Agradación fluvial en la llanura deltaica de Haslital (Alpes Suizos). Análisis de facies sedimentarias y modelización cronoestratigráfica

Abstract

El delta de Haslital (12 km de largo, 1 km de ancho), en los Alpes Berneses, ha progradado en el lago Brienz tras la retirada progresiva del glaciar Aare después del Último Máximo Glacial. Los deltas formados en cubetas de sobreexcavación glaciar pleistocenas constituyen cuencas sedimentarias de gran efectividad. El estudio de los registros sedimentarios en estas formaciones, así como la reconstrucción del proceso de agradación aluvial, proporcionan información sobre la dinámica fluvial, y los cambios ambientales y antropoinducidos ocurridos en las cuencas hidrográficas alpinas.

Se reconstruye la litoestratigrafía de la llanura deltaica mediante cuatro secciones transversales a la dirección general del delta, formadas cada una de ellas por más de 25 sondeos someros (2 m de profundidad) y dos sondeos profundos (profundidad variable, hasta 9 m). El modelo cronológico de las secciones se calcula por medio de dataciones AMS 14C, en combinación con datos históricos de paleoinundaciones y migración de los canales (Schulte et al., 2015), lo que permite establecer una interpretación cronoestratigráfica precisa de la dinámica aluvial más moderna. La identificación de diferentes facies sedimentarias propias de la arquitectura fluvial aporta información sobre los cambios en los procesos de acreción vertical y lateral (Houben, 2007). La localización y geometría de facies sepultadas de canal-levée (unidades de gravas y arenas gruesas) muestran la posición del lecho del Aare en la llanura de inundación. Los resultados indican una notable movilidad del lecho (siguiendo un patrón oscilatorio) durante el Holoceno Tardío. Asimismo, facies de depósitos finos, con alto contenido de materia orgánica, y niveles turbosos denotan la existencia de áreas estables, en las que las inundaciones presentan una baja incidencia.

Se analiza la textura (por difracción láser), la geoquímica (por fluorescencia de rayos X), y el contenido de carbono orgánico (método LOI) de las facies sedimentarias, que corresponden a los diferentes ambientes deposicionales internos de la llanura aluvial: depósitos de canal, de levée y crevasse splay, de overbank (e.g. Hoffmann, 2006; Houben, 2007; Erkens, 2009), y de depresión interdistributaria (Schulte et al., 2009), con el fin de establecer las propiedades físico-químicas distintivas de cada uno de ellos. Los resultados sugieren una vinculación entre el carácter textural y geoquímico de las distintas unidades, cuya estructura está definida por la clasificación granulométrica, la litología de las áreas fuente y los procesos postsedimentarios (Schulte et al., 2015). Una vez caracterizados los ambientes deposicionales, se estudian las tasas de agradación y el nivel de representatividad (cuantificación volumétrica) de cada uno de ellos en el conjunto de la llanura de inundación, con el fin de determinar la variabilidad espacial del proceso de agradación. La reconstrucción de alta resolución de la disposición de las facies permite expresar los resultados en términos de masa de material almacenado, por medio de la aplicación de coeficientes de densidad aparente (Brown et al., 2009). La tasa de agradación desciende longitudinalmente desde al ápice hacia el sector distal de la llanura deltaica; e indica también un descenso proporcional a la distancia del canal, que revela la mayor o menor interconexión de los ambientes deposicionales con los eventos de inundación. Ambos resultados apuntan a un crecimiento asimétrico de la llanura de inundación.

Finalmente, se ha realizado un modelo 3D en SIG para calcular el volumen de material fluvial almacenado según ventanas temporales de 300 años, y detectar así las posibles tendencias temporales en la agradación de la llanura aluvial. Los resultados del modelo se analizan en relación a los factores externos que controlan el proceso de sedimentación en el delta de Hasli. Las pulsaciones de agradación muestran su vinculación a forzamientos climáticos (variabilidad de baja frecuencia) y/o antrópicos (cambios en los usos del suelo, acciones de gestión hidráulica), y la reorganización interna local del sistema.

Desde el punto de vista metodológico, se considera que el enfoque, basado en la modelización cronoestratigráfica de facies sedimentarias, proporciona una explicación tanto de la componente espacial como de la componente temporal del proceso de acumulación fluvial en la llanura deltaica; y genera información válida para la gestión local de riesgos de inundación, en relación al problema de la agradación en llanuras de inundación y cursos fluviales.

The Hasli delta (12 km long, 1 km wide), located in the Bernese Alps, has prograded on Lake Brienz during the last 16000 years, after the retreat of the Aare glacier at the end of the last glaciation. The deltas formed in Pleistocene glacial overdeepened valleys constitute highly effective sediment sinks, thus the study of sedimentary records in these formations, as well as the reconstruction of alluvial aggradation processes, provide information on river dynamics and environmental or human induced changes in alpine watersheds.

This work performs a lithostratigraphycal reconstruction of the Hasli delta plain by analyzing four cross sections, wherein each is formed by more than 25 shallow boreholes (2 m deep) and two deep boreholes (variable depth up to 9 m). The chronological model of the cross sections is obtained by AMS 14C datings, together with information of paleofloods and channel migration compiled from historical sources (Schulte et al., 2015), which provides a precise chronostratigraphic interpretation of the most recent alluvial dynamics. The identification of different sedimentary facies associated with the fluvial architecture structures provides information on changes of vertical and lateral accretion processes (Houben, 2007). The location and geometry of buried channel-levee facies (gravel and coarse sand layers) indicate the past position of the Aare bed in the floodplain. Results show a significant mobility of the riverbed (following an oscillatory pattern) during the Late Holocene. Furthermore, fine sedimentary deposits and peat layers represent the existence of stable areas where floods have a low incidence.

The analysis of texture (laser diffraction), geochemistry (XRF core scanner) and organic carbon content (LOI) is performed in different sedimentary facies that correspond to the distintc depositional environments of the floodplain, such as: channel, levee and crevasse splay, overbank (e.g. Hoffmann, 2006; Houben, 2007; Erkens, 2009), and interdistributary depressions (Schulte et al., 2009). This analysis allows the characterization of the physical and chemical properties of each facies. The results suggest a link between textural and geochemical properties of the different units, whose structure is defined by grain size sorting, lithology of source areas, and post sedimentary processes (Schulte et al., 2015). Once the depositional environments properties are established, their aggradation rates are analyzed, and a volumetric quantification is performed, in order to determine the spatial variability of the aggradation process derived from the different units. The high resolution reconstruction of the facies architecture also allows to estimate the stored material mass, by considering the bulk density coefficients of each unit (Brown et al., 2009). The analysis of aggradation rates shows a longitudinal decrease from the apex towards the distal section of the delta plain; and also indicates a proportional reduction with distance to the channel, which is related to the interconnection degree of depositional environments with flood events. Both results point to an asymmetrical growth of the floodplain.

Finally, a GIS 3D model is executed in order to calculate the fluvial sediment storage, which is subdivided in 300-year time slices, thus contributing to identify temporal trends in floodplain aggradation. The results are analyzed in relation to external factors controlling sedimentation processes in the Haslital delta, and show the influence of climate and/or anthropogenic changes (land-use changes, hydraulic management), as well as the local internal system settings.

From a methodological point of view, it is considered that the facies-based approach implemented in this work, based on the chronostratigraphical modeling of sedimentary units, provides an explanation of both the spatial and temporal components of delta plain sedimentary accumulation; and provides valid information for local flood risk management, concerning the problem of floodplain (and fluvial systems) aggradation