Una forma de cambio del gradiente en los canales en roca son los saltos bruscos en el lecho llamados puntos de inflexión o knickpoint (Wohl, 1999). Estos elementos suelen tomar la forma de cascadas debidas a un escalón pronunciado en el lecho del río o bien
una zona con sucesivos saltos menores. Esta morfología supone un desequilibrio puntual que migra erosionando aguas arriba y con tendencia a rebajar el ángulo del perfil. Además, su existencia suele estar favorecida por la presencia de capas o fracturas, muy frecuentes en el tramo de Pulo do Lobo, que de hecho controlan el salto. Según Stein y Julien (1993), la migración de estos puntos es diferente en función del elemento control (litología o fracturación). En el primero de los casos, las cabeceras migran manteniendo el escalón vertical. En el segundo de los casos las cabeceras van migrando hasta suavizar o aplanar el resalte cuando progresa la erosión aguas arriba. Si se dan en material homogéneo y masivo, Gardner (1983) propone su formación por descenso del nivel de base. El flujo aprovecha el salto y la anchura decrece, pero velocidad, profundidad y esfuerzo de cizalla se incrementan con resultados finales en el rebajado gradual del salto. Como señalan Young (1985) y Bishop y Goldrick (1992), en el knickpoint la erosión en la zona activa se ve muy favorecida por la presencia de marmitas en la cabecera. En el salto de PDL, las marmitas están muy desarrolladas y en muchos casos ya conectadas.
Holland y Pickup (1976) subdividen una zona de knickpoint en tramos. Esta secuencia ha sido observada en la zona como se muestra en la figura 3-20. Los tramos en cuestión son: (1) tramo agradado aguas arriba, (2) tramo escalonado de alta pendiente previo al salto, (3) zona del salto y (4) tramo con incisión parcialmente cubierto de sedimento entre sucesivos saltos.
La relación entre el knickpoint y el caudal parece ser proporcional a la erosión (Holland y Pickup, 1976), si bien no existen datos muy precisos en la bibliografía que confirmen este punto con valores de tasas de erosión precisas. Algunas aproximaciones se han hecho en los trabajos de Wohl e Ikeda (1998) para la península de Boso en Japón y de Tinkler et al. (1994) para el Niágara con valores entre 0,05 y 0,07 m/año, pero son datos muy localizados y referidos a un salto con altura y condiciones litológicas muy distintas a las de la zona de estudio y además no son zonas que se hayan podido inundar en etapas recientes. Según diversos autores (Holland y Pickup, 1976, Miller, 1991, Wohl et
al., 1994) el mantenimiento de la forma de los knickpoints por desgaste aguas arriba
puede permanecer durante cientos o miles de años hasta ajustar el perfil por descenso del nivel de base.
En la zona de estudio se ha modelizado la zona de knickpoint mediante HEC-RAS cuyos resultados se indican en la figura 3-19, analizando el cambio en los valores de la potencia fluvial (stream power). Este cambio depende en gran medida del caudal circulante. Para crecidas de alta magnitud el efecto en la retracción del knickpoint parece ser muy bajo, pues el nivel de las aguas es tan alto que cubre por completo la zona y la potencia desarrollada no es tan grande. Para valores de 11.000 m3/s (que como veremos más adelante se considera la mayor crecida de la que se tienen noticias), pero también para crecidas menores como la de 1997 (7.200 m3/s), el stream power desarrollado es mayor para el canal que para el global del tramo, pero sobre todo no tiene su mayor valor dentro del knickpoint, sino más arriba, en un cambio de sección del valle que pasa de estar confinado y estrecho, a expandirse.
Figura 3-19. Potencia fluvial para distintos supuestos: crecidas de alta magnitud (en azul), crecidas de magnitud media (en amarillo) y crecidas bankfull (en rojo). Las dos opciones modelizadas son el
canal y valor total en cada perfil. Kn: Zona de knickpoint
Sin embargo, los valores de potencia fluvial cambian notablemente cuando se modeliza un caudal bankfull, aproximadamente 1.000 m3/s, caudal que llega a colmatar el canal interno y cubrir ligeramente la zona de knickpoint, Este caudal supone un valor muy alto de potencia fluvial en el knickpoint y menor en la zona de la contracción, que no afecta pues con ese caudal no se ve confinado ni se expande. Las repetidas crecidas de menor
Stream Power Pulo do Lobo
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 9 8,6 8,3 8 7,6 7,3 7 6,75 6,5 6,25 6 5,6 5,3 5 4,75 4,5 4,25 4 3,6 3,3 3 2 1,75 1,5 1,25 1 0,6 0,3 0 Reach Stream Power (N/m2)
Maximum flood chanel Maximum flood total 1997 Channel 1997 Total Bankfull Channel Banfull Total
entidad en cuanto a caudal, pero mayor frecuencia (una vez cada dos años aproximadamente) son las que generan una mayor energía erosiva en la zona de
knickpoint. Esto nos hace pensar que las tasas de incisión en Pulo do Lobo han de ser
más bajas en la actualidad por la regulación de los embalses (menor caudal en módulo) que como ya hemos comentado, laminan las crecidas de alta frecuencia y bajo periodo de retorno.
Figura 3-20. Vista general de la zona de knickpoint /superior) y detalle de la zona más activa
Las marmitas son mesoformas que se deben a la abrasión mecánica por un efecto de molienda de las rocas atrapadas en su interior, y al ataque químico, en caso de
Zona de canal interno
Knickpoint)
Zona de alta pendiente
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producirse en materiales solubles, cuando el flujo baja y quedan llenas de agua, o bien por aguas de lluvia. Muchos autores sostienen la hipótesis de que la formación de marmitas y su posterior ruptura son el origen del canal interno (Elston, 1917, Shepherd y Schumm, 1974 y Wohl, 1993). Otros trabajos en cañones en roca de la Sierra de Guara (Ortega, 2003) indican aperturas instantáneas en marmitas producidas por fuertes crecidas y en relación a una movilización grande de las barras de gravas en tramos previos.
La zona alta del knickpoint presenta una elevada concentración de marmitas, de tamaños muy variables, que han sido perforadas en la zona del salto y más bajas (Figuras 3-20 y 3-21). En la zona alta son de tamaño menor, desapareciendo a pocos metros aguas arriba del salto. Esta secuencia parece ser consistente con las hipótesis que señalan a estos elementos como el origen del canal interno y a diferencia del origen propuesto para la formación de la plataforma rocosa, el control hidráulico durante caudales de crecida sí parece estar más relacionado con su apertura y ampliación hasta formar el canal interno.
Figura 3-21. Zona de salto en la zona de knickpoint con marmitas, algunas de ellas colgadas y otras abiertas; en el replano superior puede observarse la esquistosidad perpendicular al flujo
La velocidad con la que esta ampliación ocurre es difícil de medir, algunos autores como Baker (1978) estiman la erosión en marmitas de 1-2 metros de diámetro en 5.000 años de antigüedad (por la dureza de los materiales cristalinos), aunque en otros casos (materiales calcáreos) y relacionadas con inundaciones catastróficas se forman (se destruyen) en un corto periodo de tiempo.
Esquistosidad
Figura 3-22. Surcos longitudinales sobre la terraza rocosa de PDL. Algunos de ellos terminan por profundizarse y generan lagunas estacionales e incluso permanentes sobre su superficie. En la
imagen inferior puede verse su inundación durante la crecida de enero de 1997. La energía se deriva sobre todo en el canal interno (al fondo)
Otro elemento de tamaño medio-bajo que aparece sobre la terraza rocosa son los surcos longitudinales (Figura 3-22), que en este caso no presentan una forma como las descritas en la literatura (alargados en la dirección del flujo), ya que están muy controlados por la fracturación de las rocas y la esquistosidad, que en este caso se disponen de forma perpendicular al flujo. Los surcos longitudinales suelen aparecer asociados a ríos en roca con gradiente uniforme, sobre todo en los que presentan diferencias en su sección transversal más que en los que tienen un lecho plano uniforme (Wohl, 1999). Esta situación se alcanza en PDL sobre la terraza rocosa, que es donde se encuentran, y por tanto su origen está en crecidas que sobrepasan el umbral del canal interno (el paso del canal interno a la plataforma supone el cambio en la sección). Sobre la plataforma el caudal de crecida concentra los esfuerzos erosivos en las zonas con mayor irregularidad: fallas y planos de esquistosidad, perpendiculares al flujo, que van siendo ampliados por la erosión generando en el canal interno una morfología de canal
Surco transversal
Surco tran sversal
Surco transversal profundo (laguna)
Surco transversal profundo (laguna)
con paredes onduladas fuera de fase, es decir con ampliaciones y estrechamientos en los que existe separación de flujo.
En la zona de estudio no se observan barras de gravas en todo el sector ocupado por el canal interno. En superficie, sobre la terraza rocosa, las barras se encuentran desorganizadas y en forma de manchas dispersas, situación que indica sobre todo la canalización del flujo por el canal interno (donde circulará la mayoría del material grueso). Los escasos parches sobre la terraza obedecen a desbordamientos en crecidas, con un aumento de la energía en zonas aledañas al canal interno. Las barras son formas de tipo rampante en las hoyas y el canal interno, desde donde suben aprovechando los ensanchamientos causados por la fracturación. La llanura de inundación comienza a tener una cubierta de barras aguas arriba, cuando el río presenta una llanura amplia sin canal interno. Tras un tramo corto sobre el knickpoint las barras comienzan a aparecer, siendo más frecuentes e incluso predominantes aguas arriba del Arroyo de las Limas. Esta zona correspondería con el tramo con agradación que Holland y Pickup (1976) proponen como secuencia asociada en los tramos de knickpoints.
La ausencia de grandes acumulaciones de gravas o bloques es significativa en un tramo donde el río discurre por roca durante bastantes kilómetros aguas arriba. Encontramos además numerosos depósitos de gravas en las terrazas cuaternarias. Entendemos que la falta de acumulaciones se debe a un lavado de los mismos por predominio de la erosión sobre el depósito. El origen puede estar en la imposibilidad de transmisión del sedimento, que queda atrapado en los embalses.