PARTE 2

Fluviomorfología y

Geomorfología

Fluviomorfología y Geomorfología • Introducción

Fluviomorfología y geomorfología - Introducción

• Los cambios morfológicos en los ríos no resultan solamente de la acción combinada del flujo y del transporte de sedimento, pero también del contexto geomorfológico.

• Este contexto geomorfológico comprende la geología, la orografía, la mecánica de suelos, es decir todos elementos que controlan la forma y la deformación de los cauces de ríos.

• En ciertas regiones, tal como en México, la tectónica puede ser otro factor muy importante.

Fluviomorfología y Geomorfología • Introducción • Cuencas y subcuencas

Cuencas y subcuencas

La cuenca es la unidad geomorfológica para estudios fluviomorfológicos, con tres subcuencas, con sus procesos sedimentarios distintos: erosión en la alta, transferencia en la media, depósito en la baja. El esquema de Schumm (1977) es bastante sencillo. producción de erosión transferencia sedimentación

Cuencas y subcuencas

• En la subcuenca alta, los ríos se forman y el cauce se encañona por erosión. Los flujos entrenan los productos de la socavación y de la erosión hacia las partes baja de la cuenca.

• En la subcuenca media, existe un cierto equilibrio entre la capacidad de transporte del flujo y los aportes de sedimento; es la zona de transferencia.

• En la subcuenca baja, los sedimentos se depositan por falta de capacidad de transporte, en deltas o en estuarios.

La producción de sedimento en las cuencas altas depende de la naturaleza de las rocas, es decir de la geología y de la tectónica. Derrumbes y deslizamientos contribuyen bastante en la producción de sedimento. Movimientos tectónicos, fallas y pliegas determinan la forma de los cauces. La vegetación ayuda a controlar la erosión de los suelos.

Cuencas y subcuencas - subcuencas altas

Cuencas y subcuencas - subcuencas altas

• La geología y la tectónica determinan la forma de los cauces en las cuencas altas.

• Sin embargo, en los tiempos geológicos, se podían formar terrazas, en cuales los flujos cortan nuevos cauces.

• Los procesos geomorfológicos dependen de varios factores naturales: geología, tectónica, climatología, etc. Sin embrago, en tiempos más recientes, la construcción de obras (presas, carreteras, puentes) y la ocupación de los suelos han modificado el contexto geomorfológico

Cultivos en pendientes, erosión al pie de talud, deslizamiento de tierra y cárcavas aportan material sólido al río.

Cuencas y subcuencas - subcuencas altas

Otro ejemplo de subcuenca alta

Cuencas y subcuencas - subcuencas medias

• En las subcuencas medias, los cauces de los ríos se desarrollan en terrenos variados, generalmente en materiales erosionables, pero formaciones resistentes pueden controlar el movimiento del lecho.

• Las formaciones resistentes pueden ser antiguas, pero también muy recientes.

• Significa que no sóla la geología determina la forma, también la mecanica de suelos; diferencias de composición de suelos pueden afectar el comportamiemto del lecho.

Cuencas y subcuencas - subcuencas medias

• Canal encañonado: lecho bajando, margenes arriba de los niveles máximo en crecida.

• Canal parcialmente encañonado: puede bajar, planicie de inundación ocasional.

• Canal confinado: estable o subiendo, las paredes del valle controlan el cauce.

• Canal parcialmente confinado: paredes del valle controlan ocasionalmente el cauce que puede desarrolar su cauce (ver ejemplo siguiente).

Clasificación de cauces según grado de control:

Cuencas y subcuencas - subcuencas medias

• A parte de las formaciones geológicas, las confluencias con otros ríos pueden controlar la posición del cauce en ciertos puntos.

Ejemplo de cauce parcialmente confinado: Un río tropical en

su cuenca media (Amazona Bolivia) desarrolla en una planicie aluvial, pero su cauce está controlado por una formación terciaria (el deslizamiento es fuente de sedimento)

Cuencas y subcuencas - subcuencas bajas

En la parte baja de las cuencas, los contextos geomorfológico pueden ser muy diversos:

• Cuando la franja aluvial entre el pie de monte y el mar - o un lago - está poca profunda, los terrenos atravesiados por el río tienen una composición muy heterogénea (sitio piloto “El Novillero”, en la Costa del Pacífico).

• El material traído hasta el mar puede ser bastante grueso ( ver la desembocadura del río Balsas)

• En embalses de presas, la granulometría de los depositos en un lugar varian segun el nivel de agua (caso de la presa Malpaso, cuenca del río Grijalva).

Cuencas y subcuencas - subcuencas bajas

• En los deltas de presas, los cauces avulsionan (cambian de posición) y la granulometría del material depositado es muy variable, depende del nivel del embalse y de los aportes del río.

Embalse Malpaso

Cuencas y subcuencas - subcuencas bajas

Las desembocaduras: • El tipo de desembocadura depende de la

relativa acción del mar y del río. • Ríos que llevan bastante material sólido hacia

el mar forman deltas. • Cuando el mar tiene mareas y/ó olas fuertes, el

material será erosionado y transportado por corrientes marinas formando lagunas; una barra la separa del mar.

• Ríos con aporte sólido debil, en mares con fuertes mareas, forman estuarios.

Fluviomorfología y Geomorfología • Introducción • Cuencas y subcuencas • Morfología de los cauces

Morfología de los cauces

• La geomorfología de los cauces es el resultado de una multitud de factores: hidráulicos, sedimentológicos, geológicos, tectónicos, resistencia a la erosión del lecho, ...

• En ingeniería fluvial, necesitamos - ¿ o queremos ? - ordenar los ríos en categorías.

• Sin embargo, en la realidad es bastante más compleja que la teoría; además, hay que comprender que la forma de un lecho es el resultado de una evolución natural, en cual la acción humana interfiere.

Morfología de los cauces

La clasificación tradicional considera tres tipos de cauces: rectos, con meandros y trenzados.

Morfología de los cauces

• Los cauces “rectos” no pueden desarrollarse naturalmente, y pueden existir solamente cuando su curso está totalmente controlado.

• No se entiende todavía el fenómeno de formación de los meandros, tampoco de los cauces trenzados.

• Existen varios tipos de meandros: regulares, tortuosos; estos últimos se forman cuando la geología, el relieve, la resistencia a la erosión de ciertas márgenes controlan el cauce.

Morfología de los cauces

Una clasificación (Brice, 1983) considera cuatro tipos de cauces, dos sinuosos, y dos trenzados; además, considera para cada uno la posible presencia de varias ramas (“anaramas”).

• Trenzado, no sinuoso

• Trenzado, sinuoso

• Sinuoso, barras puntales

• Sinuoso, canaliformo

Morfología de los cauces

Los ríos con meandros pueden tener varias formas en un mismo lugar, lo que depende del régimen hidrológico y de la carga en sedimentos, todos elementos de las cuencas.

Morfología de los cauces

Los meandros se desplazan por erosión de margen externa (convexa) y sedimentación en la margen interna (cóncava); pueden ocurrir cortes de meandros, que dejan brazos muertos (“oxbow lakes”)

Morfología de los cauces

Cortes de meandros: • Cuando un corte de meandro deja el brazo

“muerto”, los sedimentos del río se depositan en las entrada de este brazo y forman tapones.

• Cuando el río trae lodo, los tapones son de arcilla y crean puntos de control, con mas alta resistencia a la erosión (funcionan como control geológico).

• La presencia de estas zonas más resistentes en la planicie de inundación afectan el desarrollo de los meandros.

Morfología de los cauces

• Estudios pretenden que la geometría de un cauce se adapta a un caudal “formante” : expertos toman el gasto de bordo lleno, otros el gasto que trae, durante el año, la mayor cantidad de sedimento.

• Existen fórmulas para relacionar la geometría de los cauces al caudal (por ejemplo, el ancho del río es proporcional al caudal con un exponente)

• Pensamos que la geometría y la forma del cauce depende bastante de la evolución en el tiempo del gasto líquido (formas de crecidas)

Morfología de los cauces

Valores de pendientes del cauce y de gasto líquido para ríos de E.U.A. (Leopold & Wolman, 1957)

Gasto líquido de bordo lleno (en pie cúbico por segundo)

Pendiente del canal Trenzado Recto Con meandros

Morfología de los cauces

Lane (1955) ha mostrado la relación entre el producto del gasto líquido con la pendiente y el producto entre de la carga sólida con el tamaño de las partículas.

Tamaño de las partículas del sedimento

Pendiente del cauce

Carga sólida Gasto líquido

Morfología de los cauces

Existiría una relación entre el gasto de bordo lleno y el gasto medio anual (¡ver la distribución de los datos!)

Gasto líquido de bordo lleno (en pie cúbico por segundo)

Gasto líquido medio anual (en pie cúbico por segundo)

Rango de mas de 10

Fluviomorfología y Geomorfología • Introducción • Cuencas y subcuencas • Morfología de los cauces • Avulsión de cauce en abanicos aluviales

Avulsión en abanicos fluviales

Conos (o abanicos) aluviales se forman donde la capacidad de transporte disminuye y está debajo de la carga sólida aportada al río.

Avulsión en abanicos fluviales

• El abanico aluvial (o cono de deyección) se forma conforme el material depositado: el material de mayor tamaño cerca de la cumbre, punto central del abanico, el fino al final.

• Los canales tienen geometrías inestables, con movimiente lateral rápido o brusco (avulsión).

• La problemática de las inundaciones en los abanicos fluviales es siempre más preocupante por la grán ocupación de estas zonas: por la agricultura y los asentamientos humanos (ver sitios piloto “El Novillero” y “Bajo Grijalva”).

Fluviomorfología y Geomorfología • Introducción • Cuencas y subcuencas • Morfología de los cauces • Avulsión de cauce en abanicos aluviales • Respuesta morfológica de los cauces

Respuesta morfológica de los cauces

• Obras hidráulicas e intervenciones humanas en las cuencas cambian el equilibrio que fue establecido en el tiempo en los cauces.

• Por ejemplo: la construcción de presas en un río (ver el Grijalva) no cambian el volumen anual total aguas abajo de las presas, sino la forma de las ondas de crecidas (picos mas bajos, estiaje más alto).

• Con el balance de Lane, se puede evaluar el impacto por carencia de sólido (almacenado en las embalses): degradación del cauce aluvial.

Respuesta morfológica de los cauces

• El menor gasto de bordo lleno hace que el cauce evolucionará hacia un curso más sinuoso; sin embargo, este cambio de cauce debe realizarse por el transporte de sedimento, y tomará un tiempo relativamente largo.

• En el lecho (de ancho demasiado) se formará un cauce trenzado, lo que resultará en ataque oblicua de las orillas con erosión de márgenes.

• La reacción usual es de construir protecciones, aún sin tratar identificar las causas de las erosiones.

Fluviomorfología y Geomorfología • Introducción • Cuencas y subcuencas • Morfología de los cauces • Avulsión de cauce en abanicos aluviales • Respuesta morfológica de los cauces • Conclusión

Conclusión

• El manejo de cauces debe tomar en cuenta la dinámica fluviomorfológica y las condiciones geomorfológicas.

• Si cambian los gastos líquidos y/o sólidos en un río, de manera natural o artificial, el sistema fluvial adaptará de manera progresiva, a escalas de tiempo muy diferentes.

• El manejo de los cauces debe basarse en su conocimiento, lo que necesita observaciones de campo (geología, hidráulica, transporte de sedimento, topo-batimetría, mecánica de suelos).

Conclusión

• El objetivo de las observaciones de campo no deben ser la obtención de datos para alimentar estudios en modelo, pero más bien establecer un “modelo conceptual”, en cual será basado el modelo reducido o matemático.

• El transporte de sedimento es un elemento fundamental en la dinámica fluvial y requiere una formación particular, lo que es el asunto de nuestra consultoría.

• El manejo de los cauces necesita una aproximación multi-disciplinaria.

Fin de la Parte Fluvio- y geomorfología