17 SISTEMAS FLUVIALES

8/18/2019 17 SISTEMAS FLUVIALES

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CAPÍTULO 17

SISTEMAS FLUVIALES Y EDAD DE LOS RÍOS

Se expone el origen de los sistemas fluviales y de las cuencas de drenaje, y lamanera como el agua encauzada realiza una gran dinámica, con enorme poder dedesgaste, acumulación y transporte de carga, modelando el relieve y provocandoen muchos casos avenidas e inundaciones.

1. GEERALIDADES

Origen de los Sistemas fluviales

Como resultado del escurrimiento superficial la lluvia que golpea el suelodesprotegido arrastra primero pequeñas partículas (saltación pluvial) las cuales seinvolucran después en el proceso e erosión laminar. El agua que arrastra estaspartículas alcanza muy rápidamente zonas de convergencia, para continuar sudescenso por las rutas más cortas y pendientes, junto con el agua que brota de losmanantiales. Se establece entonces un flujo turbulento, cada vez más concen-trado, que progresivamente da lugar, primero a cárcavas, arroyos y torrentes yluego a ríos con cursos bien definidos a lo largo de los cuales el agua escurre

junto con el material desalojado por la erosión.Cada corriente excava su propio valle, el cual se integra en forma ramificada con

otras corrientes. En el fondo se van acumulando los materiales arrastrados y, através de estos depósitos, el agua comienza a moverse más lentamente que laque fluye por la superficie del lecho.

Los ríos que hoy observamos encauzados por el fondo de valles profundos conladeras tendidas, fluyeron alguna vez casi al nivel de las orillas actuales y, tal

como lo expresan Longwell et al (1950) “es de suponer que el agua y su cargaabrasiva excavaron esos canales con el tiempo, a la vez que sus laderas se fueronsuavizando a causa de los deslizamientos y otros desplazamientos de susvertientes.“ En otros casos, se formaron profundas trincheras con laderasescarpadas, debido a la menor erodabilidad de los materiales expuestos.“Por encima del nivel de estos ríos mayores, descienden las corriente menores dealta montaña que los alimenta, y que se van articulando casi al mismo nivel, deforma semejante a las venas de una hoja, hasta integrar sistemas de corrientes,


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los cuales cumplen un papel específico dentro del ciclo hidrológico.“ (Longwell etal, op. cit.).La acción degradacional de las corrientes así integradas, en conjunto con losprocesos de movimientos en masa debidos a la gravedad, constituyen el másimportante agente de denudación sobre la tierra. Continuamente los valles son

excavados y todo el tiempo las corrientes acarrean el material desalojado hacialagos y mares a lo largo de sus sistemas fluviales, contribuyendo a modelar elrelieve.Los procesos de escurrimiento del agua hacia los ríos y la excavación y arrastrede sedimentos por las corrientes, operan de acuerdo con principios físicos,hidráulicos y mecánicos, que permiten explicar el desarrollo de las formas derelieve, y lo más importante, predecir como evolucionarán esas formas en elfuturo.

Perfil longitudinal y nivel de base de erosión

Como consecuencia del trabajo de los ríos, estos desarrollan un perfil longitudinalque se ajusta al nivel de base de erosión.

El perfil longitudinal está definido por una curva continua que forma la línea defondo de una corriente desde su cabecera hasta su desembocadura. Si bien elperfil longitudinal de una corriente joven (recién formada), coincide con el perfilsuperficial irregular del terreno, en una corriente bien establecida es una curvacóncava hacia arriba que tiende a ser una hipérbola. Esto resulta del ajuste decada parte del perfil a las condiciones de la corriente en cada tramo. (Figura 1)


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En su curso superior el caudal de la corriente es débil pero debido a la fuertependiente inicial del terreno, el gradiente es grande; su carga de sedimentos noes muy grande por lo que su energía se consume en profundizar el cauce. En elcurso bajo el caudal es mucho mayor; por esta razón y debido a que su canal esmás eficiente y su carga de grano más fino, la corriente mueve su carga sobre una

gradiente menor y la erosión de fondo es mínima. En puntos intermedios sepresentan condiciones intermedias: la pendiente se hace más suave hacia aguasabajo, mientras que, se incrementa gradualmente hacia aguas arriba.

Con el pasar del tiempo cuando la corriente corte en el fondo hacia el nivel debase, el perfil longitudinal es gradualmente menos pendiente en su conjunto.

Ajustes al Nivel de base

El nivel de base (punto más bajo al cual una corriente puede erosionar su cauce),se puede controlar temporalmente por sitios tales como un lago, la presencia de

rocas muy resistentes en el cauce o por el nivel de la corriente principal dondeentrega un tributario.

Si por alguna razón este nivel se eleva o desciende, la corriente debe ajustar superfil longitudinal. A manera de ilustración, en la Figura 2 se puede apreciar elajuste del canal por la construcción y retiro de una presa. La construcción eleva elnivel de base del río y al imponer una velocidad menor aguas arriba, se presentadepósito en esta sección del canal y erosión aguas abajo; el retiro de la presaincrementa la velocidad y provoca la erosión de los sedimentos que se habíandepositado, así como depósito en la sección que se había erosionado abajo de lapresa. (Leett y Hudson, op. cit.).

Figura 2 Ajustes del nivel de base con la construcción y retiro de una presa


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2 EL TRABAJO DE LAS CORRIETES

El agua que fluye por los sistemas naturales de drenaje realiza tres tipos detrabajos: erosión, transporte de clastos y soluciones y depósito selectivo desedimentos.

Erosión

En la erosión fluvial se presentan 3 modalidades: acción hidráulica, abrasión yatrición.

Acción hidráulica

Se refiere a la fuerza misma del agua, capaz de desalojar partículas de suelos yaún arrancar bloques y fragmentos grandes de roca, del fondo o paredes del

cauce, dejando expuestas superficies ásperas.

Abrasión

Efecto del desgaste mecánico entre los bloques acarreados por la corriente y laroca del lecho, o entre los fragmentos mismos que se mueven a velocidadesdiferentes.

Atrición

Es la fragmentación y desintegración de los bloques de roca al chocar entre simientras son arrastrados por la corriente.

Transporte

El transporte de los sedimentos se realiza de tres maneras diferentes: en estadode solución (carga previamente disuelta); en suspensión (carga suspendida) o portracción (carga de fondo que se desplaza saltando, rodando o mediante jalonesintermitentes).

Desalojo y tratamiento de las partículas acarreadas.

La capacidad del agua para desalojar las partículas de suelo o fragmentos rocososdel lecho de una corriente constituye una primera tarea selectiva, que depende dela velocidad con la cual, la corriente puede separar partículas de diferente tamaño.En la gráfica muy conocida de la Figura 3, se puede apreciar como, con unavelocidad de 30 cm/seg, el agua de una corriente puede separar de un lecho laspartículas de arena fina, mientras que para desalojar partículas más finas o más


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gruesas, se requiere una mayor velocidad; las más gruesas, por su mayor masa ylas más finas, por su mayor estado de aglutinamiento.

También se puede observar que, tratándose de un mismo tamaño de partícula,cuando la velocidad de la corriente decrece, aumenta la tendencia a la

sedimentación; en tanto que, si aumenta el tamaño de la partícula, disminuye elpoder de transporte del agua. Así por ejemplo: una partícula de 0.02 mm esdesalojada de su lecho, cuando la velocidad de la corriente supera una velocidadaproximada de 50 cm/seg; la corriente puede transportarla, mientras la velocidadse mantenga en el rango de 50 cm/seg a 0.15 cm/seg y se deposita por debajo deesta última velocidad.

Si la velocidad de la corriente decrece lentamente, los fragmentos más grandes ypesados se detienen y se acumulan, mientras que las partículas pequeñas sesiguen moviendo provocando una clasificación por tamaños y densidades. Solorara vez la velocidad de la corriente se detiene tan repentinamente que laspartículas de diferente tamaño se depositen juntas, pero puede ocurrir cuando unacorriente emerge de la zona montañosa a la zona plana formándose entonces unabanico aluvial.

Se denomina "capacidad" a la cantidad total de sedimentos que puede transportaruna corriente. Depende del tamaño de los fragmentos que integran la carga y de lavelocidad de la corriente. Un río acarrea más fácilmente las partículas finas quelas gruesas.


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Figura 3 Relación del tamaño de las partículas con la velocidad necesaria para su erosión(según Hjulström ; citado en Krynine and Judd)

Por su parte la "competencia" se refiere al tamaño más grande de fragmentos quees capaz de transportar un río y depende de la velocidad de la corriente y de suvolumen, siendo máximo durante las avenidas.

Se ha calculado que la competencia varía con la sexta potencia de la velocidad yla capacidad con la tercera potencia de la velocidad.

En la Figura 4 se presenta una relación entre el tamaño de las partículas y lafuerza tractiva correspondiente (West, op. cit.).

Esta fuerza es la mínima necesaria para mantener en movimiento las partículas. El

gráfico se usa para determinar la máxima velocidad segura de flujo en un canal,sin causar erosión del material del lecho. Por ejemplo, una partícula de grava finade 10 mm de diámetro, requiere una fuerza tractiva cercana a 0.2 libras porpulgada cuadrada para desplazar la partícula a lo largo de la base del canal.


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Figura 4 Rlación entre el tamaño de las partículas y la fuerza tractiva correspondiente (West,op. cit.).

Relación de la Velocidad con la Erosión y Transporte

El incremento en la velocidad de una corriente aumenta su capacidad para erodarsu lecho y transportar una carga. En teoría, según lo expuesto por Logwell et.al.(op.cit.), bajo condiciones ideales, si se dobla la velocidad:

1) Se incrementa cerca de 4 veces el poder abrasivo.

2) Se incrementar el diámetro del fragmento más grande de roca que la corrientepuede arrastrar a lo largo de su cauce por lo menos 4 veces.

3) Se incrementa enormemente la capacidad de transportar fragmentos de roca deun tamaño dado.


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El aumento de la velocidad puede deberse al incremento de el gradiente o delcaudal. Si el gradiente se incrementa 4 veces la velocidad es casi doblada. Unincremento mayor a este se puede presentar en las laderas de muy fuertependiente de nuestras altas montañas.

Cuando este tipo de montañas son erosionadas por aguas de escurrimiento,pueden presentarse graves eventos erosivos si las laderas están desprotegidas.

En caso de las avenidas torrenciales el incremento del caudal, supera muchasveces el doble de la velocidad de la corriente. Durante las avenidas torrencialesque se presentan en nuestros ríos de alta montaña, los incrementos de velocidadpueden ser hasta de 20 veces; es decir cerca de 10 veces más que encondiciones normales de precipitación.

Tal incremento de la velocidad resulta del incremento del caudal solamente,dejando en claro porqué muchas corrientes alcanzan su más alto poder erosivo yde transporte durante las avenidas, y la mayoría de su depósito cuando lascrecientes se calman. Por ejemplo en la India (Ghona), durante una gran avenidaocurrida en 1895, la cual duró 4 horas, el agua transportó tal cantidad de gravas,que a lo largo de 20 kilómetros de su curso la corriente dejó un depósito continuocon espesor entre 15 y 80 metros, lo cual habría sido imposible en condicionesnormales de flujo, (Longwell, et. al., op. cit).

Depósito

A medida que el río pierde capacidad para transportar su carga crea muchos tiposde depósitos con formas distintivas (geoformas):

(1) A lo largo del cauce los depósitos de canal (dinámica de meandros); odepósitos de barras (cuando éstas son numerosas se forman canalestrenzados).

(2) En las zonas de desborde los depósitos de llanura de inundación. (3) Los abanicos en los cambios bruscos de gradiente (donde tributan los

torrentes a los ríos o en el pie de monte.(4) Los depósitos de terraza donde los depósitos son retrabajados en vario

niveles.(5) Los depósitos de deltas en las desembocaduras.

Estos depósitos se trataron con algún detalle en el capítulo 5.


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3. CARÁCTER DE LOS DEPÓSITOS ALUVIALES

Cualquiera que sea su forma original, los fragmentos y partículas transportadaspor corrientes se redondean a causa de la abrasión a que son sometidos en eltransporte.

Además, debido al delicado equilibrio impuesto por la capacidad de transporte, losfragmentos se clasifican según su tamaño y peso, tanto a lo largo del cauce(clasificación progresiva), como en cualquier punto de este, (clasificación local),segregándose también mineralógicamente. En el mismo sitio, capas de cantos ygravas se intercalan con capas de arena y éstas a su turno se intercalan concapas y lentes de limo y arcilla.Las capas no son muy extensas a causa de que las corrientes cambianrepetidamente las condiciones del depósito; por esto, las capas yacen a diferentesángulos de inclinación y adquieren mas bien un patrón interdigitado.

La más cercana condición de uniformidad y paralelismo en la estratificación puede

presentarse en la estratificación de las capas en las llanuras de inundación,depositados con mínima turbulencia.

4 EVOLUCIÓ DEL RELIEVE E REGIOES

HÚMEDAS

Nacimiento de un valle

Todos los valles de origen aluvial, se originan por el trabajo de aguas deescurrimiento superficial que se concentra en pequeños canales sobre terrenosprimitivos recién emergidos, cubiertos o no por sedimentos. Debido al trabajoconcentrado del agua en estos canalitos, se forman inicialmente surcos y luegocárcavas, las cuales se propagan primero hacia arriba, por erosión remontante,estimulada por el sobre-empinamiento de la pendiente; a través de estas cárcavasincipientes se va concentrando cada vez más energía, con lo cual se profundizansus canales, se incrementa el desalojo y arrastre de partículas, y las cárcavas seprolongan también hacia aguas abajo.

Este tipo de corrientes infantiles se denominan corrientes consecuentes, porqueescurren por las pendientes originales de terrenos recientemente formados.

Como consecuencia de la integración de las cárcavas, se forman primero arroyosque llevan agua solamente en las épocas de lluvia, y luego torrentes de montaña yquebradas, las cuales llevan agua durante todo el año, debido a que sus valleshan profundizado tanto, que interceptan el nivel freático.


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Figura 5 Formación de divisorias

Estados en la evolución de un valle

Una vez formado un valle sobre un terreno recién emergido, experimenta unaserie de cambios inter-relacionados. Haciendo una cruda analogía con laevolución de una vida humana, los valles presentan etapas de Juventud, Madurezy Vejez. En concepto de Thomas (1974), en el caso de la evolución de los suelos yde las formas del terreno, se trata de sistemas abiertos, en los cuales los

conceptos evolucionarios están fuera de lugar. En realidad esta analogía sirvepara analizar el estado de desarrollo, más que la edad absoluta de un valle.

- Valle Joven.

Los torrentes de montaña descienden por laderas de fuerte gradiente si bien conpoco caudal, de tal manera que las corrientes trabajan más que todo erodando elfondo.

Por esto en su sección transversal un valle joven ideal tiene forma en V cerrada yun piso angosto, en el cual predominan la erosión de fondo y la erosión regresiva,sobre la erosión lateral.

- Valle Maduro.

Al tratar de abrirse paso a través de terrenos con susceptibilidad diferente a laerosión, la corriente es obligada a rebotar de una orilla a la otra, produciendocambios muy importantes en la geometría del valle y nuevos sedimentos. Eltrazado de la corriente se vuelve sinuoso, el canal se profundiza y amplia debido alefecto combinado del socavamiento lateral hacia la parte externa del canal, en


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- Valle Viejo.Como consecuencia de la evolución de los meandros dentro de un "Valle Amplio"el valle se amplía al máximo y sus laderas se suavizan con la contribución de losmovimientos en masa. Si hubiese tiempo suficiente y el ciclo no fuera interrumpido

por otros procesos o eventos, los valles continuarían reduciendo su relieve hastaalcanzar el nivel de base.

El ciclo fluvial en un clima húmedo

La formación de un relieve nuevo sobre la superficie de la tierra y toda la serie decambios que operan sobre él a través de sus distintas etapas de evolución,constituyen el "Ciclo Geomórfico". Este ciclo es controlado por erosión ymovimientos en masa, en desarrollo del "Ciclo Fluvial".Según exponen Longwell et al (op cit), "si bien, en el período de una vida humana

nadie ha podido presenciar un ciclo geomorfológico completo, si podemosobservar por todas partes rasgos geomorfológicos característicos de los distintosestados de desarrollo del relieve y a partir de esas evidencias, somos capaces deinferir la manera como va a evolucionar una corriente en el futuro."Es importante por supuesto tener en cuenta las tendencias algo diferentesimpuestas por las condiciones climáticas en cada región, lo cual impone patronesde denudación y formas de relieve algo diferentes en cada sitio.Por considerarlo de mayor interés, se expone a continuación, con base enLongwell et al (op. cit.), la manera como evoluciona el relieve en las regioneshúmedas, caracterizadas por presentar gruesas cubiertas de suelos residuales yespesos depósitos de ladera, con altos contenidos de arcilla. El relieve en estas

regiones es de contornos más suaves, en contraste con el relieve de las regionesáridas.

En los esquemas de la Figura 7 se puede apreciar la evolución del relieve en lossistemas fluviales de regiones húmedas.

- Etapa inicialLa Figura No 7a, representa una región homogénea recién emergida, conmoderada altura y precitación normal, expuesta un poco por encima del nivel delmar, en la cual se forman cárcavas incipientes, que constituyen las corrientellamadas "Infantiles".

- Juventud.Las cárcavas se extienden hacia arriba y se prolongan hacia abajo por erosión,hasta formar canales continuos y posteriormente valles. Simultáneamente se vanformando otras cárcavas adyacenes a los canales mayores, las cuales tambiénremontan por erosión, bisectando más el terreno y extendiendo un sistema decorrientes incipiente que caracteriza la etapa de "Juventud Temprana". Figura 7b). En esta etapa, el sistema ha incorporado progresivamente mas líneas de


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drenaje, por donde se concentra mas energía, con lo cual se acentúa mas elrelieve. En algunas de las corrientes que drenan la pendiente original como B y C,hay mayor concentración de drenaje que a lo largo de otras como A y D, y tienenpor lo tanto tributarios más desarrollados.Obsérvense por otra parte, los tributarios c y d que por erosión remontante

aproximan sus cabeceras hacia el punto x. El gradiente de la corriente c essupuestamente mayor que el de la corriente d, puesto que la primera esta máscerca de la desembocadura común. En consecuencia, la erosión de fondo yremontante es más fuerte en el caso de la primera.Debido a la desigualdad en la tasa de erosión, por erosión regresiva la corriente cremonta la divisoria x hacia la cabecera de la corriente d y en el caso extremo seproduce su captura, es decir, la unión de las dos cabeceras a través de sudivisoria. Si esto ocurre, todo el drenaje del cauce C, situado por encima del puntode captura, es desviado hacia el cauce B. Las corrientes jóvenes tienen gradientestan pendientes como lo permita la altitud del terreno por encima del nivel del mar.Ocupan valles en V, con laderas abruptas y tienen cursos tortuosos. La cabecerade sus tributarios remonta las laderas rápidamente por erosión, conformando conel tiempo un patrón digitado que se extiende por la ladera, como las ramas de unarbol, con respecto a la corriente principal.A medida que la densa red de tributarios disectan la superficie, las laderas sesuavizan con la contribución de los movimientos en masa. Las divisorias,inicialmente amplias, se reducen a filos angostos, registrándose en esta etapaalgunas capturas. El relieve corresponde a la etapa de Juventud Tardía.(Figura 7c).

Madurez.El relieve comienza a rebajar su nivel general por denudación (con aporte cadavez menor de los movimientos en masa) a tal punto, que las divisorias seestrechan considerablemente. El paisaje toma imperceptiblemente un nuevoaspecto, característico de relieve maduro.Los cursos son meándricos y se emplazan en "Valles Amplios" con gradientesmás suaves, de tal manera que, el relieve acentuado de la etapa juvenil se hasuavisado significativamente.Durante la Madurez Temprana (Figura 7 d), se presenta una fuerte disección delas áreas interfluviales y se conforman Valles Amplios con cursos meándricos.Durante la Madurez Tardía (Figura 7 e), los valles se amplían y el relieve generalse suaviza y se reduce de manera apreciable.

- Vejez

A causa del in-interrumpido decrecimiento de los gradientes de las corrientesprincipales, el relieve de los tributarios más pendientes, se nivela a una tasa mayorque la tasa de profundización de los valles mayores, lo cual provoca la nivelacióngeneral del relieve.La erosión disminuye y se limita a ampliar el cauce de las corrientes principales, amedida que el relieve se suaviza y se aproxima al nivel de base, si bien algunostributarios poseen aun altos gradientes y continúan erosionando sus cauces.


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Figura 7 Evolución del relieve en los sistemas fluviales de regiones húmedas.


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(a) corte transversal regional en la etapa de juventud. Amplias divisorias (D) separanvalles en V cerrados.

(b) con el avance de la erosión, en la etapa de madurez las divisorias se estrechan yse forman crestas angostas (G) entre valles contiguos, a la vez que el relievedel valle maduro (r B ) es más profundo que el relieve del valle joven (r A).

(c) En la vejez, las laderas se desgastan y el relieve general (r C) se trata de ni-velar, volviéndose más uniforme,. El número de corrientes disminuye.

Tomado de Krynine and Judd(1980)

Figura 8 Esquema idealizado sobre evolución del relieve regional.

Con más frecuencia de lo que se cree, un ciclo de erosión ha sido interrumpidopor algún evento orogénico, una o mas veces, en la historia reciente de la tierra,quedando como testimonio un nivel de terraza por cada interrupción.

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