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TRANSPORTE DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA ALTA DEL RIO MAGDALENA

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by

Edison Alfonso

on 23 September 2013

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Transcript of TRANSPORTE DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA ALTA DEL RIO MAGDALENA

ANALISIS DE SENSIBILIDAD DEL TRANSPORTE TOTAL DE SEDIMENTOS DE LA CAPA DE FONDO EN LA CUENCA DEL RIO MAGDALENA, POR LOS METÓDOS DE EINSTEIN Y VAN RIJN A TRAVES DE LA MODELACION DE PARAMETROS HIDROLOGICOS DISPONIBLES EN LAS ESTACIONES DE NARIÑO Y ARRANCAPLUMAS
Objetivos
Determinar el transporte total de sedimentos en la cuenca alta del río Magdalena por los métodos de Meyer Peter Müller, Einstein, Nielsen, Van Rijn y Engelund; mediante la modelación de parámetros hidrológicos disponibles para las estaciones de Arrancaplumas y Nariño
Parametros Hidráulicos
Elementos cartera
-Profundidad (m): Dato suministrado por el IDEAM que corresponde al valor de la profundidad medida desde el lecho del río hasta la lámina del agua, en cada abscisa.

-Abscisa (m): Dato suministrado IDEAM, que corresponde a la medida longitudinal preferiblemente constante en la superficie del agua de la sección de aforo.

-Área (m2): Corresponde a la sumatoria de las áreas parciales calculadas para una seccion transversal. Suministrado por el IDEAM


- Perímetro hidráulico (m): Corresponde al perímetro mojado de la sección aforada expresado en metros. Suministrado por el IDEAM





AUTOR
EDINSON ALFONSO HINCAPIE
DIRECTOR
ING. FERNANDO GONZALES

"
OPTIMIZACION DE PROCESOS
SEMILLERO UDENS"

¿Como?...

Caracterizar la cuenca Hidráulica del Río Magdalena
Calcular el transporte de sedimentos de la capa de fondo y el transporte de sedimentos en suspensión por los métodos propuestos
Realizar el análisis de sensibilidad del transporte total de sedimentos
Establecer la metodología de cálculo adecuada para el objeto de estudio
Establecer los parámetros hidráulicos para cada una de las estaciones del tramo de estudio
¿Qué?
17% Territorio Colombiano
1528 km de rio
593 Municipios
24 Departamentos
Area Aproximada 194.695 km2
Descripcion Área de Estudio
Datos Importantes
-Radio Hidráulico (m): Corresponde a la relacion entre el área y el perímetro mojado. Suministrado por el IDEAM

- Ancho Hidráulico : Corresponde al ancho de la seccion de aforo. Suministrado por el IDEAM

- Velocidad media: Es la velocidad promedio en un intervalo de tiempo dado. Suministrado por el IDEAM

- Q (m3/s): Corresponde al caudal de cada subárea, calculado como el producto entre la Velocidad promedio en metros por segundo y el área en metros cuadrados.

- Q solido (kg/s): Corresponde a la cantidad de solido en un intervalo de tiempo determinado

- Concentracion Media (kg/m3): Cantidad de solidos que se encuentran en una solucion.

Muestra de Calculos Realizados
"Evaluacion flujo unforme"
Estimacion del Coeficiente Rugusidad de Maning "n"
Obtenido mediante la expresion de Maning - Strickler

Calculo de la Pendiente del lecho del Río
A traves de la expresion de Maning


Uniformidad del flujo
Obtenida a traves de las expresiones citadas a continuacion:
Calculo del Error Relativo
Obtenido mediante la relacion el error absoluto y el valor suministrado por el IDEAM así:
Donde:
R= Radio Hidráulico
k= Altura de la rugosidad - Tambien conocida como el diametro de tamiz (Cada autor toma un diametro de tamiz diferente, predominando en si el D50. Este valor es tomado de la granulometria suministrada por el IDEAM
Esta ecuacion se desarrolla con la ayuda de la ecuacion de Colebrook White citada en la parte inferior a traves de métodos iterativos, arrojando para este caso un y= 6,64 m
TRANSPORTE DE SEDIMENTOS
Método de Einstein
El transporte total de sedimento de la capa de fondo se obtiene mediante la expresion
Metodo de Nielsen y Van Rijn
Transporte de sediementos de la capa de fondo
A traves de la siguiente ecuacion se determina el transporte de sedimentos de la capa de fondo
Método de Engelund
Transporte total de sedimentos
Calculado para diferentes "Di" fracciones en las que se divide la granulometria para brindarle mayor precision al método.
Donde
Cs= Concentracion media
ds= Altura de la capa de fondo
Vs= Velocidad promedio del sedimento
Método de Meyer Peter Muller
A su vez el transporte en suspension se obtiene a traves
Transporte de sedimentos en suspension
Método de Van Rijn

Simplificado
El método de Van Rijn simplificado se utiliza para cuantificar el transporte total de sedimentos de la capa de fondo y suspension, su expresion se realaciona a continuacion
Análisis de Resultados
Para determinar la ecuación de transporte de sedimentos de la capa de fondo y suspension , se realizaron para cada uno de los métodos las gráficas de los valores de Caudal Liquido Vs Caudal Solido para cada sección aforada, con la respectiva regresión (exponencial, logarítmica, potencial, lineal y polinómica) encontrando que la ecuación que más se ajusta para el transporte de fondo es la de los métodos de Nielsen y Meyer Peter para una regresion de tipo potencial.
Para el transporte de sedimentos de suspension no se encontro una tendencia dada la dispersion de los datos tal como se observa en la graficas. De la misma manera ocurrio para el transporte total de sedimentos.
CONCLUSIONES
El empirismo base del desarrollo de la hidráulica fluvial, invoca a que las diferentes metodologías de campo y de cálculo sean estandarizadas, en la medida en que esto se realice se podrá contar con información mucho más exacta, mientras esto no se efectué conviene hacer el análisis de sensibilidad que permita deducir de manera cuantitativa el problema del transporte a pesar de ser conscientes de que la incertidumbre puede ser significativa.

Diversas son las metodologías existentes para cuantificar el transporte de sedimentos, algunas lo hacen clasificando el tipo de transporte por separado otras de manera completa; la elección de cada una de ellas se encuentra en función de los rangos recomendados para validarse, a pesar de que los rangos no representan un impedimento para emplear los métodos, es de vital importancia tenerlos en cuenta al momento de realizar los cálculos, puesto que esto influye en los resultados. Para el caso particular de este proyecto ninguno de los métodos se ajusta a uno de los rangos que es el granulométrico debido a que la distribución de granos del rio estudiado es bastante fina (arenas), sin embargo el análisis de sensibilidad del factor campo, cálculo y desde luego la experiencia del Ingeniero se convierte en una herramienta clave para la toma de decisiones.
De los estudios realizados, para el transporte de suspensión se considera útil la metodología de Van Rijn, esto teniendo en cuenta que como se observa en las gráficas para todos los aforos solidos la dispersión con respecto a las mediciones realizadas en campo son bajas, teniendo relaciones entre lo calculado y la medido en campo del orden de 1 a 5, conclusión que está ligada a las investigaciones de Van Rijn donde se indica que con los datos empleados para su calibración y verificación se muestran desviaciones de relación mayores a dos.
Para el transporte de sedimentos de la capa de fondo se dispone de dos ecuaciones provenientes del método de Nielsen y Meyer Peter con coeficientes de correlacion mayores a 0,90 y menores 1, por tal razon se recomienda su uso.
Para el desarrollo de proyectos que requieren el uso de información de estaciones limnigraficas, se debe tener especial cuidado debido a que no siempre existe continuidad en la toma de los registros, parámetro que es de vital importancia para la precisión de los cálculos realizados.
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