Morfología del río

MORFOLOGÍA DEL RÍO Y PROPIEDADES DE LOS SEDIMENTOS

Geomorfología fluvial

Estudia la forma y evolución del cauce del río y su interacción con el sistema de drenaje de su  cuenca colectora.

Ciclo geomorfológico de la cuenca

Si bien el ciclo hidrológico es un proceso continuo que alimenta de agua a la cuenca a través de las precipitaciones, la alimentación de la materia sólida a la cuenca se produce en un tiempo geológico corto y es resultado del mecanismo de la orogénesis de la formación de las montañas. Reducida la actividad tectónica, la montaña (de fractura o plegamiento o eruptiva) representa una reserva limitada de materia sólida y de energía potencial, que por desintegración, erosión y deposición en el transcurso del tiempo se transforma a un relieve casi plano de energía potencial mínima (nivel base de erosión).

El ciclo geomorfológico comprende la remodelación total del relieve original a una casi-planicie durante el período de muchos millones de años. Análogamente al período de tiempo de la vida humana, el ciclo geomorfológico se divide en tres etapas:

• Etapa de juventud: caracterizado por una erosión fuerte y la formación de valles profundos.
• Etapa de madurez: valles se ensanchan gradualmente y las montañas se aplanan poco a poco.
• Etapa de vejez: paisaje cambia cada vez menos.

Figura N° 1.1 Sistema fluvial idealizado por Schumm (1977)

Después de haber desgastado toda la energía potencial, la remodelación del relieve encontrará su límite en el nivel del mar, dado que este nivel es la base más general para la erosión.
En la Figura N° 1.1, se muestra a una cuenca como un sistema productor de sedimentos, donde de forma idealizada se definen 4 zonas:

• Zona 1 superior o cuenca de recepción: corresponde al área principal productora de sedimentos. Zona de interés de hidrólogos y geomorfólogos relacionado con la evolución y crecimiento de los sistemas de drenajes.
• Zona 2 de transporte: donde predomina el cauce estable y se encuentra en equilibrio, es decir, la cantidad de sedimentos que ingresa se iguala a la cantidad de salida. Zona con predominancia de la ingeniería hidráulica y control de ríos, así como de la morfología de ríos.
• Zona 3 de deposición
• Zona 4 de desagüe: transporta el agua clara después de producirse la deposición

Esta zonificación es artificial, dado que en cualquiera de las tres primeras zonas pueden existir procesos de erosión, transporte y sedimentación. Sin embargo, generalmente existe un proceso predominante en cada una de las zonas. En algunos casos, la zona de deposición puede ser truncada por la presencia de un río receptor. En otros casos, no existe la zona de transporte porque la zona de producción se interconecta directamente con la zona de deposición. Se presentan las variables del sistema fluvial.

•   Tiempo
•   Relieve inicial
•   Geología (litología y estructura)
•   Clima
•   Vegetación (tipo y densidad)
•   Relieve o volumen del sistema encima del nivel base
•   Hidrología de la escorrentía y producción de sedimentos por unidad de área dentro de la Zona 1.
•   Morfología de la red de drenaje
•   Morfología de las montañas
•   Hidrología de la descarga de agua y de sedimentos a las Zonas 2 y 3.
•   Morfología del cauce y valle, y las características de los sedimentos en la Zona 2.
•   Morfología del sistema de deposición y las características de los sedimentos en la Zona 3.

Formación del patrón de drenaje de un río

El rasgo más característico de una cuenca de drenaje es su red de drenaje, la cual se desarrolla en una variedad de patrones. Howard (1967) presenta 8 tipos de patrones de drenaje de acuerdo a diferentes suelos y condiciones hidrológicas y topográficas.

A.- Dendrítico: se forma sobre rocas de resistencia uniforme a la erosión y sobre regiones de pendientes suaves.

B.- Paralelo: se forma en regiones de pendientes pronunciadas.

C.- Enrejado: se presenta en áreas de rocas plegadas con divisiones principales formadas a lo largo de afloramiento de rocas resistentes y valles de rocas fácilmente erodables.

D.- Radial: ocurre en zonas volcánicas donde no hay efecto de la diferencia de la resistencia de las rocas.

E.- Rectangular: se forma en áreas donde las articulaciones y fallas se interceptan en ángulo recto.

F.- Anular: se presenta en cuencas y cúpulas estructurales erosionadas, donde los afloramientos resistentes forma la división principal y las rocas débiles forman valles (un tipo concéntrico de patrones de enrejado).

G.- Multicuenca: se forma en áreas donde el patrón original de drenaje ha sido modificado por la glaciación y vulcanismo reciente.

H.- Contorsionado: se presenta en áreas de geología compleja donde el patrón de drenaje es controlado por las rocas metamórficas, fallas, filones y diques.

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Figura N° 1.2 Patrones básicos de drenaje

Sinuosidad del río (S_R)

S_R es el cociente entre la longitud del thalweg (L_T) y la longitud del valle (L_V). El thalweg es la trayectoria del flujo correspondiente a la parte más profunda del río.

Clasificación de Ríos

• Recto
  Cuando S_R £ 1.5 se considera que el río es recto.
• Meandroso
  Cuando S_R > 1.5. Un río meandroso se presenta en planta como sinuoso y consiste en una serie de codos o curvas conectadas por tramos rectos o semirectos. En las curvas, la parte profunda en las secciones se ubica en la parte cóncava, debido a las relativas velocidades altas que se producen en ese sitio. Las fuerzas centrífugas en los codos generan corrientes transversales que fluyen hacia la parte convexa de la curva.
• Trenzado
  Un río trenzado se divide en varios canales, los cuales sucesivamente se vuelven a encontrar y a dividir. Un buen sinónimo de trenzado es el término médico “Anastomosamiento” que significa división y reunión de los vasos sanguíneos. Generalmente, estos ríos son anchos, pobremente definido y con bancos inestables, formándose muchos canales y subcanales que fluyen alrededor de barras arenosas e islas, y que cambian de posición en el tiempo de una forma no predecible.
  

  Lane (1957) establece que las dos causas principales del trenzamiento de ríos son:

  • Sobrecarga de sedimentos: el exceso de sedimentos que el flujo puede cargar produce la deposición de sedimentos.
  • Pendientes fuertes.

  Otra causa del trenzamiento es la presencia de márgenes o bancos fácilmente erodables. Si los bancos son fácilmente erodables, el cauce sometido a altos caudales se amplía y cuando ocurren bajos caudales se forman barras, las cuales al estabilizarse se forman islas.

Geometría de los meandros

Además de la sinuosidad definida anteriormente, se ha desarrollado algunas relaciones empíricas entre la longitud, amplitud y radio medio del meandro. Las relaciones geométricas de la Tabla N° 2 son de utilidad para caracterizar los meandros.

Tabla N° 1.2   Relaciones empíricas para meandros

En la geometría de los ríos, es necesario definir algunos términos:

• Barras: son formas de lecho que tienen longitudes del mismo orden o mayores que el ancho del canal y alturas comparables con la profundidad media del flujo que las generan.
• Barras puntuales: son depósitos de sedimentos que aparecen en la parte convexa de las curvas de los ríos. Su forma podría variar al cambiar las condiciones del flujo, pero no se mueven significativamente respecto a la curva o codo del meandro. Sin embargo, el tamaño y la localización de esta barra varían con la descarga.
• Barras alternas: son barras que se distribuyen periódicamente a lo largo de las márgenes de la corriente. Su ancho es mucho menor que el ancho del cauce. Estos tipos de barras se mueven lentamente hacia aguas abajo.

• Barras transversales: son barras que ocupan casi todo el ancho de la sección del cauce, y aparecen en forma aislada o periódica a lo largo de un tramo de río determinado y se mueve hacia aguas abajo.

• Barras tributarias: son barras que aparecen inmediatamente aguas debajo de la entrada de un tributario al cauce principal.

Formación de Llanuras de Inundación

La formación de las llanuras de inundación se localiza usualmente en las Zonas 2 y 3 del sistema fluvial, donde la ocurrencia de crecidas cargadas de sedimentos supera la capacidad de conducción de cauce y ocasiona desbordes hacia las márgenes del río, donde la velocidad del flujo se reduce drásticamente produciendo la deposición de los sedimentos.

Estos continuos desbordamientos sobre las márgenes como respuesta hidrológica y del proceso geomorfológico de la Zona 1, forman las planicies de inundación que en algunos casos tienen efectos positivos para la fertilización de las tierras y otros casos tienen efectos destructivos sobre las áreas agrícolas y asentamientos humanos que se ubican en las llanuras de inundación.

Las llanuras aluviales, aledañas a los ríos y cauces, siempre han ofrecido ventajas para los asentamientos humanos y son propicias para la agricultura, dado que su proximidad a los ríos ofrecen facilidades de abastecimiento de agua, evacuación de efluentes y otras ventajas. Sin embargo, las llanuras aluviales también sirven para que por ellas pasen los flujos de agua que exceden la capacidad de conducción del cauce en épocas de avenidas, formándose las inundaciones fluviales naturales.

La propagación del flujo en las llanuras de inundación es compleja debido a las características hidráulicas de la planicie de inundación son distintas a las del cauce, se forman áreas muertas de almacenamiento, y el flujo de desbordamiento del cauce hacia la planicie de inundación y la propagación del flujo de agua sobre el mismo es aún un problema por resolver