Estudio hidrológico y de afecciones de la presa de Entrepeñas

Trabajo sobre SIG
Título	Estudio hidrológico y de afecciones de la presa de Entrepeñas
Autores	Pablo Espada Ruiz 475 Javier Cortés Barredo de Valenzuela 101 Julen Cordobés Istillarte 569 Begoña Bigeriego Álvarez 637
Asignatura	Sistemas de Información Geográfica Aplicados a la Ingeniería Civil
Curso	Curso 14/15
Este artículo ha sido escrito por estudiantes como parte de su evaluación en la asignatura

1 Introducción

El presente Estudio Hidrológico se realiza sobre el embalse de Entrepeñas, localizado en la Provincia de Guadalajara, en concreto, entre los términos municipales de Auñón y Sacedón. Pertenece a la Cuenca Hidrográfica del Tajo, pasando su cauce por él. El estudio, se centrará en determinar todas las variables hidrográficas que determinen su comportamiento para al final, determinar un análisis de afecciones en el supuesto de realizar un embalse en dicha subcuenca. La subcuenca seleccionada es la correspondiente al arroyo Garibay, atravesando Cañaveruelas. Para ello se utilizará el software Quantum GIS, una herramienta GIS (Geographical Information System) 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).

2 Metodología

En este apartado, se determinará qué variables se van a obtener con el fin de poder un análisis de afecciones e hidrológico completo, y qué datos se utilizarán para ello.

2.1 Situación y localización

Una de las bases para la realización del trabajo es la localización y situación de la subcuenca. Para ello, se utiliza el visor IBERPIX, perteneciente al IGN. En base a los datos proporcionados por esta herramienta, la localización de la subcuenca es la siguiente:

• Latitud: 40º 24' 11.84" N
• Longitud: 2º 37' 24.26" W
• Coordenadas UTM:

- X: 531.956 m

- Y: 4.472.588 m

- Zona: 30N

Las hojas del IGN que se utilizarán para definir la zona son las siguientes:

• Hoja 562:

- MDT25 ráster

- MTN50

- BTN100 (Corinne Land Cover, núcleos urbanos, vías de comunicación, etc.)

2.2 Cuenca hidrográfica.

Mediante la herramienta GRASS, y utilizando los mapas del MDT25, se obtiene la subcuenca de estudio a partir de la herramienta de GRASS llamada "r.watershed", para el análisis de cuencas.

2.3 Ríos.

El río (en este caso el Arroyo Garibay) que abastece a la cuenca, se determina a través de la herramienta de GRASS "r.watershed" sobre la hoja MDT25 antes mencionada, obteniendo así una capa vectorial que contiene al principal segmento de corriente. Tras obtener el segmento de corriente correspondiente al arroyo, mediante la herramienta de QGIS llamada "profile Tool", se determinará su perfil.

2.4 Usos del suelo.

Los usos del suelo se determinarán a partir de la hoja correspondiente a nuestra cuenca del BTN100, llamada Corinne Land Cover. Mediante el uso de herramientas de geoproceso, se determinan qué usos del suelo corresponden a las distintas superficies de la cuenca.

2.5 Pluviómetros y estaciones de aforo.

A partir del estudio "Clima de la Provincia de Guadalajara", se han seleccionado todos los pluviómetros de la zona, para después, mediante un búfer, obtener cuales de todos los pluviómetros son los aptos para la obtención de la precipitación sobre la subcuenca. Una vez determinados los pluviómetros, mediante los polígonos de Voronoy, se determinará el área asociada a cada pluviómetro. En cuanto a las estaciones de aforo, se requiere de un estudio específico sobre el arroyo Garibay ya que no se han encontrado aforos relativos a éste.

2.6 Afecciones del embalse.

Para estudiar las posibles afecciones en caso de realizar un embalse en dicha cuenca, se determinará una curva de capacidad, estableciendo a qué cotas se afectan viales, poblaciones y demás servicios.

3 Resultados

3.1 Estudio Hidrológico

3.1.1 Cuenca hidrográfica.

Figura 1. Mapa de subcuencas con direcciones de drenaje.

Figura 2. Subcuenca de estudio.

El área de la cuenca seleccionada es de 52,56 km².

3.1.2 Ríos.

Figura 3. Perfil del Arroyo Garibay.

3.1.3 Umbral de escorrentía.

Figura 4. Usos del suelo.

Figura 5. Uso del suelo y núcleos urbanos.

3.1.4 Pluviómetros.

Figura 6. Pluviómetros.

Figura 7. Localización de pluviómetros.

3.1.4.1 Pluviómetros selccionados y polígonos de Voronoy.

Figura 8. Polígonos de Voronoy.

Los pluviómetros seleccionados son dos:

• Superior: Bruega
• Inferior: Tendilla

Figura 9. Áreas de precipitación por pluviómetros.

3.2 Estudio de Afecciones.

Una vez hemos definido nuestra cuenca vamos a estudiar cómo la construcción de un embalse, con su respectiva presa, dentro de ella puede afectar las construcciones civiles cercanas. Para ello calcularemos la curva de capacidad del embalse proyectado y veremos a que cota afecta este a los diferentes elementos. Para ello primero mostraremos, resaltados, los pueblos y la carretera que se encuentran dentro de la cuenca:

Figura 10. Cuenca elegida con pueblos y carreteras en su interior.

3.2.1 Curva de capacidad.

Para sacar nuestra curva de capacidad, una vez fijada la zona donde irá la presa, hemos ido convirtiendo las líneas de nivel de cada cota a polígonos hasta alanzar la cota máxima de la presa.

Figura 11. Curvas de nivel.

Obteniendo mediante Excel los volúmenes cada 10 metros, hemos obtenido gráficamente nuestra curva de capacidad:

Figura 12. Curva de capacidad característica del embalse.

3.2.2 Afecciones a viales.

Vemos que prácticamente con la mera existencia del embalse la carretera queda fuera de servicio y habría que volver a construirla en uno de los márgenes. En cuanto a los pueblos, al estar la presa situada entre dos zonas de terreno elevado, el aumentar la cota de la presa no supondría la inundación de las viviendas. Sin embargo, habría afecciones indirectas como pequeñas avenidas provocadas por los aliviaderos de las presas, o un cambio en las presiones del terreno en el entorno, lo cual exigiría un estudio geotécnico para asegurar la integridad de los edificios. De cualquier manera, la presa estaría demasiado cerca de los núcleos urbanos y, por ley, esto estaría prohibido. Por ello la solución sería mover los pueblos a una zona más segura ya que suponemos la construcción de la presa totalmente necesaria.

4 Conclusiones

4.1 Estudio Hidrológico

Mediante los resultados obtenidos, se puede ya realizar un análisis completo (a falta del aforo del arroyo Garibay) hidrológico en la Cuenca:

• Mediante la determinación de la subcuenca, obtenemos su área, que es de 52,56 km².
• Mediante los polígonos de Voronoy y los pluviómetros, se obtiene que superficie en la cuenca corresponde a los datos pluviométricos de cada pluviómetro, de manera que puede ya obtenerse la precipitación media en la cuenca:

[math]P={\sum (P_i·S_i)\over S_{tot}}[/math]

• Mediante el perfil del río, obtenemos su longitud y desnivel, lo que nos permite obtener el tiempo de concentración del agua en la cuenca.
• Mediante los usos del suelo, se obtiene el Umbral de escorrentía, que nos permite hallar la infiltración en la cuenca.

4.2 Estudio de Afecciones del Embalse.

En cuanto al estudio de afecciones, la obtención de la Curva de Capacidad de la cuenca para la presa prevista, nos permite obtener una cifra aproximada de la cota y del volumen máximo embalsado, y para ello, qué viales o núcleos urbanos se ven afectados. Para una cota de 840 m y un volumen total embalsado de 2,026 hm³ el resultado de afecciones es el siguiente:

Figura 13. Curvas de nivel y núcleos urbanos.

5 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 Estudio hidrológico.

5.2.1 Localización y situación.

Para trabajar en QGIS, se descarga la hoja 562 del MTN50 ráster, y la hoja 562 MDT25.

Figura 14. Subcuenca seleccionada en el mapa MDT25.

5.3 Cuenca hidrográfica.

Con la capa 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 25000 celdas, además de generarse la capa de ríos mediante la opción segmentos de corriente. La capa de subcuencas, se pasan a capa vectorial, y se exportan a QGIS. A partir de esta capa, se selecciona las cuenca de estudio, y se dibuja una capa vectorial shapefile de tipo polígono, en la que se dibuja la cuenca. Se calcula el área de la subcuenca de la zona de estudio.

Figura 15. Mapa de cuencas.

Figura 16. Mapa con la subcuenca seleccionada.

Mediante la tabla de atributos, se crea una columna más en la capa vectorial de la cuenca seleccionada, y se calcula el área, obteniéndose este valor:

Figura 17. Tabla de atributos.

5.4 Ríos.

Se obtienen los segmentos de corriente mediante la herramienta de GRASS "r.watershed", y el perfil del río, mediante la herramienta "Profile Tool":

Figura 18. Segmento de corriente del río.

El perfil es el siguiente:

Figura 19. Perfil del río.

5.5 Umbral de escorrentía.

Mediante la importación de la capa del Corinne Land Cover, haciendo una intersección con nuestra cuenca, obtenemos los usos del suelo de nuestra cuenca. A partir de este mapa, podemos obtener el área asociada a cada tipo de suelo, y con ello calcular el umbral de escorrentía.

5.6 Pluviómetros y estaciones de aforo.

A partir de la tabla obtenida del Estudio antes citado "Clima de Guadalajara", se representan en coordenadas UTM los pluviómetros en QGIS. Mediante un búfer realizado alrededor de la cuenca de estudio, de 20 km de ancho, seleccionamos qué pluviómetros entrarán en el estudio y cálculo de las precipitaciones en la cuenca:

Figura 20. Pluviómetros pertenecientes a la cuenca de estudio.

Como podemos observar, únicamente aparecen pluviómetros en el mismo lado de la cuenca, por lo que al realizar los polígonos de Voronoy, no se coge todo el área de la cuenca:

Figura 21. Polígonos de Voronoy.

Por ello, se decide, para tener en cuenta toda la superficie de la cuenca de estudio a la hora del cálculo de la precipitación, utilizar una serie de pluviómetros situados a la izquierda de la cuenca, como se muestra a continuación:

Figura 22. Polígonos de Voronoy tomando pluviómetros de la izquierda.

Tras ésto, mediante la herramienta vectorial de geoproceso Intersección, obtenemos las área de la cuenca correspondientes a cada pluviómetro:

Figura 23. Áreas correspondientes a cada pluviómetro.

El valor de dichas áreas se obtiene en la Tabla de Atributos, creando una nueva columna.

5.7 Introducción.

5.7.1 Curva de capacidad.

Se ha supuesto la localización de la nueva presa aguas arriba de Cañaveruelas, y mediante la realización de polígonos en capas vectoriales que siguiesen las líneas de nivel, se ha ido obteniendo el área para cada curva de nivel, de manera que se ha calculado el volumen del vaso para cada curva de nivel, desarrollándose en un gráfico la siguiente curva de capacidad del embalse:

Figura 24. Curva de capacidad correspondiente al embalse.

5.7.2 Afecciones.

Se han calculado, estudiando las distintas cotas del agua en el embalse, hasta decidirse que cota máxima de embalse es la apropiada sin tener grandes y costosas afecciones. A cota 840: se ve afectada la carretera principal de unión entre los dos núcleos urbanos.

Figura 25. Cota máxima embalse.