A dinâmica do rio , ou geodinâmica fluvial, estuda a evolução geomorfológica dos rios (as formas resultantes da morfologia da queda do rio). É multidisciplinar , tomando emprestado elementos de método e diagnóstico da geografia física (incluindo geomorfologia ), geologia , sedimentologia , hidráulica , hidrologia , biologia e ecologia fluvial.
Na Europa, a Diretiva-Quadro da Água (DQA) introduziu a noção de “hidromorfologia fluvial” na lei.
Antes frequentemente designada pela expressão " geomorfologia fluvial " ( geomorfologia fluvial entre os anglo-saxões) e, segundo a expressão de Maurice Pardé , " potamologia " (que inclui efeitos e causas como inundações e inundações).
Em França, a palavra "Hidrogeomorfologia" foi utilizado para descrever com precisão um determinado método de determinação das áreas de inundação (Masson et al., 1996), com base em características topográficas e inferior geomorfologica vale ( cama menor , cama médio e cama grande abaixo não- terraços fluviais inundáveis).
Na Europa, a European Framework Directive ( WFD ) introduziu a noção de “hidromorfologia fluvial” em lei, correlacionando-se ao bom funcionamento ecológico da bacia hidrográfica e do compartimento hidrológico em particular.
O transporte de sedimentos por hidrovias é freqüentemente referido como "transporte de sólidos" ou "trânsito de sedimentos".
O transporte de sedimentos assume duas formas bem diferenciadas: carga de fundo e suspensão. O empuxo é o transporte de sedimentos bastante grossos no fundo do leito por rolagem ou saltação . A suspensão é o transporte de sedimentos na massa de fluxo.
Em uma dada situação hidráulica, o comportamento dos sedimentos varia de acordo com o tamanho das partículas:
O tamanho dos materiais que estão, portanto, em uma situação intermediária varia pouco com a inclinação. É por isso que, para a maioria dos cursos de água (exceto para cursos de água muito lentos abaixo de 0,1 ‰ e torrentes acima de 3%), a faixa de transição cobre as areias médias a grossas, entre 200 e 700 μm .
As observações de depósitos de inundação mostram claramente este mecanismo:
Nos grandes vales e na planície aluvial, a faixa ativa é a zona das margens aluviais com pouca ou nenhuma vegetação, retrabalhada por cheias anuais ou bienais, ainda significativas e relativamente naturais em parte do Loire, por exemplo.
Na “ planície aluvial ”, fundo de vale ou delta , falamos de leito ativo quando o leito está em interação permanente (ou pelo menos frequente) com os sedimentos transportados pelo curso d'água. Essa interação tem as seguintes consequências:
Ao contrário, falamos em leito passivo quando o fundo do leito é fixo e o trânsito dos sedimentos ocorre sem interação com o leito. A cama pode ser arrumada:
Situações intermediárias são obviamente possíveis:
Os rios são revestidos de sedimentos finos e / ou grossos. Estes sedimentos são arrastadas pela velocidade da água e vai ser lembrado que a velocidade de início de arrastamento de uma areia de 0,5-1 milímetros de diâmetro até uma profundidade de 1 a 5, m é de cerca de 0, 5 m / s . Um transporte sólido é, portanto, estabelecido se a velocidade do fluxo for maior que este valor. Um número significativo de pesquisadores trabalhou em fórmulas de transporte de sedimentos durante o XX th século. O fluxo sólido de sedimento é aproximadamente proporcional ao fluxo líquido do fluxo. Uma inundação aumenta temporariamente o transporte de sólidos ao erodir o fundo do mar.
Chamamos de "estilo fluvial" a forma geral da cama, que se relaciona com tipos muito diferentes. Os diferentes estilos são listados de upstream a downstream:
Na parte a montante dos rios das regiões montanhosas, o declive é muito acentuado e o riacho quase reto. A cama é estreita. O transporte sólido é importante.
Torrent, Saint-Martin-Vésubie, Alpes-Maritimes.
Torrent, outro exemplo.
O padrão de trança é característico de um transporte sólido forte. O leito é composto por vários canais instáveis formando muitas ilhas. A cama é ampla e plana. Este tipo de curso de água raramente é encontrado na França devido aos muitos diques realizados no passado. Também falamos de rios com canais anastomosados quando o declive é menor e a rota sinuosa mais marcada.
Rio em tranças.
Entrançado em tranças: um ambiente particularmente diverso que está em constante rejuvenescimento.
Rio em tranças.
O estilo errante é um passo intermediário entre o estilo sinuoso e o trançado. O transporte de sólidos diminui, assim como o número de tranças. Os meandros começam a ganhar forma.
Estilo maluco.
O rio segue uma linha sinuosa. A cama é única e o transporte de sólidos ocorre quase exclusivamente por suspensão e não por carga.
Rio serpenteando livre.
O rio Amazonas.
Meandros sinuosos.
Qualquer curso de água apresenta uma oscilação entre a erosão e a deposição (falamos também de incisão e levantamento). O diagrama ao lado mostra o processo simplificado do equilíbrio dinâmico de um rio. Conforme o fluxo de água aumenta, a seta se move em direção à erosão, aumentando assim o transporte de sólidos. Por outro lado, se o fluxo diminuir, a seta aponta para o depósito e o fluxo sólido diminui até que o “equilíbrio” seja encontrado. Os rios tendem para a chamada encosta de equilíbrio, que é uma função das condições físicas e hidrológicas locais.
Conceito de espaço de liberdade ou espaço de mobilidade.
Os bancos podem evoluir de diferentes maneiras. A corrente do curso de água pode modificar o curso do leito pela erosão das margens. Essa erosão é possível quando a velocidade da água e sua turbulência, incluindo as ondas do corpo d'água, contêm energia suficiente para arrancar as partículas da margem. Ou seja, superar sua coesão e seu peso. Toda a margem em contacto com a água é considerada: o pé e a margem visível.
A mecânica do solo desempenha um papel importante nos mecanismos de evolução dos bancos. Os deslizamentos de margens podem ser devidos a deslizamentos de terra, ou seja, a quebras na consistência do solo. A água pode promover essa ruptura de diferentes maneiras: saturando o solo com água e exercendo ou não um impulso estabilizador contra a margem. Durante uma recessão, esses dois elementos são adicionados: a encosta fica saturada de água e o empuxo de estabilização diminui com a recessão. Outra causa de deslizamentos de terra é o chamado processo de limpeza . Este fenômeno pode ocorrer durante uma erosão regressiva, por exemplo, ou por erosão do sopé da margem.
Outros fatores devem ser levados em consideração na evolução dos bancos. A mata ciliar pode ter um papel estabilizador graças ao sistema de raízes das plantas ou, pelo contrário, pode reforçar a erosão aumentando a turbulência. Árvores com sistemas de raízes rasas podem ser arrancadas e carregar parte da margem em sua queda. Rio abaixo, as árvores carregadas pela corrente podem criar estreitos no leito do rio.
Finalmente, e em menor grau, a presença de roedores como castores ou nozes pode desestabilizar um banco.
O rio é um ambiente dinâmico em constante evolução. Os formulários do plano estão em constante evolução. Seja por erosão e deposição ou de forma mais abrupta, cortando um meandro ou mudando o leito após uma inundação, por exemplo.
Exemplo da evolução de um rio com antigos meandros, um corte de meandro e uma antiga planície de inundação.
Rio Negro, Argentina.
Evolução dos meandros.
Rios Yukon e Koyukuk, Alasca.
A hidrologia e a naturalidade de um curso de água podem ser alteradas por vários fatores, incluindo bombagem, barragens e caudais reservados, eclusas, alteração do regime de cheias, retiradas do leito, artificialização das margens, etc.
A remoção de materiais do leito de um curso de água leva a um rebaixamento da linha de água e uma erosão regressiva a montante. Se a captação for restrita, a erosão a montante e a deposição na cava podem eventualmente preencher a captação e o fluxo retornará aproximadamente ao equilíbrio inicial. A jusante, o curso de água deve compensar seu déficit de fluxo de sólidos após a deposição no poço. O fluxo escava o leito para ficar saturado de materiais. Existem, portanto, duas erosões: uma regressiva a montante e uma progressiva a jusante. A falta de materiais induz aumento do estresse nas margens e tendência a serpentear . As consequências da erosão podem ser a desestabilização de estruturas e deslizamentos de terra na costa.
Os reservatórios de água atuam como colonos. As velocidades de fluxo quase nulas permitem que os materiais sólidos assentem e gradualmente encham a barragem. A água liberada a jusante é liberada de qualquer carga sólida. Para saturar-se com materiais, o curso de água puxa o fluxo sólido necessário do leito. As barragens também reduzem a largura do leito menor, limitando a importância das inundações.
As soleiras dificultam o transporte de sólidos e em particular o empuxo. Se o transporte sólido for suficiente, o leito do rio a montante aumentará até o nível da crista da soleira menos alguns centímetros por causa da sucção criada pela queda d'água. A jusante, como acontece com as barragens, há erosão.
As soleiras em ângulo com o eixo do rio permitem baixar o nível da enchente na crista e, portanto, aumentar o calado. Portanto, têm menos impacto no transporte de sedimentos do que as soleiras perpendiculares ao eixo do rio.
Um desvio resulta em redução do fluxo e erosão. O desvio pode causar um rebaixamento da linha de água, bem como uma redução na largura do leito. Grandes desvios podem ter consequências nos ecossistemas a jusante devido à diminuição das quantidades de água.
Por recalibração entende-se o alargamento da seção de um rio. Muita recalibração corre o risco de causar uma mudança na inclinação e um desequilíbrio do curso de água. A maior capacidade de transporte reduz a frequência de transbordamentos e, conseqüentemente, aumenta as massas de água a jusante.
Pode ocorrer aquecimento do curso d'água devido ao aumento da superfície ensolarada. Bem como uma diminuição nas concentrações de oxigênio e um aumento na matéria em suspensão .
Aterros podem levar ao aumento do transporte de sólidos do curso de água. A contenção causa estreitamento da seção de fluxo e pode levar ao afundamento do leito. Ao sair do aterro, há formação de uma zona de depósito.
Groynes podem ser usados para o desenvolvimento de um rio, a fim de proteger as margens, criando áreas de água parada que irão se encher. A construção de esporões no leito de um rio também permite criar um canal de inundação. As orelhas concentram o fluxo de água em direção ao centro da cama.
Um congestionamento de gelo natural é uma acumulação natural, temporária ou não, de materiais trazidos pela água (excepcionalmente por um deslizamento de terra). Os congestionamentos de gelo podem alterar o leito do riacho, iniciando a formação de uma ilha ou meandro . Os congestionamentos de gelo podem causar transbordamentos na cama. Eles modificam localmente as condições de fluxo e podem atuar como um limite, causando retenção de água.