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PRESENTACIÓN

Esta página web es una herramienta de difusión en Internet del proyecto de investigación MAS Dendro-Avenidas (CGL2010-19274) del Plan Nacional de I+D+i, con la finalidad de facilitar a la comunidad científica y el público en general, los principales avances y productos del citado proyecto.

resumen del proyecto

METODOLOGÍAS AVANZADAS PARA EL ESTUDIO DENDROGEOMORFOLÓGICO DE AVENIDAS TORRENCIALES Y SUS RIESGOS ASOCIADOS

Las avenidas torrenciales súbitas son uno de los fenómenos naturales con mayor capacidad destructiva y de transformación repentina de un territorio, no sólo por los importantes caudales punta asociados, sino también por la elevada velocidad de la corriente y la considerable carga sólida que suelen transportar. Tanto es así, que cuando las actividades humanas interfieren con su ámbito de actuación, se generan situaciones de riesgo, cuya consumación ha producido históricamente algunos de los principales desastres y catástrofes a nivel nacional (camping Las Nieves en Biescas, Cerro de los Reyes en Badajoz, Yebra-Almoguera en Guadalajara...) e internacional (Venezuela, Filipinas, Italia, etc.). Sólo en nuestro país, en las dos últimas décadas, se han producido más de tres centenares de víctimas mortales asociadas a las avenidas torrenciales súbitas, y las pérdidas económicas en bienes materiales e interrupción de servicios se han cifrado en decenas de miles de millones de euros anuales, que suponen cerca del 1% del PIB español.

Todas las medidas encaminadas a la predicción, prevención y corrección de estos fenómenos y sus riesgos asociados precisan, para su correcta aplicación, un análisis del riesgo previo y, dentro de él, de la peligrosidad por avenidas e inundaciones. Clásicamente estos análisis técnicos se hacían empleando fuentes de información, métodos y criterios únicamente hidrológicos (cálculo hidrometeorológico de caudales y análisis estadístico de aforos) combinados con modelaciones hidráulicas; sólo puntualmente y en las últimas décadas se han empleado de forma complementaria los métodos históricos y geomorfológicos. Sin embargo, las fuentes de datos y métodos clásicos tienen importantes deficiencias de información (falta de datos de precipitación y aforos) y su representatividad estadística, que hacen que normalmente conduzcan a resultados sub- o sobreestimados, sin suficiente rigor y la precisión que requiere su aplicación para salvar vidas e infraestructuras. Por ello, desde hace unos años, la investigación metodológica en estos procedimientos se centra en la búsqueda y calibración de nuevas fuentes de datos no sistemáticos, como las paleoinundaciones, tanto del registro documental (inundaciones históricas), geológico-geomorfológico (depósitos y marcas), como botánico (dendrogeomorfológico y liquenométrico).

La Dendrogeomorfología es una joven disciplina científica que, aprovechando fuentes de información registradas en las raíces, troncos y ramas de los árboles y arbustos ubicados en determinadas posiciones geomorfológicas (bancos de orilla, barras longitudinales, llanura de inundación, etc.), permite completar (e incluso suplir) el registro sistemático y paleohidrológico de avenidas torrenciales que han acontecido en esa corriente. La aplicación de las fuentes de datos y los métodos dendrogeomorfológicos al análisis de peligrosidad ha permitido, desde hace casi cuatro décadas, introducir mejoras en la estimación de la frecuencia y magnitud de las avenidas torrenciales; en nuestro país tan sólo llevan aplicándose desde hace un par de años, gracias a las actividades del proyecto Dendro-Avenidas (CGL2007-62063HID; www.dendro-avenidas.es). Sin embargo, precisamente en estas investigaciones se ha detectado que los indicadores dendrogeomorfológicos empleados clásicamente (descortezados) y que su aprovechamiento para inferir parámetros de frecuencia y magnitud, ha estado limitado y restringido a un pequeño conjunto de caracteres y aplicaciones, no habiéndose explorado nuevas posibilidades con enorme potencial.

Considerando estos antecedentes, el objetivo general de este proyecto es investigar sobre la aplicación de nuevas fuentes de datos y métodos científicos avanzados, relacionados con los análisis dendrogeomorfológicos, a la mejora de las estimaciones de la frecuencia y magnitud de las avenidas torrenciales, con vistas a implementar medidas preventivas más adecuadas en la mitigación de los riesgos asociados. Entre los objetivos específicos novedosos a nivel mundial cabe citar: ensayar la aplicación de indicadores de tipo isotópico (fraccionamiento 16O/18O) para conocer el origen de las avenidas torrenciales; emplear análisis anatómicos tridimensionales para datar los eventos con precisión y mejorar los muestreos; usar de los indicadores dendrogeomorfológicos para la estimación de caudales punta en modelos 2D y la mejora en la calibración de parámetros de los modelos hidráulicos bidimensionales (rugosidad); o aplicar análisis coste-beneficio de base estadística para seleccionar las medias de mitigación óptimas.

Para llevarlo a cabo, se combinarán y sucederán métodos de adquisición de datos en campo, estudios de laboratorio y análisis de datos en gabinete, con un plan de trabajo que contempla 15 tareas o actividades: 1, Caracterización geomorfológica; 2, Caracterización florística; 3, Muestreo de ejemplares: 4, Adquisición de datos topográficos detallados; 5, Preparación de las muestras; 6, Conteo y medida de los anillos de crecimiento; 7, Estudio anatómico e histológico; 8, Análisis isotópicos en alfa-celulosa; 9, Sincronización de las series; 10, Detección y datación de eventos; 11, Modelación hidrometeorológica de las cuencas; 12, Modelación hidráulica de tramos; 13, Análisis estadístico de caudales de avenida; 14, Cartografía de las áreas de peligrosidad por avenidas torrenciales y mapas de riesgo; y 15, Análisis coste-beneficio de las medidas de mitigación del riesgo. Para ensayar y poner a punto estas metodologías innovadoras se utilizarán diversas zonas de estudio en varias localizaciones de las cuencas altas de los ríos Alberche y Tiétar (Sierra de Gredos, Ávila), Eresma (Sierra de Guadarrama, Segovia), Tajo (Sistema Ibérico, Guadalajara); incluso ensayando su trasposición a otros ámbitos geográficos (Pirineos, Béticas, Inglaterra...).

Todo ello desarrollado por un nutrido equipo de clarísimo carácter multi- y pluridisciplinar, donde se combinan y complementan diferentes formaciones (geólogos, ingenieros de minas, ingenieros de montes, ingenieros civiles, físicos, geógrafos, ambientólogos...), campos de especialización (geomorfología, hidrología, dendrocronología, botánica, hidráulica, geoestadística...) y ámbitos profesionales (investigadores y técnicos de OPIs, profesores universitarios...); además aglutinando antiguos equipos atomizados y miembros dispersos, para conseguir un equipo que combina juventud (2 tesis en desarrollo) con experiencia (varios investigadores senior), y que ha conseguido tener suficiente masa crítica para abordar proyectos ambiciosos. Se trata del único equipo que trabaja actualmente en estos temas en España, con contactos con el resto de equipos internacionales. La coordinación y gestión (IP) se realiza desde un OPI del propio Ministerio de Ciencia e Innovación, el IGME, con más de 160 años de historia y que es el responsable del Centro Nacional de Referencia en Riesgos Naturales de la Agencia Europea del Medio Ambiente.

Por último, entre los resultados y beneficios del proyecto se podrían distinguir dos ámbitos: contribuciones científicas (revistas, congresos internacionales...) y la difusión social (medios de comunicación, publicaciones divulgativas, etc.). Los resultados del proyecto además serán de utilidad para diversas instituciones y entidades (5 EPOs) que han mostrado su interés desde los diferentes ámbitos implicados en la gestión de los riesgos: las administraciones locales para la ordenación territorial y urbanística (ayuntamientos de Arenas de San Pedro y Guisando); la protección civil y ciudadana (Unidades de PC de Ávila y Segovia, y la D.G. autonómica de PC de Castilla-La Mancha); y la consultorías especializadas en urbanismo (Arnaiz Consultores).

PROJECT ABSTRACT

ADVANCED METHODOLOGIES FOR THE DENDROGEOMORPHOLOGICAL ANALYSIS OF FLASH FLOODS AND ITS RELATED RISKS

Flash floods are one of the most destructive natural phenomena which may cause the sudden transformation of landscapes, because of the significant peak flows associated with them, and also due to the increased flow velocity and sediment load they usually transport. This means that risk scenarios are generated when human activities interfere with their area of action. In the past they have caused some of the worst disasters and catastrophes in Spain: (Camping Las Nieves in Biescas, Cerro de los Reyes in Badajoz, Yebra-Almoguera in Guadalajara...) and other countries (in Venezuela, Philippines, Italy, etc.). In the last twenty years, more than 300 lives have been lost as a result of flash floods only in Spain, and the annual economic losses in goods and service disruption have been estimated at many thousand million euros, around 0.1% of Spain’s GDP (Gross Domestic Product).

The correct application of all the measures designed to forecast, prevent and remedy these phenomena and their associated risks requires a risk analysis, which involves a detailed study of the flash flood hazards. Traditionally, these technical analyses were performed using only hydrological information sources, methods and criteria (hydrometeorological modelling and flood frequency analysis) combined with hydraulic models; in recent years complementary historical and geomorphological methods have occasionally been used. However, the classic data sources and methods have important shortcomings regarding the information available (i.e., precipitation and flow data) and due to the low statistical representativity of time series, which normally leads to under- or over-estimated results. As a consequence they don’t guarantee the accuracy and precision required when they are applied to saving lives and safeguarding infrastructures. This has led in recent years to methodological research into these methods focused on discovering and calibrating new non-systematic data sources, such as palaeofloods, including documentary records (historic floods), geological–geomorphological data (deposits and marks) and botanical data (dendrogeomorphological and lichenometric).

Dendrogeomorphology is a relatively young scientific discipline which uses information sources recorded in the roots, trunks and branches of trees and bushes located in certain geomorphological positions (river banks, longitudinal bars, flood plains, etc.), to complement (or even replace) systematic and palaeohydrological records of flash floods which have occurred in the stream. The application of dendrogeomorphological data sources and methods to hazard analysis over nearly forty years has allowed to improve the estimation of flash floods in frequency and magnitude. In Spain, however, this application has only been used very recently as a result of the activities of the Dendro-Avenidas project (CGL2007-62063HID; www.dendro-avenidas.es). Nevertheless, precisely the research carried out so far has shown that the dendrogeomorphological indicators traditionally used (scars) and their use to infer frequency and magnitude parameters has so far been restricted to a small, limited evidence and application set, and that new possibilities with enormous potential still remain unexplored.

Against this background, the main objective of this project is to research into the application of new data sources and advanced scientific methods related to dendrogeomorphological analysis; in order to improve frequency and magnitude estimations of flash floods and to enable the implementation of more appropriate preventive measures to mitigate the associated risks. The world class new specific objectives include: to test the application of isotopic indicators (16O/18O fractioning) to explore the origin of flash floods; to use 3D anatomical analysis to understand the anatomical response of plant species and so enhace sampling efficacy; to use different dendrogeomorphological indicators to estimate peak flows with 2D (and 3D) hydraulic models and study how they relate to other palaeostate indicators; to investigate how to improve calibration of 2D hydraulic models parameters (roughness); and to apply statistic-based cost-benefit analysis to select optimal mitigation measures.

To achive these aims, field data acquisition methods will be combined with laboratory studies and desk-based data analysis, within a working plan including 15 tasks or activities: 1. Geomorphological characterization; 2. Flora characterization; 3. Sampling of species; 4. Detailed topographical data collection; 5. Samples preparation; 6. Tree-ring count and measurement; 7. Anatomical and histological analysis; 8. Isotopic analysis in alpha-cellulose; 9. Series synchronization; 10. Event detection and dating; 11. Hydrometeorological modelling; 12. Hydraulic modelling; 13. Flash Flood Frequency Analysis; 14. Mapping of flash flood hazard areas and flood risk maps; 15. Stochastic cost-benefit analysis of risk mitigation measures.

To test and fine-tune these innovative methodologies different study locations will be used in the headwaters of the rivers Alberche and Tiétar (Sierra de Gredos, Ávila), Eresma (Sierra de Guadarrama, Segovia), Tajo (Sistema Ibérico, Guadalajara); and their experimental transposition will be tested in other geographical regions (Pyrenees, Béticas, UK...).

All the above tasks will be carried out by a large multi- and pluri-disciplinary team, combining and complementing different skills and backgrounds (geologists, mining, forestry and civil engineers, physicist, geographers, environmentalists...), specialisms (geomorphology, hydrology, dendrochronology, botany, hydraulics, geostatistics...) and professional areas (researchers and technicians from LPRIs, university teachers...); individual or regrouped members of previous research teams will also be involved, ensuring a team which combines young researchers (2 theses currently underway) with experience (various senior researchers), and with the critical mass needed to be able to undertake ambitious projects. This is the only team currently working in this subject area in Spain, in contact with other international teams. The coordination and management LR will be based at a Ministry of Science and Innovation LPRI, the Geological Survey of Spain (Instituto Geológico y Minero de España, IGME, founded over 160 years ago), which is responsible for the National Reference Centre for Natural Hazards of the European Environment Agency (EEA).

Finally, two areas can be identified in the results and benefits of the project: scientific contributions (journals, international congresses...) and the social impact and publication (press and media, explanatory publications, etc.). The results of the project will also be useful to various observer/promoter institutions and bodies. 5 promoter/observer entities (EPOs or end-users) have expressed an interest in the different areas involved in risk management: local government bodies for land and town planning (Town Councils of Arenas de San Pedro and Guisando); Civil protection (Civil protection units in Ávila and Segovia, and Civil Protection Directorate General for Castilla-La Mancha); and specialized urban planning private agencies (Arnaiz Consultores).