The effects of geomorphic controls on sediment yield in the Andean Rivers of Colombia

This paper examines sediment yield rates and its response to control variables in the principal rivers of Colombian draining into the Caribbean and Pacific coasts. Based on a multi-year dataset of sediment load from six rivers, including Mira, Patía, and San Juan on the Pacific margin, and Magdalena, Atrato, and Sinú, on the Caribbean basin, various morphometric, hydrologic, and climatic variables were estimated in order to understand and predict the variation in sediment yield. A multiple regression model, including two control variables, runoff and relief ratio (the ratio of the maximum height of the drainage basin and the basin length), explains 83% of the variance in sediment yield. This model is efficient (ME = 0.93) and is a valuable tool for predicting total sediment yield from Colombian rivers. These two selected estimators refer to the relative importance of the fluvial transport component in the sediment routing system. Thus, regional-scale variance of sediment yield in the Andean basins of Colombia seems to be explained by the combined influence of tectonics (relief) and surface runoff available for weathering and transport processes. In general, high sediment yielded rivers are high runoff systems with narrow alluvial plains (i.e. Pacific rivers), while low sediment yielded rivers like the Caribbean systems, contain large sections with not significant gradient in their longitudinal profiles. These sections coincide with large floodplains, which all provide sediment storage capacity within the catchments. When considering the three gauged Pacific rivers at their furthest downstream stations, the combined annual sediment load from these rivers into the Pacific Ocean is ~40 Mt yr-1. In contrast, the Magdalena, Atrato and Sinu rivers deliver ~173 Mt yr-1 into the Caribbean. Overall, Andean rivers of Colombia exhibit the highest sediment yields of all medium-large sized rivers of South America due to the interplay of (1) high rates of runoff (1,750-7,300 mm yr-1), (2) steep relief within catchments, (3) low values of discharge variability (Qmax-Qmin), and (4) episodic sediment delivery due to either geologic events or climatic anomalies.<br>En este estudio se analizan los factores físicos que controlan la producción de sedimentos de los principales ríos andinos de Colombia que drenan hacia las costas Pacífica y Caribe. Con base en datos multi-anuales de caudal y transporte de sedimentos en suspensión en las estaciones de aforo aguas debajo de los ríos San Juan, Patía y Mira, en la margen Pacífica, y Atrato, Sinú y Magdalena, en la cuenca Caribe, además del cálculo de variables hidrológicas, climáticas y morfométricas en cada cuenca de drenaje, se realizaron análisis de regresión potencial y multivariada. Los resultados indican que la escorrentía y el coeficiente de relieve (cociente entre la altura máxima y la longitud total de la cuenca), explican el 83% de la variabilidad regional en la producción de sedimentos. El modelo multivariado compuesto por estos dos estimadores es estadísticamente significativo al 95% de confiabilidad y presenta una eficiencia ME = 0,93. Por lo tanto, la varianza regional en la producción de sedimentos de los principales ríos andinos colombianos parece ser explicada por la interacción entre las condiciones tectónicas (relieve) y la cantidad de escorrentía disponible para los procesos del lavado de suelos y del transporte de sedimentos. En general, los ríos con altas tasas de producción (cuenca Pacífica) son sistemas caracterizados por altos valores de escorrentía y estrechos planos fluviales de inundación. En contraste, los ríos de la margen Caribe, con menores valores de producción de sedimentos, son ríos que tienen gran parte de su perfil topográfico sin gradientes significativos. Estas áreas coinciden con amplios planos de inundación para la captación de sedimentos. Al evaluar las descargas totales de sedimentos, los tres principales ríos de la margen Pacífica aportan al océano un total de ~40 Mt año-1. Los ríos del Caribe, incluyendo Magdalena, Atrato y Sinú, aportan al Mar Caribe ~173 Mt año-1. En conclusión, los ríos andinos de Colombia presentan las tasas más altas de producción de sedimentos de todos los ríos suramericanos que drenan hacia las márgenes Atlántica y Pacífica debido a la interacción de (1) altos niveles de escorrentía (1,750-7,300 mm año-1), (2) relieves pronunciados y reducidos planos de inundación en las cuencas de drenaje, (3) bajos valores de variabilidad de descarga (Qmax-Qmin) y (4) altos aportes de sedimentos durante eventos geológicos de alta energía y anomalías climáticas