Caracterización y análisis hidrosedimentológico de la bifurcación en el río Magdalena a la altura de Calamar (Bolívar).

El río Magdalena es la arteria fluvial más importante del territorio colombiano (Ministerio de Transporte et al., 2013). La navegabilidad de este cauce, al igual que en otras latitudes del mundo, está directamente relacionada con el transporte natural de sus sedimentos, el cual, sumado a las intervenciones antrópicas (cambio de los usos del suelo, áreas degradadas, deforestación, etc), causan cambios morfológicos en su lecho debido a la depositación excesiva de material granular (IDEAM, 2010). Esta sedimentación influye significativamente en el mantenimiento del canal navegable, actividad que anualmente requiere de millonarias inversiones. Dado que el transporte fluvial por el río Magdalena se ha convertido en una de las banderas del gobierno colombiano, se hace necesaria la generación de soporte técnico y científico que apoye el proceso de toma de decisiones en la solución de problemas relacionados con su dinámica fluvial. Por este motivo, la correcta predicción de la evolución morfológica de este tipo de cauces naturales es un aspecto útil en la gestión y manejo de éstos hidrosistemas a corto y largo plazo. Las fuertes variaciones climáticas registradas en las cuencas tropicales, como la Magdalena-Cauca, generan cambios significativos en las tasas de transporte de sedimento en sus sistemas fluviales (Syvitski et al., 2014). Por lo tanto, las mediciones sedimentológicas se convierten en información de entrada indispensable para comprender los impactos del cambio climático y las intervenciones antrópicas en la evolución del lecho del río. Éste fenómeno cobra especial relevancia en las bifurcaciones, zonas en las que el cauce principal de un río se divide en dos canales, para nuevamente reconectarse más hacia aguas abajo. En éstas zonas, la formación de flujos secundarios y las distribuciones de las cargas de sedimentos son desconocidas y, por lo tanto, su caracterización hidro-sedimentológica es fundamental en el entendimiento de su evolución morfológica. Sin embargo, en Colombia no se realiza periódicamente la caracterización y cuantificación de la distribución de caudales líquidos y sólidos en los dos canales presentes en las bifurcaciones, ya que los análisis se han reducido al estudio del canal principal (definido como el canal navegable). Práctica que ha dejado un vacío de información que impide el estudio detallado de la dinámica fluvial en éstos sectores. El análisis del transporte de sedimento en bifurcaciones se ha tratado de comprender, analizar y predecir principalmente desde la modelación numérica y trabajos experimentales a escalas de laboratorio, a causa de las dificultades para medir los sedimentos en ríos y tener control de las condiciones de flujo. Federici & Paola (2003) centran su investigación en la formación de barras centrales y el desarrollo de bifurcaciones de flujo que pueden dirigir el flujo hacia diferentes regiones de una red trenzada, llegando a resultados en donde identifican que una bifurcación inestable se forma cuando el campo de flujo entrante no es uniforme y se caracteriza por parámetros de Shields bajos. Marra et al. (2014) analizaron en un canal experimental el campo de flujo secundario y su efecto sobre la división del flujo, en particular, la bifurcación en ríos, modificando los parámetros de relación de caudal, relación ancho-profundidad y rugosidad del lecho. El desarrollo computacional ha permitido la interacción entre el modelado físico y el modelado numérico. Huang et al. (2009) desarrolla en un canal experimental curvo, y bajo los supuestos numéricos de la hidrostática y los tratamientos de presión, el estudio de los flujos secundarios helicoidales, Sloff & Mosselman (2012) construyen un modelo numérico y otro físico para la bifurcación del río Rin en Pannerden, donde se analiza la estabilidad morfológica debido a la importancia que tiene la zona para la navegación. En general, las investigaciones realizadas en este tema coinciden en que el comportamiento de cada bifurcación es característico y, por lo tanto, deben realizarse monitoreos de alta resolución para identificar sus particularidades. En Colombia, los sedimentos se han estudiado a escalas macroambientales, es decir, a niveles regionales, en donde el principal objetivo es observar y analizar el aporte de sedimentos, en términos de masa (cantidad), que genera una cuenca afectada por factores antrópicos sobre los ríos principales de Colombia. Estudios a escala hidrodinámica o local en Colombia inician cuando se decide realizar junto con el IDEHA de la Universidad del Norte un caso piloto de modelo bidimensional (MIKE 21-C) con el fin de buscar profundidad y alineamiento en el canal navegable del río, y así, garantizar la navegación permanente, teniendo en cuenta el comportamiento de las obras de encauzamiento diseñadas (CORMAGDALENA et al., 2007). CORMAGDALENA junto con el Centro de Investigación del Río Magdalena CIRMAG, construyó un modelo piloto de la hidrodinámica y del transporte de sedimentos en el Tramo Barrancabermeja ¿ La Coquera (Oliveros Acosta & Escobar Vargas, 2015). Esta investigación logró avanzar en el conocimiento de la dinámica de sedimentos del río y ahondar en el análisis de las consecuencias locales de obras hidráulicas. La experiencia fue enriquecedora para las partes interesadas y se dieron a conocer falencias relacionadas con la incertidumbre generada por la inexistencia de la información hidrosedimentológica requerida para la construcción de este tipo de modelos. Dicho ejercicio mostró la importancia de medir continuamente los sedimentos de fondo y los cambios del lecho, que son la base para el desarrollo de cualquier ejercicio de modelación orientado a representar la dinámica natural de un proceso morfológico. Este proyecto de investigación hace parte del trabajo doctoral del estudiante Jose Javier Oliveros-Acosta. La investigación doctoral se centra en el análisis teórico de los procesos morfológicos que afectan las bifurcaciones en ríos de planicie tropical y la producción de modelos numéricos que permitan describirlos apropiadamente. El proyecto descrito en esta propuesta tiene como finalidad recolectar información batimétrica y velocimétrica de campo con alta resolución espacial que permita observar los fenómenos morfológicos en bifurcaciones de éstas características y validar las aproximaciones teóricas y numéricas producidas en la investigación doctoral. Específicamente se pretenden estimar los flujos secundarios que se presentan en estas zonas de compleja morfología. Para este fin se plantea analizar, como caso de estudio, la bifurcación localizada en el río Magdalena en cercanías del municipio de Calamar (Bolívar). En este proyecto se plantea realizar una campaña de medición en la bifurcación definida anteriormente en la condición hidroclimatológica de aguas altas, con el fin de conocer la morfología del lecho y de estimar la distribución de los caudales líquidos y sólidos. Está campaña tendrá una duración de quince días y será liderada por el estudiante de doctorado, el cual empleará los equipos de medición propios de la Universidad y tendrá el apoyo de cuatro estudiantes de la maestría en Hidrosistemas de la PUJ, con el fin de cubrir la integridad del área proyectada, generando datos de alta resolución. Como resultado se espera obtener información específica para la caracterización y análisis de las bifurcaciones que están en la zona de estudio, de tal forma que se puedan observar los procesos hidrodinámicos (como los flujos secundarios) y morfológicos (como las variaciones en el transporte de sedimentos) que se presentan en este tipo de hidrosistemas. Lo anterior busca avanzar en la construcción de una línea base de diferentes investigaciones que permitan avanzar en el entendimiento y representación de estos fenómenos, desde una perspectiva numérica y computacional. Estos avances permitirán pronosticar cuantitativamente la evolución morfológica del río en escenarios futuros, actividad de importante relevancia en la planeación de las actividades de mantenimiento del canal navegable en condiciones hidrológicas variadas. Los avances en el entendimiento de los procesos morfológicos en los ríos colombianos, la metodología de caracterización de flujos secundarios y los análisis propuestos en este proyecto serán el punto de partida para la futura ejecución de éstas actividades en entidades ambientales pertinentes y podrán apoyar los procesos de toma de decisiones que se realicen en hidrosistemas con estas características. Se plantean cuatro fases a desarrollarse durante 24 meses en las que se ejecutará la planeación de los trabajos de campo, la realización de la campaña de medición, el post-proceso de la información recopilada en campo y la caracterización hidrosedimentológica de la bifurcación de estudio. Este proyecto tiene un costo total de 25 millones de pesos. Bibliografía CORMAGDALENA, C. A. R. del R. G. de la M., & IDEHA, I. de E. H. y A. (2007). Proyecto Piloto De Encauzamiento y/o Estabilización Del Canal Navegable Entre Galán (k661) y La Coquera (k637). Universidad del Norte. Federici, B., & Paola, C. (2003). Dynamics of channel bifurcations in noncohesive sediments. Water Resources Research, 39(6). Huang, S., Jia, Y., Chan, H.-C., & Wang, S. S. Y. (2009). Three-dimensional numerical modeling of secondary flows in a wide curved channel. Journal of Hydrodynamics, Ser. B, 21(6), 758-766. IDEAM, I. de H. M. y E. A. (2010). Estudio Nacional Del Agua. Marra, W. A., Parsons, D. R., Kleinhans, M. G., Keevil, G. M., & Thomas, R. E. (2014). Near-bed and surface flow division patterns in experimental river bifurcations. Water Resources Research, 50(2), 1506-1530. Ministerio de Transporte, CORMAGDALENA, C. A. R. del R. G. de la M., & Ministerio de Hacienda. (2013). Documento Conpes, Plan Para Restablecer La Navegabilidad Del Río Magdalena. Oliveros Acosta, J. J., & Escobar Vargas, J. A. (2015). Construcción de un modelo numérico hidrodinámico y de transporte de