Estudio hidrológico y de afecciones de la presa de El Atazar

Trabajo sobre SIG
Título	Estudio hidrológico y de afecciones de la presa de El Atazar
Autores	Iván Gabriel Martín, Alejandro García Hernández, Laura Montero Fernández.
Asignatura	Sistemas de Información Geográfica Aplicados a la Ingeniería Civil
Curso	2013-14
Este artículo ha sido escrito por estudiantes como parte de su evaluación en la asignatura

El objeto del presente trabajo consiste en analizar los aspectos que intervienen en un estudio hidrológico en relación con una presa existente, la de El Atazar, además de examinar los servicios que pueden verse afectados por la lámina del embalse. Por una parte, se debe definir la cuenca de drenaje en el punto de la presa, así como las características fisiográficas (área, relieve, pendientes, usos del suelo, longitud de los cauces, perfiles de los ríos…) relevantes para el estudio. También es necesario analizar las fuentes de datos necesarias para el desarrollo del estudio hidrológico, tales como las estaciones pluviométricas y de aforos existentes, determinándose la localización de los involucrados. El análisis de la afección de la lámina del embalse se realizará a nivel máximo normal, viéndose los elementos que pueden verse condicionados, tales como núcleos urbanos, lugares de interés, carreteras… Se establecerá la zona de policía, de 100 m de distancia. También se establece un perímetro de 500 m, para en cuenta las posibles avenidas extraordinarias que puedan tener lugar en la zona. Los resultados obtenidos se relacionan con la obtención de la cuenca hidrográfica y su división en subcuencas, los perfiles de los ríos, el umbral de escorrentía y la localización de los pluviómetros y las estaciones de aforo. Dentro de las posibles futuras mejoras, se encuentran las de profundizar en el estudio, para obtenerse los datos que permiten definir las avenidas de proyecto (tales como la obtención de datos reales de pluviometría y de caudales), con las que se puede comprobar el dimensionamiento de la presa, como sus órganos de desagüe. En relación con el estudio de afecciones de la lámina libre, se puede realizar el acondicionamiento de las poblaciones, zonas de interés y carreteas autonómicas que se ven afectadas, valorándose las medidas a tomar.

1 Introducción

El embalse de El Atazar, el mayor de la Comunidad de Madrid, pertenece a la cuenca hidrográfica del Tajo, sobre el río Lozoya. La presa es de doble bóveda, con una minicentral eléctrica. Para realizar el estudio hidrológico de la presa y las afecciones del embalse creado, se va a utilizar el programa QuantumGIS, que es un sistema de Información Geográfica (SIG) de código libre, que permite capturar, manejar, editar, analizar, modelizar y representar datos georreferenciados, con el objetivo de resolver problemas de gestión y planificación (NCGIA). A partir de la localización de la zona de estudio, y con las capas correspondientes, se pueden analizar los elementos que intervienen en el estudio hidrológico, desde la definición de la cuenca hidrográfica, con los parámetros necesarios, hasta la localización de pluviómetros y estaciones de aforo, con sus respectivos procesos para el tratamiento de datos. Con el dato del nivel máximo normal, se puede realizar el estudio de las afecciones de la lámina, en función de los perímetros de seguridad adoptados.

2 Metodología

2.1 Situación

Para localizar la zona de estudio, se emplea el visor IBERPIX del Instituto Geográfico Nacional. Las coordenadas de la ubicación son 40° 54′ 47″ N, 3° 28′ 20″ W, y en UTM, 4529213 460233 30T. Para trabajar sobre un modelo en QuantumGIS, se van a descargar varias capas ráster del IGN (Instituto Geográfico Nacional), en relación con la zona de estudio: - Hojas MTN50 Ráster números 0458, 0459, 0483, 0484, 0485, 0508, 0509. - Hojas MDT25 números 0458, 0459, 0483, 0484, 0485, 0508, 0509. - BTN100 correspondiente a Madrid, con datos de hidrografía, edificaciones, núcleos urbanos, vías de comunicación… También se han incorporado capas del programa Caumax 2.0, elaborado por el CEDEX (Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas), relativas a cuencas, ríos, estacione de aforo…

2.2 Datos de la presa.

De la página SEPREM-Sociedad Española de Presas y Embalses, se obtiene el NMN, de cota 870 m.

2.3 Cuenca hidrográfica.

A partir de la creación de las cuencas hidrográficas del MDT, con Grass, se puede establecer la cuenca de drenaje correspondiente a la presa. También, con la capa del Caumax, se puede realizar una comparación de la cuenca resultante.

2.4 Ríos.

A partir de las capas ráster del MDT25, se elabora una capa vectorial que contiene los ríos principales. Se pueden hacer varios perfiles de los mismos.

2.5 Usos del suelo (umbral de escorrentía).

A partir de la capa vectorial del Caumax 2.0, se obtiene el mapa del umbral de escorrentía, P0.

2.6 Pluviómetros y estaciones de aforo.

A partir de la página de la Agencia Estatal Meteorológica, AEMET, se han seleccionando, de los pluviómetros existentes en la Comunidad de Madrid, los que van a intervenir en el estudio hidrológico, con los que se hace la triangulación de Thiessen, para calcular la lluvia de proyecto. La localización de las estaciones de aforo se obtiene de las capas vectoriales del Caumax 2.0.

2.7 Afecciones del embalse.

A partir del NNM del embalse, se calcula la lámina de inundación, y a partir de los perímetros de 100 m y 500 m, se ven las zonas afectadas.

3 Resultados

3.1 Estudio Hidrológico

3.1.1 Cuenca hidrográfica.

Figura 1. Cuenca y subcuencas hidrográficas de la zona de estudio.

3.1.2 Ríos.

Figura 2. Perfil del río de la subcuenca 1.

Figura 3. Perfil del río de la subcuenca 2.

Figura 4. Perfil del río de la subcuenca 3.

3.1.3 Usos del suelo (umbral de escorrentía).

Figura 5. Umbral de escorrentía.

3.1.4 Pluviómetros y estaciones de aforo.

Figura 6. Pluviómetros de la cuenca.

Figura 7. Thiessen con GVSIG.

Figura 8. Estaciones de aforo.

3.2 Estudio de Afecciones del Embalse.

3.2.1 Edificaciones y núcleos poblacionales.

Figura 9. Edificaciones y núcleos urbanos de la zona.

3.2.2 Vías de comunicación.

Figura 10. Vías de comunicación de la zona.

4 Conclusiones

4.1 Estudio Hidrológico

A partir de este análisis básico, se pueden determinar los factores que intervendrían en el estudio hidrológico completo de la presa estudiada.

Figura 11. Tabla

Con el tratamiento de los datos, se puede realizar el estudio hidrológico, que permitiría comprobar dimensionamiento de los órganos de desagüe de la presa.

4.2 Estudio de Afecciones del Embalse.

A partir de los estudios previos realizados, se han recopilados las diferentes zonas de interés que han sido afectadas:

Dentro de las edificaciones y los núcleos urbanos, se encuentran en la Zona de Policía la población de Peñáguila (11 personas), por lo que se deberá considerar su traslado. Dentro de la zona de 500 m, se encuentran Cervera de Buitrago (167 personas) y El Berrueco (479 personas), zonas sin población, el Camping de Cervera de Buitrago y el Camping El Berrueco, con la posibilidad de realizar se estudios más detallados de su potencial relocalización.

Dentro de las carreteras autonómicas, la M127 tiene un tramo afectado por la Zona de policía, en la zona noroeste, y la M134 se ve afectada ligeramente, cerca de la presa. Dentro de la zona de 500 m, se encontrarían, además de las dos zonas anteriores, la M914. Se debe considerar la modificación del trazado de las carreteras que se ven afectadas por la Zona de policía, mientras que en el otro caso, habría que hacer una valoración cuantitativa de su posible reubicación o las medidas pertinentes a tomar.También hubiera sido de interés un estudio del Catastro para la determinación de las fincas que se ven afectadas.

5 Anejo 1: Anejo hidrológico

5.1 Introducción.

En este anejo se detallan los procesos seguidos para la obtención de los resultados relativos al estudio hidrológico de la zona. Tras una localización de la zona de estudio, se analizan los elementos que intervienen en el estudio hidrológico, desde la definición de la cuenca hidrográfica, con los parámetros necesarios, hasta la localización de pluviómetros y estaciones de aforo, con sus respectivos procesos para el tratamiento de datos.

5.2 Localización.

Para localizar la zona de estudio, se emplea el visor IBERPIX del Instituto Geográfico Nacional. Las coordenadas de la ubicación son 40° 54′ 47″ N, 3° 28′ 20″ W, y en UTM, 4529213 460233 30T. Para trabajar sobre un modelo en QuantumGIS, se van a descargar varias capas ráster del IGN (Instituto Geográfico Nacional), en relación con la zona de estudio: - Hojas MTN50 Ráster números 0458, 0459, 0483, 0484, 0485, 0508, 0509. - Hojas MDT25 números 0458, 0459, 0483, 0484, 0485, 0508, 0509. - BTN100 correspondiente a Madrid, con datos de hidrografía, edificaciones, núcleos urbanos, vías de comunicación… Se carga la capa vectorial 0507, relativa a las presas, para su ubicación. También se han incorporado capas del programa Caumax 2.0, elaborado por el CEDEX (Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas), relativas a cuencas, ríos, estacione de aforo…

Figura 1.1. Localización de la zona de estudio.

5.3 Cuenca hidrográfica.

Dado que se tienen 7 hojas MDT25 que representan la zona de estudio, se han combinado con la operación Ráster → Miscelánea → Combinar, seleccionando el directorio de entrada de las capas, con el objetivo de obtener una capa conjunta de salida, con la que se han obtenido las curvas de nivel cada 100 m, para la definición de la cuenca hidrográfica siguiendo las mismas.

Figura 1.2. Curvas de nivel y cuenca hidrográfica.

Con la capa unión del MDT25, con las herramientas de Grass, tras cargar la capa ráster en Grass, se hacen las cuencas con el comando r.watershed, con un tamaño de cuenca mínimo de 1600 celdas (dado que cada celda es de 25x25 m2, resultando un tamaño de cuenca mínimo de 1 km2), además de generarse la capa de ríos. Se convierten a capa vectorial, y se exportan a QGIS. A partir de esta capa, se seleccionan las cuencas que drenan en la presa, y se dibuja una capa vectorial shapefile de tipo polígono, en la que se dibuja la cuenca, teniendo en cuenta que drena en el punto de la localización de la presa, y se va dibujando conteniendo a las cuencas del Caumax. Se calcula el área de cada subcuenca de la zona de estudio.

Figura 1.3. Cuenca y subcuencas hidrográficas obtenidas mediante Grass.

Figura 1.4. Cuenca y subcuencas hidrográficas de la zona de estudio.

Se puede comprobar la correlación de los resultados entre la capa digitalizada y la de cuencas provenientes del Caumax 2.0.

5.4 Ríos.

A partir de las capas ráster del MDT25, se elabora una capa vectorial que contiene los ríos principales. Como con la capa de Grass obtenida, los ríos quedan definidos a partir de una longitud de más de 10 km, se empleará la capa proveniente del programa Caumax, que es más precisa. Se puede obtener la longitud y el desnivel de los ríos.

Figura 1.5. Capa de ríos de la cuenca de estudio.

Se ha sacado un perfil longitudinal de los ríos principales pertenecientes a cada subcuenca (Puebla, Riato, Lozoya), que pueden servir para los cálculos hidráulicos, para hallar los tiempos de concentración de la cuenca. Con la capa ráster del MDT, que identifica el relieve, se utiliza la herramienta Terrain Profile, en “Complemento, Obtener complementos de Python, Profile Tool”, seleccionando como polilínea la correspondiente a los ríos:

Figura 1.6. MDT para el cálculo de los perfiles de los ríos.

Figura 1.7. Perfil del río de la subcuenca 1.

Figura 1.8. Perfil del río de la subcuenca 2.

Figura 1.9. Perfil del río de la subcuenca 3.

Se puede observar que en la zona de la subcuenca 2, relativa al río Lozoya, el MDT tiene incorporadas las presas que hay construidas, ya que el perfil del río es horizontal, con saltos verticales que representan las presas existentes.

5.5 Usos del suelo (umbral de escorrentía).

A partir de la capa vectorial del Caumax 2.0, se obtiene el mapa del umbral de escorrentía, P0.

Figura 1.10. Umbral de escorrentía.

5.6 Pluviómetros y estaciones de aforo.

A partir de la página de la Agencia Estatal Meteorológica, AEMET, se han seleccionando, de los pluviómetros existentes en la Comunidad de Madrid, los que van a intervenir en el estudio hidrológico, con los que se hace la triangulación de Thiessen, para el cálculo de la lluvia de proyecto en función del periodo de retorno. Se han descargado en una tabla Excel, que se guarda como formato .txt, y se ha creado una capa desde un fichero de texto delimitado. Las coordenadas de los mismos están en ED-50. Se realiza un buffer de 5000 m, para hallar qué pluviómetros serán los seleccionados, que serán los que queden dentro del límite establecido.

Figura 1.11. Pluviómetros de la cuenca.

Se hace la triangulación de Thiessen con los pluviómetros definitivos, con la herramienta Polígonos de Voronoi en Vector-Geometría. Debido a los posibles errores, se ha procedido a realizar el proceso en GVSIG, y después se ha cargado la capa vectorial en QGIS. A partir de esta capa, se saca la intersección con la capa de las cuencas obtenidas con Grass, para ver el área de influencia de cada cuenca.

Figura 1.12. Thiessen con QGIS.

Figura 1.13. Thiessen con GVSIG.

La localización de las estaciones de aforo se obtiene de las capas vectoriales del Caumax 2.0.

Figura 1.14. Estaciones de aforo.

5.7 Conclusiones.

A partir de este análisis básico, se pueden determinar los factores que intervendrían en el estudio hidrológico completo de la presa estudiada.

Figura 1.15. Tabla

Con el tratamiento de los datos, se puede realizar el estudio hidrológico, que permitiría comprobar dimensionamiento de los órganos de desagüe de la presa.

6 Anejo 2: Afecciones del embalse

6.1 Introducción.

En este anejo se detallan los procesos seguidos para la obtención de los resultados relativos al estudio de las afecciones de la lámina del embalse. Este análisis se realizará a nivel máximo normal, viéndose los elementos de relevancia que pueden verse condicionados, tales como núcleos urbanos, lugares de interés, carreteras… Se establecerá la zona de policía, de 100 m de distancia. También se establece un perímetro de 500 m, para en cuenta las posibles avenidas extraordinarias que puedan tener lugar en la zona. A partir de las zonas afectadas, se podrá analizar su posible reubicación o las medidas pertinentes a tomar.

6.2 Cota de inundación del embalse.

De la página SEPREM-Sociedad Española de Presas y Embalses, se obtiene el NMN, de cota 870 m.

6.3 Lámina de inundación del embalse.

Con la capa unión del MDT25, con las herramientas de Grass, tras cargar la capa ráster en Grass, se selecciona el comando r.mapcalculator en herramientas de ráster, para restar a la cota de la lámina del NMN, la 870, la cota del terreno, resultando los valores positivos los inundados, y los negativos, los no inundados. Se hace un mapa de color. Se procede luego a la reclasificación de la capa resultante, con archivos .txt, con el comando r.reclass. Para obtener las cotas verdaderas de la zona no inundada, se utiliza la siguiente expresión en los ficheros de texto (teniendo en cuenta el valor mínimo que se obtiene):

-1600 thru 0 = 1

• = 0

end

Y se multiplica esta capa por el MDT25 combinado inicial en Grass, con r.mapcalculator. Para poder determinar las zonas de seguridad, es necesaria la realización de un buffer, para lo cual, la capa debe contener datos de 0 o NULL. Por ello, se hace la siguiente reclasificación:

-1600 thru 0 = NULL

• = 0

end

Figura 2.1. Reclasificación para buffer.

Con la capa resultante, se emplea el comando Buffer en Grass, y se obtienen las zonas de policía, de 100 m, y la de 500 m.

Figura 2.2. Zona de policía (100 m) y buffer de 500 m.

Esta operación se puede realizar fuera de Grass, tras transformar la capa en vectorial en Grass, con el comando r.to.vect.area, y exportarla a QGIS (con el botón derecho, Guardar Como). Se debe hallar la intersección del embalse y los perímetros de

6.4 Afecciones de la lámina del embalse.

Para el estudio de las afecciones posibles, con las capas que tienen el buffer en QGIS, se deben elegir lo elementos del BTN100 correspondiente a Madrid que puedan resultar de interés.

6.4.1 Edificaciones y núcleos urbanos.

Cargando las capas vectoriales del BTN100, las relativas al apartado 05, se localizan en la zona de estudio, y se determinan cuál pueden verse afectadas.

Figura 2.3. Edificaciones y núcleos urbanos de la zona.

Núcleos de población: en la zona de Policía, se encuentra la población de Peñáguila (11 personas). En la de 500 m, Cervera de Buitrago (167) y El Berrueco (479). Diseminado: Santillana y Presa del Villar está en la zona de 500 m, así como los Cercados, pero no tienen población. Hay una urbanización en la Zona de 500 m, sin población. Se observa un club náutico en el embalse. Alojamiento, ocio y zonas de interés: Camping de Cervera de Buitrago está en la zona a 500 m, así como el Camping El Berrueco.

6.4.2 Vías de comunicación.

Se encuentran en el apartado 06, y se determinan las que pueden verse afectadas por la lámina del embalse y los perímetros de seguridad.

Figura 2.4. Vías de comunicación de la zona.

Carreteras autonómicas: La M127 tiene un tramo afectado por la Zona de policía, en la zona noroeste. La M134 se ve afectada ligeramente, cerca de la presa. Dentro de la zona de 500 m, se encontrarían la M127, la M134 y la M914.

6.5 Conclusiones.

Las zonas que pueden verse afectadas se resumen a continuación:

6.5.1 Edificaciones y núcleos urbanos.

Como en la zona de Policía se encuentra la población de Peñáguila (11 personas), habría que tener en cuenta su posible reubicación. Dentro de la zona de 500 m, donde se encuentran Cervera de Buitrago (167 personas) y El Berrueco (479 personas), zonas sin población, el Camping de Cervera de Buitrago y el Camping El Berrueco, habrá que realizar estudios más detallados de su localización.

6.5.2 Vías de comunicación.

Carreteras autonómicas: la M127 tiene un tramo afectado por la Zona de policía, en la zona noroeste. La M134 se ve afectada ligeramente, cerca de la presa. Dentro de la zona de 500 m, se encontrarían la M127, la M134 y la M914.

Ya que se ven afectadas por la Zona de policía, las carreteras autonómicas M127 y M134, deberán modificar su trazado en esas zonas. En el otro caso, habría que hacer una valoración cuantitativa de su posible reubicación, o tomar algunas medidas pertinentes. También hubiera sido de interés un estudio del Catastro para la determinación de las fincas que se ven afectadas.