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International Institute for Geo-Information Sciences and Earth

Observation

Universidad Mayor de San Simón

Responsable: Ing. Nathaly Rosario Morales Calvet

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“Diagnóstico del comportamiento histórico del río Ichilo en

el área de Puerto Villarroel”

Maestría en Ciencias de la Geo-Información y Observación de la Tierra, mención en Evaluación de Recursos Hídricos

Asesor: Ing. María René Sandóval Gómez, Msc.

Asesor: Ing. Pablo López Antezana, Msc.

Trabajo de Grado

Cochabamba - Bolivia

Diciembre de 2009

ACLARACIÓN

Este documento describe el proceso del trabajo de grado realizado como parte del programa de la maestría respectiva en el Centro de Levantamientos Aereoespaciales y Aplicaciones SIG para el Desarrollo Sostenible (CLAS). Todas las opiniones expresadas al interior de este documento representan el punto de vista del autor y no necesariamente el punto de vista del CLAS.

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Diagnóstico del comportamiento histórico del río Ichilo en el área de Puerto Villarroel

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Son días que dibujan un cuadro, en la esquina derecha de arriba, un trazo oscuro y fuerte esconde un sol plateado, no se lo ve, se lo adivina, si se tiene una especie de esperanza.

En el cuadro llueve desde abajo, y la lluvia son marcas suaves que trae el papel. Casi en el centro, un nudo que arruga todo el dibujo.

Encima de la fuerte lluvia flota un botecito, que no quiere ser jalado por el remolino que lo atrae, si se aproxima la tempestad.

Son días que se esbozan en tonos grises, pero en una de las esquinas de abajo, hay un huequito, por el que seguro podré salir y escaparme. Necesito una mano, necesito salir….y dibujar otro cuadro.

Agabeyeux.


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Hoja de aprobación del proyecto de grado.

Elaborado por:

Ing. Nathaly Rosario Morales Calvet

Responsable

Asesorado por:

Ing. María René Sandóval MSc.

Asesor CLAS

Ing. Pablo López Antezana MSc.

Asesor Externo

Autorizado por:

Lic. J. Stephan Dalence Martinic MSc. Coordinador Académico

Lic. Benjamín Gossweiler Herrera

MPr. Coordinador de Investigaciones


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RESUMEN El objetivo principal de esta investigación es identificar y analizar los principales cambios que ha presentado el curso del río Ichilo en el área de Puerto Villarroel, durante el periodo 1975 – 2008, para establecer en forma aproximada los sectores donde el cauce se hace inestable. Dinámicamente este se caracteriza por presentar una forma meándrica. Se han presentado cambios muy relevantes en el transcurso de los 33 últimos años, principalmente en la confluencia entre los ríos Sajta e Ichilo. Llegando al inicio de la formación de un meandro justamente en Puerto Villarroel. Por física la energía erosiva del río tiende a erosionar la ladera izquierda de cualquier curva meándrica, correspondiendo ésta al área de la zona en estudio. Por medio de análisis multitemporal se podrá evidenciar los cambios realizados por el desplazamiento de las curvas meándricas, en un tiempo determinado. Además es posible determinar la tasa de erosión anual, la cual es expresada en m/año y por medio de este valor se calculará la distancia aproximada que se desplazará la curva meándrica para el año 2020.


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Tabla de Contenido

1 INTRODUCCIÓN ........................................................................................ 1 2 ANTECEDENTES ...................................................................................... 1 3 JUSTIFICACIÓN ........................................................................................ 2 4 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ....................................................... 4 5 OBJETIVOS ............................................................................................... 4

5.1 Objetivo General ......................................................................................... 4 5.2 Objetivos Específicos ................................................................................. 4

6 MARCO CONCEPTUAL ............................................................................ 4 6.1 Análisis Multitemporal ................................................................................. 4 6.2 Factores principales que afectan la erosión de la orilla de un río y el

cambio en la sección .................................................................................. 5 6.2.1 Descarga ............................................................................................. 5 6.2.2 Suministro de sedimento ..................................................................... 6 6.2.3 Movilidad del material del lecho ........................................................... 6 6.2.4 Erodabilidad del material de la orilla .................................................... 6 6.2.5 Estabilidad de la orilla .......................................................................... 7 6.2.6 Vegetación de la orilla ......................................................................... 7 6.2.7 Influencia humana ............................................................................... 8

6.3 Modelos disponibles para tasa de erosión de orilla .................................... 8 6.3.1 Modelo Hooke ...................................................................................... 8 6.3.2 Modelo de Hecking y nanson .............................................................. 9

6.4 Punto de acumulación y formación de remanso ....................................... 11 6.5 Altura del punto de acumulación .............................................................. 12

6.5.1 Función de la densidad probable de la altura del punto de acumulación ............................................................................................. 15

6.6 Altura de la orilla exterior .......................................................................... 15 6.7 Migración del río y reposición del plano de inundación en ríos aluviales .. 16

6.7.1 Migración del meandro ...................................................................... 17 6.7.2 Reformación del plano de inundación ................................................ 19

6.8 Sedimentación en los planos de inundación ............................................. 21 6.8.1 Factores principales que afectan la sedimentación ........................... 21


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6.8.2 Tasa de sedimentación ...................................................................... 23 6.8.3 Variabilidad espacial y temporal de la sedimentación ....................... 24 6.8.4 Tamaño de partícula y velocidad de sedimentación .......................... 26 6.8.5 Expresión para la valoración de la tasa de deposición ...................... 26

7 MARCO METODOLÓGICO ..................................................................... 27 7.1 Tipo de investigación ................................................................................ 27 7.2 Enfoque metodológico de la investigación ................................................ 27 7.3 Características del área de estudio .......................................................... 28

7.3.1 Ubicación ........................................................................................... 28 7.3.2 Clima ................................................................................................. 29 7.3.3 Precipitación ...................................................................................... 29 7.3.4 Vegetación ......................................................................................... 29 7.3.5 Hidrografía ......................................................................................... 30 7.3.6 Geología y Geomorfología ................................................................. 30 7.3.7 Suelos ................................................................................................ 31

7.4 Fuentes de información ............................................................................ 32 7.4.1 Procesamiento de imágenes satelitales ............................................ 34 7.4.2 Modelos matemáticos ........................................................................ 35

8 RESULTADOS ......................................................................................... 39 8.1 Análisis Multitemporal ............................................................................... 39 8.2 Determinación de la tasa de erosión anual ............................................... 48 8.3 Determinación de la erosión para el año 2020 ......................................... 49

9 CONCLUSIONES ..................................................................................... 51 10 RECOMENDACIONES Y DISCUSIONES ............................................... 51 11 BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................ 52


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ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1: Vista parcial de Puerto Villarroel sobre la ribera del río Ichilo ................. 2 Figura 2: Curso actual del río Ichilo y meandros abandonados .............................. 3 Figura 3: Interacciones que ocurren en la migración de un meandro ..................... 5 Figura 4: Relación entre la tasa de erosión de la orilla y el radio de curvatura, ambos son normalizadas por el ancho del canal (Hooke, 1991) ............................. 9 Figura 5: Relación entre el coeficiente de resistencia a la migración del meandro (Yb) y el tamaño de partícula de los sedimentos de la orilla externa (Hickin y Nanson, 1984) ....................................................................................................... 10 Figura 6: Diagramas que ilustran la formación del punto de acumulación a) el efecto del canal curvado en el caudal b) punto de acumulación (que dan lugar a la estrangulación del rio) formado en la orilla interna y la erosión que ocurre en la orilla externa (Fuente: Urquieta, 2006). ................................................................. 12 Figura 7: a) Perfil de la curva longitudinal en condiciones de simetría axial b) Variación de la curva y la longitud de la humedad con exponente de transporte de sedimento .............................................................................................................. 14 Figura 8: Esquematización del corte de una sección para la estimación del punto de acumulación ..................................................................................................... 14 Figura 9: Método para encontrar la profundidad de escurrimiento máxima (Strusikma, 1998) .................................................................................................. 16 Figura 10: tipos de movimientos de la migración del meandro, a) extensión, b) translación, c) rotación, d) conversión, e) corte del cuello por el encierro, f) corte diagonal por el canal inclinado, g) corte del cuello por el canal inclinado (Brice, 1977). .................................................................................................................... 18 Figura 11: Migración del meandro del río de Allier en Francia (Tomado de Urquieta, 2006). ..................................................................................................... 18 Figura 12: Características del meandro de un río (Urquieta, 2006) ...................... 19 Figura 13: Características de la migración de los canales, a) en la escala del meandro, b) en la escala del alcance .................................................................... 20 Figura 14: Sistema de un río y algunas de sus características que influencian la tasa de sedimentación .......................................................................................... 23 Figura 15: Variación de la tasa de sedimentación en función de la distancia del canal principal (Tomado de Urquieta, 2006).......................................................... 24 Figura 16: Variación del tamaño de partícula en función de la distancia del canal principal (Tomado de Urquieta, 2006). .................................................................. 25 Figura 17: Ubicación del Municipio de Puerto Villarroel (Tomado de SEMENA, 2008) ..................................................................................................................... 28


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Figura 18: Perfil fisiográfico y geomorfología del área ......................................... 31 Figura 19: Digitalización del río para el año 2003 ................................................ 34 Figura 20: Comparación entre imágenes satelitales correspondientes a los años 1975 y 2008 ........................................................................................................... 35 Figura 21: Coeficientes propuestos por Urquieta (2006) ...................................... 37 Figura 22: Características estimadas para el meandro ........................................ 38 Figura 23: Trazado del curso del río en el sector de Puerto Villarroel para los años 1975 y 1985 ........................................................................................................... 39 Figura 24: Trazado del curso del río en el sector para los años 1990 y 2000 ...... 41 Figura 25: Trazado del curso del río en el sector de Puerto Villarroel para los años 2003 y 2006 ........................................................................................................... 43 Figura 26: Trazado del curso del río en el sector de Puerto Villarroel para los años 2006 y 2008 ........................................................................................................... 45

ÍNDICE DE CUADROS

Cuadro 1: Descripción física del suelo ................................................................. 32 Cuadro 2: Lista de imágenes obtenidas para el estudio ....................................... 32 Cuadro 3: Datos proporcionados por otras fuentes .............................................. 32 Cuadro 4: Área del río para cada año de estudio ................................................. 47

ÍNDICE DE MAPAS

MAPA 1: Comportamiento del Río Ichilo durante los años 1975 y 1985 .............. 40 MAPA 2: Comportamiento del Río Ichilo durante los años 1990 y 2000 .............. 42 MAPA 3: Comportamiento del Río Ichilo durante los años 2003 y 2006 .............. 44 MAPA 4: Comportamiento del Río Ichilo durante los años 2006 y 2008 .............. 46 MAPA 5: Posible comportamiento de la curva meándrica para el año 2020 ........ 50


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1 INTRODUCCIÓN

Según Parker (2004), los ríos son los autores de su propia forma. En la extensión del término, un río establece su geometría, forma, talud y otras características para mantener un balance entre su capacidad de transporte y su gran cantidad de caudal impuesta (Chang, 1988). Para que un río se comporte de forma estable o inestable, generalmente intervienen una serie de factores; entre los factores hidrogeomorfológicos que se destacan, están las características hidráulicas propias del río (sedimentos, pendientes, secciones y caudales) y el comportamiento hidrológico de la cuenca de aporte. Además para que se produzca la inestabilidad de los cauces intervienen factores que tienen que ver con el grado de afectación antrópica que ha sufrido la cuenca de aporte y el tramo del río en análisis (Balbis et al., 2005). En el presente estudio la descarga de la sección llena del río es comprendida como una caracterización morfológica del río, la cual esencialmente es el producto de los procesos de erosión y deposición desarrollados dentro de la sección así como sobre el plano de inundación. De este modo, la descarga está asociada al nivel del plano de inundación, el cual a su vez es utilizado como parámetro para la predicción de las dimensiones de la sección del río (Urquieta, 2006). Desde tiempos remotos hasta la actualidad, los estudios en la morfología de los ríos han intentado llegar a una teoría universal para describir el equilibrio dinámico en las corrientes naturales de los cauces. Para hacer esto las diferentes propuestas han enlazado las características del río a variables básicas independientes. Entre las más importantes se pueden citar: la variación de descarga, carga del sedimento y el tamaño de la partícula. La erosión lateral de la orilla de un río es el proceso primario para el cambio de la sección del río (Leopold et a.l, 1964). Mientras se da este progreso de cambio en la sección, el desarrollo de las curvas de los meandros es un resultado típico; los cuales por sí mismos pueden ir cambiando según las características de la zona. El progreso de cambio de la sección típicamente resulta en el desarrollo de las curvas de los meandros; los cuales por sí mismos pueden desplazarse en corrientes aguas abajo. Por medio del análisis multitemporal se determinó que en el transcurso de los últimos 33 años, el tramo del río en análisis, ha tenido importantes modificaciones según el paso del tiempo y ha llegado a afectar a la población que habita en Puerto Villarroel, debido a la amplitud de los meandros y afectación por erosión lateral.

2 ANTECEDENTES

El Municipio de Puerto Villarroel se encuentra a orillas del río Ichilo justo aguas abajo de la confluencia de los ríos Sajta e Ichilo. Este Municipio se destaca por ser el puerto fluvial más importante que vincula a los departamentos de Cochabamba y Beni.


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El río Ichilo se caracteriza por ser un río de tipo meándrico, nace en las estribaciones de la serranía de Racete, con el nombre de río Alto Ichilo, en la provincia Caballero del departamento de Santa Cruz; éste al confluir con el río Moyle, pasa a denominarse río Ichilo; comprende una longitud de 400 [km], desde su naciente hasta confluir con el río Chapare y formar el río Mamorecillo. Sin embargo, el río Ichilo propiamente dicho, desde la confluencia de los ríos Alto Ichilo y Moyle, hasta formar el Mamorecillo, escurre a lo largo de 370 [km] (Hidrogafía Naval, 1998).

Figura 1: Vista parcial de Puerto Villarroel sobre la ribera del río Ichilo

Se realizaron pocos estudios sobre la problemática de las inundaciones y la erosión de la ladera izquierda del río que se traduce en daños no cuantificados a infraestructuras localizadas a orillas de este río. Torrez (2003), realizó un estudio sobre la determinación de los planos de inundación en Puerto Villarroel. Entre lo más importante que realizó en su estudio está la determinación de caudales pico y secciones transversales del río. Otro estudio fue realizado por el Servicio de Mejoramiento a la Navegación Amazónica (SEMENA), que se basa en un proyecto para la construcción de un espigón y muro de contención para el muelle de SEMENA y la complementación con el muro de los defensivos. Dicho proyecto encara una situación de emergencia por los desastres ocasionados en gestiones pasadas debido al fenómeno del Niño en la región del Trópico de Cochabamba, más propiamente en Puerto Villarroel, es de suma importancia porque el puerto está actualmente expuesto a una erosión de la ribera por los turbiones que han elevado el nivel de aguas y los futuros turbiones que se avecinan en la época de lluvias (SEMENA, 2008).

3 JUSTIFICACIÓN

La amplitud de los meandros y la erosión lateral de la orilla izquierda del río Ichilo, ocasionada por fenómenos naturales o inducidos, incrementa su acción erosiva en temporadas de lluvias, a esto se suma las características hidrogeomorfológias de la

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La determinación de la tasa de erosión anual y la predicción del comportamiento del río Ichilo, para el año 2020, son de gran importancia puesto que ayudará a la toma de decisiones en planes de intervención (en cuanto a una planificación territorial de la zona) y así ejecutar medidas correctivas o de prevención en los tramos necesarios para la atenuación de las crecidas del río Ichilo.

4 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Los diferentes procesos, ya sean naturales o inducidos, que han afectado de forma relevante el comportamiento del río Ichilo, han traído consigo impactos negativos de gran magnitud para la población que habita en Puerto Villarroel. El problema de las constantes inundaciones y la formación del meandro, justo en el área que corresponde al municipio, responden a que un río forma su propia sección y su propio plano de inundación. Por medio de este trabajo se pretende apuntar las bases necesarias para una intervención en su curso o para posteriores estudios de planificación territorial, que permitan mitigar los impactos negativos ocasionados.

5 OBJETIVOS

5.1 Objetivo General

Específicamente en Puerto Villarroel, diagnosticar el comportamiento del río Ichilo, mediante un análisis multitemporal a través de imágenes satelitales y por medio de un modelo matemático.

5.2 Objetivos Específicos

Para llevar a cabo el objetivo general se plantean los siguientes objetivos específicos:

- Evaluar la dinámica del cauce del río a través de imágenes satelitales de diferentes años (1975, 1985, 1990, 2000, 2003, 2006 y 2008)

- Valorar la tasa de erosión anual de la ladera izquierda del río - Predecir el comportamiento de la curva meándrica de la ladera izquierda del

río para el año 2020

6 MARCO CONCEPTUAL

6.1 Análisis Multitemporal

El análisis multitemporal es un procedimiento específico de análisis diferencial o temporal de imágenes. Con la disposición de imágenes de la misma área pero de diferente época o tiempo, es posible realizar el cálculo de la diferencia de imágenes y permite visualizar las áreas que han experimentado cambios sobre el tiempo. Realizando este análisis se puede generar nuevas imágenes con valores que expresan los cambios ocurridos en el tiempo (LADA-FAO, 2005).


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6.2 Factores principales que afectan la erosión de la orilla de un río y el cambio en la sección Factores principales que afectan la erosión de la orilla de un río y el cambio en la sección

En un río meándrico en la medida en que evoluciona la curva, el radio de curvatura decrece y su tasa correspondiente tiende a incrementarse. Por otra parte en la medida que una curva meándrica crece, produciendo migración, muchas interacciones complejas toman lugar entre el caudal y la morfología dentro de la sección de un río (Figura 3).

En un río meándrico en la medida en que evoluciona la curva, el radio de curvatura decrece y su tasa correspondiente tiende a incrementarse. Por otra parte en la medida que una curva meándrica crece, produciendo migración, muchas interacciones complejas toman lugar entre el caudal y la morfología dentro de la sección de un río (Figura 3).

Figura 3: Interacciones que ocurren en la migración de un meandro Figura 3: Interacciones que ocurren en la migración de un meandro

Estas interacciones dependen de varios factores. Los más importantes son: descarga, suministro de sedimento, movilidad del material del lecho, erodabilidad de la orilla, estabilidad de la orilla, vegetación de la orilla y la influencia humana (Nanson y Hickin, 1986; Thorne y Osman, 1998; Hooke, 1992).

Estas interacciones dependen de varios factores. Los más importantes son: descarga, suministro de sedimento, movilidad del material del lecho, erodabilidad de la orilla, estabilidad de la orilla, vegetación de la orilla y la influencia humana (Nanson y Hickin, 1986; Thorne y Osman, 1998; Hooke, 1992).

6.2.1 Descarga 6.2.1 Descarga

La magnitud y la frecuencia de los cambios de caudal, son los aspectos más relevantes relacionados a la descarga del caudal, lo cual influye en la erosión de la orilla en la curva meándrica. Ackers y Charlton (1970) mostraron que con el tiempo la geometría plana de un canal meándrico se ajusta a la descarga de su sección llena. Por otra parte, por medio de otros estudios realizados, Hughes (1977) sostuvo el hallazgo de que los mayores ajustes de meandros están relacionados a inundaciones con un intervalo recurrente de 1,5 años los cuales usualmente son utilizados para representar la descarga de la sección llena del río.

La magnitud y la frecuencia de los cambios de caudal, son los aspectos más relevantes relacionados a la descarga del caudal, lo cual influye en la erosión de la orilla en la curva meándrica. Ackers y Charlton (1970) mostraron que con el tiempo la geometría plana de un canal meándrico se ajusta a la descarga de su sección llena. Por otra parte, por medio de otros estudios realizados, Hughes (1977) sostuvo el hallazgo de que los mayores ajustes de meandros están relacionados a inundaciones con un intervalo recurrente de 1,5 años los cuales usualmente son utilizados para representar la descarga de la sección llena del río. Por otro lado Schumm (1968), atribuyó los cambios en el río Murrumbidgee en Australia a las alteraciones en el régimen de descarga resultantes de los cambios climáticos y correspondientes a la variación del desvío. El movimiento de meandros está relacionado a la duración del promedio superficial de los eventos de descarga (Daniel, 1971). Hooke (1980), sugirió que muchas de las erosiones de orilla están asociadas al caudal pico. Otros autores han relacionado también la erosión de la orilla al régimen de descarga como un factor importante (Laczay, 1977; Odgaard, 1987; Hagert, 1983).

Por otro lado Schumm (1968), atribuyó los cambios en el río Murrumbidgee en Australia a las alteraciones en el régimen de descarga resultantes de los cambios climáticos y correspondientes a la variación del desvío. El movimiento de meandros está relacionado a la duración del promedio superficial de los eventos de descarga (Daniel, 1971). Hooke (1980), sugirió que muchas de las erosiones de orilla están asociadas al caudal pico. Otros autores han relacionado también la erosión de la orilla al régimen de descarga como un factor importante (Laczay, 1977; Odgaard, 1987; Hagert, 1983).

Características en la velocidad de los

perfiles

Orilla externa

Dirección del flujo secundario

Flujo al otro lado del punto de acumulación

Superficie de agua elevada


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6.2.2 Suministro de sedimento

Algunos autores sugieren que el incremento de la carga de sedimento puede incrementar la sinuosidad de los ríos, debido a un incremento en la tasa de erosión de la orilla; asociado a la alta carga de sedimento (Ackers y Charlton 1975; Neill, 1984). Por medio de datos históricos, del movimiento de la curva de un meandro por un periodo de 100 años, Lewin (1978) ilustró la influencia de la carga de sedimento en la tasa de migración de la orilla. Chang (1984), dio una explicación teórica para la vulnerabilidad de la formación de meandros según el suministro de sedimento, él demostró como el radio de la carga y descarga del lecho, para el canal aluvial, de talud constante y tamaño de sedimento, pueden variar en respuesta al cambio de descarga. Siguiendo una disminución en la descarga, la carga del sedimento suministrada desde la superficie de la corriente decae proporcionadamente para mantener un talud constante. El canal responde incrementando su sinuosidad a través del aumento de la formación de meandros y eso reduce el talud paralelamente a la reducción del suministro del sedimento.

6.2.3 Movilidad del material del lecho

Se refiere a la habilidad del caudal para desgastar la tierra en la curva del meandro debido a las corrientes de agua. La condición necesaria para el origen y formación de meandros en una corriente aluvial, es la erosión del material del lecho y la deposición del material erosionado en la corriente aguas arriba (Nagabhushanaiah, 1967). El desgaste de la resistencia del material generalmente se incrementa con el tamaño de la partícula, pero para una fina o muy fina resistencia en la erosión del sedimento y profundo desgaste en las aguas corrientes puede verse limitado por la cohesión (Rhoads y Miller, 1991). Nanson y Hickin (1986), utilizaron el análisis estadístico de la erosión de la orilla y la migración del canal en el oeste de Canadá, para mostrar que el 70% de la variabilidad en la tasa de migración de 18 ríos Meándricos se puede explicar por la variabilidad en la descarga y el tamaño de sedimento del lecho. En este fundamento, parece ser que mientras la descarga y el tamaño del material del lecho son los controles predominantes en la tasa de migración, otras variables también pueden ser significantes (Urquieta, 2006).

6.2.4 Erodabilidad del material de la orilla

La erodabilidad del material de la orilla representa la habilidad de la orilla del río para resistir los procesos de corte fluvial. Consecuentemente la migración del canal es afectada por la erosión del material que forma las líneas de la orilla del río Rhoads y Miller reportaron una respuesta menor del río Des Plaines en Illinois, USA a varios eventos de la sección llena debido a una alta resistencia de la erosión de las orillas cohesivas. Por otro lado Hasegawa (1989) desarrolló un coeficiente de erosión de la orilla basado en las propiedades del material de la orilla. Él encontró que el valor de la


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efectividad del coeficiente de la erosión de la orilla era similar en diferentes ríos, sugiriendo que tanto las características en la posesión de coeficientes que eran universalmente suficientes para justificar su uso como un fundamento para predecir la tasa de erosión de la orilla en las curvas meándricas. Como sea, la erodabilidad no es una propiedad conservativa de la orilla dado que es cambiante y está afectada por otros factores, por ejemplo: humedad del suelo (Hooke, 1980; Lawler, 1987). Reforzando esto, Mosselman et al (1991), estableció que hasta aquí que no era posible hablar acerca de un coeficiente de erodabilidad universal.

6.2.5 Estabilidad de la orilla

La estabilidad de la orilla se refiere a las propiedades geotécnicas de las orillas de los ríos, tales como material de cohesión de la orilla y el ángulo de fricción del material de la orilla (Thorne y Oman, 188a-188b). Ellos demostraron teóricamente que estas propiedades tenían una influencia en el movimiento continuo lateral en las curvas meándricas. Básicamente se establece, según el autor, que la migración del canal es también influenciada por la geotecnia de la orilla.

6.2.6 Vegetación de la orilla

La importancia de la vegetación de la orilla es notable, dado que afecta en gran medida otros factores mencionados anteriormente (erosividad del caudal, erodabilidad de la orilla y la estabilidad de la orilla). La vegetación de la orilla comúnmente puede afectar la resistencia al caudal y la resistencia del material de la orilla. Las raíces de la vegetación en las plantas refuerzan el suelo significativamente, incrementando su resistencia y de esta manera reducen las tasas de erosión (Smith, 1976). Por otra parte Thorne (1982), sugirió que la estabilidad de la orilla y la erosividad del caudal o flujo se pueden ver afectadas solo si las raíces de la vegetación se extienden profundamente más allá de la interface entre la superficie del agua y la orilla y el plano potencial más crítico. Así, la altura de la orilla y relativa a la posición de la vegetación y profundidad de las raíces es importante, sin embargo la presencia de solamente vegetación en la orilla no garantiza una reducción en la tasa de migración. Otro impacto importante en la erosión de la orilla asociado a su vegetación, es la variación en la actividad del uso de la tierra próximo a la orilla del río, como por ejemplo el hecho de mover la vegetación de la ribera puede afectar ya sea a la estabilidad de la orilla o erodabilidad de la orilla. En algunos casos las orillas sin vegetación de la ribera puede ser cerca de 5 veces más probable que sufran erosión durante las temporadas de inundación y la erosión de la orilla puede ser 30 veces más resistente en las orillas con vegetación que las que no tienen vegetación (Urquieta, 2006).


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6.2.7 Influencia humana

Los impactos de la intervención humana por la regulación del río, la estabilización de la orilla y la actividad del río en general, entre una larga variedad de factores, son algunas medidas que afectan la tasa de migración. Brice (1983), por medio de la valoración de 100 canales afectados por realineamientos y relocalizaciones y/o actividades humanas, encontró que la respuesta típica a una intervención era el ensanchamiento de la sección del río y la aceleración de la tasa de crecimiento de las curvas adyacentes. Otros autores establecen claramente el gran efecto de la intervención humana en la tasa de erosión de la orilla (Bradly y Smith, 1984; Williams y Wollman, 1984).

6.3 Modelos disponibles para tasa de erosión de orilla

Aunque la erosión de la orilla es un proceso complicado, se han desarrollado un número de métodos para predecir la tasa de erosión de las mismas a lo largo de los ríos. Estos métodos pueden ser distinguidos en dos tipos, por un lado uno relacionado a un modelo matemático 2D y desarrollado para calcular u ordenar la erosión de la orilla basada en los cortes, la velocidad local (de la región) y el transporte del sedimento de esa región, la geometría del canal, caudal, y procesos relativos. (Mosselman, 1999). Otro modelo fue desarrollado por Ariathuri y Aralanandan (1978), Ikeda et al. (1981), Parker (1981, 1983), Odgaard (1987), Mosselman (1992), Crosato (1990), por medio de una revisión de modelos matemáticos de cambios de río discutieron la utilidad de varios modelos bidimensionales. Ellos concluyeron que como estos modelos son capaces de ayudar a entender como evoluciona el canal de un río, ninguno de ellos a alcanzado un nivel para ser un modelo válido genéricamente y de fácil aplicación (Urquieta, 2006). Por otro lado otro el método basado en el tiempo estima la tasa de erosión anual de la orilla según el área de la zona de influencia (Hooke 1980), los parámetros del canal tales como la descarga y las características de los materiales de la orilla y la geometría de la región del canal son tomados en cuenta para la aplicación de este método (Hickin y Nanson 1984).

6.3.1 Modelo Hooke

Hooke en 1980 vinculó la tasa de erosión de la orilla a la línea divisoria de agua mostró que la relación resultante de la regresión puede explicar 53% de la variación en medio de la tasa de erosión y 39% de la variación en la máxima tasa de erosión. Las ecuaciones que se obtuvieron fueron:

Ecuación 1 8,67 0,114

2,45 , Donde M’: Tasa media de erosión [m/año]; DA=área de la zona de influencia [km2]; Mmax=tasa máxima de erosión [m/año].


9

La relación implica que como el área de la zona de influencia puede esperarse que esté en proporción al ancho del río, la tasa de erosión de la orilla deberá incrementarse en proporción de esta también, por tanto esto sugiere que las tasas de erosión de la orilla son similares para todas las cuencas de todos los tamaños si están normalizadas en términos de incremento en el ancho del canal por año (Hessegawa, 1980). De cualquier manera esta relación es bastante amplia como muchos factores aparte del área de drenaje cuya influencia en la tasa de migración no está tomada en cuenta.

6.3.2 Modelo de Hecking y nanson

Las tasas de migración lateral en los ríos Meándricos pueden ser correlacionadas con la proporción de curvatura en la curva del meandro (Bagnold, 1960; Hickin y Nanson, 1984). Esto p

uede verse en la siguiente figura:

Figura 4: Relación entre la tasa de erosión de la orilla atura, ambos son

ickin y Nanson en 1984, encontraron que la tasa de erosión de la orilla es una

y el radio de curvnormalizadas por el ancho del canal (Hooke, 1991)

Hfunción mayormente del radio de curvatura con el ancho del río; también dependiendo de la altura de la orilla en la curva externa, el poder de la corriente y un coeficiente que representa la resistencia a la migración del canal.

,2,5 2,5

1,5 1 2,5

,Ω

Ecuación 2

Ecuación 3

Curvatura r/w

Tasa de erosión

m/w


10

Ω

Donde M=tasa de erosión de la orilla [m/año]; M2.5=tasa máxima de erosión de la orilla (m/yr); Ω=poder total de la corriente [Watts/m]; hob=altura de la orilla externa (m); Yb=resistencia al coeficiente de migración del canal (N/m2); Q5=caudal con periodo de retorno de cinco años el coeficiente de resistencia para una partícula conocida el se puede utilizar gráfico siguiente propuesto por los mismos autores.

Figura 5: Relación entre el coeficiente de resistencia a la migración del meandro (Yb) y el tamaño de partícula de los sedimentos de la orilla externa (Hickin y Nanson, 1984)

Para aplicar el modelo matemático propuesto por Urquieta (2006), es importante determinar la pendiente de equilibrio para el río en estudio, para ello se aplica la siguiente ecuación:

,

Donde: i=pendiente; ke=coeficiente de la pendiente; k=1; βb=Coeficiente que relaciona la sección llena del río y la descarga media anual; n= Coeficiente de potencia de carga de sedimentos en relación con la velocidad de flujo; m= Coeficiente que relaciona la carga del sedimento con la velocidad de flujo; αQ= Coeficiente de desviación promedio; Q= Descarga promedio anual; C= Coeficiente de Chézy.

Ecuación 5

Ecuación 4

Ecuación 6

Ecuación 7


11

La tasa de erosión es determinada aplicando la siguiente expresión:

/ /

. √

/

Donde: Mmax=Tasa máxima de erosión; ab =Coeficiente de relación Bb-Qb; θ=Parámetro de Shied’s; g=aceleración de la gravedad; ρ=Densidad del agua; Q=caudal promedio anual; Yb=Coeficiente de resistencia de la orilla obtenido por medio de la figura 5; Qb=caudal de la sección llena; Bb=Ancho del río.

6.4 Punto de acumulación y formación de remanso

La importancia de observar el punto de acumulación y la formación de remanso es desde luego verdaderamente doble como puede esperarse. Primero, la formación de remanso determina la altura de la orilla del río, en la cuando el río golpea y erosiona, esta zona de erosión es la curva externa siendo un importante factor que determina la tasa de migración del agua. Segundo, el punto de acumulación determina el nivel inicial de la deposición por encima de la orilla antes de que la acreción vertical comience (cuando se cae la lama); nivel inicial de sedimentación de la corriente que inunda. La formación del punto de acumulación determina, al menos como suposición para el presente estudio, el nivel inicial para la deposición antes de que la crecida comience. En otras palabras puede ser observado como un nivel inicial para la sedimentación del plano de inundación. Los puntos de acumulación se forman en la curvas de los ríos y pueden estar compuestos de grava, arena, sedimento y arcilla. Su forma característica semielíptica es fácilmente reconocible. Por la manera en la que están formados, los puntos de acumulación que ocurren en los ríos tienen la misma forma que los puntos de acumulación que se formaron en los ríos hace millones de años atrás. Los procesos que sedimentan los puntos de acumulación son los mismos en ríos largos y cortos. Como un resultado, todos estos puntos también tienen la misma forma ya sea si son largos o cortos o jóvenes o viejos (Figura 6).

Ecuación 8


12

Figura 6: Diagramas que ilustran la formación del punto de acumulación a) el efecto del canal

curvado en el caudal b) punto de acumulación (que dan lugar a la estrangulación del rio) formado en la orilla interna y la erosión que ocurre en la orilla externa (Fuente: Urquieta, 2006).

Los puntos de acumulación obtienen sus formas únicas a causa de la manera en que el agua fluye a través de las curvas de los ríos. Conforme el agua va ingresando en la curva del río, el caudal gira en un espiral. La corriente del caudal es mayor en el lado externo de la curva causando la erosión de la curva externa. Conforme el agua fluye alejándose de la orilla externa (después del impacto) y sube el talud de la orilla interna, o punto de acumulación, pierde algo de su energía y comienza a depositar sedimentos erodados de la orilla externa o remanso.

6.5 Altura del punto de acumulación

Por medio de una revisión literaria extensa no se encontraron estudios vinculados a la estimación de la altura del punto de acumulación. Para el presente estudio se ha realizado una aproximación sencilla usando la ecuación 3. Esto implica que el punto de comienzo para la sedimentación será estimado por la topografía del lecho en el meandro del río. Considerando la morfología 2D, una redistribución del caudal y el sedimento ocurre en las curvas meándricas, lo que lleva a una solución de tipo simetría axial en una curva larga con radio constante. El talud del lecho transverso β, puede ser definida por la ecuación 1:

Donde: R=radio de curvatura de la curva; f(θ)=función del parámetro de Shield’s el cual expresa el efecto transversal de talud-lecho en la dirección de transporte de sedimento; h= profundidad; A=coeficiente del caudal en espiral definido como (usualmente A es considerada más o menos 10):

Ecuación 9

Erosión en la superficie

Erosión en la orilla

Punto de acumulación

Ondas

Declive en el flujo y

tamaño de partícula

Orilla cóncava

Zona de erosión

Zona de acumulación o deposición

Corriente circulatoria de flujo de agua alrededor de la curva del río

Punto de acumulación

Paso de corriente alrededor de la curva

Demostración del paso de las partículas en forma de espiral por el paso de la curva de un río


13

La función f(θ) fue definida por Talmon et al. (1995) como:

9,√

En la práctica comúnmente la función que se muestra arriba es escrita así: f(θ)=0,85√θ para canales naturales. La forma del punto de acumulación está determinada por la longitud de la curva Lp y la longitud de la humedad Ld expresada por Struiskma et al. (1985) así:

Donde: λs=es igual a la longitud del lecho; λw=longitud o largo de adaptación del caudal o corriente principal; n=es una función del transporte del sedimento (S=mun, m-n=son coeficientes y u es la velocidad del caudal o flujo)

Por otra parte λs y λw son definidas com :o

La siguiente figura ilustra el perfil del lecho para la morfología 2D y la variación de la longitud de la onda y la variación de la humedad para diferentes valores de n.

Ecuación 11

Ecuación 12

Ecuación 13

Ecuación 14

Ecuación 10


14

Figura 7: a) Perfil de la curva longitudinal en condiciones de simetría axial b) Variación de la

curva y la longitud de la humedad con exponente de transporte de sedimento

Ahora asumiendo una esquematización de la sección de cruce del canal como se muestra en la Figura 8, la altura del punto de acumulación puede ser estimada aplicando la ecuación 5 como se ve a continuación.

2

Por lo tanto si sustituimos A=10 y f(θ)=0.85√θ y simplificando, la ecuación 5 resulta en la ecuación siguiente:

4,25√

Donde: hpb=altura del puno de acumulación y B=ancho del canal.

Figura 8: Esquematización del corte de una sección para la estimación del punto de acumulación

Ecuación 15

Ecuación 16


15

6.5.1 Función de la densidad probable de la altura del punto de acumulación

Siguiendo la función de densidad probable de ríos Meándricos propuesta por (Camporeale et al., 2005) la función de densidad de los puntos altos de acumulación puede ser estimada. Con esto se puede establecer la función de densidad probable. Para lograrlo una relación entre el radio de la curvatura y la altura del punto de acumulación es necesaria. Entonces usando la ecuación 13 relacionada a los radios de curvatura y altura del punto de acumulación y la función de distribución probable de radios de curvatura proporcionados por Camporeale et al. (2005), permite obtener la función de distribución probable de la altura del punto de acumulación. Primero que nada una curva estimada es ajustada a la función de distribución probable del radio de curvatura, cumpliendo los requerimientos del área inferior a la curva fijada que es igual a 1. Segundo, la relación de la altura del punto de acumulación puede ser simplificada usando la relación empírica entre el largo del meandro y ancho del río que sugiere que λ es más o menos 10B.

Simplificando y expresando todo esto en una función de la curvatura adimiensional resulta en:

0.425√

Donde hpb=altura promedio del punto de acumulación; h=altura promedio del caudal; θ= parámetro del Shield’s; λ/Rc=radio de curvatura

6.6 Altura de la orilla exterior

La altura de la orilla exterior es causada por el flujo secundario, asociado al flujo en el comienzo de la curvatura. La corriente necesita cierta longitud para la distribución del flujo y del sedimento, puesto que tienen que adaptarse a las nuevas condiciones. El caudal o flujo espiral tiende a transportar partículas hacia la corriente de la curva interior, hasta que se forme un talud lateral empinado y el equilibrio entre las fuerzas laterales de los componentes del lecho afectado, las fuerzas que producen este lecho cortado y las fuerzas de gravedad se establezca (Fanvendegom, 1947). El nivel del lecho de curvatura en dirección transversa esta dado por Jansen (1979), como sigue:

Donde: hy=profundidad del agua; hc= profundidad promedio del agua (mitad del río); Ry=radio de la curvatura en la localidad y; Rc= radio de la curvatura; ic=talud del nivel del agua en la mitad del rio; Δ=densidad relativa; D=tamaño del material del lecho.

Esta ecuación fue derivada asumiendo la descarga continua del material con tamaño uniforme del material del lecho, transporte de carga y orillas fijas.

Ecuación 17

Ecuación 18


16

Struiksma (1988), presento un gráfico (Figura 9) para estimar la altura máxima de la orilla exterior y la altura de los canales curvados en términos de promedio transversales. En la figura hob/h es la relación entre la profundidad máxima y la profundidad promedio; B/Rc es la relación entre el ancho del río y el radio de la curvatura; θ=es el parámetro de Shield’s; y A es el coeficiente de flujo secundario que depende del coeficiente de Chezy.

1 √

Donde εob= factor de calibración (1); k= coeficiente Von karma (0,4); g=aceleración de la gravedad; C=coeficiente de Chezy.

Figura 9: Método para encontrar la profundidad de escurrimiento máxima (Strusikma, 1998)

El método de predicción basado en el talud transversal del lecho y la distribución de las velocidades transversal, es válido para grandes curvaturas circulares o corrientes circulares. El talud transversal del lecho esta expresado como:

Donde: δh/δn=talud transversal; A=coeficiente secundario de flujo; f(θ)=función representando la influencia del parámetro de Shield’s.

6.7 Migración del río y reposición del plano de inundación en ríos aluviales

La importancia de este aspecto está en usar el proceso de migración del río (deposición y erosión) y la formación de corrientes de agua como una herramienta que representa los complejos mecanismos involucrados en el juego entre deposición y acción erosiva dentro de un determinado sistema fluvial a una escala que se pueda llegar, ocupándose esencialmente de la interacción de canales, corrientes de agua de una manera más simple y general. En otras palabras por medio del uso combinado de la migración y la recuperación de los lechos de río se pretende simplificar la alta variabilidad espacial y temporal de algunas variables dependientes. La migración de ríos esta relacionada a la forma del canal, características del flujo, erosión de las orillas, y otros factores (Yojansen y Parker, 1975). Localmente la

Ecuación 19

Ecuación 20


17

distribución de la velocidad y la presión de corte y las características del lecho y del sedimento del lecho y de la orilla y el control de la conducta del canal determina por lo tanto la morfología del canal; tal como dimensiones, ancho profundidad, ritmo de corriente del meandro y amplitud, forma (sinuosidad, radio de curvatura del diámetro de la curva) y el talud no solamente se reflejan en corrientes arriba sino además proveen información de la dirección y de la migración del canal. Por ejemplo, canales altamente sinuosos y de igual ancho son relativamente estables mientras que menos canales sinuosos de variable ancha pueden migrar rápidamente. Los procesos fluviales involucrados en predecir tasas de migración son muy complicados y variables de importancia, los factores que afectan los cambios de las corrientes en canales aluviales son: descarga de la corriente (magnitud y dirección), carga del sedimento incluyendo tipos y tamaño de los sedimentos, talud longitudinal de la cuenca, resistencia a la erosión de la orilla y del lecho, vegetación, geología, incluyendo rocas primarias, trozos de arcilla y cambios en la forma de la cuenca y actividad humana. La morfología y la conducta de un rio están determinadas fuertemente por el sedimento y descarga corrientes arriba. Por lo tanto cualquier modificación significativa de la caga del semiento y la descarga de agua como resultado de eventos humanos naturales puede impactar tasas locales de cambio de canal.

6.7.1 Migración del meandro

La migración de un meandro es el proceso por el cual un meandro se mueve dentro de su área del plano de inundación disponible. La migración incluye el cambio lateral del canal, expresado normalmente en términos de distancia recorrida perpendicular a la línea central del canal. Las migraciones del canal tienen generalmente dos componentes (lateral y posterior), varios tipos de movimientos se originan; traslación, cuando la curva cambia de posición contra la corriente o río abajo sin la alteración de su forma básica; rotación, cuando el eje de la curva cambia su orientación; y extensión, cuando la longitud del río aumenta. Éstos se ilustran en la figura 10; además se presenta un ejemplo en la figura 11 con respecto a las migraciones de los meandros.

Figurro

Fig

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18

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Ecua

Ecua

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rquieta, 2006

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del mean

ación 21

ación 22

ación 23

illarroel

n, c) al

6).

las

ndro;


19

Para mejor comprensión de los términos se presenta la siguiente figura:

Figura 12: Características del meandro de un río (Urquieta, 2006)

6.7.2 Reformación del plano de inundación

El plano de inundación es formado por el río durante las migraciones laterales del canal y por la deposición del sedimento. El canal de río se mueve lateralmente por la erosión de una orilla y la deposición simultánea en la otra. Mientras que se está reconstruyendo un plano de inundación, puede haber características físicas evidentes en el terreno de aluvión tal como erosión y deposición en las curvas del meandro. Otras características, tales como canales laterales (canales inclinados) o lagos, pueden ser evidencia de que un canal se ha movido cortando una curva del meandro. Estas características aumentan la complejidad del canal y todas juntas construyeron la morfología de un canal en la migración. Si los procesos de la erosión y de la deposición están en equilibrio, puede haber un pequeño cambio en la superficie transversal, incluso cuando los meandros del canal emigran a través del terreno de aluvión (Dunna y Leopold, 1978). A lo largo de este proceso de movimiento lateral y de la deposición, el río está construyendo continuamente nuevas tierras planas por la deposición, mientras que se mueve lateralmente, y el valle plano es la evidencia más directa de la migración lateral. Muchos estudios se han llevado a cabo utilizando el término de reformación del plano de inundación, también llamado renovación o rejuvenecimiento (Salo y otros, 1986; Schoor, 1992; Leys y otros, 1999; Wolfert, 2001; Sala, 2001; Geerling, 2005), de aquí en adelante este proceso será referido como reformación del plano de inundación. La correspondiente tasa de reformación del plano de inundación, representa la cantidad de inundación reconstruida por medio del proceso geomorfológico, es decir cambio del canal, progresión del meandro, cortes. Sus unidades de medida pueden ser área por año por la longitud del río, m2m-1 año-1 (Leys y otros, 1999). Así pues, dos aspectos principales son considerados en la reformación del plano de inundación. Los procesos en primer lugar de la erosión y de la sedimentación son

Longitud del meandro

Radio de curvatura Ancho

Franja delmeandro

BB

Amplitud

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s de e del


21

río que se erosiona como movimiento del canal a través del plano de inundación; por lo menos para este estudio. Para determinar la tasa promedio de reformación es necesario estimar la tasa promedio de erosión la cual es calcu d io de la siguiente expresión: la a por med

Donde: M=tasa promedio de erosión; Mmax=tasa máxima de erosión; δM=Coeficiente para la tasa promedio de erosión (0,62). Una vez obtenido este valor se ap uación, para calcular la tasa promedio de reformación (RE)

lica la siguiente ec

Donde: Lc= longitud del río del tramo en estudio El coeficiente αRE, si no hay datos relevantes de los tipos de reelaboración de este coeficiente, puede ser utilizado como parámetro de calibración. Por el momento, se asume como 1.

6.8 Sedimentación en los planos de inundación

6.8.1 Factores principales que afectan la sedimentación

Como los flujos de ribera se producen sobre una base anual hay en efecto una acumulación del sedimento en los planos de inundación. Consecuentemente el terreno de aluvión aumentará a largo plazo. Por otra parte las tasas de sedimentación son variables espaciales, principalmente debido a las diferencias en frecuencia de la inundación, topografía del terreno de aluvión y la distancia hasta el cauce del río. Las variaciones temporales en tasas de sedimentación se pueden relacionar con los cambios hidráulicos y con los cambios en el uso del suelo y las prácticas de conservación de suelos en las áreas aguas arriba (Middelkoop, 1997). La deposición depende de los factores que varían temporal y espacialmente, por ejemplo elevación del nivel del mar, flujo y el suministro de sedimentos (Florsheim et al., 2003). Por lo tanto considerando la variabilidad temporal y espacial de los factores implicados, los factores que afectan la deposición en la orilla interna se pueden dividir en: factores hidrológicos, hidráulicos y físicos. Factores hidrológicos

- Clima: clima en un sentido amplio, precipitación, viento y temperatura. - Descarga: hidrología, frecuencia y duración; sobre una base anual - Suministro de sedimento: el material en suspensión - Morfología: degradación, serpenteo, trenzado, etc. - Efectos de marea sobre límite río abajo: nivel del mar en aumento.

Factores hidráulicos - Velocidad

Ecuación 24

Ecuación 25


22

- Talud - Pérdidas de energía (rugosidad, obstrucción, etc.)

Factores físicos - Geología - Topografía - Vegetación - Sedimento (tamaño y características físicas)

Además, una división más simple puede ser adoptada sobre el objetivo de esta investigación. En cuanto a la capacidad y a la disponibilidad asociada al tramo del río, los siguientes factores que afectan las tasas de deposición de ribera se pueden identificar como: Flujo de la orilla interna Se refiere a las características de los flujos de la ribera: frecuencia del desbordamiento, descarga, velocidad de flujo, tiempo de la inundación, profundidad de agua y magnitud de la inundación. Sedimentos en suspensión Esto implica las características de la carga del sedimento: concentración, tamaños de las partículas, velocidad de sedimentación. Topografía Se relaciona con las características topográficas principales del sistema del río: tipo del río (meándrico o trenzado), franja del meandro (anchura del terreno de aluvión), sinuosidad, y relevación. Los factores antedichos son los factores considerados en este estudio. Por otra parte debe notarse que la influencia de la vegetación no está considerada de momento con respecto a nuestros planteamientos. La vegetación aumenta la resistencia al flujo y por lo tanto reduce la velocidad de flujo a través del terreno de aluvión. Su influencia depende del tipo de vegetación y de la profundidad de agua (grado de inmersión).


23

Figura 14: Sistema de un río y algunas de sus características que influencian la tasa de

sedimentación

6.8.2 Tasa de sedimentación

Si bien se sabe que los planos de inundación desempeñan un papel importante en el almacenaje del sedimento, poco se sabe sobre la cantidad de almacenaje del sedimento en los depósitos de la ribera (Asselman, 1995). Al igual que la tasa de deposición, la tasa de sedimentación también es una variable espacial y temporal. Esto se da por la variación de la frecuencia de los flujos en la ribera y la topografía del terreno. Son variables temporales principalmente debido a la variación del aporte de sedimentos asociados al cambio climático, uso de la tierra, etc. Por otra parte, la variación espacial y temporal se puede atribuir a los constantes desbordamientos, mientras que crece el plano de inundación causa un aumento de la capacidad de transporte del canal y paralelamente una disminución de la cantidad de sedimentos transportados desde el cauce del río a las llanuras de inundación. Después de obtener la tasa promedio de erosión de las orillas, la siguiente etapa consiste en calcular el tiempo disponible para la sedimentación en los planos de inundación, para ello se aplica la ecuación siguiente:

Profundidad de agua

Vegetación

Características del sedimento

Sinuosidad

Plano de inundación

Franja del meandro

Niveles naturales

Borde inundado


24

Donde: ξ=Coeficiente de la franja del meandro (0,25)

6.8.3 Variabilidad espacial y temporal de la sedimentación

Como se mencionó anteriormente la sedimentación del terreno de aluvión varía espacial y temporalmente. La variación espacial puede ser debido a una variación en el tamaño de la partícula y la composición de los depósitos del terreno de aluvión y la variación temporal puede ser principalmente por la variación de la frecuencia de los desbordamientos. La variación espacial fue estudiada hasta ahora por varios autores. Por ejemplo, Thonon (2006), Asselman y Middelkoop (1993), Middelkopp y Asselman (1994), él y Walling (1998), Simm y Walling (1998). Según estos estudios, con respecto a una dirección seccionada transversalmente (sección del terreno de aluvión), el índice de deposición disminuye mientras que la distancia a los márgenes del río aumenta, y como la distancia al río aumenta el tamaño de partícula mediano disminuye. Algunos estudios de caso prácticos han demostrado una distribución exponencial de la deposición del sedimento en la zona de inundación. En la Figura 15 y 16 se ilustra la disminución de la tasa de sedimentación del terreno de aluvión y del tamaño de las partículas respectivamente, en función de la distancia de la fuente de sedimento (canal principal). Estos gráficos se basan en los datos del campo de los planos de inundación del río Stour, Dorset, Reino Unido.

Figura 15: Variación de la tasa de sedimentación en función de la distancia del canal principal (Tomado de Urquieta, 2006).

Tasa

de

sedi

men

taci

ón (g

cm

-2 a

ño-1

)

Distancia desde el canal (m)

Ecuación 26


25

Figura 16: Variación del tamaño de partícula en función de la distancia del canal principal (Tomado de Urquieta, 2006).

Por otro lado una serie de factores y procesos que influyen en la deposición de sedimentos pueden cambiar con el tiempo, causando una variación temporal en las tasas de deposición.

- El cambio climático puede alterar el régimen de descarga de los ríos, cambiando así las condiciones para la deposición de sedimentos como la duración y las frecuencias (Middelkoop, 1997).

- El cambio de uso de la tierra debido a la reforestación o a la deforestación, al abandono de las tierras por las prácticas agrícolas, pueden aumentar o disminuir el suministro de sedimentos a los ríos. (Asselman et al., 2003).

Los pasos para el cálculo de la sedimentación son los siguientes: 1. Para estimar la descarga a lo largo del plano de inundación se aplica la siguiente ecuación:

,

2. Calcular el área efectiva para s la edimentación:

3,4 0,05

Donde: p=sinuosidad del río (se asume como 1)

Por

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aje

de p

artíc

ulas

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063m

m (%

)

Distancia desde el canal (m)

Ecuación 27

Ecuación 28


26

6.8.4 Tamaño de partícula y velocidad de sedimentación

El tamaño de partícula del sedimento que se deposita sobre el terreno de aluvión es un aspecto importante a considerar, puesto que puede definir indudablemente la tasa de incremento en la llanura de inundación. Como fue discutido antes, el material considerado para la sedimentación es una carga de lavado, que está compuesta sobre todo por el sedimento fino (arcilla, limo) cuyo tamaño de partícula es principalmente <60μm. Por lo tanto estas partículas pueden experimentar un proceso de floculación durante la sedimentación. La floculación es un proceso por el cual las partículas finas (material cohesivo) se agrupar en un flóculo. Este proceso puede afectar a la velocidad de sedimentación de las partículas (Urquieta, 2006). Respecto a la sedimentación Thonon (2006), realizó la medida in situ del sedimento en los planos de inundación. Entonces él propuso una expresión para estimar la velocidad de sedimentación del flóculo, según el tamaño de partícula por medio de una relación exponencial. Esa expresión es como sigue:

2,7 4 , Donde: ws=velocidad de establecimiento del flóculo (mm/s); D= Tamaño de partícula (µm). Thonon (2006), también mencionó a otros autores que indican la importancia del tamaño del flóculo y la caída en relación a las velocidades de sedimentación sobre los terrenos de aluvión, Asselman y Middelkoop (1993), Asselman (1999). Por otra parte, en relación con los modelos de sedimentación, Asselman y Van Wijngaarden (2002) y Middelkoop y Van der Perk (1998) utiliza en su modelo una velocidad de establecimiento total de 7E-2 [mm/s]. Esto corresponde a un tamaño de flóculo del 34 [µm], utilizando la expresión de Thonon (2006). El mismo autor sugirió que el tamaño de partícula eficaz pueda estar en el rango de 18,2-35,4. Puesto que la velocidad de sedimentación es sobrestimada por la ley de Stokes, se recomienda el uso de relaciones empíricas o in situ, midiendo las velocidades de sedimentación (Thonon, 2006). Por lo tanto, para el actual estudio la relación propuesta por Thonon (2006) será utilizada para estimar la velocidad de sedimentación. Por otra parte el tamaño de la partícula será de 34 [µm].

6.8.5 Expresión para la valoración de la tasa de deposición

En este punto se describe una expresión mejorada para varios desbordamientos, incluyendo la reducción de la superficie disponible para la sedimentación, así como los parámetros de calibración. Ahora introduciendo un factor de calibración, la expresión da lugar a:

Ecuación 29


27

∑ 1 ∑ ∑

·

Donde: Qfp0 = Descarga inicial; AR = Tasa de erosión; ws = Velocidad de sedimentación efectiva; k = índice Braiding; αfp = Coeficiente de descarga de planos de inundación; αA = Coeficiente para el área de sedimentación; Afp = Área del plano de inundación; Cc = Concentración (relación entre en coef. de Chezy y el QT); ff = frecuencia inicial de la inundaciones Por una parte usando la ecuación, puede ser posible estudiar el efecto de cambios en variables independientes. Por ejemplo, la concentración, concentración del flujo debido a los efectos externos sobre influencias a largo plazo como el uso de tierra, el cambio de clima, etc.

7 MARCO METODOLÓGICO

El análisis multitemporal del cauce del río Ichilo para el sector de Puerto Villarroel tiene por objetivo el reconocimiento preliminar de los sectores donde la actividad dinámica del cauce del río es mayor, la cual se refleja en los frecuentes cambios de curso, sinuosidad, configuración y apariencia general del río. Dadas las características de este estudio, el análisis multitemporal del cauce se apoyó principalmente en la utilización de información secundaria y la interpretación de imágenes satelitales.

7.1 Tipo de investigación

El tipo de investigación es descriptiva no experimental puesto que se basa fundamentalmente en caracterizar un fenómeno, considerando la interpretación y análisis de datos empíricos recopilados de estudios realizados en la zona de estudio.

7.2 Enfoque metodológico de la investigación

La evaluación del comportamiento del río se realizará mediante un análisis multitemporal del sector, con la base de imágenes satelitales de distintas épocas, para ello se cuenta con imágenes de los años 1985, 1990, 2000, 2003, 2006 y 2008. Además se logró conseguir una fotografía aérea del año 1975. Por otro lado se determinará la tasa de erosión anual [m/año] (para el año 2008) , en la ladera izquierda del río, que afecta a la población de Puerto Villarroel, con este dato se realizará una estimación de la tasa de erosión anual para el año 2020 con el fin de predecir el comportamiento del río y las posibles afectaciones en dicha población. Para ello se utilizarán modelos matemáticos propuestos por Hickin y Nanson (1984) en un estudio realizado por Urquieta (2006).

Ecuación 31

Ecuación 30


28

7.3 Características del área de estudio

7.3.1 Ubicación

El Municipio de Puerto Villarroel corresponde a la Quinta Sección de la Provincia Carrasco, del Departamento de Cochabamba de la República de Bolivia, fue creada mediante Ley de 14 de Abril de 1980, durante la presidencia constitucional de la Sra. Lidia Gueiler Tejada. A la fecha el municipio cuenta con 10 distritos Municipales. De acuerdo al Instituto Geográfico Militar (I.G.M.) el Municipio de Puerto Villarroel ocupa una superficie de 1927,8 [Km2].

Figura 17: Ubicación del Municipio de Puerto Villarroel (Tomado de SEMENA, 2008)

sta ubicada en el Sub Trópico Cochabambino a 255 [Km] de la ciudad de

Cochabamba y a 201 [Km] de la ciudad de Santa Cruz. Específicamente está E


29

ubicado entre los paralelos 16º45’ y 17º15’ Latitud Sur, y los meridianos 64º40’ y 65º7’300’’ de Longitud Oeste (SEMENA, 2008). El sistema del río Ichilo y Mamoré transcurre entre lo 150 y 200 m.s.n.m. Su eje central tiene una pendiente promedio aproximada de 0,006%. En cambio la

la Temperatura anual en el área de Puerto Villarroel sobrepasa los 20ºC. Los promedios mensuales de temperatura más altos (27 – 32 ºC) se alcanzan

distribución espacial de la precipitación total anual elaborado por el proyecto Nuevo IBTA – Sistema de Generación, Transferencia de Tecnología

ltitud de la cuenca,

inco

getación de Bolivia elaborado por Beck et al. (1993) y Navarro (1990), la zona está clasificada fitogeográficamente como Bosque Húmedo de

pendiente promedio determinada específicamente para el río Ichilo en la región de Puerto Villarroel es de 0,00092. El sistema tiene una profundidad promedio de 7[m], aunque existen sectores con profundidades mayores a 10[m].

7.3.2 Clima

El promedio de

entre noviembre y marzo. En junio y julio llegan a 20,4ºC y 21,3ºC respectivamente. La temperatura de 27ºC puede ser excedida por el promedio de temperaturas máximas mensuales, en la mayoría de los meses del año. La estación fría corresponde a los meses de junio y julio, con una media de19ºC y los meses más calurosos están entre noviembre y enero (± 27º C) (SEMENA, 2008).

7.3.3 Precipitación

De acuerdo al Mapa de

Agropecuaria y Servicios de Diagnostico, en el Trópico de Cochabamba se registran en la cuenca los valores más altos de precipitación en Bolivia. La precipitación media anual varía entre unos 4000 mm en la cuenca baja, incrementándose en la medida en que se incrementa su aalcanzando un máximo de 5000 mm, es decir que la precipitación es del tipo orográfico. Siendo el valor promedio de todo el Trópico Cochabambino de 4250 mm. De acuerdo con esta información de precipitación anual, el Trópico de Cochabamba es una región clasificada como muy lluviosa, lo que genera condiciones de alta humedad en el aire y el suelo durante la mayor parte del año (SEMENA, 2008). La estación seca ocurre generalmente entre los meses de Mayo a Septiembre, en donde la cuenca recibe el 20% de su precipitación anual; en los restantes cmeses de la estación lluviosa, de noviembre a marzo, el aporte corresponde al 80% de la precipitación anual (SEMENA, 2008).

7.3.4 Vegetación

Según el mapa de ve

Llanura, que a su vez forma parte de la “Región Biogeográfica del Amazonas”. Estos bosques forman un complejo de comunidades vegetales de bosques de altura, bosques inundados temporalmente durante un largo período hasta aquellos anegados estacionalmente. En este complejo, aún cuando las especies deciduas se pueden reconocer con facilidad, las especies siempre-verdes son las dominantes.


30

7.3.5 Hidrografía

Uno de los principales ríos de la cuenca del Amazonas es el río Ichilo, que desde confluencia con el río Chapare constituye el río Mamorecillo.

Tiene una Longitud de 280 [km] y es un medio de transporte fluvial muy importante

a boca

El área de estudio, forma parte de la llanura Beniana y la cordillera oriental de glomerados de areniscas y arcillitas del terciario,

rocas clásticas no consolidadas aluvión reciente ricas en arenisca de cuarzo, limo,

ondulado a plano con relieves moderados,

aciones de los

y valles estrechos en algunos sectores, formados por la

Santa Cruz hasta la

para el país (SEMENA, 2008). La hidrovía Ichilo – Mamoré es el principal eje fluvial de la Amazonía boliviana con 1380 [Km] navegables entre los puertos de Puerto Villarroel y Guayaramerín. En el tramo inicial desde Puerto Villarroel se presentan zonas con palos, tal como en El Peligro (± Km 77). Los afluentes con régimen irregular producen curvas de remanso y sedimentación, es así como se forman las "panduras" tal como en ldel río Chimoré (SEMENA, 2008).

7.3.6 Geología y Geomorfología

Bolivia, su geología comprende con

arcilla y calizas del cuaternario, corresponde a la gran unidad morfo estructural del subandino, que bordea el extremo oriental de los andes y se caracteriza por su rumbo Sur–Norte (SEMENA, 2008). La región corresponde a un sistema de lomeríos con una altitud máxima de 200 m con una diferencia de relieve de aproximadamente 80 m y un declive en dirección SE-NO (Figura 18). El paisaje essistemas de lomeríos, terrazas aluviales (grava, arena, limo y arcilla) y llanuras aluviales como diques y quebradas abandonadas (SEMENA, 2008). La región está clasificada como “Amazónica Preandina”, compuesta de depósitos de sedimentos aluvionales y fluviolacustres que pertenecen a deslaves, sobre el área de los innumerables ríos y riachuelos que son drenados de las estribAndes (SEMENA, 2008). La unidad morfo estructural típica de la zona puede definirse como: Llanura aluvial propia del cuaternario, que forma sistemas de valles anchos con lomas y laderas anchas hasta quebradas erosión de los ríos; en su mayoría las rocas son sedimentarias y metamórficas (SEMENA, 2008).


31

Figura 18: Perfil fisiográfico y geomorfología del área

7.3.7 Suelos

Los procesos y agentes pedogenéticos actúan en mayor intensidad, en función a la posición fisiografía, (topografía, clima, vegetación y tiempo), dando lugar a la meteorización química, (oxidación, hidratación, hidrólisis, carbonatación y disolución), desempeñando una función importante en la formación y evolución de los horizontes del suelo. El área de estudio, comprende la llanura Beniana con una pendiente plana (<2 %), los suelos son de origen aluviales antiguos estratificados alternativamente de arena, limo y arcilla, de textura mediana. Poseen una estructura débil, causada principalmente por el alto contenido de limo, moderado porcentaje de materia orgánica y por la asociación de las arcillas, caolinitas e illitas La región posee una topografía plana o casi plana (1 a 2 %) con algunas morrenas aisladas y dunas. Tierras que soportan una cubierta vegetal formando un bosque de especies latifoliadas siempre verdes, barbechos con bosque secundario y asentamientos de colonos de hace más de 30 años (SEMENA, 2008). Los parámetros indicados en el párrafo anterior, permiten asociar con el alto grado de meteorización y sensibilidad a factores degradantes que presentan estos suelos, especialmente por la deforestación, la agricultura extensiva, ganadería, proyectos petroleros y otras actividades económicas (SEMENA, 2008). La descripción física detallada se presenta en el siguiente cuadro, y es resultado de la inspección visual de campo en el área de Puerto Villarroel.


32

Cuadro 1: Descripción física del suelo Parámetros de análisis Características del suelo

Cobertura Pastos (gramíneas), bosques secundarios ralos Color Entre los 0 a 10 [cm] se observa un color

marrón oscuro, > a 10 [cm] color amarillo entremezclado con un color marrón oscuro

Olor Natural agradable Textura al tacto Arenoso a franco arenoso

Erosión Laminar Presencia antrópica Permanente

7.4 Fuentes de información

La fuente de información se basa en estudios e investigaciones realizadas por el Servicio de Mejoramiento a la Navegación Amazónica (SEMENA), Instituto Geográfico Militar (IGM), Centro CLAS, imágenes satelitales, Programa de Manejo Integral de Cuencas (PROMIC) y Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología (SENAMHI). Además se contará con el apoyo de la Honorable Alcaldía Municipal de Puerto Villarroel en función al apoyo del registro histórico de inundaciones e información primaria. Las imágenes satelitales proporcionadas por el CLAS son de tipo LANDSAT, las cuales corresponden al año 1990, 2000, 2003 y finalmente dos imágenes ASTER del año 2006 y 2008. Además se logró conseguir la fotografía aérea del año 1975 y la cartografía correspondiente a la zona para año 1985, información que fue obtenida en el IGM de La Paz y Cochabamba respectivamente (Cuadro 2).

Cuadro 2: Lista de imágenes obtenidas para el estudio Nº Fecha Imágenes Proporcionado por:

1 1975 Fotografía Aérea IGM La Paz

2 1985 Cartografía IGM IGM Cochabamba

3 Mayo -1990 Landsat CLAS

4 Julio - 2000 Landsat CLAS

5 Novi - 2003 Landsat CLAS

6 Sept - 2006 Aster CLAS

7 Ago - 2008 Aster CLAS

Cuadro 3: Datos proporcionados por otras fuentes

Datos Valor Unidad Proporcionado por:

Descarga promedio anual 1542.9 m3/s SEMENA

Carga de sedimentos 28.7 mill.ton/año SEMENA

Tamaño de partícula 0.425 mm SEMENA

Densidad del sedimento 2650 Kg/m3 SEMENA

Talud medio actual 0.00092 - Estudios previos

Descarga total 7279.1 m3/s SEMENA


33

Análisis de la información

7.4.1

En edetermLas shidrog1. Pro

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35

Año 1975 Año 2008

Figura 20: Comparación entre imágenes satelitales correspondientes a los años 1975 y 2008

7.4.2 Modelos matemáticos

En esta fase se determinará una tasa de erosión anual mediante un modelo matemático propuesto por Urquieta (2006), en base a otro modelo matemático desarrollado por Hickin y Nanson; en la zona específica de Puerto Villarroel. Este modelo fue elaborado específicamente para ríos de característica meándrica, es por ello que se aplica al río Ichilo, además cabe resaltar que el modelo solo se aplica a un segmento del río, que corresponde al Municipio de Puerto Villarroel (Figura 22). Datos iniciales

- Descarga: caudal promedio anual y caudal máximo - Carga del sedimento: carga del sedimento total anual - Características del sedimento: tamaño promedio de la partícula del lecho del

río.


36

Flujograma de la aplicación del modelo matemático propuesto por Urquieta (2006)


37

Etapa 1 1. Para el cálculo de la pendiente de equilibrio del río se aplica la ecuación 6. Para determinar el coeficiente ke se aplica la ecuación 7. Los coeficientes βb y αb son obtenidos a partir de la siguiente figura que fue elaborada por Urquieta, 2006. Donde βb=0.798 y αb=13,78.

Figura 21: Coeficientes propuestos por Urquieta (2006)

2. La tasa máxima de erosión se determina aplicando la ecuación 8. 3. Para determinar la altura del punto de acumulación se aplican las ecuaciones 9 a la 16. Input 4. Para estimar la longitud promedio del meandro, radio medio de curvatura y franja del meandro se emplearon las ecuaciones 21, 22 y 23.

Descarga promedio (m3/s)

Des

carg

a de

la s

ecci

ón ll

ena

del r

ío (

m3 /s

)


38

Figura 22: Características estimadas para el meandro

5. Para determinar la tasa promedio de reformación se aplica la ecuación 24 y 25. Etapa 2 Calcular el tiempo disponible para la sedimentación en los planos de inundación aplicando la ecuación 26. Etapa 3 Los pasos para el cálculo de la sedimentación son los siguientes: 1. Para estimar la descarga a lo largo del plano de inundación se aplica la ecuación 27 2. Calcular el área efectiva para la sedimentación con la ecuación 28: 3. La velocidad de sedimentación de las partículas se calcula por la expresión 29 Etapa 4 Después de calcular los valores iniciales el siguiente paso es calcular la tasa de acumulación para el tiempo disponible para la sedimentación de planos de inundación (TRE). Con el fin de hacerlo se utiliza la ecuación 30

λ=2027,3 [m] Rc=160

B=202,73 [m]


39

8 RESULTADOS

8.1 Análisis Multitemporal

Dinámica del cauce en el periodo 1975 y 1985 En base a las imágenes del cauce del río para los periodos 1975 y 1985 se analizan los principales cambios que ha sufrido el trazado del curso, con el propósito de identificar los sectores donde la dinámica fluvial es más activa y el cauce del río se hace inestable. A continuación se describen los principales aspectos de la dinámica del río Ichilo en el periodo analizado con base en el comportamiento predominante del curso en diferentes sectores del río.

Área del cauce principal: 675,668 [ha] Área del cauce principal: 605,770 [ha]

Año 1975 Año 1985 Figura 23: Trazado del curso del río en el sector de Puerto Villarroel para los años 1975 y 1985


40

MAPA 1: Comportamiento del Río Ichilo durante los años 1975 y 1985


41

La principal característica dinámica de este sector del río, para los años mencionados, es la alta variabilidad que presenta su cauce en su configuración, representado por el desplazamiento de curvas y moderada variabilidad del canal principal, particularmente en la confluencia de los ríos Sajta e Ichilo (Mapa 1). Resalta en la dinámica puntos donde el río ha mantenido una relativa estabilidad, presentando un moderado desplazamiento de las curvas meándricas, de su caudal único, dando la apariencia de presentar algún control; estos puntos se encuentran ubicados después de la confluencia de los ríos. Dinámica del cauce en el periodo 1990 y 2000 La principal característica dinámica de este sector del río, durante esta década, es la alta variabilidad que presenta su cauce en su configuración, representado por el desplazamiento de curvas y elevada variabilidad del canal principal, particularmente en la confluencia de los ríos Sajta e Ichilo (Figura 24). Para el año 1990 el río presenta un canal único; para el periodo 2000, se observa que ocurrió un corte de gran relevancia en el río Ichilo, puesto que el canal único es desplazado, existiendo una estrangulación en el río Ichilo (después de la confluencia) debido a la deposición de sedimentos, cambiando el curso normal del río (Mapa 2). La principal consecuencia de la estrangulación del río en esa sección, es que la Energía erosiva del río es más impactante, afectando directamente en la ladera izquierda que corresponde a la población de Puerto Villarroel. Puesto que, como se vio en el marco conceptual, la erosión se produce en la orilla externa del río y la deposición de sedimentos en la orilla interna, correspondiendo para este caso la erosión en la orilla izquierda del río Ichilo.

Área del cauce principal: 854,097 [ha] Área del cauce principal: 747,796 [ha] Año 1990 Año 2000

Figura 24: Trazado del curso del río en el sector para los años 1990 y 2000


42



43

Una característica muy impactante que se observa en el mapa 2, es que por la estrangulación del río y el nuevo cauce del mismo, son las pérdidas en cuanto a infraestructura puesto que donde se encuentra el nuevo cauce del río, antiguamente estaba el campamento base de la compañía de petróleo YPFB (Yacimientos Petrolíferos Fiscales Bolivianos) y el COE (Centro de operaciones especiales de la Fuerza Naval) los cuales fueron arrasados por la fuerza del río. Dinámica del cauce en el periodo 2003 y 2006 La característica principal para el año 2003 es que el antiguo curso del río ha quedado como un cuerpo de agua que posteriormente se convirtió en un meandro abandonado (año 2006). Además se observa que a causa de la energía erosiva del río, sobre la ladera izquierda del río, Puerto Villarroel queda más vulnerable. Puesto que, como se puede observar en el Mapa 3, el río Ichilo después de la confluencia con el río Sajta va erosionando cada vez más la ladera izquierda. Aguas arriba de la población de Puerto Villarroel se observa una aparente estabilidad en la posición del cauce, que en general es buena. Hasta el año 2006 son muchos los cambios que se observan en cuanto a la dinámica del río Ichilo, representado por el desplazamiento de curvas, elevada variabilidad en el cauce principal y el desplazamiento de la confluencia ente los ríos Sajta e Ichilo.


Figura 25: Trazado del curso del río en el sector de Puerto Villarroel para los años 2003 y 2006


44



45

Dinámica del cauce en el periodo 2006 y 2008 Este periodo es posiblemente el más estable, puesto que no se presentan muchos cambios relevantes en los desplazamientos de las curvas meándricas. En la Figura 26, se puede observar pocos cambios en el río, sin embargo a pesar de la aparente estabilidad, la zona más vulnerable continúa siendo Puerto Villarroel, porque en el transcurso de estos dos últimos años se puede evidenciar un pequeño desplazamiento en la ladera izquierda afectando directamente a la población. Las pérdidas en cuanto a infraestructura son las más frecuentes. El año 2006 se construyó un pequeño mirador a orillas del río Ichilo, en la población de Puerto Villarroel, con fines turísticos. Sin embargo, para el año 2008 este mirador fue arrasado por la crecida y fuerza del río.


Figura 26: Trazado del curso del río en el sector de Puerto Villarroel para los años 2006 y 2008


46



47

Por medio de la obtención de los mapas se logró determinar el área del cauce principal del río, solamente para el tramo en estudio, los resultados son presentados en el siguiente cuadro:

Cuadro 4: Área del río para cada año de estudio

Año Área [ha]

1975 675,66

1985 605,77

1990 854,09

2000 747,79

2003 637,82

2006 551,02

2008 623,45

Durante los años 1975 y 1985 no existe gran diferencia en el área del cauce principal del río, en comparación de los años subsiguientes, pues la diferencia llega a ser de aproximadamente 70[ha]. Se puede observar que para el año 1990 el área corresponde a 854,09 [ha], este es el resultado de los cambios presentes en el río durante la década de los 90’s. En el mapa 2 se observa el desplazamiento de la confluencia de los ríos Sajta e Ichilo, además cabe resaltar que el río Sajta presenta una serie de bifurcaciones del río, las cuales se unen al desembocar sus aguas en el río Ichilo. Estos cambios son determinantes para el cálculo del área. Posteriormente se observa que para el año 2006 el área corresponde a 551.02 [ha], esto es consecuencia de los cambios entre los años 2003 y 2006, puesto que para el 2003 el meandro abandonado aún forma parte del cauce principal del río Ichilo (después de la confluencia de los ríos Sajta e Ichilo), en cambio para el 2006 es evidente el abandono del meandro (Ver mapa 3). Para el año 2008 el área del cauce principal corresponde a 623,45 [ha], existe un evidente aumento en el área del río a comparación del año 2006.El cual es resultado de la unión del meandro abandonado con el cauce principal, es decir que este meandro vuelve a ser parte del río (Mapa 4).


48

8.2 Determinación de la tasa de erosión anual

Aplicando los expuestos teóricos y ecuaciones plateadas anteriormente, en la tabla siguiente se realiza el cálculo de la tasa de erosión anual para el año 2008.

Variable Símbolo Unidades Valor ObservacionesVariables Independientes

Descarga promedio anual Q' m3/s 1542.9 SEMENA Carga de sedimentos S' mill.ton/año 28.7 SEMENA Tamaño de partícula D50 mm 0.425 SEMENA

Coeficientes Coeficiente de desviación promedio αQ - 1.07

Asumido (modelo de

Urquieta, 2006)

Coeficiente de potencia de carga de sedimentos en relación con la velocidad de flujo

n - 3.3

Coeficiente que relaciona la carga del sedimento con la velocidad de flujo m - 0.00006

Coeficiente de potencia que relaciona la sección llena del río y la descarga media anual

αb - 13.78

Figura 21

Coeficiente que relaciona la sección llena del río y la descarga media anual βb - 0.798

Figura 21

Coeficiente que relacion Bb-Qb aB - 6.4 Asumido (modelo de

Urquieta, 2006)Índice de Braiding k - 1 Coeficiente de Chézy C m0.5/s 50

Otras Variables Densidad del sedimento ρs Kg/m3 2650 SEMENA Aceleración de la gravedad g m/s2 9.81 Densidad del agua ρ Kg/m3 1

Cálculo de la pendiente de equilibrio Coeficiente Ke - 3.67432403 Ecuación 7

Talud medio actual i - 0.00092 Estudios previos

(Torres,2003) Pendiente de equilibrio calculada ie - 0.019247825 Ecuación 6

Cálculo de la tasa máxima de erosión Descarga máxima Q m3/s 7279.1 SEMENA Coeficiente de la fuerza de la orilla Yb N/m2 12 Ecuación 4

Parámetro de Shield's θ - 3.23 Ecuación 10 Cálculo de la tasa máxima de erosión Mmax m/año 1.891078 Ecuación 8

Con la aplicación del modelo matemático y la obtención de las diferentes variables se obtuvo la tasa de erosión anual siendo este valor de 1,89 [m/año].


49

8.3 Determinación de la erosión para el año 2020

Valores iniciales Variable Símbolo Unidades Valor Observaciones

Descarga total QT m3/s 7279.1 SEMENA Descarga inicial del plano de inundación Qfpo m3/s 1,246 Ecuación 27

Nivel inicial del plano de inundación zfpo m 5,71 SEMENA

Frecuencia de la inundaciones ffo 0,0012 SEMENA

Concentración inicial CC ppm 825 Cc=a*Q

Tasa de acumulación Aro mm/año 1,2 Aro=DR/(α Afp) DR= α Qfpo CC ffo

Área del plano de inundación Afp km2 48,1 Ecuación 28

Velocidad de sedimentación ws m/s 0,00004 Ecuación 29

Coeficiente para la sedimentación - 1

Asumido (modelos de Asselman et al.,2002 y Midelkoop et al., 1998)

Coeficiente para la deposición - 1

Tiempo disponible para la deposición TRE años 2.348 Ecuación 26

Nivel promedio del plano de inundación para n-años ∑Ari m 12,04 Ecuación 30

Para el año 2020 la curva del meandro que corresponde al área en estudio se podrá desplazar 12,04[m], lo cual es un valor alarmante puesto que el meandro iría erosionando (por fuerzas naturales) más la ladera izquierda del río. Por medio del mapa 5, se puede observar cómo sería este desplazamiento de la curva del meandro que corresponde al área de Puerto Villarroel.


50

MAPA 5: Posible comportamiento de la curva meándrica para el año 2020


51

9 CONCLUSIONES

Por medio del análisis multitemporal se logró evidenciar diversos cambios ocurridos en el río Ichilo y en el río Sajta durante los últimos 33 años. Entre los cambios principales se observa el desplazamiento de la confluencia de los ríos Sajta e Ichilo. Durante la dinámica del río entre los años 1975 y 1985, este punto de unión se desplazó aproximadamente unos 786 [m] en dirección noreste. Para los años 1990 y 2000 este punto sufrió una serie de cambios muy relevantes, puesto que se desplazó aproximadamente 1285 [m] en dirección noroeste; además se presenta el cambio violento del curso del río Ichilo debido a la estrangulación del mismo por la deposición de sedimentos; formando, años más tarde, un meandro abandonado. Para los años 2003, 2006 y 2008 no se presentan cambios relevantes en el curso del río representado por una cierta estabilidad en al cauce principal, sin embargo la fuerza erosiva del río va afectando cada vez más la ladera izquierda del río. Puesto que entre el 2006 y 2008 el desplazamiento del meandro corresponde aproximadamente a 4,23[m], valor determinado por medio de las imágenes satelitales. Esto quiere decir que el desplazamiento anual obtenido mediante imágenes es de aproximadamente 2,1[m], siendo un valor aproximado a la tasa de erosión anual determinada por medio del modelo matemático aplicado. Se tiene que el valor obtenido por el modelo matemático es aproximadamente 1,9[m/año], valor que se acerca a la realidad de los dos últimos años de estudio.

10 RECOMENDACIONES Y DISCUSIONES

Entre las recomendaciones se puede citar: - Establecer un ordenamiento territorial en Puerto Villarroel, con el fin de

organizar adecuadamente el uso del suelo y la ocupación del territorio, en función a las características de la zona.

- Ejecutar obras de protección hidráulicas en los sectores más afectados por la erosión lateral

- Se deberá hacer un seguimiento de las obras a ejecutar, como así también de otros sectores críticos

- Implantar especies arbóreas de raíces profundas o pasturas que se adapten al paisaje y que contribuyan a proteger la orilla izquierda del río

- Fortalecer las instituciones de investigación que pertenecen al Sistema nacional de Defensa Civil que coadyuvan y participan en la preparación de planes y programas referentes a la atención de los desastres naturales que se presentan en el país. (IHH-UMSA, SENAMHI, GEOBOL, LIDEMA, INGEOMIL, etc.)

- En lo posible, siempre y cuando los estudios específicos de Ingeniería Civil, Geología, Hidrología, Hidrogeología, Hidráulica lo determinen, se deberá evacuar las zonas de mayor peligro.

Por otra parte se observa que la acreción de la curva del meandro para el año 2020 corresponde a 12,04[m]. Es un valor teórico resultado de muchas variables y puede presentar mayor incertidumbre, pues si la tasa de erosión anual, para el año 2008,


52

corresponde a 1,89[m], para el año 2020 debería ser de aproximadamente 20[m]. Sin embargo no deja de ser un valor alarmante pues la población se verá muy afectada.

11 BIBLIOGRAFÍA

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