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La Ingeniera Hidrulica: Aplicaciones no convencionales enreas no convencionales, avances en mtodos experimentales,mediciones de campo y modelamiento matemtico
Earth Processes & Environmental Flows (EPEF) University of Pittsb
http://www.pitt.edu/~jabad/
Jorge D. Abad
Assistant Professor
Dept. of Civil and Environmental Engineering (CEE) : http://www.engr.pitt.edu/Civil/Dept. of Geology and Planetary Science (GPS) : http://www.geology.pitt.edu/Center for Simulation and Modeling (SAM) : http://www.sam.pitt.edu/Center for Latin American Studies (CLAS) : http://www.ucis.pitt.edu/clas/
Center for Research and Education of the Amazonian Rainforest (CREAR)
Earth Processes & Environmental Flows (EPEF)
Martes, Aug 09, 2011
http://www.engr.pitt.edu/Civil/http://www.geology.pitt.edu/http://www.sam.pitt.edu/http://www.ucis.pitt.edu/clas/http://www.ucis.pitt.edu/clas/http://www.sam.pitt.edu/http://www.geology.pitt.edu/http://www.engr.pitt.edu/Civil/ -
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Earth Processes & Environmental Flows (EPEF)
Earth Processes & Environmental Flows (EPEF) University of Pittsb
-Exceso/dficit de estudiantes de doctorado
Apliquen a maestras y doctorados, hace falta buenos estudiantes
English, English, English necesidad!!!
Busquen informacin (Fulbright, paginas de las universidades)Pregunten a sus profesores, colegas, CONEIC expositores!!!
Perseverancia, perseverancia, perseverancia
Decisin por extraar las cosas lindas de Per
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The Modern Amazon Basin
From Coleman and Mapes,
University of North Carolina, Chapel Hill, NC Millions of Years
Tertiary
Earth Processes & Environmental Flows (EPEF) University of Pittsb
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Experimentos, mediciones de campo y modelamiento
Earth Processes & Environmental Flows (EPEF) University of Pittsb
El rio Ucayali cerca a la ciudad de PucallpaColaboradores:
Capt. Fragata Hugo Montoro, Ing. Jorge Paredes, Teniente Bruno Peralta y tcnicos: Direccin de
Hidrografa y Navegacin de la Marina de Guerra del Per
El rio Amazonas cerca a la ciudad de Iquitos (breve)Colaboradores:
Capt. Fragata Hugo Montoro, Ing. Jorge Paredes, Teniente Bruno Peralta y tcnicos: Direccin de
Hidrografa y Navegacin de la Marina de Guerra del Per
Canales submarinos en el fondo ocenico del AtlnticoColaboradores:
Gary Parker, Marcelo H. Garcia
University of Illinois at Urbana-Champaign, USAOctavio Sequeiros, Carlos Pirmez SHELL ExplorationBenoit Spinewine, Fonds National de Recherche Scientifique, Belgium
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[1] Monitoreo Hidrogrfico del Rio Ucayali en laInmediaciones de la Ciudad de Pucallpa
Earth Processes & Environmental Flows (EPEF) University of Pittsb
Profesor Asistente
Departamento de Ing. Civil y Ambiental
Universidad de Pittsburgh
Capitn de Fragata
Jefe del Servicio de Hidrografa y Navegacin de la Amazonia
Marina de Guerra del Per
Jorge D. AbadHugo Montoro
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TEORIA DE RIOS MEANDRICOS
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Flujo secundario
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Flow and bed equilibrium conditions
~S4
~S6
sn
~S2
Inner bank Outer bank
B
ctes
s
sRsC
c
c
)(
)(
1)(
~ld
Depth-averaged velocities
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UCAYALI RIVER
Freely-meandering channels: The Ucayali and Aguaytia Rivers near Pucallpa city, PERU
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Evolution of meandering channels
~Se
2sz
2sz
2se 2se
Lancaster, 2002
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Ucayali river near Pucallpa city
10/04/1975 05/16/2010
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A
sn
~Se
sA
1
2
1
Elev
B2
Se: equilibrium slope
Conceptual model for a bend migration
B
C
2 C
SBC
-
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As
n ~Se
s
Li
A
1
2
1
B Lf
Elev
Li-Lf
B2
SAB
SAB >SeSe: equilibrium slope
Conceptual model for a cutoff
B
10/04/1975 06/12/1985 08/13/1990
B B B
-
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10/04/1975 06/12/1985 08/13/1990
07/12/1996 08/24/2000 05/16/2010
d1d2
u1
u2
d3
u3d
4
u4d5
u5
Pucallpa
d3
u3
d4
u4d5
u5
Pucallpa
d5
u5
Pucallpa
d5
u5
Pucallpa
Z1
A
B
Z2
SinUcayali ~ 1.70
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
-
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MEDICIONES EN CAMPO 2011Instrumentos
Field equipment
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Field equipment
[1] Geodesic GPS doublefrequency, Trimble 5700,
[2] Total station Leica TCA 1103,[3] Stage rulers
[1] AEH-177 Boat (1 unit)[2] Mulibeam Reson Seabat 7101
[3] Hypack software
[1] Stainless steel Boat (2 units)[2] ADCP workhorse Rio Grande
600 KHz, RD Instruments[3] Single beam digital echo
sounder SYQWEST BATHY-500
Earth Processes & Environmental Flows (EPEF) University of Pittsb
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Batimetra multihaz y aDcp para las veocidades
B i 2011
-
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Batimetra 2011
Inflection
Pucallpa
05/16/2010
SITUACI N ACTUAL
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SITUACI N ACTUAL
Contornos: Velocidad longitudinal (cm/s)
Velocidad promediada
en la vertical (cm/s)Ro Ucayali
(a)
(b) (c)
05/16/2010
SITUACI N ACTUAL
-
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SITUACI N ACTUAL
Contornos: Velocidad longitudinal (cm/s)
Velocidad promediada
en la vertical (cm/s)
Ro Ucayali
(a)
(b) (c)
05/16/2010
SITUACIN ACTUAL
-
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SITUACIN ACTUAL
Contornos: Velocidad longitudinal (cm/s)
Velocidad promediada
en la vertical (cm/s)
Ro Ucayali
(a)
(b) (c)
05/16/2010
-
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Modelamiento Preliminar 2D y 3D
MODELAMIENTO 2D
-
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MODELAMIENTO 2D
Usando alrededor de 200,000
celdas en un cluster en linux
MODELAMIENTO 2D
-
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MODELAMIENTO 2D
MODELAMIENTO 2D
-
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MODELAMIENTO 2D
3D modeling: Superimposition of ripples over dunes
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3D modeling: Superimposition of ripples over dunes
7
905010 015 020 025 030 0
5
m
m
flow
DunesRipples
(Parsons et al. 2005)
EXPERIMENTAL SETUP (Fernandez et al. 2006)
Superimposition of ripples over dunes
-
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Superimposition of ripples over dunes
Using around
11 million of cells1 second takes 2 hours in 64-core
cluster
S i i i f i l d
-
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Superimposition of ripples over dunes
-
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CONCLUSIONES DE [1]Determinar los periodos de creacin de cortes de meandro y de
incremento de la migracin de los mismos
-
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determinar la evolucin del canal principal y en cuanto tiempo se
producira un corte de meandro natural en la ausencia de canalessecundarios
Ro Ucayali
05/16/2010
CONCLUSIONES DE [1]
-
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Estudiar la evolucin de los canales secundarios
Ro Ucayali05/16/2010
CONCLUSIONES DE [1]
-
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Desarrollar modelos predictivos de la dinmica del rio Ucayali
combinando con mediciones de campo y modelos matemticosMonitoreo permanente
EcosondaMorfologa del lecho
aDcp Velocidades y caudalesLidarMorfologa de las mrgenes
Distribucin de suelos en la planicie de inundacin
Clasificacin de sedimentos
Clasificacin de cauces naturales existentes
Involucrar otras disciplinas (Ecologa, Forestal, Ambiental, Social, etc)
CONCLUSIONES DE [1]
[2]
-
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[2] Monitoreo Hidrogrfico del Rio Amazonas en laInmediaciones de la Ciudad de Iquitos
Earth Processes & Environmental Flows (EPEF) University of Pittsb
Profesor Asistente
Departamento de Ing. Civil y Ambiental
Universidad de Pittsburgh
Capitn de Fragata
Jefe del Servicio de Hidrografa y Navegacin de la Amazonia
Marina de Guerra del Per
Jorge D. AbadHugo Montoro
What types of rivers do we have in the Peruvian Amazonian lowlands?
-
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What types of rivers do we have in the Peruvian Amazonian lowlands?
Iquitos city
Meandering structure(Nanay River)
Amazon river
Anabranchingstructure
(Amazon River)
Earth Processes & Environmental Flows (EPEF) University of Pittsb
Occurrence of anabranching structures
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Occurrence of anabranching structures
l~ 30 kmNote: the periodicity
may be an indicator of
active/inactive regions
Earth Processes & Environmental Flows (EPEF) University of Pittsb
Why the Peruvian Amazon River? Motivation
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From Directorate of Hydrography and Navigation, Peruvian Navy
Low flow High flow
U (m/s) 1.5 2.2
Qw (m3/s) 5 000 55 000
Qs (Ton/day) 150 000 4000 000
B (m) 1 000 3 000
H (m) 10 50
y
Club Caza y Pesca
Muelle de Bellavista
Earth Processes & Environmental Flows (EPEF) University of Pittsb
Muyuy area
-
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y y
1973 1987 1993
1999 2005 2009
Notice: Individual secondary channels are behaving as meander bends, maybe the main
channel will start to evolve more if other regions are turn off to be inactive
Earth Processes & Environmental Flows (EPEF) University of Pittsb
Field measurements: Campaigns May and August 2010
-
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Field measurements: Campaigns May and August 2010
Length ~160 km
Iquitos city
Maraon River
~ 21280 m3/s
Ucayali River
~ 12270 m3/s
Amazon River
~ 33550 m3/s
~ 12390 m3/s
Earth Processes & Environmental Flows (EPEF) University of Pittsb
SC are non-developed meandering channels
-
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SC are non developed meandering channels
Earth Processes & Environmental Flows (EPEF) University of Pittsb
Single beam measurements (Aug 2010) low flow
-
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Single beam measurements (Aug 2010) low flow
Earth Processes & Environmental Flows (EPEF) University of Pittsb
ADCP measurements
-
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ADCP measurements
Earth Processes & Environmental Flows (EPEF) University of Pittsb
[3]
-
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[3] Canales MeandrcosSubmarinos
Jorge D. Abad1, Octavio Sequeiros2,Benoit Spinewine3, Carlos Pirmez4,Marcelo H. Garcia5, Gary Parker6
1 Assistant Professor, Dept. of Civil and Env. Engineering, University of
Pittsburgh
2Shell International Exploration and Production, The Netherlands
3Fonds National de Recherche Scientifique, Belgium
4Shell International Exploration & Production, Inc. USA
5Ven Te Chow Hydrosystems Laboratory, Dept. of Civil & Env. Engineering,
University of Illinois at Urbana-Champaign
6 Dept. of Geology and Dept. of Civil & Env. Engineering, University of
Illinois at Urbana-Champaign
Secondary flow in subaerial meandering channels
-
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Secondary flow in subaerial meandering channels
Normally-directed secondary flow:
near-bed transverse flow is toward the inner bank
Wabash river
Lateral Accretion
Secondary flow sediments are moved and then deposited at the inner bank
The basic principles of secondary flow
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The basic principles of secondary flow
outerinner
z
n
Streamwise velocity us(z) creates outer centrifugal force ~ us2
Superelevation creates inner pressure force ~ Dh
The two forcesbalance in the
mean, but
Centrifugal
force
Pressure
force
Centrifugal force wins
near the surface, and
Pressure force wins near
the bed.
Result:
normally-directed secondary flow:
inward near the bottom
46
What about submarine meandering channels?
-
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Amazon Submarine Fan
(Pirmez, 1995)
g
Complex planform shapes
Experimentos
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ADV velocity measurements
Water surface
Interface
p
3 sets: 8%, 10%, 12%
and obtained near-bed normally-directed secondary flow
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S15
S16
S17
S14
S13
(b)(a)
(d) (c) outer bank
inner bank
(a) Plan view, (b) dye injected at S13, (c) Top view at S15, (d) dye injected at S16
and obtained near bed normally directed secondary flow
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s
n
Contours Umag, Vectors Un and Uz components
The experiments by Sequeiros et al. (2010) allowed determination
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The experiments by Sequeiros et al. (2010) allowed determination
of these structure functions in a straight channel
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 10 20 30
us [cm/s]
z
[cm]
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 20 40 60
s [gr/l]
velocity
concentration
cs
0
2
4
6
8
10
12
14
0 5 10 15 20
u [cm/s]
z
[cm]
0
2
4
6
8
10
12
14
0 20 40 60 80 100
s [gr/l]
velocity
concentration
cs
Frd = 1.87
Frd = 0.61
Saline currents
d
U
g h
DFr
Theory was developed Does our theory apply to field cases?
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Amazon Pirmez &
Imran Cf= 0.005
(L~67 Km)(L~730 Km)
(Mod. Frd)
Supercritical
Subcritical
Amazon
Modern cases:
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Mississippi
~ 50 Km
Mississippi
~ 280 Km
Bengal
~ 350 Km
http://www.noc.soton.ac.uk/gg/gebco/gebco_maps.php
Application to the Amazon canyon-fan
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system
Supercritical
Subcritical
IMPLICATIONS FOR CHANNEL EVOLUTION
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Meandering submarine channels must a some point go through a stage of
migration and sinuosity increase. Normally-directed secondary flow
helps promote this. Lateral Accretion Packages, Abreu et al. (2003)
Lower Miocene Green Channel Complex offshore Angola
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Mensaje del da
Earth Processes & Environmental Flows (EPEF) University of Pittsb
Necesitamos mas investigacin sobre todo en la selva peruana
Necesitamos especialistas en hidrulica fluvial sobre todo en la selva
Necesitamos que la ingeniera hidrulica interactu con otras disciplinas
Necesitamos INGENIEROS con vocacin ambientalista, hay que preservar el lugar donde vivimos
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Center for Research and Education of the Amazonian Rainforest(CREAR)
Earth Processes & Environmental Flows (EPEF) University of Pittsb
Servicio Nacional de Meteorologa e Hidrologa del Per
Marina de Guerra del Per
Instituto de Investigaciones de la Amazonia Peruana
Universidad Nacional de la Amazonia Peruana
Universidad Cientfica del Per
Autoridad Portuaria Nacional
Universidad de Pittsburgh
-
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Earth Processes & Environmental Flows (EPEF) University of Pittsb
Center for Research and Education of the Amazonian Rainforest(CREAR)
Center for Research and Education of the Amazonian Rainforest
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Earth Processes & Environmental Flows (EPEF) University of Pittsb
June-July 2012: Exploring the Peruvian rainforest, a living experience on research and
human-nature interaction
Geography and Climate, Precipitation in the Amazonian region SENHAMI
Ecology I: Fauna in Amazonian region (mammals, birds,
reptiles, amphibians, fish, insects)
Peruvian Amazon Research Institute (IIAP)
UNAP
Engineering issues related to the Amazonian Region Jorge D. Abad
University of Pittsburgh
Social aspects of the Amazonian Region Universidad Cientfica del Per (UCP)
Peruvian Amazon Research Institute (IIAP)
Ecology II: Flora in the Amazonian Region (e.g. plants) Peruvian Amazon Research Institute (IIAP)
Health issues and languages in the Amazonian Region TBA
Navigation along the Amazon River Hugo Montoro
Chief of the Directorate of Hydrography and
Navigation, Peruvian NavyEconomy and Ports along the Amazon River Luis Romani
Chief of the National Authority of Ports, Iquitos
Anthropogenic issues in the Amazonian region Jorge D. Abad
University of Pittsburgh
UNAP
(CREAR)
Center for Research and Education of the Amazonian Rainforest
-
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Earth Processes & Environmental Flows (EPEF) University of Pittsb
National Park: Pacaya-Samiria:
The Peruvian Venice, Belen town:
Visit to Native Peruvian Community (Bora)
Navigating along the Amazon River
National Park: Jenaro Herrera
(CREAR)
Center for Research and Education of the Amazonian Rainforest
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(CREAR)