1_Lane

Predicción sobre la respuesta general de un río al cambio

Keywords: Lane Analogy

Los cauces de los ríos y sus llanuras de inundación se ajustan constantemente a la cantidad de agua y sedimentos suministrados por la cuenca. Los cambios diarios en el caudal y en la carga de sedimentos resultan en un ajuste frecuente de las formas del lecho y la rugosidad en muchos cauces con lechos móviles. Los cauces también se ajustan periódicamente a eventos extremos de caudales altos y bajos¹.

Los cambios en el uso del suelo en la cuenca también pueden provocar niveles de ajuste similares. Del mismo modo, los cambios a largo plazo en la escorrentía o en la producción de sedimentos por causas naturales, como el cambio climático, incendios forestales, etc., o por causas humanas como el cultivo, el sobrepastoreo o las conversiones de zonas rurales a urbanas, pueden provocar ajustes a largo plazo de la sección transversal y la forma de la planta del cauce, que a menudo se describen como evolución del canal¹.

Por lo general, los datos disponibles no son suficientes para realizar predicciones cuantitativas de la respuesta de un río, por lo que solo es posible analizar cualitativamente estos cambios. Los análisis sobre los posibles cambios en la morfología de un río se pueden resumir estableciendo las siguientes relaciones generales:

• La profundidad de la lámina de agua $(y)$ es directamente proporcional al caudal líquido $(Q)$.
• El ancho del canal en la superficie libre $(B$ o $T)$ es directamente proporcional al caudal líquido $(Q)$ y al caudal sólido $(Q_{S})$.
• La relación del ancho a la profundidad $(B/y)$ está directamente relacionada con el caudal sólido $(Q_{S})$.
• La pendiente del río $(S_{0})$ es inversamente proporcional al caudal líquido $(Q)$, y directamente proporcional al caudal sólido $(Q_{S})$ y al tamaño característico del material transportado $(d_{50})$.
• La sinuosidad $(S)$ es directamente proporcional a la pendiente del valle e inversamente proporcional a la carga de sedimentos $(Q_{S})$.
• El caudal sólido $(Q_{S})$ está directamente relacionado con la potencia de la corriente $(\tau_{0}V)$ y con la concentración de material fino $(C_{F})$ e inversamente proporcional al tamaño característico del material transportado $(d_{50})$.

Analogía de la balanza de Lane

Una de las primeras relaciones propuestas para explicar el comportamiento de los cauces fue sugerida por Lane (1955), que relacionó el caudal líquido $(Q)$ y la pendiente del canal $(S_{0})$ con la carga de sedimentos del lecho $(Q_{S})$ y el tamaño medio de las partículas en el lecho del río $(d_{50})$¹:

$Q_{S}d_{50}\approx QS_{0}$

La relación de Lane sugiere que un canal se mantendrá en equilibrio dinámico cuando los cambios en la carga de sedimentos y en el tamaño del material del lecho se equilibran por los cambios en el caudal líquido o en la pendiente del canal. Un cambio en una de estas variables provoca cambios en una o más de las de las otras variables, de manera que se restablece el equilibrio dinámico¹.

Lane propuso la analogía de la balanza en donde se representan las cuatro variables mencionadas anteriormente. En un brazo de la balanza se encuentra ubicado el caudal líquido $(Q)$ sobre el platillo y la magnitud de la pendiente del cauce $(S_{0})$ escalada en el brazo, y en el otro brazo de la balanza se encuentra el caudal sólido $(Q_{S})$ sobre el platillo y la magnitud del tamaño de las partículas $(d_{50})$ escalada en el brazo². En la siguiente figura se presenta un esquema de la balanza con las variables analizadas.

Partiendo de la condición de equilibrio, si el caudal líquido aumentara o si se incrementara la pendiente del cauce, el fiel de la balanza se movería a la izquierda, indicando erosión; en el caso contrario, si el caudal líquido disminuyera o se redujera la pendiente, el fiel de la balanza se movería a la derecha, indicando sedimentación². Este mismo análisis puede realizarse con las demás variables.

Actividad resuelta

Analice la respuesta de un río aguas abajo del sitio en el que se construye una presa.

Solución

La construcción de una presa en un cauce genera aguas arriba de la presa procesos de deposición, de tal manera que el agua descargada hacia aguas abajo contiene una menor cantidad de sedimentos, por lo tanto, se puede afirmar que aguas abajo de la presa el caudal sólido disminuirá $(Q_{S}^{-})$. De acuerdo con la relación de proporcionalidad definida, si se presume que el diámetro característico y el caudal líquido permanecen constantes, se presentarán procesos de erosión aguas abajo de la presa.

Entonces, la pendiente tendrá que disminuir para mantener el balance de la proporcionalidad²:

$Q_{S}^{-}d_{50}^{0}\approx Q^{0}S_{0}^{-}$

La línea CA representa la pendiente original del lecho, la cual se modificará a una pendiente menor (línea C'A), condición que se obtiene si se desarrollan procesos graduales de erosión (o degradación) del fondo del cauce².

Con el tiempo, la presa se colmatará con sedimentos y el caudal sólido inicial estará disponible, modificando nuevamente las condiciones del tramo aguas abajo de la presa. Entonces, exceptuando la socavación local, la pendiente C'A deberá incrementarse hasta la pendiente original CA para poder transportar el incremento de sedimentos. Además, aguas arriba de la presa la pendiente desarrollada deberá ser igual a la original, elevada a una altura igual a la de la presa².

Actividad complementaria ✏️

Analice cualitativamente la respuesta de un río con base en la analogía de la balanza de Lane cuando se presentan los siguientes casos:

• Una canalización que hace que un río tome un alineamiento recto
• Una canalización que aumenta el ancho del cauce
• Un trasvase de aguas desde otro río
• La deforestación de la cuenca aportante de un río

Licencia, cláusulas y condiciones de uso

M.TSED es de uso libre para fines académicos, conoce nuestra licencia, cláusulas, condiciones de uso y como referenciar los contenidos publicados en este repositorio, dando clic aquí.

Anterior	🏠 Inicio	🔰 Ayuda	Siguiente

Footnotes

1. Federal Agency Stream Restoration Working Group. (2001). Stream Corridor Restoration: Principles, Processes, and Practices. FISRWG. ↩ ↩² ↩³ ↩⁴

2. Rodríguez Díaz, H. A. (2010). Hidráulica Fluvial. Fundamentos y aplicaciones. Socavación. Colombia: Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería. ↩ ↩² ↩³ ↩⁴ ↩⁵