Dinámica aluvial

Corrientes de agua y sus inundaciones

Hidrosistemas canalizados naturales que fluyen continuamente al menos durante una estación del año bajo la influencia de la gravedad

Los rios son ecosistemas vitales para las sociedades

Su acceso y uso deben ser regulados por los estados

CONTENIDO

ELEMENTOS

FUNCIONAMIENTO

PAISAJES Y GEOFORMAS ALUVIALES

Agentes y procesos:Transporte, erosión, depositación

Espacio, fluido, carga

Los paisajes torrencial-trenzadoLos paisajes riparios

PAISAJES ALUVIALES Y TIERRAS

Suelos, uso de la tierra

Roca Fluido

Mezclas de detritos y agua

Caídasvolcamientos

Desplazamiento de masas compactas

Flujos hiperconcentrados

Ríos

Dinámica de vertientesDinámica de canales

% sedimento/peso total

4090 70

Dinámica de canales

Flujos de vertienteInundaciones

Avalanchas

Ríos torrenciales

Corrientes naturales

Una masa acuosa natural, cargada de diversos materiales, que sedesplaza libremente por un cauce (abierto o subterráneo), debido a la acción de la gravedad.

Aunque solo el 0,001% del total del agua dulce fluye por los ríos, constituye una gran fuerza modeladora de geoformas sobre los continentes.

Total de agua del planeta aprox. 1,5 billones de km3

Ninguna civilización humana es posible sin fuentes de agua bebible durante largos periodos.

Concepto de canal y red de drenajeConcepto de canal y red de drenaje

Red de drenaje: conjunto interconectado de canales

Llanura inundable:Área de terreno ocupada por el agua durante el desborde del sistema de canales

Canal: espacio disponible para la circulación de un fluido

Cauce: lecho actual de un fluido

Cuenca de drenajeCuenca de drenaje

De hecho toda cuenca de drenaje ha sido creada por la erosión

La cuenca puede ser aérea, subterránea o una combinación de ambas

Espacio integrado por una red de canales y las laderas que le aportan sus aguas y otros materiales.

Q=AvQ=Av, donde , donde

�� A: A: áárea de la seccirea de la seccióón n transversaltransversal

�� V: Velocidad media V: Velocidad media del flujo en una del flujo en una secciseccióón transversal (A) n transversal (A) del flujo del flujo

Caudal o descargaCaudal o descargaCantidad de agua que pasa por una sección transversal del cauce en una

unidad de tiempo (lts/seg; m3/seg)

•• La energLa energíía se gasta en procesos de erosia se gasta en procesos de erosióón, transporte o n, transporte o depositacidepositacióónn tales tales

como:como:

–– Evacuar la masa de aguaEvacuar la masa de agua

–– Transportar los sedimentosTransportar los sedimentos

–– Vencer la fricciVencer la friccióón entre el agua y la atmn entre el agua y la atmóósfera, las paredes y el fondo del sfera, las paredes y el fondo del

canalcanal

–– Erosionar el canal, tanto las bancas como el fondoErosionar el canal, tanto las bancas como el fondo

–– En muchos casos solo el 5% de la energEn muchos casos solo el 5% de la energíía disponible puede utilizarse para a disponible puede utilizarse para

mover los sedimentos y excavar el canalmover los sedimentos y excavar el canal

EnergEnergíía o potencia de los cursos de a o potencia de los cursos de aguaagua

Mecánica de la corriente

La erosión y el transporte de carga por el agua pura es una función de su energía

cinética

Ek = mV2/2

m: masa del agua

V: velocidad de flujo

•• Velocidades promedias en condiciones de creciente varVelocidades promedias en condiciones de creciente varíían entre 2an entre 2--3 m/s3 m/s

•• En algunos rEn algunos ráápidos pueden alcanzar velocidades mayorespidos pueden alcanzar velocidades mayores

•• Se desconocen velocidades mayores a 9 m/sSe desconocen velocidades mayores a 9 m/s

Velocidad de los rVelocidad de los rííosos

DistribuciDistribucióón idealizada de la velocidad n idealizada de la velocidad en el canalen el canal

Chorley, et al, 1984, p. 282

•• La turbulencia es mLa turbulencia es mááxima en las orillas y en las cercanxima en las orillas y en las cercaníías del lecho del as del lecho del canal, donde la velocidad es menorcanal, donde la velocidad es menor

•• Se produce por efecto de obstrucciones, bloqueos e irregularidadSe produce por efecto de obstrucciones, bloqueos e irregularidades del es del lecho, que hacen lecho, que hacen divergerdiverger las llas lííneas de flujo alrededor del obstneas de flujo alrededor del obstááculo y asculo y asííformar remolinosformar remolinos

•• Los remolinos de movimiento rLos remolinos de movimiento ráápido tienden a ser erosivos e importantes pido tienden a ser erosivos e importantes para remover material detrpara remover material detrííticotico

TurbulenciaTurbulencia

La cargaLa carga

Concepto general de carga:Concepto general de carga:Corresponde a todo aquel material que es movido por cualquier Corresponde a todo aquel material que es movido por cualquier agente natural capaz de fluir: Un ragente natural capaz de fluir: Un ríío, un glaciar, el viento, etc.o, un glaciar, el viento, etc.

En el caso de un río, la carga es todo el material que es transportado por el fluido

Tipos de carga de acuerdo a su constitución

Entrada del Río Negro al Amazonas

Carga detrítica

Todo lo retenido por la membrana de 0,45 micrómetros

Carga química

todo aquello que atraviesa una membrana de 0,45 micrómetros: iones y moléculas

Tipos de carga de acuerdo a su constitución

Carga biológica: todo organismo acuático vivo

La carga viva convierte a los hidrosistemas en

ECOSISTEMAS ACUÁTICOS muy importantes y diversos, especialmente los humedales.

Carga biológica: todo organismo acuático vivo

Ecosistemas riparinos

Son biodiversos y prestan numerosos servicios ambientales

HUMEDALES

Son biodiversosPrestan numerososservicios ambientales

Tipos de carga de acuerdo a su constitución

Carga antrópica: basuras

Rio Ceron: fuente de agua para Yakarta-Indonesia

Tipos de carga de acuerdo a su Tipos de carga de acuerdo a su constituciconstitucióónn

Carga antrópica: Detergentes

Rio Medellin: espumas cerca a Barbosa

Carga de acuerdo al modo de transporte

En suspensión: partículas que viajan casi a la misma velocidad que el agua bajo condiciones normales (no durante una inundación): partículas menores o iguales que 0,35 mm. de diámetro

Carga de fondo: mayor que 0,35 mm.

Carga disuelta

iones y moléculas

Disuelta, en suspensión y de fondo

Carga De SedimentosCarga De Sedimentos

Río Tonusco. Santa Fe de Antioquia

Origen de la carga de sedimentos

La carga iónica es un subproducto de la alteración o la disolución

Aportes Aportes antrantróópicospicos: Basuras, escombros: Basuras, escombros

Aportes por actividad volcAportes por actividad volcáánicanica

Arenas hasta arcillas: generados por escorrentArenas hasta arcillas: generados por escorrentíía y erosia y erosióón superficialn superficial

Materiales tomados del lecho y bancas del canalMateriales tomados del lecho y bancas del canal

Cantos y gravas: movimientos de masa en las vertientesCantos y gravas: movimientos de masa en las vertientes

Carga De Fondo• Corresponde a los materiales gruesos transportados cerca o sobre el fondo del

lecho.

• Esta carga es transportada por rodamiento, por empuje o por saltación

• Corresponde a materiales de mayor tamaño que 0,35 mm.

La carga de fondo controla el modelado y las geoformas de los canales

Los cantos y las gravas se depositan temporalmente en el mismo lecho, en disposiciones diversas.

• Esta carga a medida que avanza “aguas abajo”

– Sufre modificaciones como desgaste, pulido, redondeamiento y

fragmentación, en general una reducción de tamaño.

– Puede haber selección por tamaño y densidad de las partículas

– Se forman los “cantos rodados”

La carga de fondo

El transporte de esta carga ocurre generalmente cuando hay crecientes, borrascas o avalanchas

• En regiones con meteorización física muy intensa se favorece la

producción abundante de fragmentos gruesos y por lo tanto el aporte de

carga de fondo a las corrientes de agua

• En áreas con meteorización química muy intensa se producen arcillas y

queda cuarzo como mineral resistente, por lo tanto el aporte de carga

“gruesa” o de fondo es muy limitada

La carga de fondo

• El tamaño mayor de partícula que una corriente puede llevar por tracción como carga de fondo

• Este tamaño máximo debe estar especificado para un flujo dado y en una sección transversal específica del canal

Depende del producto de la profundidad (espesor de la lamina de agua) y la gradiente

También es proporcional al cuadrado de la velocidad de flujo

Varia casi continuamente a lo largo del río

Competencia

La cantidad máxima de partículas de un tamaño dado que una corriente puede transportar por tracción como carga de fondo

Dado un suministro adecuado de material particulado a un lecho fluvial, la capacidad es función de la gradiente del canal, del caudal y del calibre de la carga.

Los sobre-tamaños tienden a bloquear el flujo y a incrementar la rugosidad, reduciendo así su capacidad.

Capacidad

Generalmente no es posible establecer estimaciones confiables.

Se ha estimado que la carga de fondo es el 10% de la carga en suspensión, pero no es generalizable.

La disponibilidad de la carga de fondo está determinada en gran parte por factores que no guardan relación con el caudal.

Resistencia de las rocas.

Tipos y tasas de la meteorización dominante.

Tipos de procesos de denudación dominante.

Tasa de transporte de la carga de fondo

La proporción

relativa entre la

cantidad de carga

de fondo erodada y

aquella depositada

localmente, es el

factor determinante

en los cambios de

la forma del canal

Carga de fondo y forma del canal

• Conocida como carga de “lavado.”

• Corresponde a partículas de tamaño muy fino, generalmente limos (entre 0.02 y 0,002mm y arcillas (<0.002mm).

Carga En Suspensión

Responsable del color café de los ríos en aguas altas e inundaciones

• Si la corriente es fuerte las partículas de arena pueden ser “levantadas del fondo del canal y removilizadas cortas distancias, en especies de saltos, mecanismo llamado “saltación”

• En periodos de flujos turbulentos (crecientes), algunas gravas pueden “viajar” en suspensión

• Se evalúa en mg/l

• La carga en suspensión es mayor cerca del piso del canal que en la superficie y mayor cerca de la banca del canal que en la mitad de este

Carga En Suspensión

•• Viajan suspendidas en el fluido debido a:Viajan suspendidas en el fluido debido a:

Turbulencia del fluidoTurbulencia del fluido

Por su peso especifico en relaciPor su peso especifico en relacióón a la densidad del n a la densidad del fluido, no se fluido, no se ““asientanasientan””A densidad muy alta del fluido, los materiales de mayor A densidad muy alta del fluido, los materiales de mayor peso pueden ir peso pueden ir ““suspendidossuspendidos””, caso de las coladas de , caso de las coladas de lodo, lahares y otros fluidos hiperdensoslodo, lahares y otros fluidos hiperdensos

Carga En SuspensiCarga En Suspensióónn

Corrientes muy fuertes y turbulentas pueden levantar y transportar arenas e incluso gravas pequeñas como carga suspendida.

Permanecerá en suspensión hasta que la corriente entre a un lago o al mar o a cubeta de decantación en una llanura aluvial durante una fase de aguas altas o de desborde.

Carga en suspensión

El limo y la arcilla provienen del regolito, las cuales son llevadas a las corrientes por la denudación de las vertientes y la erosión de las bancas del canal fluvial

Es responsable del color de las aguas en un evento de creciente (amarillento), durante lluvias muy intensas o bien cuando hay un aporte importante de sedimentos finos al río, caso de movimientos de masa de regolitos o actividad de minería de oro

Carga en suspensión

La cantidad de carga en suspensión que llega a una corriente depende de:

1- Intensidad de la escorrentía

2- Duración de la escorrentía

3- Disponibilidad de material finogranular no consolidado en las vertientes

4- Cobertura vegetal

Tasa de transporte de materiales en suspensión

Relación entre carga suspendida y caudal

Si ocurre un cambio en la cobertura vegetal o durante los periodos lluviosos, la carga suspendida se incrementa

Durante las inundaciones se alcanza la carga suspendida máxima.

Carga Disuelta: Ríos De Colores

Carga de metalesCarga de sustancias humicas

� Materiales iónicos producidos durante la meteorización o minería pueden

ser al río como carga disuelta a través del flujo sub-superficial o bien por

erosión superficial

� Moléculas orgánicas: producto de la actividad biológica

� Se mide en ppm o mg/l

� La tasa de transporte es ppm* l/seg

Carga Disuelta

Son los nutrientes que mantienen la vida en los ecosistemas acuáticos.

�� Iones y molIones y molééculas disueltas en el agua, son transportados hasta donde el culas disueltas en el agua, son transportados hasta donde el agua no pueda fluir y allagua no pueda fluir y allíí precipitan por evaporaciprecipitan por evaporacióón. Especialmente en n. Especialmente en zonas semizonas semiááridos las sales se acumulan en la superficie, despuridos las sales se acumulan en la superficie, despuéés de un s de un periodo hperiodo húúmedo.medo.

Carga Disuelta

Paisajes riparinos

Recto

Meandrico

Anastomosado

Trenzado

Morfología Del CanalDepende fundamentalmente del tipo

y cantidad de carga (de fondo vs

suspensión) y de la cantidad y

comportamiento estacional del

caudal.

Tipos de ríos según la carga

Ríos trenzadosRíos torrenciales Ríos normales

LA RELACIÓN ENTRE LA CARGA Y EL CAUDAL ES UN DETERMINATE MAYOR DEL ASPECTO Y COMPORTAMIENTO DE UN RÍO

carga>>caudal carga<<caudal

Ríos anastomosados

Mientras mas permanente sea el caudal, tendremos una mejor selección

de tamaño y organización espacial de la carga

La energía de un río se emplea en

Arranque y transporte

Evacuar la masa de agua

Transportar los sedimentos

Vencer la fricción entre el fluido y la atmósfera

Modificar las paredes y el fondo del canal

•• Proceso muy complejo, afectado por Proceso muy complejo, afectado por muchas variablesmuchas variables

•• En canales estables, En canales estables, LaneLane, 1955 , 1955 demostrdemostróó ::

•• QQssDD ∞∞ QQww S, donde S, donde

–– QQss: carga de sedimentos: carga de sedimentos

–– D: tamaD: tamañño de sedimentoso de sedimentos

–– QQww: caudal de agua : caudal de agua

–– S: pendiente del cauceS: pendiente del cauce

Transporte De SedimentosTransporte De Sedimentos

INCISAMIENTO VERTICAL: INCISAMIENTO VERTICAL: corresponde al proceso de encajamiento de corresponde al proceso de encajamiento de los canales aluviales que es facilitado cuando han sido removidolos canales aluviales que es facilitado cuando han sido removidos las s las arenas y gravas del lechoarenas y gravas del lecho

Erosión Fluvial

Arranque y transporte de los materiales realizado por las corrientes de agua

EXPANSIÓN LATERAL: Es la destrucción que se produce en

las bancas del canal

Exportación de la carga

CorrasiCorrasióónn: desgaste mec: desgaste mecáánico de las rocas por efecto de los materiales que nico de las rocas por efecto de los materiales que transporta la corriente.transporta la corriente.

EvorsiEvorsióónn: erosi: erosióón generada por los remolinos del agua.n generada por los remolinos del agua.

CorrosiCorrosióónn: erosi: erosióón qun quíímica por solucimica por solucióón.n.

ArrancamientoArrancamiento ((pluckingplucking): corresponde al proceso de remoci): corresponde al proceso de remocióón directa de n directa de fragmentos sueltos de un substrato rocoso muy fragmentos sueltos de un substrato rocoso muy diaclasadodiaclasado por la fuerza por la fuerza del impacto del agua.del impacto del agua.

Procesos de erosiProcesos de erosióón en el sustrato rocoso del canaln en el sustrato rocoso del canal

•• La La evorsievorsióónn opera muy lentamente en rocas resistentes a menos que la opera muy lentamente en rocas resistentes a menos que la corriente de agua transporte material abrasivo. Las rocas dcorriente de agua transporte material abrasivo. Las rocas déébiles, de biles, de baja cohesibaja cohesióón, pueden sufrir algn, pueden sufrir algúún desgasten desgaste

Modelados por vModelados por vóórtices o remolinos de agua en lechos rocosos:rtices o remolinos de agua en lechos rocosos:

EvorsiEvorsióónn

•• Remolinos estacionarios que movilizan o Remolinos estacionarios que movilizan o ““rotanrotan”” gravas, producen pequegravas, producen pequeññas as

oquedades, las cuales pueden alcanzar tamaoquedades, las cuales pueden alcanzar tamañños importantes (mos importantes (méétricos) y forman tricos) y forman

las marmitas o las marmitas o ““bateasbateas”” o Potholeso Potholes

•• Al interior de estas las gravas pierden tamaAl interior de estas las gravas pierden tamañño por friccio por friccióón n

Foto de Andrés Hurtado. Caño Cristales. Colombia

Evorsión: marmitas

ErosiErosióón fluvial lateraln fluvial lateralEs la erosión producida por el efecto del agua que fluye en contacto

directo con las paredes laterales del lecho fluvial

Ampliación lateral del lecho

Es muy efectiva en las bancas poco cohesivas que se encuentran por debajo del nivel de las aguas, produciendo un socavamiento.

También ocurre en paredes rocosas por avalanchas

Desplome de orillas por acción combinada del

socavamiento y de la gravedad

1. El socavamiento elimina o reduce el

soporte del pie de la banca

2. La banca al ser socavada, facilita el

volcamiento del material de las orillas

(llanuras de inundación o terrazas).

La vegetación de orillas no ofrece una protección efectiva al socavamiento

Acción combinada del socavamiento y de la

gravedad

El agua de las corrientes en contacto

directo con el pie de una ladera,

produce una presión positiva de

poros, o un socavamiento, lo cual

reduce la resistencia de la ladera

y facilita la generación de flujos y

deslizamientos

Socavamiento y deslizamientos a pie de ladera

�� Cambios en el nivel de base del rCambios en el nivel de base del rííoo�� En las regiones montaEn las regiones montaññosas, el osas, el

levantamiento tectlevantamiento tectóónico, incrementa la nico, incrementa la intensidad de la erosiintensidad de la erosióón fluvial n fluvial generando cagenerando caññones y gargantas ones y gargantas bastante profundasbastante profundas

�� Cambios en el nivel del mar: Cambios en el nivel del mar: glaciaciones, cambios glaciaciones, cambios eusteustááticosticos

�� Terrazas aluvialesTerrazas aluviales

EROSIÓN VERTICAL -Incisamiento

Cañón del Cauca. Arauca. Caldas. Luis Hernán González S.

El valle fluvial en V

Expresa un balance de eficiencias entre el trabajo de los ríos en el canal y de la gravedad sobre las vertientes.

Depositación

La energía del río puede ser insuficiente para movilizar un cierto tipo de carga y ocurre su depositación como sedimento

Los sedimentos dependiendo de su ubicación, tipo y cantidad pueden permanecer como tales o ser nuevamente removilizados por el fluido.

• Ocasionada por:

– Modificaciones en el caudal

• Obstrucciones – ramificaciones - desborde- filtraciones - uso humano- sequía

– Incremento en la cantidad de sedimentos

• Erosión en la cuenca – actividad volcánica- actividades humanas

– Perdida del gradiente longitudinal: canalizaciones

La perdida en la capacidad de transporte

Las barras tienen diferentes granulometrías de

material (arcillas a bloques) .

– Visibles o sumergidas.

– En sección longitudinal y transversal son

lenticulares.

• Tipos: laterales, puntuales, alternantes,

transversales, tributarias, mediales.

• Parte integral de la geometría hidráulica,

pueden ser efímeras y crecen en tamaño.

Sedimentación en el canal

Depositacion temporal de la carga en el propio canalFormación de barras

OrganalesOrganales

Riogrande. Don Matias, Antioquia. Foto Luis Hernán González S.

•• Estimula un proceso de Estimula un proceso de depositacidepositacióónn de las fracciones de tamade las fracciones de tamañño o moderadas (gravillas, arenas y limos), ademmoderadas (gravillas, arenas y limos), ademáás de fracciones mas s de fracciones mas pesadas, como el oro, los cuales entran a conformar pesadas, como el oro, los cuales entran a conformar ““la matrizla matriz”” en en los organales mlos organales máás evolucionados. Miners evolucionados. Mineríía de Organales.a de Organales.

•• Cuando el proceso alcanza un mayor avance, la corriente es forzaCuando el proceso alcanza un mayor avance, la corriente es forzada da a desplazarse lateralmente y reiniciar el proceso de diseccia desplazarse lateralmente y reiniciar el proceso de diseccióón vertical.n vertical.

Efecto Del Efecto Del organalorganal

Carga muy gruesa, acumulada en lóbulos torrenciales

Río Chamberi, Aranzazu, Depto. de Caldas

Sedimentación en las planicies aluviales

Ríos que se desbordan sobre las planicies de inundación, conducen a la depositación de la carga en suspensión

Las geoformas de la llanura

de inundación son creadas o

modificadas por la carga en

suspensión durante las

inundaciones

LAS INUNDACIONES

Las inundaciones crean 4 crisis en cadena

1. Una crisis de agua y de agua potable

2. Una crisis de la producción y de la infraestructura

3. Una crisis humanitaria 4. Una crisis de salubridad

Estratificación Aluvial

Durante cada inundación de la llanura, se deposita una nueva capa de sedimento y la llanura crece verticalmente

Sedimentos Aluviales Río Cauca

Via Santa Fe de Antioquia-Bolombolo. Hernán Gonzalez S.