Rosario Florín⁽¹⁾, Bruno Mazzorana^(1),(2)*, Ivan Rojas⁽³⁾, Pablo Iribarren⁽²⁾;

(1) Universidad Austral de Chile, Facultad de Ciencias, Laboratorio de Procesos Superficiales, Valdivia 5090000, Chile.
(2) Universidad Austral de Chile, Facultad de Ciencias, Instituto de Ciencias de la Tierra, Valdivia 5090000, Chile.
(3) Universidad Austral de Chile, Facultad de Ciencias Forestales, Escuela de Gradados, Valdivia 5090000, Chile.
*Corresponding author: Bruno Mazzorana – tel: 0056966515334;
email: bruno.mazzorana@uach.cl; address: Campus Isla 9 Teja, Edificio Pugin, office 339, 5090000, Valdivia, Chile

Resumen:

Los abanicos aluviales constituyen entornos atractivos para el desarrollo de asentamientos humanos en zonas montañosas, no obstante, su evolución dinámica conlleva un importante riesgo para la población e infraestructura aledaña. En las últimas décadas ha habido un notable desarrollo en el estudio de estas formas de terreno desde un enfoque experimental, sin embargo, existen limitaciones fundamentales al aplicar los principios del escalamiento clásico para representar estos sistemas. Por lo tanto, es necesario evaluar cuán capaces son los modelos de capturar la dinámica de los paisajes naturales y avanzar hacia una comprensión cuantitativa sobre la efectividad y límites de la independencia de escala natural en la morfodinámica. Para ello realizamos una serie de lanzamientos experimentales con flujos cargados de sedimentos en un modelo físico de abanico aluvial replicado en dos escalas diferentes (1:1 y 3:4). Las áreas de exposición asociadas a cada experimento se cuantificaron y mapearon en SIG. Luego, para evaluar el grado de similitud estadística de los patrones al variar la escala del modelo se generaron mapas de probabilidad de exposición, análisis estadístico descriptivo e inferencial de los porcentajes de exposición y análisis estadístico espacial de la distribución de la probabilidad de exposición. Los resultados obtenidos evidenciaron variaciones estadísticas significativas en la dinámica distributiva de ambos modelos, reflejando una disimilitud en la cinemática de los procesos que ocurren en el abanico, lo cual lleva a concluir que, al menos para un modelo bajo condiciones de flujo no confinado similar al utilizado en este estudio, la independencia de escala no aplica totalmente. Esto implica que los modelos a escala reducida deben utilizarse con precaución, especialmente para el estudio de riesgos en abanicos reales, ya que la respuesta en términos estadísticos sobre la indicación del peligro presenta discrepancias significativas al variar la escala del modelo utilizado.

Palabras clave:

abanico aluvial, independencia de escala, modelos físicos, geomorfología experimental.

Abstract:

Alluvial fans constitute attractive environments for human settlements in mountainous areas, however, their dynamic evolution entails a significant risk to the surrounding population and infrastructure. In recent decades there has been a remarkable development in the study of these landforms from an experimental approach, nevertheless, there are fundamental limitations in applying the principles of classical dynamical scaling to represent these systems. Therefore, it is necessary to assess how capable models are of capturing the dynamics of natural landscapes and to advance towards a quantitative understanding of the effectiveness and limits of natural scale independence in morphodynamics. To this aim, we performed a series of experiments with sediment-laden flows on a physical model of alluvial fan replicated at two different scales (1:1 and 3:4). The exposed areas associated with each experiment were quantified and mapped in a GIS. Exposure probability maps, descriptive and inferential statistical analysis of exposure percentages, and spatial statistical analysis of the exposure probability distribution were then conducted to evaluate the degree of statistical similarity of the patterns as the scale of the model was varied. The results obtained showed significant statistical variations in the distributary dynamics of both models, reflecting a dissimilarity in the kinematics of the processes occurring in the fan, which leads to the conclusion that, at least for a model under unconfined flow conditions similar to the one used in this study, scale independence does not fully apply. This implies that small-scale models should be used with caution, especially for the study of hazards in real alluvial fans, since the response in statistical terms on the indication of the hazard presents significant discrepancies when varying the scale of the model used.

Key words:

alluvial fan, scale independence, physical modelling, geomorphological experiments.