IAHR CIC

XX SEMINARIO NACIONAL DE HIDRULICA E HIDROLOGÍA

BARRANQUILLA, COLOMBIA, 8 AL 10 DE AGOSTO DE 2012

Geología, Geomorfología y Dinámica Fluvial Aplicada a Hidráulica de

Ríos

Germán Vargas Cuervo1

Profesor Universidad Nacional de Colombia

RESUMEN

Los estudios de geología y geomorfología aplicados al diseño de obras civiles, navegabilidad de

ríos y la mitigación de amenazas por erosión e inundaciones, se orientan principalmente hacia el

conocimiento del comportamiento dinámico del cauce, en el espacio y el tiempo. Estos estudios son

particularmente específicos y difieren de los estudios convencionales. El objetivo de este trabajo es

mostrar diferentes metodologías aplicables a ríos con ejemplos de múltiples estudios realizados en

los ríos Magdalena, Cauca y Sinú por el autor con la Universidad del Norte-IDEHA y LEHF, para

entidades públicas y privadas como Cormagdalena, alcaldías municipales CARs, etc.

Las escalas de estudio de estos componentes incluyen desde un análisis regional (1:100.000) a

estudios detallados a escala mayores a 1:25000. La base de estos trabajos contempla la compilación

y el análisis de la información existente, la adquisición, procesamiento e interpretación de imágenes

de satélite de diferente resolución espacial y espectral así como un registro de por lo menos 30 años

y el control y los levantamientos de campo.

La geología particularmente con énfasis del cuaternario, se orienta hacia la caracterización

litológica, estructural, textural de los materiales del lecho del cauce y sus orillas con el objeto de

valorar su resistencia relativa a los procesos erosivos.

La geomorfología se orienta hacia la caracterización de las formas asociadas al cauce desde su

génesis u origen, generalmente se incluyen formas de origen fluvial y fluvio lacustres asociadas al

lecho del río con unidades como: cauce activo, lecho mayor separando las vegas de divagación

reciente y subrecientes, diques aluviales, terrazas aluviales, islas fluviales, barras de arena,

rompederos, etc. Formas de origen fluvio lacustre incluyen formas como cuerpos de agua de

ciénagas y/o lagunas, cubetas de inundación de cuerpos de agua, llanuras de inundación recientes y

subrecientes, promontorios, etc. Sobre zonas de orillas comúnmente se incluyen lechos rocosos,

planicies aluviales, colinas denudadas y relieves estructurales.

La dinámica fluvial se realiza sobre la base de los cambios de las orillas de los cauces activos con

un registro mínimo de 30 años. Con base en estas variaciones se determina movilidad y estabilidad

del cauce estableciendo diferentes categorías o zonas. También se determinan las zonas o áreas de

estabilidad del cauce y de islas fluviales. Igualmente se establece la dinámica de cuerpos de agua

como lagunas y ciénagas para periodos de aguas bajas, medias y altas, que sirve para el análisis de

la susceptibilidad a las inundaciones en conjunto con la caracterización geomorfológica.

PALABRAS CLAVES

Ríos, geología, geomorfología, dinámica fluvial, sensores remotos, Río Magdalena, Río Cauca, Río

Sinú.

GEOLOGÍA FLUVIAL

1 Germán Vargas Cuervo, Geólogo, MsC, PhD, Grupo de investigación Geotecnologías, Email gvargasc@unal.edu.co,

gervarcu@gmail.com, tel. 3123400328, 3012369906.

La geología fuvial esta determinada por la composición litológica del lecho del cauce y sus orillas y

las estructuras geológicas que influyen en este.

La orientación cartográfica de las unidades geológicas aplicables a ríos son las unidades litológicas

de cocas consolidadas (rocas ígneas, rocas sedimentarias y rocas metamórficas), de los depósitos

cuaternarios (aluvial o fluvial, lacustre, coluvial, eólicos, etc.) y los sedimentos activos recientes o

actuales entorno al lecho activo (arcillas, limos, arenas, conglomerados). El uso de mapas

estratigráficos para estudios de ríos son informativos principalmente para las unidades rocosas, ya

que la geología del cuaternario es muy poco discriminante dada la escala común de estos mapas

(1:100.000).

La litología asociada a los cauces en porcentaje, tipo y composición de rocas, depósitos

inconsolidados y sedimentos varía de la posición morfológica, fisiográfica e hidrográfica del cauce

como: cauces o grandes ríos interandinos (Magdalena, Cauca), cauces de cordillera, cauces de

altiplanos, cauces de piedemonte, cauces de llanuras, etc. Igualmente por su posición hidrográfica

en cuenca alta, media o baja.

Para estudios geológicos de zonas fluviales es importante tener conocimiento de la geomorfología

del cauce y sus orillas dado que la composición de los materiales cuaternarios está generalmente

asociados a las geoformas. Algunos ejemplos de litologías de depósitos asociados a cauces en

cuencas bajas son:

Lechos rocosos. La presencia de materiales rocosos sobre el lecho activo del río o las orillas del

lecho mayor representan generalmente zonas con morfologías y procesos dinámicos particulares del

cauce del río. El río en estas zonas es poco sinuoso a rectilíneo, de muy baja movilidad, alta

estabilidad del cauce activo y de mayor profundidad. En zonas de cuencas bajas la presencia de

material rocoso sobre el cauce produce cambios importantes en la morfología y el comportamiento

hidrológico del rio aguas abajo.

Figura 1. Ejemplo de cauce del río Cauca controlado por la geología rocosa del sector, tanto

litológica como estructuralmente. Nótese el cambio brusco del río de la dirección WE a NS y la

forma escalonada por fallamiento.

Depósitos aluviales de lechos activos. Generalmente estos lechos activos discurren sobre un canal

del lecho mayor en donde los materiales litológicos están compuestos por conglomerados (cuando

existe una fuente rocosa en cercanía), arenas, limos y arcillas. Estos materiales son generalmente de

baja consistencia o compactación que le permite al cauce activo removerlos y depositarlos con

facilidad para su equilibrio dinámico. Sobre estas zonas se distinguen por su granulometría y

compactación materiales asociados al cauce activo, islas fluviales, vegas de divagación recientes y

subrecientes. Figura 2.

Figura 2. Ejemplo de materiales de lechos activos fácilmente removibles. La imagen muestra en

negro el límite del lecho mayor del río.

Depósitos de diques aluviales. Los diques aluviales en zonas de cuencas bajas con presencia de

zonas de amortiguamiento de ciénagas se componen principalmente de material arcilloso y limoso.

Depósitos fluvio lacustres. Los depósitos fluvio lacustres se presentan en las cubetas de inundación,

llanuras de inundación de las ciénagas y se componen principalmente de materiales arcillo limosos

ricos en materia orgánica de consistencia muy plástica.

RESISTENCIA DE LOS MATERIARES A LA EROSIÓN FLUVIAL

Los materiales litológicos ya sea en rocas, depósitos inconsolidados o sedimentos activos presentan

una resistencia relativa a la erosión fluvial. Estos materiales repercuten en la dinámica fluvial la

movilidad y la estabilidad del cauce.

Teniendo en cuenta la geología (litología) y geomorfología del cauce se realiza la zonificación de la

resistencia relativa de los materiales. Algunos ejemplos de materiales y geoformas se presentan en

la tabla 1 y figura 3.

GEOMORFOLOGÍA

La morfología de cauces fluviales en cuencas bajas presenta una gran variedad de formas desde su

génesis. Geoformas de origen aluvial se relacionan a: deltas, lecho mayor, cauce activo, islas

fluviales, barras de arena, vegas de divagación reciente, diques aluviales, vegas de divagación

subreciente, lagunas fluviales, terrazas aluviales, paleocauces, planicies aluviales.

El delta fluvial (F_df), corresponde a la terminación de un cauce en una zona marina u otro cauce.

Se caracterizan por su magnitud, extensión, forma y rasgos morfológicos existentes dentro de estos

y su evolución en el espacio y el tiempo. Figura 4.

Tabla 1. Ejemplos de resistencia relativa de algunos materiales litológicos a la erosión fluvial

CLASE DE

MATERIAL

LITOLÓGICO

TIPO DE

MATERIAL GEOMORFOLOGÍA

RESISTENCIA A LA

EROSIÓN

SIMBOLO DESCRIPCIÓN

Rocas cristalinas

Rocas ígneas

(granitos, riolitas,

granodioritas, gabros,

basaltos, etc.) y rocas

metamórficas (neises,

esquistos, filitas,

cuarcitas, etc.)

Colinas, cerros y

cadenas montañosas

denudacionales y

estructurales

RMA Resistencia muy

alta

Rocas

sedimentarias

Rocas sedimentarias

químicas y detríticas

con cemento (cherts,

cuarzoarenitas,

calizas, etc.

Colinas, cerros

residuales y/o en

cadenas montañosas

denudacionales y

estructurales

Rocas

piroclásticas y

rocas

sedimentarias

detríticas

Cenizas, tobas y

aglomerados

piroclásticos y rocas

sedimentarias

detríticos o clásticas

(conglomerados,

areniscas, limolitas y

arcillolitas no

cementadas)

Escarpes, terrazas,

colinas, cerros

residuales y/o en

cadenas montañosas

denudacionales y

estructurales

RA Resistencia alta

Depósitos

inconsolidados de

origen aluvial

Conglomerados,

arenas, limos y/o

arcillas

Terrazas aluviales,

planicies aluviales,

diques aluviales RM

Resistencia

media

Depósitos

inconsolidados de

origen fluvio

lacustre

Arcillas, limos y

lodos orgánicos

Llanuras de inundación

recientes y

subrecientes, cubetas

de ciénagas, manglares,

marismas, etc.

RMB Resistencia

media baja

Depósitos

aluviales

Subrecientes

Arenas y limos con

niveles de

conglomerados

moderadamente

compactos

Vegas de divagación

subrecientes, islas

fluviales subrecientes

y terrazas bajas

RMB Resistencia baja

Depósitos

aluviales de canal

activo

Arenas, limos y

gravas

Barras de arena, Islas

fluviales recientes,

playas, lechos activos,

vegas de divagación

recientes

RMB Resistencia muy

baja

Figura 3. Ejemplo de mapa de resistencia relativa de los materiales a la erosión fluvial

Figura 4. Vista en una imagen de satélite Landsat el Delta del río Magdalena.

El lecho o cauce mayor (Fcm_lm). Es de los rasgos geomorfológicos más importantes a definir en

un estudio hidrológico e hidráulico de un cauce. Es la zona o corredor por donde el río puede

divagar en un momento dado. Presenta en su interior varias geoformas como el cauce activo, islas,

barras de arena, vegas de divagación, diques, etc. Sus formas amplitudes y extensiones son muy

diversas aún dentro de la misma cuenca, por lo cual es importante también de caracterizarlo

teniendo en cuanta aspectos como: forma, ancho, forma y ancho del cauce activo (rectilíneo,

sinuoso, etc.), posición geográfica del cauce activo, presencia de islas fluviales y barras de arena,

etc. Figura 5.

Figura 5. Vista en una imagen RapidEye del lecho mayor (limite amarillo) cauce activo del río

(cian), islas fluviales y vegas de divagación del río Cauca en el sector de Caucasia.

El cauce activo (Fcm_ca). Representa el área o zona por donde discurre el cauce en un momento

dado y es muy dinámico en las cuencas bajas. Su ancho y forma varía y contiene islas fluviales y

barras de arena.

Las Vegas de divagación (Fcm_vd). Se presentan en el lecho mayor del río y registran en su

morfología rasgos muy particulares de líneas, canales y escarpes por la divagación del cauce en un

momento dado. Son comunes en estas zonas niveles de terrazas, meandros abandonados, lagunas

fluviales, etc. Se pueden separar por su edad relativa en recientes y subrecientes.

Diques fluviales (Fcm_df). Se caracterizan por presentarse el límite del lecho o cauce mayor

siguiendo su cauce, son de forma estrecha y alargada y en cuencas bajas son generalmente de

composición arcillosa. Figura 6.

Figura 6. Vista en una imagen Landsat de un dique aluvial sobre el río Magdalena.

Las llanuras de inundación (Fl_ll). De origen mixto fluvio lacustre se presentan fuera del lecho

mayor del río con la presencia de ciénagas y lagunas. Representan la zona de amortiguamiento de

inundaciones del cauce del río en épocas de aguas altas. Figura 7.

Figura 7. Llanuras de inundación (Fl_ll1 y ll2) del río Magdalena. Nótese su separación del cauce

por un dique aluvial (Fcm_da)) entre el río y la ciénaga (Cg).

DINÁMICA FLUVIAL

La dinámica de un cauce esta determinada por las variaciones del cauce activo dentro de su lecho

mayor, la movilidad y estabilidad del cauce y la presencia de islas fluviales. Los estudios de

dinámica fluvial esta soportados por los registros cartográficos, fotográficos y satelitales del cauce

del río en un periodo de tiempo de por los menos 30 años. Para ello se constituye un sistema

georeferenciado de mapas, fotografías aéreas e imágenes de satélite y se interpretan las orillas del

cauce activo. Figura 8.

Teniendo la dinámica de orillas se zonifica la movilidad y estabilidad del cauce, mediante el

establecimiento de una escala definida por los parámetros de movilidad máxima y mínima del

cauce. En sectores en donde las orillas se cruzan se define como zona de inestabilidad del cauce.

Figura 9.

ROMPEDEROS Y DESBORDES

En periodos de variabilidad climática extrema (NIÑA), los cauces de los ríos presentan procesos de

rompederos, desbordes e inundaciones que generalmente producen impactos sobre bienes (cultivos)

poblaciones ribereñas, y obras civiles como vías, oleoductos, gasoductos, etc.

Rompederos. También conocidos como chorros, son producto de rompimientos de diques aluviales

u orillas en el lecho mayor que limitas zonas con depresiones morfológicas o de menor altitud que

el cauce del río. Pueden ser de orden local o semiregional dependiendo de la magnitud de ruptura, la

morfología del terreno, la composición y resistencia de los materiales de las orillas y las

características hidrológicas de niveles y caudales del río. Figura 10.

Desbordes. Los desbordes ocurren cuando el nivel de agua del cauce activo sobrepasa la altura

máxima de las orillas, generando inundaciones de carácter local o semiregional. Figura 11.

Figura 8. Ejemplo de cambios de cauce activo y dinámica de orillas. Río Sinú, Tierraalta, Córdoba.

Figura 9. Ejemplo de zonificación de la movilidad y estabilidad del cauce en dos periodos de

tiempo diferentes. Río Sinú, Colombia.

Figura 10. Vista de un rompedero en el sector de Nuevo Mundo, río Cauca. Nótese la morfología y

el abanico de sedimentos y agua que vierte sobre éste.

Figura 11. Ejemplo de desborde del río Magdalena en el sector de la vía Palermo Sitio Nuevo.

EROSIÓN Y SEDIMENTACIÓN

Los ríos en sus procesos naturales erosionan transportan y depositan material dentro del lecho

mayor y sus orillas. Estos procesos varían de acuerdo a la dinámica del río y los periodos climáticos

normales y de variabilidad climática (NIÑO, NIÑA). El análisis de estos procesos se establece

sobre dos condiciones requeridas de acuerdo a los objetivos de los estudios, comúnmente se busca

la relación de una línea base normal del cauce del río y otra de referencia por contemporaneidad o

valoración de un comportamiento extremo. Figura 12.

Figura 12. Ejemplo de zonificación de procesos de erosión y sedimentación fluvial. Sector

Guaranda, Río Cauca

CONCLUSIONES

Los estudios hidráulicos e hidrológicos de cauces de ríos para navegabilidad, estabilidad de obras

civiles, mitigación de amenazas, etc. Requieren de un conocimiento geológico, geomorfológico y de

dinámica fluvial para determinar su comportamiento natural y así poder establecer medidas y

programas de uso sostenible.

Una de las mayores dificultades en la ejecución de obras civiles, dragados, etc., en lechos fluviales

es que se asume el cauce del río como su lecho activo o actual y no como un lecho mayor con un

conjunto de procesos naturales produciendo impactos mayores en el mediano y largo plazo.

AGRADECIMIENTOS

El autor agradece a la Universidad del Norte – IDEHA por invitarme participar en varios estudios

de ríos como el Magdalena, Sinú, Cauca y Meta adquiriendo un gran conocimiento y experiencia en

este tema tan apasionante. Igualmente desde el habito académico por permitir su divulgación

científica.

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