizamientos. Se han confeccionado una fichas, que se incluyen en el Plan, y, por último, se han propuesto medidas correctoras en aquellos puntos donde el riesgo se ha estimado más significativo.
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Fig. 8. Puente y presa de Urbi. Confluencia Nervión-Ibaizabal. |
Recomendaciones de ordenación territorial
Como alternativas de protección se han propuesto medidas de ordenación territorial. Independientemente de lo anterior, el Plan realiza una serie de propuestas de medidas sobre determinados usos en las distintas zonas de afección por avenidas.
En aras a la defensa de la infraestructura natural río, y de acuerdo con las determinaciones del «Plan de prevención de inundaciones», y del «Avance de directrices de la ordenación del territorio del País Vasco», se está ejecutando un «Plan territorial sectorial de ordenación de las márgenes de los ríos del País Vasco».
La sección tipo que se proyecta depende de variados condicionantes, no obstante lo cual, se puede establecer ciertos criterios generales de aplicación, distintos según las zonas.
Con carácter general, se proyecta una sección tipo doblemente trapecial, con un canal central que garantiza la circulación de los caudales de estiaje. Se excava el cauce natural para conseguir el calado necesario para evacuar el caudal de proyecto, lo que exige actuar a cotas inferiores a las de cimentación de pilas de puentes y muros y socavar taludes, obligando a realizar recalces y obras de estabilización del terreno.
Entre el canal central y el de avenidas se disponen unas “banquetas” que, aparte de servir de acceso para conservación y uso del cauce, tratan de aliviar la problemática enunciada, alejando la excavación de los puntos conflictivos.
Las márgenes no rocosas se protegen de la erosión con escollera, que se coloca formando sobre el talud un manto de una sola capa con bloques del orden de una tonelada, siendo interesante resaltar que la escollera no pretende estabilizar el talud, sino que su misión es la de impedir la erosión, sobre todo, del pie de aquél.
Este tipo de defensa, con excelentes resultados contrastados por avenidas posteriores a su ejecución, tiene la ventaja adicional de que, en breve tiempo, permite el crecimiento de la vegetación que integra la obra en su entorno.
Cuando las actuaciones se realizan en el propio casco urbano y no hay posibilidad de ensanchamiento, la sección tipo de encauzamiento adoptada es trapecial, formada por un muro bajo y un talud sembrado en su parte superior. La altura de dicho muro se diseña para las avenidas anuales –altura de unos 2,5 metros–, y se proyecta con mampostería trasdosada de hormigón en masa e imposta de hormigón en su parte superior.
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Fig. 9. Plan de previsión y alerta del País Vasco. |
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Fig. 10. Sección tipo doble trapecial. |
Todo encauzamiento comporta una serie de obras singulares, entre las que se destaca:
Preferentemente de un solo vano. Si la anchura del encauzamiento supera los 40 metros, se proyectan de tres vanos, con el vano central mayor que los laterales.
La dificultad de cimbrar estos puentes, con un régimen de caudales tan variable en cualquier época del año, potencia la solución del puente prefabricado.
La influencia en los niveles de agua provocada por los grandes azudes hace que su demolición sea una de las medidas más eficaces. Éstos se encuentran siempre aterrados, con un resguardo por debajo del vertedero inferior a un metro. Cuando el servicio ha de ser repuesto, se ejecuta el nuevo azud, tratando de agrupar concesionarios y con una altura por encima del lecho del cauce no superior a un metro.
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Fig. 11. Defensa de La Peña contra inundaciones del río Nervión. |
Fig. 12. Encauzamiento del río Oria en Andoain. |
Se proyecta un encauzamiento cubierto cuando no existe otra alternativa y con los siguientes criterios:
a. Creación de dispositivos de retención de flotantes y acarreos aguas arriba de la cobertura.
b. Sección mínima que garantice el acceso de maquinaria de limpieza (1,80 x 1,60 m2).
c. La pendiente del tramo deberá garantizar que no queden acarreos en el interior del tamo cubierto.
d. Evitar los codos y cambios bruscos de alineación del trazado en planta.
En tramos de cauce con lecho de acarreos, y con objeto de fijar la rasante proyectada, se ejecutan nervios transversales de escollera enterrados en el cauce.
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Fig. 13. Encauzamiento del Nervión en La Peña (Bilbao). |
Fig. 14. Encauzamiento del río Nervión en Miravalles. |
Dada la gran variación de caudales, y para evitar que el fondo del cauce quede en seco, se ejecutan unas traviesas de 30 a 40 centímetros de altura que provocan pequeños remansos, que facilitan la vida piscícola y mejoran la capacidad de autodepuración de las aguas.
Contra el posible atasco por flotantes de una cobertura, se están ejecutando dispositivos de separación de flotantes. Se proyectan en una zona donde sea admisible una pérdida de carga y con posible acceso para la retirada del material retenido.
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Fig. 15. Demolición y reposición del azud de la Papelera en Arrigorriaga. |
Fig. 16. Separador del arroyo Barcillao (Trapagaran). |
Los actuales requerimientos medioambientales exigen, cada vez con mayor frecuencia, la ejecución de las obras complementarias de urbanización anejas al cauce, y de regeneración de la vegetación de ribera.
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Fig. 17. Defensa contra inundaciones del río Zadorra en el casco urbano de Vitoria. |
Transición entre el nuevo cauce y el primitivo
Al encauzar un tramo del río y darle mayor capacidad de desagüe, se ha aumentado su capacidad de transporte y, por lo tanto, su poder erosivo. Este rejuvenecimiento del río va a actuar hacia aguas arriba, aumentando la erosión de forma incontrolada.
Este problema se trata de resolver ejecutando una obra de transición que cumpla dos cometidos:
a. El de estabilizar el escalón formado en el cauce y garantizar que el tramo superior funcione en régimen lento.
b. El de disipar la energía perdida en el salto, ejecutando un amortiguador que localice y garantice la formación del resalto hidráulico.
En obras de especial complejidad por su incidencia en el entorno urbano próximo, se han comprobado las hipótesis del proyecto mediante ensayo en modelo reducido (La Peña, Miravalles, etc.).
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| Figs. 18 y 19. Defensa del barrio de La Peña contra inundaciones del río Nervión (Bilbao). | |
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