1. INTRODUCCIÓN El cálculo del transporte de sedimentos está lleno de complicaciones, incluyendo el rol de la fricción (grano y forma), acorazamiento, flujo no permanente y otros.
A pesar de estas dificultades, en la práctica es posible desarrollar una curva de gasto de sedimentos en base a una fórmula de transporte de sedimentos y/o mediciones de campo.
La curva de gasto de sedimentos es un gráfico que relaciona el caudal sólido y el caudal líquido, por lo general en una escala logarítmica.
Para los caudales altos, la curva de gasto de sedimentos tiende asintóticamente a una concentración máxima es decir, asintótica a una línea de 45°.
La naturaleza de la curva de gasto de sedimentos, en la cual la concentración (1) aumenta con el caudal, y (2) es asintótica a un valor máximo para caudales suficientemente altos, sugiere que existe un mecanismo que reduce la concentración de sedimentos para caudales bajos. Aquí sugerimos que este mecanismo es la fricción de forma. El objetivo de este estudio es demostrar, utilizando datos de campo de alta calidad, que la fricción de forma es la causante principal de la curvatura y la forma de la curva de sedimentos para caudales bajos.
Para caudales bajos, la fricción de forma reduce la concentración de sedimentos muy por debajo de lo que se podría lograr si no hubiera fricción de forma.
2. DATOS DE CAMPO Hemos utilizado los datos recopilados por Williams (1995), quien presentó una base de datos digitales incluyendo los de Ackers y White (1973), Brownlie (1981 a, b), Engelund y Hansen (1967) y Yang (1973) en el desarrollo de fórmulas de transporte de sedimentos. Específicamente, los datos de Brownlie incluyen aproximadamente 7,000 datos de campo y de laboratorio. Los siguientes seis conjuntos de datos de Brownlie se utilizaron para el análisis:
3. METODOLOGÍA Y RESULTADOS Las curvas de gasto de sedimentos, incluyendo el mejor ajuste gráfico, se muestran en las Figuras 1 a 6. Además, por cada unidad de datos, el caudal, el ancho de canal, la profundidad hidráulica, y la pendiente del lecho se utilizaron para calcular el número de Manning. Por cada medición, el número de Manning se muestra en un eje vertical paralelo, de modo que la tendencia en la curva de sedimentos pueda ser comparada con la tendencia en el número de Manning. En todos los casos, se ve claramente
que el número de Manning disminuye a medida que el caudal líquido y el caudal sólido aumentan.
Figura 1 Curva de gasto de sedimentos para el Río Atchafalaya.
Figura 2 Curva de gasto de sedimentos para el Río Niobrara.
Figura 3 Curva de gasto de sedimentos para el Río Middle Loup.
Figura 4 Curva de gasto de sedimentos para el Río Grande.
Figura 5 Curva de gasto de sedimentos para el Río Mississippi.
Figura 6 Curva de gasto de sedimentos para el Río Red.
4. CONCLUSIONES Se ha utilizando un conjunto de datos de campo de alta calidad, para demostrar que la fricción de forma es la causante de la curvatura y la forma típica de las curvas de gasto de sedimentos. Se ha confirmado que para caudales altos, las curvas de gasto de sedimentos tienden asintóticamente a una concentración máxima. Por el contrario, para caudales bajos, la fricción de forma reduce la concentración de sedimentos muy por debajo de lo que se podría lograr si no hubiera fricción de forma. Se han mostrado seis curvas de gasto de sedimentos, efectuadas con mediciones de alta calidad. Por cada unidad de datos, el caudal, el ancho de canal, la profundidad hidráulica, y la pendiente del lecho se utilizaron para calcular el número de Manning. En todos los casos, el número de Manning disminuye a medida que el caudal líquido y el caudal sólido aumentan. Se concluye que para caudales bajos, la fricción de forma es significativa en el transporte de sedimentos, reduciendo eficazmente la concentración de sedimentos muy por debajo del valor máximo. Para caudales altos la fricción de forma disminuye, la fricción total tiende a un valor constante, y la concentración de sedimentos se acerca asintóticamente al valor máximo. Estos resultados iluminan nuestra entendimiento de la curva de gastos en particular y el transporte de sedimentos en general.
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