Subdirección General Técnica Sedimentos COMISION NACIONAL DEL AGUA Coordinación del Programa de Modernización del Manejo del Agua Estrategia para la Medición de Sedimento en México y su Uso en Ingeniería Fluvial • Seminario sobre Sedimentos y el Uso de Datos Material gráfico de acuerdo cn el tema Informe No. No. 122-02 122-02 Informe México, noviembre noviembre de de 2002 2002 México, Organización Meteorológica Mundial COMISIÓN NACIONAL DEL AGUA SUBDIRECCIÓN GENERAL TÉCNICA Coordinación del Programa de Modernización del Manejo del Agua Estrategia para la Medición de Sedimento en México y su Uso en Ingeniería Fluvial Seminario sobre sedimentos y el uso de datos impartido en Cuernavaca, Morelos INFORME OMM/PROMMA No. 122 – 02 Organización Meteorológica Mundial Consultor: Jean Peters (Bélgica) Organización Meteorológica Mundial Noviembre 2002 COMISIÓN NACIONAL DEL AGUA LIC. CRISTÓBAL JAIME JÁQUEZ Director General ING. JOSÉ ANTONIO RODRÍGUEZ TIRADO Coordinador de Asesores LIC. MARIO ALFONSO CANTÚ SUÁREZ Subdirector General de Administración del Agua ING. JESÚS CAMPOS LÓPEZ Subdirector General de Construcción ING. CÉSAR O. RAMOS VÁLDES Subdirector General de Operación DR. FELIPE I. ARREGUÍN CORTÉS Subdirector General Técnico ING. CÉSAR HERRERA TOLEDO Subdirector General de Programación ING. CÉSAR L. COLL CARABIAS Subdirector General de Administración ING. SANTIAGO PINZÓN LIZÁRRAGA Jefe de la Unidad de Programas Rurales y Participación Social ING. GUSTAVO E. CAZORLA CASTRO Contralor Interno LIC. BLANCA ALICIA MENDOZA VERA Gerente de Unidad Jurídica DR. VENANCIO TRUEBA LÓPEZ Coordinador del PROMMA Subdirección General Técnica COMISIÓN NACIONAL DEL AGUA ORGANIZACIÓN METEOROLÓGICA MUNDIAL Organización Meteorológica Mundial Departamento de Cooperación Técnica (TCO) Harouna Diallo, Director TCO Cooperación Técnica para América del Norte, Centroamérica y el Caribe (NCAC) Francisco Villalpando, Gerente de Programas NCAC Unidad de Consultores OMM/PROMMA José Alfredo Garza Ledesma Acuerdo de Cooperación Técnica SEMARNAP / CNA – OMM Programa de Trabajo PROMMA 2002 OMM – CNA Préstamo BIRF No. 4050-ME Banco Internacional de Reconstrucción y Fomento NOTA Las opiniones, conceptos y recomendaciones expresadas en el presente informe deberán ser consideradas como aquellas del consultor o consultores y no necesariamente como las de la Organización Meteorológica Mundial. Cualquier mención o referencia de productos en el presente informe no deberá ser considerada como un aval de los mismos por parte de la Organización Meteorológica Mundial. NOTE The opinions, concepts and recommendations expressed in the present report should be considered as those of the consultant(s) and are not necessarily those of the World Meteorological Organization. Any mention or reference of products contained in the present report should not be construed as their indorsement by the World Meteorological Organization. 1 SEMINARIO SOBRE SEDIMENTOS Y EL USO DE DATOS Jean Jacques PETERS Consultor OMM CPROMMA-GASIR Cuernavaca, Morelos - 29-31 de Octubre de 2002 ¡ Cada día, cada año, en el Mundo tal como en México, la sociedad civil (es decir nosotros) paga(mos) un costo muy alto por no (re)conocer la importancia del sedimento en el manejo del los sistemas hídricos ! CONTENIDO • • • • • • • • • Introducción Parte 1: Hidráulica fluvial Parte 2: Fluviomorfología y geomorfología Parte 3: La medición del sedimento Parte 4: Procesamiento y uso de los datos Parte 5: Presentación de los sitios piloto Parte 6: La necesidad de datos para ingeniería Parte 7: Estrategia para medir el sedimento Parte 8: Demostración de medición en el campo INTRODUCCIÓN: ¿ Porque este seminario ? • No sirve a nada medir sedimento si no (sabemos) usa(r) los datos. • Desconocer los procesos fluviales y el papel que juega en eso el sedimento resulta en costos altos para la comunidad, por los daños producidos a la infraestructura fluvial. • Falta todavía entendimiento suficiente de los procesos fluviomorfológicos/sedimentarios. Introducción Introducción • Se requiere una aproximación potamológica “Potamología” del Griego “potamos”=río y “logía”=ciencia para solucionar problemas de ingeniería fluvial y para mejorar el manejo integral de los recursos hídricos. • El objetivo de la consultoría para sedimento fue inicialmente un “rediseño” de la red; sin embargo, el diagnóstico hecho en 1998 fue que no existe una red de sedimento en México, sólo muestreo de azolve tipo “carga de lavado”. OMM/PROMMA • Reemplazar los muestreadores actuales por nuevos no sería suficiente para resolver la cuestión: ¿ como obtener datos de sedimento útiles, y utilizados para resolver problemas ? • Una encuesta fue preparada para identificar las estaciones donde (1) se necesita datos de sedimento y (2) se justifica la introducción de nuevos aparatos, considerando el cuadro institucional actual. Estrategia para la Medición de Sedimento en México y el Uso de Ingeniería Fluvial Seminario sobre sedimentos y Uso de Datos Jean Peters 2 Introducción • El seminario debe ser aprovechado para explicar más bien el asunto del sedimento, suscitar el interés de la CNA y Gerencias para el tema, y llegar a un consenso sobre la manera (y la utilidad/necesidad de organizar mediciones de sedimento en México. • Finalmente, esperamos demostrar, con ejemplos en México y afuera, de que modo datos de sedimento sirven para diseñar y para el manejo de obras en ingeniería fluvial. CONTENIDO • • • • • • • • • Introducción Parte 1: Hidráulica fluvial Parte 2: Fluviomorfología y geomorfología Parte 3: La medición del sedimento Parte 4: Procesamiento y uso de los datos Parte 5: Presentación de los sitios piloto Parte 6: La necesidad de datos para ingeniería Parte 7: Estrategia para medir el sedimento Parte 8: Demostración de medición en el campo Hidráulica y transporte de sedimento: Hidráulica fluvial • Introducción • El sedimento se mide usualmente con el aforo líquido para obtener un “gasto sólido”. • En ciertos casos, el dato de sedimento se colecta como indicador de calidad del agua (principalmente la parte “carga de lavado”). • En hidráulica fluvial, el sedimento es, con el agua, parte de un sistema bi-fasico; participa en la dinámica morfológica de los cauces. • El sedimento es un elemento importante en la degradación de nuestro medio-ambiente. Contexto geomorfológico y composición del sólido Hidráulica fluvial • Introducción • Contexto geomorfológico y composición OMM/PROMMA • La mayor parte de los sedimentos vienen de la transformación de rocas; la geología de la cuenca determina el tipo de mineral traído por los ríos. • En las cuencas altas, en las montañas, la transformación de las rocas produce generalmente material de gran tamaño, aunque esa regla tiene bastante excepciones. • A parte de los minerales, restos vegetales forman parte del sólido traído por las aguas. Estrategia para la Medición de Sedimento en México y el Uso de Ingeniería Fluvial Seminario sobre sedimentos y Uso de Datos Jean Peters 3 fenómeno de floculación de los más finos (aluminosilicatos y coloides). • Existe una clasificación estándar para el tamaño de las partículas. • Debajo de cierto tamaño interviene la cohesión. Dimensiones de las partículas Milímetros 4000 2000 1000 500 250 130 64 32 16 8 4 2 1 1/2 1/4 1/8 1/16 1/32 1/64 1/128 1/256 1/512 1/1024 1/2048 - 2000 1000 500 250 130 64 32 16 8 4 2 1 1/2 1/4 1/8 1/16 1/32 1/64 1/128 1/256 1/512 1/1024 1/2048 1/4096 Milímetros 2.00 1.00 0.50 0.25 0.125 0.062 0.031 0.016 0.008 0.004 0.0020 0.0010 0.0005 - Micrones 1.00 0.50 0.25 0.125 0.062 0.031 0.016 0.008 0.004 0.0020 0.0010 0.0005 0.00024 2000 1000 500 250 125 62 31 16 8 4 2 1 0.5 - 1000 500 250 125 62 31 16 8 4 2 1 0.5 0.24 Número de aberturas en el tamiz, por pulgada Estándard Tyler E.U.A. 2 1/2 5 9 16 32 60 115 250 5 10 18 35 60 120 230 Categoría Material granular • La erosión, el transporte y la sedimentación de las partículas sólidas dependen de varios factores: su dimensión, su densidad, su forma, ... • La composición mineralógica es otro factor importante, en el comportamiento de los sólidos en contacto con substancias disueltas; e.g., el Contexto geomorfológico y composición del sólido Material cohesivo Contexto geomorfológico y composición del sólido piedra redondeada muy grande piedras redondeada grande piedra redondeada mediana piedra redondeada pequeña canto rodado grande canto rodado pequeño grava muy gruesa grava gruesa grava mediana grava fina grava muy fina arena muy gruesa arena gruesa arena mediana arena fina arena muy fina limo grueso limo mediano limo fino limo muy fino arcilla gruesa arcilla mediana arcilla fina arcilla muy fina Contexto geomorfológico y composición del sólido Comentarios: Hidráulica fluvial • Expertos no se acuerdan sobre la definición del “sedimento” y de las características esenciales de esto a considerar en estudios. • En muchos estudios se requeriría estudios petrográficas para conocer el origen de las partículas. (ver caso del sitio piloto Grijalva) • Muy pocos ingenieros hidráulicos tienen suficiente interés o conocimiento en la geología, la petrografía y la mineralogía. Carga sólida y mecanismos de transporte • La norma ISO presenta una clasificación de cargas y de modos de transporte del sedimento. • Estudios muestran que esta clasificación no se aplica a todos los ríos, tal como en ríos arenosos. OMM/PROMMA • Introducción • Contexto geomorfológico y composición • Carga sólida y mecanismos de transporte Carga sólida y mecanismos de transporte • La mayoría de las teorías consideran de forma simplista que la composición del material sólido transportado por los ríos es sencilla, y no toman en cuenta la distribución de la granulometría, tampoco la variabilidad de la densidad o de la composición mineralógica. • Las teorías reducen la complejidad de los procesos para poder utilizar fórmulas y modelos simples. • Faltan suficientes pruebas de campo para averiguar las teorías. Estrategia para la Medición de Sedimento en México y el Uso de Ingeniería Fluvial Seminario sobre sedimentos y Uso de Datos Jean Peters 4 Carga sólido y mecanismos de transporte Comentarios: Hidráulica y Transporte de Sedimento • México tiene una gran variedad de ríos, con ambientes fluviales y sedimentos bastante diferentes (ver los sitios piloto elegidos en el proyecto). • Los varios problemas de ingeniería fluvial y de manejo de sedimento en los sistemas hídricos necesitan una aproximación cuidadosa, con una visión crítica de las teorías (ver sitios piloto). • Se recomienda en México, antes de empezar con estudios y modelos, organizar investigación aplicada sobre los procesos. Inicio del movimiento de las partículas • El transporte del sedimento se inicia bajo ciertas condiciones del flujo, pero el mecanismo exacto se desconoce todavía. • El proceso del transporte sólido es en esencia estocástico, pero usualmente tratado como determinístico. • Investigadores intentaron de relacionar el inicio del movimiento de las partículas con algunas variables hidráulicas, tales como la velocidad o la fuerza de arrastre. • La turbulencia es un factor mal conocido. Inicio del movimiento de las partículas Velocidades críticas para sedimento quartzo en función del diámetro promedio OMM/PROMMA • • • • Introducción Contexto geomorfológico y composición Carga sólida y mecanismos de transporte Inicio del movimiento de las partículas Inicio del movimiento de las partículas • Una “escuela” relaciona el inicio del movimiento con una velocidad del flujo. • La primera relación fue la de Hjulstrom (1935), utilizando la velocidad al fondo; esta no puede determinarse fácilmente, existe una variante usando la velocidad promedia. • La relación de Hjulstrom es muy práctica para dimensionar obras tales como tanques de sedimentación, pero no se recomiendala para estimar, en los ríos, el gasto crítico para iniciar el movimiento del fondo. Inicio del movimiento de las partículas • Otra “escuela” utiliza como parámetro la fuerza de arrastre, lo que es ya más lógico para un proceso dinámico. • Los intentos para utilizar directamente la fuerza de arrastre no han sido muy exitosas, y fue finalmente Shields quién obtuvo éxito, relacionando parámetros no-dimensionales: la fuerza de arrastre “Θ” y un número de Reynolds “Re*” para la partícula. • El diagrama de Shields es el más usado - y más recomendado (existe en diferentes versiones). Estrategia para la Medición de Sedimento en México y el Uso de Ingeniería Fluvial Seminario sobre sedimentos y Uso de Datos Jean Peters 5 Inicio del movimiento de las partículas Relación de Shields Inicio del movimiento de las partículas Comentarios: • No hay todavía una sola teoría “universal” para la condición del inicio del transporte. • En vez de la velocidad o de la fuerza de arrastre, habría que buscar una formula utilizando el poder disponible en el flujo el poder es un trabajo (para mover une partícula en una cierta distancia) por unidad de tiempo, lo que es igual al producto de une fuerza (la de arrastre) por una velocidad (del flujo). • Falta buena definición de la fuerza de arrastre. Resistencia al flujo Hidráulica y Transporte de Sedimento • • • • • Introducción Contexto geomorfológico y composición Carga sólida y mecanismos de transporte Inicio del movimiento de las partículas Resistencia al flujo (¿ rugosidad ?) • Las teorías sobre la resistencia al flujo en canales de fondo móvil han sido desarrolladas con base en ensayos en laboratorio. • Una primera clasificación de las formas del lecho fue elaborada en el laboratorio de Fort Collins (Colorado State University, EUA) desde los años cincuenta. • Los pocos estudios con mediciones de campo han mostrado los límites de las teorías. Resistencia al flujo Resistencia al flujo • No hay todavía fórmulas satisfactorias para predecir formas del lecho o para calcular la resistencia al flujo. • Formas del lecho se adaptan en permanencia a los cambios de flujo y, más, al desequilibrio entre la capacidad de transporte de sedimento y la disponibilidad del sólido. • Además, el fondo se adapta con cierto retraso, induciendo efectos de histéresis, lo que complica el análisis de las observaciones (de campo) OMM/PROMMA • • • • • • • Risos (a) Risos sobre dunas (b) Dunas (c) Dunas suavisadas (d) Fondo plano (e) Antidunas (f) Antidunas con rompimiento de la onda (g) • Rápidos y remansos (h) Clasificación de formas del lecho con base en resultados de los estudios en canales de laboratorio de diferentes tamaños y con varios materiales sólidos (Simons et al., Fort Collins, 1966) Estrategia para la Medición de Sedimento en México y el Uso de Ingeniería Fluvial Seminario sobre sedimentos y Uso de Datos Jean Peters 6 Resistencia al flujo Resistencia al flujo • Relación entre la forma del lecho, el poder del flujo por superficie unitaria y el diámetro de caída medio de las partículas sólidas. • Los risos no existen para partículas de más que 0.65 mm. “n”(Manning) La resistencia al flujo (“n” de Manning): • aumenta en el régimen inferior (risos hasta dunas), • cae en la transición (dunas suavisadas y fondo plano) • aumenta nuevamente en el régimen superior (antidunas hasta rápidos & remansos) Resistencia al flujo Comentarios: Hidráulica y Transporte de Sedimento • Falta todavía bastante entendimiento en los procesos de formación de formas del lecho y de su relación con el flujo y el transporte de sedimento. • En muchos estudios se utilizan predicción de formas del lecho y de resistencia al flujo (rugosidad), aunque estas teorías no han sido confirmadas por estudios de campo. Fórmulas de transporte de sedimento • Hay bastante fórmulas de transporte de sedimento : para transporte en suspensión, para transporte de fondo, para transporte total. • Hay las fórmulas “físicas” (basadas en principios de la física), y las “experimentales” (basadas en resultados de estudios de laboratorio). • No hay fórmulas establecidas con base en resultados de campo. • Hay fórmulas muy completas, aunque bastante complejas, tal como la de Einstein, basada en un aproximaciones físicas. OMM/PROMMA • • • • • • Introducción Contexto geomorfológico y composición Carga sólida y mecanismos de transporte Inicio del movimiento de las partículas Resistencia al flujo (¿ rugosidad ?) Fórmulas de transporte de sedimento Fórmulas de transporte de sedimento • Pocas fórmulas fueron fundadas en un razonamiento físico desde conceptos de disponibilidad de energía y poder. • La aproximación de Bagnold es un ejemplo de una buena tentativa para relacionar la capacidad de transporte sólido al poder disponible en el flujo (hemos utilizada su fórmula con bastante éxito en varios ríos). • Cabe notar que de manera general, fórmulas han sido desarrolladas para aplicación en condiciones particulares (ríos de sierra o de planicie) Estrategia para la Medición de Sedimento en México y el Uso de Ingeniería Fluvial Seminario sobre sedimentos y Uso de Datos Jean Peters 7 Fórmulas de transporte de sedimento Comentarios: • No tenemos todavía fórmulas “ideales”, que puedan servir en todas situaciones de ríos. • La aplicación de fórmulas diferentes llega usualmente en resultados bastante diferentes Fórmulas de transporte de sedimento Ejemplo de comparación de cálculos por la ecuación de Ackers & White con datos de ríos de los E.U.A. (Cp/Co = Concentración predicha / C observada) Cp / Co (rangos de 1 a 100 no es excepcional) • Una conclusión oído frecuentemente, cuando los resultados del cálculo no cumple con mediciones es que las mediciones no pueden hacerse con suficiente precisión! Rango de 100 Concentración observada (en ppm) Fórmulas de transporte de sedimento Comentarios: Hidráulica y Transporte de Sedimento • Nuestra experiencia es que algunas fórmulas cumplen más bien que otras con buenas mediciones bien hechas. • Fórmulas calculan la capacidad de transporte, y no el transporte real (resultando de esa capacidad y de la disponibilidad de sedimento). • La única manera de elegir una fórmula conveniente para un estudio fluvial es con las mejores posibles mediciones de transporte sólido. • • • • • • • Introducción Contexto geomorfológico y composición Carga sólida y mecanismos de transporte Inicio del movimiento de las partículas Resistencia al flujo (¿ rugosidad ?) Fórmulas de transporte de sedimento La aplicación de teorías en ingeniería fluvial Cuestiones de aplicación de las teorías Cuestiones de aplicación de las teorías • Resolver un problema de ingeniería fluvial requiere (1) el mejor entendimiento posible del funcionamiento dinámico del sistema fluvial (en general) y del transporte de sedimento (en particular), (2) buenos datos de campo y (3) la utilización de un conjunto de herramienta (tales como modelos matemáticos o físicos) adecuados al “ambiente fluvial” y al tipo de problema a resolver. • Adquirir datos confiables no está sencillo; utilizar modelos sin datos no está aceptable. Sobre los datos de sedimento: • el sedimento puede tener varias fuentes erosión de los suelos en el valle, derrumbes y deslizamientos, erosión de las márgenes (antiguos depósitos) - de características muy diferentes (tamaño de las partículas, densidad, ...) • Los procesos de transporte pueden producir una segregación de la carga sólida : material del lecho más fino en estiaje que en avenidas, material más fino sobre los bancos que en el canal activo, ... OMM/PROMMA Estrategia para la Medición de Sedimento en México y el Uso de Ingeniería Fluvial Seminario sobre sedimentos y Uso de Datos Jean Peters 8 Cuestiones de aplicación de las teorías Cuestiones de aplicación de las teorías Sobre el inicio del movimiento de las partículas • En realidad, no existe un límite bien claro entre la inmovilidad y el movimiento de las partículas del lecho; es aspecto estocástico. • También con caudales bajos, el flujo puede concentrarse en “canales” poco anchos, donde el sedimento se mueve, aunque un cálculo daría inmovilidad; sin embargo, hay que estimar cual es la importancia de este movimiento para el problema que tiene. Sobre el inicio del movimiento de las partículas • Cuando el cauce tiene una gran variabilidad en la granulometría del lecho, se complica el análisis del inicio del movimiento. • A veces (en aspectos de fluviomorfología), no tiene sentido medir transporte en aguas bajas cuando está débil la contribución, en esta época, al transporte total y a los cambios de forma del lecho. • Existe un fenómeno de “pavimento” (“armouring”) que impide la erosión del lecho. Cuestiones de aplicación de las teorías Cuestiones de aplicación de las teorías Sobre la resistencia al flujo (rugosidad) • Observaciones en los últimos años confirman nuestra opinión de que no se puede predecir la “rugosidad” con las formas del lecho (risos, dunas, …), excepto en un rango muy limitado de condiciones fluviales. • La resistencia al flujo depende de mucho más factores que las formas del lecho (meandros, Sobre la resistencia al flujo (rugosidad) • La geometría del cauce adapta además a los cambios de gasto sólido. • Localmente, este gasto puede variar bastante con los aportes (avenidas, derrumbes, erosiones de márgenes), o con la variación del caudal líquido (avenidas), lo que puede provocar “ondas” de sedimento (ver sitio piloto El Novillero) que puedan obstruir parcialmente el cauce y reducir la capacidad hidráulica. cimas) • La geometría del río se adapta continuamente a los cambios de flujo, con cierto retraso. Cuestiones de aplicación de las teorías Sobre las fórmulas de transporte: • La partición del transporte sólido en dos cargas (de suspensión y de transporte de fondo) es conveniente para el cálculo, pero bastante artificial; puede aceptarse únicamente en algunos casos cuando el fondo está compuesto de material bastante grueso (tal como en el Río Amacuzac). • En ríos arenosos, no existe una separación muy clara entre transporte de fondo y de suspensión (tal como en el Bajo Grijalva). OMM/PROMMA Cuestiones de aplicación de las teorías Sobre las fórmulas de transporte: • Curvas de gasto sólido existen en algunos casos (ríos con principalmente carga de lavado). • Sin embargo, en muchos casos, el transporte es “pulsante” (por “ondas”), y el transporte real (medido) no corresponde a la capacidad de transporte. • Además, el sedimento puede acumularse durante temporalmente en una zona, para ser movilizado después, en este caso es difícil establecer balances de sedimento. Estrategia para la Medición de Sedimento en México y el Uso de Ingeniería Fluvial Seminario sobre sedimentos y Uso de Datos Jean Peters 9 Cuestiones de aplicación de las teorías Sobre las cargas sólidas: • Las cargas sólidas medidas por muestreo en ciertos ríos no siempre corresponden a la clasificación de la norma ISO. • En ríos arenosos, parte del transporte de fondo se mueve cerca del fondo en vez de en contacto con el fondo; esta carga participa a los cambios de formas del fondo - la morfología - y por eso proponemos llamarla “carga morfológica” (definición que no se encuentra en las teorías). OMM/PROMMA Fin de la Parte Nociones de Hidráulica Fluvial Estrategia para la Medición de Sedimento en México y el Uso de Ingeniería Fluvial Seminario sobre sedimentos y Uso de Datos Jean Peters 10 Cuestiones de aplicación de las teorías Fluviomorfología y geomorfología - Introducción Sobre las cargas sólidas: • Las cargas sólidas medidas por muestreo en PARTE 2 ciertos ríos no siempre corresponden a la clasificación de la norma ISO. Fluviomorfología • En ríos arenosos, parte del transporte de fondo se mueve cerca y del fondo en vez de en contacto con el fondo; esta carga participa a Geomorfología los cambios de formas del fondo - la morfología - y por eso proponemos llamarla “carga morfológica” (definición que no se encuentra en las teorías). • Los cambios morfológicos en los ríos no resultan solamente de la acción combinada del flujo y del transporte de sedimento, pero también del contexto geomorfológico. • Este contexto geomorfológico Fin de la Partecomprende la geología, la orografía, la mecánica de suelos, Nociones de Hidráulica Fluvial es decir todos elementos que controlan la forma y la deformación de los cauces de ríos. • En ciertas regiones, tal como en México, la tectónica puede ser otro factor muy importante. Cuencas y subcuencas Fluviomorfología y Geomorfología • Introducción • Cuencas y subcuencas La cuenca es la unidad geomorfológica para estudios fluviomorfológicos, con tres subcuencas, con sus procesos sedimentarios distintos: erosión en la alta, transferencia en la media, depósito en la baja. El esquema de Schumm (1977) es bastante sencillo. producción de erosión Cuencas y subcuencas sedimentación Cuencas y subcuencas - subcuencas altas • En la subcuenca alta, los ríos se forman y el cauce se encañona por erosión. Los flujos entrenan los productos de la socavación y de la erosión hacia las partes baja de la cuenca. • En la subcuenca media, existe un cierto equilibrio entre la capacidad de transporte del flujo y los aportes de sedimento; es la zona de transferencia. • En la subcuenca baja, los sedimentos se depositan por falta de capacidad de transporte, en deltas o en estuarios. OMM/PROMMA transferencia Estrategia para la Medición de Sedimento en México y el Uso de Ingeniería Fluvial Seminario sobre sedimentos y Uso de Datos La producción de sedimento en las cuencas altas depende de la naturaleza de las rocas, es decir de la geología y de la tectónica. Derrumbes y deslizamientos contribuyen bastante en la producción de sedimento. Movimientos tectónicos, fallas y pliegas determinan la forma de los cauces. La vegetación ayuda a controlar la erosión de los suelos. Jean Peters 11 Cuestiones de aplicación de las teorías Cuencas y subcuencas - subcuencas altas •Sobre La geología las cargas y la sólidas: tectónica determinan la forma de los cauces en lasmedidas cuencaspor altas. • Las cargas sólidas muestreo en • ciertos Sin embargo, ríos noen siempre los tiempos corresponden geológicos, a la se podían formardeterrazas, clasificación la normaenISO. cuales los flujos cauces. • cortan En ríosnuevos arenosos, parte del transporte de • fondo Los procesos se mueve geomorfológicos cerca del fondodependen en vez dede en varios factores contacto con el naturales: fondo; estageología, carga participa tectónica, a climatología, los cambios deetc. formas Sin embrago, del fondoen- latiempos morfología recientes, la construcción de“carga obras (presas, -más y por eso proponemos llamarla morfológica” carreteras, puentes) (definición y la ocupación que no se encuentra de losensuelos las han modificado el contexto geomorfológico . teorías) Cuencas y subcuencas - subcuencas medias • En las subcuencas medias, los cauces de los ríos se desarrollan en terrenos variados, generalmente en materiales erosionables, pero formaciones resistentes pueden controlar el movimiento del lecho. • Las formaciones resistentes pueden ser antiguas, pero también muy recientes. • Significa que no sóla la geología determina la forma, también la mecanica de suelos; diferencias de composición de suelos pueden afectar el comportamiemto del lecho. Cuencas y subcuencas - subcuencas medias • A parte de las formaciones geológicas, las confluencias con otros ríos pueden controlar la posición del cauce en ciertos puntos. Ejemplo de cauce parcialmente confinado: Un río tropical en su cuenca media (Amazona Bolivia) desarrolla en una planicie aluvial, pero su cauce está controlado por una formación terciaria (el deslizamiento es fuente de sedimento) OMM/PROMMA Cuencas y subcuencas - subcuencas altas Fin de la Parte Nociones de Hidráulica Fluvial Otro ejemplo de subcuenca alta Cultivos en pendientes, erosión al pie de talud, deslizamiento de tierra y cárcavas aportan material sólido al río. Cuencas y subcuencas - subcuencas medias Clasificación de cauces según grado de control: • Canal encañonado: lecho bajando, margenes arriba de los niveles máximo en crecida. • Canal parcialmente encañonado: puede bajar, planicie de inundación ocasional. • Canal confinado: estable o subiendo, las paredes del valle controlan el cauce. • Canal parcialmente confinado: paredes del valle controlan ocasionalmente el cauce que puede desarrolar su cauce (ver ejemplo siguiente). Cuencas y subcuencas - subcuencas bajas En la parte baja de las cuencas, los contextos geomorfológico pueden ser muy diversos: • Cuando la franja aluvial entre el pie de monte y el mar - o un lago - está poca profunda, los terrenos atravesiados por el río tienen una composición muy heterogénea (sitio piloto “El Novillero”, en la Costa del Pacífico). • El material traído hasta el mar puede ser bastante grueso ( ver la desembocadura del río Balsas) • En embalses de presas, la granulometría de los depositos en un lugar varian segun el nivel de agua (caso de la presa Malpaso, cuenca del río Grijalva). Estrategia para la Medición de Sedimento en México y el Uso de Ingeniería Fluvial Seminario sobre sedimentos y Uso de Datos Jean Peters 12 Cuestiones de aplicación de las teorías Cuencas y subcuencas - subcuencas bajas Cuencas y subcuencas - subcuencas bajas •Sobre En loslasdeltas cargas desólidas: presas, los cauces avulsionan de posición) y la granulometría del en • (cambian Las cargas sólidas medidas por muestreo material depositado es muy variable, depende ciertos ríos no siempre corresponden a la del nivel del embalse y de ISO. los aportes del río. clasificación de la norma Las desembocaduras: • El tipo de desembocadura depende de la relativa acción del mar y del río. • Ríos que llevan bastante material sólido hacia el mar forman Findeltas. de la Parte • Nociones Cuando el marde tiene mareas y/ó olas fuertes, el Hidráulica Fluvial material será erosionado y transportado por corrientes marinas formando lagunas; una barra la separa del mar. • Ríos con aporte sólido debil, en mares con fuertes mareas, forman estuarios. • En ríos arenosos, parte del transporte de fondo se mueve cerca del fondo en vez de en contacto con el fondo; esta carga participa a los cambios de formas del fondo - la morfología - y por eso proponemos llamarla “carga morfológica” (definición que no se encuentra en las teorías). Embalse Malpaso Morfología de los cauces Fluviomorfología y Geomorfología • Introducción • Cuencas y subcuencas • Morfología de los cauces • La geomorfología de los cauces es el resultado de una multitud de factores: hidráulicos, sedimentológicos, geológicos, tectónicos, resistencia a la erosión del lecho, ... • En ingeniería fluvial, necesitamos - ¿ o queremos ? - ordenar los ríos en categorías. • Sin embargo, en la realidad es bastante más compleja que la teoría; además, hay que comprender que la forma de un lecho es el resultado de una evolución natural, en cual la acción humana interfiere. Morfología de los cauces Morfología de los cauces La clasificación tradicional considera tres tipos de cauces: rectos, con meandros y trenzados. • Los cauces “rectos” no pueden desarrollarse naturalmente, y pueden existir solamente cuando su curso está totalmente controlado. • No se entiende todavía el fenómeno de formación de los meandros, tampoco de los cauces trenzados. • Existen varios tipos de meandros: regulares, tortuosos; estos últimos se forman cuando la geología, el relieve, la resistencia a la erosión de ciertas márgenes controlan el cauce. OMM/PROMMA Estrategia para la Medición de Sedimento en México y el Uso de Ingeniería Fluvial Seminario sobre sedimentos y Uso de Datos Jean Peters 13 Cuestiones de aplicación de las teorías Morfología de los cauces Una Sobre clasificación las cargas sólidas: (Brice, 1983) considera cuatro tipos cauces, dos sinuosos, y dos trenzados; • Lasde cargas sólidas medidas por muestreo en además, para cada uno la posible ciertosconsidera ríos no siempre corresponden a la presencia de varias . clasificación de laramas norma(“anaramas”) ISO. • En ríos arenosos, parte del transporte de • Trenzado, sinuoso fondo se mueve cerca del fondo en veznode en contacto con el fondo; esta carga participa a • Trenzado, sinuoso los cambios de formas del fondo - la morfología - y por eso proponemos llamarla “carga • Sinuoso, barras puntales morfológica” (definición que no se encuentra en las • Sinuoso, canaliformo teorías). Morfología de los cauces Los ríos con meandros pueden tener varias formas en un mismo lugar, lo que depende del régimen hidrológico y de la carga en sedimentos, todos elementos de las cuencas. Fin de la Parte Nociones de Hidráulica Fluvial Morfología de los cauces Los meandros se desplazan por erosión de margen externa (convexa) y sedimentación en la margen interna (cóncava); pueden ocurrir cortes de meandros, que dejan brazos muertos (“oxbow lakes”) Morfología de los cauces Cortes de meandros: • Cuando un corte de meandro deja el brazo “muerto”, los sedimentos del río se depositan en las entrada de este brazo y forman tapones. • Cuando el río trae lodo, los tapones son de arcilla y crean puntos de control, con mas alta resistencia a la erosión (funcionan como control geológico). • La presencia de estas zonas más resistentes en la planicie de inundación afectan el desarrollo de los meandros. Morfología de los cauces • Estudios pretenden que la geometría de un cauce se adapta a un caudal “formante” : expertos toman el gasto de bordo lleno, otros el gasto que trae, durante el año, la mayor cantidad de sedimento. • Existen fórmulas para relacionar la geometría de los cauces al caudal (por ejemplo, el ancho del Morfología de los cauces Valores de pendientes del cauce y de gasto líquido para ríos de E.U.A. (Leopold & Wolman, 1957) Pendiente del canal Trenzado Recto Con meandros río es proporcional al caudal con un exponente) • Pensamos que la geometría y la forma del cauce depende bastante de la evolución en el tiempo del gasto líquido (formas de crecidas) Gasto líquido de bordo lleno (en pie cúbico por segundo) OMM/PROMMA Estrategia para la Medición de Sedimento en México y el Uso de Ingeniería Fluvial Seminario sobre sedimentos y Uso de Datos Jean Peters 14 Cuestiones de aplicación de las teorías Morfología de los cauces Morfología de los cauces Sobre las cargas sólidas: Pendiente del cauce • Las cargas sólidas medidas por muestreo en ciertos ríos no siempre corresponden a la clasificación de la norma ISO. • En ríos arenosos, parte del transporte de Gasto líquido Carga se sólidamueve cerca del fondo en vez fondo de en contacto con el fondo; esta carga participa a los cambios de formas del fondo - la morfología - y por eso proponemos llamarla “carga Lane (1955) ha mostrado la relación entre el producto morfológica” (definición que no se encuentra en las del gasto líquido con la pendiente y el producto entre teorías). de la carga sólida con el tamaño de las partículas. Existiría una relación entre el gasto de bordo lleno y el gasto medio anual (¡ver la distribución de los datos!) Tamaño de las partículas del sedimento Fin de la Parte Nociones de Hidráulica Fluvial Gasto líquido de bordo lleno (en pie cúbico por segundo) Rango de mas de 10 Gasto líquido medio anual (en pie cúbico por segundo) Avulsión en abanicos fluviales Conos (o abanicos) aluviales se forman donde la capacidad de transporte disminuye y está debajo de la carga sólida aportada al río. Fluviomorfología y Geomorfología • • • • Introducción Cuencas y subcuencas Morfología de los cauces Avulsión de cauce en abanicos aluviales Avulsión en abanicos fluviales • El abanico aluvial (o cono de deyección) se forma conforme el material depositado: el material de mayor tamaño cerca de la cumbre, punto central del abanico, el fino al final. • Los canales tienen geometrías inestables, con movimiente lateral rápido o brusco (avulsión). • La problemática de las inundaciones en los abanicos fluviales es siempre más preocupante por la grán ocupación de estas zonas: por la agricultura y los asentamientos humanos (ver sitios piloto “El Novillero” y “Bajo Grijalva”). OMM/PROMMA Fluviomorfología y Geomorfología • • • • • Introducción Cuencas y subcuencas Morfología de los cauces Avulsión de cauce en abanicos aluviales Respuesta morfológica de los cauces Estrategia para la Medición de Sedimento en México y el Uso de Ingeniería Fluvial Seminario sobre sedimentos y Uso de Datos Jean Peters 15 Cuestiones aplicaciónde delos lascauces teorías Respuesta de morfológica •Sobre Obras lashidráulicas cargas sólidas: e intervenciones humanas en las cuencas cambian el equilibrio que fue • Las cargas sólidas medidas por muestreo en establecido en siempre el tiempocorresponden en los cauces. ciertos ríos no a la • Por clasificación ejemplo: de la construcción la norma ISO.de presas en un río (ver el Grijalva) no cambian el volumen • En ríos arenosos, parte del transporte de anual total aguas abajo de las presas, sino fondo se mueve cerca del fondo en vez de la en forma de las ondas de crecidas (picos mas contacto con el fondo; esta carga participabajos, a estiaje más alto). los cambios de formas del fondo - la morfología • Con el balance de Lane, llamarla se puede“carga evaluar el - y por eso proponemos impacto por carencia (almacenado morfológica” (definiciónde quesólido no se encuentra en las en las embalses) : degradación del cauce aluvial. . teorías) Respuesta morfológica de los cauces • El menor gasto de bordo lleno hace que el cauce evolucionará hacia un curso más sinuoso; sin embargo, este cambio de cauce debe realizarse por el transporte de sedimento, y tomará un tiempo relativamente largo. Fin de la Parte • En el lecho (de ancho demasiado) se formará un Nociones deloHidráulica cauce trenzado, que resultará enFluvial ataque oblicua de las orillas con erosión de márgenes. • La reacción usual es de construir protecciones, aún sin tratar identificar las causas de las erosiones. Conclusión Fluviomorfología y Geomorfología • • • • • • Introducción Cuencas y subcuencas Morfología de los cauces Avulsión de cauce en abanicos aluviales Respuesta morfológica de los cauces Conclusión • El manejo de cauces debe tomar en cuenta la dinámica fluviomorfológica y las condiciones geomorfológicas. • Si cambian los gastos líquidos y/o sólidos en un río, de manera natural o artificial, el sistema fluvial adaptará de manera progresiva, a escalas de tiempo muy diferentes. • El manejo de los cauces debe basarse en su conocimiento, lo que necesita observaciones de campo (geología, hidráulica, transporte de sedimento, topo-batimetría, mecánica de suelos). Conclusión • El objetivo de las observaciones de campo no deben ser la obtención de datos para alimentar estudios en modelo, pero más bien establecer un “modelo conceptual”, en cual será basado el modelo reducido o matemático. • El transporte de sedimento es un elemento fundamental en la dinámica fluvial y requiere una formación particular, lo que es el asunto de nuestra consultoría. • El manejo de los cauces necesita una aproximación multi-disciplinaria. OMM/PROMMA Fin de la Parte Fluvio- y geomorfología Estrategia para la Medición de Sedimento en México y el Uso de Ingeniería Fluvial Seminario sobre sedimentos y Uso de Datos Jean Peters 16 La Medición del Sedimento PARTE 3 (a) • Introducción La Medición del Sedimento Métodos y Aparatos (1) La Medición del Sedimento - Introducción La Medición del Sedimento - Introducción • Una introducción a la medición del sedimento en México - el pasado, presente y futuro - fue presentado en Noviembre de 1998 y las pantallas están disponibles en el Informe 11 del consultor (disponible en CPROMMA). • Una conclusión de las visitas de campo del año 1998 fue que no hay exactamente mediciones de sedimento en México, únicamente muestras de carga de lavado; se puede considerar eso como dato de gasto sólido solamente en ríos que no traen partículas más gruesas que limo. • Con la experiencia de los años 1999 a 2002, podemos presentar una estrategia para la colecta de datos confiables en los ríos del país. • Diferentes aparatos fueron comprados por la OMM y probados en tres sitios piloto, en las cuencas El Novillero (Chiapas), Balsas (Mezcala en Guerrero y Amacuzac en Morelos), y Grijalva (Mezcalapa, Samaria y Carrizal en Tabasco). • La idea principal es de mejorar el muestreo en un número de estaciones (a determinar) y de establecer brigadas móviles especializadas. La Medición del Sedimento - Introducción • Antes de presentar la estrategia y los aparatos y métodos, hay que identificar las cargas que queremos medir (a explicar en más detalles en la discusión de los sitios piloto, así como durante la visita de campo). • En ausencia de suficiente datos de México, presentaremos datos de otros ríos para aclarar ciertos aspectos de la medición del sedimento. • Antes de empezar con mediciones, hay que bien identificar las necesidades de datos: los finos para estudios de calidad del agua, los gruesos para estudios de morfología. OMM/PROMMA La Medición del Sedimento • Introducción • Cargas y modos de transporte del sedimento Estrategia para la Medición de Sedimento en México y el Uso de Ingeniería Fluvial Seminario sobre sedimentos y Uso de Datos Jean Peters 117 Cargas y modos de transporte del sedimento Cuencas y subcuencas - subcuencas bajas • La norma ISO 3718 presenta las cargas de lavado y de material de fondo, y los modos de transporte. • Aunque esta definición puede aceptarse para ciertos ríos, nuestras mediciones en el Río Congo revelaron (¡desde 1968!) la presencia de una franja cerca del fondo, en cual se mueven partículas del material del fondo, con una distribución vertical de la concentración que no sigue la ley de ROUSE (ley exponencial de disminución de la concentración desde el fondo hacia la superficie). • Los datos indican un movimiento de partículas más gruesas que la de la suspensión, en una franja hasta 0.4 m de espesor. • Se trata de dos poblaciones distintas, la franja cerca del fondo contiene material del lecho. Cuencas y subcuencas - subcuencas bajas Cuencas y subcuencas - subcuencas bajas • Mediciones realizadas en el Río Jamuna (el Brahmaputra) en 1995 revelaron los mismos fenómenos, aunque el espesor de la franja cerca del fondo llegaba hasta 2 metros. • Mediciones de la distribución de las cargas por fracción granulométrica en las Amazonas muestran bastante heterogeneidad. Distancias (m) Profundidad (m) Total Fracción más gruesa que 0.063 mm Fracción más fina que 0.063 mm (Fuente Meade, 1985) Carga sólido y mecanismos de transporte Carga sólido y mecanismos de transporte Comentarios: Comentarios: • Para estudios de calidad del agua podemos medir solamente la carga de lavado. • Para problemas tales como el azolvamiento de embalses de presas, es necesario medir la carga total (suspensión y de fondo). • Para estudios relacionadas a la morfología del cauce, hay que medir la carga (cerca) del fondo. • En ríos arenosos, el transporte de material del lecho en la franja cerca del fondo es el primer responsable de los cambios morfológicos del cauce. OMM/PROMMA • Definimos un nuevo tipo de carga, la “carga morfológica”: todo el material del lecho transportado en contacto con el fondo y cerca del fondo. Estrategia para la Medición de Sedimento en México y el Uso de Ingeniería Fluvial Seminario sobre sedimentos y Uso de Datos Jean Peters 18 Carga sólido y mecanismos de transporte Comentarios: • La determinación del transporte con aparatos de medición específicamente para medir el transporte por arrastre (carga de contacto) puede dar una valor sub-estimada del transporte responsable de los cambios morfológicos. • Hay que adaptar los aparatos a la carga que queremos determinar, eventualmente con más de un aparato por cada carga. (pasar a la parte 3b) OMM/PROMMA Estrategia para la Medición de Sedimento en México y el Uso de Ingeniería Fluvial Seminario sobre sedimentos y Uso de Datos Jean Peters 19 La Medición del Sedimento PARTE 3 (b) La Medición del Sedimento Métodos y Aparatos (2) • Introducción • Cargas y modos de transporte del sedimento • Transporte de fondo Transporte de fondo Transporte de fondo • Para la medición del transporte por arrastre del material de fondo, hay que distinguir entre (1) transporte de contacto y (2) cerca del fondo. • No existe ningún sistema que permita medir directamente la carga total del transporte por arrastre de fondo. • Muestreadores han sido diseñados desde hace mucho tiempo para capturar la fracción más gruesa que limo, generalmente en una trampa de mimbre cuales aperturas dejan escapar el material más fino (limo y arcilla). • Existen muchos muestreadores de este tipo, diseñados para capturar material de arena hasta boleos gruesos. • Para México, hemos elegido dos aparatos: el BTMA y el US BL-84 (o Helley-Smith). • El BTMA (Bedload Transport Meter Arnhem) fue diseñado en Arnhem (Holanda) en 1936, y calibrado en Zurich (Suiza) en 1937. Tiene bastante ventajas, pero su gran tamaño dificulta su utilización en el campo, por necesitar una grúa. Transporte de fondo • Investigadores de los E.U.A. han concebido una variante más pequeña, el Helley-Smith, construido ahora por el FISP (Federal Interagency Sedimentation Project): el US BL-84. • En corrientes fuertes y/o profundidades grandes, el aparato es arrastrado hacia agua abajo y llega cerca del fondo en velocidades menores, donde disminuye la fuerza de arrastre de tal modo que la boca puede cortar el lecho y sacar material del fondo en vez del transporte de sedimento. OMM/PROMMA Estrategia para la Medición de Sedimento en México y el Uso de Ingeniería Fluvial Seminario sobre sedimentos y Uso de Datos Jean Peters 20 Helley Helley--Smith en el River Survey Project (Bangladesh) Transporte de fondo • El BTMA tiene una ventaja seria: el sistema de suspensión muy original, lo que permite depositar el armazón primero al fondo, antes que se pone la boca-toma sobre el lecho. • La eficiencia (el porcentaje que representa la muestra en relación al transporte) depende del volumen acumulado con el tiempo. • El transporte de fondo (carga de contacto) es bastante variable (pulsante); se necesitan varias muestras para obtener una valor promedia del transporte. El BTMA (pasar a la parte 3c OMM/PROMMA Estrategia para la Medición de Sedimento en México y el Uso de Ingeniería Fluvial Seminario sobre sedimentos y Uso de Datos Jean Peters 21 La Medición del Sedimento PARTE 3 (c) La Medición del Sedimento Métodos y Aparatos (3) Transporte cerca del fondo El transporte cerca del fondo no se mide usualmente; se considera como la “zona sin muestreo”, aunque puede contener transporte importante. La curva de concentración es la teórica, según la ley de Rouse. • • • • Introducción Cargas y modos de transporte del sedimento Transporte de fondo Transporte de arena/grava cerca del fondo Transporte cerca del fondo • Si el río tiene, cerca del fondo, un transporte importante de material del lecho, falta información importante si no se mide la fracción arenosa o gravosa en la “zona sin muestreo”. • Es posible con el muestreador “Botella de Delft” (BD-12), aunque no fue diseñado para la carga “morfológica” (sino para medir la carga en suspensión, y para tener más precisión en la forma del perfil de concentración cerca del fondo). Transporte cerca del fondo Transporte cerca del fondo • El aparato está descrito en nuestros informes; tiene una camera “trampa” tipo laberinto donde se deposita el sedimento de tamaño más grueso que limo. • La Botella de Delft (BD-12) tiene la ventaja de poder “filtrar” grandes volúmenes de agua y tener de este modo un valor mucho mucho más representativa que otros muestreadores • El aparato BD-12 tiene otra gran ventaja, es que da inmediatamente el gasto sólido a través de la bocatoma (en cc³/minuto), sin necesitar labores de laboratorio. • La integración en una vertical de las muestras a diferentes niveles da el gasto sólido de arena/grava en esta vertical. • La muestra tiene generalmente un volumen suficiente para una determinación de la distribución granulométrica (más fácilmente con el US VATSA-58). (El volumen “filtrado” por el BD-12 puede ser del orden de 30 a 40 litros, aunque un muestreador tradicional saca medio litro). OMM/PROMMA Estrategia para la Medición de Sedimento en México y el Uso de Ingeniería Fluvial Seminario sobre sedimentos y Uso de Datos Jean Peters 22 Botelle de Delft en su armazon Transporte en suspensión La Medición del Sedimento • • • • • Introducción Cargas y modos de transporte del sedimento Transporte de fondo Transporte de arena/grava cerca del fondo Transporte en suspensión Muestreador PUNJAB (India) • La medición de la carga en suspensión (la total, es decir gruesa y fina) se puede determinar con diversos muestreadores. • El aparato utilizado en la CNA y en la CFE es el porta-botella tradicional, similar a muestreadores de otros países; sirve para medición de carga de lavado, es decir cuando la suspensión no tiene material más grueso que limo. • La botella vertical no permite un muestreo isocinético (velocidad de toma = velocidad del flujo) Transporte en suspensión • Muestreadores isocinéticos existen en muchas versiones, ligeros para manejar de mano (por vadeo o con una línea desde un puente) o con malacate (desde puente o cable-vía). • Muestreadores por integración vertical (muestreo continuo entre la superficie y el fondo) se utilizan en ríos que tienen una distribución bastante homogénea en la sección transversal. • Para ríos con distribución heterogénea en la sección transversal, se necesita muestreadores isocinéticos de medición puntual. OMM/PROMMA Estrategia para la Medición de Sedimento en México y el Uso de Ingeniería Fluvial Seminario sobre sedimentos y Uso de Datos Jean Peters 23 Transporte en suspensión • No se venden muchos muestreadores en el mundo y la producción es para servicios oficiales. • La más gran variedad de aparatos lo tienen los E.U.A. y China, porque tienen bastante problemas de sedimento. • Desde hace mucho tiempo, expertos quieren desarrollar sistemas automáticos para medir la concentración de la suspensión; no se ha podido llegar a un buen resultado debido a la heterogeneidad del material sólido. US DHS-59 Transporte en suspensión ANX3 ANX3--50 Bolsa Colapsable • Un mejoramiento para la medición de la suspensión ha sido el muestreador de “bolsa colapsable”; el primer prototipo fue diseñado para muestreo en las Amazonas. • En China fue concebido el muestreador colapsable ANX3, para mediciones en ríos de alta velocidad; existe en versiones desde 50 Kg hasta 750 Kg (¡si, siete ciento cincuenta!) • El problema mayor para operar estos aparatos es el peso, y necesita grúas potentes. OMM/PROMMA Estrategia para la Medición de Sedimento en México y el Uso de Ingeniería Fluvial Seminario sobre sedimentos y Uso de Datos Jean Peters 124 Grúa GRB ANX3-50 “Bolsa Colapsable, abierto. Material del lecho La Medición del Sedimento • • • • • • Introducción Cargas y modos de transporte del sedimento Transporte de fondo Transporte de arena/grava cerca del fondo Transporte en suspensión Material del lecho • El análisis de los datos de transporte de sedimento debe incluir los del material del fondo. • La mayoría de las dragas pierden parte de la muestra durante la subida hacia la superficie; se recomienda el muestreador de fondo US BMH-60 o el USBM-54. Fin de la Parte Medición del Sedimento y Aparatos OMM/PROMMA Estrategia para la Medición de Sedimento en México y el Uso de Ingeniería Fluvial Seminario sobre sedimentos y Uso de Datos Jean Peters 25 Procesamiento y Uso de los Datos PARTE 4 • Introducción La Medición del Sedimento Métodos y Aparatos Procesamiento y uso de datos - Introducción Procesamiento y uso de datos - Introducción • La primera cuestión debería ser : ¿ Porque necesitamos datos de azolve ? • En este seminario, damos más énfasis a la obtención de datos para solucionar problemas de ingeniería fluvial y de manejo de cauces (sistemas hídricos). • Nuestra estrategia es de mejorar las mediciones tradicionales en las estaciones hidrométricas, y cancelar en un cierto número de estas la medición rutinaria, después de un análisis detallado de los datos existentes. • Sin embargo, para ciertas estaciones, existen curvas de gasto sólido regulares, el aspecto “calidad” del agua, información tradicional en las estaciones hidrométricas. • Los datos de sólido no deben procesarse de la misma manera que los datos del líquido, porque la relación entre sólido y líquido responde a procesos físicos muy complejos. Procesamiento y uso de datos - Introducción • El procesamiento de datos para la ingeniería fluvial requiere bastante experiencia, y una capacitación particular; no existen libros o manuales que explican bien como hacerlo. Procesamiento y Uso de los Datos • Introducción • Las curvas de gasto sólido • No podemos en un tan corto seminario dar esta capacitación; sin embargo, esperamos dar a Ustedes el interés para el asunto (“abrir el apetito ...”). OMM/PROMMA Estrategia para la Medición de Sedimento en México y el Uso de Ingeniería Fluvial Seminario sobre sedimentos y Uso de Datos Jean Peters 26 Curvas de gasto sólido • No tenemos todavía datos confiables para establecer curvas de gasto sólido, y prefiero presentar resultados de nuestras mediciones en el Congo para ilustrar que es factible realzar buenas mediciones de suspensión y arrastre de fondo (carga morfológica) en ríos arenosos. Curvas de gasto sólido Los datos de la Botella de Delft en las secciones principales del Congo dan buenas relaciones, con un cambio de régimen cuando el gasto líquido en la sección mayor llega a 40.000 m³/s (lo que corresponde al pasaje al régimen superior) • Debido a la gran dispersión de datos, recomendamos el método de “valores agrupadas” (ver parte siguiente) Fin de la Parte Procesamiento y Uso de los Datos OMM/PROMMA Estrategia para la Medición de Sedimento en México y el Uso de Ingeniería Fluvial Seminario sobre sedimentos y Uso de Datos Jean Peters 27 Taller Sobre El Uso De Datos De Sedimento Interpretación de datos de campo: muestras del lecho y de transporte, topo-batimetría y hidráulica OMM/PROMMA Estrategia para la Medición de Sedimento en México y el Uso de Ingeniería Fluvial Seminario sobre sedimentos y Uso de Datos Jean Peters 28 Curvas De Gasto Sólido • No existen siempre curvas de gasto sólido, pero puede siempre poner en gráfico una relación del gasto sólido en función del gasto líquido. • Una curva de gasto líquido es raramente estable, porque la tasa de transporte depende de la disponibilidad de material a transportar. Curvas De Gasto Sólido • Cálculo de una curva de gasto sólido debe utilzar diversas aproximaciones. • Se puede establecer una curva por análisis visual. • Se recomienda calcular la curva de gasto sólido por el método “group average” (mediana por grupo). OMM/PROMMA Estrategia para la Medición de Sedimento en México y el Uso de Ingeniería Fluvial Seminario sobre sedimentos y Uso de Datos Jean Peters 29 OMM/PROMMA Estrategia para la Medición de Sedimento en México y el Uso de Ingeniería Fluvial Seminario sobre sedimentos y Uso de Datos Jean Peters 30 OMM/PROMMA Estrategia para la Medición de Sedimento en México y el Uso de Ingeniería Fluvial Seminario sobre sedimentos y Uso de Datos Jean Peters COMISION NACIONAL DEL AGUA Programa de Modernización del Manejo del Agua