Adaptación e Implementación de un Modelo Matemático y Numérico, para el Análisis de la Evolución del Lecho en un Cauce Natural

Abstract

La construcción de la presa de un embalse altera significativamente la capacidad de un río para transportar sedimentos, causando la degradación del lecho aguas abajo, poniendo en riesgo las obras en esta zona, y causando el acorazamiento del lecho en respuesta a la interrupción de gasto sólido en la zona de la presa. De esta forma, resulta de interés contar con una herramienta que permita modelar los posibles efectos que tendría la realización de un proyecto ingenieril como éste, en la morfología del río afectado. Es así como en este trabajo, implementó en el modelo matemático y numérico Mossem, la capacidad de modelar la evolución espacial y temporal de la granulometría del lecho. Mossem fue diseñado por González (2006), y corresponde a una herramienta que permite estudiar la sedimentación en embalses considerando en forma conjunta el transporte y depositación de sedimentos finos y gruesos. Además incorpora el desarrollo de corrientes de turbidez y los efectos de granulometrías extendidas en el caso de sedimentos gruesos. Mossem por simplificación no considera la evolución temporal de la granulometría en la superficie del lecho, dado que el en caso de sedimentación en embalses, ésta no influye en forma considerable en el fenómeno. En caso de degradación en cauces naturales, los efectos de dicha evolución no son despreciables y por lo tanto fue preciso adaptarlo para este tipo de casos. De esta forma se adaptó el modelo a través de la incorporación de la capacidad de cálculo de los procesos de degradación del cauce que considere la evolución temporal de la granulometría del lecho. Esto se logró incorporando al modelo un módulo de evolución granulométrica basado en las formulaciones de capa activa, capaz de reproducir la evolución temporal de la granulometría superficial del lecho y la estructura granulométrica vertical del lecho generado por situaciones de degradación. La adaptación del modelo fue sometida a diversas aplicaciones ficticias como forma de evaluación, abarcando situaciones de degradación y de sedimentación. A partir de los resultados obtenidos, se realizó un pequeño ajuste a la adaptación realizada con el fin de alcanzar resultados que fuesen esperables teóricamente. De esta forma, se obtuvieron resultados que podrían perfectamente representar un resultado real, en el cual se consideran condiciones permanentes de escurrimiento y topografía regular a lo largo del cauce. La adaptación del modelo fue aplicada a un cauce natural a partir de registros topográficos, granulométricos e hidrológicos del Río Maule aguas abajo de la Presa Colbún, que corresponden al inicio de operación de la presa en 1985 y a la situación actual del cauce en Diciembre del 2007, obteniéndose resultados conservadores que son del orden de magnitud de situación real medida actual.