Las ciudades son formas urbanas que siguen patrones de crecimiento que no son tan aleatorios, ni desordenados como se creería. Las ciudades se pueden modelar esencialmente como una red formada por links (calles) que se estructuran preferentemente en forma de cuadricula. Estos links tienen distintas longitudes, anchos y niveles de urbanizacion, es decir, algunas están pavimentadas y otras permanecen en estado de ruralidad. Lo interesante de estas redes es que el motor que mueve su crecimiento conduce a la formación de estructuras que siguen patrones de fractalidad, esto es, su geometría puede ser descrita usando conceptos basados en la auto-similaridad o auto-afinidad de sistemas y en consecuencia, es posible además estimar una dimensión fractal que los caracterize. En este último año hemos trabajado en la geometría de ciudades chilenas, pequeñas y grandes, extrayendo la red vial de cada una de ellas, su área, perímetro y mediante técnicas de morfometría muy conocidas, se ha logrado calcular la dimensión fractal unidimensional.
Hasta ahora se ha acumulado evidencia suficiente que permite pensar en la posibilidad de extraer informaciones más profundas sobre la geomorfología de cuencas a partir de la aplicación de la teoría fractal. Varias memorias conducidas en la EIC, con la colaboración de otros académicos (e.g., Instituto de Geografía PUCV). han ayudado a determinar propiedades fractales de redes fluviales de Chile. Se ha medido que la dimensión fractal toma un valor promedio D=1.5 de acuerdo al método de Mandelbrot y D=1.7 usando formulaciones basadas en criterios de Horton.
Curiosamente, los parámetros de Horton exhiben patrones de ordenamiento bien claros en mediciones realizadas en cuencas chilenas. Este resultado resulta inesperado, considerando la variabilidad de condiciones climáticas, litológicas, de uso del suelo y morfológicas de una cuenca a otra. Estos resultados fueron objeto de varias publicaciones en revistas indexadas estos últimos años.
La dimensión fractal ha sido medida hasta ahora usando la técnica de box-counting, ocupando para ello el software Fractalyse. Este software es de libre uso y fue desarrollado por la Université Franche-Compté en Francia, por el grupo liderado por el Prof. Pierre Frankhauser que ha realizado varias publicaciones sobre fractales aplicado a redes urbanas. Lo atractivo de este método es que permite determinar la dimensión fractal de sistemas complejos a partir de análisis de fotografías en escala binaria. En un artículo demostramos que esta dimensión sigue rangos diferenciados por el origen geográficos de la red fluvial y por su tamaño, siguiendo relaciones empíricas que son bien precisas.
La simulación computacional es una herramienta que tambien muestra interesantes aplicaciones en el campo de la morfología fluvial. Una reciente tesis de pregrado aplicó un algoritmo de Inaoka and Takayasu para generar una red de drenaje fluvial en un cuadrante de NxN puntos, aplicando conceptos muy sencillos de erosión hidrodinámica. Algunos ejemplos de las redes obtenidas se pueden ver en las figuras. Sin embargo, este trabajo aun se encuentra en "pañales" y se necesita profundizar acerca de como construir mejor estas redes y analizar que factores son los más críticos en la morfología final de una red de drenaje. En particular, nos gustaría entender en el futuro los efectos de precipitaciones no uniformes sobre el territorio, efectos de pendiente del plano topográfico o efectos de porosidad, con los cuales integrar efectos del suelo sobre la propagación de drenes.
El estudio de propiedades fractales sobre cuencas y hoyas hidrograficas distribuidas alrededor del mundo es un topico que ha adquirido mucho interés en las ultimas décadas principalmente desde el punto de vista geomorfologico. Cael & Seekell (2016) analizaron una extensa base de datos lacustres alrededor del mundo encontrando que la relación área-perímetro de estos cuerpos se distribuye siguiendo una ley de potencia, con un exponente constante sugiriendo un comportamiento fractal. Estos resultados han sido re-explorados analizando la superficie de lagos chilenos distribuidos a lo largo del país, encontrando que la dimensión fractal de estos cuerpos D~1.16 cercana al valor D~1.24 reportado usualmente en la literatura, demostrando que existen al parecer patrones comunes en la distribución espacial de estos cuerpos en el mundo.
Dos memorias de pregrado midieron lagos de la zona sur-austral de Chile apoyadas en tratamiento de imágenes. En estas zonas se ubican lagos muy pequeños y de difícil identificación visual, lo que amerita la medición mediante otro tipo de tratamientos que esperan obtener una mejor representación de la innumerable cantidad de cuerpos lacustres presentes en el sur de Chile. En el otro trabajo, se están caracterizando grandes lagos de Chile y Sudamérica pero relacionando sus propiedades básicas de área y perímetro con otras dimensiones geométricas. Se buscar relacionar dichas características geométricas con las propiedades fractales de estos sistemas y conocer mejor la morfometría de lagos chilenos. Actualmente nuestro equipo de trabajo es el único en el país que está abordando este tema.
Una forma de caracterizar la estabilidad de un curso de agua es a través de su índice de sinuosidad. Estudios recientes han revelado que la distribución espacial de la sinuosidad de un río parece seguir un comportamiento fractal, es decir, independientemente de la escala a la cual observamos dicho curso de agua, la sinuosidad del tramo tiende a ser relativamente constante. Esta observación puede ser caracterizada asociando una dimensión fractal al comportamiento de esta variable, trabajo que está siendo conducido por el alumno H. Madrid midiendo propiedades métricas en 4 grandes ríos chilenos. Mediante tratamiento de imágenes, se individualizan los ríos, se mide su longitud, su sinuosidad por tramos, su elevación para distintas escalas de observación. De este trabajo espera obtenerse la dimensión fractal asociada a la sinuosidad de ríos chilenos y relacionarla con la dimensión fractal de redes de drenaje más complejas.