Morphological representation of drainage networks, implications on solute transport and distributed simulation at the basin scale

Abstract

Resumen: La conexión entre los procesos de transporte de solutos en ríos y la diversidad en las configuraciones morfológicas que toman lugar a lo largo de la red de drenaje de una cuenca no ha sido ampliamente estudiada en un contexto regional de análisis. En la escala de tramo se han desarrollado precisas aproximaciones mediante la implementación y calibración de modelos de almacenamiento temporal (ADZ y TS) que permiten considerar de forma agregada los efectos de una o más zonas de retención en el tramo. Éste tipo de aproximaciones se fundamenta en la realización de experimentos con trazadores que permiten, para un mismo tramo, identificar claras relaciones entre parámetros de transporte (tiempos de viaje) y el caudal de flujo, que son el reflejo de la organización del cauce para conservar y minimizar su gasto de energía, y que puede entenderse como la combinación de factores como el ancho, la profundidad, la pendiente, el tamaño del sedimento, entre otros en un tramo, para conformar arreglos morfológicos como cascadas y salto-pozo en tramos de alta pendiente o pozo-cruces y dunas-rápidas en tramos de baja pendiente. Por lo anterior, algunas investigaciones señalan como una de las limitaciones de modelos de almacenamiento temporal en tramos su inhabilidad para extrapolar las inferencias hechas en un tramo hacia otros no instrumentados (empleando trazadores), aunque en otros trabajos se han presentado alternativas de regionalización de parámetros de transporte para morfologías homogéneas. En la escala de cuenca, por otro lado, se ha integrado el transporte de solutos en la red de drenaje con modelos hidrológicos distribuidos de diversa índole en los que no se ha resuelto completamente la transferencia de flujo en la red de drenaje. Tradicionalmente se asumen propiedades geométricas e hidráulicas homogéneas en grandes tramos lo que conlleva a grandes simplificaciones en cuanto al transporte y transformación de sustancias en toda la cuenca se refiere. Este aspecto resalta nuevamente la necesidad de identificar las condiciones morfológicas más probables en la red de drenaje de una cuenca como un paso previo en el entendimiento del tránsito de caudales y de solutos. En dicha dirección, se han desarrollado marcos de clasificación morfológica de cauces que van desde diferenciaciones preliminares basadas en características geomorfológicas de llanuras aluviales y pendientes, hasta descripciones detalladas que incluyen el tamaño del sedimento, características de banca llena y la litología local como indicadores y criterios de clasificación. Rosgen (1994) propone un sistema de clasificación morfológica robusto partiendo de la caracterización directa en campo de numerosos tramos. Montgomery and Buffington (1997) enmarcan su método de clasificación en términos de la relación entre la capacidad de transporte y el suministro de sedimentos de un tramo, aspecto señalado como una limitación por Thomson et al (2008) quienes encontraron que la pendiente y la litología local de la red hídrica explicaban un alto porcentaje de la configuración morfológica de los tramos considerados en su estudio. Por otro lado, Gonzáles (2008) presentó relaciones empíricas para estimar los parámetros de modelos ADZ (tiempo de arribo y tiempo medio de viaje), en ríos de montaña en función del caudal (en un mismo tramo), como estrategia de evaluación de procesos de transporte en condiciones de escasez de información. De igual forma, para modelos TS, Schmid (2008) y Hart et al. (1999) muestran la interrelación de los parámetros del modelo con el caudal de flujo e indican los errores detrás de la extrapolación de parámetros de una condición de flujo a otra en un mismo tramo. La estimación de parámetros de transporte de una corriente o tramo de la misma podría entonces llevarse a cabo bajo la conceptualización de sus mecanismos de almacenamiento temporal en un contexto morfológico partiendo de teorías de geometría hidráulica y teniendo en cuenta que la definición de características geomorfólogicas y topológicas de redes de drenaje se hace cada vez más fácil en diferentes escalas espaciales de análisis gracias a la disponibilidad de información satelital, modelos de elevación digital y derivación de redes de drenaje superficial.