Tipos de caudales (avenidas)

Los ingenieros tenemos la "manía" de asociar valores numéricos a procesos físicos. No iba a ser de otra manera con los ríos, sobre todo en los aspectos -tanto físicos como biológicos- que tienden a definir su morfología fluvial.

Aunque existen muchos más -y que trataremos más adelante-, en este post queremos mostraros 6 tipos de caudales permiten evaluar su impacto en la biodiversidad, en las construcciones y en la población que vive en el área de influencia de un río (evaluación frente inundaciones). 

Caudal base (Q_e)

Se define como el caudal mínimo necesario para el mantenimiento de las características esenciales y la estructura de la comunidad natural (flora y fauna ribereña), basándose en criterios estrictamente hidrológicos, personalizados y propios de cada ambiente fluvial considerado.

El caudal base, también llamado caudal de estiaje o caudal de aguas bajas, es el caudal que debe permitir el mantenimiento de la vida y es el que se utiliza para definir, para cada río, el caudal mínimo o caudal ecológico o medioambiental.

Caudal de mantenimiento (Q_m)

Se define como el caudal que pretende garantizar la conservación de un nivel admisible de organización y estructura biológica de las comunidades naturales acuáticas, tanto a nivel espacial como temporal.

Caudal generador (Q_b)

La modulación temporal del caudal de mantenimiento no es suficiente para mantener la identidad del cauce ordinario del río ni para la necesaria regeneración periódica del sustrato, la zona hiporreica y la ribera. Para la consecución de tales objetivos es necesario aplicar lo que en términos anglosajones se denomina “bank-full discharge”, que podría traducirse como el caudal de plena ocupación de la sección ordinaria. Este es el caudal que define la morfología del río.

Resulta muy difícil definir las orillas del cauce principal de un río y, por lo tanto, el caudal generador o de bank-full es una medida de caudal que queda algo difusa y no resulta trivial definirlo. Para un mismo río y tramo pueden darse infinitos caudales generadores, pero en todos ellos queda definida una zona donde la relación calado-caudal deja de crecer rápidamente. Si observamos la gráfica siguiente, podemos ver que a partir de un cierto caudal (cuando se llena el cauce), el calado (en la zona más profunda) presenta un cambio de tendencia muy claro (crecimiento más suave). Este punto puede ser interpretado como el caudal que llena el cauce y, por tanto, será el caudal generador.

Variación del calado en función del caudal circulante.

Me gustaría citar unas líneas de uno de los libros de referencia en cuanto a la ingeniería de ríos:

"El caudal que llena el cauce principal desarrolla la mayor o más importante acción modeladora sobre el cauce [...]. Por eso este caudal de cauce lleno se conoce también como caudal formativo, dominante o efectivo."

J.P. Martín Vide (2003), Ingeniería de Ríos.

La legislación española define que el caudal de la máxima crecida ordinaria es el que determina el Dominio Público Hidráulico.

Caudales probabilísticos

Después de ilustrar los caudales que definen y modelan la morfo-biodiversidad fluvial, son de interés aquellos caudales que, por su temporalidad y cantidad, desbordan el río. Cuando el caudal supera el caudal generador (Q>Q_b), el río ocupa lo que se conoce como llanura de inundación. Los daños en estas zonas dependen del tipo de río y del nivel de urbanización que le haya llevado a cabo en sus riberas, por ello resulta interesante definir probabilidades de alcanzar dicho caudal (y por lo tanto de que se produzcan daños).

Debido a la variabilidad de estos caudales, se definen una serie de caudales asociados a una probabilidad de ocurrencia. Se dice que un caudal de periodo de retorno X años es aquel caudal que tiene una probabilidad de suceso de 1/X. Por ejemplo, un caudal de Q₁₀ es un caudal que tiene una probabilidad de 0.1 de ocurrir (1 entre 10). Ello no quiere decir que un caudal Q₁₀ se produzca 1 vez cada 10 años.

Estos caudales sirven para definir escenarios probabilísticos donde se definen las manchas de agua, es decir, la zona que se inunda asociada a ese caudal. En la legislación vigente (Real Decreto 903/2010, de 9 de julio, de evaluación y gestión de riesgos de inundación) se definen los caudales de periodo de retorno de 100 y 500 años para la realización de estudios de inundabiliad, así como una figura nueva que queda a decisión del técnic@ que realice el estudio, la que tiene por escenario una alta probabilidad de ocurrencia. Tal y como indica J.P. Martín Vide, el caudal formador en una región mediterránea como la nuestra, se define como el caudal de periodo de retorno de entre 1.5 y 7 años. Por lo que la figura de alta probabilidad, a mi entender, podría ser la de Q₁₀.

Q₁₀

Este es el caudal con un periodo de retorno de 10 años, asociado a una alta probabilidad de inundación.

Q₁₀₀

Este es el caudal con un periodo de retorno de 100 años, cuya probabilidad de ocurrencia se considera media.

Q₅₀₀

Este es el caudal con un periodo de retorno de 500 años o de baja probabilidad y que tiene por escenarios los eventos extremos (inundaciones extraordinarias).

En función de la legislación de cada país, o de las necesidades técnicas, se pueden definir otros periodos de retorno para la realización de estudios de inundabilidad más específicos.

De este modo se puede prever cuál será el comportamiento hidráulico del río y definir las zonas donde poder o no realizar construcciones y, en caso de que ya existan, cómo afectaría una avenida a la zona inundada. Más adelante realizaremos un análisis de la legislación española en materia de inundaciones.