Estudio experimental del transporte de sedimento mediante tomógrafo en el marco de la evaluación de la contaminación de ríos por sedimento fino

Abstract

El equilibrio del transporte de sedimento de un río de grava puede ser afectado, por ejemplo, por la construcción de una presa que modifica la condición natural del flujo, permitiendo la acumulación de sedimento fino en torno al muro. Procesos asociados a extender la vida útil de un embalse, como descargas de sedimento fino a través de compuertas en una operación controlada, pueden contaminar el lecho de grava aguas abajo incorporándose en sus intersticios, alcanzando diferente distribución y cantidad de sedimentos en su interior. Esto puede generar impactos ecológicos, interfiriendo el intercambio de agua y sustancias disueltas entre la columna de agua y los poros del lecho, modificando el estado natural del mismo. El objetivo de este estudio experimental es permitir una mejor compresión del transporte de sedimento fino, entorno a un lecho de grava. Eso es importante debido a que forma parte de un proyecto de investigación Fondecyt, que permitirá asistir y evaluar el impacto de sedimento fino aguas abajo de una presa o derrames mineros que pueden afectar severamente la sustentabilidad del medio ambiente. Con el objetivo de estudiar el problema se desarrollan experimentos en el laboratorio de Hidráulica Francisco J. Domínguez, ubicado en el Departamento de Ingeniería Civil de la Universidad de Chile, en un sistema cerrado de tuberías, o loop , por el cual escurre una muestra sólido-líquida sobre un lecho de grava móvil dispuesto en su interior. El tamaño de la grava y el sedimento fino incorporado corresponde a D_50Grava=1 cm y D_50Arena=120 µm. La generación de registros de la distribución y concentración del sedimento y su velocidad se realiza mediante un tomógrafo resistivo y la técnica Particle Image Velocimetry (PIV). Se registra la interfaz de la arena-grava y se realizan curvas granulométricas del sedimento depositado. Como resultado, el ajuste propuesto para la predicción del gasto sólido de fondo presenta la misma tendencia que las curvas de gasto sólido clásicas. El gasto experimental, de acuerdo a ellas, es sobrestimado y se acopla de manera satisfactoria con los estudios realizados por Kuhnle et al. (2013) y Niño et al. (2017). El uso del tomografo resistivo como sistema de medicion de concentraciónes resulto ser satisfactorio para la cuantificación del gasto sólido de fondo. De las mediciones de velocidad se desprende que la intensidad de la turbulencia se ajusta a las predicciones realizadas por otros autores como Niño (2017), Nezu y Nakagawa (1993) y Kironoto y Graf (1994).