Generación de Cartografía Geomorfológica con datos Lidar para los

Tema A: Dinámica fluvial
Generación de Cartografía Geomorfológica con datos Lidar
para los Estudios de Inundabilidad
Ferrer-Julià, M.1; Iglesias, J. 1; Cerrillo, A. 1; Vizcaino, A. 1; Martínez, E. 2; Ardiles, L. 3;
López-Peláez, A. 3
1
Tecnosylva, S.L. Parque Tecnológico de León, 24009-LEÓN
2
3
Inclam, S.A. Samaria, 4, 28009-MADRID
Confederación Hidrográfica del Duero. Muro, 5, 47005-VALLADOLID
mferrer@tecnosylva.com
Resumen
El objetivo del presente estudio es la obtención de cartografía geomorfológica de las zonas inundables actuales a
partir del análisis de datos LiDAR en la cuenca del río Duerna (León). Su comparación con los datos obtenidos a
partir de fotografías aéreas y ortofotomapas anteriores ha permitido estimar la evolución geomorfológica del
cauce, pudiéndose evaluar los tramos del cauce más propensos a movimientos laterales, así como las principales
fuentes de aportes al río, ayudando a entender los futuros cambios del cauce. El resultado final se ha comparado
con la cartografía obtenida mediante métodos hidrológicos e hidráulicos, permitiendo mejorar la delimitación de
algunos puntos críticos del territorio.
Keywords: dinámica fluvial, geomorfología, teledetección, cuenca del Duero
1 Introducción
Si bien cuando se habla de área inundable es conocido su significado, su delimitación en el territorio presenta
diversidad de enfoques en función del método de análisis utilizado. En España, el método más habitual es el
hidrológico-hidráulico, que define como área inundable al territorio que sufre inundaciones para un determinado
período de retorno. Su delimitación viene condicionada por los resultados obtenidos a partir de modelos
hidrológicos e hidráulicos. Sin embargo, en muchos puntos las condiciones del territorio hacen que no se
cumplan las hipótesis del cálculo matemático o las variables y parámetros de dichos modelos son difíciles de
calibrar, al no existir suficientes datos de aforo (si es que existen). El análisis geomorfológico del territorio puede
suplir esta carencia y completar los resultados obtenidos en el análisis hidrológico e hidráulico, por lo que la
nueva normativa española referente al Dominio Público Hidráulico (artículo 240 del nuevo Reglamento) recoge
la necesidad de acompañar los estudios con este tipo de análisis.
Este interés por el ámbito geomorfológico no está restringido al ámbito de España, sino que queda reflejado en
directrices básicas como es la propia Directiva Europea sobre inundaciones (adoptada el 18/09/2007), o en las
propuestas por parte de la Unión Europea en gestionar estas áreas para el almacenamiento y laminación de las
avenidas (Blackwell y Maltby, 2006).
La geomorfología aplicada al ámbito de las inundaciones puede analizarse desde tres aspectos: morfográficos,
morfodinámicos y morfoevolutivos (Díez Herrero, 2002). El primero tiene como último objetivo la correlación
existente entre las características de la cuenca y de la red de drenaje en la descripción o estimación del caudal en
un punto del cauce (Gardiner, 1974; Rodríguez-Iturbe y Valdés, 1979; Richards, 1982; Patton, 1988, entre
otros). El segundo se centra en los procesos fluviales de erosión, transporte y sedimentación, los cuales producen
una serie de formas en el cauce o próximas a él como son los lóbulos de derrame, las marmitas, el canal de
desbordamiento (o bankfull), etc., (Baker, 1988; Díez Herrero, 2002). El tercer aspecto, el morfoevolutivo, se
centra en la delimitación de aquellas formas del territorio que se han originado con la evolución de la dinámica
fluvial y que son indicadores del comportamiento general del sistema fluvial (Díez Herrero et al., 2008). Este
último aspecto es el que en el presente estudio se ha considerado que puede ser un mejor complemento a los
estudios hidrológicos e hidráulicos que se abordan a la hora de delimitar las áreas de inundabilidad.
Tema A: Dinámica fluvial
La fuente de datos habitual utilizada para generar la cartografía geomorfológica de las zonas inundables es la
teledetección, especialmente fotografías aéreas debido a (i) la visión estereoscópica que permiten obtener y (ii) la
multitemporalidad de sus datos. Sin embargo, en la actualidad existe una fuente de datos que se ha utilizado en
este estudio y que permite obtener una altimetría actualizada, son los datos LiDAR (Light Detection and
Ranging). Su utilización para este objetivo es totalmente novedosa en España.
Si bien la tecnología LiDAR es conocida desde hace tiempo, la obtención de sus datos de forma sistemática para
una amplia área del territorio es muy reciente, iniciándose su utilización en el ámbito de la geomorfología
aproximadamente en el año 2000. Debido a la elevada resolución de los datos LiDAR, éstos se han utilizado para
estudios de detalle como pueden ser los cambios volumétricos de terreno en zonas costeras (Woolard y Colby,
2002; Ojeda et al., 2007), cambios en los canales de marea (Lohani y Mason, 2001), en los canales fluviales
(Nelson et al., 2006) o en la erosión lateral de los cauces (Thoma et al., 2005; Notebaert et al, 2008). Sin
embargo, la utilización de estos datos para la obtención de la morfología del cauce y su entorno para su
incorporación en modelos hidráulicos es la que más se ha expandido (French, 2003; Dal Cin et al., 2005). España
no es ajena a esta expansión, y los últimos estudios solicitados por el Ministerio de Medio Ambiente, Rural y
Marino sobre el Dominio Público Hidráulico incluyen como fuente de dato topográfico del valle los datos
LiDAR.
Así pues, el principal objetivo del presente estudio es la generación de cartografía geomorfológica de apoyo a los
modelos hidrológico-hidráulicos mediante el análisis de datos LiDAR. Dado que sólo se tienen datos de una
fecha, para analizar la evolución del valle se ha completado dicha cartografía con los resultados obtenidos a
partir de la interpretación visual de fotografías aéreas de 1956 y ortofotomapas de 2004. Finalmente, se
contrastará dicha cartografía con la obtenida a partir de modelos hidráulicos a fin de mejorar sus resultados.
2 Área de Estudio
El área de estudio del presente trabajo es la cuenca del río Duerna (301 km2), localizada en el borde noroeste de
la cuenca del río Duero (provincia de León, Figura 1). En esta zona de borde entran en contacto los materiales
rocosos más consolidados de las sierras que delimitan la cuenca con los materiales sedimentarios de menor
consistencia que la rellenan.
Figura 1
Localización de la cuenca del río Duerna
Tema A: Dinámica fluvial
El tramo de río analizado son aproximadamente los últimos 30 km, desde aguas abajo de Boisán hasta su
desembocadura en el río Tuerto en la población de La Bañeza, coincidiendo con los últimos kilómetros en los
que el río discurre por materiales del Paleozoico y todo el tramo que circula sobre el material sedimentario
terciario y cuaternario.
La geomorfología del valle, especialmente en la margen derecha del primer tramo próximo a Boisán, está
fuertemente condicionada por el factor antrópico debido a la deposición en las laderas de cantos rodados de
cuarcita desechados durante la explotación de minas de oro en la época romana, formando una gran extensión,
con materiales de escasa cohesión. Dichos depósitos con cantos de 30 cm o más de eje máximo, desde el punto
de vista geomorfológico, funcionan como conos de deyección. Por su cercanía al cauce, son una importante
fuente de aportes sedimentarios que en episodios de crecida son movilizados aguas abajo por el cauce del río
Duerna y depositados en él, dando lugar a tramos de cauce trenzado. Asimismo, en algún punto de la red de
drenaje se ha observado que dichos depósitos han llegado a forzar el desplazamiento del cauce del Duerna.
3 Materiales y método
3.1 Datos LiDAR
La principal fuente de datos del estudio fueron los MED (Modelos de Elevación Digital) procedentes de datos
LiDAR tomados en febrero de 2008 y procesados por DIELMO 3D. Estos MED se generan a partir de la
clasificación y la interpolación de la nube de puntos (cotas sobre el terreno), los cuales son capturados mediante
un sensor láser activo que emite pulsos con muy alta frecuencia desde un sistema aerotransportado. La medida
del tiempo desde que se emite el pulso hasta la recogida de la respuesta o rebote de ese pulso sobre el terreno por
el sensor permite calcular con bastante precisión (errores en torno a 0,15m en altura) la cota de cada punto sobe
el terreno. Para ello es básico el cálculo exacto de la posición del pulso en el momento de la captura, lo que se
obtiene gracias a la unión de los datos del GPS y del sistema de navegación inercial.
El método de captura se realiza mediante el barrido en zig-zag sobre el terreno en cada una de las pasadas para
cubrir la extensión de la zona de estudio. La densidad de puntos es configurable a través de la planificación del
vuelo, diseñando la altura sobre el terreno de cada pasada y el ángulo de apertura del sensor. En el caso del vuelo
sobre el río Duerna se configuró de manera que la nube de puntos permitiera generar, como producto derivado,
una malla homogénea (MED) con una resolución de 1m, es decir, con una densidad de 0,99 puntos/m2.
Tras el procesado de datos brutos del sensor y la georreferenciación de toda la nube de puntos, se realiza un
control de calidad, tanto de los datos del vuelo como de la posición sobre el obteniéndose un error medio en
altura de -0,049 m (-4,9 cm) y un valor RMS y desviación estándar de 0,076 m (7,6 cm).
El proceso siguiente sobre los datos es el filtrado en función de su posición sobre el terreno y el número de eco
de cada punto. Los ecos múltiples o respuestas registradas por cada pulso emitido por el sensor son debidos a la
existencia de elementos sobre el terreno, como la vegetación, que permiten ser atravesados por la huella del
pulso, rebotando, a lo largo de su camino hacia el suelo, en los distintos obstáculos, registrando el primero,
segundo, tercer y último eco de cada pulso. Esta particularidad permite diferenciar aquellos elementos ajenos al
terreno (vegetación, edificaciones, obras civiles, etc.) del denominado suelo desnudo.
Por tanto, la clasificación de la nube de puntos se convierte en un proceso crítico del que depende en buena
medida la calidad final de los productos derivados. El proceso empleado en los datos obtenidos para el estudio,
responde a un método particular en el cual se clasifican los datos en formato de rejilla homogénea (raster)
generada mediante técnicas de interpolación diseñadas por DIELMO 3D. Atendiendo al número de eco se
generan diferentes superficies que son clasificadas en función de parámetros como el número de eco, la
pendiente del terreno o la morfología de los objetos. Esta clasificación consta de una primera fase, dominada por
el empleo de automatismos de clasificación configurados por los algoritmos que tienen en cuenta estos
parámetros, y una segunda fase de control manual o supervisión que viene a corregir los posibles errores de la
clasificación automática.
Los productos finales, derivados de la clasificación anterior, son básicamente dos: el Modelo Digital del Terreno
(MDT) y el Modelo Digital de Superficie (MDS). A lo largo de los últimos años esta distinción entre términos
se encuentra bastante extendida en los usuarios de datos LiDAR, y responde a las diferentes altimetrías que
representan uno y otro. El MDT es el denominado suelo desnudo o “terreno” y muestra el territorio desprovisto
de aquellos elementos antrópicos (edificios, torres alta tensión o grúas, por ejemplo) y la vegetación, ajenos al
Tema A: Dinámica fluvial
mismo. EL MDS representaría el territorio con todos sus elementos, definiendo una superficie “real” de lo que
existe sobre el terreno.
En el estudio de la geomorfología del río Duerna se emplea de manera generalizada el MDT, permitiendo
trabajar sobre el terreno real desprovisto de la vegetación riparia y facilitando la identificación de unidades que
por fotointerpretación son difíciles de ver. Sin embargo, en algunos casos se han detectado errores en zonas de
masas densas de vegetación que impiden el paso del pulso láser hasta el terreno y que dificultan en gran medida
la generación de una interpolación certera del terreno. Este problema es común en los estudios con LiDAR,
siendo uno de los campos actuales de investigación, tanto el proceso de filtrado como de clasificación de los
datos.
La escala de trabajo utilizada ha sido 1:5000, aunque el resultado se ha plasmado a escala 1:10.000. Para su
generación, se ha realizado una visualización del MDT en 3D lo que ha permitido que paralelamente al análisis
se realizase una digitalización de las unidades geomorfológicas detectadas, agilizando la generación de
cartografía. Dicho análisis visual se ha acompañado de la información obtenida partir de los perfiles
topográficos transversales al cauce generados a partir del MDT, lo que ha facilitado discriminar unidades o
elementos (como la terraza baja) que visualmente en 3D eran difíciles de diferenciar.
Por último, el MDT se ha utilizado como base para la modelización hidráulica, lo que ha permitido un mejor
ajuste en los resultados y en la superposición con la cartografía geomorfológica para la delimitación de zonas
inundables.
3.2 Otras fuentes de datos espaciales
La cartografía resultante a partir de los datos LiDAR se ha comparado con la cartografía obtenida a partir de las
ortofotografías aéreas digitales del vuelo del PNOA (Plan Nacional de Ortofotografía Aérea) del año 2004
(resolución espacial de 25cm x 25 cm) y de las fotografías aéreas del vuelo americano de 1956-1957, a una
escala aproximada de 1:33.000, lo que ha permitido definir los tramos del cauce que han sufrido variaciones en
los últimos 50 años.
Asimismo, se ha realizado un exhausto trabajo de campo en el que se han contrastado los resultados obtenidos
mediante el resto de fuentes de datos y se ha recopilado una base de datos sobre infraestructuras transversales y
longitudinales en el propio cauce, como son azudes, protecciones laterales, … Estas últimas, en muchos casos se
detectaron a partir de los datos LiDAR, pero otras, al ser motas antiguas y haber sufrido la colonización de la
vegetación, no pudieron identificarse por los procesos previos de filtrado de datos LiDAR.
3.3 Elementos geomorfológicos
Los elementos geomorfológicos detectados a partir de estas tres fuentes de datos son tanto elementos lineales
como areales. Dado que en el área de estudio la actuación antrópica ha sido muy importante a lo largo de su
historia (especialmente en la época romana, por su explotación minera), se han incorporado algunos elementos
geomorfológicos antrópicos que en otras áreas de estudio carecerán de sentido. A continuación se describe cada
uno de ellos:
•
Cauce actual. Es el cauce principal actual del río extraído a partir de los datos LIDAR y de las
ortofotografías.
•
Canales secundarios. Son los canales laterales al cauce actual en los tramos trenzados que se
encuentran secos casi todo el año, pero que son activos en los meses de mayor cantidad de
precipitaciones.
•
Cauce de 1956. Son los tramos del cauce que existían en 1956 y que en la actualidad no están
activos a no ser que sea en eventos extraordinarios. Dichos tramos suelen estar asociados a
otros tramos que se han modificado antrópicamente (deflectores, escolleras,…), aunque existe
alguno que se ha modificado de forma natural.
•
Meandro abandonado. Son los tramos de cauce de los cuales todavía quedan vestigios, y cuya
actividad es anterior a 1956. Son importantes porque suelen ser zonas de fácil inundabilidad
debido a que tienen unos niveles freáticos muy elevados. Asimismo, permiten observar los
Tema A: Dinámica fluvial
cambios originados en el trazado del río y ayudan a predecir los cambios futuros. Además de
haberse detectado a partir de la topografía, al estar a veces cubiertos por campos de cultivo, en
algún caso se han podido definir por la forma en que estos se ajustan a la morfología del
meandro.
•
Barras. Son características de los tramos de río trenzados y, generalmente, son móviles.
Surgen debido a la elevada carga de sedimentos que arrastra el cauce. La mayor parte de las
barras que se han cartografiado en este proyecto corresponden a barras laterales, ya que las
intermedias, debido a su escasa extensión, no pueden cartografiarse a esta escala. Todas ellas
pertenecen al lecho activo, aunque dada su singularidad se han cartografiado como una unidad
independiente.
•
Lecho activo. Se trata de la franja longitudinal por donde discurre frecuentemente agua. Esta
zona incluye tanto las líneas del cauce como los canales secundarios, algunos canales de 1956
y las barras. Se diferencia de la zona de alrededor por tener gran cantidad de cantos rodados,
los cuales presentan una reflectancia muy elevada debido al lavado del material. Esta última
característica facilita que sea distinguible en las fotografías aéreas y ortofotos. Las mayores
extensiones de estos materiales se localizan aguas abajo de la población de Boisán, área donde
se sitúan las zonas de deposición de las minas romanas y que son el origen de gran parte de los
cantos rodados.
•
Fondos de valle. Se trata de zonas por donde discurren arroyos intermitentes en los valles
laterales al del cauce principal del río Duerna. Se han identificado porque se observa en ellos la
morfología de vaguada y tonos más oscuros en las fotografías aéreas correspondientes a una
mayor humedad en el terreno. En episodios de fuertes lluvias pueden albergar cierta
escorrentía superficial de escasa entidad debido al reducido tamaño de sus cuencas de
recepción.
•
Llanuras de inundación. Siguiendo la definición de Leopold et al. (1964), son los terrenos
llanos a ambas márgenes del cauce formados con material sedimentario no consolidado que ha
sido transportado por el cauce y que sufren inundaciones en periodos de retorno elevados. La
diferencia altitudinal que presentan estos terrenos respecto al cauce es, como máximo 2 m.
•
Terrazas bajas. Son aquellas que todavía en eventos extraordinarios pueden verse inundadas y
por ello son muy importantes para este estudio. En algunos casos es muy difícil diferenciar
entre terraza baja y llanura de inundación, por lo que el criterio que se ha utilizado para
discriminarlas ha sido la diferencia altitudinal respecto al cauce (2 m).
•
Terrazas fluviales. Pueden existir a distintas alturas, correspondientes a distintas épocas,
siendo las más altas las más antiguas. En este estudio sólo, como se ha señalado anteriormente,
se ha diferenciado la terraza baja ya que es la única que entra dentro del área inundable. El
resto se ha delimitado, pero no se han diferenciado los distintos niveles existentes.
•
Depósitos de piedemonte. Son unidades de aporte sedimentario, donde no sólo influye la
escorrentía superficial, sino que también hay una parte importante de sedimentos que se han
acumulado por efecto de la gravedad.
•
Escarpes de terraza. Son los escarpes que presentan alta pendiente y que delimitan distintos
niveles de terrazas entre sí o con la llanura de inundación.
•
Escarpes. Son líneas en las que el cauce entra en contacto directo con el relieve terciario o
paleozoico y debido al desnivel de los mismos, no existe riesgo de inundación en ese frente.
•
Infraestructuras lineales de protección. Son las motas y escolleras que sirven para proteger de
las crecidas y erosión, respectivamente. Se han identificado también aquellas obras que
teniendo otras finalidades funcionan como elementos protectores, como es el caso de algunas
carreteras.
•
Canales de incisión lineal antrópicos. Se incluyen aquí los ejes principales por donde se hacía
pasar el agua en las explotaciones auríferas romanas con la finalidad de extraer el oro presente
en el sustrato terciario. Actualmente actúan como pequeños canales con alta pendiente que
recogen el agua de lluvia y que terminan su recorrido en las Zonas de deposición antrópica.
•
Zonas de arranque de material. Corresponden a las zonas de extracción del sustrato terciario
durante las labores mineras romanas y actualmente ejercen como pequeñas cuencas de
Tema A: Dinámica fluvial
recepción del agua de lluvia que desaguan a modo de conos de deyección en las zonas de
deposición antrópica a través de los canales de incisión lineal antrópicos. Se han identificado
únicamente aquellas que tienen cierta entidad como receptoras de precipitaciones.
•
Zonas de deposición antrópica. Se trata de zonas de acumulación en las que se han depositado
materiales de granulometría heterogénea con escasa o nula consolidación. Dicho material
proviene de los escombros de las antiguas minas romanas, así como del material arrastrado por
el funcionamiento actual de los canales dejados por los romanos.
En el conjunto del tramo analizado, destaca la inexistencia de abanicos y conos no antrópicos. La razón es que
aquellas zonas de desagüe de arroyos en las que pudieron aparecer en el pasado estas formaciones han sido
aprovechadas posteriormente por su situación privilegiada (bajo zonas encauzadas y de gran pendiente) como
zonas de deposición de los deshechos de las labores mineras. De este modo quedaron sepultadas por estas
deposiciones de origen antrópico.
En la representación cartográfica de las zonas inundables no se han identificado los afloramientos de rocas y
sedimentos paleozoicos y terciarios debido a que presentan alturas importantes sobre el cauce, lo que las
convierte en zonas libres de eventos actuales de inundación por desbordamiento. Por esta razón, estas zonas
aparecen en blanco en la cartografía final.
3.4 Delimitación de zonas inundables mediante aplicación de modelos hidráulicos
La cartografía geomorfológica final se ha contrastado con las láminas de agua obtenidas a partir de los modelos
hidráulicos HECRAS y GUAD-2D. El primero se ha utilizado para aquellos tramos en los que se ha considerado
razonable la hipótesis de flujo unidimensional en régimen permanente y por tanto razonable los niveles de agua
obtenidos como solución. El segundo se ha aplicado en aquellas zonas donde el flujo era claramente
bidimensional: en la llanura de inundación en la que confluyen 3 cauces cuyas aguas desbordadas se mezclan, se
ramifican, son represadas por las infraestructuras existentes y discurren por las calles de cascos urbanos. Por
tanto, la existencia de flujos laterales con velocidades en direcciones diferentes a las de las vías de intenso
desagüe de los cauces y la existencia de motas y cauces ramificados hacen que se incumplan sistemáticamente
las hipótesis del cálculo unidimensional. Posteriormente, los mapas matriciales del estudio bidimensional se han
incorporado a la información obtenida con el modelo HECRAS.
3.5 Peligrosidad
En la generación de una cartografía de peligrosidad se ha utilizado la información de las zonas inundables
elaborada mediante métodos geomorfológicos e hidráulicos. Para ello se ha realizado una selección de aquellas
unidades geomorfológicas más relevantes de la zona, asignando a cada uno de ellos distintos pesos.
Tabla 1 Pesos asignados a las unidades geomorfológicas
Unidad geomorfológica
Lecho activo
Llanura de inundación
Barras
Terraza Baja
Terraza fluvial
Peso
2
1
2
0.5
0.25
Hidráulicamente la clasificación se ha realizado a través de 2 variables: la frecuencia de ocurrencia de la avenida
y la magnitud del calado. No se ha considerado la velocidad ya que introduciría una gran distorsión en el cálculo
debido a la utilización de 2 modelos hidráulicos con diferentes hipótesis de cálculo y distinta precisión en la
determinación de las velocidades. Además, en los tramos calculados con modelo unidimensional hubiera sido
necesario interpolar velocidades en algunas zonas donde esto no es viable.
Los pesos asignados a cada periodo de retorno y a cada calado son los que se muestran en la tabla:
Tema A: Dinámica fluvial
Tabla 2 Pesos asignados a la frecuencia y calado de las avenidas
Frecuencia T (años)
Pesos
Calado (m)
Pesos
2.33
2
>1
2
50
1.5
0.4-1
1
100
1
500
0.5
Por último se ha calculado la envolvente de los 4 periodos de retorno asignando a cada celda el valor máximo
resultante de la ponderación.
Para integrar los resultados de ambas metodologías sin perder la detallada información que ofrecen los modelos
hidráulicos para el momento en que se elaboró la cartografía LiDAR ni la visión evolutiva de la cartografía
geomorfológica, ha sido necesario aunar ambos métodos.
Dado que las unidades geomorfológicas son semejantes pero no coincidentes con las zonas inundables
delimitadas con criterios hidráulicos, no todas las unidades estaban totalmente caracterizadas con los valores
resultantes de la aplicación de una ponderación por frecuencia y calado. Así, que se sumó el valor 1 a la
cartografía de peligrosidad hidráulica y su resultado se multiplicó por los pesos de las distintas unidades
geomorfológicas. De esta forma, se obtuvo una cartografía que mantiene el detalle de la cartografía hidráulica
incorporando la caracterización geomorfológica.
4 Resultados
4.1 Cartografía geomorfológica
El resultado final ha sido una cartografía a escala 1:10.000 en la que se han distinguido las principales unidades
geomorfológicas, tanto de tipo sedimentario como erosivo, que se encuentran en las zonas más bajas del valle
(figura 2), que son las que pueden verse afectadas por inundaciones.
Tema A: Dinámica fluvial
Figura 2
Ejemplo de la cartografía geomorfológica
La geomorfología del cauce desde su cabecera se ve condicionada hasta Castrillo de la Valduerna por el relieve
paleozoico que aparece en ambas márgenes. Aguas abajo de esta localidad, el cauce atraviesa los relieves
terciarios y cuaternarios disminuyendo su pendiente y ampliando considerablemente la extensión su llanura
aluvial y terrazas presentando, además, tramos de cauce trenzado y meandriforme.
Aguas abajo de Boisán, el cauce es poco sinuoso y únicamente presenta curvas acentuadas donde está en
contacto con las zonas de deposición antrópica. La zona del lecho activo se ensancha en algunos tramos donde
aparecen barras en ambas márgenes del cauce. La llanura de inundación alcanza más de 200 metros de anchura
en muchos puntos coincidiendo con una disminución de la pendiente respecto a tramos anteriores. En este tramo,
en las laderas, se observa también una zona importante de deposición antrópica en forma de glacis con
aproximadamente 500 m de longitud. Está compuesta por una mezcla de materiales de diversas granulometrías:
en su zona distal predominan los finos y arcillas, contactando con el cauce activo en dos ocasiones mediante dos
escarpes importantes de más de 10 m cada uno. En las partes más elevadas aparecen las murias, que son
acumulaciones de cantos redondeados desechados por los mineros romanos, una vez se realizaba el lavado del
material.
En el tramo próximo a Priaranza de La Valduerna, donde el cauce se adosa menos al relieve terciario, este se
hace muy sinuoso y aparecen canales o brazos secundarios que son activos en épocas de caudales elevados.
Estos canales conllevan que el lecho activo se ensanche de manera extraordinaria. Asimismo, se observan
meandros abandonados que serpentean por la llanura de inundación, que a su vez está flanqueada por terrazas
amplias. En esos cauces abandonados el nivel freático está bastante elevado y se encharcan con facilidad. En este
tramo del río, las zonas de extracción auríferas que se observan en las laderas cambian su fisonomía a arados o
peines. Esta otra técnica de explotación de las minas conlleva un cambio de morfología de las zonas de
deposición antrópica, con una pendiente más suave y una anchura más elevada (hasta 1,2 km).
El tercer tramo del río, entre Castrillo y Villalís se caracteriza por una extensa llanura de inundación que alcanza
una amplitud del orden de 700 m, flanqueada por terrazas también de gran extensión. Asimismo, es de destacar
el talud de una antigua terraza que aparece en la margen derecha del cauce. Dicho talud será continuo desde aquí
hasta prácticamente La Bañeza, lo que conllevará a la inexistencia de áreas inundables en esta margen del río.
El cauce gana en sinuosidad a partir de Destriana donde ensancha su lecho con multitud de barras y canales
activos. Justo aguas arriba del puente de Villalís de La Valduerna (la zona donde el cauce de nuevo es trenzado)
las barras pueden alcanzar hasta una anchura de 50 m y la abundancia de gravas y cantos rodados en el fondo
hace que las aguas del cauce se filtren al subsuelo desapareciendo en algunos lugares y resurgiendo aguas abajo.
La aparición de barras junto al cauce se hace a partir de aquí constante hasta La Bañeza. Así pues, es muy
Tema A: Dinámica fluvial
normal encontrar aguas abajo de Destriana el cauce cegado por cantos rodados, estando la llanura invadida por
los cultivos de chopos. A diferencia de otros tramos, aquí se observa la construcción de motas que impiden la
movilidad lateral del cauce, es decir, que impiden la dinámica natural de este tramo que tal y como queda
reflejado por la cantidad de meandros abandonados, es muy activa.
A partir de Miñambres la presencia de cantos disminuye y las barras, de menor tamaño, están compuestas
mayoritariamente por arenas y gravas. En este tramo, las terrazas fluviales alcanzan toda la extensión de la
cuenca del río Duerna exterior a la llanura y esto ocurre de forma continua hasta la desembocadura en el río
Órbigo, con la excepción de algunos afloramientos del sustrato paleozoico como el que hay al Este de Redelga
de la Valduerna.
En el último tramo destaca el afloramiento en el fondo del lecho del río de Ribas de la Valduerna de un nivel de
arcillas terciarias que presumiblemente se extiende por toda la vega del Duerna a una profundidad aproximada
de 4m. Se trata de un nivel impermeable que marca el límite inferior de los pozos que se excavan para extraer
agua subterránea del aluvial del Duerna. Al igual que en el tramo anterior, en éste el cauce se adosa al talud de la
terraza alta del sur alcanzando alturas máximas de 13 m en muchos puntos hasta poco antes de llegar a La
Bañeza, donde el talud cambia de dirección hacia el Sureste. De este modo se pasa de un tramo en el que la
llanura de inundación y terraza baja se restringe a la margen izquierda, al último tramo donde se desarrollan en
ambas márgenes.
4.2 Modelización hidráulica
Se ha utilizado el modelo HECRAS para la mayor parte del estudio del río Duerna y el modelo bidimensional
GUAD-2D se ha centrado en la confluencia de los ríos Duerna, Tuerto y Peces, es decir, en el entorno de La
Bañeza. Dentro del tramo realizado bajo hipótesis de flujo unidimensional, algunas zonas no cumplen las
condiciones de cálculo. Sin embargo, al ser tramos cortos y sin afecciones potenciales, se decidió utilizar el
modelo HECRAS de forma continua en lugar de realizar una serie de interrupciones para introducir pequeños
tramos calculados con GUAD 2D. Como resultado se ha obtenido la cartografía de la lámina de agua
correspondiente a distintas avenidas.
Los modelos se montaron con la colección de secciones transversales (para cálculo unidimensional) o malla
(para cálculo bidimensional), que mejor representaba al terreno que se quería modelizar. En ambos modelos, se
introdujeron las infraestructuras, las condiciones de contorno, los caudales y los valores de rugosidad. Este
último parámetro se calibró con los valores obtenidos en campo de niveles y de extensión de la lámina de agua
producidos por la avenida ocurrida en octubre de 2006 y asimilable a un periodo de retorno de 50 años. Respecto
a las condiciones de contorno en las secciones donde se cambia de modelo, éstas han sufrido un proceso iterativo
hasta que una vez simulado todo el tramo se han introducido las definitivas dependiendo del régimen del caudal.
Una vez que los modelos hidráulicos fueron montados, calibrados y corregidos se delimitaron las zonas
inundables. Para ello, en los tramos calculados con flujo unidimensional se realizó una interpolación a partir de
las cotas obtenidas en cada sección frente al terreno. Posteriormente, analizando con HECRAS el
funcionamiento hidráulico del cauce se corrigieron los errores de interpolación e interpretaron los resultados en
las zonas donde el flujo no cumplía las hipótesis de cálculo, en función del conocimiento de la zona adquirido.
4.3 Cartografía de zonas inundables
Como se ha comentado anteriormente, se ha realizado una superposición de la cartografía hidráulica y
geomorfológica. De todas las cartografías obtenidas a partir del modelo hidráulico, se ha escogido la
correspondiente al período de retorno de 500 años como la más idónea para definir las áreas inundables y el resto
para seguir su evolución.
La combinación de la cartografía de calados del período de retorno de 500 años y geomorfológica muestra un
buen ajuste en los primeros tramos donde la pendiente del cauce es más acusada, coincidiendo los límites de la
lámina de agua con las formaciones de llanura de inundación y terraza baja (figura 6). Sin embargo, en los
tramos donde existe una morfología trenzada y más meandriforme del cauce en los que se detecta un importante
movimiento lateral del cauce por los meandros y canales abandonados, se observa cómo existen algunos puntos
que geomorfológicamente son áreas inundables y calados muy bajos o inexistentes.
Tema A: Dinámica fluvial
La solución definitiva de las zonas inundables obtenida mediante modelos hidráulicos se ha apoyado en los
resultados de la cartografía geomorfológica a la vez que la interpretación geomorfológica se facilita analizando
los resultados del cálculo hidráulico para todos los periodos de retorno.
4.4 Cartografía de peligrosidad de inundaciones
Las zonas inundables delimitadas con criterios geomorfológicos reflejan la evolución del movimiento histórico
del cauce y la envolvente de las inundaciones sufridas por lo que en este caso son áreas mayores que las
definidas por criterios hidráulicos que se interpretan dentro de un marco territorial fijo en el momento en que se
realizó la topografía.
Estas áreas sin caracterización de calados sin embargo se consideran peligrosas ya que alguna vez fueron zonas
inundables. La asignación de pesos a las unidades geomorfológicas permite evitar este tipo de situaciones, en los
que aunque sea con valores bajos, se asignan valores de peligrosidad. En este sentido, especialmente relevantes
son la incorporación de las zonas de terrazas, las cuales, en muchos casos no sufren inundaciones por
desbordamiento pero sí por encharcamiento, ya que son áreas con niveles freáticos elevados que no se pueden
simular con los modelos hidráulicos habitualmente utilizados.
5 Discusión y Conclusiones
Los MDT derivados de los datos LiDAR han demostrado ser una herramienta idónea para la elaboración de una
cartografía geomorfológica de las llanuras de inundación y su entorno. Su utilización permite trabajar a escalas
de detalle aunque para acompañar los estudios de áreas de inundabilidad, una cartografía a escala 1:5.000 –
1:10.000 se considera más adecuada, ya que al trabajar a escalas mayores se puede perder la perspectiva del
conjunto de la cuenca. Unas de las áreas que mayor problema presentan son las llanuras de inundación y
terrazas, en las cuales debido al ruido de la vegetación, a veces puede llevar a confusión. Esto significa que
todavía es necesario investigar y mejorar los algoritmos de filtrado de los datos LiDAR a fin de generar MDT
depurados.
Asimismo, se ha observado que la generación de la cartografía geomorfológica a partir del análisis de este tipo
de datos permite una digitalización paralela al proceso de análisis, lo que supone un ahorro de tiempo y,
consecuentemente, de dinero.
El análisis de distintas fuentes de datos espaciales como son los datos LiDAR, las ortofotografías digitales y las
fotografías aéreas del año 1956 permite generar una cartografía geomorfológica que muestra la evolución de sus
unidades lo que ayuda a entender los futuros cambios del cauce. En este aspecto, en la cuenca del río Duerna se
observa que de forma natural existe un importante movimiento lateral en el cauce que se ha frenado debido a
distintas actuaciones antrópicas: encauzamiento en tramos de cauce trenzado, colocación de escolleras en las
zonas de riesgo de erosión lateral para proteger infraestructuras, cultivos de chopos o crecimiento de núcleos de
población. Dichas actuaciones, a su vez, han provocado cambios en el trazado del río al buscar el cauce su
equilibrio. El estudio de la evolución del cauce va a facilitarse en los próximos años gracias al plan PNOA que
prevé una actualización de las ortofotografías cada 4 años.
Geomorfológicamente, los procesos de escorrentía superficial sobre las laderas y desbordamiento del cauce son
los más habituales en los tramos altos y medios del río Duerna. Aguas abajo, especialmente en los tramos en los
que el espesor de sedimentos cuaternarios es pequeño y aflora el contacto con el Terciario (como puede ser en la
población de Redelga), la incapacidad de infiltración de los suelos es lo más habitual favoreciendo la formación
de láminas de agua que en el caso de importantes precipitaciones, se puede juntar con el desbordamiento de los
ríos y llegar a la unión de las aguas del río Duerna con las de su río vecino, el Peces, tal y como pasó en el año
1990. En los casos en los que existen elementos morfológicos en la llanura de inundación que impiden con el
tiempo el retorno de las aguas al cauce, las aguas de la inundación desaparecen al infiltrarse, llegando a formar
parte de las aguas subterráneas de la cuenca. La cantidad de recarga subterránea que sucede entonces depende de
las condiciones geológicas y de las condiciones hidrológicas del acuífero en ese momento.
Por último, se ha observado que si bien la cartografía obtenida a partir de modelos hidráulicos es muy similar en
los tramos más altos del río Duerna, y allí donde se cumplen las hipótesis de cálculo de los modelos mientras que
en los tramos bajos esta debe completarse con el análisis de la cartografía geomorfológica. La utilización de
ambas cartografías, tal y como solicita el nuevo Reglamento del DPH, supone aunar la delimitación cuantitativa
de las áreas inundables que permiten los modelos hidráulicos con la cartografía geomorfológica, lo que puede
Tema A: Dinámica fluvial
mejorar la delimitación de algunos puntos críticos del territorio a día de hoy, así como la ordenación territorial y
el análisis de riesgos asociados con la inundabilidad del territorio.
6 Referencias
Baker, V.R. (1988). Flood erosion. En: V.R.Baker, R.C. Kochel y P.C.Patton [eds.], Flood Geomorphology,
Johns Wiley and Sons, pp.81-95.
Blackwell, M.S.A. y MALTBY, E. [ed] (2006). How to use floodplains for flood risk reduction. European
Commission, Ecoflood Guidelines. Luxemburgo.
Dal Cin, C.; Moens, L.; Dierickx, P.; Bastin, G. y Zech, Y. (2005). An integrated approach for realtime
floodmap forecasting on the Belgian Meuse river’. Natural Hazards 36(1–2): 237–256.
Diez Herrero, A. (2002). Condicionantes geomorfológicos de las avenidas y cálculo de caudales y calados. En: J.
Ayala-Carcedo y J. Olcina, Riesgos naturales, Ed. Ariel Ciencia, pp.921-952
Diez Herrero, A. ; Lain-Huerta, L. y LLorente-Isidro, M. (2008). Mapas de peligrosidad por avenidas e
inundaciones. Guía metodológica para su elaboración. IGME, Serie Riesgos geológicos/geotecnia, 1.
French J.R. (2003). Airborne LiDAR in support of geomorphological and hydraulic modelling. Earth Surface
Processes and Landforms, 28:321-335.
Gardiner, V. (1974). Drainage basin morphometry. Technical Bulletins of the British Geomorphological
Research Group, 14.
Leopold, L.B.; Wolman, M.G. y Miller, J.P. (1964). Fluvial processes in Geomorphology. V.H.Freeman, San
Francisco.
Lohani, B. y Mason, D.C. (2001). Application of airborne scanning laser altimetry to the study of tidal channel
geomorphology. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing 56, 100–120.LOBBY et al. (2001)
Nelson, P.A.; Smith, J.A. y Miller, A.J. (2006). Evolution of channel morphology and hydrologic response in an
urbanizing drainage basin. Earth Surface Processes and Landforms, 31(9):1063-1079.
Notebaert, B.; Verstraeten, G.; Govers, G. y Poesen, J. (2008). Qualitative and quantitative applications of
LiDAR imagery in fluvial geomorphology. Earth Surface Processes and Landforms, 34(2):217-231.
Ojeda, J.; Vallejo, I.; Hernández L. y Álvarez, J. (2007). Fotogrametría digital y LiDAR como fuentes de
información en geomorfología litoral (marismas mareales y sistemas dunares): el potencial de su análisis
espacial a través de SIG. Boletín de la A.G.E., 44:215-233.
Patton, P.C. (1988). Drainage basin morphometry and floods. En: V.R.Baker, R.C. Kochel y P.C.Patton [eds.],
Flood Geomorphology, Johns Wiley and Sons, pp.51-64.
Richards, K.S. (1982). Rivers: form and process in alluvial channels. Methuen, London.
Rodríguez Iturbe, I. y Valdés J.B. (1979). The geomorphologic structure of hydrologic response. Water
Resources Research, 15(6):1409-1420
Thoma, D.P.; Gupta, S.C.; Bauer, M.E. y Kirchoff, C.E.(2005). Airborne laser scanning for riverbank erosion
assessment. Remote Sensing of the Environment, 95(4):493-501.
Woolard J.W. y Colby, J.D. (2002). Spatial characterization, resolution, and volumetric change of coastal dunes
using airborne LIDAR: Cape Aterras, North Carolina. Geomorphology, 48:269-287.