Si alguna vez ha mirado de cerca una duna de arena o sedimentos en 3D dentro de un río o área costera, ¿Te preguntaste cómo se formó?

Después de notar cómo la construcción de presas altera significativamente la hidrodinámica de los ríos naturales y la resultante evolución del cauce río abajo, Un grupo de investigadores de la Universidad de Tsinghua en China decidió aplicar simulaciones numéricas para ayudar a determinar qué está en juego en la relación del movimiento de los sedimentos y las condiciones de flujo. Informan sus hallazgos en Física de fluidos .

El trabajo del grupo se inspiró en parte en el impacto de la presa de las Tres Gargantas, que es una presa de gravedad hidroeléctrica que atraviesa el río Yangtze. Desde su construcción en 2003, Se observaron 11,7 kilómetros (7,2 millas) de lecho de río plano aguas abajo dentro del estuario del Yangtze transformándose en formas de lecho de dunas, características que se forman como resultado del material del lecho del río movido por el flujo de fluidos.

"Esta evolución de la morfología del lecho amenazó la seguridad de la navegación y la estabilidad de los diques fluviales, porque se desconocía el mecanismo de formación de las dunas de sedimentos, "dijo Hongwei Fang, profesor de la Universidad de Tsinghua.

Los investigadores se propusieron simular con precisión el flujo completamente turbulento cerca del lecho del río y vincularlo con el movimiento de las partículas de sedimento.

"Usamos tecnología de simulación de remolinos grandes para obtener un campo de flujo instantáneo cercano al lecho preciso, calcular los esfuerzos cortantes que actúan sobre las partículas de sedimento y, finalmente, simular la evolución del cauce del río, "dijo Fang.

Mediante el uso de visualización y análisis de espectros de potencia, los investigadores pudieron caracterizar la formación de dunas de sedimentos en tres etapas distintas y mostrar claramente el mecanismo responsable de cada una.

"La interacción del flujo cercano al lecho y las partículas de sedimento se ha investigado rigurosamente, pero todavía no estaba muy claro qué estaba pasando, ", dijo Fang." Dividirlo en tres etapas nos ayudó a aclarar este proceso ".

"Los defectos iniciales que aparecen en el lecho al inicio del proceso están estrechamente relacionados con la velocidad de flujo instantánea justo antes de que el lecho se desestabilice, ", dijo." También descubrimos que los defectos con una alta velocidad de flujo instantáneo se eliminan, mientras que los defectos con baja velocidad instantánea reciben depósitos de sedimentos y crecen en longitud y altura. Y, más lejos, una zona de estela constante se forma aguas abajo de las micro ondas de arena, donde se acumula el sedimento ".

En cuanto a aplicaciones, este trabajo "ayudará a predecir la evolución de la morfología del lecho de los ríos, cómo se forma y cambia, dentro de los ríos naturales, ", Dijo Fang." Y permitirá la prevención de peligros potenciales, como la rotura de la ribera o el varamiento de un barco ".

Próximo, el grupo explorará los meandros del río, lo que representa una seria amenaza para los ríos con represas.

"Con nuestro éxito en la simulación de la evolución de los lechos de los ríos, estamos seguros de revelar el mecanismo de los meandros del río, que es muy importante en la construcción de diques fluviales, gestión de ríos lacustres y protección del hábitat acuático, "Dijo Fang.