Transporte de sedimentos como carga de fondo en la cuenca del río Narcea (vertiente norte de la Cordillera Cantábrica)

Resum

Una red de drenaje puede ser percibida como una cinta transportadora que acarrea agua y sedimento desde las zonas de cabecera hasta las áreas de sedimentación marinas. Así entendido, el sistema fluvial representa el enlace necesario entre los procesos erosivos y los procesos sedimentarios. Una adecuada comprensión del medio fluvial pasa, por tanto, por un correcto entendimiento de los procesos de transporte de sedimento. De todo el sedimento que transita por la red fluvial, el sedimento transportado como carga de fondo constituye alrededor del 10-20% de la carga sedimentaria desplazada. Sin embargo, es precisamente el sedimento transportado de este modo el que define la forma en planta y la geometría en sección del canal. En la vertiente norte de la Cordillera Cantábrica, los procesos de transporte de sedimento grueso como carga de fondo representan un elemento importante para la comprensión del comportamiento geomorfológico y sedimentológico del medio fluvial. Estos ríos drenan hacia el Mar Cantábrico salvando desniveles cercanos a los 2.000 metros en un corto recorrido y, como consecuencia, se desarrollan redes de drenaje con gradientes relativamente elevados y cauces con una abundante representación de sedimento grueso (gravas y cantos) en el material del lecho. A pesar de ello, hoy día existe una carencia de datos cuantitativos sobre estos procesos de transporte en ríos cantábricos. Los objetivos de este trabajo han sido: 1) obtener los primeros datos de tasas de transporte como carga de fondo en estos cauces y 2) tratar de extraer sus potenciales implicaciones geomorfológicas. Para llevarlo a cabo, en esta investigación se ha decidido centrar la atención en cauces pertenecientes a la cuenca del río Narcea. Esta se puede considerar como representativa de los ríos de la región en cuanto a características tales como geología, geomorfología, vegetación y/o intervenciones humanas. Para este trabajo, se han seguido tres enfoques complementarios: I) Primero, se ha realizado el estudio directo, en campo, de los procesos de transporte en dos cauces pertenecientes a la cuenca del río Narcea: los ríos Pigüeña y Coto. Para ello, se ha recurrido a la técnica de los clastos trazadores, consistente en sembrar el sedimento del lecho con clastos marcados (pintados y con imanes insertados), midiendo sus desplazamientos tras eventos de crecida. Usando la relación funcional entre desplazamientos y tamaño de grano, las medidas de desplazamiento han podido ser traducidas a tasas de transporte, estimándose así el valor de estas tasas en torno a 0,2-4,1 Kg/s para seis episodios de crecida con períodos de retorno de, aproximadamente, 2-4 años. II) Se ha recurrido a la aplicación de diversas ecuaciones propuestas por distintos autores para la predicción de tasas de transporte en ríos de lecho grueso. Al comparar con los resultados de los trazadores, estas ecuaciones parecen sobrestimar fuertemente las tasas de transporte. Esto ha sido interpretado aquí como debido a limitaciones locales en la disponibilidad de sedimento, causadas por las propias estructuras sedimentarias y/o textura del lecho. Estos rasgos texturales incrementan la resistencia hidráulica a los procesos de transporte y difícilmente pueden ser incorporados en el planteamiento matemático de las fórmulas teóricas. III) Finalmente, se persiguió estimar los volúmenes de sedimento transferidos por el bajo Narcea durante los últimos cincuenta años, tratando de relacionar estos volúmenes con la evolución morfosedimentaria experimentada por el canal fluvial. Para ello, se realizó un análisis de los cambios experimentados por la geometría en planta del canal, basado en la observación de fotografías aéreas de diferentes fechas. A partir de los cambios de superficie observados, se estimaron las variaciones en los volúmenes de los almacenes de sedimento (barras de gravas y/o vegetadas) y con ello, un balance de sedimentos fue realizado. Los resultados obtenidos con estos tres métodos parecen poner de manifiesto el carácter esporádico del transporte de sedimento como carga de fondo en los cauces pertenecientes a la cuenca del Narcea. El régimen de transporte parece estar definido por la existencia de dos tipos de eventos de transporte. Por un lado, eventos de baja intensidad, asociados a las crecidas más frecuentes, donde las tasas de transporte son bajas, el sedimento transportado es preferentemente fino y durante las cuales no ocurren cambios morfológicos. Y por otro, eventos de alta intensidad, con recurrencias superiores a diez años, en los que el transporte de las fracciones gruesas de tamaños ya es relevante y donde importantes cambios en la geometría en planta y en sección del canal son esperables. RESUMEN (en Inglés) A drainage network could be perceived as a conveyor belt which carries water and sediment from headwater areas to marine deposition places. In this sense, the fluvial system constitutes the necessary link between the erosive and the sedimentary processes. A proper understanding of fluvial environment requires, then, an adequate comprehension of the sediment transport processes. Bedload transport represents around 10-20% of the total load moved by fluvial systems; nevertheless, bedload governs, precisely, channel morphology. In the Northern Cantabrian Watershed, coarse bedload transport processes represent an important mechanism to properly understand the geomophological and sedimentological behavior of fluvial systems. These rivers drain to the Bay of Biscay, with a altitude change of 2,000 m in a short path and, consequently, form drainage networks with relatively high gradient and where bed sediment typically coarse (gravel and cobble) develops. Despite this, currently, there is a lack of knowledge about these processes in Cantabrian rivers. The main goals of this research were: 1) to obtain the first data on bedload transport rates for a river in the region and 2) to extract all its potential geomorphological implications. To accomplish this, the Narcea river basin was chosen as case study. This watershed could be considered as representative of regional rivers in features like geology, geomorphology, vegetal cover and human interventions. Three different approaches were followed: i) Firstly, in the field, bedload processes were studied using tagged clasts to trace bedload transport. This was made in two channels from the Narcea river basin: Rivers Pigüeña and Coto. Using the functional relation between displacement distances and grain diameter, displacement measures were translated into transport rates for six flood episodes, with recurrences around 2-4 years, obtaining values around 0.2 to 4.1 Kg/s. ii) Several bedload transport equations, proposed by different authors for predicting transport rates, were applied. When compared with tracer results, these equations overestimated bedload transport rates. This was interpreted here as due to local limitations in sediment supply, caused by bed sediment structures and bed texture. These textural features increase hydraulic resistance and are not included in the mathematical development of those theoretical formulae. iii) Finally, volumes of sediment transferred by the lower Narcea River during the last fifty years were estimated, trying to relate these volumes with the morphosedimentary evolution of the river¿s channel. In order to do this, an analysis of changes experienced by the channel planform was made, using the observation of several aerial photographs taken in different dates. With the results of that analysis, changes in the volumes of sediment storages (fluvial bars) and a sediment budget were estimated. The author of this thesis claims that all the results obtained with these three methods converge and show how bedload transport is sporadic in the channels belonging to the Narcea river basin. Bedload transport regime seems to be defined by two different kinds of transport episodes. On the one hand, low intensity ones, associated with the more frequent flood events, when fine sediment is preferentially moved and when changes in channel morphology are not expected to occur. And on the other hand, high intensity flood events, with return periods of over ten years; during these events, transport of coarse fractions of sediment is very relevant and channel morphology is expected to undergo important changes.