Lurralde :inv. espac.

N. 5 (1982)

p. 79-90

ISSN 1697-3070

ESTUDIO LIMNOLÓGICO DE LOS EMBALSES DE

ARTIKUTZA  Y AÑARBE.

 

JULIÁN ALZATE

XABIER IRIBAR

Comisaría de Aguas del Norte de España (MOPU)

San Sebastián

SUMMARY

This work is a study of the behaviour of the reservoirs in Aliarbe and Artikutza during the yearly period 1980-1981. The existence of Thermic stratification in Añarbe from mid June to early October has been proved. This phenomenon does not occur in Artikutza because of its small water volume and low hidraulic residence time.

Due to the silicious nature of their basins. the waters in this reservoirs show a high corroding index for the water network. as they almost totally lack calcium bicarbonate.

The level of phosphorus found indicates that the water quality will not be affected by Eutrophication phenomena while the present ground condition on the bassin is maintained. However the oxygen deficit in Aliarbe is high in Summer and Autumn. although this fact does not seem to depend only on the photosynthetic biomass generated in the reservoir itself

 

LABURPENA

Lan honetan Añarbe ta Artikutza urtegien jokaera ikasi da 1980-1981 urteen zehar. Ekainaren erditik urriaren hasierara. estratifikazio edo tolestaketa termikoa nabari da Añarben, bainan ez Artikutzan, hau, txikia izanik ureuate laburra baitu.

Beren ibaiarrua silizikoa dutenez. urtegi hauetako urek ia kaltzio bikarbonatorik ez dute. eta tuberi edo ubidetarako erdoigai, erregai bortitz gertatzen dira.

A urkituriko fosforo eduki mailak dioenez eta ibaiarruaren egoera mantentzen den bitartean ez dago ur hauetan eutrofizazioa eta bere ondorenen arriskurik. Ala ere uda eta udazkenean, oxigeno urritasuna garrantzizkoa da Añarben. naiz eta urtegiko fotosintetiko biomasa etekinaren eragin bakarra ez izan.

 

INTRODUCCIÓN

En el presente trabajo se ha estudiado exhaustivamente la composición físico-química de las aguas embalsadas en las presas de Artikutza y Añarbe durante el período 1980-1981. El fósforo ha merecido especial atención por ser el controlante de la producción primaria, pudiendo su exceso originar fenómenos de eutrofización y consecuente deterioro de la calidad de estas aguas (LEE, 1970; UHLMANN, 1979; WETZEL, 1981).

Este estudio se ha realizado en colaboración con el Centro de Estudios Hidrográficos y la Confederación Hidrográfica del Norte de España del M.O.P.U., dentro de un proyecto general para lagos y embalses programado por la O.C.D.E.

DESCRIPCIÓN FÍSICA

La cuenca del rio Añarbe, situada en una zona rural prácticamente deshabitada y cubierta por bosque de confieras y frondosas, resulta idónea para el almacenamiento de agua potable. Geológicamente se halla enclavada en el denominado «Macizo Herciniano de las Cinco Villas», predominando las pizarras metamórficas micliceas y silíceas junto con las cuarcitas, areniscas, granitos y alguna caliza. Nos encontramos pues en uno de los «islotes» silíceos dentro de la zona caliza de la Península descrita por MARGALEF et al. (1976). Por ello cabría esperar unas aguas poco mineralizadas y de baja conductividad, propias de sustratos silíceos.

El embalse de Artikutza está situado en la cabecera de la cuenca a unos 350 m. de altitud; tiene una capacidad de 1,6 Hm3 y su tributario natural es la regata Enobieta, aunque en estiaje se canaliza al mismo la regata Erroiarri de similar superficie vertiente (fig. 1). En la parte baja de la cuenca a unos 100 m. de altitud se encuentra el embalse de Añarbe, con un volumen máximo de 43,5 Hm3, previo al cual una central eléctrica arrebata al río un caudal medio de 1500 I/s vertiéndolo directamente al Urumea.

Fig 1 Cuenca del Añarbe

A continuación se señalan los valores medios de los parámetros hidrológicos en el año 1980, que junto a las características físicas, geológicas y climáticas de la cuenca, determinarán la composición de estas aguas y la especifidad de su respuesta a las variaciones del entono.

 

  ARTIKUTZA AÑARBE
Pluviosidad l/m2 año 3090 2620
Superficie de la cuenca  Km2 8,73 62,9 0
Coeficiente de escorrentia   0,74 0,74
Flujo Hm3/año 20  66
Volumen Hm3 1,28 33,6
Tiempo residencia hidraul. años 0,06 0,52
 Superficie del embalse Ha. 11,3 145
Carga hidráulica especifica m/añao 177 45,5
Profundidad máxima   38 70

La pluviosidad en 1980 fue superior a la media de años anteriores, siendo esta de 2471 1/m2 año para el pluviómetro de Artikutza y 2070 1/m2 año para el de Añarbe.

MATERIAL Y MÉTODOS

Se han seguido los criterios de LEE & JONES (1979) para el estudio de los lagos y embalses, U .S.A.

Dada la forma alargada del embalse de Añarbe se eligió una estación de muestreo en su cola, y otra a unos 150 m. de la presa y una única en Artikutza frente a la presa. Durante el período de estratificación las muestras se tomaron aproximadamente cada 15 días a las profundidades de superficie, Iímites superior e inferior de la Termoclina y fondo; además se muestreó en la mitad de la Termoclina e HipoIimnión, para la determinación del oxigeno disuelto. En el período de mezcla las tomas se realizaron cada 2 meses en superficie, profundidad media y fondo. A su vez, y con la máxima frecuencia posible se analizaron los tributarios Enobieta, Erroiarri y Añarbe, con objeto de valorar la entrada de nutrientes.

Las muestras se tomaban con un recipiente de tipo Van Dorn, tras haber medido la transparencia del agua con el disco de Secci y determinado las profundidades de muestreo, mediante el perfil de temperaturas. Posteriormente se fraccionaban en frascos de vidrio y polietileno, fijando in situ el oxígeno disuelto con sulfato manganoso y yoduro potásico-bidróxido sódico, y los compuestos nitrogenados con 40 mg/l de cloruro mercúrico. Las muestras para el ortofosfato disuelto se filtraban cuanto antes a través de un filtro de membrana Millipore de 0,45 micras de diámetro de poro y las de clorofila, por un filtro Wbatman de fibra de vidrio, con precapa de carbonato magnésico.

A continuación detallamos el método analítico seguido para cada parámetro:

Transparencia de Secchi. Profundidad a la que deja de verse un disco blanco de 25 cm. de diámetro.

Temperatura. Sonda eléctrica con 0,1°C de precisión.

pH. pHmetro digital. APHA (1975).

Conductividad. Conductivímetro con lectura en microsiemens/cm. y compensación automática de temperaturas a 20°C. APHA. (1975). Oxígeno disuelto. Método de Winkler. APHA (1975). Alcalinidad. Valoración volumétrica. APHA (1975).

Nitrato. Reducción a nitrito con columna de cadmio y determinación colorimétrica mediante un espectrofotómetro V ARIAN -TECHTRON 635. APHA (1975).

Amonio. Método colorimétrico del fenato. APHA (1975).

Ortofosfato disuelto. Método calorimétrico del ácido ascórbico. APHA (1975). Fosfato total. Digestión con persulfato y reacción colorimétrica anterior . APHA (1975).

Sílice. Reacción colorimétrica del molibdosilicato. APHA (1975).

Clorofila A. Extracción del filtro en acetona y lecturas espectrofotométricas a 633 y 750 nm., antes y después añadir ácido clorhídrico para descontar los valores de feofitina.

Calcio. Complexometría. APHA (1975).

RESULTADOS

La tabla 1 presenta para cada estación de muestreo y profundidad, los valores medios de los parámetros en el período de estratificación (E) y en el de mezcla (M).

Tabla 1

Tras aplicar el test de Student a los valores anteriores, se vio que no había diferencias significativas entre las 3 estaciones de muestreo, con excepción de los nitratos y sílice disuelta, algo inferiores y la alcalinidad ligeramente superior en Artikutza. Debido a esta similitud nos limitaremos a tratar con detalle únicamente los valores de Añarbe presa.

Temperatura.- El ciclo anual de temperaturas es típico de zonas de clima suave, con unaúnica estratificación en la época cálida del año, en la que a pocos metros bajo la superficie se forma la Termoclina o capa con fuerte gradiente térmico, expresada en la figura 2 como la zona en que las isotermas se hallan mas juntas. Es de notar la pequeña variación de temperaturas en las aguas profundas, manteniéndose a lo largo del año entre 4 y 9°C.

En Artikutza se ha comprobado la ausencia de estratificación térmica apreciable, debido seguramente a su pequeño tamaño y bajo tiempo de residencia hidráulico.

Fifura 2

 

Oxigeno disuelto.- Las figuras 3 y 4 muestran la disminución de este elemento conforme nos acercamos al fondo del embalse. En ausencia de estratificación el oxígeno en el fondo se mantiene en niveles aceptables, pero al formarse la Termoclina se registra una continua disminución del mismo en el Hipolimnión, llegándose a finales de setiembre a valores prácticamente nulos junto al lecho. En octubre se rompe la barrera térmica y aunque persiste el déficit de oxígeno, comienza a observarse un enriquecimiento del mismo en el Hipolimnión superior .

Figura 3

Las figuras 4, 5 y 6 muestran el perfil de los valores medios en estratificación (E) y en mezcla (M) de diversos parámetros, para el período 1980 - 1981 en el embalse de Añarbe.

Figura 4

Figura 5

Figura 6

pH.- Se observa una disminución del mismo con la profundidad. Durante la estratificación existe un fuerte gradiente de pH en la Termoclina, poseyendo las capas profundas un carácter ácido.

Conductividad.- Estas aguas son típicas de cuencas silíceas y por tanto, poco mineralizadas, lo que se refleja en su baja conductividad.

Alcalinidad.- La concentración en bicarbonatos, expresada por este parámetro, resulta muy baja, aunque aumenta ligeramente en el fondo durante los meses más cálidos. Las aguas con un cierto contenido en bicarbonato cálcico tienden a depositar Ca Co3 junto con óxidos de hierro en la superficie interior de las tuberías de conducción, formando la denominada capa de «Tillmans» inhibidora de la corrosión. La probabilidad de este fenómeno quedo establecida experimentalmente por el «Índice de estabilidad de Ryznar» (I R f) , el cual, para valores superiores a 8,5 indica una corrosividad notable de las aguas, (DEGREMONT, 1979). .

IR =2 pHs -pH

Donde pHs es el de equilibrio teórico con respecto al Ca CO3 dependiendo de las concentraciones de calcio y bicarbonato existentes.

pHs = p [Ca++] +p [HCO3-] + p[K2/K.s]

K2 es la segunda constante de ionización del ácido carbónico, y Ks el producto de solubilidad del Ca CO3. Estas constantes dependen de la temperatura y fuerza iónica de la solución.

Seglin APHA (1975) y dependiendo de la temperatura y sólidos disueltos podemos simplificar la expresión anterior a :

pHs = A + B- log Ca++ - log (Alcalinidad)

Las concentraciones se expresan en mg/l de Ca CO3 .

Según los datos experimentales obtenemos un valor para las constantes de A = 2,35 y B = 9,7 que junto a los valores medios de pH, calcio (13 mg/l en Añarbe y 22 mg/l en Artikutza, como Ca CO3) y alcalinidad en ambos embalses, nos dan un IR de 12,8 para Añarbe y 11,7 para Artikutza; valores que indican un alto grado de corrosividad.

Amonio.- Aumenta con la profundidad, sobre todo en el periodo de estratificación, aunque sus niveles son muy bajos sin alcanzarse valores para el normal desarrollo de la fauna piscícola.

Sílice.- Se observan valores elevados de este compuesto, por lo que no será controlante de normal desarrollo de las especies fitoplanctónicas, fundamentalmente diatomeas.

Clorofila A.- Los valores máximos se registran en la Termoclina superior , concordando con el máximo de oxígeno (Fig. 4 y 6), debido a que esta zona suele ser la de máxima densidad de fitoplancton.

DISCUSIÓN

Basándose en numerosas experiencias limnológicas, (VOLLENWEIDER, 1976) estableció como optima la concentración de 10 mg/m3 de P en un lago o embalse, y critica la de 20 mg/m3 de P, a partir de la cual se generan inevitablemente procesos de eutrofización, con el consiguiente deterioro de la calidad de las aguas para sus usos mas nobles. Los modelos de este autor relacionan la concentración de fósforo resultante en un embalse, con la carga que recibe el mismo, según la expresión:

(L [P]/ qs)/[P] embalse = [P]media tribut./ [P] embalse = 1+√Tw

Donde:

L [P]:carga específica de fósforo (mg/m2 año)
qs: carga hidráulica específica (m/año) 
[P] m.trib.: concentración media ponderada de P en trib (mg/m3)
[P] emb.: Concentración media en el embalse  (mg/m3)
Tw: tiempo de permanencia hidráulico    (año -1

En nuestro caso los valores hallados son los siguientes :

  L [P]/q. :  

  ARTIKUTZA AÑARBE
P. embalse: 12,4  10,3
(L [P]/ qs:(L [P]/ qs 15,7 12,0
P. embalse: 1,27 1,17
1+√Tw 1,24 1,72

Podemos concluir que la concentración de fósforo en Añarbe es superior a la predicha por el modelo; sin embargo no existe peligro de deterioro de estas aguas por exceso de productividad, al encontrarnos con unos niveles de fósforo lejanos de la concentración crítica de 20 mg/m3 en las aguas embalsadas.

La figura 7 nos muestra la concentración crítica de las aguas de aportación en función del tiempo de residencia hidráulico (VOLLENWEIDER, 1976).

A partir de los flujos anuales y las concentraciones medias en los tributarios se conocen aproximadamente las cargas de P y N aportadas por la cuenca, que divididas por la superficie total de la misma nos dan los coeficientes de transporte de 0,03 gr/m2 año para el fósforo y de 1,1 gr/m2 año para el nitrógeno. LEE et al. (1978) dan los valores para terrenos forestales en U.S.A. de 0,01- 0,02 gr/m2 año para P y de 0,3 gr/m2 año para N, siendo la aportación por la lluvia de 0,02 gr/m2 año para P y 0,8 gr/m2 año para N .

A la vista de estos datos observamos que el coeficiente para el P se ajusta bastante bien al dado por estos autores, si bien, el del N es muy superior , a no ser que se acepte el exceso como de origen pluvial. Para sacar conclusiones definitivas al respecto habrá que contar con un mayor número de datos de caudales y concentraciones de los tributarios.

Figura 7

LEE et al.(1978, 1980) relacionan estadísticamente las concentraciones de P con las de clorofila, Transparencia de Secchi y Tasa de agotamiento de oxígeno hipolimnético de numerosos lagos y embalses, resultando las siguientes rectas de regresión : (fig. 8)

Log. Clorofila A = 0, 76log P  -0,259

Log. Transp.Secchi = -0,359Iog P+0,525

Log. Tasa agot. O2 = 0,4671og P -1,07

La tabla 2 recoge los valores experimentales y los resultantes de aplicar estas relaciones a la concentración teórica y real de p en el embalse, acompañados de los márgenes de error estadístico.

Figura 8

En la figura 8 se representan los valores experimentales junto con los dados por LEE et al. (1980) para los embalses de El Burguillo, La Concepción y Sau, si bien para Artikutza y Añarbe se han empleado las concentraciones reales de P y no las provenientes del modelo.

El hecho de que la tasa de agotamiento de oxígeno sea mayor que la prevista podrá ser debida a restos vegetales aportados por las propias márgenes o sepultados en el vaso, al ser el embalse de Añarbe, de reciente construcción

Tabla 2

BIBLIOGRAFÍA

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DEGREMONT: Manual tecnico del agua. Art. Graf. Grijelmo. Bilbao (1979)

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LEE, G.f., JONES R. A. & RAST W.: Eutrophication of water bodies: Insights for an age-old

problem. Envirom. Sci. and Technol. 12 (1978): 900- 908.

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LEE, G.f. & JONES R.A.: Recent advances in management of eutroph. in impoundments. Colorado St. Univ. 49 (1980)

MARGALEfR., PLANAS D. et al.: Limnologia de los embalses espailoles. Direc.Gen. Obras Hidrliul. M.O.P.U. 123 (1976)

UHLMANN, D.: Hydrobiology. Jhon Wiley Sons. Ltd. London (1979)

WOLLENWEIDER, R.A.: Advances in defining critical loading leveis for phosphorus in lake eutrophication. Mem. Ist. Ital. Idrobio. 33 (1976)

WETZEL, R.G.: Limnologia. Ed. Omega. Barcelona. (1981)