MODELIZACIÓN BIDIMENSIONAL DEL TRANSPORTE DE MADERA EN RÍOS
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- Montserrat Castilla Robles
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1 MODELIZACIÓN BIDIMENSIONAL DEL TRANSPORTE DE MADERA EN RÍOS Ernest Bladé, Martí Sánchez Juny, Belén Martí Cardona Virgínia Ruiz Villanueva, Andrés Díaz Herrero José María Bodoque del Pozo..
2 INTRODUCCIÓN Que es la Carga leñosa, o detrito leñoso, O Large Woody Debris (LWD): Material leñoso dentro del cauce de los ríos (troncos, ramas, raíces), cuyo diámetro medio es mayor de 10 cm y la longitud superior a 1 m. Material leñoso más fino: Fine Woody Debris (FWD)
3 INTRODUCCIÓN El transporte de madera aumenta la peligrosidad durante las inundaciones 1. Aumento de niveles de agua 2. Por el propio impacto de los troncos Inundación del Río Nalón, puente N-632, Asturias, febrero Inundación del Río Fiorentina, Caprile, Italia, 1966 (Comiti et al., 2008) (Fotografías de El Comercio e información cedida por Elena Fernández, INDUROT)
4 INTRODUCCIÓN El IGME (Instituto Gológico-Minero de España) ha desarrollado una metodología para la estimación del número potencial de árboles que puede llegar a un tramo de río Estudio a escala de cuenca que considera: Topografía Sinuosidad del río Inestabilidad del terreno Conectividad ríoladeras Inundabilidad Vegetación: tipo, estado, densidad
5 TRANSPORTE DE MATERIAL LEÑOSO: MODELIZACIÓN EL MÉTODO PROPUESTO SE BASA EN LA SIMULACIÓN HIDRODINÁMICA 2D CON IBER El módulo hidrodinámico resuleve las ecuaciones de St. Venant. El modulo de transporte de madera combina el esquema Euleriano para el flujo con uno Lagrangiano para el transporte de madera.
6 TRANSPORTE DE MATERIAL LEÑOSO: MODELIZACIÓN LOS TRONCOS SE MUEVEN DEBIDO A LAS FUERZAS ACTUANTES sin ) ( sin sub g A L g A L g F F cos sin 2 / 2 log sub d flo d A y L C U U F cos ) ( bed sub bed n f A L g A L g F F Área sumergida del tronco 8 / / 2 1 cos 2 sin / 2 1 cos sub D D y D y A densidad de la madera (ρ ), longitud (L ), diámetro (D ), el ángulo que forma con respecto al flujo (θ), calado (h), coeficientes de fricción con el lecho y de arrastre (μ bed y C d ) Gravedad: Arrastre: Rozamiento
7 a TRANSPORTE DE MATERIAL LEÑOSO: MODELIZACIÓN DESCRIPCIÓN DEL MOVIMIENTO En cada instante de tiempo la velocidad del tronco se actualiza con la aceleración: U n 1 log U n log t a la aceleración se calcula según al 2ª ley de Neton X n 1 log F F F g f d a L A La posición del tronco se actualiza en cada instante según: X n log t U n log 1 2 a t (Se considera también la rotación de los troncos a partir de la vorticidad del flujo) 2 ( log = tronco)
8 TRANSPORTE DE MATERIAL LEÑOSO: MODELIZACIÓN DESCRIPCIÓN DEL MOVIMIENTO Se simulan las Interacciones de los troncos entre sí como choques entre sólidos rígidos V (1 e) V ev f cm m1 V m 01 2 V0 2 Vcm m1 m2 e: coef. de elasticidad i Se considera la interacción entre los troncos y el cauce:
9 TRANSPORTE DE MATERIAL LEÑOSO: MODELIZACIÓN DESCRIPCIÓN DEL MOVIMIENTO También se ha incluido la Interacción con obstáculos (condiciones internas).
10 TRANSPORTE DE MATERIAL LEÑOSO: MODELIZACIÓN EFECTO DE LOS TRONCOS SOBRE LA HIDRODINÁMICA Se incluye en las ecuaciones de Saint Venant 2D un término de resistencia adicional: tensión tangencial obtenida como la fuerza ejercida sobre los troncos por unidad de área. τ ood, i s log A F i d
11 TRANSPORTE DE MATERIAL LEÑOSO: MODELIZACIÓN SIMULACIONES Ejemplos de simulaciones con transporte por flotación
12 TRANSPORTE DE MATERIAL LEÑOSO: MODELIZACIÓN SIMULACIONES Ejemplo de simulación en un río. Se aprecia interacción con las orillas
13 TRANSPORTE DE MATERIAL LEÑOSO: VALIDACIÓN ENSAYOS EN CANAL DE LABORATORIO Se realizaron ensayos en un canal con 3 geometrás distintas. Los ensayos se filmaron, se digitalizó la pelicula para obtener las trayectorias 3 geometrías (1) (2) (3)
14 TRANSPORTE DE MATERIAL LEÑOSO: VALIDACIÓN ENSAYOS EN CANAL DE LABORATORIO Comparación de trayectorias medidas y calculadas:
15 TRANSPORTE DE MATERIAL LEÑOSO: VALIDACIÓN ENSAYOS EN CANAL DE LABORATORIO Se ensayaron atascos en obstrucciones Se verificó la sobreelevación provocada por los troncos en la lámina de agua: Modelización de troncos atrapados Lámina sin troncos Lámina con troncos
16 TRANSPORTE DE MATERIAL LEÑOSO: VALIDACIÓN DATOS DE CAMPO: CUENCA DE VENERO CLARO Se está trabajando en la calibración/validación en una cuenca instrumentada. Datos de la cuenca, lluvia y niveles en: Sierra de Gredos, España A = 15 km 2 Diciembre de 1997: Avenida con importante transporte de madera
17 TRANSPORTE DE MATERIAL LEÑOSO: VALIDACIÓN DATOS DE CAMPO: CUENCA DE VENERO CLARO El IGME realizó la reconstrucción del caudal de avenida y niveles de agua de la avenida de 1997 a partir de datos pluviométricos y marcas en la cuenca Caudal punta: 123 m 3 /s
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