5.10: Redes de Drenaje

Introducción

Dada una superficie de tierra sobre la que cae la lluvia, siempre hay arroyos, aunque sólo sean efímeros. Toda el área puede ser parcelada exhaustiva y mutuamente exclusivamente en subáreas de tal manera que cada subárea es el área de drenaje de un solo arroyo (Figura 5-42). Tales áreas se denominan las cuencas de drenaje o cuencas hidrográficas o cuencas hidrográficas de esos arroyos. Aprendiste algunas cosas sobre las cuencas de drenaje en el capítulo anterior sobre topografía. Recordemos del Capítulo 3 que los límites entre las cuencas de drenaje adyacentes se denominan divisiones. Basta pensar en pararse a horcajadas sobre la división y verter un vaso de agua de una mano en una cuenca de drenaje y de la otra mano en la otra cuenca de drenaje. Aquí el énfasis está en la red de arroyos en la cuenca de drenaje. La red de drenaje de una cuenca de drenaje es la recolección de todos los canales de una cuenca de drenaje determinada: el arroyo principal, a menudo llamado arroyo troncal, y todos los afluentes, así como los afluentes de afluentes, etc.

Figura 5-42. Redes de drenaje y cuencas de drenaje.

Patrones de drenaje

Por patrón de drenaje me refiero a las relaciones espaciales de arroyos individuales en la cuenca de drenaje. El patrón de drenaje es un reflejo de varios factores:

• etapa de desarrollo
• talud inicial
• dureza de roca
• estructura rocosa
• tectonismo reciente

El patrón de cada una de las redes de drenaje que se muestra en la Figura 5-41 es lo que se esperaría ver en una región sustentada por materiales bastante uniformes, es decir, materiales que son aproximadamente los mismos en sus características, en particular su susceptibilidad a la erosión, de un lugar a otro.

Debido a que un área responde a la denudación (por denudación me refiero al descenso de la superficie terrestre por meteorización, erosión y remoción del regolito resultante) de una manera que refleje la geología subyacente, se puede decir mucho sobre la geología de un área mirando un mapa de el patrón de drenaje. Estos son algunos de los patrones de drenaje comunes (Figura 5-43), con algunas palabras en los controles del lecho rocoso:

Dendríticas. Este patrón, con mucho el más común, implica ramificaciones irregulares de arroyos tributarios en muchas direcciones y en casi cualquier ángulo, aunque generalmente menos de 90°. Se desarrolla un patrón dendrítico en rocas de resistencia uniforme y sin control estructural. Es más probable que se encuentre en rocas sedimentarias planas o rocas ígneas masivas. Las redes de drenaje mostradas en la Figura 5-41 podrían describirse como dendríticas.

Enrejado. Un sistema de corrientes subparalelas, generalmente alineadas a lo largo del impacto de formaciones rocosas o entre rasgos topográficos paralelos o casi paralelos depositados por el viento o el hielo. Las corrientes principales a menudo hacen curvas casi en ángulo recto para cruzar las crestas principales. Los flujos afluentes primarios suelen estar en ángulo recto con respecto a la corriente principal, y los afluentes secundarios suelen estar en ángulo recto con los afluentes primarios, es decir, paralelos a los arroyos principales. Los patrones de enrejado son más comunes en cinturones de montaña plegados como los Apalaches, donde alternando capas débiles y fuertes plegadas se han truncado por la erosión de los arroyos.

Rectangular. Tanto el arroyo principal como sus afluentes muestran curvas en ángulo recto. Esto refleja el control ejercido por sistemas de juntas o fallas. Donde los sistemas de articulación o falla se cruzan en ángulos agudos, se desarrolla un patrón angular.

Figura 5-43. Patrones de drenaje comunes.

Algunos otros patrones (Figura 5-44) son menos comunes:

• Centípeta. Las líneas de drenaje convergen en una depresión central, como un sumidero, cráter u otra cuenca.
• Radiales. Los arroyos divergen de un tramo elevado central: cúpulas, conos volcánicos, cerros cónicos aislados.
• Paralelo. Se encuentra donde hay un fuerte control de pendiente, lo que lleva a un espaciamiento regular de arroyos paralelos o casi paralelos.
• Angular. Alrededor de cúpulas disecadas con madurez que tienen bandas alternas de roca fuerte y débil a su alrededor.

Figura 5-44. Otros patrones de drenaje menos comunes.

TEMA AVANZADO: MORFOMETRÍA FLUVIAL

Morfometría fluvial es el término utilizado para describir el análisis de las características topológicas de las redes de drenaje.

Aquí hay algunas cosas que podrías medir sobre una red de drenaje:

• configuración o propiedades topológicas

• propiedades lineales: análisis de un sistema de ramificación de curvas unidimensionales en planta.

• propiedades superficiales: análisis de áreas de cuencas de drenaje, nuevamente en plan.

• propiedades de relieve: análisis de pendiente de canales o áreas de drenaje.

Cada una de estas propiedades ha sido sometida a un amplio estudio por las técnicas que se discuten a continuación. Examinaremos sólo el primero aquí.

Primero necesitamos definir el concepto del orden de un arroyo. Para ello, mire una red de drenaje representativa, y concéntrese en su topología. La red de canales de flujo se puede subdividir en segmentos que se encuentran entre confluencias, junto con corrientes de punta de dedo que se encuentran aguas arriba de cualquier confluencia (Figura 5-45). Se puede desarrollar una jerarquía de órdenes de flujo basada en las relaciones tributarias de los canales, de la siguiente manera.

Figura 5-45. Un ejemplo de órdenes de flujo.

La convención es que los canales de la yema del dedo (los que no tienen afluentes) se denominan arroyos de primer orden. La unión de dos arroyos de primer orden produce una corriente de segundo orden, y la unión de dos arroyos de segundo orden produce una corriente de tercer orden, y así sucesivamente. Otra convención es que la unión de una corriente de orden dado con una corriente de orden inferior no cambia el orden de una corriente de orden superior. El arroyo troncal de la cuenca de drenaje, por el cual se define realmente la cuenca de drenaje dada, eligiendo un punto dado en ese arroyo, es el arroyo de orden superior asociado a esa cuenca de drenaje.

Las diversas relaciones entre el orden de los arroyos y las propiedades de longitud, área y número de las cuencas de drenaje han llegado a conocerse como leyes de Horton. La ley de órdenes de transmisión de Horton establece que

Los números de arroyos de diferentes órdenes en una cuenca de drenaje determinada tienden a aproximarse estrechamente a una serie geométrica inversa en la que el primer término es unidad y la relación es la relación de bifurcación.

(La relación de bifurcación es la relación entre el número de flujos de un orden dado y el número de flujos del siguiente orden más alto). Por la naturaleza de una serie geométrica, esto significa que cuando trazas el logaritmo del número de arroyos de un orden dado contra el orden de flujo tiendes a obtener una línea recta (Figura 3-46). Las gráficas de este tipo se llaman diagramas de Horton. La mayoría de las curvas en los diagramas de Horton tienden a ser ligeramente cóncavas hacia arriba en lugar de ser una línea recta. El análisis de todos los estudios que se han publicado muestra que se trata de una fuerte tendencia. Existen leyes similares para otras características de la red de drenaje: la longitud de los segmentos de arroyos entre confluencias y las áreas de drenaje de los segmentos de arroyos.

Figura 5-46. Gráfica del logaritmo del número de arroyos de un orden dado contra el orden del arroyo, para una cuenca de drenaje dada.

Una observación importante es que la ley de Horton sostiene para casi todas las cuencas hidrográficas que han sido estudiadas, en todo tipo de áreas, con todo tipo de climas y tipos de lecho rocoso. Aunque parece haber algunas desviaciones causadas por la falta de isotropía y homogeneidad de la estructura y composición del lecho rocoso, la ley del número de arroyos en general es bastante insensible a tales controles geológicos. Esto sugiere que debe haber alguna causa básica muy general.

Otra observación interesante es que la relación de bifurcación también parece ser insensible tanto a los controles geológicos como al clima. Se puede demostrar teóricamente que la relación de bifurcación nunca puede ser inferior a 2; siempre está entre 3 y 5, y generalmente alrededor de 4. Muestra solo un pequeño rango de variación de región a región y de ambiente a ambiente, excepto donde dominan poderosos controles geológicos.

Se ha hecho mucho esfuerzo para tratar de interpretar el significado de la ley de Horton de órdenes de arroyos. Aunque hay inconformes, es ampliamente aceptado que la ley de Horton es una manifestación de aleatoriedad en el desarrollo topológico de la red de drenaje. En un artículo clásico, Shreve (1966) demostró que la suposición de que todas las posibilidades topológicamente distintas de cómo las corrientes de un orden dado se combinan para formar una red son igualmente probables conduce a las curvas característicamente ligeramente cóncavas en los diagramas de Horton.