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https://hdl.handle.net/20.500.12008/23345
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Title: | Avances para la estimación del transporte de sedimentos por fondo en cauces fluviales de Uruguay |
Authors: | Vilaseca, Federico |
Tutor: | Chreties, Christian |
Type: | Tesis de maestría |
Keywords: | Transporte de sedimentos, Hidráulica fluvial, Caudal formativo |
Issue Date: | 2019 |
Abstract: | El Uruguay cuenta, en su red hidrográfica, con gran cantidad de cauces
de tipo aluvial, cuyas características están determinadas por los procesos de
transporte de sedimentos que en ellos ocurren. En torno a los mismos se desarrolla
una variedad de actividades humanas, las cuales en muchas ocasiones
alteran la dinámica natural del transporte de sedimentos, derivando en problemas
ambientales de diferente magnitud. El abordaje de los mismos, a nivel
nacional, resulta difícil y poco habitual, debido a la falta de conocimiento que
existe sobre el tema y a la complejidad de los fenómenos involucrados. Para
esto se hace necesaria la generación de conocimiento propio sobre los procesos
sedimentológicos que ocurren en los cauces del país, y el desarrollo de herramientas
válidas que permitan estimar los volúmenes de material sólido que se
transportan anualmente en los mismos.
En ese marco se llevó a cabo el presente trabajo de tesis de maestría, titulado
"Avances para la estimación del transporte de sedimentos por fondo en
cauces fluviales de Uruguay", cuyo objetivo general fue el de realizar un avance
en la comprensión de los procesos de transporte de sedimento que se dan
en los cursos fluviales de Uruguay. Para ello se desarrolló, sobre la base del
conocimiento existente, una metodología de sencilla aplicación para la estimación del transporte sólido a escala anual en el río Santa Lucía, Uruguay. La
misma fue validada con mediciones en campo y permite realizar estimaciones
con bajo presupuesto, aprovechando la información hidro-meteorológica y de
caracterización de suelos disponible. La estrategia de investigación involucró 4
etapas fundamentales, las cuales se describen brevemente a continuación.
En primer lugar se llevó a cabo una revisión bibliográfica completa, que
permitió obtener conocimiento a nivel de estado del arte sobre el tema de
transporte de sedimentos en cauces aluviales. En particular, fueron abordados
los siguientes sub-temas: generalidades del transporte de sedimentos; características particulares del transporte por fondo; metodologías de medición en
campo de transporte por fondo; formulaciones teóricas de estimación del transporte por fondo; generalidades sobre la teoría del régimen y el caudal formativo
y métodos de cálculo del caudal formativo.
En segundo lugar se aplicaron diferentes metodologías de monitoreo en
campo del transporte de sedimentos por fondo, con el objetivo de realizar un
avance hacia el desarrollo de una metodología de medición adecuada a las condiciones
de la red hidrográfica nacional, y de obtener medidas de campo de
contraste para el ajuste de métodos teóricos de estimación del transporte por
fondo. Durante esta etapa se llevó a cabo una campaña de monitoreo que se
extendió por dos años : entre julio de 2017 y julio de 2019. En este período se
tomaron medidas en tres puntos del río Santa Lucía, el cual fue seleccionado
como cauce piloto para el estudio. Se aplicaron tres métodos de medición :
excavación de trincheras en el fondo del cauce; utilización de un muestreador
de transporte por fondo modelo US BL-84 y medición con ADCP, aplicando
el método de la velocidad virtual del material de fondo. Los tres mostraron
aspectos positivos y negativos, siendo complementarios en cuanto al tipo de
eventos que permiten registrar. La medición mediante trincheras resultó altamente
costosa y de difícil implementación, por lo que se recomiendan los dos
métodos restantes para ser tenidos en cuenta en futuros trabajos que involucren
mediciones en campo.
En tercer lugar se aplicaron varias formulaciones empíricas de estimación
del transporte por fondo para la geometría y condiciones hidrodinámicas registradas
durante las salidas de campo, con el fin de compararlas con los resultados
de las mediciones y así determinar qué formulación resulta más adecuada
para representar el presente caso de estudio. Las formulaciones seleccionadas
fueron las de Van Rijn (1984b), Wong and Parker (2006a), Meyer-Peter and
Muller (1948) y Ashida and Michiue (1972), las cuales resultan aplicables a
ríos con fondo de arena media y gruesa, como el Santa Lucía. Complementariamente
se aplicó la formulación de transporte total de Engelund and Hansen
(1967) ya que la misma se había utilizado anteriormente en casos de estudio
nacionales con buenos resultados. El análisis comparativo con las medidas de
campo mostró que todas las formulaciones son capaces de estimar el orden
de magnitud del caudal sólido adecuadamente, sin poderse distinguir alguna
que presente un mejor ajuste que las restantes. Durante los trabajos se comprobó que los resultados de todas las formulaciones aplicadas presentan alta sensibilidad al valor de la pendiente de fricción que se utilice, dato que no resulta sencillo de estimar con precisión en campo. Es por esto que posteriormente se propuso una metodología basada en el factor de fricción de Manning
para la estimación teórica del transporte, aplicable a secciones aforadas, que
no requiere el uso ni la estimación de dicha pendiente. De ese modo se obtuvieron
resultados similares a los medidos mediante varios métodos, aplicables
a un amplio rango de condiciones y disponibilidad de datos.
En último lugar se aplicaron los conceptos vinculados a la teoría del régimen
y el caudal formativo, en conjunto con las formulaciones teóricas antes mencionadas,
para el desarrollo de una metodología simplificada que permite obtener
una estimación cuantitativa del orden de magnitud del transporte anual de
sedimentos en la cuenca en estudio. El primer paso de esta etapa consistió en
determinar el caudal formativo vinculándolo con tres caudales representativos
diferentes : caudal de llenado del cauce (o bankfull), caudal asociado a un determinado
período de retorno (1 año, en este caso) y el caudal efectivo, que
fue calculado mediante dos aproximaciones diferentes (Schaffernak, 1950 y Komura,
1969). Con todos los métodos se obtuvieron resultados similares, siendo
la aplicación de la fórmula de Komura en base a caudales medios mensuales
el método más sencillo, que tiene la ventaja adicional de permitir realizar estimaciones
del caudal efectivo año a año. Posteriormente se estimó la masa
acumulada anual de sedimento suponiendo que el caudal formativo circula de
manera constante durante un año, y calculando el transporte sólido correspondiente
con alguna de las formulaciones teóricas antes mencionadas. A su vez,
como medida de referencia, se calculó el transporte que determinará la serie
continua de caudales para cada año. La comparación mostró resultados del
mismo orden de magnitud. Finalmente, para validar este método, se aplicó el
mismo a otros cauces (Cuareim y Yaguarón) obteniéndose resultados igual de
satisfactorios.
Como líneas de trabajo futuras se plantea la necesidad de continuar con las
mediciones en el tramo estudiado, para ampliar el rango de condiciones registradas
y obtener suficientes datos como para poder ajustar una curva caudal
sólido-caudal líquido empírica. Sería bueno además complementar las mediciones
de transporte por fondo con mediciones de transporte en suspensión, de
modo de estimar empíricamente el transporte total y de conocer la incidencia de cada modo en el mismo. A su vez se considera necesario extender la metodología presentada a otras cuencas del país para validar los resultados a escala nacional. Por último, se requiere profundizar en la comprensión que se tiene sobre los diferentes métodos de estimacíon del caudal efectivo, y la sensibilidad de sus resultados a las características de la curva de densidad de probabilidad que determina el régimen de caudales en diferentes ríos. |
Publisher: | Udelar.FI. |
Citation: | Vilaseca, F. Avances para la estimación del transporte de sedimentos por fondo en cauces fluviales de Uruguay [en línea]. Tesis de maestría. Montevideo : Udelar. FI. IMFIA, 2019. |
ISSN: | 1688-2792 |
Obtained title: | Magíster en Ingeniería (Mecánica de los Fluídos Aplicada) |
University or service that grants the title: | Universidad de la República (Uruguay). Facultad de Ingeniería. |
License: | Licencia Creative Commons Atribución - No Comercial - Sin Derivadas (CC - By-NC-ND 4.0) |
Geographic coverage: | Uruguay, Río Santa Lucía |
Appears in Collections: | Tesis de Posgrado - Instituto de Mecánica de los Fluidos e Ingeniería Ambiental |
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