Simulación Hidrodinámica Tridimensional con Procesos de Transporte de Sedimentos en un Cauce Natural

Abstract

Los fenómenos en flujos con superficie libre que ocurren en la naturaleza son de una complejidad tal que difícilmente pueden ser resueltos con métodos analíticos exactos. Por este motivo se busca aplicar modelos y simulaciones con la utilización de técnicas experimentales y numéricas que permitan la determinación de las variables que caracterizan el flujo en ríos. Dentro del contexto de aplicar técnicas matemáticas y numéricas para describir y analizar el comportamiento hidráulico de cauces naturales, se planteó el desafío de la simulación de la hidrodinámica tridimensional con procesos de transporte de sedimentos en un tramo de río en la provincia de Córdoba, Argentina. El estudio se centra en el tramo medio del río Tercero o Ctalamochita ubicado en la localidad de Villa María al sur-este de la provincia. El objetivo principal de esta investigación, es realizar un análisis estadístico de las dimensiones dominantes de las formas de fondo simuladas en un modelo hidrodinámico tridimensional acoplado con procesos de transporte de partículas; la simulación numérica de las variables será aplicada a un río de aguas poco profundas y con pendiente de fondo correspondiente a la de un cauce de planicie, como lo es el río Tercero en su paso por la ciudad de Villa María. El modelo SSIIM será aplicado para calcular las variables de flujo y transporte de sedimentos en el dominio seleccionado; SSIIM es una herramienta de mecánica de fluidos computacional para la simulación de variables de flujo tridimensional y transporte de sedimentos en flujos con superficie libre. El software es de libre distribución y tiene algunas librerías en código abierto para el desarrollo de metodologías de cálculo. La densidad espacial y temporal de los resultados simulados de la morfología fluvial, permiten plantear como innovación de este trabajo el de emplear metodologías de análisis espectral en base a la transformada discreta de Fourier y curvas wavelets tipo Morlet para describir las escalas dominantes de las señales de formas de fondo estimadas. Identificar las escalas dominantes de formas de fondo mediante las técnicas de análisis espectral permitirá establecer la variabilidad en tiempo y espacio de la morfología fluvial y cuantificar la influencia de las distintas escalas de formas de fondo en el campo de flujo y en la resistencia que ejercen las fronteras sólidas sobre la corriente. Como hipótesis se plantea que en un cauce de aguas poco profundas, los procesos hidrodinámicos relacionados con las formas de fondo tendrían características tridimensionales, razón por la que también se justifica el uso de un modelo tridimensional para simular los procesos hidrodinámicos en el dominio seleccionado.