Depósito

Los embalses represados ​​son lagos artificiales creados y controlados por una presa construida a través de un valle , y dependen de la topografía natural para conformar la mayor parte de la cuenca del embalse. Estos embalses pueden ser de tipo fluvial , ubicados en el cauce original del río aguas abajo y llenados por arroyos , ríos o agua de lluvia proveniente de las cuencas forestales circundantes, o de tipo anfibio , que reciben agua desviada de un arroyo cercano o agua de un acueducto o tubería proveniente de otros embalses fluviales.

Las presas suelen ubicarse en una parte estrecha de la parte baja de una cuenca natural. Las laderas del valle actúan como muros naturales, y la presa se ubica en el punto más estrecho posible para proporcionar resistencia y el menor costo de construcción. En muchos proyectos de construcción de embalses, es necesario reubicar a personas, trasladar artefactos históricos o reubicar entornos singulares. Algunos ejemplos incluyen los templos de Abu Simbel ^{[ 1 ]} (que fueron trasladados antes de la construcción de la presa de Asuán para crear el lago Nasser a partir del Nilo en Egipto ), la reubicación del pueblo de Capel Celyn durante la construcción de Llyn Celyn [ ^{2 ]} y la reubicación de Borgo San Pietro de Petrella Salto durante la construcción del Lago del ^Salto .

La construcción de un embalse represado generalmente requiere desviar el río durante parte de la construcción, a menudo a través de un túnel temporal o un canal de derivación. ^{[ 3 ]}

En las regiones montañosas, los embalses suelen construirse ampliando lagos ya existentes. En ocasiones, en estos embalses, el nuevo nivel máximo del agua supera la altura de la cuenca hidrográfica en uno o más de los arroyos afluentes, como en el embalse de Clywedog , en el centro de Gales . ^{[ 4 ]} En tales casos, se requieren presas laterales adicionales para contener el embalse.

Cuando la topografía no es adecuada para la formación de un único gran embalse, se pueden construir varios embalses más pequeños en cadena, como en el valle del río Taff , donde los embalses de Llwyn-onn , Cantref y Beacons forman una cadena a lo largo del valle. ^{[ 5 ]}

Los embalses costeros son depósitos de agua dulce ubicados en la costa , cerca de la desembocadura de un río, para almacenar el agua de las crecidas. ^{[ 6 ]} Dado que la construcción de embalses terrestres implica una considerable inundación del terreno, los embalses costeros son preferibles desde el punto de vista económico y técnico, ya que no utilizan terrenos escasos. ^{[ 7 ]} Muchos embalses costeros se construyeron en Asia y Europa. Saemanguem en Corea del Sur, Marina Barrage en Singapur, Qingcaosha en China y Plover Cove en Hong Kong son algunos ejemplos. ^{[ 8 ]}

Cuando se bombea o sifona agua de un río de calidad o tamaño variable, se pueden construir embalses ribereños para almacenarla. Estos embalses suelen formarse en parte mediante excavación y en parte mediante la construcción de un dique o terraplén que los rodea por completo , el cual puede superar los 6  km (4 millas) de circunferencia. ^{[ 9 ]} Tanto el fondo del embalse como el dique deben tener un revestimiento o núcleo impermeable: inicialmente, estos se hacían a menudo de arcilla compactada , pero este método ha sido generalmente reemplazado por el uso moderno de arcilla compactada . El agua almacenada en estos embalses puede permanecer allí durante varios meses, tiempo durante el cual los procesos biológicos normales pueden reducir sustancialmente muchos contaminantes y disminuir la turbidez . El uso de embalses ribereños también permite detener la extracción de agua durante algún tiempo, por ejemplo, cuando el río está inaceptablemente contaminado o cuando las condiciones de caudal son muy bajas debido a la sequía . El sistema de suministro de agua de Londres muestra un ejemplo del uso del almacenamiento en las riberas: aquí el agua se toma de los ríos Támesis y Lea hacia varios grandes embalses en la ribera del Támesis, como el embalse Queen Mary , que se puede ver en la aproximación al aeropuerto de Londres Heathrow . ^{[ 9 ]}

Los depósitos de servicio almacenan agua potable completamente tratada cerca del punto de distribución. ^{[ 10 ]} Muchos depósitos de servicio se construyen como torres de agua , a menudo como estructuras elevadas sobre pilares de hormigón donde el terreno es relativamente plano. Otros depósitos de servicio pueden ser piscinas de almacenamiento, tanques de agua o, a veces, cisternas completamente subterráneas , especialmente en zonas más montañosas o con colinas. Los depósitos modernos suelen utilizar revestimientos de geomembrana en su base para limitar las filtraciones y/o como cubiertas flotantes para limitar la evaporación, particularmente en climas áridos. En el Reino Unido, Thames Water tiene muchos depósitos subterráneos construidos en el siglo XIX, la mayoría de los cuales están revestidos de ladrillo. Un buen ejemplo es el Depósito Honor Oak en Londres, construido entre 1901 y 1909. Cuando se terminó, se decía que era el depósito subterráneo de ladrillo más grande del mundo ^{[ 11 ]} y sigue siendo uno de los más grandes de Europa. ^{[ 12 ]} Este depósito ahora forma parte de la extensión sur de la Red Principal de Thames Water . La parte superior del embalse se ha cubierto de césped y ahora la utiliza el Club de Golf Aquarius. ^{[ 13 ]}

Los depósitos de servicio cumplen diversas funciones, entre ellas, garantizar un nivel de agua suficiente en el sistema de distribución y proporcionar capacidad de agua para compensar los picos de demanda de los consumidores, lo que permite que la planta de tratamiento funcione con la máxima eficiencia. Además, los grandes depósitos de servicio pueden gestionarse para reducir el coste del bombeo rellenándolos en los momentos del día en que el coste de la energía es menor.

Un embalse de riego es un depósito de agua para uso agrícola. Se llenan utilizando agua subterránea bombeada , agua de río bombeada o agua de escorrentía y se utilizan normalmente durante la estación seca local. ^{[ 14 ]}

Este tipo de infraestructura ha generado un movimiento de oposición en Francia, con numerosas disputas y, en algunos proyectos, protestas, especialmente en la antigua región de Poitou-Charentes, donde se produjeron violentas manifestaciones en 2022 y 2023. En España, la aceptación es mayor porque todos los usuarios beneficiarios participan en la implementación del sistema.

El debate específico sobre los embalses de sustitución forma parte de una discusión más amplia relacionada con los embalses utilizados para el riego agrícola, independientemente de su tipo, y con un determinado modelo de agricultura intensiva. Quienes se oponen a estos embalses consideran que representan una monopolización de los recursos que beneficia solo a unos pocos, y que constituyen un modelo obsoleto de agricultura productiva. Argumentan que estos embalses provocan una pérdida tanto en cantidad como en calidad del agua necesaria para mantener el equilibrio ecológico y suponen un riesgo de que aumenten la severidad y la duración de las sequías debido al cambio climático. En resumen, lo consideran una mala adaptación al cambio climático.

Por otro lado, quienes defienden los embalses o reservas de sustitución los consideran una solución para la agricultura sostenible mientras se espera un modelo agrícola verdaderamente duradero. Temen que, sin dichas reservas, el riego importado insostenible sea inevitable. Consideran que estos embalses deben ir acompañados de un proyecto territorial que involucre a todos los actores del sector hídrico con el objetivo de preservar y mejorar los entornos naturales.

Se pueden distinguir dos tipos principales de embalses según su modo de suministro. ^{[ 15 ]}

Muchos embalses fluviales represados ​​y la mayoría de los embalses ribereños se utilizan para suministrar agua bruta a una planta de tratamiento que distribuye agua potable a través de la red de distribución. El embalse no solo almacena agua hasta que se necesita, sino que también puede ser la primera etapa del proceso de tratamiento . El tiempo que el agua permanece almacenada antes de ser liberada se conoce como tiempo de retención . Esta característica de diseño permite que las partículas y los sedimentos se depositen, además de dar tiempo para el tratamiento biológico natural mediante algas , bacterias y zooplancton que viven de forma natural en el agua. Sin embargo, los procesos limnológicos naturales en los lagos de clima templado producen una estratificación de la temperatura en el agua, que tiende a separar algunos elementos, como el manganeso y el fósforo , en las aguas profundas, frías y anóxicas durante los meses de verano. En otoño e invierno, el lago vuelve a mezclarse por completo. Durante las sequías, a veces es necesario extraer el agua fría del fondo, y los niveles elevados de manganeso, en particular, pueden causar problemas en las plantas de tratamiento.

En 2005, alrededor del 25% de las 33.105 grandes represas del mundo (de más de 15 metros de altura) se utilizaban para la generación de energía hidroeléctrica. ^{[ 23 ]} Estados Unidos produce el 3% de su electricidad a partir de 80.000 represas de todos los tamaños. Se está llevando a cabo una iniciativa para modernizar más represas como un buen uso de la infraestructura existente para proporcionar a muchas comunidades pequeñas una fuente de energía confiable. ^{[ 24 ]} Un embalse que genera energía hidroeléctrica incluye turbinas conectadas al cuerpo de agua retenido por tuberías de gran diámetro. Estos grupos electrógenos pueden estar en la base de la represa o a cierta distancia. En un valle fluvial plano, un embalse necesita ser lo suficientemente profundo para crear una altura de agua en las turbinas; y si hay períodos de sequía, el embalse necesita almacenar suficiente agua para promediar el caudal del río a lo largo del año o los años. La energía hidroeléctrica de pasada en un valle empinado con caudal constante no necesita embalse.

Algunos embalses que generan energía hidroeléctrica utilizan recarga por bombeo: un embalse de alto nivel se llena de agua mediante bombas eléctricas de alto rendimiento en momentos de baja demanda eléctrica, y luego utiliza esta agua almacenada para generar electricidad liberándola en un embalse de bajo nivel cuando la demanda eléctrica es alta. Estos sistemas se denominan sistemas de bombeo-almacenamiento . ^{[ 25 ]}

Los embalses pueden utilizarse de diversas maneras para controlar el flujo del agua a través de los cursos de agua aguas abajo:

suministro de agua aguas abajo

El agua puede liberarse de un embalse en las tierras altas para poder ser extraída como agua potable en la parte baja del sistema, a veces cientos de kilómetros río abajo.

Riego

El agua de un embalse de riego puede liberarse en redes de canales para su uso en tierras de cultivo o sistemas de agua secundarios. El riego también puede contar con el apoyo de embalses que mantienen el caudal de los ríos, lo que permite extraer agua para riego río abajo. ^{[ 26 ]}

Control de inundaciones

También conocidos como embalses de atenuación o de compensación, los embalses de control de inundaciones recogen agua en épocas de lluvias muy intensas y la liberan lentamente durante las semanas o meses siguientes. Algunos de estos embalses se construyen transversalmente a la línea del río, con el flujo controlado por una placa de orificio . Cuando el caudal del río supera la capacidad de la placa de orificio, el agua se acumula detrás de la presa; pero en cuanto disminuye el caudal, el agua se libera lentamente hasta que el embalse vuelve a quedar vacío. En algunos casos, estos embalses solo funcionan unas pocas veces por década, y el terreno detrás del embalse puede urbanizarse como zona residencial o recreativa. Se está desarrollando una nueva generación de presas de compensación para combatir las posibles consecuencias del cambio climático . Se denominan embalses de retención de inundaciones. Dado que estos embalses permanecerán secos durante largos periodos, existe el riesgo de que el núcleo de arcilla se seque, reduciendo su estabilidad estructural. Entre los avances recientes se incluye el uso de relleno de núcleo compuesto, fabricado con materiales reciclados, como alternativa a la arcilla.

Canales

Cuando no es posible desviar el agua de un curso natural hacia un canal , se puede construir un embalse para garantizar el nivel del agua en el canal; por ejemplo, cuando un canal asciende a través de esclusas para cruzar una cadena de colinas. Otro uso es reducir los costos o el tiempo de construcción cuando el canal debe excavarse en roca, como en el Canal Rideau con las esclusas de The Narrows que dividen los dos tramos del Rideau y, en esencia, convierten el Rideau superior en un embalse ampliado, aunque solo por dos o tres pies. ^{[ 27 ]}

Recreación

Se puede liberar agua de un embalse para crear o complementar condiciones de aguas bravas para el kayak y otros deportes de aguas bravas. ^{[ 28 ]} En los ríos salmónidos se realizan liberaciones especiales (en Gran Bretaña llamadas freshets ) para fomentar los comportamientos migratorios naturales de los peces y proporcionar una variedad de condiciones de pesca para los pescadores.

Los embalses se pueden usar para equilibrar el flujo en sistemas altamente gestionados, tomando agua durante los caudales altos y liberándola nuevamente durante los caudales bajos. Para que esto funcione sin bombeo, se requiere un control cuidadoso de los niveles de agua mediante aliviaderos . Cuando se acerca una tormenta importante, los operadores de la presa calculan el volumen de agua que la tormenta agregará al embalse. Si el agua de la tormenta pronosticada sobrepasará el embalse, el agua se libera lentamente del embalse antes y durante la tormenta. Si se hace con suficiente tiempo de anticipación, la tormenta importante no llenará el embalse y las áreas aguas abajo no experimentarán flujos dañinos. Los pronósticos meteorológicos precisos son esenciales para que los operadores de la presa puedan planificar correctamente los descensos del nivel del agua antes de un evento de fuertes lluvias. Los operadores de la presa atribuyeron un pronóstico meteorológico erróneo a las inundaciones de Queensland de 2010-2011 . Ejemplos de embalses altamente gestionados son la presa de Burrendong en Australia y Llyn Tegid (Lago Bala) en el norte de Gales . Llyn Tegid es un lago natural cuyo nivel fue elevado por una pequeña presa y al que el río Dee desemboca o descarga según las condiciones de caudal, como parte del sistema de regulación del río Dee . Este modo de funcionamiento constituye una forma de capacidad hidráulica en el sistema fluvial.

Muchos embalses permiten ciertas actividades recreativas , como la pesca y la navegación . Pueden aplicarse normas especiales para garantizar la seguridad pública y proteger la calidad del agua y la ecología de la zona circundante. Actualmente, muchos embalses apoyan y fomentan actividades recreativas menos formales y estructuradas, como la historia natural , la observación de aves , la pintura de paisajes , las caminatas y el senderismo , y suelen proporcionar paneles informativos y material interpretativo para promover un uso responsable.

Las unidades de medida para la superficie y el volumen de los embalses varían de un país a otro. En la mayor parte del mundo, la superficie se expresa en kilómetros cuadrados; en Estados Unidos, se suelen usar acres. Para el volumen, se utilizan ampliamente tanto metros cúbicos como kilómetros cúbicos, y en Estados Unidos se emplea el acre-pie.

La capacidad, el volumen o el almacenamiento de un embalse generalmente se divide en áreas diferenciadas. El almacenamiento muerto o inactivo se refiere al agua en un embalse que no puede drenarse por gravedad a través de las obras de salida de una presa , el aliviadero o la toma de la central hidroeléctrica, y que solo puede bombearse. El almacenamiento muerto permite que los sedimentos se asienten, lo que mejora la calidad del agua y también crea un área para los peces durante los niveles bajos. El almacenamiento activo o vivo es la porción del embalse que puede utilizarse para el control de inundaciones, la producción de energía, la navegación y las descargas aguas abajo. Además, la "capacidad de control de inundaciones" de un embalse es la cantidad de agua que puede regular durante una inundación. La "capacidad de sobrecarga" es la capacidad del embalse por encima de la cresta del aliviadero que no puede regularse. ^{[ 29 ]}

En Estados Unidos, el agua que se encuentra por debajo del nivel máximo normal de un embalse se denomina "piscina de conservación". ^{[ 30 ]}

En el Reino Unido, "nivel máximo de agua" describe el estado de llenado del embalse, mientras que "nivel mínimo" describe el volumen mínimo retenido.

Existe una amplia variedad de software para modelar embalses, desde las herramientas especializadas de gestión del programa de seguridad de presas (DSPMT) hasta el relativamente sencillo WAFLEX , pasando por modelos integrados como el sistema de evaluación y planificación del agua (WEAP), que sitúan las operaciones de los embalses en el contexto de las demandas y los suministros de todo el sistema.

Todos los embalses se someten a una evaluación de costo-beneficio monetaria antes de su construcción para determinar si el proyecto es viable. ^{[ 36 ]} Sin embargo, este análisis suele omitir los impactos ambientales de las represas y los embalses que contienen. Algunos impactos, como la producción de gases de efecto invernadero asociada a la fabricación de hormigón, son relativamente fáciles de estimar. Otros impactos sobre el medio ambiente natural y los efectos sociales y culturales pueden ser más difíciles de evaluar y ponderar, pero la identificación y cuantificación de estos aspectos es ahora un requisito común en los grandes proyectos de construcción del mundo desarrollado. ^{[ 37 ]}

Las represas pueden crear una barrera para los peces migratorios, confinándolos en una zona y proporcionando alimento y hábitat para diversas aves acuáticas. También pueden inundar diversos ecosistemas terrestres y provocar extinciones.

La creación de embalses puede alterar el ciclo biogeoquímico natural del mercurio . Tras la formación inicial de un embalse, se produce un gran aumento en la producción de metilmercurio (MeHg) tóxico mediante metilación microbiana en suelos y turba inundados. También se ha observado un aumento en los niveles de MeHg en el zooplancton y en los peces. ^{[ 45 ] [ 46 ]}

Las represas pueden reducir drásticamente la cantidad de agua que llega a los países situados aguas abajo, provocando estrés hídrico entre ellos, por ejemplo entre Sudán y Egipto , lo que perjudica a las explotaciones agrícolas de los países situados aguas abajo y reduce el agua potable.

Las granjas y los pueblos, como Ashopton , pueden quedar inundados por la construcción de embalses, arruinando así el sustento de muchas personas. Por este motivo, en todo el mundo, 80 millones de personas (cifra de 2009, según el libro de texto de Geografía GCSE de Edexcel) han tenido que ser reubicadas forzosamente debido a la construcción de presas.

La limnología de los embalses presenta muchas similitudes con la de lagos de tamaño equivalente. Sin embargo, existen diferencias significativas. ^{[ 47 ]} Muchos embalses experimentan variaciones considerables en su nivel, lo que genera áreas extensas que permanecen intermitentemente sumergidas o secas. Esto limita en gran medida la productividad de los márgenes de agua y también el número de especies capaces de sobrevivir en estas condiciones.

Los embalses de montaña suelen tener un tiempo de residencia mucho menor que los lagos naturales, lo que puede provocar un ciclo más rápido de nutrientes en el cuerpo de agua y, por consiguiente, su rápida pérdida. Esto puede interpretarse como un desajuste entre la química y la biología del agua, con una tendencia a que el componente biológico sea más oligotrófico de lo que sugeriría la química.

Por el contrario, los embalses de tierras bajas que extraen agua de ríos ricos en nutrientes pueden presentar características de eutrofización exageradas , debido a que el tiempo de residencia en el embalse es mucho mayor que en el río y los sistemas biológicos tienen una oportunidad mucho mayor de utilizar los nutrientes disponibles.

Los embalses profundos con torres de descarga de varios niveles pueden verter agua fría de gran profundidad en el río aguas abajo, reduciendo considerablemente el tamaño del hipolimnio . Esto, a su vez, puede disminuir las concentraciones de fósforo liberado durante cualquier evento de mezcla anual y, por lo tanto, reducir la productividad .

Las presas situadas frente a los embalses actúan como puntos de quiebre: la energía del agua que cae desde ellas se reduce y, como resultado, se produce sedimentación debajo de las presas.

El llenado (embalse) de los embalses se ha atribuido con frecuencia a la sismicidad inducida por embalses (SIR), ya que en el pasado se han producido eventos sísmicos cerca de grandes presas o dentro de sus embalses. Estos eventos pueden haber sido desencadenados por el llenado o la operación del embalse y son de pequeña escala en comparación con la cantidad de embalses que existen en el mundo. De los más de 100 eventos registrados, algunos ejemplos tempranos incluyen la presa de Maratón de 60 m (197 pies) de altura en Grecia (1929) y la presa Hoover de 221 m (725 pies) de altura en Estados Unidos (1935). La mayoría de los eventos involucran grandes presas y una sismicidad de baja magnitud. Los únicos cuatro eventos registrados por encima de una magnitud de 6.0 (M _w ) son la presa de Koyna de 103 m (338 pies) de altura en India y la presa de Kremasta de 120 m (394 pies) en Grecia, ambas con una magnitud de 6.3 M _w , la presa de Kariba de 122 m (400 pies) de altura en Zambia con una magnitud de 6.25 M _w y la presa de Xinfengjiang de 105 m (344 pies) en China con una magnitud de 6.1 M _w . Han surgido disputas sobre cuándo se ha producido un RTS debido a la falta de conocimiento hidrogeológico en el momento del evento. Sin embargo, se acepta que la infiltración de agua en los poros y el peso del embalse contribuyen a los patrones de RTS. Para que se produzca un RTS, debe haber una estructura sísmica cerca de la presa o su embalse y dicha estructura sísmica debe estar próxima a fallar. Además, el agua debe poder infiltrarse en el estrato rocoso profundo , ya que el peso de un depósito de 100 m (328 pies) de profundidad tendrá poco impacto en comparación con el peso muerto de la roca sobre un campo de esfuerzos corticales , que puede estar ubicado a una profundidad de 10 km (6 millas) o más. ^{[ 48 ]}                

Los embalses pueden modificar el clima local, aumentando la humedad y reduciendo las temperaturas extremas, especialmente en zonas áridas. Algunas bodegas del sur de Australia afirman que estos efectos mejoran la calidad de la producción vinícola.