Flujos de gravedad en canales vegetados con fondos permeables

P. RAVAZZOLI; B. MARINO; L. THOMAS

San Juan

Congreso; CONAGUA 2013 - Congreso Nacional del Agua; 2013

La acumulación de plantas en, y el fondo permeable de, los lechos de ríos, arroyos y canales naturales pueden afectar sus características hidrodinámicas (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. Encaramos los estudios asociados con 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 arreglo de obstáculos que simula un área con vegetación. El sustrato permeable es modelado por pequeñas esferas de vidrio mientras el arreglo consiste de 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 y su influencia sobre el flujo se analiza junto con la percolación del fluido denso hacia el lecho. Se emplearon las técnicas de absorción de la luz por colorante para seguir la evolución de las variables dinámicas de la corriente y PIV para visualizar el efecto de los obstáculos sobre el lecho y el flujo gravitatorio y obtener 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 a medida que la corriente atraviesa la zona de barras, para luego mantener un valor constante aunque menor al del tramo inicial. Un modelo analítico convalida los resultados experimentales.