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El movimiento de sedimentos por sistemas fluviales es uno de los procesos más fundamentales que conforman la superficie de la Tierra. Sobre los plazos geológicos, la continua enformación, transporte y deposición de partículas sólidas, construyen llanuras de inundación y crean formas de tierra intrincadas que definen los paisajes. Entendiendo la ciencia del transporte de sedimentos es esencial para geomorfólogos, ingenieros y gestores ambientales porque regula la dinámica de los sedimentos de los factores de los territorios, controlan la estabilidad del hábitat
Los fundamentos del transporte de sedimentos
El transporte de sedimentos en ríos se refiere al movimiento de materiales granulares, desde la arcilla y el silto hasta la arena, la grava y los boulders, impulsado por el agua corriente. El proceso se rige por el equilibrio entre las fuerzas ejercidas por el flujo y las fuerzas resistientes de las partículas.Las partículas comienzan a moverse cuando el estrés de la cocción ejercida por el agua supera un umbral crítico, conocido como el umbral [LT2]
El sedimento se mueve en tres modos primarios, cada uno caracterizado por tamaños de partículas y mecanismos de transporte distintos:
- ]Suspensión: Las partículas finas (normalmente de silencia y arcilla) se levantan en la columna de agua y se transportan por las hormigas turbulentas. Estas partículas permanecen alojadas mientras las fuerzas turbulentas ascendentes superen su velocidad de asentamiento. La carga sostenida puede recorrer grandes distancias y es responsable de la apariencia de barro de muchos ríos después de tormentas.
- ]Carga: Las partículas más gruesas (sand, grava, cobbles) rodan, deslizan o rebotan a lo largo del lecho de río. El transporte de carga se produce cuando el estrés de la cizalla es lo suficientemente alto como para desmontar partículas pero no suficiente para elevarlas al máximo en el flujo. Este modo es responsable de la formación de la cama de canal y la barra.
- Saltación: Las partículas medianas (de arena fina a media) se mueven en una serie de aletas cortas. Una partícula se levanta brevemente por fuerzas turbulentas, se lleva una corta distancia río abajo, y luego se cae a la cama, donde puede desmontar otros ríos dominantes. La saltación puente la brecha entre la suspensión y el lecho y muchos es un mecanismo de grava.
El clásico Hjulström curva (o Esquema de Escudos) ilustra la relación entre el tamaño del grano y la velocidad de flujo crítica necesaria para la erosión, el transporte y la deposición. Muestra que los sedimentos cohesivos (clays) requieren velocidades superiores a las arenas no cohesivas debido a la unión entre partículas, una vez
Quantifying Sediment Transport
Los ingenieros y científicos utilizan una gama de fórmulas empíricas para predecir las tasas de transporte de sedimentos. La ecuación de Meyer-Peter y Müller se aplica ampliamente para el transporte de carga en ríos de cama de grava, mientras que la Einstein-Brown () maneja una mayor variedad de tamaños de concentración de sedimentos.
Factores clave que rigen el transporte de sedimentos
El transporte de sedimentos no es un proceso constante; varía drásticamente con condiciones hidráulicas y geomorfológicas. Varios factores interrelacionados determinan la tasa, la capacidad y el modo de transporte en un determinado acceso al río.
Velocidad lenta y la descarga
La velocidad es el conductor más directo del transporte de sedimentos. A medida que aumenta la potencia de flujo (el producto de descarga y pendiente), la capacidad de transporte de sedimentos aumenta afiladamente. Durante los eventos de inundaciones, los ríos pueden llevar órdenes de magnitud más sedimentos que durante el flujo de base, reorganizando canales en horas. ]competencia] de un río se refiere al tamaño de partículas más grande que puede moverse, mientras [2]
Tamaño y clasificación de partículas
Los sedimentos finos (clay y silt) se entrenan fácilmente y permanecen en suspensión durante largas distancias. Las arenas y las gravillas requieren velocidades más altas pero también se asientan rápidamente cuando el flujo de ondas. La distribución del material de la cama determina la disponibilidad de diferentes modos de transporte. Una cama de arena bien surtida exhibirá diferentes dinámicas de transporte que una mezcla de grava, donde grandes partículas protegen más pequeñas.
Geometría de canal y tosicidad
La forma del canal del río — su anchura, profundidad y sinuosidad— afecta los patrones de flujo. Un canal estrecho y profundo concentra la energía de flujo, aumentando la capacidad de almacenamiento de cama y transporte. En contraste, un canal amplio y poco profundo disipa la energía a través de la fricción con los bancos. El flujo del canal, causado por las formas de cama, vegetación y madera grande, crea turbulencia que mejora la suspensión pero también reduce la resistencia al flujo de sedimentos.
Pendiente y gradiente
Las pendientes de tala pueden acelerar el flujo y aumentar la capacidad de transporte de sedimentos. Las corrientes de montaña con altos gradientes pueden movilizar grandes rocas y enganches profundos. Como el gradiente disminuye en el río, la capacidad de transporte disminuye, lo que lleva a la deposición de materiales más gruesos y la formación de aficionados y llanuras de inundación.
Vegetación y Estabilidad Bancaria
La vegetación rípariana juega un doble papel. Las raíces refuerzan los suelos bancarios, reduciendo la erosión y limitando el suministro de sedimentos. Las tinas y hojas aumentan la rugosidad del flujo, disminuyendo las velocidades cercanas al banco y promoviendo la deposición. Sin embargo, durante los altos flujos, la vegetación puede ser desarraigada, agregando desechos leñosos que alteran la morfología del canal.
La interacción de la erosión y la deposición
Los ríos están constantemente en estado de ajuste, erosionando material de algunos lugares y depositándolo en otros. Este bucle de retroalimentación es el motor de la evolución del paisaje.
Procesos de trabajo
La erosión del banco se produce a través de la acción hidráulica (presión directa del agua), la abrasión (bancos de agua deshidratados), y el desperdicio de masa (surgimiento de suelos saturados). La erosión de las camas, o la degradación, baja el fondo del canal, a menudo exponiendo los materiales subyacentes de roca o desprendimiento.
Procesos deposición
Cuando la velocidad de flujo disminuye —debido a una baja pendiente, el ensanche de canales o una obstrucción— la capacidad de transporte del río cae, y el sedimento se asienta. Point bars se forman en el interior de curvas más profundas donde la velocidad es más baja.
Equilibrio dinámico
Los ríos tienden hacia un estado de equilibrio dinamico , donde la erosión y la deposición se equilibran a lo largo de los años a décadas. Cambios en el nivel de base (nivel de mar o nivel de lago), clima, o uso de la tierra pueden interrumpir este equilibrio, provocando ajustes. Un río puede agudizar (construir el río equilibrar su cama) o incitar su corredor de inundación en respuesta, re-complicar el canal de re-
River Landforms Shaped by Sediment Transport
La interacción de la erosión y la deposición produce una notable colección de formas de tierra que caracterizan los paisajes fluviales. A continuación se presentan las características más destacadas, cada una que refleja procesos específicos de transporte de sedimentos.
Los ríos y los lagos de los codos oxbow
Los medidores son curvas sinuosas que se desarrollan en ríos aluviales con suaves laderas. La erosión en el banco exterior (banco cortado) y la deposición en el banco interior (punto bar) hacen que el meandro migra lateralmente con el tiempo.Este proceso puede crear cicatrices de la materia de agua de los sedimentos
Deltas
El sedimento de altura se divide en un cuerpo de agua (lago, mar o océano), su velocidad se desploma abruptamente y el sedimento se deposita en forma de ventilador de la deda. Los detallados se construyen a partir de tres componentes: el de la detonación
Abanicos aluviales
Cuando un arroyo de montaña empinado emerge sobre un piso de valle plano, su gradiente cae afiladamente, causando la rápida deposición de sedimentos gruesos en forma de cono ventilador de aluvión. Los ventiladores son comunes en regiones áridas y semiáridas, donde las inundaciones flashes transportan enormes volúmenes de escombros.
Terrazas de Río
Las terrazas de ríos son formas terrestres de paso que flanquean muchos valles. Representan superficies exundadas que fueron abandonadas mientras el río incisó su canal, a menudo debido a caídas de nivel base o cambios climáticos. Las terrazas proporcionan registros de regímenes de transporte de sedimentos pasados y evolución del paisaje. También son importantes para entender la historia del asentamiento humano, ya que a menudo proporcionan tierras planas y bien removidas.
Bares e Islas
En el canal activo, la acumulación de sedimentos crea barritas ]—respectos temporales o semipermanentes que pueden convertirse en islas estables si se colonizan por vegetación. Barras longitudinales se alinean con el flujo, barras transversales de río
Impactos humanos en el transporte de sedimentos
Las actividades humanas han alterado profundamente el transporte de sedimentos en los ríos de todo el mundo, a menudo con consecuencias no deseadas para la estabilidad geomorfónica y la salud de los ecosistemas.
Daños y reservas
Los daños atrapan sedimentos en depósitos, y se mueren de hambre en los extremos de la arena, el shielo y la grava necesarios para mantener la forma de canal y los presupuestos de sedimentos costeros. Este déficit de sedimento conduce a la degradación de las camas de aguas abajo (intercambio de canal), la erosión de los bancos y la pérdida de conectividad de llanuras inundadas.
Canalización y dragado
El aligeramiento, el ensanche y la profundización de los ríos para el control de inundaciones o la navegación aumentan la velocidad de flujo, exacerban la erosión y envían pulsos de sedimentos hacia abajo. El dragado elimina sedimentos de puertos y canales de navegación, pero la eliminación puede alterar hábitats bentónicos. La canalización también reduce la capacidad del río para almacenar sedimentos en llanuras inundables, concentrando el transporte y a menudo causando problemas de sedimentación.
Urbanización y cambio de uso de la tierra
Las superficies inmersas en las zonas urbanas aumentan el flujo de escorrentía y los flujos máximos, aumentan la capacidad de transporte de sedimentos y a menudo causan una grave erosión de los bancos. Los sitios de construcción proporcionan una fuente masiva de sedimentos sueltos que pueden ahogar los ríos con material fino. Por el contrario, la deforestación puede aumentar las tasas de erosión por orden de magnitud, mientras que la forestación puede reducir los rendimientos de sedimentos.
Climate Change
A medida que aumentan las temperaturas globales, los cambios en los patrones de precipitación y la derretimiento del glaciar están alterando la dinámica del transporte de sedimentos. La precipitación más intensa aumenta la erosión y las inundaciones, mientras que la reducción de la nieve puede disminuir las bajas corrientes y la capacidad de transporte de sedimentos.
Conclusión
El transporte de sedimentos es el motor que impulsa la evolución del paisaje fluvial. Desde la enformación microscópica de una partícula de arcilla hasta la migración de un cinturón más mezquino a lo largo de milenios, la física del agua y el sedimento en movimiento crea las diversas formas de tierra que conforman la superficie de nuestro planeta. Una comprensión completa de los procesos, controles e influencias humanas en el transporte de sedimentos es vital para la gestión efectiva del río, reducción del riesgo de los riesgos de inundaciones y la conservación de sedimentos.
Para más información sobre los fundamentos del transporte de sedimentos, vea la página USGS Sediment Transport. La referencia clásica sobre morfología del río es Procesos de lluvia] en Wikipedia. La curvaturaDirect Sediment Transport tópicamente el tema de educación[FLT]