Figura 1. Cawston Creek cerca de Keremeos, B.C. La línea azul muestra la extensión de la cuenca de drenaje. La línea roja discontinua es la cuenca de drenaje de uno de sus afluentes.
Un arroyo es una masa de agua superficial que fluye de cualquier tamaño, desde un diminuto riachuelo hasta un poderoso río. El área desde la que fluye el agua para formar un arroyo se conoce como su cuenca de drenaje. A veces, también se denomina cuenca hidrográfica o cuenca de captación. Toda la precipitación (lluvia o nieve) que cae dentro de una cuenca de drenaje acaba desembocando en su corriente, a menos que parte de esa agua pueda cruzar a una cuenca de drenaje adyacente a través del flujo de agua subterránea. Un ejemplo de cuenca de drenaje se muestra en la Figura 1.La red de arroyos dentro de una cuenca de drenaje específica se denomina red de drenaje.
El área de drenaje de un arroyo abarca toda la tierra desde la que la escorrentía superficial fluye hacia ese arroyo. Los límites entre las áreas de drenaje de los arroyos se denominan divisiones de drenaje. A continuación se muestra una representación por ordenador del modelo de elevación digital (colores marrón oscuro: elevaciones altas, verde claro: elevaciones bajas) y la cuenca hidrográfica (en verde).
Ver ejemplo del Atlas de la Cuenca del Lago Champlain Áreas de la cuenca y afluentes:
Patrones de la cuenca de drenaje
El patrón de los afluentes dentro de una cuenca de drenaje depende en gran medida del tipo de roca subyacente, y de las estructuras dentro de esa roca (pliegues, fracturas, fallas, etc.). En la figura 3 se ilustran los tres tipos principales de patrones de drenaje. Los patrones dendríticos, que son con mucho los más comunes, se desarrollan en zonas en las que la roca (o el material no consolidado) que se encuentra debajo de la corriente no tiene ningún tejido o estructura particular y puede erosionarse con la misma facilidad en todas las direcciones. Algunos ejemplos serían el granito, el gneis, la roca volcánica y la roca sedimentaria que no ha sido plegada. La mayoría de las zonas de la Columbia Británica presentan patrones dendríticos, al igual que la mayoría de las zonas de las praderas y el Escudo Canadiense. Los patrones de drenaje en espaldera suelen desarrollarse donde las rocas sedimentarias se han plegado o inclinado y luego se han erosionado en diversos grados dependiendo de su fuerza. Las Montañas Rocosas de Columbia Británica y Alberta son un buen ejemplo de ello, y muchos de los sistemas de drenaje dentro de las Rocosas tienen patrones de enrejado. Los patrones rectangulares se desarrollan en áreas que tienen muy poca topografía y un sistema de planos de estratificación, fracturas o fallas que forman una red rectangular. Los patrones de drenaje rectangulares son raros en Canadá.
Figura 3. Patrones típicos de drenaje de arroyos dendríticos, enrejados y rectangulares.
En muchas partes de Canadá, especialmente en las zonas relativamente planas con sedimentos glaciares gruesos, y en gran parte del Escudo Canadiense en el este y el centro de Canadá, los patrones de drenaje son caóticos, o lo que se conoce como desordenados (Figura 4, izquierda). Los lagos y los humedales son comunes en este tipo de entorno. Un cuarto tipo de patrón de drenaje, que no es específico de una cuenca de drenaje, se conoce como radial (Figura 4, derecha). Los patrones radiales se forman alrededor de montañas aisladas (como volcanes) o colinas, y los arroyos individuales suelen tener patrones de drenaje dendríticos.
Figura 4. Izquierda: un típico patrón desviado; derecha: un típico patrón de drenaje radial desarrollado alrededor de una montaña o colina.
Perfiles longitudinales de arroyos
Los perfiles longitudinales son gráficos de la elevación frente a la distancia desde la desembocadura del arroyo hasta los tramos superiores dentro de la cuenca hidrográfica. Ayudan a establecer la relación entre la inclinación de la pendiente y la distancia desde el tramo superior al inferior. La pendiente o el gradiente pueden medirse en grados o en porcentaje (subida sobre bajada). A continuación se muestra un ejemplo de perfil longitudinal del arroyo Cawston.
El arroyo Cawston es una típica cuenca de drenaje pequeña (aproximadamente 25 km2) dentro de un valle glaciar muy empinado. Como se muestra en la figura 2, las partes superior y media del arroyo tienen pendientes pronunciadas (con una media de unos 200 m/km, pero que oscila entre 100 y 350 m/km), y la parte inferior, dentro del valle del río Similkameen, es relativamente plana (<5 m/km). La forma del valle ha sido controlada primero por el levantamiento tectónico (relacionado con la convergencia de placas), luego por la erosión de los arroyos preglaciales y la pérdida de masa, después por varios episodios de erosión glacial y finalmente por la erosión de los arroyos postglaciales. La cota más baja del arroyo Cawston (275 m en el río Similkameen) es su nivel de base. El arroyo Cawston no puede erosionarse por debajo de ese nivel a menos que el río Similkameen erosione más profundamente en su llanura de inundación (el área que se inunda durante una inundación).
Figura 2. Perfil del tronco principal del arroyo Cawston cerca de Keremeos, C.B. La elevación máxima de la cuenca de drenaje es de unos 1.840 m, cerca del monte Kobau. El nivel de base es de 275 m, en el río Similkameen. Como se muestra, la pendiente de la corriente puede determinarse dividiendo el cambio de elevación entre dos puntos cualesquiera (subida) por la distancia entre esos dos puntos (recorrido).
El perfil del arroyo Cawston muestra muchos niveles de gradiente a lo largo de su perfil. Por ejemplo, hay diferentes gradientes entre 8,4 y 10 km, 3 y 5 km. Esto significa que la erosión superficial aún no ha nivelado o graduado el arroyo Cawston; por lo tanto, se denomina arroyo no graduado.
A lo largo del tiempo geológico, un arroyo erosionará su cuenca de drenaje en un perfil suave similar al que se muestra en la figura 5. Si comparamos esto con un arroyo sin clasificar como el Cawston Creek (Figura 1), podemos ver que los arroyos clasificados son más empinados en su cabecera y su gradiente disminuye gradualmente hacia su desembocadura. Los arroyos sin clasificar tienen secciones empinadas en varios puntos, y suelen tener rápidos y cascadas en numerosos lugares a lo largo de su recorrido.
Figura 5. El perfil topográfico de un típico arroyo escalonado.
Influencia de los movimientos tectónicos en los arroyos
Figura 6. Un ejemplo de cambio en el nivel de base de un pequeño arroyo que desemboca en el río Similkameen cerca de Keremeos. El nivel base anterior estaba cerca de la parte superior del banco de arena. El nivel base actual es el del río.
Un arroyo clasificado puede convertirse en no clasificado si hay un nuevo levantamiento tectónico, o si hay un cambio en el nivel de base, ya sea debido al levantamiento tectónico o alguna otra razón. Como ya se ha dicho, el nivel de base del arroyo Cawston está definido por el nivel del río Similkameen, pero éste puede cambiar y lo ha hecho en el pasado. La figura 6 muestra el valle del río Similkameen en la zona de Keremeos. El canal del río se encuentra más allá de la hilera de árboles. El campo verde que se ve a lo lejos está subyacente por el material erosionado de las colinas de atrás y depositado por un pequeño arroyo (no el arroyo Cawston) adyacente al río Similkameen cuando su nivel era más alto que ahora. En algún momento de los últimos siglos, el río Similkameen erosionó hacia abajo a través de estos depósitos (formando la empinada orilla al otro lado del río), y el nivel de base del pequeño arroyo bajó unos 10 m. En los próximos siglos, este arroyo tratará de volver a nivelarse erosionando hacia abajo a través de su propio abanico aluvial.
Otro ejemplo de cambio en el nivel de base se puede ver a lo largo del Camino de Juan de Fuca en el suroeste de la isla de Vancouver. Como se muestra en la figura 7, muchos de los pequeños arroyos de esta parte de la costa desembocan en el océano en forma de cascadas. Es evidente que el terreno de esta zona se ha elevado unos 5 m en los últimos miles de años, probablemente en respuesta a la deglaciación. Los arroyos que solían desembocar directamente en el océano ahora tienen que hacer un gran corte descendente para volverse a clasificar.
Figura 7. Dos arroyos con un nivel de base rebajado en el sendero de Juan de Fuca, al suroeste de la isla de Vancouver.
El océano es el nivel base definitivo, pero los lagos y otros ríos actúan como niveles base para muchos arroyos más pequeños.
Figura 9. Terrazas junto al río Fraser en High Bar.
Los sedimentos se acumulan dentro de la llanura de inundación de un arroyo, y luego, si el nivel de base cambia, o si hay menos sedimentos que depositar, el arroyo puede cortar esos sedimentos existentes para formar terrazas. En la figura 6 se muestra una terraza en el río Similkameen y en la figura 9 se muestran algunas en el río Fraser. La foto del río Fraser muestra al menos dos niveles de terrazas.
A finales del siglo XIX, el geólogo estadounidense William Davis propuso que los arroyos y el terreno circundante se desarrollan en un ciclo de erosión (Figura 10). Tras el levantamiento tectónico, los arroyos se erosionan rápidamente, desarrollando valles profundos en forma de V que tienden a seguir trayectorias relativamente rectas. Los desniveles son elevados y los perfiles no están graduados. Son frecuentes los rápidos y las cascadas. En la fase de madurez, los arroyos erosionan valles más amplios y comienzan a depositar gruesas capas de sedimentos. Los gradientes se reducen lentamente y la gradación aumenta. En la vejez, los arroyos están rodeados de colinas onduladas y ocupan amplios valles llenos de sedimentos. Son frecuentes los meandros.
Figura 10. Una representación del ciclo de erosión de Davis: a: etapa inicial, b: etapa de juventud, c: etapa de madurez y d: vejez.
El trabajo de Davis se realizó mucho antes de la idea de la tectónica de placas, y no estaba familiarizado con los impactos de la erosión glacial en los arroyos y sus entornos. Aunque algunas partes de su teoría están desfasadas, sigue siendo una forma útil de entender los arroyos y su evolución.