Estudio multitemporal de la morfodinámica de la cuenca del río Andalién ante efectos del cambio del uso de la tierra y obras hidráulicas.

Abstract

En las últimas décadas, Chile, al igual que el resto del mundo, ha experimentado un impacto significativo como consecuencia del cambio climático. La interacción del calentamiento global y el crecimiento demográfico ha resultado en un aumento de las temperaturas y alteraciones en los patrones de precipitación, impulsados predominantemente por el fenómeno de El Niño-Oscilación del Sur (ENSO). La cuenca del río Andalién ubicada en la región del Biobío, se ha visto afectada por el efecto antrópico y por inundaciones causadas por eventos de precipitaciones extremas, el más importante ocurrido en julio del 2006. Por esto, surge la necesidad de investigar los ríos, utilizando nuevas herramientas computacionales y datos históricos, para así contribuir a la planificación y gestión de cauces. Este estudio tiene como objetivo evaluar las variaciones morfológicas y la evolución del río Andalién en respuesta a cambios en el uso del suelo e intervenciones antropogénicas. Para lograr este objetivo, se emplearon imágenes satelitales temporales del área de estudio, modelos de elevación digitales (datos LiDAR y TamDEM-X) e imágenes aéreas históricas (1945-2020). Estos conjuntos de datos, junto con la herramienta SIG - South River Toolbox (SRT) en QGIS, permiten la extracción de características geomorfológicas clave de un río, facilitando el análisis estático (aplicación del Marco Rivers Styles) y multitemporal de la geomorfología fluvial. Las características esenciales obtenidas del análisis estático abarcan el canal activo, la llanura aluvial, las unidades geomórficas (barras, islas y humedales), el confinamiento y la causa, la sinuosidad, la forma en planta, la pendiente, el área de captación y la potencia específica de la corriente. Además, podemos construir la envolvente del canal activo y su línea central a partir de imágenes del planeta de alta resolución y fotografías aéreas, para evaluar la dinámica natural de migración de los ríos. En este estudio, se desarrolló un método innovador para medir la migración en forma de planta y lo integramos en nuestra herramienta SRT como una característica SIG para el análisis dinámico del río. El análisis multitemporal ha revelado una alta migración lateral del río Andalien entre 1945 y 2020, con dos períodos importantes: (1) de 1945 a 1955, durante la expansión urbana de Concepción hacia el río, con una tasa máxima promedio anual de 17,9 m/ año; y (2) de 2010 a 2020, cuando la canalización y construcción de defensas fluviales promovió la expansión del área urbana hacia el fondo del valle. Esta nueva herramienta SIG abre nuevas perspectivas en el estudio de la dinámica fluvial para evaluar con precisión los cambios retrospectivos en la forma del río.

In recent decades, Chile, like the rest of the world, has experienced a significant impact as result of climate change. The interplay of global warming and population growth has resulted in the increase of temperatures and alterations in precipitation patterns, predominantly driven by the El Niño-Southern Oscillation (ENSO) phenomenon. The Andalien River basin located in the Biobío region, has been affected by the anthropic effect and by floods caused by extreme rainfall events, the most recent in July 2006. For this reason, the need arises to investigate the rivers, using new computational tools, in order to help the planning and management of watercourses. The Andalien River basin has been impacted by anthropogenic factors and flooding events resulting from extreme precipitation, with a notable incident occurring in July 2006. Hence, there arises a need to study the behavior of rivers combining novel computational tools and historical data to contribute to the planning and management of watercourses. This study aims to assess the morphological variations and evolution of the Andalien River in response to changes in land use and anthropogenic interventions. To achieve this objective, we employ temporal satellite imagery of the study area, digital elevation models (LiDAR & TamDEM-X data), and historical aerial images (1945-2020). These datasets, in conjunction with the GIS tool - South River Toolbox (SRT) in QGIS, enable the extraction of key geomorphological features of a river, facilitating both static and multi-temporal analysis of fluvial geomorphology. Essential features obtained from the static analysis encompass the active channel, floodplain, geomorphic units (bars, islands, and wetlands), confinement and its cause, sinuosity, planform, slope, catchment area, and specific stream power. Additionally, we can build the active channel's envelope and its centerline from high-resolution Planet images and aerial photographs, to assess the natural river migration dynamics. In this study, we developed an innovative method to measure planform migration and integrated it into our SRT tool as a GIS feature for river’s dynamic analysis. Multitemporal analysis has revealed a high lateral migration of the Andalien River between 1945 and 2020, with two important periods: (1) from 1945 to 1955, during the urban expansion of Concepcion towards the river, with a maximum average annual rate of 17.9 m/year; and (2) from 2010 to 2020, when the canalization and construction of river defenses promoted the expansion of the urban area into the valley bottom. This new GIS tool opens new perspectives in the study of the fluvial dynamics to accurately assess retrospective changes in river planform.