Consecuencias multiescala de la derivación de agua en los ecosistemas fluviales

La derivación de agua es una actividad muy frecuente en los ríos de nuestro alrededor, que posiblemente se intensifique en el futuro como consecuencia de la creciente demanda de agua para regadío agrícola, generación de energía hidroeléctrica y consumo humano. Los efectos de los grandes embalses sobre los ecosistemas fluviales se conocen relativamente bien, pero todavía existen muchas incógnitas sin resolver acerca del impacto de la derivación de agua por pequeños azudes, creados para regadío y generación hidroeléctrica.

La reducción del caudal aguas abajo de las presas debido a la derivación, puede afectar al flujo y a la química del agua, promover la deposición de sedimentos finos, así como aumentar la superficie de lechos secos frente a los húmedos, y por lo tanto, afectar a la biodiversidad, al funcionamiento ecosistémico y a los servicios ecosistémicos que obtenemos de los ríos.  

Fig 1. Presa en el río Cadagua. Zaramillo, Güeñes

Fig 2. Presa en el río Urumea. Ereñozu, Andoain

Además del impacto que puede generar la derivación de agua, hay que tener en cuenta que otro de los impactos más importantes que afectan nuestros ríos es la propia contaminación originada por las actividades humanas en sus cuencas: efluentes de plantas depuradoras de aguas residuales, la agricultura y la ganadería, vertidos de actividades industriales…

Fig 3. Río Cadagua, detalle del margen del río y de la turbidez del agua.

Por lo tanto, estando presente estos dos estresores en los ríos, es fácil llegar a pensar que pueda existir una interacción entre los dos, agravando el impacto que reciben los ríos.

El proyecto DIVERSION, financiado por MINECO, pretende evaluar desde un punto de vista multiescala el impacto de la derivación de agua por pequeños azudes y la interacción de ese impacto con el efecto que tiene la contaminación, sobre la biodiversidad y el funcionamiento ecosistémico de los ríos del norte de la Península Ibérica.

Fig 4. Ejemplo de un canal del río Leitzaran

La hipótesis de partida es que la derivación de agua deteriorará los hábitats fluviales, lo que a su vez conllevará efectos perjudiciales sobre los organismos y, en consecuencia, impactando negativamente en los procesos ecosistémicos fluviales y alterando el funcionamiento biogeoquímico de las redes fluviales. Estos impactos serán más acusados en ríos sujetos a otros estresores como la contaminación.  

El proyecto está organizado en 4 paquetes de trabajo (WP), que se explican de forma resumida a continuación:

El WP1 examina la interacción entre la derivación de agua y la contaminación, y para ello se han seleccionado 4 ríos con distinto rango de contaminación y que a la vez también presentan una azud con derivación de agua. Se analizará desde la biota, como los invertebrados o las microalgas, hasta los procesos funcionales ecosistémicos que tienen lugar en el río.

El WP2 analiza la forma en que decrece el impacto de la derivación sobre el funcionamiento del ecosistema aguas abajo de la presa y testará la hipótesis de que el efecto de la contaminación ralentiza la recuperación del ecosistema. Para eso, se estudiarán tanto en un río limpio como en un río contaminado, los efectos en los organismos y en los procesos ecosistémicos aguas abajo de la presa.

El WP3 examina el efecto de la desviación del agua en un río que presenta múltiples presas y derivaciones a lo largo de todo su cauce. Como consecuencia de la desviación de agua, también existe la desviación de compuestos transportados por el agua como el carbono, los nutrientes y los contaminantes orgánicos de origen urbano. Se analizarán las consecuencias de este redireccionamiento a través de una red de canales artificiales, y el efecto en los balances de elementos y contaminantes a escala de cuenca.
 
El WP4 analiza los efectos sobre organismos, como biofilm y macroinvertebrados, de la interacción entre la reducción de la velocidad del agua ligada a la presencia de los azudes y el aumento en la deposición de finos en suspensión. En este caso, se pretende realizar un experimento de mesocosmos en laboratorio a través de canales artificiales donde se manipulará la velocidad del caudal de agua y la presencia de sedimentos finos en suspensión.

Actualmente, se está trabajando en el WP1 y WP3, y se dispone de resultados preliminares de ambos paquetes que mostraremos a continuación, junto con una explicación más detallada del experimento realizado.

WP1.Interacciones

Objetivos

Los objetivos del primer paquete son tres, los cuales se presentan a continuación:

1. Evaluar a nivel de individuo las señales de respuesta al estrés derivados del impacto de la derivación de agua y de la contaminación.

2. Evaluar el impacto de la derivación y de la contaminación en la transferencia de energía a través de las redes tróficas de los organismos fluviales.

3. Evaluar la respuesta a nivel de ecosistema, incluyendo los lechos secos del río, de la derivación de agua y de la contaminación.

Métodos

En este paquete se examina la interacción del efecto de la derivación de agua, junto con el de la contaminación. Se han seleccionado 4 ríos, localizados en la vertiente cantábrica de la península ibérica, con distinto nivel de contaminación y en cada uno de ellos se ha estudiado dos tramos, uno aguas arriba de la presa (Control) y otro aguas abajo (Impacto). Los ríos seleccionados, por orden ascendente en grado de contaminación son: Urumea, Leitzaran, Cadagua y Deba.

Fig 5.1. Mapa de localización de los 4 ríos estudiados, dentro de Euskadi

Fig 5.2. Imagenes y concentración de TOC,TN y SRP de los 4 ríos estudiados

Se han realizado dos campañas de muestreo durante 2017 para contrastar dos situaciones de caudal distintas en los ríos. Una en situación de alta derivación de agua a través de los canales artificiales, donde se esperan grandes diferencias entre los tramos control e impacto. La otra campaña se ha realizado en situación inactiva de las derivaciones, donde se espera que las diferencias entre control e impacto sean menores.

Fig 6. Esquema de un río sin derivación de agua, y del efecto de la derivación activa y con derivación inactiva

Para evaluar el efecto de la interacción de la derivación de agua junto con la contaminación sobre el funcionamiento del ecosistema y los organismos acuáticos, se analizaron distintas variables relacionadas con los procesos ecosistémicos, ciclo biogeoquímico y las comunidades de macroinvertebrados.

Fig 7. Trabajo de invertebrados acuáticos

Fig 8. Detalle de macroinvertebrados acuáticos

Fig 9. Material para la recogida de muestras

Fig 10. Recogida de muestras en río

Resultados preliminares

Debido al estado inicial de análisis de datos y resultados, solo es posible mostrar ciertas variables de todas las que se van a analizar. De todas formas, debe tenerse en cuenta que son resultados preliminares y que se está trabajando en ello.

A nivel de organismos, en la siguiente imagen se presentan datos referentes a variables relacionadas con el biofilm. Se conoce por biofilm la película que recubre el sustrato del lecho de los ríos y que está formada principalmente por una amalgama de bacterias y algas. Los gráficos muestran las variables clorofila y biomasa en vertical, y horizontalmente en la parte de arriba se encuentra representada la campaña realizada en condiciones de derivación inactiva y abajo la correspondiente a la época de derivación activa de los canales. En detalle, los colores del grafico indican azul para el tramo control y en color rojo el tramo impacto, además el orden de los ríos es de izquierda a derecha: Urumea, Laitzaran, Cadagua y Deba, coincidiendo con el gradiente de contaminación.

Fig 11. Gráfico de variables del biofilm

Tal y como se puede observar en los gráficos, en el muestreo realizado en el momento de derivación inactiva, la concentración de clorofila y la concentración de biomasa aparentemente no muestran un efecto por la derivación de agua ni por el gradiente de contaminación. Se esperaba ver un patrón de diferencias entre impacto y control en la concentración de ambas variables y no parece ser que se muestre. En cambio, en el muestreo realizado cuando el canal de derivación estaba activo la concentración de clorofila como la biomasa, si presentan un efecto relacionado con la contaminación, mostrándose un efecto creciente relacionado con el gradiente de contaminación de los ríos. Aun así, no parecen apreciarse grandes diferencias entre control e impacto.

Por otro lado, se muestra una de las variables ligadas al funcionamiento del ecosistema como es la tasa de descomposición de hojarasca.

Fig 12. Tasa de descomposición de hojarasca

La tasa de descomposición aparentemente no presenta efectos entre los tamos control e impacto debidos a la derivación de agua. Tampoco se parecía aparentemente un efecto del gradiente de contaminación entre ríos.

Tal y como se ha comentado anteriormente, todavía se deben analizar en profundidad otras variables de este experimento que arrojarán más luz a los resultados del mismo.

WP3. Recirculación

Objetivos

El objetivo de este paquete de trabajo es evaluar el efecto de la recirculación de agua, y en su consecuencia del carbono, nutrientes y contaminantes transportados a través de múltiples esquemas de derivación a lo largo de un rio.

Métodos

Para el estudio, se ha seleccionado el río Leitzaran, perteneciente a la vertiente cantábrica, con una longitud aproximada de 40 km y que se encuentra en la cuenca hidrográfica del río Oria. Dicho río se ha seleccionado por la presencia que tiene de múltiples derivaciones distribuidas a lo largo de su recorrido hasta su desembocadura en el río Oria.

Fig 13.1. Localización del río Leitzaran.

Fig13. 2. Red hidrográfica del río Leitzaran, donde se detallan los canales, las presas y los tributarios y los puntos de muestreo.

Para realizar el balance de masas de entradas y salidas, la metodología empleada ha sido la toma de muestras de agua, seston del agua y CO2 del agua y caracterización fisicoquímica, para analizar varias variables correspondientes al procesamiento y transporte de nutriente y contaminantes y al ciclo geoquímico del carbono. Los puntos de muestreo han tenido en cuenta las entradas y salidas al río, como son las de los propios canales y las entradas correspondientes a los ríos tributarios.

Fig 14. Toma de muestra de CO2 del agua

Fig 16. Medición del caudal de un canal del río Leitzaran

Fig 15. Recogida de muestras de un tributario del río Leitzaran)

Resultados preliminares

Respecto a los resultados, a continuación, se muestra un diseño simplificado del río Leitzaran, los afluyentes y los recorridos de los canales. El dato representado es el caudal de agua medido en cada punto a lo largo de los 40km de tramo estudiado y que nos ha facilitado la elaboración de este gráfico.

Fig 17. Esquema del caudal en río Leitzaran, tributarios y canales.

En el grafico el grosor de la línea simboliza el caudal de agua, las líneas más finas corresponden a caudales de unos 40L/s y las más gruesas a 4000L/s. Se aprecia en el grafico que la mayor parte del agua es recirculada por los canales, quedando en el cauce natural del río un caudal mucho menor del que debería llevar. Por tanto, como consecuencia, la mayor parte de los nutrientes y contaminantes circulan por los canales. Cabe destacar que los canales, que son estructuras de hormigón, rectilíneas y de medidas homogéneas a lo largo de todo su recorrido, no poseen las mismas características ni estructurales ni ecosistémicas que un río, y eso hace pensar que el transporte y procesado de los nutrientes y contaminantes será distinto en los canales.

Como se ha comentado anteriormente, todavía se está trabajando en otras variables que darán más información respecto a los efectos de la derivación de agua en este río.