geomorfología y resistencia a la erosión fluvial de los

Universidad de La Salle Universidad de La Salle

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Ingeniería Civil Facultad de Ingeniería

2017

Geomorfología y resistencia a la erosión fluvial de los suelos Geomorfología y resistencia a la erosión fluvial de los suelos

conformantes del cauce del Río Magdalena Neiva Prado conformantes del cauce del Río Magdalena Neiva Prado

Jorge Alberto Suarez Ardila Universidad de La Salle, Bogotá

Miguel Angel Sandoval Pinillos Universidad de La Salle, Bogotá

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GEOMORFOLOGÍA Y RESISTENCIA A LA EROSIÓN FLUVIAL DE LOS SUELOS

CONFORMANTES DEL CAUCE DEL RÍO MAGDALENA (NEIVA-PRADO)

JORGE ALBERTO SUAREZ ARDILA

MIGUEL ANGEL SANDOVAL PINILLOS

TRABAJO DE GRADO COMO REQUISITO PARA OPTAR POR EL TÍTULO DE

INGENIERO CIVIL

DIRECTOR

INGENIERO ALEJANDRO FRANCO ROJAS

UNIVERSIDAD DE LA SALLE

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

BOGOTÁ

2017

Agradecimientos

Agradecemos al Ingeniero Alejandro Franco Rojas por el tiempo dedicado y su incondicional

guía, también a los habitantes, alcaldías y oficinas de planeación de los municipios de

Natagaima, Aipe y Villavieja por su amabilidad y generosidad con la información suministrada,

del mismo modo queremos agradecer a Cormagdalena y al Ingeniero Carlos Quiza por

brindarnos su apoyo.

Dedicatoria

A mi padre, por ser el apoyo a todos mis proyectos y el mejor ejemplo de vida.

Jorge A. Suarez.

A mis padres, por su apoyo incondicional durante toma la carrera

A los ingenieros que acompañaron mi formación, por su dedicación y paciencia.

Miguel A. Sandoval.

Resumen

Se determinó la correlación entre la resistencia relativa de los suelos a la erosión fluvial, la

geomorfología y la dinámica fluvial del cauce del río Magdalena entre la ciudad de Neiva y río

Prado, utilizando sensores remotos como imágenes satelitales obtenidas de Google Earth y

fotografías aéreas suministradas por el Instituto Geográfico Agustín Codazzi (IGAC) que

abarcan un registro histórico de 10 años (1985-1995), las cuales fueron georeferenciadas y

superpuestas para evidenciar los cambios que ha sufrido el cauce y las geoformas en dicho lapso

de tiempo. Posteriormente se realizó una cartografía en ArcGIS donde por medio de una escala

de colores se clasificaron los suelos de acuerdo a su susceptibilidad a la erosión, finalmente se

realizó una visita de campo a las zonas urbanas que colindan con el río en el tramo de estudio

(Natagaima, Aipe, Villavieja, Neiva y Fortalecillas) para realizar un registro fotográfico de

afectación sobre obras de infraestructura por procesos morfológicos como socavación,

agradación o migración de lecho, llegando a la conclusión de que el proceso que más predomina

es la socavación de fondo y de las bancas justificado en la reducción de carga sólida por

retención de los mismos en el embalse de Betania.

Contenido

Introducción ............................................................................................................................................ 11

Objetivos ................................................................................................................................................. 14

Objetivo general .................................................................................................................................. 14

Objetivos específicos .......................................................................................................................... 14

Marco teórico .......................................................................................................................................... 15

Geomorfología .................................................................................................................................... 15

Dinámica Fluvial ................................................................................................................................. 15

Morfología Fluvial .............................................................................................................................. 16

Socavación .......................................................................................................................................... 17

Erodabilidad ........................................................................................................................................ 18

Equilibrio del fondo del cauce (balanza de Lane) ............................................................................... 20

Estabilidad de cauces .......................................................................................................................... 21

Erosión ................................................................................................................................................ 23

Tipologías de procesos morfológicos ................................................................................................. 23

Geomática ........................................................................................................................................... 26

Fotointerpretación ............................................................................................................................... 27

Marco conceptual .................................................................................................................................... 29

Marco legal ............................................................................................................................................. 32

Antecedentes ........................................................................................................................................... 33

Delimitación ............................................................................................................................................ 37

Descripción del tramo de estudio ........................................................................................................ 37

Poblaciones en área de influencia. ...................................................................................................... 39

Caracterización del tramo de estudio. ..................................................................................................... 40

Geología. ............................................................................................................................................. 40

Morfología del cauce .......................................................................................................................... 41

Patrones de cauce ................................................................................................................................ 41

Metodología ............................................................................................................................................ 47

Fase 1. Revisiones bibliográficas y antecedentes: .............................................................................. 48

Fase 2. Identificación de unidades geomorfológicas y dinámica fluvial: ........................................... 48

Fase 3. Validación en campo .............................................................................................................. 57

Fase 4. Resultados: .............................................................................................................................. 57

Resultados ............................................................................................................................................... 58

Análisis de la dinámica fluvial y resistividad en el tramo de estudio ................................................. 58

Clasificación de erodabilidad .............................................................................................................. 61

Caracterización por tramos ................................................................................................................. 68

Clasificación por patrones de estabilidad relativa. .............................................................................. 85

Porcentaje de suelos afectados por socavación. .................................................................................. 88

Análisis en campo ............................................................................................................................... 90

Análisis de resultados ............................................................................................................................. 97

Conclusiones y recomendaciones ......................................................................................................... 101

Bibliografía ........................................................................................................................................... 103

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Resistencia relativa de materiales litológicos a la erosión fluvial. ................................ 19

Tabla 2. Tipos de procesos morfológicos ..................................................................................... 25

Tabla 3. Resumen de cuerpos geológicos encontrados en el área de estudio. .............................. 40

Tabla 4. Características de los ríos según patrones de cauce. ...................................................... 46

Tabla 5. Ficha técnica de las imágenes satelitales consultadas. ................................................... 50

Tabla 6. Ficha técnica de las fotografías aéreas actuales consultadas. (Anexo 2) ........................ 52

Tabla 7. Fotografías aéreas históricas adquiridas en el IGAC. ..................................................... 55

Tabla 8. Resumen de categorización de patrón de colores por vulnerabilidad. ............................ 62

Tabla 9. Planchas de Ingeominas utilizadas para el análisis. ........................................................ 62

Tabla 10. Abscisado de las secciones para el tramo de estudio. ................................................... 68

Tabla 11. Caracterización del tramo río Loro (Neiva) - quebrada Seca. ...................................... 69

Tabla 12. Caracterización del tramo quebrada Seca - río Bache. ................................................. 71

Tabla 13. Caracterización del tramo río Bache - río Villavieja. ................................................... 73

Tabla 14. Caracterización del tramo río Villavieja - río Aipe. ..................................................... 75

Tabla 15. Caracterización del tramo río Aipe - río Pata. .............................................................. 77

Tabla 16. Caracterización del tramo río Pata - río Cabrera. ......................................................... 79

Tabla 17. Caracterización del tramo río Cabrera - quebrada Tiurco. ........................................... 80

Tabla 18. Caracterización del tramo quebrada Tiurco- Natagaima. ............................................. 82

Tabla 19. Caracterización del tramo Natagaima - quebrada Yabi. ............................................... 83

Tabla 20. Caracterización del tramo quebrada Yabi - río Prado................................................... 84

Tabla 21. Estabilidad relativa del tramo río Loro (Neiva) - quebrada Seca. ................................ 86

Tabla 22. Estabilidad relativa del tramo quebrada Seca- río Bache. ............................................ 86

Tabla 23. Estabilidad relativa del tramo río Bache - río Aipe. ..................................................... 86

Tabla 24. Estabilidad relativa del tramo río Aipe - río Cabrera.................................................... 87

Tabla 25. Estabilidad relativa del tramo río Cabrera - quebrada Yabi. ........................................ 87

Tabla 26. Estabilidad relativa del tramo quebrada Yabi - río Prado. ............................................ 88

Tabla 27. Análisis de socavación en las bancas. ........................................................................... 89

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1. Tipos principales de cauce y propiedades de la morfología fluvial.

FIGURA 2. Analogía de la balanza de Lane.

FIGURA 3. Clasificación del cauce según su estabilidad relativa.

FIGURA 4. Geoformas fluviales.

FIGURA 5. Esquema de etapas para el desarrollo de un SIG.

FIGURA 6. Resistencia natural del río Sinú a la erosión fluvial.

FIGURA 7. Distribución porcentual de los puntos críticos del municipio.

FIGURA 8. Tramo de estudio.

FIGURA 9. Abscisado local en el tramo de estudio.

FIGURA 10. Poblaciones aledañas al tramo de estudio.

FIGURA 11. Medición de la sinuosidad.

FIGURA 12. Cambio en la cantidad de canales.

FIGURA 13. Meandros abandonados en el tramo de estudio.

FIGURA 14. Generación de meandros abandonados.

FIGURA 15. Cambios de forma en la vegetación.

FIGURA 16. Cambios de alineamiento.

FIGURA 17. Metodología.

FIGURA 18. Parámetros de resolución de las imágenes satelitales.

FIGURA 19. Imágenes satelitales georeferenciadas. (Anexo 1)

FIGURA 20. Algunas de las aerografías consultadas en el IGAC.

FIGURA 21. Identificación de unidades geomorfológicas.

FIGURA 22. Planos de estudio de “navegabilidad del río Magdalena”.

FIGURA 23. Comparación de imágenes satelitales contra fotografías aéreas.

FIGURA 24. Cambios en el uso del suelo de la cuenca del río Magdalena 1980 - 2000.

FIGURA 25. Producción energética Betania.

FIGURA 26. Layer de polígonos.

FIGURA 27. Exportación de polígonos por nivel de resistencia a la erosión.

FIGURA 28. Asignación de color a los shapefiles.

FIGURA 29. Shapefiles con colores asignados según su nivel de resistencia.

FIGURA 30. Plano de sección terminado.

FIGURA 31. Cartografías de clasificación en ArcGIS.

FIGURA 32. Porcentaje de bancas socavadas por resistencias de los suelos.

FIGURA 33. Estructuras de contención Natagaima.

FIGURA 34. Cambio en el alineamiento del río (Aipe).

FIGURA 35. Canal de estiaje del río Magdalena cerca Aipe.

FIGURA 36. Viviendas en zona de riesgo, estructuras inclinadas y estructuras de contención

Aipe.

FIGURA 37. Cambio en el alineamiento del río (Villavieja).

FIGURA 38. Panorámica sobre los canales de estiaje en Villavieja.

FIGURA 39. Erosión en Villavieja.

FIGURA 40. Estructuras de protección y entrega de acueducto fluvial (Villavieja).

FIGURA 41. Puentes de Neiva. Santander y nombre del otro.

FIGURA 42. Panorámica sobre el río Magdalena en Neiva.

FIGURA 43. Zonas de cultivos en Fortalecillas – Neiva.

FIGURA 44. Erosión en Fortalecillas y cárcamo de bombeo sobre el río Magdalena.

FIGURA 45. Socavación en bancas (Villavieja).

FIGURA 46. Evidencia de erosión en bancas compuestas de suelo de baja resistencia.

LISTA DE ANEXOS

ANEXO 1. Imágenes satelitales extraídas de Google Earth

ANEXO 2. Fotografías aéreas históricas adquiridas del IGAC

ANEXO 3. Plano de AutoCAD con mosaicos del material visual y limitaciones

ANEXO 4. Planos en ArcGIS por secciones de resistencia a la socavación

ANEXO 5. Plano de resistencia a la socavación de los suelos conformantes del cauce del río

magdalena Neiva - Prado.

ANEXO 6. Planos de la Universidad Nacional “Estudio de navegabilidad del río Magdalena

Geomorfología, Sector Puerto Salgar – Betania”

ANEXO 7. Estudio de navegabilidad del rio Magdalena

ANEXO 8. Planos de amenazas de los municipios de Aipe y Natagaima.

ANEXO 9. Registro fotográfico y video realizado por la alcaldía de Aipe

11

Introducción

La intervención humana sobre la cuenca del río Magdalena ha modificado los suelos que la

conforman durante los últimos 30 años, en donde las principales acciones que afectan el cauce

del río son el cambio de las coberturas vegetales. Zonas donde antes había bosques fueron

taladas para abrirle paso a la agricultura, además de la puesta en marcha de la hidroeléctrica

Betania en año 1981. Estos cambios generan un desequilibrio entre el caudal líquido y sólido del

río, que desencadena procesos de dinámica fluvial, puesto que por un lado en la cuenca aumenta

la producción de sedimentos por erosión mientras que el embalse genera una reducción en la

energía del flujo lo cual provoca una decantación de los sedimentos más gruesos, permitiendo

sólo la salida del agua con menor carga de sedimento, en otras palabras, con alta capacidad de

erosión; una vez el flujo se encuentra aguas abajo del sitio de presa, se irá socavando el material

que compone el fondo del lecho y sus paredes, con cambios simultáneos en la pendiente, ancho

de la sección transversal y alineamiento en planta.

Cualquier cambio sobre el sistema fluvial, sobre todo en lo referente al caudal, altera la

estabilidad y conduce a que el sistema comience acciones tendientes a restablecerlo,

ajustando su pendiente, características y dimensiones mediante la erosión o deposición.

(Ordoñez, 1988, pág. 29)

Por otro lado, la pérdida de vegetación en el área de cuenca genera que el suelo pierda

cohesión lo cual hace más propenso que las capas superiores del suelo se erosionen a mayor

velocidad y las partículas separadas sean transportadas por la escorrentía o viento hacia el lecho

del río. Este nuevo volumen de caudal sólido genera la acumulación en zonas de baja velocidad

provocando como resultado la aparición de barras de sedimentos y la agradación del lecho.

12

De acuerdo con el estudio global de cuencas fluviales del Instituto Mundial de los

Recursos, la cobertura de bosques en la cuenca del Magdalena era del 90 % antes de los

asentamientos humanos y según datos del Instituto Humboldt, hoy esa cobertura no

supera el 10 %. (Restrepo, 2015)

La erosión y la deposición además de afectar el río también tienen incidencia dentro de las

estructuras hidráulicas y obras de urbanismo, como los son las pilas de puentes, entrega de

colectores, obras de captación y cimentaciones de muelles. Donde la socavación deja expuesta la

cimentación de las estructuras al remover el material que las recubre, permitiendo al flujo

moverse debajo de los puntos de apoyo y posteriormente provocando el volcamiento de las

mismas. Este fenómeno puede dejar a las captaciones obsoletas al socavar el fondo del lecho y

forzar al nivel de la lámina de agua a descender. Así mismo, la deposición de sedimentos cerca al

área de las estructuras puede dejar inutilizadas ciertas obras de captación de caudal, al

colmatarlos de material arrastrado por el flujo e interrumpiendo el ingreso de agua para el cual

fueron diseñadas.

Por los aspectos mencionados anteriormente se realizó el estudio en el tramo Neiva-Prado,

con el fin de identificar el grado de estabilidad del río y la ocurrencia de procesos dinámicos en

el río justo después de la presa de Betania a la altura de Neiva y cómo responde el río para volver

a buscar el equilibrio de caudal sólido y líquido que el flujo ha venido perdiendo desde hace más

de 30 años.

Sabemos que el río se encuentra en constante cambio y es necesario conocer la dinámica que

está siendo adoptada por el flujo de agua; esto es posible por el análisis geomorfológico

multitemporal de la zona, donde los suelos conformantes del cauce se clasifican por su

vulnerabilidad a la socavación; la vulnerabilidad se mide por los cambios geomorfológicos que

13

hayan ocurrido en un periodo de tiempo, involucrando criterios de intensidad y velocidad de

cambio. Así pues, las zonas que mantienen su morfología constante, son zonas donde los suelos

son menos vulnerables a la socavación o en otras palabras tienen mayor resistividad, mientras

que los suelos que muestran un cambio significativo son suelos más susceptibles a ser

erosionados. Seguidamente se le asigna una calificación a cada suelo conformante del cauce en

grados de susceptibilidad. Esta información será de gran importancia para la prefactibilidad de

proyectos de infraestructura que se deseen ejecutar en la zona, para estructuras ya existentes e

incluso para la adopción de medidas de gestión del riesgo.

14

Objetivos

Objetivo general

Determinar, a partir de sensores remotos y observación en campo, la correlación entre la resistencia

relativa de los suelos a la erosión fluvial, la geomorfología y la dinámica fluvial del cauce del río

Magdalena (Neiva-Prado).

Objetivos específicos

1. Analizar la dinámica fluvial del río Magdalena entre Neiva y Prado, para evidenciar los

cambios geomorfológicos del cauce por medio de la comparación de imágenes satelitales y

fotografías aéreas históricas.

2. Clasificar los suelos conformantes del cauce del río Magdalena según las características de

litología y geomorfología para determinar su grado de erodabilidad. – tramo: Neiva-Prado.

3. Elaborar un plano en ArcGIS que correlacione la dinámica fluvial y la clasificación de los

suelos elaborada previamente, sirviendo como herramienta para futuros estudios acerca del río

Magdalena.

15

Marco teórico

Geomorfología

La geomorfología es la ciencia encargada de estudiar las formas que toma la superficie de la

tierra, abarcando propiedades como: tamaño, forma y volumen, enfatizando en el origen

geológico de cada material componente y el comportamiento de las geoformas. El análisis de la

forma del relieve permite entender las variaciones en sus propiedades producto de la interacción

con las condiciones climáticas, topográficas, cursos de agua, escorrentía y la vegetación. Para los

fines de esta investigación, se hace énfasis en la morfología fluvial, la cual se encarga de estudiar

las geoformas ocasionados por la acción del agua además de los procesos dinámicos que lleva a

modificar las características del flujo del cauce con el paso del tiempo.

Además, es encargada de la clasificación del río los cuales son evaluados según: periodo de

actividad, morfología, su edad, estabilidad, grados de libertad, material componente de las bancas

y fondo, transporte de sedimento e incisión del cauce.

Dinámica Fluvial

Como se mencionó anteriormente los ríos son estructuras dinámicas condicionadas por el

transporte de sedimentos, los estudios de dinámica fluvial están soportados por registros

fotográficos, cartográficos y satelitales del cauce del río en un periodo de tiempo de por lo menos

30 años, del mismo modo es importante tener en cuenta que este proceso también depende de la

geología del cauce particularmente con énfasis en la caracterización litológica, estructural y

textural de los materiales del lecho del cauce y sus orillas con el objeto de valorar su resistencia

relativa a proceso erosión. (Vargas, 2012. p. 8).

16

Morfología Fluvial

La morfología de ríos estudia la estructura y forma de los mismos incluyendo la configuración

del cauce en planta, la geometría de las secciones transversales, la forma del fondo y las

características del perfil (Gracia & Maza, 1997. p. 1-2), aunque está bien reconocido que el

proceso mediante el cual se forman los cauces depende de características como tipo de suelos,

geología, hidráulica, hidrología y capacidad de transporte, la mayoría de las teorías acerca de ríos

se han elaborado con base en canales idealizados, con periodos de análisis cortos y simplificando

variables externas como la vegetación, razón por la cual resulta conveniente analizar los ríos

como un proceso dinámico donde el cuerpo de agua constantemente deposita o arrastra

sedimentos en las orillas o en su lecho.

Es necesario aclarar que varios autores consideran que para facilitar el estudio de los ríos es

importante generar una clasificación de estos por medio de variables como edad, estabilidad,

grados de libertad, tipo de material en su lecho y geometría. Las aplicaciones de la morfología

fluvial se pueden dividir en dos ramas importantes: en primer lugar, desde el punto de vista

ecológico estas variaciones pueden condicionar un ecosistema por lo que es necesario restaurar

la morfología original para evitar degradaciones; en segundo lugar, se busca restringir o

estabilizar el cauce para el emplazamiento de proyectos de ingeniería.

17

Figura 1. Tipos principales de cauce (izquierda). Propiedades de la morfología fluvial (derecha).

Fuente: Suárez, J (2001). Control de erosión en zonas tropicales.

Socavación

La socavación consiste en la profundización del nivel del fondo del cauce de una corriente

causada por un aumento del caudal, incremento de la pendiente del cauce por alteración del canal

o corte de meandros, remoción de sedimentos del flujo por la construcción de una presa o por

extracción de materiales del fondo del cauce, o por la disminución de la rugosidad del cauce por

obras de regulación del canal. (Suárez, 2001. p.135-141). Se pueden encontrar diferentes tipos de

socavación, como: a largo plazo, por migración lateral de la corriente, general por contracción y

local. (Guevara, 1998. p.5).

18

Los materiales se socavan en diferentes proporciones: los suelos granulares sueltos se

erosionan rápidamente mientras que los suelos arcillosos son más resistentes a la erosión. Sin

embargo, la socavación final de suelos cohesivos o cementados puede ser tan profunda como la

socavación en suelos arenosos, variando el tiempo en el cual se produce. En los suelos granulares

la profundidad máxima de socavación se alcanza en cuestión de horas, en tanto que en suelos

cohesivos puede tardar varios días, meses en piedras areniscas, años en piedras calizas, y siglos

en rocas tipo granito. En consecuencia, es posible que se requieran varias crecientes para que se

produzca la máxima profundidad de socavación según el tipo de material. (Guevara, p.1).

Existen sistemas para el control de la socavación como lo son: estructuras de protección del

fondo de los canales, recubrimiento del cauce, construcción de cimentaciones más profundas y

fabricación de estructuras flexibles (Suárez, p. 160).

Erodabilidad

Se entiende como la resistencia a la erosión fluvial de los suelos que conforman las cuencas de

los ríos. Generalmente, los materiales depositados recientemente presentan mayor erodabilidad

que los materiales antiguos. Cada formación geológica o manto de roca o suelo presenta

condiciones específicas de erodabilidad, lo cual equivale a una dinámica particular de los ríos o

corrientes al pasar por materiales diferentes. (Suárez, p. 119)

Existen varias aproximaciones para establecer la resistencia de los suelos a la erosión fluvial,

una de estas es el establecimiento y mantenimiento de parcelas de escorrentía bajo condiciones de

lluvia natural, por un período de 3 a 5 años como mínimo, resultando un método costoso y

prolongado en el tiempo. Sin embargo, se dispone de métodos indirectos a partir de modelos

computacionales y métodos empíricos (ecuaciones), además se han utilizado simuladores de

lluvia para evaluar la resistencia relativa del suelo a la erosión. Estas metodologías en conjunto

19

han permitido establecer diferentes categorías, desde suelos muy resistentes a la erosión (como

aquellos derivados de cenizas volcánicas) hasta suelos altamente susceptibles (como los

derivados de rocas sedimentarias). (Ramírez, 2009. p. 59-60).

Tabla 1. Resistencia relativa de materiales litológicos a la erosión fluvial.

.

Fuente: Vargas, G. (2012) Geología, geomorfología y dinámica fluvial aplicada a hidráulica de ríos.1

1 Es necesario aclarar que la tabla 1 no cumple con la norma APA en cuanto al uso de líneas verticales ni la tipología

de letra, ya que se presenta de forma original.

20

Equilibrio del fondo del cauce (balanza de Lane)

En 1955 Lane propuso una relación para analizar el equilibrio de un río, en la que involucra

cuatro variables: caudal sólido (qs), caudal líquido unitario (q), pendiente del fondo (i) y

diámetro característico del material del lecho (D50). Lane plantea una ecuación para medir la

condición de equilibrio (1).

qs × D50 = q × i (1)

La alteración de alguna de estas variables ocasionará un desequilibrio en el río provocando

erosión o sedimentación, las cuales pueden profundizar el lecho del río y disminuir su pendiente.

Esta relación está perfectamente representada por la analogía de la Balanza de Lane.

Figura 2. Analogía de la Balanza de Lane.

Fuente. Rocha, F. (1998).

21

Estabilidad de cauces

La forma de la sección transversal depende de variables como el sitio del canal, de su

geometría en planta y del tipo de canal, por ejemplo, en una curva tiende a ser más profunda en

el lado exterior mientras que en las rectas el canal tiende a ser trapezoidal o rectangular

dependiendo de la condición en las orillas, aunque siempre existe un sitio con mayor

profundidad donde se localiza el thalweg (Suárez, 2001. p. 100-102).

Se puede afirmar que un cauce es estable cuando en el tiempo este no cambia su tamaño, forma o

posición significativamente, sin embargo, los ríos de lecho aluvial son muy dinámicos e

inestables, siendo frecuente los cambios por erosión lateral de las orillas y las variaciones en la

elevación del lecho. Para Tomás Ochoa en su libro “Hidráulica de ríos y procesos morfológicos”

existen 6 pasos a realizar en un análisis de estabilidad geomorfológica del cauce.

1. Definición de las características del cauce: identificar las características del cauce de

acuerdo con los principales factores geomorfológicos.

2. Evaluación de los cambios en el uso del terreno: La presencia o ausencia de capa

vegetal puede tener influencia significativa en la escorrentía y en la respuesta erosiva de

un sistema fluvial.

3. Evaluación de la estabilidad general del cauce: Los canales rectilíneos son relativamente

estables cuando las velocidades del flujo y las cargas de sedimento son bajas, conforme

estas variables aumentan lo hacen el desarrollo de curvas, formación de barras y un patrón

meandro. El transporte de material en el fondo está relacionado con la potencia de la

corriente y la estabilidad relativa disminuye a medida que está aumenta.

22

Figura 3. Clasificación del cauce según su estabilidad relativa.

Fuente: Schumm, 1981. Tomado de RODRÍGUEZ Héctor, “Hidráulica fluvial fundamentos y aplicaciones,

socavación”

4. Evaluación de la estabilidad lateral: La evaluación de la estabilidad lateral se puede

realizar a partir de datos históricos de la posición de un tramo en curva en dos o más

tiempos diferentes por medio de fotografías aéreas o mapas, medir la erosión de una

orilla con una fotografía aérea requiere identificar puntos de referencia comunes a ambas,

así como también sitios de potencial cambio a un nuevo alineamiento.

5. Evaluación de la estabilidad vertical: El análisis de la estabilidad vertical de un cauce

se compone de dos fenómenos principales, la socavación y la deposición, para detectar

estos problemas generalmente se necesitan datos históricos de varios años ya que estos

cambios se producen en largos periodos de tiempo y es importante diferenciar los

cambios importantes a los producidos durante una variación de caudal momentáneo,

23

como es el caso de una creciente súbita.

6. Evaluación de la respuesta del río a los cambios

El análisis y posterior evaluación de las condiciones históricas anteriormente nombradas

además de la aplicación de relaciones geomorfológicas de predicción sencilla pueden

ayudar a entender la respuesta potencial del río respecto a los impactos o cambios que se

quieran proponer.

Erosión

La erosión comprende el desprendimiento, transporte y posterior depósito de materiales de

suelo o roca por la acción de la fuerza de fricción de un fluido en movimiento, generalmente agua

o viento. Las partículas son erosionadas cuando las fuerzas de tracción, levantamiento y abrasión

exceden las fuerzas de gravedad, cohesión y fricción, que tratan de mantener las partículas en su

sitio. En el proceso de erosión ocurre una profundización y ensanchamiento del cauce.

La resistencia a lo largo del contacto de la corriente de agua con el suelo se le llama fricción

hidráulica, la cual forma una zona de turbulencia en la corriente. El espesor y características

dinámicas de esta capa dependen de la rugosidad de la línea del suelo y de la velocidad, dirección

y tipo de flujo. La turbulencia está caracterizada por un flujo irregular en todas las direcciones.

Las fuerzas generadas pueden desprender las partículas de suelo por fenómenos de arrastre,

cavitación, etc. (Suárez, p.13 y 43).

Tipologías de procesos morfológicos

El instituto Hidráulico de Moscú describe que existen 3 grandes grupos de clasificación de

formas típicas obtenidas en el cauce de un río como producto de diferentes procesos

morfológicos, en primer lugar están las microformas cuya distribución es masiva en los cauces

pero de pequeñas dimensiones generalmente su aparición está ligada a el grado de rugosidad del

24

fondo y diferentes grados de turbulencia por lo que varían rápidamente, en segundo lugar están

las mesoformas como por ejemplo dunas de tamaño considerable que determinan el aspecto del

cauce en gran medida por la acción de velocidades medias y determinados regímenes de

caudales, finalmente están las macroformas que determinan el aspecto externo del cauce y de las

barras están condicionadas por procesos morfológicos, el caudal y condiciones específicas de

cada uno de los ríos se caracterizan por poseer ciclos anuales de deformación. (OCHOA, 2011)

1 2 3

4 5 Figura 4

Figura 4. Geoformas fluviales.1) terraza 2) barras de sedimento 3) lomeríos 4) playón 5) islote.

Fuente: Apuntes de clase Hidráulica Fluvial, docente Franco A.

25

Tabla 2. Tipos de procesos morfológicos

Fuente: Elaboración propia

26

Geomática

El concepto de geomática fue definido en el año de 1969 por el topógrafo y fotogrametrista

francés Bernard Dubuisson como “Disciplina que tiene por objeto la administración y

estructuración de los datos a referencia espacial e integra las ciencias y las tecnologías ligadas al

almacenamiento, el tratamiento y la difusión” a su vez el Instituto Canadiense de Geomática lo

define como “Ciencia y tecnología de la captura, análisis, interpretación, distribución y uso de

datos geoespaciales” La geomática comprende un amplio abanico de disciplinas, que incluye la

topografía, los sistemas de posicionamiento global, el mapping, la teledetección y la cartografía.

Es una ingeniería cuya labor es importante en actividades como monitoreo ambiental, manejo de

recurso terrestres y marinos, transacciones de bienes raíces y monitoreo de campos petrolíferos

por medio de sensores remotos tales como satélites, ecosondas, sensores en bases aéreas e

instrumentos de mediciones terrestres es decir integra las mediciones, el análisis, el manejo, el

almacenamiento y el despliegue de descripciones y localización de datos geoespaciales.

(Vásquez, 2009)

Una de las disciplinas más usadas de la geomática en la dinámica fluvial es la teledetección

esta se basa en el registro de la radiación electromagnética utilizando sensores remotos de

diferentes tipos que no están en contacto físico con los objetos que emiten la energía y que son

portados por diferentes vehículos de navegación aérea, unos ubicados en la atmósfera y otros

fuera de la misma. (Ardila, 2013)

27

Figura. Esquema de etapas para el desarrollo de un proyecto con SIG.

Fuente: Principios Básicos de Cartografía Temática. IGAC.

Fotointerpretación

El término fotointerpretación puede ser definida como una técnica de extracción de

información a imágenes o fotografías de un área de interés. Con el propósito de reconocer y

ubicar elementos o patrones que se encuentren en la representación. El material a examinar, debe

ser fiel al terreno donde se captura la imagen y tener cierta distancia vertical que permita

visualizar la zona de forma escalada. El amplio abanico de usos que tiene esta técnica incluye la

fotointerpretación morfodinámica de un área. Rodríguez (2010, p. 59) propone varias etapas

básicas para el correcto uso de esta herramienta para la obtención de resultados adecuados y

útiles para el análisis de procesos en los cauces:

28

● Fotointerpretación preliminar: localización espacial de los elementos involucrados en el

estudio. Ejemplo: infraestructura vial y urbana.

● Fotointerpretación preliminar: identificación de geoformas y procesos dinámicos.

● Análisis multitemporal por sectores: identificar la evolución de las geoformas y predicción

de la evolución del sistema fluvial en base al análisis de los procesos dinámicos observados.

El producto deseado con el anterior proceso es la generación de planos donde se localicen

procesos dinámicos, tal como la socavación de las bancas o la deposición en barras y playones de

sedimento; permitiendo clasificar sectores o puntos según los procesos que presente y resaltar

zonas críticas. No obstante, la información obtenida por la fotointerpretación no es infalible, por

lo cual en zonas con procesos dudosos o de mayor importancia deben estar respaldados por

estudios más detallados y/o información más minuciosa.

Como las características a estudiar dependen de la composición de la zona, es necesario tener

presentes ciertos aspectos que deben estar en la fotointerpretación morfodinámica como:

litología, geología, topografía, vegetación, antiguos movimientos en masa, incisión del plano

aluvial, bifurcación del río y cauces abandonados.

29

Marco conceptual

● Abanicos aluviales: Son depósitos de sedimento cuya forma asemeja un segmento de

sección cónica, se presentan normalmente en áreas áridas y montañosas con pendientes

fuertes. (Maza, p. 31).

● Barras: Las barras son depósitos de sedimentos junto a la orilla o dentro del cauce del río

(Suárez, p. 104).

● Delta: Están formados por el depósito de material generalmente fino. Ocurren donde la

velocidad se reduce repentinamente por la entrada de la corriente a un gran cuerpo de agua

como puede ser un lago, un embalse o el mar. (Maza, p. 12).

● Depositación: Es la fase final del proceso erosivo, se define dinámicamente como la

inhabilidad del agua para transportar sedimentos por encima de una cierta capacidad límite.

(Ordóñez, 1983. p.6)

● Erosión: Proceso de denudación de la corteza terrestre está compuesto en general de tres

partes diferentes: la meteorización de la roca, la remoción del material meteorizado y su

transporte hacia lugares distintos al origen. (Ordóñez, p. 5)

● Erosión fluvial: Erosión generada debido a las fuerzas tractivas de la corriente

generando desprendimiento, transporte y deposición de las partículas de suelo o sedimentos

tanto en el fondo como en la ribera de la corriente. (Suárez, p. 78).

● Estabilidad dinámica: Un cauce tiene estabilidad dinámica cuando las variaciones de la

corriente, los materiales de la plantilla y de las orillas y los sedimentos transportados han

formado una pendiente y una sección que no cambian apreciablemente. (Gracia & Maza, p.

2).

● Estabilidad estática: Un cauce tiene estabilidad estática cuando la corriente es capaz de

30

arrastrar sedimentos, pero no puede mover y arrastrar las partículas o elementos de las orillas

(Gracia & Maza, p. 2).

● Fuerzas de erosión: Fuerza que ejerce el flujo sobre las partículas o sedimentos en el

perímetro del cauce, son básicamente fuerzas de tracción y levantamiento. (Suárez, p. 42).

● Inestabilidad dinámica: Se presenta cuando el desplazamiento lateral de los meandros

es muy intenso y por lo tanto el corte natural es frecuente. (Gracia & Maza, p.2)

● Meteorización: Fenómeno Físico-Químico de desgaste mediante el cual la roca parental

se fractura y separa mecánicamente y/o se descompone químicamente en algunos elementos

primarios. (Ordóñez, p. 4).

● Morfología de ríos: Estudia la estructura y la forma de los ríos, incluyendo la

configuración del cauce en planta, la geometría de la sección transversal, la forma y las

características del perfil. (Gracia & Maza, p. 1)

● Río: Elemento del sistema de drenaje de una cuenca, encargado de evacuar los excesos

de precipitación de la misma, así como los residuos del proceso de intemperización.

(Ordóñez, p.3).

● Sinuosidad: Es la relación entre la longitud total del thalweg en el tramo de corriente y la

longitud en línea recta. (Suárez, p. 104).

● Socavación General: Descenso del fondo de un río cuando se presenta una avenida,

debido a la mayor capacidad que tiene la corriente de transportar partículas en suspensión

que toma del fondo del lecho. (Maza, p. 38).

● Terrazas: Antiguos planos de inundación, los cuales fueron abandonados al profundizar

el valle (Suárez, p. 98).

● Thalwehg: Es la línea central de la corriente en la cual el cauce es más profundo y el

31

flujo posee una mayor velocidad. (Suárez, p. 104).

● Transición: Se localizan entre las curvas donde el flujo cambia de una margen opuesta y

son de sección casi rectangular en contraste con la forma triangular o trapecial en las curvas

(Maza, p. 22).

● Transporte de sedimentos: Es función de los materiales, la velocidad y la turbulencia de

la corriente del río, el agua interviene en el proceso de dos maneras, primero como simple

mecanismo de transporte y otra más dinámica, como agente removedor de las partículas

depositadas en el lecho y en las bancas. (Ordóñez, p. 6).

32

Marco legal

DECRETO 2811 DE 1974 Por el cual se dicta el Código Nacional de Recursos Naturales

Renovables y de Protección al Medio Ambiente. En el artículo 8 donde estipula la contaminación

se entiende como cualquier elemento, combinación de elementos, o forma de energía que actual

o potencialmente puede producir alteración ambiental. La contaminación puede ser física,

química, o biológica entre ellos se considera la erosión y en el artículo 314, donde se estipula que

la administración pública debe velar por prevenir la erosión y controlar y disminuir los daños

causados por ella.

DECRETO 1449 DE 1977. En el artículo 7, el cual dicta: En relación con la protección y

conservación de los suelos, los propietarios de predios están obligados a proteger los suelos

mediante técnicas adecuadas de cultivos y manejo de suelos, que eviten la salinización,

compactación, erosión, contaminación o revenimiento y, en general, la pérdida o degradación de

los suelos.

DECRETO 1541 DE 1978. Por medio del artículo 68 se ordena a las concesiones para uso

agrícolas y silvicultural, deberán incluir la obligación del usuario de construir y mantener

sistemas de drenaje y desagüe adecuados para prevenir la erosión de los suelos.

LEY 99 DE 1993. Por la cual se decreta que las corporaciones autónomas regionales deben

incorporar dentro de sus inversiones actividades de análisis, seguimiento, prevención y control

de desastres además de adelantar con las administraciones municipales o distritales programas de

adecuación de áreas urbanas en zonas de alto riesgo, tales como control de erosión, manejo de

cauces y reforestación.

33

Antecedentes

Juan D. Restrepo en su publicación “Causas naturales y humanas de la erosión en la cuenca

del río Magdalena” logra sintetizar los resultados de múltiples estudios realizados en torno a la

erosión y navegabilidad del río Magdalena, identificando con claridad una serie de responsables

de dicho fenómeno, como por ejemplo la deforestación, la agricultura y las obras de

infraestructura que intervienen directa e indirectamente el cauce, dentro de este documento se

explica detalladamente como investigadores de la Universidad Eafit con el apoyo de la

Universidad de California y Nasa, analizaron las tendencias entre 1970-2002 encontrando una

tasa de erosión (710 ton km2 año) de las más altas del continente (Restrepo, 2015). También

señala que la deforestación es la causa más importante de la erosión pues en los últimos años se

han perdido casi un 43% de árboles que aportan al sostenimiento del cauce para dar paso a la

agricultura y la ganadería; por otro lado el estudio también señala que esta erosión también es

acelerada por el efecto de la lluvia como puede ocurrir durante fenómenos como el de la Niña

pues estos suelos al perder su capa vegetal quedan expuestos y no realizan un proceso de

filtración y canalización de adecuado; por estas razones se pudo determinar que el transporte de

sedimentos medidos en la estación Calamar ubicada en cuenca baja del río Magdalena,

departamento de Bolívar, ha aumentado de manera proporcional a la tasa de deforestación anual.

Como se mencionó anteriormente, la deforestación es uno de los factores que ha contribuido

en la variación de transporte de sedimentos en el río Magdalena, sin embargo, otro factor que ha

contribuido con este fenómeno ha sido la construcción de presas como se demostró en el trabajo

de grado “Evaluación del impacto de los embalses por retención de sedimentos sobre la

morfología del cauce del río Magdalena” de Laura Laverde; en donde se encontró por ejemplo

que hubo una reducción de hasta 71%, adicionalmente en los ríos Miel y Samaná Norte se

34

observó una reducción del 20.18% y 68.05% respectivamente asociada a la construcción del

embalse La miel y la cadena Nare-Guatepe (Laverde, 2016).

Por lo anterior se ve la necesidad de realizar nuevas investigaciones que aporten a determinar

el nivel de resistencia a la erosión de los suelos que conforman el cauce del río Magdalena así

como también su influencia en posibles cambios geomorfológicos, para ello se deben

interrelacionar disciplinas como hidrología, hidráulica, geología, económica ambiental e

ingeniería ambiental, detectando áreas críticas para dar mayor factibilidad a futuros proyectos o

intervenciones que se piensen realizar. (Restrepo)

Para generar esta clasificación existen varias metodologías que son expuestas al detalle en el

documento “Geología, geomorfología y dinámica fluvial aplicada a hidráulica de ríos” de

Germán Vargas; para estudios geológicos de zonas fluviales es importante tener conocimiento de

la geomorfología del cauce y sus orillas dado que la composición de los materiales está

generalmente asociada a geoformas (Vargas). De acuerdo con lo anterior el documento presenta

una tabla (tabla 3) donde se relacionan las principales litologías que en función al tipo de

material que la conforman establecen un nivel de resistencia a la erosión.

Un trabajo similar se puede encontrar en el “Informe sobre las amenazas de erosión fluvial e

inundaciones en la cuenca del río Sinú” elaborado por el grupo de gestión del riesgo del

departamento de Córdoba en donde se realizó un monitoreo completo de toda la trayectoria del

río para identificar condiciones actuales de sus riberas como resultado de la alteración de su

dinámica fluvial, tanto por la operación del embalse de Urrá como por actividades antrópicas

(CVS, 2014). La metodología de trabajo de esta investigación se dividió en 9 fases de trabajo.

35

1. Revisión de puntos críticos identificados en el año 2013

2. Trabajo de campo para la identificación de puntos críticos

3. Recopilación de información

4. Análisis de información

5. Elaboración de mapas

6. Cuantificación de puntos críticos

7. Categorización del estado del punto críticos

8. Análisis de resultados

9. Conclusiones y recomendaciones.

Dando como resultado un mapa de vulnerabilidad a la erosión de los suelos que se muestra en la

Figura 6 así como también lograron determinar cuáles municipios se encontraban en un mayor

riesgo por su proximidad a un mayor porcentaje de puntos críticos.

Figura 5. Resistencia natural del río Sinú a la erosión fluvial.

Fuente: Grupo de gestión del riesgo del departamento de Córdoba.

Con este trabajo se llegó a la conclusión de que los puntos más predominantes en el río Sinú

son los que representan una amenaza media, mientras que los puntos que requieren una atención

36

inmediata mediante acciones de reducción de riesgo son 23, de los cuales 13 se encuentran en el

municipio de Lorica. (CVS, 2014) También se concluye que los asentamientos han afectado la

dinámica natural del río por medio de actividades antropogénicas como la mala disposición de

residuos sólidos, captaciones de agua ilegales, estructuras para control de erosión realizadas por

los habitantes sin estudios adecuados entre otros.

Figura 6. Distribución porcentual de puntos críticos por municipio.

Fuente: Grupo de gestión de riesgo de departamento de Córdoba.

Por último, concluyen que el porcentaje más alto de los puntos críticos se encuentran sobre la

parte externa de las curvas que presenta el cauce natural, en las curvas se generan fuerzas

centrífugas que producen sobreelevación del nivel del agua que a su vez provoca un mayor

arrastre de partículas del fondo generando una erosión en la parte exterior de la curva y un

depósito en el interior de la misma (CVS, 2014).

Finalmente, otro antecedente importante para el desarrollo de este trabajo y que sirve de

referencia para ver cómo por medio de la Geomática y el empleo de sensores remotos se puede

llegar a conclusiones importantes es la tesis titulada “Geomática en el análisis de la dinámica

37

fluvial del río Magdalena” del ingeniero forestal Jorge Armando Hernández que demuestra con

el uso de fotografías aéreas históricas como se ha visto afectada la dinámica fluvial del río

Magdalena en relación a de los cambios en la vegetación y tipo de cultivos cerca al cauce.

Delimitación

Descripción del tramo de estudio

El tramo de estudio consiste en la cuenca alta del río Magdalena, entre el área urbana del

municipio de Neiva (Huila) y la confluencia con el río Prado en el departamento del Tolima; el

recorrido del río abarca 76.4 Km en el departamento de Neiva y 72.38 Km en el departamento de

Tolima. Para facilitar la ubicación de puntos claves dentro del flujo del río se toma como punto

de inicio del abscisado local, la sección más cercana a la entrada al municipio de Neiva, por la

vía Neiva - Plata (N 467754.31- E 318911.67), y como punto final la entrega del río Prado al

Magdalena (N 506327.02 - E 420227.89) (figura 9), con una longitud de 148.78 km de tramo en

total. (figura 8)

El tramo del río Magdalena entre la ciudad de Neiva y río Prado se delimitó por 3 razones

principales, en primer lugar la importancia del embalse de Betania en cuanto constituye el primer

gran embalse de la cuenca alta del río Magdalena interrumpiendo su cauce por completo, en

segundo lugar por la influencia significativa de esta estructura en el transporte de sedimentos,

evidenciando una reducción de carga sólida cercana al 70% (Laverde, 2016) y en finalmente, la

existencia de importantes centros poblados como son Neiva, Aipe, Natagaima, Fortalecillas y

Villavieja.

38

Figura 7.Tramo de estudio

Fuente: Google Earth.

Figura 8. Abscisado local en el tramo de estudio.

Fuente. Elaboración propia.

39

Poblaciones en área de influencia.

Como parte del trabajo realizado se tuvo en cuenta las poblaciones aledañas al río en el tramo

de estudio para concluir si de alguna manera se han visto afectadas por erosión del cauce. Las

poblaciones que se tuvieron en cuenta fueron; Neiva con una población de 345.086 habitantes,

Fortalecillas corregimiento de la ciudad de Neiva con 5.152 habitantes, Villavieja con 7.314

habitantes, Aipe con 26.219 habitantes y Natagaima con 22.574 habitantes. Como parte del

trabajo realizado se recopiló información sobre las principales actividades económicas de estas

poblaciones y en general de los departamentos del Huila y Tolima cerca del cauce del río

Magdalena.

1 2 3

4 5 Figura 9. Poblaciones aledañas al tramo de estudio. 1) Fortalecillas, 2) Neiva 3) Aipe, 4) Villavieja, 5) Natagaima.


40

Caracterización del tramo de estudio.

Geología.

Haciendo uso de las cartografías geológicas disponibles en el geo portal de Ingeominas se

clasifican las formaciones geológicas que conforman el cauce en el tramo de estudio en el río

Magdalena. A continuación, se presenta una tabla resumen (tabla 3) de las formaciones

geológicas encontradas en el tramo de estudio.

Tabla 3. Resumen de cuerpos geológicos encontrados en el área de estudio.

Fuente: elaboración propia.

41

Morfología del cauce

Por las formaciones geológicas de la zona se puede clasificar como un río con cauce aluvial

ya que las paredes y el fondo de su canal se componen de material transportado por el mismo

flujo, lo que permite que el río tenga la libertad para alterar sus dimensiones, pendiente, patrón y

forma en respuesta a los cambios que se produzcan sobre él (Rodríguez. H, 2010, p. 71).

Mantiene un cambio constante entre ser un río trenzado y uno sinuoso, muestra frecuentemente

varios canales, con tramos donde las secciones meandricas mantiene un solo canal y otras donde

por el contrario se da lugar a un canal trenzado con presencia de islotes de gran tamaño.

Patrones de cauce

Los patrones de evaluación se toman con base en la opinión del ingeniero Héctor Alfonso

Rodríguez Díaz, los cuales son expuestos en su libro “Hidráulica fluvial fundamentos y

aplicaciones socavación”, estos son: sinuosidad, alineamiento del canal y cantidad, ancho del río,

presencia de barras de sedimento, presencia de madre viejas, forma de las volutas y morfología

de la vegetación en el cauce.

Se realizó la respectiva medición del eje del cauce y el valle en el que se encuentra. Donde el

eje en el tramo de estudio tiene una longitud (Lt) de 148.78 Km y el valle (Lv), una medida de

108.74 Km; al realizar la relación de longitudes (Lt/Lv) se encontró con la sinuosidad (S) de 1.37

(figura 11), con este valor se puede clasificar el río Magdalena en el tramo de estudio con una

sinuosidad media.

42

Figura 10. Medición de sinuosidad.


A lo largo del área de estudio se puede notar el cambio de ancho de la sección transversal, el

tramo muestra una continuidad de islas y barras aisladas además de barras en punta y playones

en la banca interior de los algunos meandros. Algunas secciones el caudal del río generan canales

múltiples en donde la corriente es dividida por islas las cuales se encuentran rodeadas por barras

múltiples de sedimentos, ejemplos claros de este tipo de deltas se pueden ver al inicio del tramo

en Neiva y en la entrega del río Prado al río Magdalena. En todas las divisiones de canal

presentes en el área de estudio se ve como el río vuelve a su estado de canal simple aguas abajo.

43

Figura12. Cambio en la cantidad de canales.

Fuente. Google Earth.

La cantidad de meandros abandonados que se encuentran en el tramo son muy pocos, unos de

los más notables tienen forma de herradura y se encuentra justo al frente de la ciudad de Neiva

en la abscisa Km 2.34 y en la banca derecha en el Km 148.

Figura 13. Meandros Abandonados en el tramo de estudio.


44

Se encontró la presencia de un par de canales que fueron abandonados por el flujo de agua en

la abscisa Km 42.09, donde es notoria la presencia de nueva vegetación dentro del canal aguas

abajo, mientras que la presencia de sedimento se hace más notable donde antes se conectaban

con el canal principal.

Figura 14. Generación de meandros abandonados.


Mientras que la vegetación presente en las bancas del río varía durante todo el trayecto del

caudal, desde cinturones angostos y densos (sobre todo sobre las antiguas orillas del río),

presencia densa en islas y playones, y vegetación densa solo al interior de los meandros.

Obviamente, la vegetación de la zona ha sido alterada por los lotes colindantes al cauce del río al

talar la vegetación nativa para dar paso a cultivos y ganadería.

Figura 15. Cambios de forma en la vegetación


45

Además, se pudo observar que el cauce varía de alineamiento en tramos muy cortos, como se

puede evidenciar en la Figura 16 donde el flujo inicia trenzado, cambia a sinuoso y termina con

un alineamiento sinuoso con barras.

Figura 16. Cambios de alineamiento


Por último, se observó que las volutas (marcas que deja la migración lateral en las bancas) en los

meandros del río se encuentran en zonas donde el flujo ha cedido terreno a las orillas, pero la

mayoría son no desarrolladas e irregulares ya que se encuentran en secciones trenzadas al interior

de los meandros, donde la presencia de barras e islas se hacen más evidentes. Según las

características anteriormente enunciadas se puede clasificar como un río trenzado tipo T4

(Culbertson y otros, 1967).

46

Tabla 4. Características de los ríos según patrones de cauce.

Fuente: Cuberston y otros 1967. Tomado de RODRÍGUEZ Héctor “Hidráulica fluvial fundamentos y

aplicaciones, socavación”

47

Metodología

El trabajo se llevó a cabo en 5 fases principales que aparecen descritas al detalle en el

siguiente gráfico

Figura 17. Metodología.

Fuente: Elaboración propia.

48

Fase 1. Revisiones bibliográficas y antecedentes:

Se realizó la revisión de diferente material bibliográfico, en primer lugar se investigó acerca

de las principales fuentes de erosión del cauce del río en el tramo de estudio, se identificaron

diversos cambios en el uso del suelo para agricultura, así como también aumentos en la

escorrentía y la construcción de la presa de Betania, en segundo lugar se consultó el grado de

erodabilidad que puede presentar un tipo de suelo determinado en función de su composición

litológica y la geomorfología que represente, finalmente se profundizó sobre los principales

conceptos de la hidráulica fluvial.

Fase 2. Identificación de unidades geomorfológicas y dinámica fluvial:

● Se realizó la búsqueda de material que permite identificar la geomorfología del tramo de

estudio, como fotografías aéreas, imágenes satelitales (anexo 1) y planos de estudio de

navegabilidad elaborados por la Universidad Nacional, titulados “Estudio de

navegabilidad del río Magdalena Geomorfología, Sector Puerto Salgar - Betania”.

Haciendo énfasis en la fecha donde el material fue tomado, dando una margen de 30 años

donde permite evidenciar cómo se han modificado las geoformas en el cauce desde antes

de la tala de bosques en la cuenca y la construcción de la hidroeléctrica Betania hasta

imágenes actuales.

● En primer lugar, se realizó la búsqueda de las imágenes satelitales del software gratuito

Google Earth ®, en donde es necesario que las imágenes permitan la visualización con

mayor claridad posible del tramo de estudio, para eso se precisa hacer uso de las

imágenes con una resolución máxima (4800 x 2835 pixeles).

49

Figura 18. Parámetros de resolución de las imágenes satelitales

Fuente: Google Earth ®

● Se utiliza una altura de vuelo para la captura de las imágenes de aproximadamente 10.8

km. Cada imagen comprende aproximadamente 11.4 km de manera longitudinal y 23.8

km transversal al flujo del río.

Las imágenes seleccionadas se encuentran centradas en la cuenca del río y permiten

observar con el mayor detalle sus orillas y geoformas dentro del cauce. Además. de

permitir una vista clara a los alrededores del cauce a puntos de interés como los afluentes,

poblados e infraestructura vial, lotes colindantes, etc.

Las imágenes no necesitaron de ninguna modificación ya que el producto del Google

Earth ® es un mosaico que cubre toda la superficie mundial, en donde alinea las

imágenes y elimina las deformaciones angulares que se presentan en las serie de

fotografías aéreas, por otro lado algunas imágenes tomadas para este estudio, muestran la

unión de dos o más series de fotos en una misma zona, donde la diferencia de colores o

de definición de las imágenes son la evidencia de una frontera entre las series de fotos.

50

Tabla 5. Ficha técnica de las imágenes satelitales consultadas.


● Para cubrir completamente el área de estudio se requirieron 22 imágenes, las cuales

fueron superpuestas generando un mosaico, el cual fue georeferenciado para su posterior

delimitación del tramo de estudio. Para este procedimiento se hizo uso del software

AutoCAD ®, dado que ArcGIS ® no soportaba el peso de las imágenes.

51

Figura 19. Imágenes satelitales georeferenciadas.


● Debido a que las imágenes satelitales de Google Earth del tramo de estudio entre el río

Cabrera y Natagaima no contaban con adecuada definición (imágenes que se desconoce

su año de toma), fue consultado el banco de imágenes disponible en internet del Instituto

Geográfico Agustín Codazzi (IGAC) donde se hallaron algunas que comprendían dicho

tramo.

52

Tabla 6. Ficha técnica de las fotografías aéreas actuales consultadas. (Anexo 2)


Figura 20. Algunas de las aerografías consultadas en el IGAC.

Fuente: Banco nacional de imágenes (IGAC).

● Se procede a alinear las últimas fotos aéreas al mosaico de las imágenes satelitales.

53

IDENTIFICACIÓN DE UNIDADES GEOMORFOLÓGICAS

● Una vez se tuvo cobertura total del área de estudio con imágenes de alta resolución, se

dio comienzo a la delimitación del cauce, para este proceso se utiliza la herramienta de

polilínea y se dibuja los límites siguiendo las formas de las bancas a lo largo del tramo de

estudio. De forma similar se delimitan las barras de sedimentos, playones e islotes que se

encuentran dentro del flujo del cauce y los canales de estiaje.

Convenciones

Figura 21. Identificaciones de unidades geomorfológicas


54

● Para la identificación de las geoformas componentes de las bancas se hace por medio de

la comparación de la vegetación presente en las zonas colindantes al río, dado a que la

tonalidad de las manchas de vegetación permite saber si el flujo de agua es constante

sobre el área; al ser más oscuro el tono de verde de las hojas, la humedad del suelo es

mayor. De esta forma se identifican las vegas de inundación. De manera similar se

identifican terrazas, donde se nota una zona más o menos planas separadas del flujo del

río por bordes escarpados o cinturones de vegetación.

● La anterior identificación de geoformas se compara con los planos de navegabilidad de la

Universidad Nacional; en donde se verificó que la información extraída de las imágenes

satelitales coincidió o debió ser corregida. En las zonas donde la clasificación fue dudosa,

se utilizó la información de los planos de navegabilidad.

Figura 22...Planos de estudio de “Navegabilidad del río Magdalena”

Fuente: Extraído de “Estudio de navegabilidad del río Magdalena sector Puerto Salgar - Betania” Universidad

Nacional de Colombia (Anexo 6)

55

DINÁMICA FLUVIAL

● Para identificar puntos donde el río presenta cambios fue necesario adquirir material

histórico del tramo de estudio. Para eso se consultaron fotografías aéreas (Anexo 2)

disponibles en el IGAC

Tabla 7. Fotografías aéreas históricas adquiridas en el IGAC.


● Fueron seleccionadas 23 fotografías aéreas en total y se eligieron según la escala, la

cantidad de terreno de estudio que representa y el año de toma (1980-1990). Dado a que

algunas líneas de vuelo no cumplían con los anteriores parámetros, se optó por hacer uso

de líneas más recientes que si las cumplieran. Es necesario aclarar que en ciertas fotos

que cubren el tramo final, no cumplen con el parámetro de año de toma (tabla 5). A pesar

de todo, estas permiten identificar cambios en la alineación y morfología del río al igual

que el material más antiguo.

● Las fotografías fueron adquiridas de forma digital en formato TIFF. Con una resolución

de 15745 x 15847 pixeles cada una.

● Posteriormente estas fotografías fueron superpuestas al conjunto de imágenes satelitales

56

seleccionadas anteriormente, para evidenciar de mejor manera las variaciones del cauce y

los cambios de las unidades geomorfológicas,

Figuras 23. Superposición y comparación de imágenes satelitales contra fotografías aéreas.


● Se realizaron las comparaciones de los cauces actuales y de hace 30 años, encontrando

puntos con cambios notables en la geomorfología, esto se evidencio en la aparición o

desaparición de barras de sedimentos y canales de estiaje, el cambio en la posición de las

orillas del lecho y el cambio de las formas de los islotes, barras de sedimento y playones.

● Al realizar el análisis multitemporal de los puntos anteriormente localizados, fue posible

reconocer el tipo de cambio que presenta la dinámica del cauce en cada uno de ellos, de

esta manera se pudo llegar a concluir la tendencia que presenta actualmente el flujo y

sobre todo como se ven afectadas las estructuras hidráulicas, poblaciones y suelos

conformantes del cauce (10. Resultados).

57

Fase 3. Validación en campo

A partir de la identificación previa de zonas con procesos activos de dinámica fluvial se

realizó la priorización de zonas con baja resistencia a la socavación fluvial, las cuales se visitaron

para verificar las unidades geomorfológicas y el tipo de suelo. Entre los sectores priorizados se

consideró las estructuras fluviales (puentes, obras de protección de orillas, jarillones) y centros

poblados (Neiva, Fortalecillas, Villavieja Aipe y Natagaima).

Fase 4. Resultados:

Los diferentes tipos de suelos y sus grados de vulnerabilidad encontrados por la

identificación, se organizaron de la siguiente forma.

1. Tablas donde se muestre la abscisa, grado a la vulnerabilidad a la erosión y tipo de suelo.

2. Generación de cartografía por medio del software ArcGIS®, este permite organizar la

información de forma gráfica, asignado a cada geoforma una escala de colores según el

grado de erodabilidad del suelo.

3. Correlación entre presencia de procesos erosivos (alteración en planta de las geoformas)

y la resistencia relativa de los suelos a la erosión, con el propósito de verificar si

efectivamente la mayor dinámica tiene lugar en las geoformas con menor resistencia.

De esta forma la información arrojada será más práctica y de mejor comprensión.

58

Resultados

Análisis de la dinámica fluvial y resistividad en el tramo de estudio

La cuenca del río Magdalena es el resultado de una gran variedad de eventos geológicos y

geomorfológicos; como por ejemplo fallas, sedimentación y erosión, hoy en día se puede

clasificar como una formación reciente, ya que el levantamiento de la cordillera central se

originó hace 60 millones de años, en cuanto a su formación geológica fue el producto de varios

sucesos ubicados entre la era Precámbrica y el periodo terciario de la era Cenozoica que

formaron rocas y que en el periodo cuaternario formaron depósitos inconsolidados

principalmente en los departamentos de Huila y Tolima con intercalaciones de material

volcánico expulsado. Por otra parte los suelos que conforman esta cuenca son el resultado de

procesos en los que interactúan rocas meteorizadas, el agua y diversos factores climáticos como

el calor y la humedad, estos procesos son relativamente recientes como se mencionó

anteriormente, esto sumado la intensa actividad tectónica produce inestabilidad en el terreno y

grandes movimientos de masa como el ocurrido en 1996 cuando una avalancha en el río Páez

arrastró una cantidad de material importante hasta el embalse de Betania afectando varios

municipios del departamento de Huila. (IDEAM, 2002)

Los suelos de la cuenca alta del río Magdalena se pueden caracterizar como una terraza fértil

con distintos niveles de desarrollo asociados en gran medida a los cambios climáticos que desde

la era cuaternaria han influenciado el régimen de los ríos, es decir, que la alteración de períodos

de erosión y sedimentación causó la formación de estas terrazas, por lo que no son terrazas de

tipo acumulación, sino que son de tipo erosión. Más hacia aguas abajo, en inmediaciones del

municipio de Aipe, el espesor de los sedimentos de estas terrazas ha aumentado de manera

considerable debido a condiciones especiales como la gran cantidad de lluvia en épocas

59

invernales y la alta evaporación en temporadas secas. (Van Der Hammen, 1959)

Los departamentos del Tolima y Huila son de alta vocación forestal cerca de su 55% de

extensión es apta para dicho propósito, las áreas más potenciales se ubican principalmente en la

zona de montaña de las vertientes medias donde existen suelos originados a partir de ceniza

volcánica, son suelos profundos bien drenados (CONIF, 1998), A pesar de tener dicha vocación

según datos del IGAC para 2014, el 54% del departamento presenta algún tipo de conflicto con

el uso del suelo debido principalmente a la deforestación, la ganadería y el uso excesivo de

suelos de ladera. (IGAC, 2014).

Figura 24. Cambios en uso del suelo en la cuenca del río Magdalena 1980-2000

Fuente: RESTREPO Juan. “Causas naturales y humanas de la erosión en la cuenca del río Magdalena”

En la cuenca del río Magdalena, así como en otros sistemas hidrográficos a nivel mundial, las

consecuencias de la erosión de los suelos incluyen efectos directos como la generación de

sedimentos, la reducción de la capacidad productiva del suelo, los deslizamientos y las

inundaciones. (Restrepo, 2015). Aunque el Estado conoce esta problemática poco o nada se ha

planteado a lo largo de los últimos años para darle una solución de fondo, ya que no se dispone

60

de muchos estudios sobre la erosión a nivel nacional, públicamente se han conocido en los

últimos 25 años solo 3 mapas nacionales de erosión elaborados por el IDEAM e IGAC en 1998 y

2000.

Por otro lado, es importante tener en cuenta que la dinámica fluvial del río Magdalena se ha

visto condicionada por la construcción de proyectos hidroeléctricos, como la presa de Betania,

que funcionan como un desarenador, reteniendo un gran porcentaje del caudal sólido que

transporta el río, por ejemplo en el tramo de estudio se pudo evidenciar que el ancho de

divagación ha presentado una disminución de hasta el 62%, así como también un aumento

significativo en el área de sedimentos lo cual se ve reflejado en el incremento de islas de

sedimentos que generan la obstaculización de cauces secundarios. (Laverde, 2016). De acuerdo

con lo anterior el impacto que ha generado este embalse es alto en relación al beneficio que

genera la central, pues como se ve en la figura 25, el coeficiente de producción (MW/m3/s) de

Betania es bajo debido a que el volumen del embalse es desproporcional a la energía que aporta a

la red eléctrica nacional.

61

Figura 25. Producción energética Betania.

Fuente: Unidad de planeación minero energética.

Clasificación de erodabilidad

En esta etapa se utilizó la tabla publicada en el documento Geología, Geomorfología y

Dinámica Fluvial Aplicada a Hidráulica de Ríos (Vargas, G.) en combinación con los planos de

la Universidad Nacional de Colombia. En donde se identifican las geoformas presentes en el

sector, de igual manera se hizo uso de las planchas suministradas por Ingeominas donde se

muestra los tipos de suelos y su origen. Con esta información se pudo comprobar que el suelo

cuaternario y de origen fluvial es el de mayor presencia alrededor del cauce. Con la información

anterior, se pudo dar un valor a la vulnerabilidad a la erosión a cada geoforma presentada en el

tramo de estudio. Se plantea un código de colores donde muestra el grado de vulnerabilidad de

cada geoforma, asignando color rojo a las geoformas más vulnerables y verde a las más

62

resistentes. A continuación, se presenta la tabla 8 resumiendo la geoforma, su vulnerabilidad y

su código de color correspondiente.

Tabla 8. Resumen de categorización de patrón de colores por vulnerabilidad.


Tabla 9. Planchas de Ingeominas utilizadas para el análisis.


Con el anterior código de colores se realiza un conjunto de planos en el software ArcGIS ® en

donde se muestra la clasificación de los suelos conformantes del cauce del área de estudio. Se

utilizaron como base los planos de la Universidad Nacional y a cada una de las geoformas

mostradas en estos se le otorga el color respectivo a su vulnerabilidad.

63

● Inicialmente se exportan los archivos de AutoCAD® a ArcGIS® de tal forma que los

layers de los planos mantengan su formato original y al igual que sus parámetros, como

por ejemplo, las áreas de los polígonos.

● Para iniciar con la generación de la cartografía, inicialmente solo se usa el layer de

polígonos (polygon.draw), de esta forma las limitaciones de las geoformas serán la única

información visible.

Figura 26. Layer de polígonos


● Se seleccionaron las geoformas con el mismo nivel de vulnerabilidad a la socavación en

el layer de polígono, y se exportan como archivos Shapefile.

64

Figura 27. Exportación de polígonos por nivel de resistencia a la erosión


● Según el patrón de colores mostrado anteriormente (tabla 8), fue asignado el respectivo

color a cada una de los shapefile.

Figura 28. Asignación de color a los shapefiles


65

● Cada uno de los niveles de vulnerabilidad termina con un respectivo archivo shapefile y

su color correspondiente.

Figura 29. Shapefiles con colores asignados según su nivel de resistencia


● Luego, los archivos de polyline, text y point son colocados sobre los shapefiles, de esta

manera generar un plano con divisiones por coordenadas, localización de municipios,

alineamiento de las vías, entre otros. De esta forma, los planos podrán ser interpretados

de forma más rápida y sencilla.

66

Figura 30. Plano de sección terminado


67

Figura 31. Cartografía de clasificación en ArcGIS®.


68

Caracterización por tramos

A continuación, se presenta la comparación del material multitemporal con el plano generado

en el software ArcGIS® sobre la vulnerabilidad de los suelos conformantes del cauce ante el

flujo del río Magdalena. Para que los análisis multitemporales sean más específicos es necesario

dividir el tramo de estudio en secciones, en donde las entregas de ríos y quebradas afluentes son

usadas como frontera entre cada sección. Las tablas se elaboran en énfasis a lugares puntuales

donde el cambio morfológico es evidente, de esta manera se puede evidenciar la alteración de

comportamiento que el río está presentando sin necesidad de prolongarse a toda la longitud del

área de estudio. Acompañando las imágenes se presenta un breve resumen de los movimientos y

cambios que ha tomado el río en cada uno de los puntos de análisis finalizando con el fenómeno

del ciclo sedimentario que predomina.

Tabla 10. Abscisado de las secciones para el tramo de estudio.


69

Tabla 11. Caracterización del tramo río Loro (Neiva) - quebrada Seca.

70


71

Tabla 12. Caracterización del tramo quebrada Seca - río Bache.

72


73

Tabla 13. Caracterización del tramo río Bache - río Villavieja.

74


75

Tabla 14. Caracterización del tramo río Villavieja - río Aipe.

76


77

Tabla 15. Caracterización del tramo río Aipe - río Pata.

78


79

Tabla 16. Caracterización del tramo río Pata - río Cabrera.


80

Tabla 17. Caracterización del tramo río Cabrera - quebrada Tiurco.

81


82

Tabla 18. Caracterización del tramo quebrada Tiurco- Natagaima.


83

Tabla 19. Caracterización del tramo Natagaima - quebrada Yabi.


84

Tabla 20. Caracterización del tramo quebrada Yabi - río Prado.


85

Clasificación por patrones de estabilidad relativa.

Usando la tabla propuesta por Schumm en 1981 (figura 3) se procedió a analizar la estabilidad

general del cauce según la morfología de los tramos que lo componen, se evalúan aspectos como:

la forma del cauce, tipo de transporte, carga de sedimento, estabilidad relativa y pendiente. Estas

características son evaluadas en paralelo a cada tramo con las fotografías aéreas históricas y las

imágenes satelitales más recientes. De esta forma se puede evidenciar como el cambio en la

carga de sedimentos altera el equilibrio del río induciendo procesos dinámicos (agradación,

incisión, migración lateral) en búsqueda de una nueva condición de equilibrio. Este tipo de

análisis permite estimar el cambio en el tipo de sedimentos que transporta el río y la forma como

lo hace, al realizar la comparación multitemporal nos dará una idea más clara de los procesos de

socavación que están siendo ejecutados y en qué sectores o geoformas la socavación es más

intensa. El análisis de las tablas se encuentra en la sección de análisis de datos.

86

Tabla 21. Estabilidad relativa del tramo río Loro (Neiva) - quebrada Seca.


Tabla 22. Estabilidad relativa del tramo quebrada Seca- río Bache.


Tabla 23. Estabilidad relativa del tramo río Bache - río Aipe.


Antiguo Actual Antiguo Actual Antiguo Actual Antiguo Actual Antiguo Actual Antiguo Actual

1985 2014 1985 2014 1985 2014 1985 2014 1985 2014 1985 2014

Tipo de cauce 5 5 2 2 4 4 2 2 5 5 3a 3b

Tipo de carga fondo fondo mixto mixto fondo fondo mixto mixto fondo fondo suspensión mixto

Carga de sedimento grande grande mediana mediana grande grande mediana mediana grande grande pequeña mediana

Estabilidad relativa baja baja media media baja baja media media baja baja alta media

Morfologia trenzado trenzado recto recto meandro meandro recto recto trenzado trenzado meandro meandro

Tamaño de sedimento grande grande mediana mediana grande grande mediana mediana grande grande pequeña mediana

Velocidad de flujo alta alta media media alta alta media media alta alta baja media

Energia de la corriente alta alta media media alta alta media media alta alta baja media

Pendiente alta alta baja baja media media baja baja alta alta media media

río Loro (Neiva) -quebrada Seca

[kmm0 - kmm6.27] [kmm12.58 - kmm16.44] [kmm18.83 - kmm19.41] [kmm6.27 - kmm12.58] [km16.44 - km18.83] [km19.41 - km24.40]

Antiguo Actual Antiguo Actual Antiguo Actual Antiguo Actual Antiguo Actual Antiguo Actual

1985 2014 1985 2014 1985 2014 1985 2014 1985 2014 1986 2014

Tipo de cauce 1 2 4 4 1 2 5 5 5 5 3b 4

Tipo de carga suspensión mixto fondo fondo suspensión mixto fondo fondo fondo fondo mixto fondo

Carga de sedimento pequeña mediana grande grande pequeña mediana grande grande grande grande mediana grande

Estabilidad relativa alta media baja baja alta media baja baja baja baja media baja

Morfologia recto recto meandro meandro recto recto trenzado trenzado trenzado trenzado meandro meandro

Tamaño de sedimento pequeña mediana grande grande pequeña mediana grande grande grande grande mediana grande

Velocidad de flujo baja media alta alta baja media alta alta alta alta media alta

Energia de la corriente baja media alta alta baja media alta alta alta alta media alta

Pendiente baja baja media media baja baja alta alta alta alta media media

[km24.40 - km27.21] [km29.26 - km32.87] [km39.00 - km39.21] [km27.21 - km29.26] [km32.87 - km39.00] [km39.21 - km41.91]

quebrada Seca - río Bache

Antiguo Actual Antiguo Actual Antiguo Actual Antiguo Actual

1986 2014 1987 2017 1985 2017 1985 2017

Tipo de cauce 5 5 3b 4 5 5 5 5

Tipo de carga fondo fondo mixto fondo fondo fondo fondo fondo

Carga de sedimento grande grande mediana grande grande grande grande grande

Estabilidad relativa baja baja media baja baja baja baja baja

Morfologia trenzado trenzado meandro meandro trenzado trenzado trenzado trenzado

Tamaño de sedimento grande grande mediana grande grande grande grande grande

Velocidad de flujo alta alta media alta alta alta alta alta

Energia de la corriente alta alta media alta alta alta alta alta

Pendiente alta alta media media alta alta alta alta

[km48.20 - km52.91] [km52.91 - km58.60]

río Villavieja - río Aipe

[km41.91 - km44.72] [km44.72 - km48.20]

río Bache - río Villavieja

87

Tabla 24. Estabilidad relativa del tramo río Aipe - río Cabrera.


Tabla 25. Estabilidad relativa del tramo río Cabrera - quebrada Yabi.


Antiguo Actual Antiguo Actual Antiguo Actual Antiguo Actual Antiguo Actual

1985 2017 1985 2017 1985 2017 1985 2014 1985 2014

Tipo de cauce 4 4 3a 3a 2 2 3b 4 2 2

Tipo de carga fondo fondo suspensión suspensión mixto mixto mixto fondo mixto mixto

Carga de sedimento grande grande pequeña pequeña mediana mediana mediana grande mediana mediana

Estabilidad relativa baja baja alta alta media media media baja media media

Morfologia meandro meandro meandro meandro recto recto meandro meandro recto recto

Tamaño de sedimento grande grande pequeña pequeña mediana mediana mediana grande mediana mediana

Velocidad de flujo alta alta baja baja media media media alta media media

Energia de la corriente alta alta baja baja media media media alta media media

Pendiente media media media media baja baja media media baja baja

[km58.60 - km66.62] [km66.62 - km73.50] [km73.50 - km76.60]

río Aipe - río Pata

[km76.60 - km86.55]

río Pata - río Cabrera

[km86.55 - km88.70]

Antiguo Actual Antiguo Actual Antiguo Actual Antiguo Actual Antiguo Actual

1988 2014 1988 2014 1988 2014 1988 2014 1980 2007

Tipo de cauce 3b 3b 4 5 5 5 5 5 5 5

Tipo de carga mixto mixto fondo fondo fondo fondo fondo fondo fondo fondo

Carga de sedimento mediana mediana grande grande grande grande grande grande grande grande

Estabilidad relativa media media baja baja baja baja baja baja baja baja

Morfologia meandro meandro meandro trenzado trenzado trenzado trenzado trenzado trenzado trenzado

Tamaño de sedimento mediana mediana grande grande grande grande grande grande grande grande

Velocidad de flujo media media alta alta alta alta alta alta alta alta

Energia de la corriente media media alta alta alta alta alta alta alta alta

Pendiente media media media alta alta alta alta alta alta alta

[km109 - km117]

quebrada Tiurco -

Natagaima

Natagaima - quebrada

Yabi

[km117 - km129] [km88.70 - km95.4] [km95.4 - km106] [km106 - km109]

río Cabrera - quebrada Tiurco

88

Tabla 26. Estabilidad relativa del tramo quebrada Yabi - río Prado.


Porcentaje de suelos afectados por socavación.

Al tener la clasificación de los suelos componentes del cauce, se evaluaron cuáles han sido los

suelos más afectados en el periodo de tiempo dentro del material recolectado, de esta manera

corroborar con la idea que la mayor cantidad de socavación se presenta en las zonas en las cuales

se componen de suelos de baja resistencia a la erosión. Para esto se realizó la medición de las

bancas, separándolas por la resistencia a la socavación de los suelos que componen cada tramo.

Luego, se realizó el análisis multitemporal de las orillas y se midió las bancas que han sido

desplazadas por el río por proceso de socavación. Es necesario aclarar que, sólo se toma en

cuenta las zonas donde el río invade las bancas, más no las zonas donde el río ha cedido terreno.

A continuación, se presentan la tabla resumen (tabla 27) de los resultados obtenidos en las

mediciones acompañadas de una gráfica (figura 32) mostrando los porcentajes correspondientes

a cada tipo de suelo.

Antiguo Actual Antiguo Actual Antiguo Actual

1988 2007 1988 2007 1988 2007

Tipo de cauce 5 5 2 2 5 5

Tipo de carga fondo fondo mixto mixto fondo fondo

Carga de sedimento grande grande mediana mediana grande grande

Estabilidad relativa baja baja media media baja baja

Morfologia trenzado trenzado recto recto trenzado trenzado

Tamaño de sedimento grande grande mediana mediana grande grande

Velocidad de flujo alta alta media media alta alta

Energia de la corriente alta alta media media alta alta

Pendiente alta alta baja baja alta alta

quebrada Yabi - río Prado

[km129 - km143] [km143 - km145] [km145 - km148.8]

89

Tabla 27. Análisis de socavación en las bancas.

Las columnas de porcentajes se dividen en la socavación de las bancas de la misma resistencia (% de banca

socavada) y el porcentaje que representa en todo el tramo de estudio (% en socavación total).

Fuente. Elaboración propia.

Figura 32. Porcentaje de bancas socavadas por resistencias de los suelos


90

Análisis en campo

● Visita Natagaima.

En oficina de planeación de la alcaldía de Natagaima fue suministrada información acerca de

planos topográficos, planes de ordenamiento territorial y mapas de geoformas, también

informaron que se han construido obras de contención y disipación cerca de un puesto de

bombeo para un distrito de riego, pero que el río con el paso del tiempo ha deteriorado.

Figura 33. Estructuras de contención volcadas en Natagaima (Tolima)


91

● Visita Aipe

Durante la visita al municipio de Aipe, la alcaldía de este municipio nos informó que

actualmente en su plan de ordenamiento territorial zonifica ciertos barrios en áreas de inundación

y riesgo permanente, a pesar de que el canal del río que estaba contra el municipio se ha secado.

Figura 34. Cambio en el alineamiento del río 1987 - 2017 (Aipe).


Como se ve en la figura 28 para el año de 1985 cerca del municipio pasaba un canal con un

caudal y una sección importante, mientras que actualmente solo pasa una pequeña sección. En la

oficina de planeación nos fue informado que años atrás en temporadas de lluvia el río ha tratado

de recuperar su sección inundando fincas y cultivos que ahora se encuentran en el lugar.

92

Figura 35. Canal de estiaje del río Magdalena cerca Aipe.


Durante la visita a los barrios que se encuentran en zona de riesgo fueron halladas varias

viviendas cimentadas sobre las estructuras de contención, las cuales han presentado fisuras,

algunas viviendas se encontraban simplemente apoyadas. Y pese a los esfuerzos de la alcaldía

por reubicar a estas personas aún no ha sido posible por la falta de recursos.

93

Figura 36. Viviendas en zona de riesgo (izquierda), estructuras inclinadas (derecha) y estructuras de contención

Aipe (abajo).


Actualmente las estructuras de contención que inicialmente se diseñaron con el propósito de

contrarrestar la socavación del flujo del río durante las crecientes, son usados hoy como muro de

contención para el terreno que sirve de apoyo a los barrios categorizados en zona de riesgo.

● Visita Villavieja

Figura 37. Cambio en el alineamiento del río 1987 - 2017 (Villavieja).


94

Figura 38. Panorámica sobre los canales de estiaje desde Aipe hacia Villavieja.

Fuente: Alcaldía de Aipe.

En la oficina de planeación del municipio nos informaron que el único estudio sobre el río

Magdalena con el que cuentan es el “Estudio de navegabilidad sobre el río Magdalena” (Anexo

6) elaborado por la Universidad Nacional, por otro lado, el municipio no cuenta con un plan de

ordenamiento territorial apropiado pues se evidenciaron varias viviendas y un cementerio cerca

de zonas de alta susceptibilidad.

95

Figura 39. Erosión en Villavieja.


Las únicas estructuras de contención con las que cuenta el municipio se encuentran en la parte

norte protegiendo un malecón que remodelaron en los últimos meses y una tubería de descarga al

río Magdalena.

Figura 40. Estructuras de protección y entrega de acueducto fluvial (Villavieja). Fuente: Elaboración propia.

● Visita Neiva

En la ciudad de Neiva se visitaron dos puentes que cruzan el río Magdalena, pero no se

encontró afectación alguna, el primero es un puente colgante sin pilas ni columnas dentro del

96

cauce a diferencias del segundo que tiene 2.

Figura 41. Puentes de Neiva. Fuente: Elaboración propia.

Figura 42. Panorámica sobre el río magdalena en Neiva. Fuente: Elaboración propia.

● Visita Fortalecillas

Durante la visita al corregimiento de Fortalecillas no se evidencio afectaciones importantes del

río sobre las bancas o las estructuras existentes puesto que de acuerdo al análisis elaborado

previamente los suelos del cauce cercanos a esta población se encuentran en un rango de

resistencia a la erosión media y alta.

97

Figura 43. Zonas de cultivos en Fortalecillas-Neiva Fuente: Elaboración propia.

Figura 44. Roca sedimentaria caliza y cárcamo de bombeo sobre el río Magdalena.


Análisis de resultados

Antes de realizar el análisis acerca de los cambios que ha experimentado el cauce del río

Magdalena entre Neiva y río Prado en los últimos 30 años, es importante tener en cuenta que la

cuenca alta del río Magdalena la constituyen formaciones geológicas recientes de no más de 60

millones de años; esta característica hace que el cauce por sí solo sea propenso a generar una

gran cantidad de sedimentos, igualmente de acuerdo con los mapas geológicos consultados se

98

demuestra que las formaciones del periodo cuaternario y de origen fluvial son las que mayor

presencia tienen tanto dentro, como alrededor del cauce. Este tipo de suelo es reconocido por los

depósitos inconsolidados de origen sedimentario que las componen. Por lo tanto, la cuenca es

bastante susceptible a los cambios por erosión y socavación.

Por otro lado, se tomaron en cuenta las investigaciones realizadas por el ingeniero Juan

Restrepo y la ingeniera Laura Laverde en las cuales analizan los cambios que la cuenca del río

Magdalena está experimentando, pero generan condiciones contrarias en el transporte de

sedimento. Por una parte, Restrepo muestra que el cambio del uso del suelo, en donde las

hectáreas de bosque nativo fueron reemplazadas por cultivos y campos abiertos para la ganadería

ha contribuido de manera proporcional a la erosión de la cuenca. Mientras que los estudios del

impacto de la hidroeléctrica Betania por Laura Laverde, demostraron una reducción de hasta el

71% en el transporte de sedimentos.

Analizando la dinámica fluvial, se pudo observar como el río busca retomar el balance de

caudal sólido y líquido a través de procesos de socavación de fondo, generando una serie de

cambios en su morfología, como por ejemplo antiguas geoformas al interior del cauce son

erosionadas y reemplazadas por barras de sedimentos y playones que se encontraban cubiertos

por la lámina de agua, también se observó que varios canales de estiaje redujeron su sección y

caudal, finalmente algunas bancas muestran como el nivel del flujo desciende con el paso del

tiempo y va abriéndose paso en un alineamiento de pendiente más pronunciada. Es notable cómo

las geoformas que no fueron socavadas por el flujo, desarrollan una vasta vegetación; lo cual

puede ser benéfico para el ambiente nativo de la zona, del mismo modo esta vegetación ha

crecido en antiguos playones lo cual asegura la resistencia a la socavación durante futuras

crecientes. Por otro lado, la descompensación que el río sufre producto de la retención de

99

sedimentos en el embalse, tiende a ser aliviada en el tramo río Villavieja - río Prado ya que el

proceso que más predomina es la migración lateral en comparación a la incisión en el lecho

presentada en el tramo Neiva- rio Villavieja.

Basado en la comparación de las tablas de estabilidad relativa (10.4 Clasificación por patrones

de estabilidad relativa), se puede demostrar como con el paso del tiempo, tramos del río se han

modificado con el fin de transportar cantidades mayores de sedimentos. Por ejemplo, las

secciones donde antiguamente se realizaba un transporte de sedimento en suspensión pasa a ser

transporte mixto, este tipo de comportamiento tuvo más presencia en el departamento del Huila.

Y de igual forma en los puntos transporte mixto, ahora son de transporte de fondo, sobre todo en

territorio de Tolima. Todas estas comparaciones muestran un patrón de tendencia hacia una

socavación mayor pero nunca hacia el agrandamiento; sin mencionar que este tipo de cambio

altera factores como la morfología y la pendiente del río, características que permiten inducir que

la estabilidad de las bancas disminuirá generando riesgos a los lotes colindantes como

deslizamientos o inundaciones.

Esta alteración que está tomando el cauce del río Magdalena por la nula prevención colectiva

de los proyectos ubicados adyacentemente al río, genera cambios incluso en la infraestructura de

las poblaciones asentadas aguas abajo de la presa Betania, generando riesgos a las estructuras

más cercanas a las orillas del río y en especial el municipio de Villavieja. Donde las bancas

presentan un desgaste significativo dejando a la vista las raíces de los árboles y ciertos taludes ya

presentan cambios diferenciales en sus pendientes. Caso contrario a lo que ocurre en el

municipio de Aipe en donde los procesos de socavación de fondo que predominan en el río

Magdalena han generado una baja en el nivel de la lámina de agua, reduciendo el caudal del

canal de estiaje más cercano al municipio o en Neiva y Natagaima donde las orillas del cauce

100

principal también tienden a alejarse de las poblaciones.

Figura 45. Socavación en bancas (Villavieja).


Por último, se comprobó que los suelos con menor resistencia (resistencia muy baja) a la

socavación son los que más han permitido la migración lateral del flujo, siendo estos los que

componen un 70% de las bancas socavadas, mientras que el 20% corresponde a los suelos con

resistencia media-baja, por finalmente los suelos con resistencia media (8%) y resistencia alta

(1%) son los que menor afectación presentaron en el tramo de estudio. Es necesario aclarar, los

suelos con resistencia muy alta no presentan erosión alguna; mientras que los suelos de

resistencia baja representaron solo el 1%. debido a la poca presencia de suelos que entraban en

esta categoría a lo largo del tramo en general. Gracias a este tipo de mediciones, se pudo

encontrar que la mayor concentración de bancas poco resistentes a la erosión se encuentra en el

departamento de Tolima, más específicamente después de la entrega de la quebrada Anacarco

hasta la entrega del río Prado. Mientras que en el departamento del Huila predominan los suelos

con resistencia media baja con intercalaciones de suelos de resistencia media y alta.

101

Figura 46. Evidencia de erosión en bancas compuestas de suelo de baja resistencia.


Conclusiones y recomendaciones

Con este trabajo se pudo determinar la correlación que existe entre la erosión fluvial, la

geomorfología y la dinámica fluvial del río Magdalena entre la ciudad de Neiva y el río Prado, se

encontró que esta correlación se ve condicionada por la construcción de la presa de Betania

principalmente en el tramo Neiva – río Villavieja, ya que la falta de sedimentos en el cauce ha

generado que en este sector predomine el proceso de incisión en el lecho, esto se puede concluir

por la desaparición de canales de estiaje que se debe a la profundización del cauce y a la

aparición de vegetación sobre antiguas geoformas. Del mismo modo, aguas abajo en el tramo río

Villavieja – río Prado se encontró que los procesos que más se destacan son la socavación de

bancas y la migración lateral, indicando una recuperación de la carga sólida que puede ser las

incisiones en el lecho aguas arriba o por aportes de los afluentes degradados por la deforestación.

De acuerdo con la tabla 27, en el tramo de estudio predominan los suelos con resistencia a la

socavación alta, conformando una longitud de 40.25 Km de banca, sin embargo, la socavación

fue más activa en las bancas con resistencias menores, del mismo modo se puede ver la

influencia de la resistencia a la socavación en los porcentajes totales, donde los suelos con

resistencia alta presentan un porcentaje de socavación más baja en las mediciones De esta

102

manera se hace evidente la relación que tiene la morfología con la dinámica del río Magdalena

puesto que se ve condicionado a variar su alineamiento según la resistencia de los suelos

conformantes del cauce.

De acuerdo con la figura 27 se puede inferir que existe una relación proporcional entre el

porcentaje de bancas socavadas y el tipo de susceptibilidad a la erosión, encontrando que los

suelos con una resistividad muy baja se han socavado el 70% de las bancas del tramo de estudio.

El uso de sensores remotos como fotografías aéreas históricas e imágenes satelitales en

combinación con los criterios utilizados para analizar la dinámica fluvial en el desarrollo de este

trabajo permitieron determinar la resistencia relativa a la erosión de los suelos conformantes del

cauce en un tiempo y por unos costos inferiores en comparación a otras metodologías como lo

pueden ser la toma y posterior análisis en laboratorio de muestras del suelo inalteradas.

Es recomendado que la alcaldía de Villavieja adelante estudios que ayuden a determinar de una

manera más precisa el grado de vulnerabilidad a la erosión y el posible riesgo para las viviendas y

estructuras que se encuentran más próximas al cauce, de esta manera poder planificar la

implementación de estructuras de mitigación y contención más favorables para el municipio.

Se recomienda tener el presente trabajo como guía de consulta para futuros proyectos de

infraestructura a desarrollar dentro del tramo estudiado, así como para la formulación de

instrumentos de ordenamiento territorial, donde puedan comparar los resultados obtenidos por

sondeos y análisis de laboratorio en la prefactibilidad del proyecto según las cartografías

elaboradas (anexo 4).

103

Bibliografía

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CVS. (2014). Informe sobre las amenazas de erosión fluvial e inundaciones en la cuenca del río

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Hernández, J, A, (2015) Geomática en el análisis de la dinámica fluvial del río Magdalena en el

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geomorfología y resistencia a la erosión fluvial de los

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