Assessing the Geomorphic Effects of a Flushing Flow in a Large Regulated River

Abstract

The lower Ebro River experiences long-term hydrological and sedimentary adjustments following major regulation. Alterations in water and sediment fluxes have enhanced a massive macrophyte colonization that, in turn, generates a series of ecological and socio-economic problems. Controlled water releases, so-called flushing flows (FFs), have been designed and implemented since 2002 in this part of the river with the objectives of controlling macrophyte populations and maintaining sediment transport in the channel. FFs may produce adverse geomorphic effects, such as bed incision driven by the increased sediment transport capacity and the lack of sediment replacement from upstream. It is thus important to evaluate the potential geomorphic responses to a specific FF design, and redesign FFs regularly to maximize macrophyte removal while minimizing the undesired consequences. Geomorphic responses associated with FFs can be assessed using hydraulic and sediment transport models. In this paper, we use the hydrodynamic model CCHE2D W to evaluate the role of a monitored FF on a river's geomorphology. The designed FF had a duration of 13 h, attaining a maximum discharge of 1350 m 3 s À1 . A total of 3375 t of fine material were transported during that event. CCHE2D W model performance is evaluated in terms of hydraulics and sediment transport by comparing observed with modelled values (i.e. discharge, water surface elevation, sediment loads). Overall, objective functions indicate that simulations are in agreement with field observations. For instance, the Root Mean Square Error (RMSE) between the observed and modelled FF hydrograph was 93 m 3 s À1 , whereas the RMSE of the total load was 71 t. The example modelled here shows that the FF design typically implemented in the lower Ebro does not cause severe geomorphic impacts. The model provides visualization of the spatial patterns of erosion and deposition for the first time, allowing identification of critical zones where degradation or aggradation may occur.

Evaluación numérico-experimental del comportamiento histérico del coeficiente de rugosidad de los macrófitos

“…Estas secciones, un total de 53 tomadas con una separación entre 100 y 300 m, se obtuvieron en julio de 2009 para la evaluación de los efectos geomorfológicos del río Ebro en el mismo tramo a estudio (Tena et al, 2013), y que ha sido facilitada para este estudio (Figura 6c).…”

“…Para la realización del estudio se utilizó el módulo hidrodinámico de Iber considerando el fondo fijo (sin transporte de sedimentos) atendiendo al bajo impacto geomorfológico de las avenidas controladas (Tena et al, 2013). Asimismo, se empleó una malla de cálculo de elementos cuadriláteros de 4×4 metros de lado, con alrededor de 140000 elementos (Figuras 6a y 6b).…”

“…Más recientemente, Tena et al (2013) estudiaron y determinaron el coeficiente de fricción de los macrófitos en el mismo tramo de río a partir de la interpretación del valor NDVI (Índice Normalizado de Diferencias de Vegetación, en sus siglas en inglés). Esta metodología sirvió como aproximación para la obtención del coeficiente de rugosidad, pero se encuentra limitada a macrófitos cercanos a la superficie del agua (prácticamente solo los emergidos).…”

“…Los valores del coeficiente de Manning para todos los usos del suelo del tramo de estudio, excepto los macrófitos y el río, se obtuvieron de las recomendaciones de Barnes (1987) y Arcement y Schneider (1989) que se muestran en la Tabla 1. Se empleó un valor del coeficiente de rugosidad del río dentro del rango propuesto por Tena et al (2013), obtenido en las secciones sin presencia de macrófitos mediante la fórmula de Manning (Ecuación 1). Para el rango de valores específico de los macrófitos se utilizaron los valores de referencia de las publicaciones anteriormente citadas, particularizando para la tipología de río objeto de estudio y asumiendo que las cuatro especies representadas en el tramo de estudio se comportan hidráulicamente de manera homóloga.…”

“…El rango de valores de la rugosidad de referencia se engloba dentro de lo descrito por Tena et al (2013), y dentro de la bibliografía de referencia (Barnes, 1987;Arcement y Schneider, 1989). Para la vegetación de ribera se emplearon valores de 0.035 a 0.06 s·m .…”