Post on 01-Feb-2017
Angel Menéndez - INA & Universidad de Buenos Aires
Modelación numérica de problemas de evolución
morfológica en ríos y estuarios Angel N. Menéndez
Laboratorio de Hidráulica – INALaMM – Universidad de Buenos Aires
Argentina(M.Re, P.García, A.Sarubbi)
Angel Menéndez - INA & Universidad de Buenos Aires
Modelación numérica de problemas de erosión y sedimentación en ríos y estuarios
• Cambio morfológico del lecho del río• Sedimentación en reservorios• Avance de deltas• Erosión de márgenes• Sedimentación en estuarios
Angel Menéndez - INA & Universidad de Buenos Aires
Modelación numérica de problemas de erosión y sedimentación en ríos y estuarios
• Cambio morfológico del lecho del río• Sedimentación en reservorios• Avance de deltas• Erosión de márgenes• Sedimentación en estuarios
Angel Menéndez - INA & Universidad de Buenos Aires
CAMBIO MORFOLÓGICO: Cruce del Gasoducto Mesopotámico
La empresa proveedora (TGN) detecta una erosión galopante del lecho cerca de la margen izquierda de la sección transversal de cruce del gasoducto a través del río Paraná
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CAMBIO MORFOLÓGICO: Cruce del Gasoducto Mesopotámico
Angel Menéndez - INA & Universidad de Buenos Aires
CAMBIO MORFOLÓGICO: Cruce del Gasoducto Mesopotámico
Angel Menéndez - INA & Universidad de Buenos Aires
CAMBIO MORFOLÓGICO: Cruce del Gasoducto Mesopotámico
Angel Menéndez - INA & Universidad de Buenos Aires
CAMBIO MORFOLÓGICO: Cruce del Gasoducto Mesopotámico
Angel Menéndez - INA & Universidad de Buenos Aires
CAMBIO MORFOLÓGICO: Cruce del Gasoducto Mesopotámico
Foto aérea 1976
Angel Menéndez - INA & Universidad de Buenos Aires
CAMBIO MORFOLÓGICO: Cruce del Gasoducto Mesopotámico
Foto aérea 1983
Angel Menéndez - INA & Universidad de Buenos Aires
CAMBIO MORFOLÓGICO: Cruce del Gasoducto Mesopotámico
Foto aérea 1989
Angel Menéndez - INA & Universidad de Buenos Aires
CAMBIO MORFOLÓGICO: Cruce del Gasoducto Mesopotámico
Foto aérea 1995
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CAMBIO MORFOLÓGICO: Cruce del Gasoducto Mesopotámico
Batimetría 1995
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CAMBIO MORFOLÓGICO: Cruce del Gasoducto Mesopotámico
(HIDROBID II)
Angel Menéndez - INA & Universidad de Buenos Aires
CAMBIO MORFOLÓGICO: Cruce del Gasoducto Mesopotámico
(HIDROBID II)
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CAMBIO MORFOLÓGICO: Cruce del Gasoducto MesopotámicoGranulometría
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CAMBIO MORFOLÓGICO: Cruce del Gasoducto Mesopotámico
(SEDIMBID)
Angel Menéndez - INA & Universidad de Buenos Aires
CAMBIO MORFOLÓGICO: Cruce del Gasoducto Mesopotámico
Inicial 3 meses 10 meses
(SEDIMBID)
Angel Menéndez - INA & Universidad de Buenos Aires
CAMBIO MORFOLÓGICO: Cruce del Gasoducto Mesopotámico
Angel Menéndez - INA & Universidad de Buenos Aires
Modelación numérica de problemas de erosión y sedimentación en ríos y estuarios
• Cambio morfológico del lecho del río• Sedimentación en reservorios• Avance de deltas• Erosión de márgenes• Sedimentación en estuarios
Angel Menéndez - INA & Universidad de Buenos Aires
SEDIMENTACIÓN EN RESERVORIOS: Lake-Mead (Presa Hoover) - USA
• Sedimentación en reservorios: reducción de vida útil• La sedimentación implica un proceso de enterramiento de contaminantes
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SEDIMENTACIÓN EN RESERVORIOS: Lake-Mead (Presa Hoover) - USA
Sedimentación acelerada en el embalse; crecimiento de un Delta
Angel Menéndez - INA & Universidad de Buenos Aires
SEDIMENTACIÓN EN RESERVORIOS: Lake-Mead (Presa Hoover) - USA
Perfiles longitudinales
19351948/9
1963/4
Angel Menéndez - INA & Universidad de Buenos Aires
SEDIMENTACIÓN EN RESERVORIOS: Lake-Mead (Presa Hoover) - USA
5 2 0 5 0 0 4 8 0 4 6 0 4 4 0 4 2 0 4 0 0 3 8 0
3 0 0
Serie nivel
260
280
300
320
340
360
380
En...
Dic-36
Dic-38
Dic-40
Dic-42
Dic-44
Dic-46
Dic-48
Dic-50
Dic-52
Dic-54
Dic-56
Dic-58
Dic-60
Dic-62
Dic-64
Niv
el d
e em
bals
e [m
]
Serie caudal
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
En...
Dic-36
Dic-38
Dic-40
Dic-42
Dic-44
Dic-46
Dic-48
Dic-50
Dic-52
Dic-54
Dic-56
Dic-58
Dic-60
Dic-62
Dic-64
Cau
dal [
m3/
s]
Serie caudal sólido + curvas granulometricas
0102030
405060
708090
100
En...
Dic-36
Dic-38
Dic-40
Dic-42
Dic-44
Dic-46
Dic-48
Dic-50
Dic-52
Dic-54
Dic-56
Dic-58
Dic-60
Dic-62
Dic-64
Cau
dal s
ólid
o [m
illon
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on/m
es]
1 10 100 10000
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
16/ago/1945 30/may/1945P
orce
ntaj
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ado
(por
pes
o)
Diámetro de partícula (µm)
Morfología inicialdel cuenco
Angel Menéndez - INA & Universidad de Buenos Aires
SEDIMENTACIÓN EN RESERVORIOS: Lake-Mead (Presa Hoover) - USA
5 2 0 5 0 0 4 8 0 4 6 0 4 4 0 4 2 0 4 0 0 3 8 0
3 0 0
Fondo inicial (1935)
Presa Hoover
Comienzo de llenado del embalse
(Modelo 2D Vertical)
Angel Menéndez - INA & Universidad de Buenos Aires
SEDIMENTACIÓN EN RESERVORIOS: Lake-Mead (Presa Hoover) - USA
0 20 40 60 80 100 120 140220
240
260
280
300
320
340
360
380
Comparación
Angel Menéndez - INA & Universidad de Buenos Aires
SEDIMENTACIÓN EN RESERVORIOS: Lake-Mead (Presa Hoover) - USA
0 20 40 60 80 100 120 140220
240
260
280
300
320
340
360
380
Comparaciónpara t=30 años
Angel Menéndez - INA & Universidad de Buenos Aires
SEDIMENTACIÓN EN RESERVORIOS: Lake-Mead (Presa Hoover) - USA
0 20 40 60 80 100 120 140220
240
260
280
300
320
340
360
380
Angel Menéndez - INA & Universidad de Buenos Aires
SEDIMENTACIÓN EN RESERVORIOS: Lake-Mead (Presa Hoover) - USA
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Modelación numérica de problemas de erosión y sedimentación en ríos y estuarios
• Cambio morfológico del lecho del río• Sedimentación en reservorios• Avance de deltas• Erosión de márgenes• Sedimentación en estuarios
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AVANCE DE DELTA: Frente del Delta del RíoParaná
El Frente del Delta del Río Paraná está en continuo crecimiento sobre la cabecera del Río de la Plata. Esto implica la continua creación de territorio nuevo
Angel Menéndez - INA & Universidad de Buenos Aires
AVANCE DE DELTA: Frente del Delta del RíoParaná
Angel Menéndez - INA & Universidad de Buenos Aires
AVANCE DE DELTA: Frente del Delta del RíoParaná
ARGENTINA
URUGUAY
BRASIL
PARAGUAY
Buenos Aires
SantaFe
EntreRíos
Rí o
Par
aná
Río Bermejo
Río Pilcomayo
Río Paraguay
Río Paraná:Caudal medio ≈
18.000 m3/s
Delta del Paraná:Largo: 320 km
Ancho:18-60 kmArea: 14.000 km2
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AVANCE DE DELTA: Frente del Delta del RíoParaná
Referencias:Año 1845Año 1969
Año 1896Año 2000
Año 1778
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AVANCE DE DELTA: Frente del Delta del RíoParaná
Referencias:
1926-1969
1984-19941969-1984
1994-2002
Hasta 18961896-19051905-1926
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AVANCE DE DELTA: Frente del Delta del RíoParaná
Tasas medias de avance(del siglo XIX al XX)
Sf N PG: 50 a 0 m/añoSf S PG: 35 a 25 m/añoSf N PLP: 100 a 75 m/añoSf S PLP: 100 a 50 m/año
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AVANCE DE DELTA: Frente del Delta del RíoParaná
Río Bermejo110
Río Alto Paraná12
Río Paraguay
8
Río ParanáMedio130
Río ParanáInferior145
Delta
Carga total………………16025% Arcillas (45)60% Limos (90)15% Arenas (25)
Carga en suspensión….14530% Arcillas (45)
60-65% Limos (90)5-10% Arenas (10)
Carga de lavado………..135Arcillas y limos
Carga de fondo…...……..15Arenas
Carga en Suspensión
(millones de toneladas/año)
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AVANCE DE DELTA: Frente del Delta del RíoParaná
MM
MH
MS
Niveles de aguaVelocidades de corriente
Tasas de sedimentación
MapaBatimetría
Diámetro de sedimentoDistribución de concentraciones
Caudales de los tributariosOnda de marea
Carga sólida(Modelo 2DH)
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AVANCE DE DELTA: Frente del Delta del RíoParaná
Uruguay
Argentina
Río dela Plata
Uruguay + Paraná Bravo
Paraná de las Palmas
Paraná Miní
BarcaGrande
ParanáGuazú
Onda de Marea
Delta
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AVANCE DE DELTA: Frente del Delta del RíoParaná
0.50
0.70
0.90
1.10
1.30
1.50
0.50
0.70
0.90
1.10
1.30
1.50
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AVANCE DE DELTA: Frente del Delta del RíoParaná
!(
!(
!(
!(
!(!(
!(
!(
!(
Tigre
CapitalFederal
VillaParanacito
Entre Ríos
Delta
URUGUAY
Río dela Plata
Buenos Aires
RL
VP
EC
ID
IT
PI
LC
ISF
PSJ
6.280.000 6.320.000 6.360.000 6.400.0006.16
0.00
06.
200.
000
6.24
0.00
06.
280.
000
6.32
0.00
0
´
0 20 40 6010km
Referencias
!( Perforaciones
Angel Menéndez - INA & Universidad de Buenos Aires
AVANCE DE DELTA: Frente del Delta del RíoParaná
CapitalFederal
Río dela Plata
Buenos Aires
Año 1900URUGUAYDelta
6.360.000 6.380.000 6.400.000 6.420.000
6.15
0.00
06.
180.
000
6.21
0.00
06.
240.
000
´0 10 205
km
Zonas de Concentración
A PG
B PG
C PG
A PLP
B PLP
C PLP
CapitalFederal
Río dela Plata
Buenos Aires
Año 1900URUGUAYDelta
6.360.000 6.380.000 6.400.000 6.420.000
6.15
0.00
06.
180.
000
6.21
0.00
06.
240.
000
´0 10 205
km
Area Sedimentable
Area de Influencia PG
Area de Influencia PLP
Angel Menéndez - INA & Universidad de Buenos Aires
AVANCE DE DELTA: Frente del Delta del RíoParaná
CapitalFederal
URUGUAY
Delta1900
VicenteLópez
San Isidro
SanFernando
Río dela Plata
6.360.000 6.370.000 6.380.000 6.390.000
6.1
80.0
006.
195.
000
6.2
10.0
006.
225
.000
6.24
0.0
00 ´
0 5 10 152,5km
References
Cartography
1905
1926
1969
1984
1994
2002
Simulation
1908
1913
1919
1926
1960
1969
1974
1984
1994
2001
CapitalFederal
URUGUAYDelta1900
VicenteLópez
San Isidro
SanFernando
Río dela Plata
6.360.000 6.370.000 6.380.000 6.390.000
6.18
0.0
006.
195.
000
6.21
0.00
06.
225.
000
6.24
0.0
00 ´
0 5 10 152,5km
References
Cartography1926
2002
Simulation
1926
2001
Angel Menéndez - INA & Universidad de Buenos Aires
AVANCE DE DELTA: Frente del Delta del RíoParaná
1900
1910
1920
1930
1940
1950
1960
1970
1980
1990
2000
1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000Año Cartográfico
Año
Sim
ulad
o
Frentes Simulados Atrasados
Frentes Simulados Adelantados
ct∆
st∆
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AVANCE DE DELTA: Frente del Delta del RíoParaná
0.00
3.25
6.50
9.75
13.00
1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000Año
Cau
dal S
ólid
o de
Are
nas
Fin
as[m
illon
es to
n/añ
o]
23500
25500
27500
29500
31500
Cau
dal [
m3 /s
]
Carga de Arenas Finas
Caudal Máximo (tendencia)
20 años10 años
Construcción de Presas
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AVANCE DE DELTA: Frente del Delta del RíoParaná
!!
!
!
!
###
CapitalFederal
URUGUAY
DeltaAño 1900
VicenteLópez
San Isidro
SanFernando
Río dela Plata
Centro Naval
Puerto Nuñez
Puerto de Olivos
Puerto deBs. As.
Tomas deagua
Canal Emilio M
itre
Canal Martín García
Puerto de San Isidro
EmisarioCapital
EmisarioBerazategui
Canal de Acceso al Puerto de Bs. As.
6.360.000 6.375.000 6.390.000 6.405.000
6.16
0.00
06.
180.
000
6.20
0.00
06.
220.
000
6.24
0.00
0 ´
0 5 10 152,5km
Referencias
Frentes CartográficosAño 2002
Frentes Simulados
Año 2116 Esc. Mínima
Año 2118 Esc. Media
Año 2119 Esc. Máxima
ZonaActivaNorte
ZonaActiva
Sur
Avellaneda
Quilmes
Berazategui
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Modelación numérica de problemas de erosión y sedimentación en ríos y estuarios
• Cambio morfológico del lecho del río• Sedimentación en reservorios• Avance de deltas• Erosión de márgenes• Sedimentación en estuarios
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EROSIÓN DE MÁRGENES: Río Paraná
ARGENTINA
URUGUAY
BRASIL
PARAGUAY
Buenos Aires
SantaFe
EntreRíos
Rí o
Par
aná
Río Bermejo
Río Pilcomayo
Río Paraguay
Río Paraná:Caudal medio ≈
18.000 m3/s
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EROSIÓN DE MÁRGENES: Río Paraná
Erosión acelerada en la zona de Rosario
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EROSIÓN DE MÁRGENES: Río Paraná
Isla frente a Rosario
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EROSIÓN DE MÁRGENES: Isla Guáscaras
Erosión de cola de isla frente a la ciudad de Corrientes, donde se asienta torre de alta tensión
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EROSIÓN DE MÁRGENES: Isla Guáscaras
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EROSIÓN DE MÁRGENES: Isla Guáscaras
Angel Menéndez - INA & Universidad de Buenos Aires
EROSIÓN DE MÁRGENES: Isla Guáscaras
Angel Menéndez - INA & Universidad de Buenos Aires
EROSIÓN DE MÁRGENES: Isla Guáscaras
Angel Menéndez - INA & Universidad de Buenos Aires
EROSIÓN DE MÁRGENES: Isla Guáscaras
Angel Menéndez - INA & Universidad de Buenos Aires
EROSIÓN DE MÁRGENES: Isla Guáscaras
Angel Menéndez - INA & Universidad de Buenos Aires
EROSIÓN DE MÁRGENES: Isla Guáscaras
5627500 5628000 5628500 5629000 5629500 5630000
6973000
6973500
6974000
6974500
6975000
23242526272829303132333435363738394041424344454647
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EROSIÓN DE MÁRGENES: Isla Guáscaras
R i a c ho G u á s c a
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Banco Tres Hermanas
Escalón
Hoya menor
Hoya mayor
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EROSIÓN DE MÁRGENES: Isla GuáscarasOBRA
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EROSIÓN DE MÁRGENES: Isla Guáscaras
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EROSIÓN DE MÁRGENES: Mecanismo
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EROSIÓN DE MÁRGENES: Mecanismo
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EROSIÓN DE MÁRGENES: ModeloModelo hidrodinámico – sedimentológico – morfológico p ara sección transversal de un canal:
• Modelo hidrodinámico 1D según la dirección lateral (LDM)
• Transporte de fondo: modelo de Kovacs-Parker
• Variación morfológica del fondo: ecuación de Exner
• Erosión de margen del sustrato no cohesivo, por deslizamiento: algoritmo de estabilidad
• Falla de estrato cohesivo en voladizo: balance de fuerzas activas y pasivas
• Distribución del material de falla al pie de la margen: de acuerdo al ángulo de reposo
• Erosión de material de falla por acción de corriente: se lo asocia a un material granular
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EROSIÓN DE MÁRGENES: Modelo
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EROSIÓN DE MÁRGENES: Modelo
0.40.50.60.70.80.91.01.11.21.31.4
0 2 4 6 8 10 12Tiempo (horas)
Experimental Kovacs & Parker Menendez et al.
Ancho relativo
Profundidad relativa
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Modelación numérica de problemas de erosión y sedimentación en ríos y estuarios
• Cambio morfológico del lecho del río• Sedimentación en reservorios• Avance de deltas• Erosión de márgenes• Sedimentación en estuarios
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SEDIMENTACIÓN EN ESTUARIOS: Puente Buenos Aires-Colonia
Se proyectó un viaducto para unir las dos orillas del Río de la Plata, entre las localidades de Buenos Aires y Colonia (∼ 40 km)
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SEDIMENTACIÓN EN ESTUARIOS: Puente Buenos Aires-Colonia
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SEDIMENTACIÓN EN ESTUARIOS: Puente Buenos Aires-Colonia
EJE DE LA TRAZA DEL
PUENTE
200
5050
116
28 30Dimensiones
en metros
BORDE EXTERIOR OCEANICO
BORDE EXTERIOR FLUVIAL
BORD
E EX
TERI
OR
L ON
GIT
UD
INA
L
EJE
DE
SIM
ETRI
A
280 6201,000
1,000
Angel Menéndez - INA & Universidad de Buenos Aires
SEDIMENTACIÓN EN ESTUARIOS: Puente Buenos Aires-Colonia
-800.00 -600.00 -400.00 -200.00 0.00 200.00 400.00 600.00 800.00
200.00
400.00
600.00
800.00
1000.00
1200.00
1400.00
1600.00
1800.00
-13.00
-12.00
-11.00
-10.00
-9.00
-8.00
-7.00
-6.00
-5.00
-4.00
-3.00
• Modelación hidrosedimentológicasobre un ciclo de mareas medio
• Variación batimétrica sobre ciclo de marea medio
• Extrapolación de variación batimétrica hasta cambio de profundidad máximo especificado Estabilizado a 140 años
(HIDROBID II)
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SEDIMENTACIÓN EN ESTUARIOS: Puente Buenos Aires-Colonia
Nivel d
el agua
Angel Menéndez - INA & Universidad de Buenos Aires
SEDIMENTACIÓN EN ESTUARIOS: Puente Buenos Aires-Colonia
PUENTE PRINCIPAL
DIRECCION DE LA CORRIENTE
ISLA DE PROTECCION
BARRAS
FOSOS
ESCALA VERTICAL MUY DISTORSIONADA
PUENTE PRINCIPAL
DIRECCION DE LA CORRIENTE
ISLA DE PROTECCION
BARRAS
FOSOS
ESCALA VERTICAL MUY DISTORSIONADA
PUENTE PRINCIPAL
DIRECCION DE LA CORRIENTE
ISLA DE PROTECCION
BARRAS
FOSOS
ESCALA VERTICAL MUY DISTORSIONADA
Angel Menéndez - INA & Universidad de Buenos Aires
SEDIMENTACIÓN EN ESTUARIOS: Puente Buenos Aires-Colonia
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
Progresiva longitudinal (m)
Cot
a de
fond
o (m
MO
P)
Corriente pura Con ola normal SE Con ola normal NE
Borde oceánico
Borde fluvial
Corte longitudinal
Angel Menéndez - INA & Universidad de Buenos Aires
SEDIMENTACIÓN EN ESTUARIOS: Puente Buenos Aires-Colonia
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
-1000 -800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 1000
Progresiva transversal (m)
Cot
a fo
ndo
(m M
OP
)
Corriente pura Con ola normal SE Con ola normal NE
Corte transversal
Angel Menéndez - INA & Universidad de Buenos Aires
Modelación numérica de problemas de erosión y sedimentación en ríos y estuarios
CONCLUSIONES• Modelación numérica: resultados útiles para gestión de problemas de morfología fluvial y estuarina• Debe procederse con cautela en la interpretaciónde los resultados• Problemas con menor incertidumbre cuantitativa y cualitativa: erosión y sedimentación de lechos de material granular• Lechos cohesivos: incertidumbre cuantitativa es todavía significativa• Modelos para problemas de erosión de márgenes: carácter experimental
Angel Menéndez - INA & Universidad de Buenos Aires
Gracias…www.fi.uba.ar/laboratorios/lmm