Estudio de movimientos de ladera en la cuenca del río Izbor mediante un SIG: contribución al conocimiento de la relación entre tectónica activa e inestabilidad de vertientes

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La zona de estudio corresponde a la cuenca del río Ízbor, situada en el borde SO de Sierra Nevada. Se localiza en la Zona Interna de la Cordillera Bética, donde afloran los complejos Alpujárride y Nevado-Filábride y depósitos neógenos y cuaternarios de carácter postorogénico. Esta zona se considera como un área tectónicamente activa debido al régimen de compresión N-S y extensión E-O. Los movimientos de ladera son muy frecuentes y producen numerosos daños en infraestructuras, terrenos cultivables, casas...etc.; sobre todo en épocas de lluvias intensas. Los riesgos naturales derivados de estos movimientos de ladera constituyen un claro ejemplo de asociación de factores geológicos, geomorfológicos y geotécnicos en zonas relativamente muy antropizadas. En este estudio se pretende cuantificar la actividad tectónica delimitando áreas con distintos grados de actividad, principalmente mediante el empleo de índices geomorfológicos de tectónica activa. El objetivo final consiste en incluir esta actividad tectónica, como un factor determinante más en la zonación de la susceptibilidad de los terrenos a los movimientos de ladera mediante un SIG.

Para abordar el estudio de la tectónica activa en esta zona se han analizado varios aspectos: topografía, morfometría, sismicidad, encajamiento de la red de drenaje, manifestaciones geomorfológicas recientes y deformaciones que afectan a materiales litológicos recientes.

En el análisis morfométrico y topográfico, se han aplicado 7 indicadores geomorfológicos: relación gradiente-longitud de cauce (SL), factor de asimetría de cuencas de drenaje (FA), factor de asimetría topográfico transversal (T), integral hipsométrico (IH), relación anchura/altura del valle (Vf), índice de forma de cuencas de drenaje (Bs), y sinuosidad del frente montañoso (Smf), todos ellos relacionados con el sistema fluvial y/o con frentes montañosos.

Para ello, se han analizado varias cuencas de drenaje (el número de cuencas depende del índice en cuestión) delimitadas en la zona de estudio. Se han utilizado perfiles longitudinales detallados, secciones de ríos, relación de formas de cuencas y frentes de montaña. La comparación entre el perfil teórico y el perfil actual de los ríos analizados muestra perfiles convexos hacia arriba y/o con tramos a diferentes pendientes en ríos tales como: Albuñuelas, Lanjarón, Tablate, Dúrcal; mientras que en otros, como el Anciano (SO del Padul), muestran una convexidad menos marcada de sus perfiles.

Los valores calculados del índice SL oscilan entre 5 y 5000 y su distribución en los distintos ríos y barrancos de la zona se ve interrumpida, frecuentemente, por cambios bruscos atribuibles a cambios litológicos y/o estructuras tectónicas. El valor más alto se encuentra al SE de la zona (norte de Lanjarón). La discriminación de la influencia ejercida por la resistencia de los materiales atravesados por los cauces analizados muestra la presencia de anomalías no atribuibles a cambios biológicos. Estas anomalías se encuentran sobre todo en los bordes SO de Sierra Nevada y norte de Sierra de los Guájares, coincidiendo con fallas de borde en los alrededores de las líneas de frentes de montaña, mientras que en el borde norte de la Sierra de Albuñuelas, los valores de SL son relativamente bajos y no se observan valores anómalos de consideración y casi siempre se explican por el cambio litològico.

El índice FA se ha aplicado a 43 cuencas de drenaje. Los valores obtenidos y su discriminación por el factor litològico indican la presencia de una importante asimetría ( | FA-50 | >15) debida a inclinaciones tectónicas en algunas cuencas (Torres, la Cruz, Cabezuelas, Las Arenas, Zaza, Salado, Tablate, Torrente, Dúrcal, los Lobos, Peña Horada y la Raja).

Los valores determinados del índice T (176 vectores) muestran la presencia de posibles inclinaciones o basculamientos del terreno en varias direcciones mediante la migración preferencial de los cauces de las cuencas analizadas, siendo la dirección dominante la del N-NO con diferentes magnitudes según las cuencas consideradas y las condiciones biológicas de éstas. El análisis hipsométrico nos ha permitido agrupar las cuencas analizadas en 3 clases según la forma de su curva hipsométrica y el valor de su integral.

La clase 1 se caracteriza por ima curva hipsométrica convexa hacia arriba y recta en el tramo alto, con valores de IH comprendidos entre 0,4 y 0,6, o bien la curva tiene una forma cóncava en todo el perfil, con valores de IH inferiores a 0,3. Esta clase se interpreta por la ausencia de fallas activas y, por lo tanto, una estabilidad relativa del nivel base local (cuencas del borde de la Sierra de Albuñuelas y algunas de la Sierra de los Guájares).

La clase 2 se caracteriza por una curva convexa en la parte alta e IH superior a 0,6 ó entre 0,3 y 0,4. Se trata bien de cuencas sin procesos de denudación (IH superior a 0,6) ó bien de casos en los que se atraviesan frentes de fallas relativamente recientes, en los que los procesos de erosión-depósito están presentes (por ejemplo las cuencas Almeiza, cortijo de la Guindalera y el Baño).

Por último, las cuencas de la clase 3, con formas sigmoidales de la curva hipsométrica o convexa en su parte de abajo y valores de IH superiores a 0,4. Esta clase muestra un relieve afectado por fallas activas que producen bloques elevados y otros subsidentes acentuando el proceso erosivo pero con continua generación de relieve (cuencas del borde SO de Sierra Nevada). El índice Vf, calculado entre 0,5 y 1 Km aguas arriba de los frentes montañosos en los principales valles que atraviesan estos frentes, muestra valores que varían entre 0,039 y 11,43. El valor promedio de Vf es de 0,39 en el borde de Sierra Nevada, 0,46 en el borde norte de los Guájares, 0,54 en el borde sur de la Sierra de Albuñuelas y 3,92 en el borde norte de esta última.

Los valores del índice Bs, calculados en 42 cuencas, oscilan entre 1,2 y 5,8. Se aprecia la presencia de valores altos (cuencas muy elongadas) en el borde de Sierra Nevada indicando una actividad tectónica muy importante, mientras que en el resto de las áreas los valores son medios o bajos (cuencas con formas circulares).

Los valores de Smf, calculados en los frentes montañosos diferenciados en el borde de Sierra Nevada, son muy próximos a 1 (actividad tectónica reciente). Los calculados en los frentes de Sierra de los Guájares muestran un ligero aumento; mientras que los correspondientes a los frentes N y NE de la Sierra de Albuñuelas son relativamente altos.

La integración de todos los datos obtenidos nos ha permitido delimitar áreas con diferentes grados de tectónica activa:

Borde de Sierra Nevada (dominado por la clase muy alta),

Norte de Sierra de los Guájares (alta),

Sur de la Sierra de Albuñuelas (alta - moderada)

y el norte de la Sierra de Albuñuelas (baja).

El cálculo de las velocidades de encajamiento de algunos ríos, basado en la posición y la edad de los travertinos, ofrece valores mínimos entre 0,1 y 6 m/ka. La evaluación de los valores isotópicos de 513C y 5180 de las muestras de travertinos y su comparación con la temperatura y valores isotópicos (5180; S,3C en DIC) de las aguas actuales de las fuentes y barrancos cercanos a los depósitos travertínicos ofrecen datos paleoclimáticos y paleoambientales utilizados para contrastar las edades absolutas obtenidas de la datación de las series Th/U. Los resultados obtenidos sugieren que los depósitos de travertino se han formado rápidamente en un corto plazo de tiempo durante los periodos interglaciares con temperaturas un poco más cálidas que las actuales. Se observa un decrecimiento norte-sur en la velocidad de encajamiento de la red de drenaje. Las velocidades son rápidas en la parte norte de la zona de estudio a lo largo del flanco suroccidental de Sierra Nevada, donde el proceso del levantamiento del relieve es activo. Mientras que estas velocidades son más lentas en la parte sur de la zona de estudio, cerca del nivel base de la costa mediterránea.

La distribución de la sismicidad a escala regional en esta zona es superficial (alrededor de 12 km de profundidad media) y muestra una estrecha relación con las fallas principales. Sin embargo, a escala de detalle esta distribución no es tan clara, aunque los terremotos registrados últimamente en esta zona y el estudio de mecanismos focales (por otros autores) barajan la hipótesis de la implicación de las fallas del borde SO de Sierra Nevada en estos sismos, en particular la falla de Padul-Nigüelas.

El análisis de evidencias de tectónica activa en el campo muestra la presencia de:

Formas tectónicas relacionadas con fallas activas (aspecto rectilíneo de frentes montañosos, escarpes de fallas afectando a materiales recientes, deformación de depósitos de conos, facetas triangulares y depresiones subsidentes), anomalías geomorfológicas ligadas a depósitos aluviales en el pie de los frentes montañosos (variación en la pendiente de los conos, diferentes generaciones de conos separados por depósitos de caliches y movimientos de masa), anomalías geomorfológicas en la red de drenaje (valles colgados o encajados) y anomalías geomorfológicas ligadas a las formas de erosión (arrasamiento del relieve).

Con el objetivo de elaborar el mapa de susceptibilidad de los terrenos a los movimientos de ladera se han seleccionado varios factores determinantes mediante el análisis cuantitativo del medio físico y otros factores de la zona con la ayuda de diversas herramientas de un SIG (SPANS 7). Los principales resultados obtenidos en relación con estos factores han sido los siguientes: la altitud media ponderada es de 1198 m, con un valor máximo de 3186 m y cota mínima de 185 m. La inclinación media ponderada es de 17° y la clase dominante es la 15-25°. Aunque no predomina una orientación de forma clara, destacan ligeramente los rangos de exposición Sur, Sur-Oeste y Oeste. El Coeficiente de Iluminación tiene una distribución normal con valores medios próximos al 50%. Las formas convexas predominan ligeramente sobre los cóncavas. Los radios de curvatura inferiores a 1000 m son más frecuentes que las superiores a 1000 m. El mapa de formas del terreno muestra el predominio de “montañas y colinas altas” que representan el 58,5% del área total. La agrupación de las formaciones geológicas cartografiadas en varios complejos litológicos muestra que “las dolomías, calizas y mármoles” presentan la frecuencia más alta con el 42,6%. Los materiales litológicos con más frecuencia de movimientos de ladera son los “limos, arenas y margas” que según la clasificación ingenieril de suelos son limos de baja plasticidad. “Neógeno y Cuaternario” y el manto de la “Herradura- Trevenque” son las unidades tectónicas más predominantes con el 28% y 42,2% del área total respectivamente. La precipitación media anual oscila principalmente entre 400 y 700 mm, mientras que la precipitación máxima en 24 horas, en la mayor parte del área, de 100 a 150 mm. Para ver el grado de correlación entre los diferentes factores analizados se ha procedido al análisis cruzado entre éstos. Algunos de estos factores se relacionan entre sí, sobre todo la altitud, la precipitación media, las unidades tectónicas y la litología. También, las pendientes, las formas del terreno y la iluminación presentan una correlación considerable entre ellos.

La dinámica de las vertientes constituye uno de los principales procesos activos en la cuenca estudiada con notable repercusión desde el punto de vista del riesgo geológico. Esta zona muestra una variada tipología de movimientos de ladera (deslizamientos, flujos de tierra y solifluxión, desprendimientos, corrientes de derrubios y movimientos complejos). Se presenta un inventario de 980 movimientos de ladera realizado sobre el terreno y digitalizado para su análisis en un Sistema de Información Geográfica. De estos movimientos, 71 corresponden a movimientos complejos, 157 a flujos de tierra y solifluxión, 198 son deslizamientos, 323 son comentes de derrubios y 231 son desprendimientos. En los movimientos complejos se han observado diferentes combinaciones de movimientos: desprendimiento-corriente de derrubio, desprendimiento-deslizamiento y deslizamiento-flujo. La superficie afectada por movimientos de ladera ocupa el 7,37% de la superficie total y la mayoría corresponden a movimientos complejos (28,1%) que afectan, sobre todo, a las metapelitas alpujárrides y nevado filábrides y a los materiales neógenos del valle de Lecrín. Todos los movimientos de ladera presentan una actividad no permanente en donde el 67% tienen una actividad estacional. Los movimientos iniciados o incipientes representan el 42% de todos los movimientos de ladera de la zona. Se describe el inventario de movimientos de ladera según las unidades geomorfológicas estudiadas. Además, se presenta un inventario de los daños registrados en el periodo de estudio (1994¬1999) sobre bienes e infraestructuras de la zona a causa de los movimientos de ladera.

Tras las lluvias caídas en Andalucía a finales de 1996 y principios de 1997, los movimientos de ladera en el entorno de Albuñuelas han causado daños severos al menos en 22 viviendas, 100 fincas, arrastrando tierra cultivable y árboles y produciendo el corte del suministro de agua potable en el entorno urbano. Otros problemas son los numerosos cortes de la carretera que da acceso al pueblo desde Granada pasando por Cozvíjar.

El análisis cruzado entre los parámetros antes mencionados (litológicos, climáticos, morfométricos y geomorfológicos) y los movimientos de ladera, nos han permitido determinar los factores que mejor explican la distribución espacial de los movimientos de ladera en esta zona y que deberían tenerse en cuenta para la previsión espacial de estos movimientos. El grado de correlación entre los factores determinantes y los movimientos de ladera se ha valorado mediante un análisis estadístico de los datos de las tablas cruzadas utilizando los coeficientes: Contingencia, Goodman-Kruskal y Kolmogorov-Smimov. Según este análisis los movimientos de ladera en esta zona se asocian a diferentes parámetros según la tipología considerada. Para los deslizamientos, los factores más determinantes son la intensidad de lluvia (> 150 mm/24 horas), litología (“derrubios”, “filitas y cuarcitas” y “micasquistos y cuarzo-esquistos”) y las formas del terreno (“montañas y colinas altas” y “terrenos con relieve fuerte”). Para los flujos de tierra y solifluxión: litología (“derrubios, “limos, arenas y margas”, limos, arenas y conglomerados” y “filitas y cuarcitas”), la altitud (400-800 m), unidades tectónicas (“Neógeno- Cuatemario” y “manto de Lujar”) e intensidad de lluvia (> 200 mm/ 24 horas). Para las corrientes de derrubios: unidades tectónicas (manto de la Herradura), la altitud (1200-1600 m), litología (“derrubios” y “calizas, dolomías y mármoles”), la curvatura vertical (cóncava con radio de curvatura < 550 m) y formas del terreno (“montañas con colinas altas” y “terrenos con fuerte relieve”). Para los desprendimientos: pendientes (>35°), litologia (“conglomerados y margas”) e intensidad de lluvia (>150 mm/24 horas). Para los movimientos complejos: la altitud (200-600 m), formas del terreno (“montañas con colinas altas”), litología (“derrubios”, “travertinos” y “filitas y cuarcitas”), intensidad de lluvia (150-200 mm) y litología (“derrubios”, “travertinos” y “filitas y cuarcitas”) y finalmente, para el conjunto de los movimientos: formas del terreno (“montañas con colinas altas” y “terrenos con fuerte relieve”) e intensidad de lluvia (>150 mm/24 horas).

La observación del registro histórico de fenómenos catastróficos (relativos a movimientos de ladera y terremotos) en la Depresión de Granada muestra que estos se distribuyen frecuentemente en su límite y algunas de estas zonas catastróficas se encuentran dentro del área de estudio. En este trabajo se realiza un análisis mediante la tabulación cruzada de distribución de movimientos de ladera en función de los datos de índices geomorfológicos de tectónica activa. El análisis del conjunto de índices muestra una correlación considerable entre la distribución de movimientos de ladera y las diferentes clases de actividad tectónica excepto en el caso de flujos de tierra y corrientes de derrubios donde esta correlación se altera entre la clase de alta y de muy alta actividad tectónica. Según el análisis de SL en los perfiles de las cuencas con mayor frecuencia de movimientos de ladera, la inestabilidad se distribuye alrededor de las anomalías de SL que corresponden a estructuras tectónicas activas, excepto en el caso de las corrientes de derrubios que se distribuyen alejadas de las anomalías, aguas arriba en la parte media alta de los perfiles. En cuanto a los movimientos complejos y a los desprendimientos, la distribución se muestra principalmente en el bloque levantado (donde hay mayores pendientes y extensión). Para los flujos y deslizamientos la distribución se muestra justamente en la banda donde se sitúan las estructuras activas o en el bloque hundido (ya que se trata de movimientos en su mayoría superficiales y de reducido tamaño). El análisis de inestabilidad de vertientes en función del índice FA muestra una correlación baja. Esto se explica por el hecho que los valores de este índice traducen un proceso de inclinación de bloques que genera principalmente altas pendientes que no se consideran condicionantes en el caso de los flujos de tierra. El análisis de la distribución de movimientos de ladera a lo largo de la curva hipsométrica de cuencas con mayor inestabilidad muestra que los movimientos complejos y los deslizamientos se distribuyen principalmente en la parte cóncava (hacia arriba) explicada por una destrucción activa de relieve. Los desprendimientos se presentan en todo el perfil de la curva hipsométrica que se muestra recta ya que con estos tipos de movimientos la destrucción de relieve es mínima o continua a lo largo de todo el perfil. Con los índices Vf, Bs y Smf el análisis cruzado entre estos y los movimientos de ladera muestra una correlación positiva explicada en gran parte por el proceso de encajamiento de los barrancos reflejado por estos índices. Cuando estos barrancos se encajan en materiales menos resistentes la inestabilidad genera movimientos, sobre todo de tipo deslizamientos y movimientos complejos (deslizamientos-flujos), mientras que cuando atraviesan materiales resistentes los movimientos resultantes son de tipo desprendimientos o corrientes de derrubios. El análisis en conjunto de los índices muestra que los movimientos de ladera apenas superan el 4 % en la clases de baja actividad tectónica, mientras que más del 80% están repartidos entre las clases de alta y muy alta actividad tectónica. En el caso de las corrientes de derrubios, la clase moderada también presenta una frecuencia considerable de movimientos de ladera. La baja correlación de las corrientes de derrubios con la actividad tectónica se explica por el estricto control litològico y climático sobre este tipo de movimientos, al menos en esta zona. El carácter de la acción de actividad tectónica sobre el terreno, en cuanto a la generación de altas pendientes, hace que la correlación con los flujos de tierra sea algo menor respecto al resto de los movimientos de ladera ya que, este tipo se genera también en terrenos con pendientes menores. Según los parámetros estadísticos que se han calculado para cuantificar el grado de correlación entre los movimientos de ladera y las clases de tectónica activa, los deslizamientos y los movimientos complejos presentan mayores valores (G-K > 0,6) mientras que los corrientes de derrubios y los flujos tienen relativamente los coeficientes más bajos.

El análisis de la distribución de los movimientos de ladera respecto a algunas zonas con evidencias de tectónica activa en el terreno nos ha permitido confirmar las conclusiones de los indicadores geomorfológicos de actividad tectónica en estas zonas (falla de Micena, río Torrente, falla Padul-Dúrcal, el SE de Lanjarón, norte del embalse de Béznar, zona de Albuñuelas...etc). En algunos puntos de la falla de Padul-Nigüelas, los conos de deyección cuaternarios están afectados por movimientos de ladera debido a los arrastres ejercidos por el levantamiento tectónico, evidenciado por el cambio de buzamiento que presenta esta falla en los alrededores de las zonas inestables. La frecuencia alta de corrientes de derrubios en los materiales alpujárides en el borde de Sierra Nevada donde son frecuentes las evidencias de actividad tectónica contrasta con la ausencia de estos tipos de movimientos en los mismos materiales en la Sierra de Albuñuelas, donde no se evidencia la actividad tectónica. Tampoco los observamos con frecuencia en los micasquistos y cuarcitas del borde de Sierra Nevada. Esto nos indica que no sólo la actividad tectónica, tiene el mayor control en estos tipos de movimientos de ladera, sino también la litología. En el borde de Sierra Nevada, los deslizamientos y movimientos complejos se distribuyen principalmente en el contacto entre el Alpujárride y el Nevado-Filábride donde las evidencias geomorfológicas (encajamiento del río Torrente, terrazas colgadas, inclinación contra-pendiente de depósitos de conos de deyección,..etc,) muestra una actividad tectónica reciente. Las fallas activas se relacionan con la inestabilidad de vertientes directamente, mediante la modificación de las condiciones de estabilidad (inclinación de bloques) o indirectamente, mediante las ondas sísmicas producidas en los epicentros sísmicos a distintas profundidades en la superficie de estas fallas, provocando sacudidas sísmicas que, según la magnitud, pueden desencadenar movimientos de ladera como en el caso de numerosos pueblos de la Depresión de Granada entre ellos el de Albuñuelas.

La combinación de varios factores determinantes de inestabilidad de laderas seleccionados, previo análisis según el grado de correlación con los distintos tipos de movimientos, nos ha permitido elaborar un mapa de susceptibilidad de los terrenos a los movimientos de ladera, para cada tipología y para el conjunto de todas ellas mediante el método de la matriz en un SIG. Los mapas obtenidos son poco conservadores, ya que la extensión de las zonas de baja y muy baja susceptibilidad de los terrenos a los movimientos de ladera es grande y por lo tanto no tienden a exagerar la amplitud de las zonas de mayor susceptibilidad (por tipología, en todos los casos más del 78 % de los terrenos son de clase “muy baja” susceptibilidad).

Las zonas donde predominan las clases de “alta y “muy alta” susceptibilidad son: para los deslizamientos: parte alta del río Dúrcal, zona opuesta al pueblo de Conchar, margen izquierda del río Torrente al NE de Nigüelas, cuenca del río Tablate, río Albuñuelas a la altura del barranco de la cruz y en algunos puntos de la cuenca de Zaza. Para los flujos: alrededores del pueblo de Lanjarón, parte baja de la cuenca de la Cantina, parte baja de la cuneca de Zaza y el lado derecho de la parte baja del río ízbor. Para las corrientes de derrubios: zona del cerro del Manar, cerro de la Silleta y las partes altas de las cuencas del río Albuñuelas y Zaza. Para los desprendimientos: alto del río Dúrcal y Torrente, sur del pueblo de Lanjarón, parte media-alta del río Lanjarón, alto del barranco de Zaza y en el barranco de la Calabacilla. Para los movimientos complejos: río Dúrcal, barrancos de la Rambla, Pleito y Tablate, zona de Loma de las Vacas y parte baja del barranco de Zaza y lado derecho del río Ízbor.

Para comprobar la coherencia del método utilizado, los mapas de susceptibilidad de los terrenos a los movimientos de ladera obtenidos han sido calibrados mediante los inventarios de zonas de ruptura de movimientos con los que se han elaborado dichos mapas. En todos los casos, el coeficiente G-K supera el 0,8 y según los grados de ajuste calculados a partir de la tabla cruzada entre los movimientos de ladera y los mapas de susceptibilidad correspondientes, la mayoría de los movimientos quedan englobados (> 70 %) en los niveles superiores de susceptibilidad (clases alta y muy alta), mientras que en los niveles inferiores (clases baja y muy baja) el porcentaje de movimientos de ladera es claramente minoritario (< 9 %). Además, los mapas de susceptibilidad obtenidos se han validado mediante la comprobación con un inventario de movimientos de ladera más reciente que no se ha utilizado para elaborar el mapa de susceptibilidad, con el objetivo de comprobar la capacidad previsora de estos mapas. Se obtienen coeficientes de correlación altos (G-K superiores a 0,7) y los grados de ajuste superiores al 68 % para los niveles de susceptibilidad altos y muy altos e inferiores al 7 % para los niveles bajos y muy bajos. Estos datos muestran la bondad del método y de los mapas obtenidos.