Caudal ecológico: qué es y cómo se calcula (métodos y normativa)

El caudal ecológico (o caudal ambiental) es la cantidad, la estacionalidad y la calidad del agua que debe mantenerse en un río, humedal o estuario para sostener sus ecosistemas y los usos humanos que dependen de ellos. Se determina con métodos hidrológicos, hidráulicos, de hábitat u holísticos, y en varios países tiene un mínimo legal.

Definición: más que un caudal mínimo

La Declaración de Brisbane, revisada en 2018 por la comunidad científica internacional, define los caudales ambientales como la cantidad, la estacionalidad y la calidad de los caudales y niveles de agua dulce necesarios para sostener los ecosistemas acuáticos, que a su vez sostienen culturas, economías, medios de vida sostenibles y bienestar humano. La definición abarca ríos, lagos, humedales, estuarios y ecosistemas que dependen del agua subterránea.

Durante décadas el caudal ecológico se entendió como un caudal mínimo fijo que evitara que el río se secara aguas abajo de una captación. La ciencia actual lo entiende como un régimen variable, que imita los patrones naturales de crecidas y estiajes de los que depende la vida del río. En la práctica conviven ambos enfoques: muchas normas fijan un mínimo, y los estudios más completos definen un régimen mensual o estacional con crecidas incluidas.

Por qué importa el caudal ecológico

Los organismos acuáticos (peces, invertebrados, vegetación de ribera) evolucionaron con un régimen hidrológico específico, y cada parte del hidrograma cumple una función:

• Las crecidas reordenan sedimentos, limpian los fondos de grava, conectan el río con su llanura de inundación, dispersan semillas y nutrientes y dan la señal de migración y desove a muchas especies.
• Los estiajes definen el hábitat disponible en la época crítica y controlan la temperatura y el oxígeno del agua.
• Un caudal suficiente diluye contaminantes y sostiene la autodepuración del río, con beneficios directos para el agua potable, el riego, la pesca y el turismo.

Alterar ese régimen, ya sea por extracción o por regulación en embalses, degrada el ecosistema aunque "siga corriendo agua". Por eso el paradigma del régimen natural de caudales (Natural Flow Paradigm, Poff et al., 1997) propone preservar cinco componentes del régimen: magnitud, frecuencia, duración, estacionalidad y tasa de cambio.

La determinación del caudal ecológico es hoy un requisito en muchos países para otorgar derechos de agua, aprobar embalses o trasvases, operar centrales hidroeléctricas y evaluar el impacto ambiental de proyectos.

Los cuatro grandes grupos de métodos

Existen más de 200 metodologías documentadas (Tharme, 2003), que se agrupan en cuatro familias de complejidad creciente:

1. Hidrológicos: usan solo registros de caudal. Son rápidos y baratos, pero tienen baja precisión ecológica.
2. Hidráulicos: relacionan el caudal con variables del cauce, como el perímetro mojado o la profundidad.
3. De simulación de hábitat: modelan cómo cambia el hábitat útil de especies objetivo con el caudal (IFIM/PHABSIM).
4. Holísticos: integran hidrología, hidráulica, biología y aspectos sociales para construir un régimen completo (BBM, ELOHA).

Todos requieren una buena base hidrológica: series de caudales medios diarios o mensuales obtenidas con aforos y estaciones fluviométricas confiables.

Método de Tennant y otros métodos hidrológicos

Publicado por Donald Tennant en 1976 a partir de mediciones en 11 ríos de Estados Unidos, el método de Tennant (o de Montana) es el método hidrológico más conocido. Asigna porcentajes del caudal medio anual ($\bar{Q}_a$) según la condición del hábitat deseada y la época del año:

Tennant observó que con el 10 % del caudal medio anual el agua cubría cerca del 60 % del lecho, con profundidades medias de unos 0,3 m (1 pie) y velocidades de unos 0,23 m/s (0,75 pies/s), lo que consideró el mínimo para la supervivencia a corto plazo. Recomendó el 30 % como caudal base para buenas condiciones de supervivencia y el 60 % para un hábitat excelente o sobresaliente.

Los períodos octubre–marzo y abril–septiembre corresponden a la estacionalidad de los ríos del hemisferio norte estudiados. En América del Sur hay que asignar los porcentajes según la época de aguas bajas y altas de cada río, no según el calendario. Su simplicidad lo hace útil para planificación regional, pero ignora la morfología de cada cauce.

Otros métodos hidrológicos usan percentiles de la curva de duración de caudales (por ejemplo, Q95 o Q90), el caudal mínimo de 7 días con 10 años de período de retorno (7Q10) o porcentajes del caudal medio mensual, como la regla chilena descrita más abajo.

Métodos hidráulicos: el perímetro mojado

Relacionan una variable hidráulica con el caudal y buscan un "punto de quiebre". El más usado grafica el perímetro mojado ($P_m$) frente al caudal ($Q$) en secciones de rápidos o riffles, que son las más sensibles. A caudales bajos, $P_m$ crece rápido; pasado un umbral, la curva se aplana porque el agua ya cubre el fondo y solo sube por las paredes. Ese punto de inflexión se toma como caudal ecológico, porque más allá se gana poco hábitat por cada m³/s adicional.

Requiere levantamientos topográficos de secciones transversales y una relación caudal–perímetro medida o calculada con un modelo hidráulico. Su limitación es que el punto de quiebre puede ser subjetivo y no considera velocidades ni necesidades de especies concretas.

Simulación de hábitat: IFIM y PHABSIM

La metodología incremental de caudales (Instream Flow Incremental Methodology, IFIM), con su modelo PHABSIM, es el enfoque de hábitat más extendido. Combina la hidráulica del cauce (profundidad, velocidad y sustrato en cada celda) con curvas de idoneidad de hábitat de especies objetivo, que valen entre 0 y 1, para calcular el área ponderada útil (WUA, Weighted Usable Area) para cada caudal:

donde $A_i$ es el área de la celda $i$ y $f_v$, $f_d$ y $f_s$ son la idoneidad para la velocidad, la profundidad y el sustrato. El resultado es una curva WUA–$Q$ para cada especie y estado de vida (alevín, juvenil, adulto, desove) que permite negociar cuánto hábitat se conserva con cada nivel de caudal. Hoy se aplica también con modelos hidráulicos bidimensionales. Es robusto, pero costoso en datos de terreno, biología y tiempo.

Métodos holísticos: BBM y ELOHA

La Building Block Methodology (BBM), desarrollada en Sudáfrica en los años 90 (King y Louw, 1998), construye el régimen ecológico a partir del hidrograma natural sumando "bloques": caudales base de la estación seca y de la húmeda, y crecidas que cumplen funciones ecológicas (limpieza de sedimentos, conexión con la llanura de inundación, señales de desove). Un panel de especialistas en hidrología, geomorfología, calidad del agua, ecología y aspectos sociales define cada bloque.

El marco ELOHA (Ecological Limits of Hydrologic Alteration, Poff et al., 2010) lo escala a nivel regional: clasifica los ríos por tipo hidrológico y establece relaciones entre el grado de alteración del caudal y la respuesta ecológica, para fijar límites en muchas cuencas a la vez. Son los métodos más completos y los recomendados cuando hay conflictos importantes por el agua o grandes obras de regulación.

Normativa en Chile, México y Perú

Chile

El artículo 129 bis 1 del Código de Aguas, reemplazado por la Ley 21.435 de reforma al Código de Aguas (publicada el 6 de abril de 2022), dispone que la Dirección General de Aguas (DGA) establezca un caudal ecológico mínimo al otorgar derechos de aprovechamiento. Sus reglas principales son:

• No puede superar el 20 % del caudal medio anual de la fuente superficial.
• En casos calificados, con informe favorable del Ministerio del Medio Ambiente, el Presidente de la República puede fijar caudales distintos mediante decreto fundado, hasta el 40 % del caudal medio anual.
• La DGA puede fijar caudal ecológico también a derechos existentes en áreas bajo protección oficial de la biodiversidad (parques y reservas nacionales, santuarios de la naturaleza, humedales de importancia internacional, sitios prioritarios) y en los traslados del ejercicio de derechos.
• En la evaluación ambiental de un proyecto puede proponer un caudal ecológico superior al mínimo.

Los criterios de cálculo están en el Decreto Supremo N° 14 del Ministerio del Medio Ambiente, Reglamento para la determinación del caudal ecológico mínimo (de 2012, publicado en el Diario Oficial el 30 de julio de 2013). Para cada mes, el caudal ecológico mínimo en el punto de captación es el 20 % del caudal medio mensual, con el límite máximo del 20 % del caudal medio anual, calculado con estadísticas hidrológicas de los últimos 25 años. Si no hay estadística, la DGA la genera con el método hidrológico más adecuado. En captaciones mediante embalse, el cumplimiento se verifica inmediatamente aguas abajo de la presa.

El desafío en cuencas con fuerte competencia (riego, minería, hidroelectricidad) es pasar de un mínimo rígido a un régimen variable que de verdad proteja al río. Las juntas de vigilancia y la DGA son actores clave en su control.

México

La norma mexicana NMX-AA-159-SCFI-2012, cuya declaratoria de vigencia se publicó en el Diario Oficial de la Federación el 20 de septiembre de 2012, establece el procedimiento para determinar el régimen de caudal ecológico en cuencas hidrológicas, con métodos hidrológicos, hidráulicos, de hábitat y holísticos según el objetivo ambiental de cada cuenca.

Perú

La Autoridad Nacional del Agua (ANA) aprobó mediante la Resolución Jefatural N° 267-2019-ANA los Lineamientos generales para determinar caudales ecológicos, aplicables a los estudios de planificación hídrica y de acreditación de disponibilidad de agua para proyectos.

Ejemplo de cálculo

Un río de régimen nival tiene un caudal medio anual $\bar{Q}_a = 12$ m³/s. Sus caudales medios mensuales de 25 años son 30 m³/s en enero (deshielo), 9 m³/s en abril y 4 m³/s en agosto (estiaje invernal). Según el DS 14, el caudal ecológico mínimo de cada mes es:

Con Tennant, el mínimo de supervivencia (10 %) sería $0{,}10 \cdot 12 = 1{,}2$ m³/s y un caudal base "bueno" (30 %) sería 3,6 m³/s. En agosto, el valor reglamentario (0,8 m³/s) queda por debajo del umbral de supervivencia de Tennant, mientras que en enero el tope anual recorta el caudal justo cuando las crecidas de deshielo cumplen funciones ecológicas. Este contraste muestra por qué en proyectos con impacto relevante conviene complementar la regla hidrológica con métodos de hábitat u holísticos.

Preguntas frecuentes

Fuentes

• Tennant, D. L. (1976). Instream flow regimens for fish, wildlife, recreation and related environmental resources. Fisheries, 1(4).
• Arthington, A. H. et al. (2018). The Brisbane Declaration and Global Action Agenda on Environmental Flows (2018). Frontiers in Environmental Science.
• Biblioteca del Congreso Nacional de Chile. Decreto 14, Aprueba reglamento para la determinación del caudal ecológico mínimo, y Ley 21.435, Reforma el Código de Aguas.
• Ministerio del Medio Ambiente de Chile. DS 14 publicado en el Diario Oficial N° 40.621.
• Dirección General de Aguas. Publican reglamento de caudal ecológico mínimo.
• Gobierno de México. Norma Mexicana NMX-AA-159-SCFI-2012, procedimiento para la determinación del caudal ecológico en cuencas hidrológicas.
• El Peruano. Resolución Jefatural N° 267-2019-ANA.
• IW:LEARN. Revisión de métodos de caudal ambiental.
• Poff, N. L. et al. (1997). The natural flow regime. BioScience, 47(11); King, J. y Louw, D. (1998). Building Block Methodology; Tharme, R. E. (2003). A global perspective on environmental flow assessment. River Research and Applications, 19.