Cálculo de la tensión de corte a partir de los perfiles de velocidad en un río de gravas

[ES] A partir de 6 perfiles de velocidad, realizados en una sección transversal de un río de gravas con caudal bajo, se ha calculado la tensión de corte aplicando la ley del muro. Las medidas de velocidad se representan en función del logaritmo de la altura a la que fueron realizadas. A partir de la ecuación de una recta de regresión se calculan los principales parámetros hidráulicos: velocidad de corte, tensión de corte y altura de la rugosidad. Los resultados demuestran que las medidas realizadas para cada perfil dentro de la capa logarítmica de la columna de agua (20 %) son las que permiten un cálculo correcto de la tensión de corte que realiza el flujo sobre las partículas. La tensión media de corte, calculada mediante la ecuación de du Boys, sobrestima en más de 5 veces el valor obtenido en la tensión de corte deducida a partir de las velocidades. Se recomienda, siempre que sea posible, utilizar las medidas de velocidad dentro de la capa logarítmica para el posterior cálculo de la tensión de corte, ya que estos valores reflejan la fuerza que realiza el flujo sobre las partículas del lecho de manera más precisa que los deducidos a partir de la ecuación de du Boys.García, C.; Batalla Villanueva, RJ. (2000). Cálculo de la tensión de corte a partir de los perfiles de velocidad en un río de gravas. Ingeniería del Agua. 7(3):237-242. https://doi.org/10.4995/ia.2000.2846SWORD23724273Bathurst, J. C. (1979) Distribution of boundary shear stress in rivers, en Rhodes, D. D. y Williams, G. P. (eds.) Adjustments of the fluvial system, Kendall/Hunt Publishing, Iowa, 95-116.Bathurst, J. C. (1982) Theoretical aspects of flow resistance, en Hey, R. D., Bathurst, J. C. y Thorne, C. R. (eds) Gravel-Bed Rivers, Wiley, Chichester, 83-105.Bergeron, N. E. y Abrahams, A. D. (1992) Estimating shear velocity and roughness length from velocity profiles, Water Resources Research, 28 (8), 2155-2158.Bray, D. I. (1979) Estimating average velocity in gravel-bed rivers, Journal Hydraulic Division, ASCE, 105, 1103-1122.Carson, M. A. (1987) Measures of flow intensity as predictors of bed load. Journal of Hydraulic Engineering, 113 (11), 1402-1421.Ferguson, R. y Ashworth, P. J. (1992) Spatial patterns of bedload transport and channel change in braided and near-braided rivers, en Billi, P., Hey, R. D., Thorne, C. R. y Tacconi, P. (eds) Dynamics of Gravel-bed Rivers, Wiley, Chichester, 477-496.Ferguson, R., Prestegaard, K. L. y Ashworth, P. J. (1989) Influence of sand on hydraulics and gravel transport in a braided gravel bed river, Water Resources Research, 25, 635-643.Hey, R. D. (1979) Flow resistance in gravel-bed rivers, Journal Hydraulic Division, ASCE, 105, 365-379.Leopold, L. B., Wolman, M. G. y Miller, J. P. (1964) Fluvial Processes in Geomorphology, W.H. Freeman y Company, San Francisco.Meyer-Peter, E. y Müller, R. (1948) Formulae for bedload transport. Proceedings of 3rd Congress, International Association of Hydraulic Research, Sweden, 39-64.Nezu, I. y Nakagawa, H. (1993) Turbulence in Open-Channel Flows, IAHR Monograph Series, A. A. Balkema, Rotterdam.Nikuradse, J. (1933) Stromungsgesetze in rauhen Rohren, VDI Forschungsheft 361.Wilcock, P. (1996) Estimating local bed shear stress from velocity observations, Water Resources Research, 32 (11), 3361-3366.Wolman, M. G. (1955) A method for sampling coarse riverbed material, Transactions of the American Geophysical Union, 35, 951-956

Dynamics of suspended sediment borne persistent organic pollutants in a large regulated Mediterranean river (Ebro, NE Spain)

Mediterranean rivers are characterized by highly variable hydrological regimes that are strongly dependent on the seasonal rainfall. Sediment transport is closely related to the occurrence of flash-floods capable to deliver enough kinetic energy to mobilize the bed and channel sediments. Contaminants accumulated in the sediments are likely to be mobilized as well during such events. However, whereas there are many studies characterizing contaminants in steady sediments, those devoted to the transport dynamics of suspended-sediment borne pollution are lacking. Here we examined the occurrence and transport of persistent organic microcontaminants present in the circulating suspended sediments during a controlled flushing flow in the low part of the River Ebro (NE Spain) 12km downstream of a well-known contaminated hot-spot associated to a nearby chloro-alkali industry. Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and semi-volatile organochlorine pollutants (DDT and related compounds, DDX; polychlorinated byphenils, PCBs; and other organochlorine compound, OCs) were measured in the particulate material by GC-MS and GC-MS/MS, using previously developed analytical methods. The concentration levels observed were compared to previously reported values in steady sediments in the same river and discussed on a regulatory perspective. Hydrographs and sedigraphs recorded showed a peak-flow of 1300m3s-1 and a corresponding peak of suspended sediments of 315mgL-1. Combination of flow discharge, suspended sediments and pollutants' concentrations data allowed for quantifying the mass flows (mass per unit of time) and setting the load budgets (weight amount) of the different pollutants transported by the river during the monitored event. Mean mass-flows and total load values found were 20.2mgs-1 (400g) for PAHs, 38mgs-1 (940g) for DDX, 44mgs-1 (1038g) for PCBs and 8mgs-1 (200g) for OCs. The dynamic pattern behavior of PAHs differs substantially to that of organochlorine pollutants, thus reflecting different pollution origins.This work was supported by the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness through the Consolider-Ingenio 2010 project SCARCE (CSD2009-00065) and by the Generalitat de Catalunya (Consolidated Research Group: Water and Soil Quality Unit 2009-SGR-965). The research leading to these results has received funding from the European Comunities 7th Framework Programme under Grant Agreement No. 603629-ENV-2013-6.2.1-Globaqua.Peer reviewe

Incisión, erosión transitoria y formas de fondo en los tramos medio y bajo del río Tordera

[ES] Se presenta en este trabajo los datos de campo y análisis que prueban el comportamiento dinámico del río Tordera. El aspecto más llamativo es el descenso general (incisión) del cauce del río, del orden de 3m y a lo largo de unos 15 km, en los últimos 40 años. Se muestra con datos de campo que la erosión general transitoria del cauce arenoso puede ser del orden de metros y que el lecho presenta grandes dunas.Martín Vide, JP.; Batalla, RJ.; Roca I Collell, M.; Rovira, A.; Andreatta, A. (2005). Incisión, erosión transitoria y formas de fondo en los tramos medio y bajo del río Tordera. Ingeniería del agua. 12(1):53-62. https://doi.org/10.4995/ia.2005.2551OJS5362121Ackers, P., White, W.R., Perkins, J.A., Harrison, J.M. (1978) "Weirs and flumes for flow measurement". John Wiley and sons, Chichester.Batalla, R.J. (1997): "Evaluating bed-material transport equations using field measurements in a sandy gravel-bed stream (Arbúcies, NE Spain)". Earth Surface Processes and Landforms, 22, 2, 121-130Batalla, R.J. Martín-Vide, J.P. (2001) "Thresholds of particle entrainment in a poorly sorted sandy gravel-bed river". Catena 44, 223-243Batalla, R.J., Sala, M., Werrity, A. (1995): "Sediment budget focused on solid material transport in a subhumid Mediterranean drainage basin". Zeitschrift für Geomorphologie, 29, 2, 249-264Church, M.A., McLean, D.G. & Wolcott, J.F. (1987): "River bed gravels: sampling and analysis". A: Thorne, C.R., Barthurst, J.C. & Hey, R.D. (eds.): Sediment transport in gravel-bed rivers. John Wiley & Sons, 43-88Garde, R.J., Ranga Raju, K.G (1977) "Mechanics of sediment transportation and alluvial stream problems". John Wiley and sons, New York 1977.Gutiérrez, C. (1999) "La Tordera. Perspectiva geograficohistòrica d'un riu". Publicacions de la rectoria vella. Sant Celoni.Leopold, L.B., Wolman, M.G., Miller, J.P. (1964) "Fluvial proceses in geomorphology". Dover Publications, New York.Martín Vide, J.P. (2002) "Ingeniería fluvial". Edicions UPC, Barcelona 1997 e "Ingeniería de ríos", Edicions UPC, Barcelona 2002.Pedraza, P. (1998) "Estudio de la erosión general en el río Tordera". Tesina de especialidad, Escuela T.S. de Ing. de Caminos, UPC.Rovira, A. (2001) "Balanç de sediment i dinàmica fluvial en un riu de règim hidrològic transitori (tram final de la Tordera)". Tesi Doctoral, Universitat de Barcelona.Sala, M. (1978) "La cuenca del Tordera. Estudio geomorfológico". Tesis doctoral. Universitat de Barcelona.Schreider, M., Scacchi, G., Franco, F., Fuentes, R., Moreno, Ch. (2001) "Aplicación del método de Lischtvan y Lebediev al cálculo de la erosión general". Ingeniería hidráulica en México, XVI,1, pp.15-25.Wolman, M.G. (1954) "A method of sampling coarse bed-material". American Geophys. Union Trans., 35, 951-956

The fluvial geomorphology of the Lower Ebro (2002-2013): bridging gaps between management and research

This paper summarises twelve years of research undertaken on the lower River Ebro (NE Spain). The research has been undertaken to achieve a fundamental understanding of the fluvial processes in this large Mediterranean river affected by flow regulation. Dams in the whole basin and, in particular, in the lower section of the river alter the Ebro’s flow and sedimentary regimes, thus affecting its physical and ecological functioning. Data obtained on hydrology, sediment transport and river channel dynamics (i.e. particle mobility, bed structure) have aided the design and implementation of flushing flows since 2002; the main objectives of these artificial releases were the control of excess growth of aquatic vegetation (i.e. macrophytes) and the maintenance of certain sedimentary activity in the channel downstream from the Mequinenza-Ribarroja-Flix Dam complex. Results highlight the sedimentary disequilibrium of the river, with the current sediment load equating to 1% of that estimated at the beginning of the 20th century in the absence of dams and under different land uses. Channel platform changes show that the channel has become more stable since dams were closed and a significant reduction of sediment availability has occurred, together reinforcing the sedimentary disequilibrium of the river. Monitoring of flushing flows has demonstrated their high sediment transport capacity. This suggests that, in combination with other restoration measures such as sediment injections, flushing flows could greatly benefit the riverine ecosystem, reducing macrophyte stands and maximizing the sediment delivery to the lowermost river reaches.Este artículo resume doce años de investigación sobre procesos fluviales en el bajo Ebro (NE España). La regulación a la que está sometida la cuenca y, especialmente, su tramo bajo, ha alterado los regímenes hidrológico y sedimentario del río, afectando, a su vez, a su funcionamiento físico y ecológico. Los datos hidrológicos, de transporte de sedimentos y de morfología del cauce (movilidad de partículas, estructura del lecho) han permitido, por ejemplo, diseñar y mejorar la efectividad de las crecidas de mantenimiento desde su primera ejecución en el año 2002. Los principales objetivos de estas crecidas artificiales son controlar el exceso de vegetación acuática (macrófitos) en el cauce y mantener una mínima actividad sedimentaria en el río aguas abajo del complejo de presas de Mequinenza - Ribarroja - Flix. Los resultados confirman el desequilibrio sedimentario que experimenta el tramo bajo del Ebro, siendo la carga sedimentaria transportada el 1% de la estimada a principios del siglo XX (en ausencia de presas y con usos del suelo diferentes a los actuales). Los cambios morfológicos reflejan una mayor estabilidad del lecho desde el cierre de las presas así como una significativa reducción de la disponibilidad de sedimento, hechos que han contribuido de manera significativa al fuerte déficit sedimentario que afecta a este tramo de río. La notable capacidad de transporte demostrada por las crecidas de mantenimiento sugiere que la combinación de las mismas con otras medidas de restauración, como las inyecciones de sedimento, podría mejorar el ecosistema ribereño, reduciendo la población de macrófitos y aumentando la transferencia de sedimentos al sistema deltaico

Efectos de un incendio forestal sobre la respuesta hidrológica de la cuenca mediterránea de Arbúcies (cordilleras costeras catalanas, NE España)

En agosto de 1994 un incendio forestal afectó al 15% de la superficie de la cuenca experimental de la riera de Arbúcies. Se trata de una cuenca mediterránea de 106 km2, en la que predominan las masas de frondosas y los suelos arenosos y profundos. A partir de los registros continuos de precipitación y caudal, anteriores y posteriores al incendio (1991-1997), se seleccionaron 26 episodios con el objetivo de detectar modificaciones en la respuesta hidrológica de la cuenca debidas a los efectos del fuego. Se ha detectado una mayor respuesta hidrológica para los episodios hasta seis meses después del incendio, tanto en volumen de escorrentía como en caudal máximo, siendo más acusado el incremento para los episodios de mayor magnitud. El incremento estimado en el caudal punta para el valor máximo del rango de registros de precipitación total es del 173%, mayor que el producido en la estimación de la precipitación neta, que es solamente del 40%. Los eventos ocurridos a partir de un año y medio después del incendio muestran una tendencia a la recuperación de la respuesta hidrológica previa al incendio

Estudio hidrológico de la cuenca del río Isábena (cuenca del Ebro). I: variabilidad de la precipitación

[ES] Este trabajo analiza la variabilidad espacial y temporal de la precipitación en la cuenca del río lsábena (Cuenca del Ebro, Prepirineo aragonés) durante los años 2000 y 2001. También estudia los errores en la estimación de la precipitación según la fuente de datos y el tipo de interpolación. El estudio se rea­lizó a partir de datos obtenidos mediante 26 pluviómetros totalizadores y 3 pluviógrafos registradores distribuidos en las distintas subcuencas. En la cabecera de la cuenca la precipitación anual fue mayor, pero en la parte media de la cuenca las tormentas fueron más intensas, y con un desfase temporal medio de -50 minutos. La precipitación por episodio siguió un gradiente positivo en sentido sur-norte ( 1,84% /km). Se presentan los polinomios derivados para estimar el valor integrado de precipitación para cada subcuenca a partir de un solo pluviómetro, con coeficientes de ajuste entre el 70% y el 90%. Asimismo se detectó una infraestimación media del 13% en la precipitación a parEste trabajo fue realizado cuando el primer autor era alumno de doctorado en el de Departamento de Medio Ambiente y Ciencias del Suelo de la Universidad de Lleida gracias a una beca de Formación de Personal Investigador de la Generalitat de Catalunya. El Instituto de Estudios Altoaragoneses aportó una ayuda económica para la realización de la investigación.Verdú, JM.; Batalla, RJ.; Martínez Casasnovas, JA. (2006). Estudio hidrológico de la cuenca del río Isábena (cuenca del Ebro). I: variabilidad de la precipitación. Ingeniería del agua. 13(4):321-330. https://doi.org/10.4995/ia.2006.10497OJS32133013

Estudio hidrológico de la cuenca del río Isábena (Pirineos, España). II: respuesta hidrológica

[ES] Se analiza la respuesta hidrológica de la cuenca y las subcuencas del río lsábena (Cuenca del Ebro, Pre-Pirineo). Los datos de partida los proporcionan un estudio pluviométrico de detalle y las medidas de caudal en el periodo abril 2000 - abril 2002. La modelización hidrológica se ha realizado mediante el modelo del Número de Curva calibrado. Los resultados indican una estacionalldad marcada de las crecidas, con máxlmos en otoño y primavera. las subcuencas de la parte alta aportaron el 80% de la escorrentía durante crecidas (60% desde la subcuenca de Cabecera y 20% desde la de Villacarli). En eventos tormentosos locales y convectivos los aportes máximos se desplazaron hacia el tramo medio, concretamente hacia las subcuencas de Vlllacarll y Carrasquero. las cuencas septentrionales presen­taron tiempos base superiores a 10 horas y coeficientes de escorrentía del 15%, mientras que en las subcuencas de la parte media los valores fueron de 8 h y del 4%, respectivamente. El estudio constata que la modelización hidrológica con el método del Número de Curva conlleva notables errores en estudios de crecidas de bajo periodo de retorno y que resulta de vital importancia calibrar alguno de sus parámetros con medidas de campo, como por ejemplo el caudal pico.Este trabajo fue realizado cuando el primer autor era alumno de doctorado gracias a una beca de Formación de Personal Investigador de la Generalitat de Catalunya. El Instituto de Estudios Altoaragoneses aportó una ayuda económica para la realización de la investigación.Verdú, JM.; Batalla, RJ.; Martínez Casasnovas, JA. (2006). Estudio hidrológico de la cuenca del río Isábena (Pirineos, España). II: respuesta hidrológica. Ingeniería del agua. 13(4):331-343. https://doi.org/10.4995/ia.2006.10498OJS33134313

Effects of gravel mining on suspended sediment transport in mountain rivers (Upper river cinca, central pyrenees)

This paper examines the effects of gravel mining on the suspended sediment transport in the Upper River Cinca (Central Pyrenees). Discharge, sediment transport and sediment grain-size distribution were measured, sampled and further determined in five monitoring sections along a 5 km river reach. Samples were taken at a section upstream from the mined area (i.e. reference section) and in four sections downstream (0, 200, 500 and 1500 m). The results show that sediment concentrations downstream from the target site were up to one order of magnitude higher than in the reference section. Average concentrations during the impact were similar to those observed during floods, with maximum values attaining 6 g/l. Total load ranged from 2.2 to 17 Mg/day between sections; these values include the effects of the earth-moving works performed before the mining started. Concentrations at the lowermost section of the study reach were similar to those observed at the upstream reference section, suggesting that most of the suspended material was deposited in the channel. The transported material was coarse than that sampled under reference conditions; nevertheless, largest particles settled quickly, suggesting a selective transport downstream. This study constitutes a first step towards a better understanding of local sediment dynamics in rivers affected by maintenance works and related activities, such as gravel mining, and, overall, supports the comprehensive assessment of the effects of human actions on channel morphodynamics and the ecological functioning of mountain fluvial systems. © Universidad de La Rioja.Este trabajo se ha desarrollado en el marco del proyecto MorphSed (CGL2012-36394, www.morphsed.es) financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad y el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER). El primer autor tiene una beca predoctoral de la Universidad de Lleida. El segundo autor está contratado mediante el programa Ramón y Cajal (RYC-2010-06264) del Programa Nacional de Contratación e Incorporación de Recursos Humanos de Investigación del Ministerio de Economía y Competitividad. El Grupo de Investigación de Dinámica Fluvial-RIUS es Grupo Consolidado reconocido por la Generalitat de Catalunya (RIUS 2017 SGR 459). De la misma forma, se agradece al CERCA Programme de la Generalitat de Catalunya. Los datos hidrológicos han sido suministrados por la Confederación Hidrográfica del Ebro (CHE), mientras que los datos de caudal de los hidropicos han sido facilitados por Acciona. Los autores agradecen la participación de distintos miembros de RIUS en el trabajo de campo y las facilidades recibidas por el grupo de Hidrología Superficial y Erosión del Consejo Superior de Investigaciones Científicas para la obtención de las granulometrías de los sedimentos. Por último, este trabajo no hubiese sido posible sin la activa colaboración y participación de parte de la Confederación Hidrográfica del Ebro y de la empresa Horpisa, encargada de realizar las actuaciones en el cauce.Peer reviewe

Application of a distributed 2D overland flow model for rainfall/runoff and erosion simulation in a Mediterranean watershed

Soil erosion has reemerged as an environmental problem associated with climate change that requires the help of simulation tools for forecasting future consequences. This topic becomes even more relevant in Mediterranean catchments due to the highly variable and irregular rainfall regime. Hence, an approach that includes the rainfall/runoff and erosion phenomena is required for quantifying the amount of soil the catchments are transferring to the rivers. As the calibration process of the infiltration and erosion parameters can become cumbersome in terms of iterations to the optimal values to fit experimental data, a Simplified Catchment Model (SCM) is introduced as a first approach. The set of tuning constants that provides the best fit are used as input for re-calibrating the parameters by means of the simulation of the real catchment. The modeling effort here presented opens its application to the analysis of the hydro-sedimentary processes at larger temporal and spatial scales.La erosión de suelos ha vuelto a emerger como un problema medio ambiental asociado con el cambio climático, el cual requiere de herramientas de simulación que ayuden en la predicción de futuras consecuencias. Este problema medio ambiental es incluso más relevante en las cuencas mediterráneas, debido a las precipitaciones variables e irregulares. Por todo ello, se requiere de una herramienta de simulación que incluya la lluvia, escorrentía y erosión de suelos para así determinar cuáles son los aportes sedimentarios de la cuenca al río. Puesto que el proceso de calibración de la cuenca para los parámetros de infiltración y erosión puede ser tedioso debido al alto número de iteraciones requerido hasta alcanzar un resultado satisfactorio, en este trabajo se presenta un modelo de cuenca simplificado (SCM) que acelera dicha calibración. Los parámetros calibrados en la cuenca simplificada son utilizados para guiar de manera efectiva la calibración de la cuenca real. El modelo numérico y la estrategia de calibración aquí presentados constituyen un primer paso para abordar proyectos más ambiciosos en donde investigar los efectos combinados de la hidrología y la erosión de suelos para grandes escalas temporales y espaciales

Combined scenarios of chemical and ecological quality under water scarcity in Mediterranean rivers

Water resources are directly and indirectly affected by anthropogenic activities (e.g., changes in land use) and natural factors (e.g., climate change), that is, global change. The Mediterranean basin is one of the most vulnerable regions of the world to global change, and one of the “hot spots” for forthcoming problems of water availability. The present review provides an overview about the relationship between chemical quality (especially concerning organic microcontaminants) and water scarcity, particularly in the Mediterranean area. We include an overview of environmental contaminants and analytical methodologies and consider the fate and the behavior of organic contaminants, and the effects of pollutants on ecosystems.This work was supported by the Spanish Ministry of Science and Innovation through the Consolider-Ingenio 2010 CSD2009-00065 project.Peer reviewe