Estudio de abastecimiento a la localidad de Arnedo

Trabajo sobre SIG
Título	Estudio de abastecimiento a la localidad de Arnedo
Autores	Rincón Crespo, Kevin Sans Jiménez, Alejandro Sesto Muñoz, María Victoria Villarino Redondo, Álvaro
Asignatura	Sistemas de Información Geográfica Aplicados a la Ingeniería Civil
Curso	Curso 16/17
Este artículo ha sido escrito por estudiantes como parte de su evaluación en la asignatura

Para el siguiente trabajo hemos decidido aplicar a la vida real los conocimientos que hemos aprendido durante el curso. Parte de las clases se han dedicado al estudio de presas, y continuamente hemos trabajado con datos del IDE de La Rioja, ya que están bastante completos. Saltó a nuestra vista la escasez de presas en la zona sur de la Comunidad, así que decidimos hacer un estudio sobre la posibilidad de la construcción de una en el área, que es bastante montañosa y tiene abundancia de ríos y riachuelos.

La metodología se explicará más adelante, pero a grosso modo lo que hicimos fue elegir una población, localizar una cuenca cercana, asegurarnos de que satisfaga la demanda y dimensionamos el embalse para dicha cuenca.

En cuanto a mejoras de cara al futuro, si la población sigue creciendo habrá que buscar una manera de satisfacer el abastecimiento nuevo, ya sea construyendo otra presa, buscando pozos o manantiales o incluso redimensionando la presa que hemos construido.

1 Introducción

El objetivo del presente estudio consiste en el abastecimiento de agua a la localidad riojana de Arnedo, situada al este de la comunidad. La necesidad de dicho estudio surge de la escasez de recursos hídricos que presenta la localidad. Arnedo, compuesto por un total de 14597 habitantes, ha experimentado un considerable aumento de la población en los últimos 25 años. Este aumento se puede atribuir al desarrollo industrial de la zona, muy potente en el sector secundario, más concretamente en la industria del calzado.

Evolución de la población de Arnedo

En las áreas colindantes a la localidad, no existen embalses de regulación, y la mayoría de las poblaciones son abastecidas por pozos y manantiales, además de tomas de ríos sobre todo en la cabecera de los mismos. Esta reducida capacidad de almacenaje y escasa regulación crea problemas de suministro en la zona de Arnedo. La colocación de un embalse constituye por tanto una buena alternativa para facilitar tanto el acceso a fuentes de suministro de mayor garantía y mejor calidad, como la mejora de la gestión y la calidad del servicio de la localidad.

Lógicamente, Arnedo está previamente abastecida por los sistemas utilizados en la actualidad, por lo que no tendría sentido inutilizarlos en el futuro. Por ese motivo, las necesidades de agua que se considerarán en este estudio serán únicamente las de abastecimiento a la población, quedando la industria abastecida de sobra por los antiguos sistemas existentes.

Para la resolución del problema, será necesario localizar la ubicación exacta de la cuenca receptora de agua. Para ello, habrá que enfrentarse a ciertos condicionantes que, combinados, proporcionarán el lugar más adecuado para el embalse. Dichos condicionantes serán:

El área de cuenca en función del volumen de agua demandado por la población.

• La geología de la cerrada, así como la del vaso del embalse.
• Las posibles afecciones a zonas de protección ambiental, especialmente a la Red Natura.
• Las posibles afecciones a las infraestructuras construidas en la zona.
• La cercanía a la localidad y la posibilidad de abastecerla por gravedad.

2 Metodología

La realización de este estudio tiene como herramienta principal un sistema de información geográfica, concretamente el QGIS, que permitirá georreferenciar todos los planos temáticos que sean utilizados. A tal efecto, se emplearán numerosos mapas sacados tanto del Instituto Geográfico Nacional como del portal IDERioja, que proporcionan los mismos en formato ráster. Estos son:

• MDT 200 La Rioja (IGN)
• MTN 200 La Rioja (IGN)
• Hoja MAGNA MTN 50 (IGME)
• Mapas temáticos (IDERioja)
• Hidrografía
  • Espacios protegidos Red Natura 2000
  • Núcleos urbanos y carreteras

Por otro lado, los datos poblacionales y de dotaciones necesarias se obtuvieron del Portal del Gobierno de la Rioja, y los datos de precipitaciones de la web del Ministerio de Agricultura y Medio Ambiente. Con todos ellos se calculó la dotación anual necesaria, y a partir de las precipitaciones, el área de cuenca requerida. Los cálculos fueron los siguientes:

Precipitaciones mensuales en Arnedo

• Población: 14.597 habitantes
• Dotación: 125 l/habitante·día
• Volumen diario: 14.597 x 125 = 1.824,625 m³
• Demanda anual: 1.824,625 x 365 = 0,666 hm³
• Precipitación anual: 215,9 l/m²
• C_escorrentía = 0,13
• Precipitación que escurre al año = 215,9x 0,13 = 28,07 l /m²
• Superficie de cuenca: 666000000/28,07 = 2372,64 Ha

3 Resultados

A continuación se describe el proceso seguido desde el momento en que todos los datos han sido recogidos hasta la resolución final del problema:

3.1 Carga del MTN 200 – La Rioja

La primera operación que se realizó fue la carga del mapa MTN 200 que representa en formato ráster la geografía de la comunidad. Esta capa es básica ya que es sobre ella sobre la que se trabajará, y permitirá localizar en algún punto de la misma la zona concreta de estudio.

Capa → Añadir capa → Añadir capa ráster

3.2 Obtención de las curvas de nivel

Sobre la capa del mapa 200, se cargaron las curvas de nivel, esenciales para entender con más claridad el terreno. Por ejemplo, estas curvas de nivel serán útiles para buscar posibles cerradas de la presa, donde más se junten por ambos márgenes del río, mejor será la cerrada.

Ráster → Extracción → Curvas de nivel

3.3 Carga de planos temáticas

Se cargaron a continuación los mapas temáticos obtenidos de IDERioja (hidrografía, espacios protegidos Red Natura, núcleos urbanos y carreteras), así como la hoja MAGNA geológica. De esta manera, se tiene en el mismo proyecto todas las capas temáticas que supondrán impedimentos o condicionantes a la hora de decidir qué cuenca se selecciona.

Capa → Añadir capa → Añadir capa ráster

Además, por comodidad, se renombraron las capas, con la siguiente denominación:

• Núcleos_Urbanos
• Hidrografía
• Carreteras
• Curvas_Nivel
• Red_Natura
• Ferrocarril
• Clipper_Arnedo

3.4 Establecimiento de la condición de área mínima

A partir de los cálculos realizados en el Apartado 2) se consiguió un tamaño de cuenca mínimo y orientativo para seleccionarla en el mapa. El proceso seguido fue, una vez se tiene la superficie de cuenca mínima, calcular el área de un solo pixel del ráster, y ver cuántos píxeles suponen dicho tamaño mínimo de cuenca. Este número servirá para introducirlo en los parámetros de creación de cuencas en la herramienta GRASS de QGis, metiendo el mapa ráster en GRASS, dibujando las cuencas, pasándolo a vectorial, y extrayéndolo fuera de GRASS. Las operaciones son las siguientes:

Creación de directorio de mapas GRASS → Herramientas GRASS:

• Árbol de módulos → Administrador de archivos → Importa a Grass → Importar ráster a GRASS → Importar ráster a GRASS desde la vista de QGis → Herramienta “r.in.gdal.qgis.loc”.
• Lista de módulos → Herramienta “r.watershed” → Selección de capa GRASS y tamaño de celda (según el calculado antes).
• Árbol de módulos → Administrador de archivos → Conversión de tipo de mapa → Convertir un ráster a vectorial dentro de GRASS
• Árbol de módulos → Administrador de archivos → Exportar desde GRASS → Exportar vectorial desde GRASS → Exportar vectorial a varios formatos

Ahora se tiene el mapa de cuencas vectorial en QGis, que nos permitió ver los atributos de la misma al haberla extraído de GRASS. Todas las cuencas que se tienen en este momento tienen un área mayor a la requerida. Es el momento de estudiar cuál es la adecuada.

3.5 Selección de la cuenca

Para seleccionar la mejor cuenca, se atendieron a todos los condicionantes descritos anteriormente. Para ello, se ha procedido a trabajar con las capas, superponiendo unas sobre otras, estando fija la capa de la cuenca y la capa del embalse hasta una cota suficiente como para abastecer a la población.

El primer y más importante criterio fue la cercanía a Arnedo, se eligieron diversas cuencas que se encontraban a poca distancia de la localidad, y se eligió una que permitiera, viendo sus curvas de nivel, abastecer por gravedad. Además, conviene también que la cuenca sea tal que su cerrada sea muy estrecha.

Con todo esto, se ha elegido la cuenca que se muestra en los mapas adjuntos en el Anejo de Planos. Cumpliendo con creces los condicionantes recién descritos, en los mapas se estudiaron las afecciones y la geología como comprobación de la cuenca. Los resultados fueron los siguientes:

• La geología no supone un condicionante muy grande, ya que la zona de la cerrada es de calizas, dolomías, margas y areniscas, luego no habrá grandes problemas para establecerla. La cerrada es magnífica ya que su relación altura/cuerda es muy grande.
• En cuanto a afecciones urbanas, la zona que llega a inundarse no invade ninguna localidad por lo que no suponen un problema los núcleos urbanos. Sin embargo, se encuentran dos carreteras que viajan por los dos valles que inunda el agua, por lo que tendrán que ser desviadas en su paso por el embalse. No pueden ser salvadas por viaducto ya que atraviesan longitudinalmente el embalse. La importancia de estas carreteras es menor por lo que se podrán modificar.
• En cuanto al mapa hidrográfico y de captaciones, no se estorba a ningún embalse preexistente, y las captaciones de agua existentes tampoco son intervenidas.
• Finalmente, una gran noticia es que la Red Natura 2000, en la zona de inundación del embalse no es afectada, por lo que no existen problemas ambientales.

Llegamos a la conclusión de que la cuenca elegida es adecuada. A partir de ahora solo falta calcular la altura de la lámina de agua.

3.6 Inundación del embalse

A una altura de cota 800 nos sale una cerrada más estrecha y una altura aceptable. Para poder obtener el volumen que encierra el embalse, así como una simulación adecuada del mismo, se han seguido los siguientes pasos:

• Empezamos importando las hojas MDT25 242 y 280 del Instituto Geológico Nacional.
• Posteriormente, para obtener una única hoja, se emplea la opción de combinar capas ráster en “ráster → miscelánea → combinar”.
• Una vez tenemos la capa ráster en QGIS, procedemos a crear un directorio de trabajo en GRASS: Arnedo / Localizacion / PERMANENT, e importamos el archivo ráster a Grass.
• Con el ráster en Grass, creamos las capas de “Drenaje_Arnedo” y “Flujo_Arnedo”, a partir de la capa “Arnedo Grass” y con un tamaño de cuenca de 37963 píxeles de 25 x 25 m, por medio del comando “r.watershed.
• A continuación, pasamos a usar el comando “r.water.outlet” introduciendo la capa “Drenaje_Arnedo” con las coordenadas de localización de la presa.
• Creamos la máscara de trabajo, para valores 1, a partir de la capa “Embalse” creada en el paso anterior.
• Finalmente, ejecutamos el comando “r.lake.seed” introduciendo como terreno la capa “Arnedo_Grass”, y la capa “Embalse” como seed, dando cota a 800 m de altitud. Así, aparece la siguiente ventana, al ejecutar, en la que figura el volumen del embalse:

Obtención del volumen final del embalse

4 Conclusiones

El volumen obtenido es de 134 hm³, muy superior al volumen necesario. Esto significa que podremos abastecer a los municipios de la zona, no sólo a Arnedo, e incluso existe la posibilidad de utilizar parte del agua para riego. También nos da un margen de seguridad en el caso de que la población crezca en el futuro.

En todos los años que llevamos en la carrera, muchas veces no llegamos a ver lo que aprendemos en clase reflejado en la vida real, así como tampoco llegamos a utilizar muchos programas que luego usaremos en la vida profesional. En este caso, sin embargo, hicimos ambas cosas. Todo el conocimiento que habíamos adquirido sobre archivos vectoriales, ráster, estudios de cuencas y presas lo hemos aplicado en el trabajo, todo ello utilizando el QGis, que nos será seguramente muy útil en el futuro. De hecho, hicimos un trabajo similar el semestre pasado, y ha sido interesante ver cómo el QGis nos facilitaba mucho la obtención de información sobre la cuenca y el embalse, y cómo en un mismo mapa podíamos añadir todas las afecciones y trabajar con la cuenca, para ver cómo iba afectando al entorno. A la hora de dimensionar, el volumen nos ha salido más que suficiente, así que aunque la población siga creciendo, podríamos seguir abasteciendo Arnedo durante bastantes años.

5 Anejos

Afecciones a la Red Natura

Geología

Geología en la cerrada

Hidrografía

Afecciones a núcleos urbanos