Característiques i inundabilitat per rierades sobtades (flash flood) als torrents costaners del nord del cap de Creus (Catalunya).

Abstract

Els treballs d’aquesta tesi es centren geogràficament en el sector del NE de Catalunya, i concretament entre el cap de Creus i la frontera amb França. Es tracta d’una zona amb conques torrencials petites però en les que s’originen inundacions amb una certa freqüència i sovint amb danys importants. Comprèn 11 conques distribuïdes en els termes municipals de Portbou, Colera, Llançà, la Selva de Mar i el Port de la Selva. Les conques presenten unes diferències entre si, però també moltes similituds, ja que es troben en una àrea amb pluges abundants en períodes curts de precipitació. Tenen també un pendent del perfil longitudinal molt brusc, amb els cims de capçalera al voltant dels 600 m. En conseqüència s’originen avingudes sobtades o rierades (flash flood). Geològicament es tracta d’una àrea bastant homogènia, en la que la major part del territori correspon a esquistos i pissarres paleozoïques (cambroordovicianes). Hi ha un petit retall granític en el sector meridional del tram mig de la conca de Llançà. Al fons de les valls els sediments al·luvials han originat les formes recents de tipus terrassa, que aporten informació al respecte de la dinàmica hídrica dels torrents. Hi ha zones recobertes per materials antròpics de recent aportació amb diferents finalitats. Les finalitats es van basar en la cerca del coneixement de la dinàmica dels torrents, de cara a la identificació i determinació de les zones vulnerables als perills d’inundació. Dins d’aquest marc es buscava determinar la freqüència i la magnitud de les inundacions, correlacionant-les amb les característiques geomorfològiques i antròpiques del sistema fluvial. Posteriorment els objectius es van ampliar amb l’anàlisi de la incertesa ja que aparegué aquest problema, de manera general en temàtiques del medi natural i també en la mateixa zona d’estudi. Així es va plantejar determinar el perquè es produeixen aquestes incerteses (aleatòria i epistèmica) i posteriorment mirar de reduir-les. D’aquí va sorgir la necessitat d’innovar i millorar la metodologia d’identificació i cartografia de zones inundables. També es va abordar el problema del canvi climàtic. Com a base del treball es va escollir el “Mètode geomorfològic integrat d’identificació i cartografia de zones inundables” o “Mètode geomorfològic integrat”. Els primers passos de la recerca van ser l’elaboració de la cartografia geomorfològica integrada, de la qual se n’ha derivat la cartografia d’inundabilitat de cada conca. Aquestes cartografies han estat informatitzades mitjançant el programa ArcGIS, i es presenten, a escala 1:3000, en el Volum 2 d’aquest treball, i classificats per conques, començant pel N (la frontera) i acabant pel SE (cap de Creus). Els treballs de camp han estat complementats amb la recollida de dades històriques referents a esdeveniments succeïts en el passat. Amb l’aplicació del Mètode geomorfològic integrat, i a rel de l’aparició de la incertesa abans descrita, es va anar a buscar innovacions i a plantejar la problemàtica de manca de dades prou generals mitjançant l’anàlisi de tipus multiconca-multifunció. Amb el “Mètode geomorfològic integrat” es van identificar, cartografiar i analitzar els elements indicadors de zones inundables, especialment les terrasses, de les quals, en totes les conques, se'n van diferenciar dues: la T0 o llera i la T1 o superior. Les incerteses que aparegueren en l’anàlisi es centraven especialment en els càlculs dels cabals dels torrents en moments punta, però també en les determinacions dels períodes de retorn Tr de les inundacions. Les incerteses es donen, essencialment, a causa de: a) la insuficiència de dades que permetin els càlculs dels cabals i les distorsions derivades de la seva aplicació; b) la insuficiència de dades pluviomètriques; c) la insuficiència de dades en el registre històric; d) la desigualtat en la distribució de la població; e) la imperfecta predicció dels episodis d’inundació a causa de la mida de les conques; i f) la rapidesa i variabilitat de la resposta hidrològica, que fan que el temps d’actuació davant la crescuda sigui molt reduït. Pel que fa a les tipologies de zones inundables, s’ha estudiat les normatives d’àmbit europeu, estatal i autonòmic, amb la finalitat d’aplicar-les a la zona d’estudi. Aparegueren problemes d’aplicabilitat, ja que es basen en el funcionament de grans rius. Els resultats de les conques extenses i de crescuda relativament lenta no encaixaven amb els de les conques petites que tenen avingudes brusques de tipus “flash flood”. Tampoc coincidien en els períodes de retorn ni amb les zonificacions de “Zona Fluvial”, “Sistema hídric” i “Zona Inundable”. És a partir de la cartografia geomorfològica integrada i de tota la resta d’informacions que s’ha arribat a establir una classificació qualitativa de la inundabilitat: alta, mitja i baixa. És la classificació que queda recollida en la cartografia d’inundabilitat, complementada amb altres elements d’interès que hi van relacionats (zona protegida, línies de circulació preferent, punts crítics, etc.). En relació al canvi climàtic s’han buscat referències per poder preveure comportaments en futurs escenaris. S’ha buscat indrets amb possibilitats d’estudiar registres sedimentaris de materials granulomètricament fins i de naturalesa orgànica que permetessin datacions. L’anàlisi multiconca-multifunció, s’ha basat en dos aspectes principals: la magnitud de les precipitacions, i les dades històriques dels efectes de les inundacions. Ha permès la quantificació de les freqüències d’inundació, prenent els períodes dels quals es disposa de més informacions i que són més representatives. S’ha obtingut un promedi de 3 anys de temps de separació entre inundacions o període de retorn. El concepte d’inundació es considera, aquí, que les aigües desbordin de la llera del torrent ocupada per la terrassa inferior T0, i passin a ocupar l’àrea de la terrassa superior T1. En aquest concepte no es té en consideració el gruix d’aigua desbordada ni la magnitud dels efectes ni dels danys ocasionats. De tot el conjunt de treballs, ha sigut possible la formulació de conclusions referents a: - les possibilitats de zonificació de les àrees inundables, - la reducció dels factors d’incertesa característics de les conques - la introducció de millores en el Mètode geomorfològic integrat d’identificació i la cartografia de les zones inundables - la determinació de la freqüència de les inundacions mitjançant l’anàlisi multiconca-multifunció, basat en dos aspectes principals: la magnitud de les precipitacions, i les dades històriques dels efectes de les inundacions Nota: L’estructura d’aquest treball de tesi doctoral desglossa les dades en dos volums. El primer volum comprèn la totalitat dels textos, i el segon només la cartografia: la geomorfològica integrada i la d’inundabilitat, classificades per conques i amb les corresponents llegendes de simbologies gràfiques.

The study area is located in NE Catalonia, Spain, between Cap de Creus and the border with France. The area consists of eleven small basins distributed over the municipalities of Portbou, Colera, Llançà, La Selva de Mar and El Port de la Selva. These basins are prone to devastating flash floods and display differences as well as similarities given that the area is characterised by high intensity short duration rainstorms. The slope of the longitudinal profile of the basins is abrupt and the watershed attains approximately 600 m. Geologically, the area is homogeneous, consisting of palaeozoic schists and slates (cambro ordovician). A small part of the southern sector of the middle of the Llança basin is composed of granite. Recent alluvial terraces are located at the bottom of the valleys and provide valuable insights into stream dynamics. Parts of the study area are covered with diverse materials as a result of human intervention. The aim of the thesis is to improve our understanding of stream dynamics in order to identify the areas that are prone to flood hazards. An attempt was made to determine the frequency and magnitude of floods by correlating them with the geomorphological and anthropogenic characteristics of the fluvial system. Subsequent aims arose given the special characteristics of the study area, which required an analysis of uncertainty (random and epistemic). Special emphasis was placed on innovating and improving the methodology of identification and mapping of flood prone areas. Climate change was also addressed. The “Integrated geomorphological method of identification and mapping of flood hazard areas” or “Integrated geomorphological method” was used. The study consists of two parts. The first part of the study is focused on the integrated geomorphological mapping and the second part is devoted to flood hazards from which the flood hazard map for each basin was derived. These maps were computerized using ArcGis software and are at 1:3000 scale. The basins from the N (the border with France) to the E (Cap de Creus) are classified in volume 2 of the thesis. Field work was complemented by historical data of past events. The multibasin-multifunction analysis was performed to address the uncertainties that resulted from using the integrated geomorphological method. The Integrated geomorphological method enabled us to identify, map and analyse all the features providing evidence of flood prone areas especially fluvial terraces of which two were differentiated in each basin: T0 or lower terrace and T1 or upper terrace. The uncertainties of analysis affected the calculation of peak discharges and the determinations of flood frequency. These uncertainties were attributed to a) paucity of data which resulted in distortions or in the impossibility of discharge calculations, b) scarcity of rainfall data, c) insufficient historical records, d) irregular distribution of population in the basins, e) inaccurate prediction of floods because the size of the basins and f) speed and variability of the hydrological response, which considerably reduces the time for action before the flood. European, national and regional norms and zoning were studied in an effort to make a hazard classification of the flood prone areas. Problems of applicability arose because the norms are based on dynamics of large rivers. The results of the large rivers with relatively slow floods were not consistent with those of small basins that generate flash floods. These results did not coincide with those of return periods nor with the regional zoning of “Zona fluvial”, Sistema hídric” and Zona inundable” in Catalonia. The integrated geomorphological mapping together with all other data enabled us to classify qualitatively flood hazards into: high, medium and low. This classification is presented in the flood hazard mapping and is complemented by other related information (protected zone, preferential flow lines, critical points, etc.). Climate data that could predict future scenarios were obtained. It was not possible to find sedimentary records of fine grained organic sediments to enable dating. The multibasin-multifunction analysis was based on two sets of data: the magnitude of rainfall associated with flooding and historical data of floods. This enabled us to quantify the frequency of flooding by selecting the periods with more data and those that were more representative. A gap of 3 years between flooding or return period was obtained. The concept of flooding considered in the study is as follows: water overflows the lower terrace (T0) and occupies the area of the upper terrace (T1). This concept considers neither the magnitude of overflow nor the damage caused. In the light of our findings, the following conclusions may be drawn: - possibility of zoning flood prone areas - reduction of uncertainty that is characteristic of these basins - improvement in the Integrated geomorphological method of identification and mapping of flood hazard areas - determination of flood frequency by multibasin-multifunction analysis based on two main data: magnitude of rainfall and historical data (effects of floods). NB This doctoral thesis consists of 2 volumes. The first contains the text and the second includes the maps (integrated geomorphological maps and flood hazard maps) classified by basins, and the corresponding legends.