Artículo de la ponencia presentada en el I Congreso Ibérico de Restauración de Ríos

1. I CONGRESO IBÉRICO DE RESTAURACIÓN FLUVIAL RESTAURARÍOS. LEÓN, 18-20 DE OCTUBRE 2011
ANÁLISIS DIACRÓNICO DE LA MIGRACIÓN DE CAUCES FLUVIALES
MEDIANTE TÉCNICAS DE SIG VECTORIAL
David Granado García1, Vanesa Acín Naverac1, Elena Díaz Bea2,
Askoa Ibisate González de Matauco2 y Alfredo Ollero Ojeda3
david.granado@ecoter.com.es
1
Ecoter S.C. Ecología y Territorio
2
Dpto. de Geografía, Prehistoria y Arqueología, Universidad del País Vasco
3
Dpto. de Geografía y Ordenación del Territorio, Universidad de Zaragoza
Resumen
Los SIG (Sistemas de Información Geográfica) son una herramienta fundamental en el desarrollo de los estudios de dinámica
fluvial. Se han desarrollado y aplicado técnicas y metodologías con SIG vectorial para conocer con datos cuantitativos la variación
temporal y espacial de las superficies movilizadas en varios cursos fluviales. Asimismo, se ha empleado una metodología para
analizar la variación del radio de curvatura, ángulo y distancia de diferentes meandros y predecir tendencias de migración futura.
Estas metodologías han sido aplicadas en los tramos bajos de los ríos Aragón, Cinca y Gállego. En todos ellos se constata una
drástica reducción de la actividad geomorfológica, que pone de relieve la eficacia de dichas metodologías para proponer
estrategias de restauración fluvial y ordenación territorial.
Palabras clave: SIG, geomorfología fluvial, dinámica de meandros, superficies movilizadas, ordenación del territorio
Abstract
Diachronic analysis of the migration of river channels using vector based GIS. Geographical Information Systems tools are basic in
fluvial dynamics studies. Vectorial GIS techniques and methodologies have been developed in order to get quantitative data of
the temporal and spatial variation of the surfaces in different rivers. In addition, a methodology has been used to analyse changes
in the curvature ratio, angle and distance of different meanders to predict future migration tendencies. These methodologies
have been applied in the lower reaches of Aragón, Cinca and Gállego rivers. All of them show an important reduction of the
geomorphological activity that remarks the effectiveness of those methodologies to suggest river restoration and land
management strategies.
Key words: GIS tools, fluvial geomorphology, meander dynamics, mobilized surfaces, land management.
1. Introducción y antecedentes
Los ríos aluviales de llanura son sistemas de gran complejidad geomorfológica y ambiental que destacan por sus
activos procesos de dinámica fluvial. Su ajuste permanente y las fluctuaciones de caudal líquido y sólido se traducen
en movilidad lateral y vertical (Werritty, 1997). Sin embargo, diversas actividades humanas sobre la cuenca, la
llanura de inundación y el cauce modifican esta movilidad, que es la que garantiza la riqueza y diversidad de esos
sistemas naturales (Malavoi et al., 1998).
El curso medio del río Ebro y los cursos bajos de sus principales afluentes constituyen algunos de los ejemplos más
interesantes de la Península Ibérica donde poder analizar la influencia de las actividades humanas sobre la dinámica
fluvial.
El uso de los Sistemas de Información Geográfica (SIG) supone un avance en los estudios de dinámica fluvial,
facilitando el proceso de análisis y aportando datos cuantitativos sobre la variación temporal y espacial de los cursos
fluviales. En este contexto, a nivel internacional se han realizado varios acercamientos a esta temática (Liébault y
Piegay, 2002; Lagasse et al., 2004; Larsen, 2007). A escala nacional existen pocos trabajos que analicen la dinámica
fluvial mediante el uso de los SIG, destacando los realizados en el Ebro y sus afluentes. Algunos de los más
relevantes son las aportaciones de Ollero et al. (2006), Acín et al., (2007), Ibisate (coord., 2010), Granado (2010),
Ollero (2010) y Magdaleno (2011). En la cuenca del Tajo destaca la tesis de Uribelarrea (2008).
Sin embargo, en los últimos años también se está trabajando en modelos de predicción para conocer la tendencia
futura en la movilidad de los cursos fluviales. En este ámbito destacan los trabajos de Wang (2006), Larsen (2007) y
Graf (2008). Uno de los trabajos de mayor relevancia es el propuesto por Lagasse et al. (2004) quienes han llevado a
cabo una metodología innovadora en el río Sacramento. El objetivo final de esta metodología es predecir la
evolución y la migración de los meandros a partir de los análisis evolutivos de períodos anteriores.
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2. Área de estudio
Los tramos fluviales en los que se han aplicado las metodologías de superficies movilizadas y dinámica de meandros
se corresponden con los cursos bajos de los ríos Aragón, Gállego y Cinca, todos ellos afluentes del Ebro por su
margen izquierda. El tramo de estudio del Aragón se localiza en Navarra, mientras que los del Gállego y Cinca se
ubican en territorio aragonés (figura 1).
Además de ser afluentes principales del Ebro por la misma margen (tabla 1), son ríos que nacen en los sectores
centrales de la Cordillera Pirenaica. Tras atravesar este sistema montañoso alcanzan la Depresión del Ebro, donde
desembocan en el curso principal.
Figura 1. Localización del área de estudio de los río Aragón, Gállego y Cinca
Tabla 1. Superficie de cuencas, longitud total de cursos fluviales y longitud de los tramos estudiados
2
RÍO Superficie de la cuenca (km ) Longitud del río (km) Longitud del tramo (km)
Aragón 8.521 192 24,4
Cinca 9.699 177 30,2
Gállego 4.009 209 21,6
Los patrones de la evolución temporal de la dinámica geomorfológica en los tres tramos estudiados son muy
similares (Ibisate, coord., 2010; Ollero y Martín Vide, coords., 2005; Acín et al., 2007). Esta evolución está
estrechamente ligada a las perturbaciones que sufren desde la última mitad del siglo XX por la intervención
antrópica, las cuales han desencadenado una intensa simplificación de los cauces. En este sentido, estos cursos bajos
se caracterizaban en la primera mitad del sigo XX por tener un trazado braided, con numerosos brazos, una vasta
extensión de barras activas y una gran frecuencia de cambios en su cauce menor.
La construcción de embalses, la modificación de los usos del suelo, la ampliación de los regadíos, la invasión del
espacio fluvial y el desarrollo de defensas para evitar la movilidad han conllevado desde la década de los 50 del siglo
XX un proceso de simplificación, estabilización y estrechamiento de los cauces estudiados.
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3 3
En la cuenca del Aragón se localizan los embalses de Yesa (1960; 446,9 hm ) e Itoiz (2008, 417 hm ); en la del Gállego
3 3 3 3
los embalses de Lanuza (1978, 25 hm ), Búbal (1970; 64,26 hm ), La Peña (1913; 15,45 hm ), Ardisa (1932; 5 hm ) y
3 3 3
Sotonera (1963, 189 hm ) y en el Cinca los embalses de Mediano (1974; 436,36 hm ), El Grado (1969; 399 hm ) y
3
Barasona (1932, 85 hm ), entre otros, para usos hidroeléctricos, riego y abastecimiento. Estas infraestructuras han
generado una profunda reducción de los caudales líquidos y sólidos y una alteración de los regímenes de caudales.
Asimismo, la proliferación de sistemas defensivos en las últimas décadas (especialmente en los cursos bajos del
Aragón y Cinca), así como la usurpación de superficie fluvial para actividades humanas ha acentuado la disminución
de la dinámica geomorfológica.
3. Metodología
Para conocer la evolución de los cursos fluviales se ha realizado un análisis diacrónico mediante fotografías aéreas
georreferenciadas y ortoimágenes. Se han seleccionado y utilizado fotogramas aéreos verticales de las siguientes
fechas: 1927, 1956/57, 1981/84 y 2008/09. Las fotografías aéreas correspondientes a los tres primeros años fueron
georreferenciadas en referencia a las imágenes del PNOA (2009). A cada una de las imágenes se le asignó la
proyección del sistema de coordenadas European Datum 1950 UTM Zona 30N.
El análisis de la dinámica fluvial se ha llevado a cabo mediante dos metodologías diferentes, de cara a reforzar los
resultados. Ambas metodologías se realizan mediante el uso de técnicas y herramientas de SIG vectorial.
La primera metodología tiene como objetivo conocer la movilización general de los cauces en cada período de
estudio. Se basa en el cálculo de la superficie movilizada, que es la superficie modificada entre la orilla del cauce en
la fotografía de inicio del período y la misma orilla del cauce en la fotografía final del período (Downward et al.,
1994). También se calculó la superficie activa, que incluye el trazado del cauce de cada par de años analizado y la
superficie que queda entre ambos trazados. Esta superficie resulta muy útil para conocer cuantitativamente el nivel
de reducción de la superficie de cambio a lo largo del tiempo.
De forma paralela se realizó un análisis de la migración en varios meandros elegidos en los tres ríos, así como de la
tendencia de su futura evolución a partir de la metodología de Lagasse et al. (2004). Esta metodología se basa en la
edición del círculo circunscrito sobre la orilla cóncava de cada meandro en los diferentes años estudiados.
Posteriormente se han de editar los centroides de cada círculo, que son la referencia para calcular el radio de
curvatura en cada año y la variación de la distancia y del ángulo de movimiento entre diferentes años, como ilustra
la figura 2. Con los datos obtenidos y según la metodología propuesta por Lagasse et al. (2004), se puede calcular
una predicción o tendencia de la migración de los meandros, teniendo como referencia la variación de los
parámetros (ángulo, distancia y radio) en el último período.
Figura 2. Parámetros estudiados en el análisis de la migración de los meandros
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4. Resultados
4.1. Superficie movilizada
En los cursos bajos de los ríos analizados se evidencia la intensa reducción de las superficies movilizadas y de la
superficie activa entre 1927 y 2008/09, lo que pone de manifiesto la importante pérdida de superficie fluvial con el
paso de los años (tablas 2 y 3 y figuras 3, 4 y 5).
La disminución de la dinámica y del espacio fluvial tiene su punto de inflexión en 1981/84-2008/09 debido a que en
esta etapa son perceptibles ya los efectos negativos de los embalses, proliferan las defensas de margen y orilla, así
como las presiones sobre los ríos. Sin embargo, en los tres cursos se observan comportamientos diferenciados.
Las superficies movilizadas en los ríos Gállego y Cinca presentan una tendencia estable en los períodos 1927-
1956/57 y 1956/57-1981/84, mientras que en el Aragón se aprecia una reducción de la superficie movilizada y de la
superficie activa significativa en el período 1956-1984 con respecto al anterior. Esta situación puede explicarse por
3
dos motivos: (i) en 1960 se había construido el embalse de Yesa, de amplia capacidad (446,9 hm ) (ii) en el curso
bajo del Aragón hubo un notable desarrollo forestal, lo que explica que en el año 1956 fuera el único curso de los
estudiados que contara con plantaciones en sus riberas (Ibisate, coord., 2010).
Figura 3 y tabla 2. Evolución de la superficie movilizada media anual (ha) por periodos en los tramos de los ríos estudiados
1927- 1956/57- 1981/84-
Río
1956/57 1981/84 2008/09
Aragón 10,64 6,12 3,12
Cinca 15,92 17,58 6,67
Gállego 9,07 9,11 3,84
Figura 4 y tabla 3. Evolución de la superficie activa (ha) por períodos en los tramos de los ríos estudiados
1927- 1956/57- 1981/84-
Río
1956/57 1981/84 2008/09
Aragón 517,79 322,87 194,87
Cinca 1019,43 735,52 364,20
Gállego 411,20 359,19 143,58
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Figura 5. Evolución de la superficie movilizada del curso bajo del río Gállego
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El hecho de que en el Gállego y Cinca no se hicieran tan patentes los efectos de los embalses entre 1956/57-1981/84
puede ser debido a que aquéllos de mayores dimensiones fueron construidos hacia el final del período -en el Cinca,
3 3 3
Mediano (1974; 436,36 hm ) y El Grado (1969; 399 hm ) y en el Gállego, Lanuza (1978, 25 hm ), Búbal (1970; 64,26
3 3
hm ) y Sotonera (1963, 189 hm )- y por tanto, los efectos todavía no eran tan palpables en los años 1981/84 como
los constatados años después.
4.2. Dinámica de meandros
Los resultados obtenidos reflejan una reducción considerable de la magnitud de cambio en los meandros elegidos
(tabla 4). La variación de la distancia es el parámetro que mejor refleja la disminución progresiva de la dinámica,
pues se reduce considerablemente (de 15 metros anuales a 4,4 metros anuales en el río Aragón).
Por su parte el ratio de cambio del radio de curvatura sufre altibajos, sin un comportamiento generalizado, aunque
apreciándose una leve disminución en los ríos Aragón y Cinca. El ángulo de movimiento es muy variable. No
obstante, los resultados advierten que en los meandros del río Cinca es donde se han producido cambios más
relevantes, modificando su orientación de SSO a NNO (figura 6)
Figura 6. Variación de la distancia de cambio (m) y el ángulo (º) en los tramos estudiados
Al igual que con las superficies movilizadas, se pueden atisbar dos períodos o fases muy bien diferenciadas. Un
primer período que abarcaría desde 1927 hasta el período 1956-1984, en el que la tasa de cambio es mayor y un
segundo período de estabilización en las últimas décadas.
En el río Aragón la distancia y el radio de curvatura disminuyen progresivamente desde el inicio, sin embargo en el
río Cinca la distancia aumenta considerablemente entre el primer y segundo período, para reducirse posteriormente
con la misma intensidad. El radio de curvatura tiene un comportamiento irregular, aunque también se reduce en el
último período. En el río Gállego la distancia de cambio también se reduce progresivamente desde el inicio, no así el
radio de curvatura que aumenta en 3 de los 5 meandros seleccionados durante el último período.
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Tabla 4. Variación de la dinámica de meandros en los ríos Aragón, Cinca y Gállego en los periodos estudiados. D: distancia (m); A:
ángulo de curvatura (º); Rc: radio de curvatura (m)
RÍO ARAGÓN
Períodos 1927-1956 1956-1984 1984-2008
Nº Denominación D A Rc D A Rc D A Rc
1 Meandro de Las Vales 25,21 157,07 64,00 273,92 276,97 -80,00 53,83 242,28 -12,00
2 Meandro de El Sotillo 464,54 181,47 -42,00 182,55 254,86 398,00 315,07 279,25 -204,00
3 Meandro de El Estajado 375,91 293,17 -110,00 94,30 3,63 228,00 31,34 292,19 -125,00
4 Meandro de Soto Torres 108,44 342,74 -346,00 282,43 106,22 59,00 29,31 30,75 -68,00
5 Meandro del Soto de la Cueva 676,83 180,48 314,00 84,29 279,45 481,00 10,61 332,87 114,00
6 Meandro de Soto Contiendas 484,43 327,41 54,00 103,16 40,92 -1,00 10,09 70,87 151,00
7 Meandro de Sotoalto 549,97 251,61 -113,00 458,62 31,93 -292,00 104,26 36,90 103,00
8 Meandro de La Isla 672,28 230,90 -48,00 483,72 111,55 400,00 178,47 121,29 36,00
9 Meandro de Los Royales 488,81 209,12 223,00 89,94 182,25 -515,00 148,76 170,22 555,00
10 Meandro de La Guindera 516,53 184,97 339,00 29,69 337,06 25,00 183,74 0,28 -283,00
Promedio/nº años 15,04 1,16 7,44 2,51 4,44 1,11
RÍO CINCA
Períodos 1927-1957 1957-1981 1981-2009
Nº Denominación D A Rc D A Rc D A Rc
1 Meandro de El Sotet 265,66 351,87 -35,85 349,94 333,25 -158,32 134,62 38,10 96,16
2 Meandro de Las Balsas 45,20 33,69 -4,82 135,97 322,74 63,07 49,96 8,13 30,83
3 Meandro de Torralba 113,40 341,90 126,57 386,50 219,09 -246,66 177,59 4,66 156,10
Promedio/nº años 4,71 0,95 12,12 -4,75 4,31 3,37
RÍO GÁLLEGO
Períodos 1927-1956 1956-1984 1984-2009
Nº Denominación D A Rc D A Rc D A Rc
1 Meandro de La Fontaneta 78,46 248,30 6,91 224,24 265,50 -10,10 28,12 253,57 9,71
2 Meandro de La Mejana 640,87 182,62 -171,60 356,88 316,26 84,18 17,62 120,88 -9,66
3 Meandro de El Hospitalico 62,86 204,36 -85,62 183,45 296,18 -23,44 143,41 140,53 57,29
4 Meandro Peña del Cuervo 491,54 327,10 -141,41 114,86 130,80 68,70 26,40 281,51 -28,98
5 Meandro conf. del Ebro 245,87 229,27 -65,25 231,69 279,68 35,99 135,67 349,33 -112,46
Promedio/nº años 10,48 -3,15 7,94 1,11 2,81 -0,67
Tabla 5. Tendencia media de variación de la dinámica de meandros en los ríos estudiados para los años 2015 y 2020. D: distancia
(m); A: ángulo de curvatura (º); Rc: radio de curvatura (m)
2015 2020
Río
D A Rc D A Rc
Aragón 31,09 192,29 270,31 53,27 227,29 264,75
Cinca 25,87 318,09 292,24 47,43 269,03 275,39
Gállego 16,86 222,32 193,12 30,91 216,62 196,49
En cuanto a la tendencia de migración (tabla 5), se observa un proceso de reducción de la distancia de cambio en los
tres ríos y del radio de curvatura en el Aragón y el Cinca. En el río Gállego el radio de curvatura aumenta levemente
tanto en la predicción para 2015 como para 2020, sin embargo la distancia de cambio se reduce drásticamente.
5. Conclusiones
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Se ha comprobado que la dinámica fluvial de los ríos Aragón, Cinca y Gállego ha sufrido un claro proceso de
estabilización y simplificación en las últimas décadas. A lo largo del análisis se constatan dos fases claras de
comportamiento con una evolución paralela en los tres ríos estudiados. Una primera fase donde predomina la
migración de los cauces (entre 1927 y la mitad del período 1956-1984) y una segunda fase donde se produce un
proceso de estabilización, con cambios y migraciones poco significativas (entre los períodos 1956-1984 y 1984-
2009).
Los tres ríos analizados se encuentran actualmente en un período de estabilización, donde no se aprecian
migraciones ni cambios sustanciales como los observados en períodos anteriores. La regulación hidrológica, la
invasión de las llanuras de inundación y la instalación de sistemas defensivos se producen al mismo tiempo en los
tres sistemas, coincidiendo con el período en que se observa una reducción considerable de la dinámica.
El análisis, cuantificación e interpretación de la dinámica fluvial con las metodologías empleadas ha permitido
comparar las respuestas fluviales a estos impactos y presiones. Estas metodologías tienen un potencial muy elevado,
siempre que queden integradas en estudios de planificación y ordenación territorial, confirmando al mismo tiempo
la importancia del uso de los SIG en el ámbito de la geomorfología fluvial.
Por otro lado, se considera interesante la aplicación de modelos predictivos para conocer tendencias en la dinámica
fluvial. No obstante, la metodología aplicada no es una predicción exacta sino una tendencia basada en los cambios
de las últimas décadas. Estos modelos, a falta de un mayor desarrollo metodológico, suponen un avance en aras de
una buena ordenación territorial y restauración de las llanuras de inundación.
En definitiva, la dinámica expuesta constituye un indicador fundamental para establecer en el futuro posibles
medidas de gestión del riesgo, ordenación del espacio fluvial, restauración de la dinámica y conservación de la alta
calidad hidromorfológica. Por ello, sería recomendable proteger la dinámica actual con medidas conservacionistas,
así como establecer un espacio de movilidad fluvial para conseguir una mejora ambiental y para reducir los riesgos,
en sustitución de las defensas tradicionales.
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9. I CONGRESO IBÉRICO DE RESTAURACIÓN FLUVIAL RESTAURARÍOS. LEÓN, 18-20 DE OCTUBRE 2011
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