parte 2: hidráulica fluvial

México, diciembre de 2001México, diciembre de 2001

COMISION NACIONALDEL AGUA

Sedi

men

tos

Sedi

men

tos

Subdirección General Técnica

Coordinación del Programa de Modernización del Manejo del Agua

Gerencia de Aguas Superficialese Ingeniería de RíosOrganización Meteorológica

Mundial

Seminario de

Fluviomorfología

Seminario de

Fluviomorfología

Informe No. 72 – 02 Informe No. 72 – 02

COMISIÓN NACIONALDEL AGUA

SUBDIRECCIÓN GENERAL TÉCNICA

Seminario de Fluviomorfología

INFORME PROMMA / OMM No. 72 – 02

GERENCIA DE AGUAS SUPERFICIALES E INGENIERÍA DE RÍOS

DIRECTORIO LIC. CRISTÓBAL JAIME JÁQUEZ Director General DR. ALBERTO JAIME PAREDES Subdirector General Técnico LIC. MARIO ALFONSO CANTÚ SUÁREZ Subdirector General de Administración del Agua ING. CÉSAR HERRERA TOLEDO Subdirector General de Programación ING. CÉSAR L. COLL CARABIAS Subdirector General de Administración ING. SANTIAGO PINZÓN LIZARRAGA Jefe de la Unidad de Programas Rurales y Participación Social

Acuerdo de Cooperación Técnica SEMARNAT / CNA – OMM

Anexo 8 Parte B. Programa de Trabajo PROMMA 2001 OMM – CNA

Coordinación del Programa de Modernización del Manejo del Agua

Organización Meteorológica Mundial Consultor: Jean J. Peters (Bélgica)

Misión de consultoría a México, Fase III Diciembre 8 – 22, 2001

Diciembre 2001

Nota Las opiniones, conceptos y recomendaciones expresadas en el presente informe deberán ser consideradas como aquellas del consultor o consultores y no necesariamente como las de la Organización Meteorológica Mundial. Cualquier mención o referencia de productos en el presente informe no deberá ser considerada como un aval de los mismos por parte de la Organización Meteorológica Mundial.

Note The opinions, concepts and recommendations expressed in the present report should be considered as those of the consultant(s) and are not necessarily those of the World Meteorological Organization. Any mention or reference of products contained in the present report should not be construed as their indorsement by the World Meteorological Organization.

i/i

Contenido

Seminario de Fluviomorfología en la Ingeniería Fluvial

• Introducción

Hidráulica Fluvial

• Génesis y comportamiento de los ríos

• Contexto Geomorfológico de las cuencas altas

• Nociones básicas en Ingeniería Fluvial

• Morfología de los ríos

• Los estudios: modelos matemáticos y reducidos

Estudios de Campo

• Río El Congo

• Río Piraí (Bolivia)

• Río Ichilo Mamore (Bolivia)

• Lago Titicaca

• Rio Loire (Francia)

• Ing. Fluvial en México

• Inundaciones en Bangladesh

Mediciones de Sedimento

• Aparatos muestreadores

Taller sobre el uso de datos de sedimentos

• Interpretación de datos de campo, muestras del lecho y transporte, topo-batimetría e hidráulica

Presentación 1 – Introducción

1

FLUVIOMORFOLOGÍA EN RELACIÓNFLUVIOMORFOLOGÍA EN RELACIÓNA INGENIERÍA FLUVIALA INGENIERÍA FLUVIAL

J.J. PETERS, CONSULTOR OMMJ.J. PETERS, CONSULTOR OMMJ.J. PETERS, CONSULTOR OMMESPECIALISTA EN RÍOSESPECIALISTA EN RÍOSESPECIALISTA EN RÍOS

Introducción

FLUVIOMORFOLOGÍA EN RELACIÓNFLUVIOMORFOLOGÍA EN RELACIÓNA INGENIERÍA FLUVIALA INGENIERÍA FLUVIAL

• 1998 1998 -- Evaluación de la situación de la redEvaluación de la situación de la red•• 1998 1998 -- Seminario sobre sedimentologíaSeminario sobre sedimentología•• 1999 1999 -- Selección de sitios pilotoSelección de sitios piloto•• 2000 2000 -- Adquisición de muestreadores EUAAdquisición de muestreadores EUA•• 2001 2001 -- Adquisición de muestreadores y Adquisición de muestreadores y

capacitacióncapacitación

Antecedentes en el PROMMA - Sedimento

Contenido

• Introducción• Parte 1: Hidráulica fluvial• Parte 2: Ingeniería fluvial• Parte 3: Mediciones de sedimento• Parte 4: Demostración de medición de campo

INTRODUCCIÓN:

¿ Porque este seminario ? Porque:• no sirve para medir sedimento si no se (sabe)

usa(r) los datos• hay en Tabasco proyectos que necesitan

urgentemente datos de sedimento• falta todavía suficiente entendimiento de los

procesos sedimentarios y morfológicos• necesitamos transferir conocimiento• hay bastante fracasos en ingeniería de ríos ...

INTRODUCCIÓN:

¿Usted ha dicho “POTAMOLOGÍA”?“POTAMOLOGÍA”?del Griego“Potamos”“Potamos” = río y “logía”“logía” = cienciaPotamología integra varias ciencias, tales como:• Hidráulica y transporte de sedimento• Geología, tectónica y mecánica de suelos• Medio ambiente, vegetación• Hidrología y climatología

¡Aprender del pasadopara tener éxito en el futuro!

• ¡Los antepasados no conocían la ingeniería fluvial, pero hay construido obras hidráulicas muy exitosas!

• Hoy, tenemos muchas herramientas, tales como modelos, pero ocurren fracasos que ponen en cuestión nuestra capacidad de manejar sistemas hídricos

2

• En los años cincuenta, el U.S. Corps of Engineers (EUA) ha establecido un Servicio de Potamología, cual tarea es de aprender a los profesionales “como no hacer” en vez de “como hacer”

• En los años cincuenta, no habían muchos libros de ingeniería fluvial, aunque hoy en día estamos inundados de libros llenos de teorías, copiadas de otros libros, en cuales han copiado etc., etc ...

• Existen experiencias, las exitosas y los fracasos, pero no se presentan las últimas en las publicaciones, aunque podríamos aprender mucho de ellas.

• Tenemos hoy en día computadoras poderosas y modelos matemáticos, pero nos faltan las buenas formulas, tal como para reproducir el transporte de sedimento o los procesos morfológicos.

• La educación en ingeniería fluvial no da suficiente atención a las otras ciencias relacionadas a la potamología, y falta una formación multidisciplinaria, aunque mejora la situación.

• Existe una necesidad de formación práctica, con base en experiencias de campo.

• El proyecto del PROMMA es una oportunidad para iniciar esta capacitación.

Parte 1: Hidráulica fluvialNociones básicas (1)

• Génesis de los ríos• Fisiografía y contexto geomorfológico• Impacto de los cambios climatológicos• Impactos de la actividad humana• Geomorfología de los cauces y controles• Hidráulica de flujos en canales abiertos• Crecientes y inundaciones

RECESO

Parte 1: Hidráulica fluvialNociones básicas (2)

• Transporte de sedimento - mecanismos• Resistencia al flujo - canales de fondo móvil• Descarga dominante - formadora• Perfil longitudinal del cauce• Clasificación de los ríos

SESIÓN DE PREGUNTAS Y RESPUESTAS

Presentación 2 – Génesis y comportamiento de los ríos

1

PARTE 1HIDRÁULICA FLUVIAL

El génesis y el comportamientode los ríos tal como determinado

por cambios naturales y antrópicos

En las partes altas de las cuencas, los ríos se forman por erosiónde las rocas. El cauce se encañona progresivamente (zona 1).Los flujos de los ríos entrenan los productos de la socavacióny de la erosión de los suelos hacia las partes baja de la cuenca.En la zona 2, existe un cierto equilibrio entre la capacidad detransporte del flujo y los aportes de sedimento; es la zona detransferencia. En la zona 3, los sedimentos se depositan porfalta de capacidad de transporte, en deltas o en estuarios.

GÉNESIS DE LOS RÍOS

En terrenos volcánicos, cuales se encuentren En terrenos volcánicos, cuales se encuentren frecuentemente en México, la incisión delfrecuentemente en México, la incisión delcauce puede ser muy fuerte, con altacauce puede ser muy fuerte, con altaproducción de sedimento.producción de sedimento.

La producción de sedimento enlas cuencas altas depende de lanaturaleza de las rocas, es decirde la geología y de la tectónica.

Derrumbes y deslizamientoscontribuyen bastante en la producción de sedimento.

Movimientos tectónicos, fallasy pliegas determinan la formade los cauces.

La vegetación ayuda a controlarla erosión de los suelos.

• Cultivos en pendientes, erosión al pie de talud, deslizamiento de tierra y cárcavas aportan material sólido al río.

La pared del cerro ha sidoLa pared del cerro ha sidodestabilizadadestabilizada por lluviaspor lluviasintensas, y un deslizamientointensas, y un deslizamientoobstruyó el cauce del río Elobstruyó el cauce del río ElNovillero (Chiapas)Novillero (Chiapas)

Presentación 3 – Contexto Geomorfológico de las cuencas altas

CONTEXTO GEOMORFOLÓGICO

LAS CUENCAS ALTAS

El Contexto Geomorfológicoen las Cuencas Altas

• La geología y la tectónica determinan la forma de los cauces en las cuencas altas, donde el río se encañona en los montes.

• Sin embargo, en los tiempos geológicos, se podían formar terrazas, en cuales los flujos cortan nuevos cauces. Estos procesos dependen de varios factores naturales: cambios climatológicos, tectónica, etc.

El Contexto Geomorfológicoen las Cuencas Medias

• Los cauces se desarrollan en terrenos variados, en materiales erosionables pero con zonas donde formaciones resistentes pueden controlar el movimiento del lecho.

• No sóla la geología determina la forma, también la mecanica de suelos; diferencias de composición de suelos pueden afectar el comportamiemto del lecho.

El Control de los Cauces• Canal encañonado: lecho bajando, margenes

arriba de los niveles máximo en crecida.• Canal parcialmente encañonado: puede

bajar, planicie de inundación ocasional.• Canal confinado: estable o subiendo, las

paredes del valle controlan el cauce.• Canal parcialmente confinado: paredes del

valle controlan ocasionalmente el cauce que puede desarrolar su cauce.

Cauce parcialmente confinado por formaciones geológicas.Cauce parcialmente confinado por formaciones geológicas.Cauce parcialmente confinado por formaciones geológicas.Ejemplo de cauce en zona 2, con deslizamiento.

El Contexto Geomorfológicoen las Cuencas Bajas

• En la parte baja de las cuencas, el contexto geomorfológico puede ser muy diverso.

• Cuando la franja aluvial entre el pie de monte y el mar - o un lago - está estrecha, los terrenos atravesiados por el río tienen composición muy heterogénea (el caso de la Costa del Pacífico).

• El material traído hasta el mar puede ser bastante grueso (caso del río Balsas)

• El tipo de desembocadura depende de la valor relativa de la acción del mar y de la acción del río.

• Ríos que llevan grandes cantidades de material sólido hacia el mar forman deltas.

• Cuando el mar tiene mareas y/ó ondas fuertes, el material será erosionado y transportado al lado de la costa, formando lagunas separadas del mar por una barra.

• Ríos con aporte sólido debil, en mares con fuertes mareas, forman estuarios.

Formación de Delta enun Embalse de Presa

Impactos Climatológicos

• El clima ha siempre tenido variaciones.• Conocemos actualmente – en los últimos

3000 años, al final del Holoceno – una época de estabilidad climática excepcional.

• A corto plazo, la influencia de los recientes cambios climáticos (naturales) afecta más las cuencas altas de los ríos.

• Los cambios climatológicos en el Holoceno han resultado en una variación del nivel del mar - una subida de unos 125 metros - lo que afectó la formación de los ríos costeros.

• Los cambios climatológicos y las variaciones hidrometeorológicas, afectan la erosión de los suelos.

• Los cambios de régimen hidráulico – gastos y transporte de sedimento – afectan la formación de los cauces.

Conclusión sobrelos Cambios Naturales

• Ríos sufren siempre cambios morfológicos inducidos por factores naturales, tales como climáticos, hidrológicos, tectónicos, etc.

• Ciertos ríos han llegado a una situación de madurez, otros todavía no llegaron a un equilibrio.

• En consecuencia, hay que reconocer que no se pueden manejar los cauces de ríos sin tomar en cuenta la evolución natural.

Impactos Humanos• La actividad humana afecta bastante el

comportamiento natural de los ríos, directamente en los cauces por obras de ingenieria, ó por actividades en las cuencas.

• La actividad humana puede acelerar fuertemente las evoluciones naturales.

• La ingeniería fluvial tiene que contar con la “respuesta” de los ríos a las obras de ingeniería.

Geomorfología de los cauces

• La geomorfología de los cauces es el resultado de nuchos factores: hidráulicos, sedimentológicos, geológicos, tectónicos, resistencia a la erosión del lecho, etc.

• En ingeniería fluvial, necesitamos - o queremos - ordenar los ríos en categorías, pero la realidad es bastante más compleja que la teoría.

Canales Tipo “Con Meandros”

• El proceso de formación de meandros permanece un misterio.

• Meandros regulares se encuentran, pero es más la excepción que la regla.

• Meandros tortuosos se forman por controles (geología, relieve, suelos etc.)

Ejemplo de Meandrosen la Amazonía Boliviana

Cauces de varios tipos, meandros Cauces de varios tipos, meandros Cauces de varios tipos, meandros regulares, tortuosos, cauces regulares, tortuosos, cauces regulares, tortuosos, cauces

trenzados, barras y islastrenzados, barras y islastrenzados, barras y islas

Cauce con meandros tortuososCauce con meandros tortuososCauce con meandros tortuosos Categorías de Cauces

Clasificación de Islas• Islas ocasionales, poco

frecuentes.• Islas frecuentes, se

sobreponen en algunos sitios.• Canal dividido, con

formación de 2 a 3 canales a lo largo del río.

• Canal trenzado, islas o barras sobrepuestas y inestables, a veces con vegetación.

Cauce Trenzado Cauce Trenzado Cauce Trenzado con islas diversas• Las islas están inestables

y cambian de forma a cada crecida.

• Existen muchos canales de flujo en todas secciones transversales.

• Ciertas barras se quedan estables durante un tiempo suficiente para que crece una vegetación.

• Las formas de las orillas están muy irregulares.

Las Barras En Los Ríos• Barras puntuales en la parte

interior de las curvas; pueden integrarse progresivamente a la planicie de inundación.

• Barras laterales, juntos a las orillas en ríos de canal recto.

• Barras intermedias, sin conexión con las orillas.

• Barras diagonales, a través del canal con un ángulo definido respecto a las orillas.

Canal Tortuoso y Barras PuntualesCanal Tortuoso y Barras PuntualesCanal Tortuoso y Barras Puntuales

Ríos en Planicies Aluviales Los Diques Naturales• Diques naturales, se forman al lado del

cauce por depósito del sedimento durante avenidas.

• Los diques tienen gradientes pronunciados cerca del río, pero mas planas conforme se alejan del mismo.

• La tasa de crecimiento de los diques naturales es menos una vez que su altura alcanza el nivel de la crecida promedio anual.

Los Splays (desbordes)• Los “splays” se forman cuando el flujo

corta el dique natural durante una avenida.• Las aguas salen del río y inundan la

planicie.• Cuando las aguas de inundación no buscan

un canal de drenaje, el splay no tiene mayor consecuencia.

• Cuando las aguas de inundación buscan un sistema de drenaje, eso puede iniciar una avulsión, con consecuencias dramaticas.

Splay en un Canal DentroDe un Cono Aluvial (Bolivia)De un Cono Aluvial (Bolivia)De un Cono Aluvial (Bolivia)

Avulsión Por Splay (Bolivia) Cortes de Meandros• Cortes de meandros forman lagos (“oxbow

lakes”).• Los sedimentos llevados por los flujos

desde el canal principal forman tapones en las entradas.

• Cuando el río trae lodo, los tapones de arcilla crean puntos de control, con mas resistencia a la erosión (funcionan como control geológico).

Ejemplo de meandros con cortesEjemplo de meandros con cortes Conos Aluviales

Conos Aluviales• Los conos aluviales (o conos de deyección),

se forman por cambio de gradiente de fuerte a plana, lo que produce la formación de un cono o abanico conforme el material es depositado.

• Los canales tienen geometrías inestables, con movimiente lateral rápido o brusco (avulsión).

• El material de mayor tamaño es depositado cerca de la cumbre, punto central del abanico.

R e c e s oR e c e s o

Presentación 4 – Nociones básicas en Ingeniería Fluvial

PARTE 2:HIDRÁULICA FLUVIAL

NOCIONES BÁSICAS CON RELACIÓN ENNOCIONES BÁSICAS CON RELACIÓN ENNOCIONES BÁSICAS CON RELACIÓN ENLOS ESTUDIOS DE INGENIERÍA FLUVIALLOS ESTUDIOS DE INGENIERÍA FLUVIALLOS ESTUDIOS DE INGENIERÍA FLUVIAL

Hidráulica de Flujos en Canales AbiertosHidráulica de Flujos en Canales AbiertosHidráulica de Flujos en Canales Abiertos•• El régimen fluvial en ríos aluviales El régimen fluvial en ríos aluviales

depende de las características de los depende de las características de los flujos y del transporte de sedimento.flujos y del transporte de sedimento.

•• Parametros hidráulicos claves son la Parametros hidráulicos claves son la fuerza de arrastre, la velocidad del flujo, fuerza de arrastre, la velocidad del flujo, la resistencia al flujo , la pendiente.la resistencia al flujo , la pendiente.

•• Las teorías de flujos en canales abiertos Las teorías de flujos en canales abiertos han sido desarrollados para fondo fijo.han sido desarrollados para fondo fijo.

Fuerza de Arrastre• Es una noción bastante compleja.• No existen métodos para medirla.• Los cálculos son basados en hipótesis muy

primitivas y no toman en cuenta la estructura real del flujo.

• La formula usual esτo = ρ g R Sf

τo la fuerza de arrastreρ peso específicog aceleración de gravedadR radio hidráulicoSf pendiente de la línea de energía

Velocidad del Flujo• La velocidad del fluvo en canales naturales

es turbulente.• Los cálculos hidráulicos cuentan con la

velocidad promedia, y el efecto de la turbulencía se incluye en coeficientes tales como de resistencia al flujo, y de dispersión o de mezcla.

• El perfil vertical de velocidad tiene relación con la fricción al fondo y con la turbulencia.

Velocidad del Flujo• La formula de un perfil de velocidad en una

vertical es logarítmica, cual ley fue determinada en laboratorio en condiciones de flujo bidimensional.

• La forma del perfil de velocidad depende no solamente de la “rugosidad” del fondo, también de otros factores tales como la distribución spacial de las corrientes, o los flujos secundarios (tal como helicoidales), etc.

Velocidad del Flujo• Existe una relación teórica entre la forma

del perfil vertical de la velocidad y la fuerza de arrastre, el parámetro básico para los cálculos del transporte de sedimento.

• El ángulo de la recta obtenida por la relación de la velocidad en función del logarítmo de la profundidad da la velocidad de arrastre V*.

Velocidad del Flujo• Cuando el perfil vertical de velocidad tiene

forma logarítmica, la fuerza de arrastre se obtiene por multiplicación del peso específico con el cuadrado de la velocidad de arrastre . V*²

• La fuerza de arrastre calculada con el perfil de velocidad puede ser muy diferente de la misma calculada por la formula con la pendiente de la línea de energía.

ρρ

Resistencia al Flujo

• La resistencia al flujo es el resultado de los procesos de disipación de energía mecánica en calor.

• Este proceso de disipación depende de la fricción del flujo al fondo y en las orillas, pero también de la turbulencía y de otros procesos internos.

• La estructura de la turbulencia depende de la rugosidad del fondo y de la forma del lecho.

Resistencia al Flujo• En teoría, existe una capa límite laminar, debajo del flujo

turbulente, determinante para la resistencia al flujo.

• sin embargo esta capa no existe realmente en flujos naturales en ríos, cierto no cuando el lecho está móvil, con transporte de sedimento.

La Pendiente• En un río natural, la pendiente de la

superficie o de la línea de energía varía bastante debido a las diferentes perdidas de carga.

• Estas variaciones no se observan fácilmente; hay tambien pendientes transversales.

• La observación de pendientes locales puede dar indicaciones muy útiles en un análisis del comportamiento de un río.

Hidráulica de Flujosen Ríos Aluviales

• Los mecanismos de transporte de sedimento son muy complejos y no existe una teoría aceptada por todos expertos.

• La mayoría de las teorías han sido desarrolladas con base en ensayos de laboratorio, en condiciones muy diferentes de las que encontramos en el campo.

El Sedimento• Un río puede transportar materiales muy

diversos, tales como arcilla, arena, piedras, rocas, arboles, hierbas, etc.

• El sedimento tiene mayor tamaño en las partes altas de las cuencas . En la partes media y baja, el sedimento tiene raramente tamaño mayor a grava.

• Sedimento con el tamaño de las particulas menores a arcilla tiene cohesión.

Mecanismos de Transportede Sedimento

• Carga de material de fondo:es todo material sólido que es parte del lecho.

• Carga de lavado:es el material traído por el flujo y que no baja al fondo; es parte de la calidad del agua.

Mecanismos de Transportede Sedimento

• Transporte de fondo: movimiento de partículas sólidas en contacto con el lecho.

• Transporte en suspensión: movimiento de partículas sólidas suspendidas en el agua.

• Transporte en saltatión: movimiento de partículas sólidas del fondo que saltan hasta cierta altura para caer de nuevo al fondo.

Crítica de las Teorías de Transporte de Sedimento

• Mediciones de campo han demostrado que no se distinga tán fácilmente el transporte por arrastre del transporte en suspensión.

• Poca teorías permiten contar con transporte de material de granulometría extendida.

• Proponemos la defición de carga morfológica: todo material que participe a los cambios de forma del lecho.

Resistencia al Flujoen Canales de Fondo Móvil

• El entendimiento de la formación de las formas del lecho es muy limitado, basado pricipalmente en ensayos de laboratorio.

• Las formas del lecho cambian en permanencia en función de las condiciones hidráulicas, pero más de la diferencia entre la capacidad de transporte y la tasa de transporte del sedimento.


• La clasificación usual ha sido establecido con base en estudios en el Laboratorio de Fort Collins (EUA, desde los años cincuenta).

• Los pocos estudios con mediciones de campo han mostrado los limites de las teorías.

• No hay formulas teóricas satisfactorias para predecir las formas del lecho o para calcular la resistencia al flujo.


• Risos• Risos sobre dunas• Dunas• Dunas suavisadas• Fondo plano• Antidunas• Antidunas con

rompimiento de la onda

• Rápidos y remansos


• Relación entre la forma del lecho, el poder del flujo por superficie unitaria y el diámetro de caída medio de las partículas sólidas.

• Los risos no existen para partículas de más que 0.65 mm.


• La resistencia al flujo aumento en el régimen inferior, desde risos hasta dunas.

• La resistencia al flujo cae en la transición.• La resistencia aumento nuevamente en el régimen superior.


• Antidunas en un río con flujo supercrítico, en un canal estrecho entre la orilla y una barra central.

• La antidunas no pueden aparecer con un número de Froude inferior a 0.8.


La antiduna puedemantenerse imóvil, o moverse aguas arriba,o aguas abajo.La fotografía es unejemplo de antidunacon rompimiendo de

la onda.

Presentación 5 – Morfología de los ríos

Morfología de los Ríos Aluviales

• La morfología de los ríos es el resultado de muchos procesos entre cuales algunos siempre se quedan poco claros.

• No podemos esperar un mejor conocimiento a corto tiempo, y hay que aprovechar las experiencias existentes para concebir obras de ingeniería fluvial y definir medidas para manejar los sistemas hídricos.

• Lo más importante es de entender como se establece una cierta morfología, de tal modo que puede concebir un modelo conceptual, antes de concibir un modelo reducido o matemático.

• No necesitamos conocer las formulaciones matematicas, tampoco todos los mecanismos, para poder comprender los procesos fluviales.

• La comprensión de los mecanismos debe pasar por la observación y la medición de campo.

Morfología de los Cauces

• Trenzado, no sinuoso

• Trenzado, sinuoso

• Sinuoso, barras puntales

• Sinuoso, canaliformo

Los ríos pueden ser de tipo único, o multibrazos, es decir que se encuentra el mismo tipo de cauce en cada brazo.

Morfología de los Cauces• Según estudios hechos

en los EUA, existe une relación entre el tipo de cauce, el gasto líquido y la pendiente.

• Sin embargo, no podemos olvidar el papél que juega el transporte de sedimento, o los puntos de control del lecho.

Morfología de los Cauces• La mayoría de los expertos

consideran la existencia de un gasto formadoro, tomado usualmente como el gasto de bordo lleno, que tiene cierta relación con el gasto medio.

• Pensamos que la forma del cauce depende de la evolución en el tiempo del gatso líquido, es decir que las secuencias y las formas de crecidas determinan la morfología.


• Los estudios de Lane han mostrado la relación entre el producto del gasto líquido con la pendiente (a un lado) y el producto de la carga sólida transportada por el flujo y el tamano de las partículas de esta carga (al otro lado).


• Un desequilíbrio entre la capacidad del transporte y el aporte de sedimento resultará en una agradación (subida) o una degradación (bajada) del lecho.

• Cuando existe el desequilibrio, la morfología del cauce cambiará, por ejemplo de trenzado hasta meandros. También cambiará el perfil longitudinal.

Morfología de los CaucesConclusiones

• No se puede estudiar problemas de ríos aluviales sin tomar en cuenta su dinámica fluviomorfológica.

• Los cambios morfológicos pueden tener escalas de tiempo bastante diferentes.

• El conocimiento del comportamiento morfológico de un río necesita la observación de los cambios.

Gracias para su atenciónGracias para su atención

Sesión deSesión de

Preguntas yPreguntas y

RespuestasRespuestas

Presentación 6 – Los estudios: modelos matemáticos y reducidos

1

Hidráulica Fluvial

Los estudios:

Modelos reducidos y matemáticosEstudios de campo

Estrategia para Estudios

• Nuestro conocimiento en hidráulica fluvial y en fluviomorfología es limitado, principalmente en transporte de sedimento y en el desarrollo de la forma de los cauces.

• No podemos contar con una sola aproximación, y hay que combinar estudios de campo con modelos.

Estrategia para Estudios

• Antes de iniciar estudios en modelos, hay que adquirir un conocimiento suficiente del funcionamiento del sistema fluvial considerado.

• No hay que confundir las observaciones o las mediciones de campo para mejorar nuestro conocimiento, con la adquisición de datos para alimentar los modelos.

Los Modelos

• Modelos reducidos son adecuados para estudiar procesos de transporte de fondo, bajo la influencia de flujos complejos, tales como corrientes helicoidales, o segundarias producidas por obras o puntos de control.

• Modelos matemáticos son adecuados para los estudios menos detallados, tales como líneas de flujo (1-Dim).

Los Modelos Matemáticos

• Los modelos matemáticos actuales no pueden bien reproducir el transporte de sedimento y la resistencia al flujo por las formas del lecho.

• La simulación de la fuerza de arrastre y de su orientación necesita la utilización de hipótesis poco confiables.


• No hay todavía modelos bi-dimensionales con fondo móvil que pueden reproducir de manera correcta la erosión de las orillas.

• La reproducción en un modelo matemático de bifurcaciones y confluencias necesita la utilización de valores anormales de los coefficientes de perdida de carga.

2


• La respuesta de obras de ingeniería fluvial, tales como espigones, vertederos, puentes, u otros no se puede bien predecir con modelos matemáticos.

• Falta una reflexión (feed back) de los estudios de campo para mejorar los modelos matemáticos, cuales desarrollo se basa principalmente en estudios de laboratorio.

Los Modelos Reducidos• Los modelos reducidos de fondo fijo sirven

para estudios fluviales, por la interpretación y la predicción de los cambios morfológicos, con base en el análisis de los datos de los flujos: velodidades, trayectorias, linéas de flujo, etc.

• Los modelos reducidos de fondo móvil reproducen bien el transporte de fondo, menos bien la suspensión.

Los Modelos Reducidos• Una dificuldad mayor para los modelos

reducidos es la elección del material de fondo, debido a que se utiliza agua en el modelo, con la misma viscosidad que en el protótipo.

• Es posible concebir modelos reducidos con una buena reproducción de los procesos sedimentarios y morfológicos, pero necesito buenos datos de campo.

Los Estudios de Campo

• Los estudios de campo no reciben la atención que merecen.

• Estudios de campo tienen la reputación (correcta) de dificuldad, pero no puede llegar a un buen resultado sín estas.

• La metodología de adquisición de datos de campo será comentado en las sessiones siguientes.

Gracias para su atenciónGracias para su atención

Sesión deSesión de

Preguntas yPreguntas y

RespuestasRespuestas

Presentación 7 – Ejemplos de Estudios Fluviales

Río El Congo

Seminario Sobre FluviomorfologíaSeminario Sobre Fluviomorfología

Ejemplos de estudios fluvialesy

vídeo sobre desarrollo morfológico

El Delta del Río Congo

• Cuenca de 3.700.000 Km².• Gastos entre 20.000 y 80.000 m³, promedio

de 41.000 m³.• Zona divagante: 120 Km de largo y 19 Km

de ancho, con muchas islas y barras.• Sedimento: arena gruesa hasta fina.• Pendientes de 2 hasta 20 cm / Km.

El Delta del Río Congo

• El río desemboca en un cañon submarino.• Los 30 últimos kilómetros son el estuario,

de 400 m de profundidad a la costa.• El río da acceso a los puertos marítimos

para naves de 20.000 toneladas.• Estudio de 1968 hasta 1990 para mejorar las

condiciones de navegación.

El estuario y el delta interior del río Congo, frontera entre la República de Congo y Angola

Dunas en estiaje

En crecida, lasdunas suaveny aparecen otrasformas del lecho

En aguas altas,las otras formascrecen


Río Riraí (Bolivia)

Río Piraí (Bolivia)

Un río con gasto líquido promedio de 6 m³/seg. pero con caudales pico hasta 5000 m³/s, un reto para el

manejo de su cauce


Río Ichilo Mamore (Bolivia)

Río Ichilo Mamore

Una historia de corte de meandro


Río Titicaca

La Cuenca del Lago Titicaca

Una cuenca endorreicacon un río Desaguaderoconectando el Titicaca con el Salar de Coipasa


Río Loire (Francia)


Ingeniería Fluvial en México


Inundaciones en Bangladesh

Inundaciones en BangladeshInundaciones en Bangladesh

Presentación 14 – Medición de sedimentos

Aparatos muestreadores

Mediciones De SedimentoMediciones De Sedimento

Aparatos - Muestreadores

Presentación 15 – Taller sobre el uso de sedimentos

Interpretación de datos de campo, muestras del lecho y del transporte, topo-batimetría e hidráulica.

Taller Sobre El Uso De Datos De Sedimento

Interpretación de datos de campo:muestras del lecho y de transporte,

topo-batimetría y hidráulica

Datos De Sedimento Del Lecho

• Sedimentos del lecho tienen distribución de tamaño de granos que coresponden a los procesos de erosión, transporte y depósito.

• Un mapa batimétrica con indicación del tamaño d50 puede dar una información muy valiosa sobre la dinámica fluvial de un tramo de río.

Datos De SedimentoDe Las Margenes

• Puntos “duros” controlan las evoluciones morfológicas de un río y hay que ubicarlos.

• Ciertos depositos recientes pueden tener una composición diferente de los suelos encontrados usualmente en la región.

• Una investigación por fotografía aérea ayuda a buscar las zonas con suelos más resistentes.

El estuario y el delta interior del río Congo, frontera entre la República de Congo y Angola

Datos De Transporte De Sedimento

• Antes de empezar mediciones de transporte de sedimento, hay que evaluar con mediciones especiales cual es el transporte de sedimento que tiene mayor importancia.

• Estas mediciones deben ser organizadas con varios equipos para identificar la naturalesa de los sedimentos y la variabilidad del transporte en el tiempo y en el espacio.

Datos De Transporte De Sedimento

• Comentamos ejemplos de mediciones en el Congo para evaluar la variabilidad del transporte en el tiempo, en relación con el tipo de forma del lecho.

• Las mediciones han mostrado que en ciertos casos, la variabilidad del arrastre de fondo era bastante grande, y que la Botelle de Delft podía reemplazar el BTMA.

Datos De Transporte Del Sedimento En Suspensión

• Para la suspensión, las mediciones por BD1 tienen mayor regularidad cerca de la superficie que más al fondo, debido a la menor turbulencia del flujo.

Datos Del Perfil Vertical De Transporte De Sedimento

• Los datos de transporte medidas por la Botella de Delft (BD1 y BD2) indican un gradiente de tasa de transporte importante cerca del fondo.

• Una medición por integración vertical con la Botella de Delft BD1 no permite identificar a que nivel cambia la ley de tasa de transporte de sedimento.


• Una medición puntual en varios niveles con la BD1 permite identificar el nivel donde cambia la ley del transporte.

• La espesor de la franja de alta tasa de transporte varía de estación a estación, y depende de muchos factores, tales como el tipo de forma del lecho o la disponibilidad de material para ser transportado.


• El gradiente y la magnitud del transporte cerca del fondo pueden cambiar bastante con el tiempo.

• Sin embargo, el nivel de cambio del gradiente vertical de la tasa de transporte puede ser constante.


• Puede existir una relación entre el gradiente vertical de la tasa de transporte y la dimensión d50 del material transportado.

• Se puede definir de ese modo una carga “morfológica”, es decir esta parte de la carga transportada por arrastre y en suspensión que participa en los cambios morfológicos.

Perfil Vertical Del Diametro YDe La Velocidad De Caída

• El gradiente vertical del tamaño de las particulas puede ser traducido por los varios diametros (d50, d10, d90 u otros) o velocidades de caída correspondientes.

Distribución Del TransporteEn La Sección Transversal

• La representación de los datos de sedimento en la sección transversal debe ser muy completo y claro para poder interpretar los procesos sedimentarios y morfológicos.

• Los datos de granulometría del sedimento del lecho y transportado, del transporte de sedimento, y del flujo deben presentarse en un gráfico único.

Distribución Del TransporteEn La Sección Transversal

• El número de verticales a muestrar depende de la heterogeneidad en la distribución del sedimento en la sección transversal.

• La fracción fina está distribuida de manera más homogénea que las fracciones más gruesas.

Curvas De Gasto Sólido

• No existen siempre curvas de gasto sólido, pero puede siempre poner en gráfico una relación del gasto sólido en función del gasto líquido.

• Una curva de gasto líquido es raramente estable, porque la tasa de transporte depende de la disponibilidad de material a transportar.

Curvas De Gasto Sólido

• Cálculo de una curva de gasto sólido debe utilzar diversas aproximaciones.

• Se puede establecer una curva por análisis visual.

• Se recomienda calcular la curva de gasto sólido por el método “group average” (mediana por grupo).

Samaria Vertical 2 - 31 Oct 2001; 11:20

y = 0.1653x + 1.0628

1

1.02

1.04

1.06

1.08

1.1

1.12

1.14

-0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4

Log y

V (m

/seg

)

Velocidad V / log yLinear (Velocidad V / log y)

V* = 0.1653/5.75 = 0.03 m/s

COMISION NACIONALDEL AGUA

Programa de Modernizacióndel Manejo del Agua

parte 2: hidráulica fluvial

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