Dynamic Flood Routing in Sediment-Affected Reservoirs Using Satellite- Derived Area-Elevation Curves: A Case Study of Golestan Dam, Iran

Las presas se encuentran entre los intentos más ambiciosos de la humanidad por domar los ríos, actuando como esponjas masivas que absorben las súbitas oleadas de agua para proteger a los pueblos y las granjas río abajo. Para hacer esto de forma segura, los ingenieros se basan en una comprensión fundamental de la forma de la presa: cuánto espacio hay disponible para contener agua a cualquier altura dada. Esta relación, conocida como la curva de área-elevación, suele trazarse cuando se construye la presa por primera vez, basándose en el valle limpio y vacío que fue diseñado para llenar. Durante décadas, la práctica estándar en la seguridad contra inundaciones ha sido asumir que esta forma nunca cambia. La lógica es simple: si sabes cuánta agua cabe en un cubo, puedes predecir exactamente cuánto se desbordará por la parte superior cuando una tormenta golpee. Sin embargo, este supuesto ignora una fuerza lenta y constante que remodela cada embalse con el tiempo: el sedimento. Los ríos transportan arena, limo y barro, y cuando se ralentizan al entrar en un embalse, este material se deposita en el fondo. Con los años y las décadas, esta acumulación eleva el suelo del embalse, reduciendo efectivamente el tamaño del cubo y alterando su forma, a menudo de maneras que son difíciles de ver desde la superficie.

En un estudio reciente centrado en la presa de Golestan, en el norte de Irán, los investigadores se propusieron probar qué sucede cuando dejamos de asumir que el cubo mantiene el mismo tamaño. El equipo, liderado por ingenieros de la Universidad de Ciencias Agrícolas y Recursos Naturales de Gorgan y la Universidad Sultán Qaboos, investigó cómo el llenado gradual del embalse con sedimentos cambia el comportamiento de las aguas de inundación. Eligieron la presa de Golestan porque se encuentra en una región propensa a lluvias intensas y crecidas repentinas, lo que convierte la predicción precisa de inundaciones en una cuestión de seguridad pública. La presa, completada en 1999, fue diseñada originalmente para contener un volumen específico de agua, pero para 2015, los estudios hidrográficos —esencialmente mapas submarinos del fondo del embalse— revelaron un cambio drástico. El sedimento había elevado el fondo del embalse en más de cinco metros y había reducido la capacidad total de almacenamiento al nivel del aliviadero en casi un 40 por ciento. Esto significaba que el embalse era significativamente más superficial y contenía menos agua de lo que sugerían los planos originales.

Para comprender cómo este cambio físico afecta la seguridad ante inundaciones, los investigadores recurrieron a una herramienta moderna que evita la necesidad de realizar costosos e infrecuentes estudios submarinos: las imágenes satelitales. Utilizando el Google Earth Engine, un potente sistema basado en la nube que procesa vastas cantidades de datos, el equipo analizó más de 100 imágenes capturadas por los satélites Sentinel-2 entre 2015 y 2025. Estos satélites toman fotografías de la Tierra cada pocos días con una resolución lo suficientemente nítida como para ver detalles tan pequeños como un solo automóvil. Al aplicar una técnica específica de análisis de color que distingue el agua de la tierra, los investigadores pudieron trazar el contorno exacto de la superficie del embalse en diferentes niveles de agua. Esto les permitió reconstruir la forma actual del embalse, creando un nuevo mapa actualizado de cuánta agua cabe a cada altura, actualizando efectivamente las dimensiones del cubo basándose en lo que los satélites realmente vieron en lugar de lo que se dibujó en papel hace veinticinco años.

El equipo introdujo entonces estas dos versiones diferentes de la forma del embalse en un modelo informático diseñado para simular el enrutamiento de inundaciones, que es el proceso de rastrear cómo una onda de inundación se mueve a través de una presa y sale de ella. Realizaron simulaciones para cuatro tipos diferentes de tormentas, que van desde un evento común de 25 años hasta una inundación catastrófica y rara de 200 años. En cada escenario, probaron dos condiciones: una donde el embalse estaba vacío y listo para recibir agua, y otra donde ya estaba lleno. Los resultados revelaron una diferencia notable entre la vieja visión estática de la presa y la nueva realidad dinámica. Cuando los investigadores utilizaron la forma actualizada y llena de sedimentos del embalse, las simulaciones mostraron que la presa liberaría significativamente más agua durante una inundación de lo calculado previamente. Para una inundación masiva de 200 años, el modelo actualizado predijo que la presa liberaría alrededor de 12 millones de metros cúbicos más de agua de lo que sugería el modelo antiguo. Este es un volumen de agua equivalente aproximadamente a llenar cuatro mil piscinas olímpicas.

Las implicaciones de este exceso de agua son profundas para cualquier persona que viva río abajo. El estudio encontró que la pérdida de espacio de almacenamiento debido al sedimento significa que el embalse no puede retener tanta de la cresta de la inundación como los ingenieros creían anteriormente. En las simulaciones, el flujo máximo de agua que sale de la presa fue mayor, y el volumen total de la onda de inundación fue más grande cuando se tuvo en cuenta el sedimento. Este efecto fue más dramático cuando el embalse comenzó vacío, una condición en la que uno esperaría que la presa funcionara de la mejor manera posible. Incluso en este escenario ideal, el embalse obstruido por sedimentos tenía menos espacio para absorber el impacto de la inundación, lo que provocó una liberación de agua más rápida y fuerte. Los investigadores también observaron que el nivel del agua dentro del embalse subió más de lo esperado en los modelos actualizados, acercando el agua a la parte superior del muro de la presa. Para una presa de materiales sueltos (tierra y roca), como la de Golestan, donde la estructura está hecha de suelo y roca compactados, que el nivel del agua suba demasiado cerca de la coronación puede representar un serio riesgo de seguridad.

El estudio también destacó un fallo sutil pero importante en la forma en que medimos tradicionalmente los embalses. Cuando los investigadores compararon sus mapas derivados de satélites con el estudio submarino de 2015, encontraron que los dos métodos concordaban bien en el rango medio de niveles de agua, pero divergían significamente en los extremos. En niveles de agua muy bajos, los satélites detectaron pequeñas bolsas de agua en depresiones poco profundas que el estudio submarino había pasado por alto, probablemente porque los botes de la encuesta no podían navegar por esas áreas poco profundas y llenas de sedimentos. En la parte superior, cerca del aliviadero, el estudio submarino parecía basarse en estimaciones de líneas rectas que no coincidían con la realidad compleja y curva de la forma del embalse. Esto sugiere que los estudios tradicionales, aunque valiosos, a veces pueden pasar por alto los detalles finos de la verdadera geometría de un embalse, especialmente a medida que este cambia con el tiempo. El enfoque satelital, por el contrario, captura la superficie real del agua tal como existe en un día determinado, ofreciendo una imagen más realista de la capacidad actual del embalse.

En última instancia, la investigación demuestra que confiar en el diseño original de una presa ya no es suficiente para gestionar los riesgos de inundación en un entorno cambiante. El sedimento que se acumula en los embalses no es solo una molestia que reduce el almacenamiento de agua; altera fundamentalmente el comportamiento hidráulico de todo el sistema. Al ignorar estos cambios, los ingenieros y los responsables de la seguridad pueden estar subestimando el peligro de una inundación, creyendo que la presa puede retener más agua de la que realmente puede. El estudio propone que el uso de imágenes satelitales para actualizar regularmente la forma de los embalses ofrece una forma práctica y rentable de mantener precisos los modelos de inundación. En lugar de esperar décadas para un nuevo estudio submarino, las autoridades pueden utilizar el flujo constante de datos satelitales para ver cómo evoluciona el embalse y ajustar sus planes de seguridad en consecuencia. Para la presa de Golestan y muchas otras en todo el mundo, este cambio de una visión estática del pasado a una visión dinámica del presente podría significar la diferencia entre una inundación gestionada y un desastre.