Diseño de nueva metodología para el cálculo del factor de resistencia al flujo de corrientes meándricas aluviales

Abstract

El presente estudio constituye un nuevo aporte a la metodología utilizada en la evaluación del factor de resistencia de las corrientes meándricas aluviales de origen natural. El conocido enfoque de “resistencia dividida”, comúnmente adoptado en la actualidad para corrientes rectas con irregularidades en el fondo (cama), se amplía para incluir la resistencia adicional debido a la condición meándrica de las corrientes. Para dicho análisis son evaluados 40 experimentos de laboratorio y 285 observaciones de campo, donde se encuentra que la contribución a la resistencia global por la condición meándrica de la corriente, puede variar desde insignificante hasta muy sustancial, dependiendo de la geometría de la misma y de las condiciones del flujo. Se determina que, los componentes más influyentes sobre el factor de resistencia en condiciones meándricas, dependen de relación entre el tirante del flujo (hav) y el tamaño promedio de las partículas en el fondo de la corriente (D50), así como del ángulo de deflexión del flujo méandrico en la sección transversal (θ0), y de la relación entre el ancho de solera de la corriente y del tirante promedio (B/hav); generando de esta manera una expresión matemática que contempla dichas condiciones. El método propuesto se basa en la comprensión actual de la estructura mecánica de los flujos meándricos; lo cual genera mayor certeza en los cálculos de los parámetros hidráulicos de las corrientes, y aumenta la precisión y exactitud en la predicción de velocidades promedio del flujo, brindando una herramienta de gran valor para el gestor del recurso hídrico.

This paper aims to be a contribution to the evaluation of the resistance factor of the alluvial meandering streams of natural origin. The well-known “divided resistance” approach, commonly adopted nowadays for straight streams with a bed covered by ripples and dunes is extended to include an additional term that considers the resistance due to the meandering of the stream. For the present analysis, 40 laboratory experiments and 285 field observations are evaluated, where it is found that the contribution of the meandering of the stream to its overall resistance may vary from negligible to very substantial, which depends of the stream geometric and flow conditions. In addition, it is determined that the most influential components for the resistance factor in meandering conditions depend on the relation between channel-averaged flow depth (hav) and the average grain size of the bed material (D50), as well as the deflection angle of a meandering flow at the crossover Oi (θ0), besides it depends on the relation between flow width (B) and the channel-averaged flow depth (hav); these relations generate a mathematical expression capable to predict the resistance to flow due to the meandering of the stream. Finally, the results are explained in view of the present understanding of the mechanical structure of meandering flows; which, based on the above-mentioned considerations, it is possible to predict with a higher accuracy the existing influence on natural streams, generating greater certainty in the real hydric capacities, which jointly improves the management of the water source.