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TEMA 6: El modelado fluvial. 1. Las aguas de escorrentía. ORIGEN DE LA ESCORRENTÍA 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 (modelo hortoniano). - Al volver a la superficie la escorrentía subsuperficial generada ladera arriba por infiltración (modelo de through flow) TIPOS DE ESCORRENTÍA La escorrentía comienza como escorrentía difusa, favoreciendo 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 todos cauces se transforma en escorrentía concentrada produciendo erosión lineal (regueros, gillies, cárcavas, barrancos). ENERGÍA LIGADA A LA ESCORRENTÍA - Energía potencial consecuencia del desnivel. - Energía cinética al ganar velocidad. - La energía de toda la cuenca fluvial se concentra en los caudales de agua y sedimentos que transportan los ríos. - Los ríos se convierten así en los agentes más dinámicos del paisaje, erosionando y transportando sedimentos. - Esta transferencia no se hace de forma inmediata, los sedimentos son desplazados en varios episodios en las que son transportados y nuevamente depositados. - La magnitud y frecuencia de estos episodios responde a las características propias de la cuenca y al clima de la zona. 2. Cauces fluviales y flujos hídricos. Hidráulica de cauces. VELOCIDAD El agua en un cauce está sujeta dos fuerzas: - La gravedad (cuya eficacia depende de la pendiente) - La fricción entre las moléculas del agua y entre éstas y los márgenes y fondo del cauce (que depende de su rugosidad y del radio hidráulico) - Según la conocida ecuación de Manning, la velocidad de un cauce puede expresarse como: V = R2/3 s1/2 /n - n es un coeficiente de fricción que depende de las irregularidades del cauce, del tamaño de las partículas y de la presencia de vegetación. CAUDAL Cantidad de agua (expresada como volumen) por unidad de tiempo:

Q= Av Ecuación de la continuidad: A1v1= A2v2 ENERGÍA: ECUACIÓN DE BERNOUILLI La energía total de una masa de agua en movimiento es la suma de: - Energía potencial (debida a la altitud respecto a un nivel de base de referencia) - Presión estática (debida a la altura de la columna de agua sobre un punto) - Presión dinámica (resultante de la energía cinética que posee el agua en movimiento). ENERGÍA DE LOS CAUCES - Buena parte de la energía en torno al 97%, se gasta por fricción. - Parte de la energía se utiliza en la erosión y transporte de materiales de lecho y cauce. - Los cambios de sección y rugosidad, así como los cambios en la dirección del flujo supone aumentos de la turbulencia que ocasionan erosión y pérdidas importantes de energía. TIPOS DE FLUJO: NÚMEROS DE REYNOLDS Y FROUDE Para caracterizar un flujo de agua se utilizan dos coeficientes conocidos como número de Reynolds y número de Froude: - Número de Reynolds: Re = hv/μ Si R 20000: flujo turbulento, entre ambos valores aparece una zona de transición. - Número de Froude: Fr= v/ √gh Si F1 rápido caracterizado por la presencia de remolinos. Por otra parte el flujo puede dividirse en: - permanente (dv/dt =0) o no permanente. - uniforme (dv/dx =0) o no uniforme. TIPOS DE CAUCE - Rectos - Meandriformes - Entrelazados (braided)

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. - Cuando la carga de sedimentos es mediana la relación anchura/profundidad está entre 10 y 40 la sinuosidad es baja con tendencia a la formación de varios canales (cauces entrelazados). - 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. Cauces rectos: - Cauce único - Índice de sinuosidad (Is = lc/lv) menor que 1,5. - Relación anchura profundidad entorno a 4. - Alta pendiente, energía y competencia suele generar sobreexcavación y encajamiento. - Carga en suspensión de fondo y mixta. Cauces meandriformes: - Por encima de determinado umbral de caudal, aparecen variaciones sistemáticas de velocidad dando lugar a tramos rápidos y lentos alternos. - Los tramos rápidos se caracterizan por una mayor erosión y dan lugar a pozas (pools), los rápidos presentan mayor sedimentación y producen bajíos (riffles). - En los bajíos la velocidad tiende a aumentar por el descenso de profundidad y en

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consecuencia de sección y radio hidráulico, desaparecen los finos. En el lado externo el meandro se eleva la superficie del agua, se produce sobre las pozas una considerable erosión lateral que alarga su sección transversa incrementando la sinuosidad. Aparecen corrientes de retorno en profundidad que depositan arena y gravas en la orilla convexa. El cauce es ahondado hacia el lado externo de la curva, especialmente en la parte situada aguas abajo. Estos procesos dan lugar a una migración del cauce hacia su margen externa, aumenta la sinuosidad hasta formarse lóbulos muy marcados. Pudiendo aparecer meandros abandonados (ox bow) por estrangulamiento (cut off) en llanos de inundación con predominio de arcilla y limo o acortamiento (chute off) allí donde predominan arena y grava.

Meandros encajados: Otro tipo de meandros se producen por excavado profundo e incisión en el substrato rocoso aprovechando la debilidad estructural y tectónica. Son los meandros encajados caracterizados por una mayor simetría. Cauce de tipo entrelazado: - Los cauces entrelazados (braided) presentan islas y barras que fuerzan al flujo a separarse en varios canales. - La aparición de este tipo de cauce tiende a disminuir la velocidad debido a la fuerte reducción del radio hidráulico. - Suelen ser menos escasos que los meandros. Factores que favorecen la formación de un cauce entrelazado: - Pendiente muy pronunciada. - Gran carga de sedimentos y caudales muy fluctuantes. - En estas condiciones son frecuentes las deposiciones de gran cantidad de sedimentos gruesos en forma de barras que dividen el flujo. - Estas barras se erosionan por la cara aguas arriba y reciben, aguas abajo, nuevos aportes, por lo que su desplazamiento es constante. - En un cauce con una elevada pendiente y energía que debe transportar una gran cantidad de carga de fondo, puede ser más eficiente maximizar la fricción en el lecho. 3. Erosión y transporte de sedimentos. EROSIÓN EN 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

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turbulencia del agua, cuando esta disminuye los materiales en suspensión se depositan de 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. - Rodadura - Deslizamiento.

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. - Competencia, peso o diámetro de los clastos más gruesos. Ambas dependen de tres factores fundamentales: - Calibre del material - Turbulencia, especialmente en relación con la competencia. - Velocidad de la corriente, la capacidad es proporcional al cubo de 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 del 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 y 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. Modelo de la balanza de Lane: este perfil de equilibrio suele representarse mediante el modelo de la balanza de Lane (1955)

4. Depósitos sedimentarios de origen fluvial. 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.

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En tramos rectos, gravas 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 meandro (point bars), los bloques se concentran en los bajíos (riffles). Cuando aparece un obstáculo en el cauce, es habitual la formación de barras de arena que generan una cola aguas abajo 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 característica de los cauces en zonas bajas.

MICROFORMAS DEL LECHO - Ripples aparecen en cauces de moderado caudal con sedimentos de grano fino. Son asimétricos, migran aguas abajo y no interactúan con la superficie del agua. - Dunas, características de ríos arenosos con FR...