Impacto de la orientación de curvas en la morfología de fondo de canales meándricos mediante sensoramiento remoto y experimentación

Abstract

Los cauces meándricos muestran configuraciones complejas a lo largo de la planicie de inundación, en las cuales se observan curvas orientadas hacia aguas arriba (US) y aguas abajo (DS), es decir son canales asimétricos. Posiblemente, la orientación de estas curvas esté relacionada con la hidrodinámica local, los regímenes morfodinámicos del fondo del río, las características de las márgenes, la vegetación ribereña, el entorno geológico, entre otros factores que actúan, especialmente, en condiciones de gran amplitud y alta sinuosidad de las curvas. En base a la interacción entre la hidrodinámica y la morfodinámica del cauce fluvial, estudios previos sugieren que los regímenes morfodinámicos sub-(<R) y super-resonantes (>R) (donde  es uno de los parámetros geomorfológicos más usados en ríos y equivale a la mitad del ancho del canal dividido por la profundidad promedio y R representa la resonancia) pueden generar una orientación de curva particular (sesgadas hacia aguas arriba y aguas abajo, respectivamente). Sin embargo, los ríos naturales exhiben patrones de curvas orientadas tanto aguas arriba como aguas abajo a lo largo del mismo tramo, independientemente del régimen morfodinámico. La resonancia ocurre cuando las inestabilidades generadas por las barras y por las curvas (planimetría) operan en longitudes de onda similares, en otras palabras, los patrones de erosión y deposición en los ríos son de mayor magnitud produciendo patrones más estables (steady and non-amplifying). El presente estudio comprende experimentos de laboratorio en el canal de Kinoshita bajo condiciones sub- y super-resonancia (con presencia y sin presencia de barras libres) para condiciones de curvas orientadas hacia aguas arriba y aguas abajo. Adicionalmente, para considerar la escala natural de los ríos, se desarrollaron: 1) análisis de sensoramiento remoto de la dinámica planimétrica del río Tigre, un tributario del río Marañon, 2) mediciones en curvas orientados hacia aguas arriba y aguas abajo en el río Tigre, muy cerca de su confluencia con el río Marañón. Los resultados muestran: 1) que existen curvas aguas arriba y aguas abajo a lo largo del río Tigre, teniendo mayor porcentaje de curvas orientadas aguas arriba cuando la sinuosidad se incrementa, 2) en base a los experimentos de laboratorio y las mediciones en el río Tigre, se puede mostrar que si existe una influencia de la orientación de las curvas (curvatura) en la batimetría de las curvas. Para curvas DS se observa que la geomorfología es más desarrollada, cubriendo casi toda la curva, por ende, promoviendo mayor intensidad del flujo secundario, 3) en casos donde el río pudiese migrar lateralmente, es muy probable que se encuentren curvas DS con mayores tasas que curvas US, sin embargo, para el caso del río Tigre, debido a su limitada migración lateral, no se puede responder en forma absoluta si las curvas US o DS migran más, es notorio en la zona de estudio que ciertamente las curvas DS tienden a tener una mayor migración lateral, pero este caso debe ser estudiado en más detalle, 4) en los experimentos de laboratorio se observaron que existe un traslado hacia aguas arriba de patrones de deposición en la margen interior bajo condiciones de super-resonancia, 5) que las condiciones naturales donde abundan los procesos no lineales (por ejemplo, formas de fondo migratorias, alta sinuosidad y curvatura que producen estructuras del flujo y morfologías complejas, entre otras) filtran la influencia de los regímenes morfodinámicos, por ende, es común encontrar curvas de diversas orientaciones en un mismo río (a escala natural), bajo condiciones forzantes similares, independientemente de la condición de sub- y super-resonancia.

Meandering channels display complex planform configurations where upstream (US)- and downstream (DS)-skewed bends are observed (US and DS are asymmetric planform configurations). Bend orientation is probably linked to near- field hydrodynamics, bed morphodynamic regimes, bank characteristics, riparian vegetation, geological environment, among other modulating factors that are acting specially at high-amplitude and high-sinuosity conditions. Based on the interaction between hydrodynamics and morphodynamics, some studies have suggested that sub- (β<βR) and super-resonant (β>βR) morphodynamic regimes (where β is one of the main geomorphic parameters which is equal to half-width divided by the averaged water depth and R represents the resonance condition) may trigger a particular bend orientation (upstream- and downstream-skewed, respectively). However, natural rivers exhibit both US and DS bend patterns along the same reach, independent of the morphodynamic regime. The resonance condition occurs when bar and bend instabilities operate at similar wavenumbers, thus erosional and depositional patterns achieve their maximum magnitude, so a more stable morphology. Using the asymmetric Kinoshita channel, experiments under sub- and super-resonant conditions (with presence and no presence of free bars) for upstream-and downstream-skewed conditions are performed. Additionally, in order to consider the natural scale, the following items were developed: 1) remote sensing analysis of the planimetry of the Tigre River, 2) detailed field measurements at US and DS bends of different skewness along the Tigre River (a tributary of the Marañon River) is presented. Results show: 1) that there are curves upstream and downstream along the Tigre River, with a higher percentage of curves oriented upstream when sinuosity increases, 2) based on laboratory experiments and measurements in the Tigre River, it can be show that there is an influence of the orientation of the curves (curvature) on the bathymetry of the curves. For DS curves, it is observed that the geomorphology is more developed, covering almost the entire curve, therefore, promoting greater secondary flow intensity, 3) in cases where the river could migrate laterally, it is very likely that DS curves with higher rates will be found than US curves, however, in the case of the Tigre River, due to its limited lateral migration, it cannot be answered in an absolute way whether US or DS curves migrate more, it is notorious in the study area that certainly DS curves tend to have greater lateral migration, but this case should be studied in more detail, 4) in laboratory experiments it was observed that there is an upstream migration of deposition patterns on the inner margin under super-resonance conditions, 5) that the natural conditions where nonlinear processes abound (for example, migratory bedforms, high sinuosity and curvature that produce complex flow structures and morphologies, among others) filter the influence of morphodynamic regimes, therefore, it is common to find curves of different orientations in the same river (on a natural scale), under similar forcing conditions, regardless of the condition of sub- and super-resonance.