Flujos de gravedad en canales vegetados con fondos permeables

RAVAZZOLI, PABLO; MARINO, BEATRIZ M; THOMAS, LUIS P

San Juan

Congreso; CONAGUA 2013 - XXIV Congreso Nacional del Agua; 2013

Comité Permanente de los Congresos Nacionales del Agua

La acumulación de plantas en el curso de ríos, arroyos y canales con lechos permeables suele afectar las características hidrodinámicas de los flujos (como las distribuciones de velocidad y turbulencia) y los intercambios de masa (nutrientes, material particulado, etc.) y momentum entre las zonas vegetadas y no vegetadas cambiando la turbidez, la estructura del transporte de sedimentos y la dinámica de los procesos erosivos-sedimentarios que finalmente alteran la batimetría local. En particular, también cambia la resistencia a los flujos gravitatorios esporádicos causados por diferencias de temperatura o concentración de sólidos suspendidos. Abordamos la investigación de esta fenomenología por medio del modelado a escala de laboratorio de los flujos densos de gravedad, generados bajo la modalidad dam-break y los principios de similaridad dinámica, que se desplazan sobre un lecho poroso y atraviesan un área con vegetación. El sustrato permeable es modelado por un colchón de pequeñas esferas de vidrio mientras la vegetación se simula mediante una sucesión de filas equiespaciadas de barras cilíndricas rígidas que sólo ocupan una parte del recorrido de la corriente. La densidad de barras, su altura (menor, igual o mayor que la máxima de la zona frontal de la corriente) y separación son variables experimentales. Se emplearon las técnicas de absorción de la luz por colorante para seguir la evolución de las propiedades dinámicas de la corriente y PIV para visualizar el efecto de los obstáculos sobre el flujo gravitatorio por medio de las variaciones de las distribuciones de velocidad y vorticidad para cada caso abordado. Se encuentra que la evolución de la posición del frente de las corrientes de gravedad es afectada levemente respecto a aquellas que no atraviesan obstáculos pero la altura y velocidad de la zona frontal cambian de forma tal que el número de Froude disminuye linealmente mientras el flujo atraviesa la zona de barras, para luego mantener un valor constante aunque menor al del tramo inicial. La variación del número de Froude de la corriente debida a la presencia de obstáculos es convalidada por un modelo analítico baso en un balance de momentum.