Si alguna vez has mirado de cerca una duna de arena o sedimento en 3D dentro de un río o área costera, ¿te preguntaste cómo se formó?
Después de notar cómo la construcción de presas altera significativamente la hidrodinámica de los ríos naturales y la evolución resultante del lecho del río, un grupo de investigadores de la Universidad de Tsinghua en China decidió aplicar simulaciones numéricas para ayudar a determinar qué está en juego en la relación del movimiento de sedimentos ycondiciones de flujo. Reportan sus hallazgos en Física de fluidos , de AIP Publishing.
El trabajo del grupo se inspiró en parte en el impacto de la Presa de las Tres Gargantas, que es una presa de gravedad hidroeléctrica que se extiende por el río Yangtze. Desde su construcción en 2003, 11,7 kilómetros 7,2 millas de lecho plano río abajo en el estuario del Yangtzese observó la transformación en formas de lecho de dunas, características que se forman como resultado del material del lecho del río que se mueve por el flujo de fluido.
"Esta evolución de la morfología del lecho amenazó la seguridad de la navegación y la estabilidad de los diques de los ríos, porque el mecanismo de formación de dunas de sedimentos era desconocido", dijo Hongwei Fang, profesor de la Universidad de Tsinghua.
Los investigadores se propusieron simular con precisión el flujo completamente turbulento cerca del lecho del río y vincularlo con el movimiento de las partículas de sedimento.
"Utilizamos una gran tecnología de simulación de remolinos para obtener un campo de flujo instantáneo preciso cerca del lecho, calcular los esfuerzos de corte que actúan sobre las partículas de sedimento y, finalmente, simular la evolución del lecho del río", dijo Fang.
Al utilizar la visualización y el análisis de espectros de potencia, los investigadores pudieron caracterizar la formación de dunas de sedimentos en tres etapas distintas y mostrar claramente el mecanismo responsable de cada una.
"La interacción del flujo cercano al lecho y las partículas de sedimento se ha investigado rigurosamente, pero todavía no estaba exactamente claro qué estaba pasando", dijo Fang. "Particionarlo en tres etapas nos ayudó a aclarar este proceso".
"Los defectos iniciales que aparecen en el lecho al comienzo del proceso están estrechamente relacionados con la velocidad de flujo instantánea justo antes de que el lecho se desestabilice", dijo. "También descubrimos que los defectos con una alta velocidad de flujo instantáneo se lavanlejos, mientras que los defectos con baja velocidad instantánea reciben depósitos de sedimentos y crecen en longitud y altura. Y, además, se forma una zona de estela constante aguas abajo de micro ondas de arena, donde se acumula el sedimento ".
En lo que respecta a las aplicaciones, este trabajo "ayudará a predecir la evolución de la morfología del lecho del río, cómo se forma y cambia, dentro de los ríos naturales", dijo Fang. "Y permitirá la prevención de peligros potenciales, como la falla de la orilla del río o el varamiento de barcos"
A continuación, el grupo explorará el meandro de los ríos, lo que representa una seria amenaza para los ríos con represas.
"Con nuestro éxito simulando la evolución de los cauces de los ríos, confiamos en revelar el mecanismo del meandro de los ríos, que es muy importante en la construcción de diques de ríos, la gestión de ríos y la protección de hábitats acuáticos", dijo Fang.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :