Cómo la velocidad de la corriente controla competencia y capacidad: La física del transporte de sedimentos

En geomorfología fluvial, la velocidad es la variable maestra que gobierna la capacidad de una corriente para mover sedimento. Impulsa tanto la competencia (tamaño máximo de partícula transportable) como la capacidad (carga total de sedimento transportable por unidad de tiempo).

Competencia: El límite de tamaño

Competencia ∝ Velocidad² (aproximadamente). La curva de Hjulström muestra la relación:

• Mayor velocidad → mayores fuerzas de elevación y arrastre sobre partículas de fondo.
• Velocidad crítica de erosión para un tamaño de grano dado define el umbral.
• Ejemplo: 10 cm/s mueve arena fina (0,1 mm); 100 cm/s mueve grava gruesa (20 mm); 300 cm/s mueve bloques pequeños (256 mm).

La competencia es un concepto umbral: por debajo de la velocidad crítica, un tamaño de partícula no se mueve en absoluto. Por encima, se mueve fácilmente.

Capacidad: El límite de volumen

Capacidad ∝ Velocidad³ a Velocidad⁴ (empírico; ecuaciones Einstein, Engelund-Hansen, Yang). ¿Por qué más pronunciado?

• Mayor velocidad → más partículas en suspensión (no solo carga de fondo).
• Mayor velocidad → mayor concentración en todos los tamaños.
• La carga en suspensión domina la capacidad en la mayoría de ríos; la suspensión requiere turbulencia ∝ velocidad².

La capacidad es un concepto de tasa: toneladas/día a través de una sección transversal.

Otros factores (La velocidad no lo es todo)

• Distribución de tamaño de grano: Tamaños mixtos → efectos ocultación/exposición (finos protegidos por gruesos; gruesos expuestos en matriz fina).
• Pendiente del canal: Impulsa velocidad (Manning/Chezy); también afecta profundidad, tensión de cizalla.
• Profundidad de flujo: Flujo más profundo = mayor tensión de cizalla a misma velocidad.
• Formas de fondo: Ondulaciones, dunas, fondo plano, antidunas —cada una cambia rugosidad y eficiencia de transporte.
• Suministro de sedimento: La capacidad es potencial; carga real = min(capacidad, suministro). Tramos limitados por suministro vs. limitados por transporte.
• Cohesión: Arcillas/siltes necesitan mayor tensión para erosionar (enlaces electroquímicos).

Implicaciones prácticas

• Avenidas: Picos de velocidad → auge competencia/capacidad → socavación canal, daño infraestructura, pulsos de sedimento.
• Presas: Atrapan sedimento → agua "hambrienta" río abajo (alta competencia, suministro cero) erosiona canal.
• Restauración: Diseñar velocidad para régimen de sedimento objetivo (espaciado resalte-pozo, formación de barras).
• Navegación: Dragado apunta a reducción de capacidad (tasa sedimentación).

La velocidad escribe la historia del sedimento. Pero el manuscrito completo incluye tamaño de grano, pendiente, profundidad, suministro y tiempo. Leer todos los capítulos.