5.9: Morfología y dinámica de corrientes serpenteantes

Los dos patrones de plan más característicos que asumen los ríos son serpenteantes y trenzados. En primer lugar, hay que tener en cuenta que las tendencias hacia el serpenteado y el trenzado son complementarias y no mutuamente excluyentes, en el sentido de que muchos ríos muestran elementos tanto a la vez como al mismo alcance.

Primero, algunas cosas descriptivas sobre la geometría de los ríos serpenteantes. La figura 5-36 muestra la mayoría de los elementos de un sistema fluvial serpenteante. Las curvas o bucles serpenteantes nunca son perfectamente regulares, pero a menudo se describen como si fueran (Figura 5-37), en términos de longitud de onda y amplitud. También se puede pensar en un radio de curvatura en la curva, pero es probable que eso varíe de un punto a otro en la curva. La parte estrecha de la curva serpenteante, entre tramos adyacentes del canal por encima y por debajo de la curva, se llama cuello serpenteante.

Figura 5-36. Elementos de las características de vista en planta de un río serpenteante

En el lado interno, o convexo, de la curva sinuosa hay un cuerpo de arena bastante liso y en gran parte no vegetado, inclinado suavemente hacia abajo hacia el centro del canal. Este cuerpo de arena, llamado barra de puntos, se encuentra por todas partes debajo del escenario lleno de bancos y está inundado por inundaciones. El sedimento se acreció gradualmente a la superficie de la barra de puntos, lo que hace que la barra de puntos se desplace lateralmente. Los depósitos de barra de puntos son para

Figura 5-37. Geometría idealizada de curvas serpenteantes.

En el lado exterior, o cóncavo, de la curva serpenteante se encuentra una orilla o acantilado empinado, a menudo llamado banco cortado, de sedimento consolidado o semiconsolidado que se erosiona durante fuertes flujos. El banco es erosionado por diversos procesos, el más importante de los cuales es la subcotización baja en la orilla y el colapso de grandes masas en el canal.

El perfil flujo-transversal de un río serpenteante es altamente asimétrico. El flujo es más profundo cerca del pie del banco exterior erosionado, y bajó gradualmente por la superficie de la barra de puntos. La velocidad de flujo es más alta en la región cercana a la superficie libre y cerca del banco exterior. La Figura 5-38 es una caricatura del perfil de flujo transversal, mostrando el patrón característico de isóveles (líneas de igual velocidad). También hay una circulación secundaria helicoidal característica dentro de la curva, de tal manera que el flujo cerca del lecho tiene un componente hacia adentro hacia la barra de puntos, y el flujo cerca de la superficie tiene un componente hacia afuera hacia el banco externo. Esta circulación secundaria en espiral se explica fácilmente por las diferencias en la fuerza centrífuga entre las regiones de alta velocidad del flujo anterior y las regiones de baja velocidad del flujo por debajo. Es esta circulación secundaria la que provoca la acumulación en la superficie de la barra de puntos.

Las curvas de meandro generalmente tienen una tendencia a cambiar con el tiempo hacia amplitudes más grandes y cuellos más estrechos. Eventualmente, el río salta a través del estrecho cuello durante una inundación. Tal evento se llama corte de meandro, o corte de cuello. El río se endereza espectacularmente en saltos cuánticos para compensar la amplificación gradual de las curvas serpenteantes. A veces hay una variedad menos catastrófica de corte de meandro, por lo que el río ocupa un antiguo deshilachado que marca una posición anterior de la curva; luego la amplitud disminuye, pero no casi a cero. Los cortes de ese tipo se denominan cortes de rampa (porque el río llega a ocupar un conducto entre los dos lados de la curva).

Figura 5-38. Sección transversal de flujo a través de una curva serpenteante, mostrando isóveles.

Las barras puntuales tienden a construirse episódicamente, durante las inundaciones. Las posiciones anteriores de la parte superior de la barra punteada están marcadas en la llanura aluvial en el lado interno de la curva serpenteante por crestas bajas y curvadas dispuestas congruentemente dentro de la curva serpenteante (Figura 5-39). Estas crestas curvadas se llaman pergaminos serpenteantes o cicatrices serpenteantes. Uno de los mejores tipos de evidencia de que la curva cambia de posición a medida que crece es el truncamiento de rollos de meandro anteriores por el canal actual.

Figura 5-39. Rollos serpenteantes.

Los extremos de un bucle de meandro abandonado pronto se taponan por sedimentos finos para formar un lago de arco de bueyes (Figura 5-40). Los lagos Oxbow se llenan muy lentamente por la deposición de sedimentos finos durante los flujos sobre la orilla en la llanura aluvial. Sus contornos en la llanura aluvial permanecen visibles desde el aire mucho después de ser llenados, sin embargo, debido a ligeras diferencias de color y vegetación en la superficie de la llanura aluvial. Las llanuras aluviales de ríos serpenteantes muestran un patrón complejo de varias generaciones de cicatrices de meandro truncado y lagos de arco de bueyes parcial o totalmente llenos que registran una larga historia de serpenteantes.

Figura 5-40. Desarrollo de un lago de arco de bueyes por corte serpenteante.

Quizás la mejor manera de abordar el problema de la dinámica del meandro y el trenzado es pensar en términos del desarrollo de un patrón serpenteante o trenzado en un arroyo que inicialmente es recto y regular y que fluye dentro de una llanura aluvial homogénea. Este tipo de cosas son fáciles de hacer en un amplio canal en el laboratorio (Figura 5-41): meter el sedimento, homogeneizarlo a mano, nivelarlo y luego tallar un canal regular en él. (Podrías construir fácilmente aparatos en los que hacer esto en tu propio patio trasero, que a estas alturas se está llenando bastante). Cuando se inicia entonces un flujo uniforme de movimiento de sedimentos en el canal, el canal permanece recto y regular durante mucho tiempo, pero eventualmente, después de horas o incluso decenas de horas, las inevitables pequeñas irregularidades del canal inicial conducen a un patrón alterno de erosión y deposición a lo largo de las orillas y por lo tanto para aumentar la sinuosidad del canal.

Si las orillas del arroyo del laboratorio son libremente erosionables (es decir, si consisten en arena y grava sueltas, en lugar de lodos cohesivos) entonces el patrón de canales es al principio regularmente sinuoso pero eventualmente se vuelve altamente irregular y trenzado. No es tan fácil hacer este experimento en materiales cohesivos, pero lo que se ha hecho muestra que en bancos cohesivos el trenzado no se desarrolla, sino que se desarrolla un proceso estadísticamente estable de crecimiento de meandros y corte.

Figura 5-41. Desarrollo de trenzado.

Entonces se puede ver que un enfoque natural de la dinámica del serpenteante es tratar el serpenteante como lo que los expertos llaman un problema de estabilidad. En tal enfoque se intenta capturar la física del proceso, en términos de la interacción entre el flujo y el transporte de sedimentos, en forma de un conjunto de ecuaciones, y luego se intenta linealizar esas ecuaciones para aplicarlas al comportamiento de una perturbación de amplitud muy pequeña de un canal originalmente recto. Si la perturbación se amortigua, entonces el canal recto es estable; si la perturbación se amplifica, entonces el canal recto es inestable. La longitud de onda de más rápido crecimiento de la perturbación es la que debe especificar la escala de los meandros resultantes. Aunque las ecuaciones completas pueden no ser viables para determinar la evolución del patrón serpenteante una vez que las perturbaciones tienen una amplitud finita, varias otras líneas de ataque se han llevado a ejercer sobre aspectos particulares de los meandros de amplitud finita, con considerable éxito.

En una nota más concreta, se concuerda ampliamente en que el factor más importante para determinar si un río serpentea es la estabilidad de las orillas. Una llanura aluvial con un gran porcentaje de sedimento fino y cohesivo en ella es propicia para serpentear, al igual que una densa cobertura de vegetación. Si el sedimento no es cohesivo y libremente erosionable, y el clima es poco propicio para la vegetación, el río trenzas en lugar de meandros. Nota incidental: antes del Silúrico, cuando no había plantas terrestres, no hay evidencia de arroyos serpenteantes, solo arroyos trenzados.