La dinámica fluvial , o geodinámica fluvial, estudia la evolución geomorfológica de los ríos (las formas que resultan de la morfología fluvial descendente). Es multidisciplinario y toma prestados elementos de método y diagnóstico de la geografía física (incluida la geomorfología ), la geología , la sedimentología , la hidráulica , la hidrología , la biología y la ecología fluvial.
En Europa, la Directiva Marco del Agua (DMA) introdujo en la ley la noción de “hidromorfología fluvial”.
Anteriormente denominada a menudo con la expresión " geomorfología fluvial " ( geomorfología fluvial entre los anglosajones) y, según la expresión de Maurice Pardé , " potamología " (que incluye efectos y causas como inundaciones e inundaciones).
En Francia, la palabra "hidrogeomorfología" fue utilizado con precisión para describir un método particular de la determinación de las zonas de inundación (Masson et al., 1996), basada en las características topográficas y la parte inferior geomorfológicas valle ( lecho menor , de capa media y lecho mayor por debajo de la no terrazas fluviales inundables).
En Europa, la Directiva Marco Europea ( DMA ) introdujo en la ley la noción de “hidromorfología fluvial”, correlacionada con el buen funcionamiento ecológico de la cuenca y el compartimento hidrológico en particular.
El transporte de sedimentos por vías fluviales a menudo se denomina "transporte de sólidos" o "tránsito de sedimentos".
El transporte de sedimentos adopta dos formas bien diferenciadas: carga de fondo y suspensión. El empuje es el transporte de sedimentos bastante gruesos en el fondo del lecho por rodadura o saltación . La suspensión es el transporte de sedimentos en la masa de flujo.
En una determinada situación hidráulica, el comportamiento de los sedimentos varía según el tamaño de las partículas:
El tamaño de los materiales que se encuentran así en una situación intermedia varía poco con la pendiente. Esta es la razón, por la mayoría de los cursos de agua (excepto para los cursos de agua muy lenta por debajo de 0,1 ‰ y torrentes por encima de 3%), el intervalo de transición cubre el medio de arenas gruesas, entre 200 y 700 micras .
Las observaciones de los depósitos de inundaciones muestran claramente este mecanismo:
En los grandes valles y la llanura aluvial, la franja activa es la zona de bancos aluviales con escasa o nula vegetación, reelaborada por inundaciones anuales o bienales, que siguen siendo significativas y relativamente naturales en parte del Loira, por ejemplo.
En la “ planicie aluvial ”, el fondo del valle o el delta , hablamos de lecho activo cuando el lecho está en interacción permanente (o al menos frecuente) con los sedimentos transportados por el curso de agua. Esta interacción tiene las siguientes consecuencias:
Por el contrario, hablamos de lecho pasivo cuando el fondo del lecho está fijo y el tránsito de sedimentos se produce sin interacción con el lecho. La cama se puede arreglar:
Por supuesto, son posibles situaciones intermedias:
Los ríos están revestidos de sedimentos finos y / o gruesos. Estos sedimentos son arrastradas por la velocidad del agua y como se recordará que la velocidad del inicio de arrastre de una arena de 0,5 a 1 mm de diámetro a una profundidad de 1 a 5 m es de aproximadamente 0, 5 m / s . Por tanto, se establece un transporte de sólidos si la velocidad del flujo es mayor que este valor. Un número significativo de investigadores trabajó en fórmulas de transporte de sedimentos durante el XX ° siglo. El flujo de sólidos de sedimento es aproximadamente proporcional al flujo de líquido del flujo. Una inundación aumenta temporalmente el transporte de sólidos al erosionar el lecho marino.
Llamamos "estilo fluvial" a la forma general de la cama, que se relaciona con tipos muy diferentes. Los diferentes estilos se enumeran desde aguas arriba hasta aguas abajo:
En la parte superior de los ríos de las regiones montañosas, la pendiente es muy pronunciada y el arroyo casi recto. La cama es estrecha. El transporte de sólidos es importante.
Torrent, Saint-Martin-Vésubie, Alpes Marítimos.
Torrent, otro ejemplo.
El patrón de trenzado es característico de un transporte sólido fuerte. El lecho está formado por varios canales inestables que forman muchas islas. La cama es ancha y plana. Este tipo de curso de agua rara vez se encuentra en Francia debido a los numerosos diques llevados a cabo en el pasado. Hablamos también de ríos con cauces anastomosados cuando la pendiente es menor y el recorrido sinuoso más marcado.
Río en trenzas.
Trenzado en trenzas: un entorno particularmente diverso que se rejuvenece constantemente.
Río en trenzas.
El estilo divagante es un paso intermedio entre el estilo serpenteante y trenzado. El transporte de sólidos disminuye al igual que el número de trenzas. Los meandros comienzan a tomar forma.
Estilo loco.
El río sigue una línea sinuosa. La cama es única y el transporte de sólidos se realiza casi exclusivamente por suspensión y no por carga de la cama.
Río serpenteante libre.
El rio amazonas.
Meandros sinuosos.
Cualquier arroyo presenta una oscilación entre erosión y deposición (también hablamos de incisión y elevación). El diagrama opuesto muestra el proceso simplificado del equilibrio dinámico de un río. A medida que aumenta el flujo de agua, la flecha se mueve hacia la erosión aumentando así el transporte de sólidos. Por el contrario, si el flujo disminuye, la flecha apunta al depósito y el flujo de sólidos disminuye hasta que se encuentra el "equilibrio". Los ríos tienden hacia su denominada pendiente de equilibrio, que es una función de las condiciones físicas e hidrológicas locales.
Concepto de espacio de libertad o espacio de movilidad.
Los bancos pueden evolucionar de diferentes formas. La corriente del curso de agua puede modificar el curso del lecho por erosión de las riberas. Esta erosión es posible cuando la velocidad del agua y su turbulencia, incluidas las olas del cuerpo de agua, contienen suficiente energía para arrancar partículas del banco. Es decir, superar su cohesión y su peso. Se trata de todo el banco en contacto con el agua: el pie y el banco visible.
La mecánica del suelo juega un papel importante en los mecanismos de evolución de los bancos. Los deslizamientos de ribera pueden deberse a deslizamientos de tierra, es decir a roturas en la consistencia del terreno. El agua puede favorecer esta ruptura de diferentes formas: saturando el suelo con agua y ejerciendo o no un empuje estabilizador contra la ribera. Durante una recesión se añaden estos dos elementos: la pendiente se satura de agua y el empuje estabilizador disminuye con la recesión. Otra causa de deslizamientos de tierra es el llamado proceso de socavación . Este fenómeno puede aparecer durante una erosión regresiva por ejemplo o por erosión del pie de la orilla.
Otros factores deben tenerse en cuenta en la evolución de los bancos. El bosque de ribera puede tener un papel estabilizador gracias a los sistemas radiculares de las plantas o por el contrario reforzar la erosión aumentando las turbulencias. Los árboles con sistemas radiculares poco profundos se pueden arrancar y llevar parte del banco en su caída. Aguas abajo, los árboles arrastrados por la corriente pueden crear estrechos en el lecho del arroyo.
Finalmente y en menor medida, la presencia de roedores como castores o nutrias puede desestabilizar un banco.
El río es un entorno dinámico en constante evolución. Las formas del plan están en continua evolución. Ya sea por erosión y deposición o más abruptamente cortando un meandro o cambiando el lecho después de una inundación, por ejemplo.
Ejemplo de la evolución de un río con antiguos meandros, un corte de meandro y una antigua llanura aluvial.
Río Negro, Argentina.
Evolución de meandros.
Ríos Yukon y Koyukuk, Alaska.
La hidrología y naturalidad de un curso de agua puede verse alterada por diversos factores, entre ellos bombeos, presas y caudales reservados, esclusas, modificación del régimen de crecidas, extracciones del cauce, artificialización de las riberas, etc.
La remoción de materiales del lecho de un curso de agua conduce a un descenso de la línea de agua y una erosión regresiva aguas arriba. Si la captación está restringida, la erosión río arriba y la deposición en el pozo pueden eventualmente llenar la captación y la corriente volverá aproximadamente al equilibrio inicial. Aguas abajo, el curso de agua debe compensar su déficit de flujo sólido después de la deposición en el pozo. El flujo excava el lecho para saturarlo con materiales. Por tanto, hay dos erosiones: una regresiva aguas arriba y una progresiva aguas abajo. La falta de materiales induce un mayor estrés en las orillas y una tendencia a serpentear . Las consecuencias de la erosión pueden ser la desestabilización de estructuras y deslizamientos de tierra en la costa.
Los depósitos de agua actúan como colonos. Las velocidades de flujo casi nulas permiten que los materiales sólidos se asienten y llenen gradualmente la presa. El agua que se libera corriente abajo se libera de cualquier carga sólida. Para saturarse de materiales, el curso de agua extrae el flujo sólido necesario del lecho. Las presas también reducen el ancho del lecho menor al limitar la extensión de las inundaciones.
Los umbrales dificultan el transporte de sólidos y en particular el empuje. Si el transporte de sólidos es suficiente, el lecho del río aguas arriba se elevará hasta el nivel de la cresta del umbral menos unos pocos centímetros debido a la succión creada por el agua que cae. Aguas abajo, como ocurre con las represas, hay erosión.
Los umbrales en ángulo con el eje del río permiten bajar el nivel del agua de la crecida en su cresta y, por lo tanto, aumentar el calado. Por lo tanto, tienen menos impacto en el transporte de sedimentos que los umbrales perpendiculares al eje del río.
Una desviación da como resultado una reducción del flujo y la erosión. La derivación puede provocar una bajada de la línea de agua, así como una reducción en el ancho de la cama. Las grandes desviaciones pueden tener consecuencias en los ecosistemas río abajo debido a la disminución de las cantidades de agua.
Por recalibración se entiende el ensanchamiento de la sección de un río. Demasiada recalibración corre el riesgo de provocar un cambio en la pendiente y un desequilibrio del curso de agua. La mayor capacidad de transporte reduce la frecuencia de desbordes y consecuentemente aumenta las masas de agua aguas abajo.
Puede producirse un calentamiento del curso de agua debido al aumento de la superficie soleada. Así como una disminución de las concentraciones de oxígeno y un aumento de la materia en suspensión .
Los terraplenes pueden conducir a un mayor transporte de sólidos del curso de agua. La contención provoca el estrechamiento de la sección de flujo y puede provocar el hundimiento del lecho. Al salir del terraplén, se forma una zona de depósito.
Groynes se puede utilizar para el desarrollo de un río con el fin de proteger las orillas creando áreas de agua muerta que se llenará. La construcción de espigones en el lecho de un río también permite crear un canal de inundación. Las orejas concentran el flujo de agua hacia el centro del lecho.
Un atasco de hielo natural es una acumulación natural, temporal o no, de materiales traídos por el agua (excepcionalmente por un deslizamiento de tierra). Los atascos de hielo pueden alterar el lecho del arroyo al iniciar la formación de una isla o meandro . Los atascos de hielo pueden provocar desbordes de la cama. Modifican localmente las condiciones de flujo y pueden actuar como umbral al provocar retención de agua.