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

Serie nivel

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

Serie caudal

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

Serie caudal sólido + curvas granulometricas

0102030

405060

708090

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

1 10 100 10000

16/ago/1945 30/may/1945P

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

Fondo inicial (1935)

Presa Hoover

Comienzo de llenado del embalse

(Modelo 2D Vertical)

0 20 40 60 80 100 120 140220

Comparación

0 20 40 60 80 100 120 140220

Comparaciónpara t=30 años

0 20 40 60 80 100 120 140220

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

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

Río ParanáMedio130

Río ParanáInferior145

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)

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

CapitalFederal

VillaParanacito

Entre Ríos

URUGUAY

Río dela Plata

Buenos Aires

6.280.000 6.320.000 6.360.000 6.400.0006.16

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

´0 10 205

Zonas de Concentración

CapitalFederal

Río dela Plata

Buenos Aires

Año 1900URUGUAYDelta

6.360.000 6.380.000 6.400.000 6.420.000

´0 10 205

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

0 5 10 152,5km

References

Cartography

Simulation

CapitalFederal

URUGUAYDelta1900

VicenteLópez

San Isidro

SanFernando

Río dela Plata

6.360.000 6.370.000 6.380.000 6.390.000

0 5 10 152,5km

References

Cartography1926

Simulation

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

Frentes Simulados Atrasados

Frentes Simulados Adelantados

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

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

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

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

Avellaneda

Quilmes

Berazategui

EROSIÓN DE MÁRGENES: Río Paraná

ARGENTINA

URUGUAY

BRASIL

PARAGUAY

Buenos Aires

SantaFe

EntreRíos

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

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

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

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

28 30Dimensiones

en metros

BORDE EXTERIOR OCEANICO

BORDE EXTERIOR FLUVIAL

280 6201,000

-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

• 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

ESCALA VERTICAL MUY DISTORSIONADA

PUENTE PRINCIPAL

ISLA DE PROTECCION

BARRAS

PUENTE PRINCIPAL

ISLA DE PROTECCION

BARRAS

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

Progresiva longitudinal (m)

Corriente pura Con ola normal SE Con ola normal NE

Borde oceánico

Borde fluvial

Corte longitudinal

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

Progresiva transversal (m)

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

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