Implementación de un modelo hidrodinámico de 2D en el estuario del Maule, Chile, para el análisis del efecto de inundación sobre las zonas aledañas, producto de la variación en la tasa de sedimentos

Abstract

El principal objetivo de este estudio es analizar los efectos de aumentar la carga sólida de fondo en relación a una carga de condición natural, y verificar, bajo un escenario de crecida, si con este efecto podrían generarse zonas de inundación en las cercanías de Constitución debido a los cambios morfológicos producidos en el estuario del río Maule, principalmente en la desembocadura y la zona media. Para cumplir con el objetivo de este trabajo se implementa un modelo hidrodinámico TELEMAC en dos dimensiones, que discretiza las ecuaciones de aguas someras (o de Saint-Venant) por elementos finitos, incorporando además un módulo de transporte de sedimentos. Para ello, se trabaja con datos proporcionados por el Instituto Nacional de Hidráulica (INH) que dan cuenta de las mediciones realizadas en una campaña de campo efectuada entre los meses de mayo y junio del 2011 en el estuario de Constitución y en el río Maule. Se ocupa además el modelo global de mareas TPXO versión 7.2 para obtener los principales armónicos de marea de la zona de estudio y para implementar la condición de borde marina del modelo hidrodinámico. También se trabaja con datos de otras entidades como los de la estación Maule en Forel de la Dirección General de Aguas (DGA), y del mareógrafo en el Puerto Maguellines del Servicio Hidrográfico y Oceanográfico de la Armada (SHOA) para corroborar la condición de borde marina aguas abajo del estuario de Constitución. La malla estructurada de elementos triangulares, desarrollada con el software Blue Kenue, tiene resolución variable con un especial refinamiento en la zona fluvial y en las cercanías de la boca del estuario. Para la calibración del modelo se utilizaron los datos del INH en especial los datos de los niveles de marea de 4 mareógrafos y datos de 3 perfiladores de corrientes ADCP, además de sensores CTD para verificar la distribución de salinidad en la desembocadura del estuario. Se simulan 5 escenarios con distintos parámetros de calibración, y se evalúan según su índice de desempeño (d) y su error cuadrático medio (RMSE), comparando los resultados obtenidos con los datos de campo anteriormente mencionados. Los resultados arrojaron, para el mejor de los escenarios, un valor de 0.96 y 0.08 para el nivel de marea, y de 0.82 y 0.05 para las corrientes (d y RMSE respectivamente). Los sedimentos se incorporan usando el módulo SISYPHE, donde se trabaja solo con transporte de sedimento con carga de fondo. Se estima primeramente una carga de sedimento en condición de equilibrio utilizando el método de Meller-Peter y Muller, para posteriormente incrementar la carga representando un escenario crítico de interés donde la carga de sedimento se ve alterada debido a agentes externos. A partir de los 6 casos simulados, bajo un escenario de crecida, un aumento de la carga sólida de fondo en relación a una condición de equilibrio genera cambios morfológicos en el estuario de Constitución, pero que, para efectos de la magnitud de la superficie inundada en las zonas aledañas, es despreciable para una misma crecida de igual período de retorno.