Carga, capacidad y competencia de una corriente fluvial

El Modelado Fluvial.

El agua de precipitación se convierte en agua de escorrentía cuando:

La intensidad de la lluvia supera la capacidad de infiltración del suelo o Al saturarse este y no admitir más agua (modelado hortoniano); Al volver a la superficie la escorrentía subsuperficial generada ladera arriba por infiltración (modelado de through flow).

Tipos de escorrentía:

La escorrentía comienza como escorrentía difusa, favorecida por la forma recta o convexa de las laderas dando lugar a erosión laminar.
Debido a la rugosidad o al alcanzarse sectores cóncavos y sobre todo cauces se transforma en escorrentía concentrada produciendo erosión lineal (regueros, cárcavas, barrancos).

La energía de toda la cuenca fluvial se concentra en los caudales de agua y sedimentos que transportan los ríos.La magnitud y frecuencia de estos episodios responde a las carácterísticas propias de la cuenca y al clima de la zona.

Cauces fluviales y flujos hídricos

Velocidad:

El agua en un cauce está sujeta a dos fuerzas:

La gravedad (cuya eficacia depende de la pendiente) La fricción entre las moléculas del agua y entre estas y los márgenes y fondo del cauce (que depende de su rugosidad y del radio hidráulico).

Caudal: cantidad de agua (expresada como volumen) por unidad de tiempo.

Energía de los cauces:

Buena parte de esta energía (en torno al 97%) se gasta por fricción. Los cambios de sección y rugosidad, así como los cambios en la dirección del flujo suponen aumentos de la turbulencia que ocasionan erosión y pérdidas importantes de energía.

Tipos de flujos: Números de Reynolds y Froude.

Para caracterizar un flujo de agua se utilizan dos coeficientes conocidos como número de Reynolds y número de Froude.

Tipos de cauces:

Rectos.

Condiciones de formación de los diferentes tipos de cauces:

Si la carga es baja, el cauce es estrecho y profundo (relación anchura-profundidad menor de 10). Dependiendo de la pendiente será recto o sinuoso.

Si la carga sedimentaria es muy importante, aparecen cauces entrelazados con múltiples barras e islas.

La influencia de afluentes por la introducción de cargas sedimentarias de diferente tipo, puede también modificar el tipo de canal.

Carácterísticas de los cauces rectos:

Cauce único.

Formación de cauces meandriformes:

Por encima de determinado umbral de caudal, aparecen variaciones sistemáticas de velocidad dando lugar a tramos rápidos y lentos alternos. Los tramos se caracterizan por una mayor erosión y dan lugar a pozas, los rápidos presentan mayor sedimentación y producen bajíos.

Aparecen corrientes en profundidad que depositan arena y gravas en la orilla convexa.

Estos procesos dan lugar a una migración del cauce hacia su margen externa, aumenta la sinuosidad hasta formarse lóbulos muy marcados.

Son los meandros encajados caracterizados por una mayor simetría.

Cauces de tipo entrelazado (braided):

Los cauces entrelazados presentan islas y barras que fuerzan el flujo a separarse en varios canales.

Erosión y transporte de sedimentos

Erosión por cauces rocosos:

Abrasión mecánica (corrasión)

Abrasión con elementos gruesos: Pilancones

Meteorización química (corrosión)

Cavitación

Transporte:

Disolución química (iones), al superarse la solubilidad precipitan.

Suspensión de partículas finas (arcillas, limos y coloides) en movimiento por la turbulencia del agua, cuando esta disminuye los materiales en suspensión se depositan d manera ordenada, en primer lugar los más gruesos.

Como carga de fondo por:

Saltación de materiales de calibre intermedio levantados por la turbulencia o el golpeteo de otros materiales.

Capacidad y Competencia de Transporte:

La capacidad de transporte de un cauce se define por dos conceptos:

Capacidad que es la carga total (en unidades de masa) que puede transportar el río.
Velocidad de la corriente, la capacidad es proporcional al cubo de la velocidad.

Tipos de carga y tipos de flujo:

La carga en suspensión se transporta de forma más eficiente en cauces estrechos y profundos (radio hidráulico elevado) de alta turbulencia.

La carga de fondo requiere cauces anchos y poco profundos en los que toda la energía de flujo hídrico se pone en contacto con el material de lecho.

Consecuencias del transporte:

Durante el proceso de transporte, las diversas partículas experimentan un continuo golpeteo y roce que las desgasta adquiriendo formas redondeadas.

El transporte provoca la clasificación de los granos según distintos tamaños.

Un sedimento maduro, indicativo de un transporte prolongado, se caracteriza por tanto por granos redondeados u uniformidad en los tamaños.

Perfil de equilibrio:

Los procesos de erosión, transporte y sedimentación tienden a modificar la pendiente del cauce hasta alcanzar un perfil de equilibrio que proporciona la energía mínima para transportar la carga sin producir erosión o sedimentación.

Depósitos de cauce:

La dinámica fluvial y la deposición de sedimentos originan una gran variedad de estructuras sedimentarias y formas dependientes de la interrelación entre velocidad de flujo y tamaño de las partículas.

En tramos rectos, grabas y bloques tienden a situarse en el eje de mayor profundidad del cauce donde la velocidad es también mayor.

En tramos curvos los materiales gruesos se depositan en la orilla externa y los finos se depositan en el margen convexo formando barras de meandros (point bars), los bloques se concentran en los bajíos (rifles).

Cuando aparece un obstáculo en el cauce, es habitual la formación de barras de arena que generan una cola de aguas debajo del mismo.

En ocasiones un río puede recibir derrubios gruesos de sus tributarios que se depositan formando barras largas y más o menos estrechas de arenas y gravas dando lugar a cauces de tipo trenzado.

La deposición de fondo en el canal principal es más rápida que en el lecho de inundación lo que justifica la convexidad carácterística de los cauces en zonas bajas.

Microformas del lecho:

Ripples, aparecen en cauces de moderado caudal con sedimentos de grano fino. Son aritméticos, migran aguas abajo y no interactúan con la superficie de agua.

Dunas, carácterísticas de los ríos arenosos con Fr < 1,="" aunque="" pueden="" aparecer="" en="" ríos="" con="" grabas,="" suelen="" ser="" asimétricas="" y="" migran="" agua="" abajo.="" el="" flujo="" se="" acelera="" en="" las="">

Antidunas, aparecen en cauces con Fr elevado tanto arenosos como grabas. Migran aguas arriba y son simétricas, interactúan con la lámina de agua, de forma que una sucesión de olas simétricas suele indicar la presencia de antidunas.

Depósitos de llano de inundación:

Los cauces aluviales se desarrollan sobre material fácilmente erosionable temporalmente detenido en su viaje hacia el mar, márgenes y lecho cambian con facilidad.

Un análisis magnitud-frecuencia de caudales revela la existencia de crecidas que desbordan sobre el lecho de inundación generando capas de grano fino (limo y arcilla) con abundante contenido orgánico denominadas depósitos de llanura de inundación.
Pueden alcanzar más de 5 metros por encima del nivel de la llanura de inundación.

A intervalos regulares aparecen grietas (crevasses) por las que se derrama el agua al subir el nivel del río desplazándose varios kilómetros antes de regresar al cauce principal.

Estos derramamientos producen, en zonas cóncavas donde se reduce la velocidad de flujo, depósitos de arena en forma de lentejones (sandsplays).

Formación de terrazas:

Se originan por alternancias en el régimen (erosivo-sedimentario) predominante:

Terrazas climáticas o mixtas eustático-climáticas en los tramos medios de los ríos.

Terrazas eustáticas carácterísticas de los tramos bajos.

Localmente puede aparecer:

Terrazas tectónicas (por levantamientos y hundimientos).

Terrazas fluvioglaciares en los tramos altos de los ríos debido a los aportes de agua y materiales sólidos de un sistema glaciar.

Tipos de delta en función del flujo:

Flujo homopicnico, se produce una mezcla casi instantánea de aguas y una sedimentación rápida.

Flujo hiperpicnico, el agua del río se hundirá sin mezclarse y los sedimentos pueden adentrarse de forma considerable en el cuerpo de agua.

Flujo hipopicnico, las aguas fluviales permanecen flotando y se prod