modelación numérica de problemas de evolución morfológica en

Angel Menéndez - INA & Universidad de Buenos Aires

Modelación numérica de problemas de evolución

morfológica en ríos y estuarios Angel N. Menéndez

Laboratorio de Hidráulica – INALaMM – Universidad de Buenos Aires

Argentina(M.Re, P.García, A.Sarubbi)


Modelación numérica de problemas de erosión y sedimentación en ríos y estuarios

• Cambio morfológico del lecho del río• Sedimentación en reservorios• Avance de deltas• Erosión de márgenes• Sedimentación en estuarios


CAMBIO MORFOLÓGICO: Cruce del Gasoducto Mesopotámico

La empresa proveedora (TGN) detecta una erosión galopante del lecho cerca de la margen izquierda de la sección transversal de cruce del gasoducto a través del río Paraná



Foto aérea 1976



Foto aérea 1983



Foto aérea 1989



Foto aérea 1995



Batimetría 1995



(HIDROBID II)


CAMBIO MORFOLÓGICO: Cruce del Gasoducto MesopotámicoGranulometría



(SEDIMBID)



Inicial 3 meses 10 meses

(SEDIMBID)


SEDIMENTACIÓN EN RESERVORIOS: Lake-Mead (Presa Hoover) - USA

• Sedimentación en reservorios: reducción de vida útil• La sedimentación implica un proceso de enterramiento de contaminantes



Sedimentación acelerada en el embalse; crecimiento de un Delta



Perfiles longitudinales

19351948/9

1963/4



5 2 0 5 0 0 4 8 0 4 6 0 4 4 0 4 2 0 4 0 0 3 8 0

3 0 0

Serie nivel

260

280

300

320

340

360

380

En...

Dic-36

Dic-38

Dic-40

Dic-42

Dic-44

Dic-46

Dic-48

Dic-50

Dic-52

Dic-54

Dic-56

Dic-58

Dic-60

Dic-62

Dic-64

Niv

el d

e em

bals

e [m

]

Serie caudal

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

En...

Dic-36

Dic-38

Dic-40

Dic-42

Dic-44

Dic-46

Dic-48

Dic-50

Dic-52

Dic-54

Dic-56

Dic-58

Dic-60

Dic-62

Dic-64

Cau

dal [

m3/

s]

Serie caudal sólido + curvas granulometricas

0102030

405060

708090

100

En...

Dic-36

Dic-38

Dic-40

Dic-42

Dic-44

Dic-46

Dic-48

Dic-50

Dic-52

Dic-54

Dic-56

Dic-58

Dic-60

Dic-62

Dic-64

Cau

dal s

ólid

o [m

illon

es T

on/m

es]

1 10 100 10000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

16/ago/1945 30/may/1945P

orce

ntaj

e ac

umul

ado

(por

pes

o)

Diámetro de partícula (µm)

Morfología inicialdel cuenco



5 2 0 5 0 0 4 8 0 4 6 0 4 4 0 4 2 0 4 0 0 3 8 0

3 0 0

Fondo inicial (1935)

Presa Hoover

Comienzo de llenado del embalse

(Modelo 2D Vertical)



0 20 40 60 80 100 120 140220

240

260

280

300

320

340

360

380

Comparación



0 20 40 60 80 100 120 140220

240

260

280

300

320

340

360

380

Comparaciónpara t=30 años



0 20 40 60 80 100 120 140220

240

260

280

300

320

340

360

380


AVANCE DE DELTA: Frente del Delta del RíoParaná

El Frente del Delta del Río Paraná está en continuo crecimiento sobre la cabecera del Río de la Plata. Esto implica la continua creación de territorio nuevo



ARGENTINA

URUGUAY

BRASIL

PARAGUAY

Buenos Aires

SantaFe

EntreRíos

Rí o

Par

aná

Río Bermejo

Río Pilcomayo

Río Paraguay

Río Paraná:Caudal medio ≈

18.000 m3/s

Delta del Paraná:Largo: 320 km

Ancho:18-60 kmArea: 14.000 km2



Referencias:Año 1845Año 1969

Año 1896Año 2000

Año 1778



Referencias:

1926-1969

1984-19941969-1984

1994-2002

Hasta 18961896-19051905-1926



Tasas medias de avance(del siglo XIX al XX)

Sf N PG: 50 a 0 m/añoSf S PG: 35 a 25 m/añoSf N PLP: 100 a 75 m/añoSf S PLP: 100 a 50 m/año



Río Bermejo110

Río Alto Paraná12

Río Paraguay

8

Río ParanáMedio130

Río ParanáInferior145

Delta

Carga total………………16025% Arcillas (45)60% Limos (90)15% Arenas (25)

Carga en suspensión….14530% Arcillas (45)

60-65% Limos (90)5-10% Arenas (10)

Carga de lavado………..135Arcillas y limos

Carga de fondo…...……..15Arenas

Carga en Suspensión

(millones de toneladas/año)



MM

MH

MS

Niveles de aguaVelocidades de corriente

Tasas de sedimentación

MapaBatimetría

Diámetro de sedimentoDistribución de concentraciones

Caudales de los tributariosOnda de marea

Carga sólida(Modelo 2DH)



Uruguay

Argentina

Río dela Plata

Uruguay + Paraná Bravo

Paraná de las Palmas

Paraná Miní

BarcaGrande

ParanáGuazú

Onda de Marea

Delta



0.50

0.70

0.90

1.10

1.30

1.50

0.50

0.70

0.90

1.10

1.30

1.50



!(

!(

!(

!(

!(!(

!(

!(

!(

Tigre

CapitalFederal

VillaParanacito

Entre Ríos

Delta

URUGUAY

Río dela Plata

Buenos Aires

RL

VP

EC

ID

IT

PI

LC

ISF

PSJ

6.280.000 6.320.000 6.360.000 6.400.0006.16

0.00

06.

200.

000

6.24

0.00

06.

280.

000

6.32

0.00

0

´

0 20 40 6010km

Referencias

!( Perforaciones



CapitalFederal

Río dela Plata

Buenos Aires

Año 1900URUGUAYDelta

6.360.000 6.380.000 6.400.000 6.420.000

6.15

0.00

06.

180.

000

6.21

0.00

06.

240.

000

´0 10 205

km

Zonas de Concentración

A PG

B PG

C PG

A PLP

B PLP

C PLP

CapitalFederal

Río dela Plata

Buenos Aires

Año 1900URUGUAYDelta

6.360.000 6.380.000 6.400.000 6.420.000

6.15

0.00

06.

180.

000

6.21

0.00

06.

240.

000

´0 10 205

km

Area Sedimentable

Area de Influencia PG

Area de Influencia PLP



CapitalFederal

URUGUAY

Delta1900

VicenteLópez

San Isidro

SanFernando

Río dela Plata

6.360.000 6.370.000 6.380.000 6.390.000

6.1

80.0

006.

195.

000

6.2

10.0

006.

225

.000

6.24

0.0

00 ´

0 5 10 152,5km

References

Cartography

1905

1926

1969

1984

1994

2002

Simulation

1908

1913

1919

1926

1960

1969

1974

1984

1994

2001

CapitalFederal

URUGUAYDelta1900

VicenteLópez

San Isidro

SanFernando

Río dela Plata

6.360.000 6.370.000 6.380.000 6.390.000

6.18

0.0

006.

195.

000

6.21

0.00

06.

225.

000

6.24

0.0

00 ´

0 5 10 152,5km

References

Cartography1926

2002

Simulation

1926

2001



1900

1910

1920

1930

1940

1950

1960

1970

1980

1990

2000

1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000Año Cartográfico

Año

Sim

ulad

o

Frentes Simulados Atrasados

Frentes Simulados Adelantados

ct∆

st∆



0.00

3.25

6.50

9.75

13.00

1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000Año

Cau

dal S

ólid

o de

Are

nas

Fin

as[m

illon

es to

n/añ

o]

23500

25500

27500

29500

31500

Cau

dal [

m3 /s

]

Carga de Arenas Finas

Caudal Máximo (tendencia)

20 años10 años

Construcción de Presas



!!

!

!

!

###

CapitalFederal

URUGUAY

DeltaAño 1900

VicenteLópez

San Isidro

SanFernando

Río dela Plata

Centro Naval

Puerto Nuñez

Puerto de Olivos

Puerto deBs. As.

Tomas deagua

Canal Emilio M

itre

Canal Martín García

Puerto de San Isidro

EmisarioCapital

EmisarioBerazategui

Canal de Acceso al Puerto de Bs. As.

6.360.000 6.375.000 6.390.000 6.405.000

6.16

0.00

06.

180.

000

6.20

0.00

06.

220.

000

6.24

0.00

0 ´

0 5 10 152,5km

Referencias

Frentes CartográficosAño 2002

Frentes Simulados

Año 2116 Esc. Mínima

Año 2118 Esc. Media

Año 2119 Esc. Máxima

ZonaActivaNorte

ZonaActiva

Sur

Avellaneda

Quilmes

Berazategui


EROSIÓN DE MÁRGENES: Río Paraná

ARGENTINA

URUGUAY

BRASIL

PARAGUAY

Buenos Aires

SantaFe

EntreRíos

Rí o

Par

aná

Río Bermejo

Río Pilcomayo

Río Paraguay

Río Paraná:Caudal medio ≈

18.000 m3/s



Erosión acelerada en la zona de Rosario



Isla frente a Rosario


EROSIÓN DE MÁRGENES: Isla Guáscaras

Erosión de cola de isla frente a la ciudad de Corrientes, donde se asienta torre de alta tensión



5627500 5628000 5628500 5629000 5629500 5630000

6973000

6973500

6974000

6974500

6975000

23242526272829303132333435363738394041424344454647



R i a c ho G u á s c a

r a s

B r a z o P r i n

c i p al R . P a r

a n á

B r a z o S e c u n d a r

i o R. P a r

a n á

I s l a G u á s c a

r a s

Banco Tres Hermanas

Escalón

Hoya menor

Hoya mayor


EROSIÓN DE MÁRGENES: Isla GuáscarasOBRA


EROSIÓN DE MÁRGENES: Mecanismo


EROSIÓN DE MÁRGENES: ModeloModelo hidrodinámico – sedimentológico – morfológico p ara sección transversal de un canal:

• Modelo hidrodinámico 1D según la dirección lateral (LDM)

• Transporte de fondo: modelo de Kovacs-Parker

• Variación morfológica del fondo: ecuación de Exner

• Erosión de margen del sustrato no cohesivo, por deslizamiento: algoritmo de estabilidad

• Falla de estrato cohesivo en voladizo: balance de fuerzas activas y pasivas

• Distribución del material de falla al pie de la margen: de acuerdo al ángulo de reposo

• Erosión de material de falla por acción de corriente: se lo asocia a un material granular


EROSIÓN DE MÁRGENES: Modelo


EROSIÓN DE MÁRGENES: Modelo

0.40.50.60.70.80.91.01.11.21.31.4

0 2 4 6 8 10 12Tiempo (horas)

Experimental Kovacs & Parker Menendez et al.

Ancho relativo

Profundidad relativa


SEDIMENTACIÓN EN ESTUARIOS: Puente Buenos Aires-Colonia

Se proyectó un viaducto para unir las dos orillas del Río de la Plata, entre las localidades de Buenos Aires y Colonia (∼ 40 km)



EJE DE LA TRAZA DEL

PUENTE

200

5050

116

28 30Dimensiones

en metros

BORDE EXTERIOR OCEANICO

BORDE EXTERIOR FLUVIAL

BORD

E EX

TERI

OR

L ON

GIT

UD

INA

L

EJE

DE

SIM

ETRI

A

280 6201,000

1,000



-800.00 -600.00 -400.00 -200.00 0.00 200.00 400.00 600.00 800.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

1400.00

1600.00

1800.00

-13.00

-12.00

-11.00

-10.00

-9.00

-8.00

-7.00

-6.00

-5.00

-4.00

-3.00

• Modelación hidrosedimentológicasobre un ciclo de mareas medio

• Variación batimétrica sobre ciclo de marea medio

• Extrapolación de variación batimétrica hasta cambio de profundidad máximo especificado Estabilizado a 140 años

(HIDROBID II)



Nivel d

el agua



PUENTE PRINCIPAL

DIRECCION DE LA CORRIENTE

ISLA DE PROTECCION

BARRAS

FOSOS

ESCALA VERTICAL MUY DISTORSIONADA

PUENTE PRINCIPAL


ISLA DE PROTECCION

BARRAS

FOSOS


PUENTE PRINCIPAL


ISLA DE PROTECCION

BARRAS

FOSOS




-10

-8

-6

-4

-2

0

2

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

Progresiva longitudinal (m)

Cot

a de

fond

o (m

MO

P)

Corriente pura Con ola normal SE Con ola normal NE

Borde oceánico

Borde fluvial

Corte longitudinal



-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

-1000 -800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 1000

Progresiva transversal (m)

Cot

a fo

ndo

(m M

OP

)

Corriente pura Con ola normal SE Con ola normal NE

Corte transversal



CONCLUSIONES• Modelación numérica: resultados útiles para gestión de problemas de morfología fluvial y estuarina• Debe procederse con cautela en la interpretaciónde los resultados• Problemas con menor incertidumbre cuantitativa y cualitativa: erosión y sedimentación de lechos de material granular• Lechos cohesivos: incertidumbre cuantitativa es todavía significativa• Modelos para problemas de erosión de márgenes: carácter experimental


Gracias…www.fi.uba.ar/laboratorios/lmm

modelación numérica de problemas de evolución morfológica en

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