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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.
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