Cuenca

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Patrones de drenaje

Cuando la escorrentía se concentra, la superficie terrestre se erosiona creando un canal. Los canales de drenaje forman una red que recoge las aguas de toda la cuenca y las vierte en un único río que se halla en la desembocadura de la cuenca. El clima y el relieve del suelo influyen en el patrón de la red, pero la estructura geológica subyacente suele ser el factor más relevante. Los patrones hidrográficos están tan íntimamente relacionados con la geología que son muy utilizados en geofísica para identificar fallas e interpretar estructuras. La clasificación de los principales patrones incluye las siguientes redes: dendríticas (en forma de árbol), enrejadas, paralelas, rectangulares, radiales y anulares.

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Morfometría de las cuencas

Las características de una cuenca y de las corrientes que forman el sistema hidrográfico pueden representarse cuantitativamente mediante índices de la forma y relieve de la cuenca y de la conexión con la red fluvial. Muchos de los índices son razones matemáticas, por lo que pueden utilizarse para caracterizar y comparar cuencas de diferentes tamaños.

El ingeniero e hidrólogo estadounidense Robert E. Horton fue el primero que estableció un método cuantitativo para analizar las redes de drenaje. Esta clasificación de las corrientes, desarrollada a comienzos de la década de 1940, establece una estructura jerárquica. En el sistema original de Horton, una corriente que constituye la cabecera de un río y carece de afluentes pertenece a la primera categoría. Dos corrientes de primera categoría se unen para formar una corriente de segunda categoría; dos corrientes de segunda categoría se unen para formar una de tercera categoría, y así sucesivamente. Este sistema de clasificación muestra cómo se une cada corriente a la red y cómo está conectada la red en su conjunto.

Los índices expresan el número y la longitud de la corriente, el cociente de bifurcación y el área de drenaje. El número de corriente representa la cantidad de corrientes de cada categoría de una cuenca de drenaje determinada. La longitud de corriente mide la longitud media de una corriente de cada categoría, y se calcula dividiendo la longitud total de las corrientes de una categoría dada por el número de corrientes de que consta. La longitud de corriente aumenta exponencialmente al ascender de categoría. El cociente de bifurcación es la proporción existente entre el número de corrientes de una categoría y el de la siguiente. Se calcula dividiendo el número de corrientes de la categoría inferior por el número de corrientes de la superior; suele ser constante en la mayoría de las redes y oscila entre 3 y 5. El área de drenaje representa la extensión de drenaje media de las corrientes de cada categoría; aumenta exponencialmente al ascender de categoría.

Horton estableció en 1945 ‘leyes’ estadísticas de la composición de las redes de drenaje en las que relacionaba la categoría, número, longitud y área de drenaje de las corrientes. Las leyes de Horton, como se las denomina, fueron modificadas y ampliadas con posterioridad, principalmente por los investigadores estadounidenses A. N. Strahler y R. L. Shreve. No obstante, este enfoque estadístico de la morfometría ha sido criticado recientemente por autores como el geógrafo K. S. Richards porque, según su opinión, carece de fundamento dentro de la física de formación de canales y caudales de aguas; asimismo, se ha señalado que la recopilación de datos morfométricos adolece de varios problemas relacionados con la escala de los mapas y los ajustes dinámicos de la red durante las inundaciones. Además, los estudiosos del tema están divididos con respecto a la determinación de las cabeceras de muchas corrientes fluviales.

La morfometría hidrográfica actual tiende a centrarse en el área, longitud, forma, atributos del relieve y densidad de drenaje de la cuenca. Los índices principales empleados para analizar la forma y relieve de la cuenca son el cociente de alargamiento y el cociente de relieve. El primero se calcula dividiendo el diámetro de un círculo de la misma área que la cuenca de drenaje por la longitud máxima de la cuenca. Es muy importante tener en cuenta esta proporción para comprender la hidrología de la cuenca y calcular los riesgos de inundación. Esto se debe a que, dada una determinada cantidad de lluvia, cuanto menos alargada sea la cuenca, mayor será la escorrentía máxima y antes alcanzarán las aguas la salida o desembocadura. La ratio de relieve se define como la diferencia de altura entre el punto más bajo y el más alto de la cuenca dividida por la longitud máxima de la misma. La proporción de conversión de energía potencial en energía cinética de las aguas que recorren la cuenca depende del cociente de relieve. La escorrentía suele ser más rápida en las cuencas con pendiente, lo que provoca caudales más elevados y mayor poder erosivo.

La densidad de drenaje está considerada como un índice relevante; se calcula dividiendo la longitud total de los canales por el área global de la cuenca. Es una medida de la textura de la red, y expresa el equilibrio entre el poder erosivo del caudal terrestre y la resistencia del suelo y rocas de la superficie. Los valores oscilan entre 5 km de canal por km² en piedra arenisca, permeable y resistente a la erosión, y 500 km por km² en tierras arcillosas, impermeables y muy erosionables. La escorrentía y el caudal máximo aumentan considerablemente con la densidad de drenaje.

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Clasificación de las corrientes fluviales

La red de corrientes se origina con el agua que recorre una superficie cuyo relieve y erosión vienen determinados por la geología de la región y la estructura subyacente. Las corrientes pueden clasificarse en cinco tipos atendiendo a su relación con la estructura de la zona. Corriente consecuente es aquella cuyo curso sigue la pendiente inicial del terreno, determinada por la geología. En las rocas plegadas, las consecuentes longitudinales fluyen a lo largo de depresiones alineadas al eje de plegamiento; las consecuentes laterales fluyen por los márgenes laterales de estas depresiones. Las corrientes subsecuentes son afluentes de un río consecuente, se forman por la erosión remontante y fluyen a lo largo de las líneas de debilidad que presenta la estructura subyacente, tales como líneas de fallas o estratos débiles. Las corrientes resecuentes, también denominadas corrientes consecuentes secundarias, son afluentes de las corrientes subsecuentes y discurren en la misma dirección que las consecuentes, pero son más jóvenes. Las corrientes obsecuentes son aquellas que fluyen en dirección contraria a las consecuentes. Por último, las corrientes insecuentes son las que no guardan una relación obvia con la estructura y no siguen un patrón predeterminado.

El patrón de canales, una vez establecido, puede perdurar incluso cuando la geología y estructura iniciales se vean alteradas a causa de la actividad tectónica o de la erosión. Existen dos clases generales de patrones hidrográficos persistentes: el drenaje antecedente se produce cuando un sistema de canales mantiene su dirección original, abriéndose camino a través de los bloques tectónicos que emergen a lo largo de su recorrido; y el drenaje superimpuesto tiene lugar cuando un patrón se mantiene después de que el terreno sobre el que se formó originariamente haya sido erosionado por completo, lo que deja al descubierto rocas subyacentes con un buzamiento y estructura diferentes.

Los patrones hidrográficos son dinámicos. Evolucionan como resultado de la acción del agua, que erosiona, transporta y deposita rocas y sedimentos en los márgenes del canal. Con el tiempo, estos procesos fluviales pueden modificar por sí mismos el patrón. Un buen ejemplo de este fenómeno es la captura de un río, que se produce cuando la erosión remontante causada por una corriente provoca la desviación de las aguas del curso superior de un sistema fluvial hacia otro contiguo, dejando una corriente decapitada en el sistema original. El cambio abrupto de dirección que suele tener lugar en el punto de captura forma un ángulo muy marcado que se denomina ‘codo de captura’. El río que padece este proceso recibe el nombre de corriente residual, porque, sin la aportación de su cabecera, es demasiado pequeño para atravesar el valle que lo contiene.

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Gestión de las cuencas hidrográficas

Las cuencas han proporcionado al hombre una plataforma de desarrollo desde las primeras civilizaciones conocidas de Mesopotamia (las cuencas del Tigris y del Éufrates), Egipto (la cuenca del Nilo), India (las cuencas del Indo y del Ganges) y China (la cuenca del Huang He, o Río Amarillo, y del Yang-tsê, o Río Azul). Ya los primeros científicos e ingenieros reconocieron la necesidad de estudiar la escorrentía y características de las cuencas. Los intentos por dominar el curso y almacenamiento de las aguas se remontan a la antigüedad. Se han descubierto canales en las ruinas de Nippur (Mesopotamia) que datan del 5200 a.C. Los egipcios destacan por haber controlado el nivel de las aguas del río Nilo en el 3500 a.C.

Durante la mayor parte de la historia de la Humanidad, las cuencas han sido controladas casi exclusivamente con el fin de incrementar su utilidad económica y reducir las amenazas más peligrosas para los habitantes de la zona: las sequías y las inundaciones. El objetivo principal ha sido la mejora del drenaje de la tierra y el control del caudal fluvial para garantizar un suministro de agua suficiente para el riego y la industria, aumentar la extensión de suelo apto para el cultivo y reducir los riesgos que plantean los desbordamientos de los ríos. El hombre también ha utilizado las vías fluviales para deshacerse de desperdicios domésticos y residuos industriales.

Esta concepción de la gestión hidrográfica llegó a su auge en las naciones desarrolladas a mediados del siglo XX, cuando los proyectos de ingeniería a gran escala se hicieron posibles gracias a los avances tecnológicos. Estos planes normalmente implicaban la realización de diversas obras: sistemas de bombeo que permitieran desecar las tierras pantanosas; presas para almacenar el suministro de agua, generar energía hidroeléctrica, regular el caudal de los ríos y evitar inundaciones; embalses y canales fluviales para el riego; y malecones para impedir inundaciones. Este tipo de construcciones pueden encontrarse en todas las naciones desarrolladas, pero quizás los mejores ejemplos son la Autoridad del Valle del Tennessee (Tennessee Valley Authority, TVA), en el sur de Estados Unidos, y el Plan de Snowy Mountains en Nueva Gales del Sur (Australia), que contempla el trasvase de agua de las cuencas de los ríos Murray y Darling.

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La Autoridad del Valle del Tennessee

La Autoridad del Valle de Tennessee (TVA) es un buen ejemplo de un proyecto global de gestión de cuenca hidrográfica. Se encuentra en los montes Apalaches, en la cuenca del río Tennessee, un afluente del río Ohio, que es a su vez afluente del río Mississippi. El área de la cuenca es superior a los 100.000 km². La primera presa de la zona se construyó en 1913. No obstante, hasta 1933 no se creó la TVA, cuya labor era realizar un plan de gestión integrado en una política social y de desarrollo regional que pusiera fin a los graves problemas de erosión y pobreza del suelo causados por las técnicas tradicionales de explotación agrícola.

La mentalidad que inspiró a la TVA se anticipó a su tiempo. Sus objetivos eran los siguientes: generación de energía hidroeléctrica y el suministro de agua regulado para la industria, la agricultura y el uso doméstico; control de inundaciones en la cuenca y reducción del riesgo de desbordamientos en el Bajo Mississippi; prolongación del tramo navegable del río desde el golfo de México, remontando la corriente, hasta Knoxville (Tennessee); reducción de la erosión del terreno mediante programas de reforestación y conservación del suelo; y creación de áreas de recreo y reservas naturales. El éxito de la TVA promovió la puesta en marcha de otros planes similares en Estados Unidos, como los realizados en la cuenca de los ríos Colorado y Sacramento. Sin embargo, la TVA construyó una serie de centrales nucleares en las décadas de 1970 y 1980 que han resultado poco rentables y han acarreado fuertes críticas a este organismo por haberse apartado de sus intereses originales, la administración de las cuencas.