Adaptado de Ana Cecilia Arbeláez. ez Arboleda I.C.. Magíster Aprovechamiento de Recursos Hidráulicos. María a Elvira Guevara Alvarez

Transcripción

1 MORFOLOGÍA A FLUVIAL Adaptado de Ana Cecilia Arbeláez ez Arboleda I.C.. Magíster Aprovechamiento de Recursos Hidráulicos María a Elvira Guevara Alvarez I. C. M Sc Ingeniería a Civil CURSO DE OBRAS DE CONTROL FLUVIAL Universidad del Cauca, 2003

2 Cortesía: Ing. Ana C. Arbeláez.

3 CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA CORRIENTE PATRÓN DE ALINEAMIENTO DEL CANAL EN PLANTA PERFIL ALTIMETRICO DE LA CORRIENTE SECCIÓN N TRANSVERSAL

4 PATRON DE ALINEAMIENTO DEL CANAL EN PLANTA Trenzado Recto Serpenteado

5 SINUOSIDAD Relación n entre la longitud del río r o (l)( ) y la longitud del valle (L)( (Rosgen,, 1996). P = l/l

6 Trenzado Múltiples canales de flujo Barras e islas intermedias Difícil medir la sinuosidads Pendiente usualmente alta Sección n transversal ancha Material del lecho: grava Cortesía: Ing. Ana C. Arbeláez

7 Recto Sinuosidad < 1.5 Escasos, usualmente en tramos cortos (excepto fallas geológicas) gicas) Thalweg presenta sinuosidad Cortesía: Ing. Ana C. Arbeláez.

8 Serpenteado o meándrico Sucesión de curvas unidas por tramos rectos Sinuosidad > 1.5 Valles amplios Pendientes bajas Material transportado: arena Cortesía: Ing. Ana C. Arbeláez.

9 PERFIL ALTIMETRICO DE LA CORRIENTE La pendiente está relacionada, en cada punto, con las características del material del lecho Permite identificar posibles controles estructurales lecho rocoso Desprendimiento de laderas grandes piedras mas de 2m grandes piedras gravas gravas y cantos arena, limo y arcilla

10 Cortesía: Bernardo Pulgarín

11 CASCADAS Cortesía: Ing. Liliam Posada.

12 SALTOS Y POZOS Cortesía: Ing. Liliam Posada.

13 ESCALONES Y POZOS Cortesía: Ing. Liliam Posada.

14 Cortesía: Ing. Liliam Posada.

15 Pozos y cruces HEC-20, 1991.

16 MÁXIMA VELOCIDAD Y TURBULENCIA Distribución de la velocidad Sitios de máxima turbulencia Cortesía Bernardo Pulgarín

17 Barras media y punta Cortesía: Ing. Jorge Molina R.

18 Barras media y punta Cortesía: Ing. Liliam Posada.

19 Formas del lecho en cauces aluviales Cortesía: Ing. Liliam Posada.

20 El lecho de los canales aluviales no es una frontera rígida. r Se caracteriza por formaciones (acumulaciones) que varían an en tamaño, disposición n y localización n con los cambios de flujo, temperatura, carga de sedimentos, tamaño o característico del material del lecho, etc. Las configuraciones del lecho se definen como todas las irregularidades más m s grandes que el tamaño o mayor de las partículas que conforman el lecho de los canales aluviales y ofrecen la mayor resistencia al flujo que caracteriza estos canales. Los cambios en las formas del lecho resultan de la interacción n entre el flujo, el fluido y el material del lecho; a su vez, esas configuraciones influyen en los parámetros del flujo como la profundidad, la velocidad, la rugosidad, el transporte de sedimento, etc.

21 Formas del lecho según n el régimen de flujo Régimen bajo, Régimen de transición y Régimen alto Cortesía: Ing. Liliam Posada. Régimen Bajo Fr < 1 Flujo Subcrítico τo, V Bajos Lecho plano sin movimiento Rizos Rizos superpuestos con dunas Dunas

22 Formas del lecho según n el régimen r de flujo Régimen de Transición Flujo cercano al crítico Régimen Alto τ o, o, V Altos Fr > 1 Flujo Supercrítico Cortesía: Ing. Liliam Posada. - Lecho plano con movimiento de material - Antidunas violentas - Antidunas estacionarias - Rápidos y Pozos

23 Predicción n de las formas del lecho Diagrama de Simons y Richardson Cortesía: Ing. Liliam Posada.

24 SECCIÓN TRANSVERSAL Los canales están n en un continuo estado de ajuste de la forma de su sección n transversal la que depende de la interrelación de 8 variables: Caudal Q Ancho B Profundidad h Velocidad V Pendiente S Rugosidad del material del lecho n Tamaño o de la carga de sedimento D Volumen de sedimento transportado

25 Forma de la sección n transversal La forma se debe al balance entre la fuerza del agua y la resistencia del lecho y de los materiales de las bancas.

26 INTERRALACIÓN N ENTRE LAS VARIABLES

27 CAUDAL FORMADOR O DE BANCA LLENA Descarga que justo llena el canal, sin presentarse desbordamiento hacia la planicie (Rosgen,, 1996) Define las características morfológicas del canal tales como barras, meandros y curvas El caudal frecuente de banca llena forma la sección n transversal.

28 Frecuencia del caudal a banca b llena 1.58 años (Dury 1973, 1976, Riley 1976) Entre 1 y 2 años a con un valor promedio de 1.5 años a (Dunne & Leopold, 1978). Zonas áridas hasta de 25 años a de recurrencia. En ríos r británicos alcanza frecuencias entre 0.5 y 2.0 veces por año a Entre 1.02 y 2.69 años (Woodyer 1968) Entre 1.01 y 32 años (Williams 1978) Entre 1.18 y 3.26 años (Andrews 1980) Entre 1.0 y 10 años (USACE 1994) Estudios con 29 corrientes en la zona andina antioqueña indican que TR=1.3 aprox,, (Mejia( Mejia,, G 2002) Cortesía: Ing. Ana C. Arbeláez.

29 Schumm. Gracia S., J. y Maza A. J. A. (1997)

30 Cortesía: Ing. Ana C. Arbeláez.

31 Indicadores de nivel de banca llena Nivel del agua en la sección n está a punto de desbordarse hacia la planicie de inundación activa Cortesía: Ing. Ana C. Arbeláez.

32 Nivel superior de barras puntuales La elevación n superior de las barras puntuales es el mínimo nivel posible de banca llena puesto que este es el sitio donde la llanura de inundación n se empieza construir por depositación Cortesía: Ing. Ana C. Arbeláez.

33 Cambio en la vegetación Límite inferior de la vegetación n perenne en las bancas, o un rompimiento en la densidad de la vegetación Límite inferior del musgo o liquen en las rocas o bancas, o una variación n del musgo a otras plantas puede ayudar a identificar el nivel de banca llena Cortesía: Ing. Ana C. Arbeláez.

34 Cambio en la pendiente Puede presentarse múltiples cambios de pendientes. Cortesía: Ing. Ana C. Arbeláez.

35 Cambio en la pendiente Se debe evitar confundir los niveles inferiores de terrazas con la llanura de inundación n activa Cortesía: Ing. Ana C. Arbeláez.

36 Algunos otros indicadores Cambio en el material de las bancas Cortes inferiores en las bancas (estera de raíces ) Marcas de inundación Cortesía: Ing. Ana C. Arbeláez.

37 CLASIFICACIÓN N DE CORRIENTES Describe la combinación n de las características geomorfológicas gicas de los ríos, r que son producto de los eventos erosionales y depositacionales a lo largo del tiempo. Permite clasificar cada corriente o segmento de una red de ríos r o de un río r específico.

38 Una correcta clasificación n de los ríos r debe proveer las bases desde las cuales: predecir el comportamiento de los ríos r desde su apariencia desarrollar relaciones empíricas para tipos de corrientes individuales extrapolar datos de otros ríosr con un tipo de corriente similar comunicarse más s efectivamente con otros profesionales que estén n relacionados con los ríosr anticipar consecuencias futuras de alternativas y estrategias de manejo evaluar el potencial para la recuperación natural desarrollar diseños de restauración de canales que más m s se acomoden a las tendencias naturales del funcionamiento de corrientes estables

39 Por tipos de cauce TIPO DE CAUCE D/S o F r Alta montaña >10 >1 Montaña >7 0.7 a 1 Faldas de montaña > a 0.7 Intermedio >5 0.2 a 0.45 Planicie (cauce arenoso) a) a) rió Río caudaloso b) Río poco caudaloso b) Rió >2 > a a 0.55 Gracia S., J. y Maza A. J. A. (1997)

40 Según su comportamiento Torrentes: cursos de agua en zonas de montaña, a, pendiente longitudinal > 5%, piedras, cantos rodados, grava y arena, predomina el transporte de fondo, respuesta rápida r a las lluvias, crecientes violentas y de corta duración Ríos torrenciales: suelen presentarse en las zonas de piedemonte, donde los torrentes depositan sus sedimentos, se suaviza la pendiente y comienzan a aparecer las características fluviales. Ríos: caudales importantes, variaciones lentas de caudal, pendiente longitudinal < 1%, lechos de arena, limo y arcilla, predomina el transporte en suspensión. n. Las crecientes se forman lentamente y son de larga duración n (días, meses).

41 Cuenca aportante Garganta Cono de deyección o abanico fluvial Partes de un torrente

42

43 Según n los grados de libertad Un grado de libertad Dos grados de libertad Tres grados de libertad

44 Según n el material del cauce No cohesivo Cohesivo Roca

45 Según n el tipo de fondo Acorazado Imbricado Cortesía Lilian Posada

46 Por el material del fondo Bien graduado Mal graduado

47 Según n su geometría a en planta Recto Sinuoso Meándrico Trenzado Ramificado o anastomozado

48 Evolución n de la clasificación geomórfica Existen muchos esquemas de clasificación n de corrientes Davis (1899), edades del ríor Leopold & Wolman (1957), básicamente sobre el patrón de alineamiento del canal Shumm (1963). Asociado a los sedimentos Shumm (1973). Incluyó estabilidad del canal y carga de sedimentos. Brice y Blogett (1978). Clasificación orientada hacia la estabilidad lateral de los ríos Rosgen (1994). Agregó más s características y los procesos de evolución n de los cauces.

49 DAVIS (1899) Juventud Madurez Fuerte erosión vertical, corrientes gradadas muchos tributarios cortos y rectos Sección transversal V No hay llanura de inundación Rápidos y cascadas a través s de lecho rocoso controles estructurales de los tributarios existe llanura de inundación, muchos meandros ancho del valle equivalente al ancho de la campana del meandro Vejez ancho del valle mucho mayor que el ancho de la campana del meandro amplia llanura de inundación con amplio sistemas de meandros bajas colinas, bajas pendientes del valle

50 JUVENTUD

51 MADUREZ

52 VEJEZ Cortesía: Ing. Ana C. Arbeláez.

53 LEOPOLD & WOLMAN (1957) Trenzado Recto S < 1.5 Serpenteado S > 1.5

54 SHUMM (1963) Producción n de sedimentos Transporte de sedimentos Depositación de sedimentos

55 SHUMM (1977) Agregó un criterio de la estabilidad del canal, asociándolo con el modo de transporte de sedimentos (carga mezclada, carga suspendida y carga de lecho)

56 SHUMM (1977) Forma del transporte de sedimentos sedimento M% Estable Estabilidad del cauce Con depósito Con erosion En suspensión del 85 al 100% 100 F < 7 P > 2.1 S Baja El principal depósito ocurre en las márgenes que origina el estrechamiento del cauce. El depósito en el fondo es menor. Predomina la erosión del fondo. Poca ampliación de márgenes. En suspensión del 65 al 85% y en el fondo del 15% al 35% 30 7 < F > < P > 21 S moderada Es importante el depósito en las márgenes pero también el del fondo. Es importante la erosión del fondo y la ampliación de las márgenes. De fondo del 35 al 70% < 5 F > 25 1 < P > 1.5 S alta Depósito en el fondo y formación de islas. La erosión del fondo es baja, pero la ampliación del cauce es muy importante.

57 CAUCE Brice y Blodgett 1978 Clasificación orientada hacia la estabilidad lateral de los ríos

58 ROSGEN (1994) Agregó otros aspectos geomorfológicos gicos para ofrecer un sistema de clasificación n que permite conocer la evolución de los cauces según n los procesos actuales que se presentan. Nivel 1. Caracterización morfológica del valle: perfil, planta y sección transversal (cualitativa) Nivel 2. Descripción morfológica del cauce (cuantitativa) Sección n transversal: Relación n de encajonamiento, relación ancho/profundidad y materiales dominantes Perfil longitudinal: pendiente, formas del lecho Forma en planta: sinuosidad, relación n ancho banca llena/ancho meandro Nivel 3. Establece la condición de estabilidad de la corriente y sus potencialidades Nivel 4. Busca validar la información de campo

59 Tipo de cauce: único, trenzado Máxima profundidad a banca llena H max Ancho cauce propenso a inundación BH max Ancho del cauce a banca llena B bll Profundidad media a banca llena H bll Grado de encajonamiento BH max /B bll Relación ancho/profundidad B bll /H bll Sinuosidad Longitud de la corriente (l)/distancia del valle (L) Pendiente de la superficie del agua o del terreno Distancia vertical/distancia horizontal Tipo de material Nomenclatura [mm] Material característico del cauce D 50 Lecho rocoso Piedras 1 2 > 2, ,048 Cantos Tipo de corriente Gravas Arenas Limo/arcilla 6 < 0.062

60 ROSGEN (1994)

61 ROSGEN (CONT) Descripción n general

62 ROSGEN (CONT) Descripción n morfológica Relación n de encajonamiento: cociente entre el ancho en la zona propensa a inundaciones (flood( prone area-ancho ancho a 2h Bll ) el ancho de la sección n a banca llena

63 Referencias Barnes, Harry. (1987) Roughness Characteristics of Natural Channel. Washington: U.S Geological Survey - Water Supply Paper 1849, cp Dunne, T, & Leopold, L. (1978). Water in Environmental Planning. W.H Freeman and Co. San Francisco, CA. Feininger T, et al (1972). Geología a de parte de los departamentos de Antioquia y Caldas (subzona( II-B). Boletín n Geológico Vol XX No. 2, p 173. IGM Bogotá.. Colombia García a F., M. y Maza A., J. A. (1997). Morfología a de Ríos. R Instituto de Ingeniería a UNAM. México. M Higuera, C. Pérez, P G. (1989). Socavación n en Puentes. Análisis, prevención n y rehabilitación.. Tesis de Maestría. a. Universidad del Cauca. Guevara, M. E. (2003). Socavación n en Puentes.. Universidad del Cauca. Hicks, D.M. & P.D. MASON. (1991) Roughness characteristics of New Zealand rivers.. New Zealand Dept of Scientific and Industrial Research, Marine and Freshwater, Natural Resources Survey, Wellington, N.Z 329p INGEOMINAS (1975). Mapa geológico gico del oriente del departamente de Antioquia, Colombia, cuadrángulo I-9. I Escala 1 : Leopold, L. (1994) "A View of the River". Harvard University Press, P Cambridge,.

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66 PREGUNTAS?