1VII Congreso Ibrico sobre Gestin y Planificacin del Agua Ros Ibricos +10. Mirando al futuro tras 10 aos de DMA16/19 de febrero de 2011, Talavera de la Reina

EL RETO DE INTEGRAR REGMENES DE CAUDALES ECOLGICOS EN LA PLANIFICACIN HIDROELCTRICA

Baeza, D.*, Novo, P. y Sancho, L.**

*Departamento de ecologa de la UAM. domingo.baeza@uam.es.**Ecohidralica S.L. patricianovo@ecohidraulica.com www.ecohidraulica.com

Palabras clave: Caudales ecolgicos, gestin hidroelctrica, concertacin, centrales hidroelctricas.

1. INTRODUCCIN

Los efectos negativos producidos por obstculos, principalmente presas, en los sistemas fluviales han sido descritos en varias publicaciones (WorldCommission on Dams, 2000), tanto en su efectos generales sociales y ambientales, como en los estrictamente sobre el medio fsico (Collier etal, 1996; Olden y Naiman, 2010). En nuestro pas tambin se han realizado trabajos sobre efectos generales que el sistema de generacin elc-trico puede producir en los tramos de ros afectados (Garca de Jaln, D., 1992)

Principalmente, el medio fluvial aguas abajo de los sistemas regulados por sistemas de produccin hidroelctrica, est alterado por los efectosde modificacin del rgimen de caudales que se produce cuando los caudales circulantes por el ro, son el resultado de la produccin elctrica.Esta es consecuencia del sistema de gestin de la central hidroelctrica que transforma la energa hidrulica en elctrica.

Dentro de las variadas alteraciones sobre el rgimen de caudales que pueden producirse por este sistema de produccin se encuentran, la dis-minucin de los caudales mnimos, el incremento de los picos, y el aumento de la frecuencia de los cambios en el caudal. Una de las altera-ciones ms dramticas es este ltimo, el aumento de la frecuencia de variaciones bruscas de caudal; este tipo de fluctuaciones produce diversasconsecuencias en el ecosistema, algunas ligadas a la evolucin de las poblaciones biolgicas, como pueden ser una alta mortalidad en las es-pecies (Poff et al, 1997), por estrs, por arrastre o por encalladura.

Para evaluar los efectos generales que los sistemas de produccin hidroelctrica producen en los ros afectados aguas abajo, se suele utilizarcomo estrategia la comparacin entre tramos de un mismo ro aguas abajo y aguas arriba de la presa, o bien el tramo afectado se comparacon otro tramo similar prximo sin presa hidroelctrica. Una experiencia realizada en Norteamrica Bain et al (1988), y otra en nuestro pas(Garca de Jaln, 1994) compararon las diferencias en la estructura de comunidades en ros con caudales alterados y en ros sin alteracin, en-contrando que en el ro alterado se produce la disminucin de un grupo especfico de especies, e incluso desaparecan en los lugares dondelas condiciones de fluctuacin del caudal eran extremas y un mayor estrs en las poblaciones del ro, sometido a esta regulacin. Otros traba-jos parecidos han ilustrado profundas modificaciones en las poblaciones de peces y otros organismos (Garca de Jaln et al, 1989; Camargo yGarca de Jaln, 1990; Garca de Jaln y Snchez 1994).

Muchas especies de macroinvertebrados desarrollan formas de resistencia a periodos de caudales extremos, organizando sus ciclos de vida entorno a stos, tanto los relativos a caudales altos como bajos, la regulacin de caudales puede hacer que estos momentos no existan o que seprolonguen demasiado haciendo ineficaces los mecanismos de resistencia. Las alteraciones frecuentes del caudal producido por las minicen-trales elctricas es uno de los ms dramticos casos en los que se ha comprobado que estos cambios de los caudales extremos producen enestos seres vivos una disminucin significativa de la riqueza taxonmica, de la densidad y biomasa totales (Garca de Jaln et al, 1988; Garcade Jaln et al, 1994) (Ward, 1976; Ward y Stanford, 1979).

Existen tambin trabajos en los que se ha analizado el efecto de una o varias variables hidrolgicas, en procesos ecosistmicos, por ejemplorelacionados con la dinmica poblacional de alguna especie emblemtica del ro, en estos casos se han incluido variables que caracterizan elnmero o frecuencia de cambios que se producen en el valor del caudal, por un periodo de tiempo determinado, diario normalmente y, algnfactor de desarrollo, crecimiento, diversidad o abundancia de especies, por ejemplo en trucha (Cattaneo et al, 2002), macroinvertebrados(Monk et al 2009) o para vegetacin riparia (Burke et al, 2009; Klotz & Swanson, 1997).

Especficamente se ha tratado la problemtica del aumento del ratio de cambio de los caudales diarios producidos por presas con aprovecha-miento hidroelctrico en algunos ros de Norteamrica, con una propuesta, para establecer un nuevo rgimen productivo que minimice los efec-tos adversos que el rgimen de turbinamiento anterior produca en el medio, son emblemticos los procesos llevados a cabo en el ro Kissimmiree(Toth, LA., 1995), en el Roanoke (Rulifson, RA & Manooch, 1993; Pearshal et al, 2005) y tambin en el tramo afectado por Thurmond Dam (Rich-ter et al, 2006).

La experiencia acumulada en estos casos ha llevado a la publicacin de artculos especficos que tratan de poner de manifiesto la necesidadde establecer unas normas generales para la operacin de presas que pueda permitir que el rgimen alterado de los tramos afectados, se pa-rezca cada vez ms a una propuesta adecuada de rgimen de caudales ecolgicos, que contemple los diversos parmetros de los que estnconstruidos estos regmenes (Richter et al, 2007), incluido las afecciones trmicas producidas tambin, por el agua que se turbina en estos em-balses (Olden y Naiman, 2010).

2. LA PLANIFICACIN DE LA PRODUCCIN, PROCESO CLAVE EN LOS ECOSISTEMAS FLUVIALES

Cuando se planifica la instalacin de una nueva central o la mejor gestin de un sistema hidroelctrico, los mejores resultados para las eva-luaciones ambientales, se obtienen a travs de la inclusin de todas las partes interesadas y/o afectadas desde el principio. A continuacin semuestran un nmero de consideraciones estructurales y operacionales en el desarrollo de las centrales hidroelctricas que pueden facilitar laintegracin de los objetivos de los caudales ecolgicos, en el proceso de produccin:

u Capacidades variables de turbina y generadoru Estructuras de niveles mltiplesu Embalses de re-regulacinu Interconexin de la Red Elctricau Operaciones coordinadas de cascadas de presasu Gestin de la inundacin en llanuras de inundacinu Estructuras de separaciones del sedimento u Estructuras de paso para los peces

Los impactos se pueden evitar, reducir al mnimo o atenuar a travs de la planificacin y de la gestin apropiada.

Cuatro importantes aspectos crticos se deben tener en cuenta en el anlisis ambiental de los proyectos de produccin de centrales hidroe-lctricas:

u Los objetivos basados en el funcionamiento del ecosistema, que tratan de la proteccin de la biodiversidad y de la estructura del eco-sistema, deben formar parte de la planificacin en todos los niveles de la toma de decisiones. Las mejores opciones para la conservacindel ecosistema deben ser articuladas y consideradas explcitamente, por ejemplo cuando se consideran compensaciones entre varios es-cenarios alternativos de la planificacin.

u Es mucho ms fcil y ms rentable integrar los caudales ecolgicos en la planificacin y el diseo de esquemas de produccin las hi-droelctricas, que modificar o adaptar el diseo y la operacin de esquemas ya existentes.

u Los caudales ecolgicos pueden y se deben considerar en cada etapa de un proyecto de desarrollo de las centrales hidroelctricas, in-cluyendo la localizacin, el diseo de la presa y la existencia de la reoperacin (o del cambio).

u Es importante disear sistemas de gestin de las centrales hidroelctricas flexibles para acomodar cambios en las demandas socioeco-nmicas, condiciones del mercado, tecnologas cambiantes, cambio climtico, y condicionantes ambientales.

La preservacin de los servicios del ecosistema debe imponerse en la definicin del funcionamiento de sistemas modificados por produccinhidroelctrica, se debe considerar que la alteracin producida por el en el sistema por el agua turbinada, produce una prdida de los otros ser-vicios que presta el ecosistema y, que segn las actuales metodologas de valoracin, pueden ya valorarse en unidades monetarias. Estos ser-vicios son cada vez ms valorados por las sociedades humanas que empiezan a entender el provecho que se saca de unos ecosistemas naturalessaludables. Slo algunos proyectos de centrales hidroelctricas, incluyen la importancia de los servicios ambientales, en su gestin, tratando deminimizar, por ejemplo mediante caudales ecolgicos, el deterioro de estos, pero la inmensa mayora slo gestiona su sistema en funcin dela optimizacin de la produccin.

Al hora de establecer estrategias para la integracin de los caudales ecolgicos en los sistemas de produccin hidroelctrica se deben tener encuenta unas normas bsicas:

u No todos los proyectos de hidroelctricas son parecidos o tienen impactos similares sobre los ecosistemas ro abajo. Se diferencian con-siderablemente en trminos de su capacidad de almacenaje y el modo operacional, y puede o no poder implicar una derivacin del aguadel ro.

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u Cada uno de los componentes fsicos y proyectos operacionales para una central hidroelctrica son diseados para conseguir unos ob-jetivos especficos, incluyendo los relacionados con la preservacin del medio. Las compensaciones y compromisos relacionados con lasnecesidades econmicas y sociales estn implicados en el diseo y operaciones de presas en mltiples objetivos, por tanto tambindeben estar los ambientales.

Los regmenes de caudales ecolgicos son especficos de cada tramo de ro segn su comportamiento hidrolgico, la morfologa y la fauna quelo habite. Todos los regmenes tienen una flexibilidad, que les permitira adaptarse a cambios y a diferentes situaciones en la produccin, man-teniendo el compromiso de la preservacin de los hbitats y comunidades biolgicas, para los que fueron diseados.

Las estrategias para hacer compatibles estos conceptos, se pueden agrupar en dos grandes grupos, el de gran escala que est relacionado conla produccin global de una regin o una cuenca hidrogrfica completa, donde pueden albergarse varios sistemas de produccin elctrica, hi-droelctrica o de otro tipo. Las soluciones a pie de presa, que trataran de hacer compatible la gestin individual de una central o de un grupode mquinas de turbinado y produccin.

3. ESTRATEGIAS REGIONALES PARA INTEGRAR LOS CAUDALES ECOLGICOS

En los planes de produccin a escala regional, debe estar incluido previamente el concepto de caudal ecolgico, para la mayor proteccin delos ecosistemas fluviales que pueden verse afectados por las derivaciones de caudal. Cuando las necesidades de caudales ecolgicos en todauna regin han sido definidas, pueden tomarse decisiones sobre dnde localizar las presas, as como su diseo y operacin. Las nuevas cen-trales hidroelctricas deberan ser diseadas y ubicadas de forma que reduzcan al mnimo sus impactos regionales ecolgicos y sociales.

Para llevar a cabo el perfeccionamiento de un sistema de red regional, hay que tener en cuenta:

u Considerar cunta de la demanda de electricidad en el sistema puede obtenerse en las centrales hidroelctricas utilizando agua fluyente.u Permitir a las centrales hidroelctricas trabajar en consonancia con la precipitacin y con caudales fluyentes, mejor que estar sometidas

nicamente a las demandas de energa de la red. El maximizar el potencial hidroelctrico en todas partes del sistema de red, manejandosiempre que sea posible agua fluyente, requerir que las turbinas, generadores, y lneas de transmisin se clasifiquen tal que se puedanusar de manera eficiente, en consonancia con el caudal del ro, que est disponible en ese instante en cada presa que forma parte sis-tema.

u Considerar otros sistemas de produccin, como turbinas de gas u otros sistemas trmicos, que puedan suplir los picos de demanda.u Considerar la capacidad de almacenaje del embalse para cubrir las necesidades del sistema de produccin hidroelctrica, tanto las de-

mandas mnimas como las mximas, en particular en condiciones de sequa.u Coordinar los sistemas de produccin de varias centrales en cascada. Por ejemplo, en una cascada de centrales hidroelctricas sobre el

mismo ro, la generacin de energa puede ser maximizada aguas arriba de las presas para permitir a presas inferiores, funcionar comoun sistema de re-regulacin que de propia produccin, para reducir al mnimo las alteraciones de flujo de aguas, en la parte final delro, donde termina el sistema hidroelctrico.

u A causa de las compensaciones inherentes en la evaluacin de varias opciones de energa y desarrollo de polticas energticas naciona-les o regionales, y la necesidad de participacin de agentes interesados en estas decisiones, la planificacin de la produccin de ener-ga regional y la formulacin de las polticas energticas, deberan ser una responsabilidad de gobierno.

u La planificacin regional puede facilitar la proteccin del medio ambiente considerando sistemas de produccin adicionales, para ello esposible que se generen diferentes ingresos o unos gastos de mitigacin ambiental, que deben ser asumidos, para ellos es necesario de-finir quien asumir esos gastos y y quin participar en esa toma de decisiones.

u Las evaluaciones ambientales estratgicas de los planes energticos, pueden facilitar la proteccin del medio ambiente, determinandonecesidades de caudales ecolgicos de los ros de la regin, e identificando la localizacin de las presas, eligiendo lugares donde se pro-duzca el menor impacto sobre la especie sensible y los procesos ecolgicos.

u Para optimizar el funcionamiento de un sistema hidroelctrico multipresa es necesaria una inversin en y sistemas de pronstico hidro-lgicos y programas informticos profesionales, que permitan proceder de la forma ms rentable posible.

4. ESTRATEGIAS A ESCALA LOCAL PARA INTEGRAR CAUDALES ECOLGICOS

Cuando la planificacin energtica regional es llevada a cabo con procesos de participacin pblica y comunicacin adecuada, es ms fcil di-sear, construir, y manejar presas individuales de forma compatible con objetivos sociales. Los anlisis de compensacin, son una herramientamuy til, para evaluar varias opciones en el diseo de presas individuales.

Para llevar a cabo un proyecto concreto de central de produccin hidroelctrica, es necesario:

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u Establecer un dilogo cuidadoso y global que exprese todas las preocupaciones de los agentes interesados, necesidades, y valores. Enparticular, identificar los procesos hidrolgicos y ecosistmicos y la vinculacin a los cambios de caudal de las especies ms sensiblesdependientes del ro, tambin establecer las relaciones de dependencia con procesos relacionados con los otros usuarios como las in-undaciones, o las necesidades de agua en las zonas agrcolas anuales en llanuras inundables, que es de gran importancia econmica ycultural.

u Realizar un anlisis de ingeniera de las distintas opciones en el diseo de la presa, para comprender mejor las compensaciones poten-ciales entre gastos de infraestructura, cambios de la produccin hidroelctrica (y otras alternativas relacionadas con el funcionamientode la central), y el suministro de caudales ecolgicos.

u Comunicar los resultados del anlisis de compensacin a los agentes interesados y, usar las conclusiones que de ellos se derivan, comouna base para la toma de decisiones.

u Si se espera que la opcin seleccionada cause impactos medioambientales o sociales significativos, las medidas compensatorias o demitigacin deben ser incorporadas en el dilogo de agentes interesados y el diseo de proyecto, as como en la EIA del proyecto. Se de-ber realizar un estricto anlisis econmico de las alternativas planteadas como por ejemplo, si se decide realizar inversiones para me-joras de las condiciones de hbitat de los peces, establecimiento de frezaderos, restauracin de riberas, que pueden ayudar a aumentarla productividad de la industria pescadera y, compensar as las prdidas de otros bienes de ecosistema o servicios.

u Cuando se lleva a cabo la fase de construccin del proyecto y comienza la operacin, es importante controlar todos los aspectos que pue-den verse modificados en el ecosistema y las condiciones econmicas o sociales de importancia en los usuarios, mediante programas devigilancia ambiental, para verificar que las medidas de proteccin de los aspectos ambientales que quieren conservarse ests siendoefectivas.

A continuacin se definen algunos objetivos que pueden ser aplicados casi inmediatamente para la mejora de los caudales circulantes, en eldiseo de la construccin o el funcionamiento de la central. Los resultados a corto plazo pueden ser muy provechosos en la captacin de apoyopblico y en el aprendizaje sobre la gestin.

Gestin de inundacin en reas inundables: u Almacenar parte de las crecidas sobre la llanura inundable, en vez de en el embalse para reducir el volumen total de almacenaje de in-

undacin, necesario en el embalse. u Proteger o reactivar reas de la llanura inundable ro abajo, o permitir inundar reas agrcolas de vez en cuando, la exigencia de alma-

cenaje de inundacin aguas arriba a menudo pueden reducir el tamao del embalse considerablemente y reasignar los volmenes ex-cedentes para la produccin de energa hidroelctrica, el abastecimiento de agua adicional, o la aplicacin de caudales ecolgicos aguasabajo de la presa.

u Tambin se producen ventajas ecolgicas, como la generacin adicional de freza y oportunidades de alimentacin para los peces; ade-ms se pueden permitir crecidas para fertilizar y humedecer reas de la llanura inundable, usadas para la agricultura o el pasto, se re-duce en general el riesgo de inundacin y se mejora la disponibilidad de caudales para destinarlos a la consecucin de un rgimen msadecuado de caudales ecolgicos.

Flexibilidad tcnica en el diseo de turbinas y generadores: u La capacidad de un operador de presa de proporcionar un intervalo de caudales aguas abajo con objetivos ambientales, es en ltima ins-

tancia dependiente de las salidas de una presa y las capacidades del generador y de la turbina. Muchas centrales hidroelctricas care-cen de la capacidad de controlar adecuadamente los caudales que quieren liberarse, y muchas son incapaces de turbinar de formaadecuada caudales de avenida diseados en las propuestas de rgimen de caudales ecolgicos. El diseo de un sistema tcnico flexi-ble podra trabajar correctamente en esas situaciones asi como por ejemplo minimizar los problemas ecolgicos cuando las sueltas decaudal cambian rpidamente de alto a bajo.

Estructuras de Salida selectiva (torre de tomas): u El agua en muchos embalses puede estratificarse durante ciertos periodos o durante todo el ao; la parte inferior del embalse puede

contener muy poco oxgeno disuelto y puede crear problemas serios para los peces y otros animales acuticos aguas abajo de la presa.Las estructuras de salida multinivel (tambin se llamaron estructuras de retirada selectivas) permiten liberar el agua de distintos nivelesdel embalse, dependiendo de la poca de ao, con la opcin de soltar volmenes de agua de calidad ptima.

Embalse de Re-regulacin: u Los impactos de generacin de energa hidroelctrica sobre el caudal natural del ro pueden ser mitigados en cierto grado construyendo

una presa de re-regulacin aguas abajo, que amortige los volmenes de picos de demanda, que pueden ser liberados luego de una formams parecida al rgimen natural.

La puesta en prctica de medidas de gestin de los sedimentos, puede ampliar la vida de una presa y aliviar impactos indeseables relaciona-dos con el transporte de los mismos en el ecosistema aguas abajo del ro.

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5. APLICACIN EN LA CUENCA DEL URUMEA

En la actualidad estamos iniciando un proyecto de optimizacin de la produccin hidroelctrico con criterios ambientales en nuestro pas, queva a ser diseado con los datos proporcionados por sistemas de produccin muy intensos que ya estn en funcionamiento en ros espaoles.Este modelo se va a comenzar en el ro Urumea en el que se dispone ya de un diseo de rgimen de caudales ecolgicos que ha realizado nues-tro equipo.El ro Urumea presenta una situacin adecuada para este trabajo puesto que se encuentra fuertemente presionada por regulacin hidroelc-trica. La cuenca de este ro presenta dos partes muy diferenciadas: la parte alta en buen estado y sin apenas ocupacin, y la zona muy modi-ficada y alterada que comienza en Hernani y se extiende hasta su desembocadura en Donostia-SanSebastin.

La parte baja del ro presenta una densidad muy alta de azudes y centrales que intensifican su explotacin hidrolctrica, este sistema est b-sicamente constituido por:

u N de centrales con datos: 11u Potencia instalada (KW): 5.339u Caudal concesional (l/s): 44.425u Produccin media anual (KWH): 20.373.821u Volumen medio anual (m3/ao): 580.280.732

(Datos de la Diputacin Foral de Gipuzkoa: Bases para la elaboracin de directrices sobre el uso sostenible del agua en Gipuzkoa, 2006.)

Las centrales hidroelctricas producen zonas embalsadas (alteradas morfolgicamente) y tramos derivados (en los que se origina una altera-cin, a veces drstica, en el rgimen hidrolgico), en la parte baja de la cuenca del Urumea ms del 55% de la longitud se ve afectada por em-balsamientos y derviaciones.

Existen 10 centrales en uso, en la siguiente imagen se muestra la situacin de dichas centrales:

Para llevar a cabo en un futuro las alternativas propuestas, se ha realizado un estudio de estimacin de caudales ecolgicos en la cuenca delUrumea (Ecohidraulica, 2011), mediante distintas metodologas, como el mtodo de simulacin de hbitat o el mtodo hidrolgico.

El trabajo se ha centrado en once masas, siete de ellas en el ro Urumea y cuatro en el ro Aarbe afluente principal y que cuenta con tres cen-trales, se ha considerado que estos son puntos crticos para la gestin de los recursos hdricos de la cuenca y su relacin con los sistemas deabastecimiento asociados.

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Figura 1. Situacin de las 10 centrales hidroelctricas en uso de la cuenca del Urumea.

Adems del establecimiento de los caudales ecolgicos ya se han llevado a cabo algunas acciones, estas estn relacionadas con el estudio quedesde hace tiempo la Diputacin realiza sobre los obstculos que pueblan sus ros. En el mes de agosto la Diputacin Foral de Gipuzkoa co-menz las obras de demolicin del Azud de Mendaraz, situado en un tramo fluvial del ro Urumea cuya margen derecha pertenece al trminomunicipal de Errenteria (Gipuzkoa) y la izquierda, a Arano (Navarra). La eliminacin de este "obstculo artificial" es una de las acciones quese encuentran contempladas dentro del proyecto europeo BIDUR para la recuperacin de las cuencas de los ros Bidasoa y Urumea.

Con el derribo de este obstculo artificial, construido para garantizar la cantidad de agua necesaria para la actividad de una central hidroe-lctrica hoy en desuso, se da un importante paso de cara a favorecer el correcto funcionamiento del ecosistema fluvial y las vas de movimientonaturales del ro.

Adems de estas acciones lgicas en sistemas que estn obsoletos, se presenta el reto de hacer compatibles el funcionamiento de las centra-les que funcionan con los caudales propuestos. Para ello es necesario realizar un anlisis hidrolgico de la alteracin actual que se est pro-duciendo con los caudales para compararlo con los regmenes ambientales propuestos.

En el anlisis del programa de turbinacin, se tratar de detectar cuales son los aspectos del rgimen que ms cambian, y que previsiblementeafectan ms a la composicin y funcionamiento del ecosistema fluvial. Este anlisis ser posible puesto que se dispone de una estacin de afo-ros que proporciona datos con paso de diez minutos, y que se encuentra en medio de un tramo derivado por una de las centrales, con lo quepodremos estimar el impacto de los cambios que produce la central a una escala mucho ms de lo que se puede hacer en la mayora de cuen-cas, donde slo se disponen de datos diarios.

Para analizar y constatar los efectos que producen estos cambios en el ecosistema, se van a monitorizar las poblaciones de peces y de ma-croinvertebrados en tramos afectados por regulacin y en tramos no regulados donde circula todo el caudal natural del ro, lo que permitirmedir los cambios indicios por las alteraciones en el caudal. Finalmente se tratar de medir tanto en produccin energtica como en valor mo-netario, los cambios desde la situacin actual, a la de varios escenarios de mayor o menor complejidad en el establecimiento de los diversosdiseos de regmenes ecolgicos que hemos calculado.

6. BIBLIOGRAFA

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