CAMBIOS MORFOLÓGICOS Y EFECTOS EN LAS … · INFORME DE PROYECTO DE TÍTULO PARA OPTAR AL TÍTULO...

UNIVERSIDAD CATOLICA DE LA SANTISIMA CONCEPCION

Facultad de Ingeniería

Departamento de Ingeniería Civil

CAMBIOS MORFOLÓGICOS Y EFECTOS EN LAS VELOCIDADES Y

ALTURAS DEL FLUJO EN LA PARTE BAJA DEL RIO BIOBÍO.

MARCO ANTONIO FERNÁNDEZ RAMÍREZ

INFORME DE PROYECTO DE TÍTULO PARA OPTAR AL TÍTULO DE

INGENIERO CIVIL

Profesor Guía

Diego Caamaño A.

Profesor Informante

Rafael Aránguiz M.

Concepción, Julio 2013

ii

A mi familia

iii

AGRADECIMIENTOS

A:

Mi familia por todo su incondicional apoyo en esta etapa, han sido un pilar

fundamental en todo.

El profesor Diego Caamaño por su confianza y asesoría para poder desarrollar

este tema.

El proyecto Fondecyt Nº11100399 denominado “Sustainability of morphology

features in alluvial rivers and coastal systems in Chile: The Biobío river as study case”.

Los distintos profesores que me formaron durante esta etapa de mi vida

Mis compañeros y amigos que ayudaron a hacer pasar siempre buenos ratos

(Oscar, Patricio, Priscila) y a todos en general.

Y a todas las personas conocidas durante esta etapa que ayudaron de alguna

forma a forjar quien soy

iv

Resumen

En el presente estudio se contemplan los efectos que provocan y el rol que juegan los

cambios morfológicos en el comportamiento hidráulico que presenta la parte baja del rio

Biobío.

Se cuantifica el avance de la barra de sedimentos ubicada en la ribera sur de la parte baja

del río Biobío durante la última década (1998 – 2011). Se consideran también las

variaciones que se producen en el mismo periodo. Sobre lo anterior se definen escenarios

morfológicos caracterizando diferentes etapas barra/vegetación, y desarrollando modelos

hidráulicos bidimensionales para cada uno de ellos. Con los resultados obtenidos se evalúan

los cambios que se generan en el flujo debido a las modificaciones que han tomado lugar en

el sistema fluvial.

Con el software FaSTMECH perteneciente a la plataforma iRIC se calcularon las

velocidades para los distintos escenarios, mostrando un aumento de éstas a lo largo de la

ribera norte del río (i.e. frente a la barra de sedimentos). Para iguales escenarios de caudal

se identifican aumentos en la velocidad del 14,75 % según las condiciones morfológicas de

los años 1998 al 2011. La superficie de elevación del agua refleja un crecimiento de 6.5 %

para las mismas simulaciones. Todo el análisis supone un lecho fijo, es decir, no se

consideran variaciones del fondo del río, más que aquellas producidas por la barra de

sedimentos.

Se concluye que el crecimiento de la barra, en conjunto con el aumento de la vegetación

asociada produce un incremento de la velocidad del flujo en la ribera norte del rio Biobío.

Esto sugiere mayores esfuerzos de corte aplicados sobre la ribera y el fondo del río. Los

cambios en la superficie de elevación del agua son menores que las variaciones en la

velocidad, sin embargo, pueden llegar a ser causantes del desbordamiento del río en las

áreas más críticas de éste.

v

Abstract

This study considers the effects that cause and the role played by morphological changes in

the hydraulic behavior that presents the lower Biobío river.

It quantifies the progress of the sediment bar located on the south bank of the lower river

Biobío during the last decade (1998-2011). Variations are also considered to occur in the

same period. On the above scenarios are defined morphological stages characterizing bar /

vegetation, and developing two dimensional hydraulic models for each. With the results

assessing the changes that are generated in the flow due to the changes that have taken

place in the river system.

With the software belonging to the platform FaSTMECH IRIC speeds were calculated for

the different scenarios, showing an increase of these along the north bank of the river (ie

opposite the bar sediments). For equal flow scenarios identified in speed increases of

14.75% according to the morphological conditions of the years 1998 to 2011. The elevation

of the water surface reflects growth of 6.5% for the same simulations. All analysis assumes

a fixed bed, that is not considered variations of the river bottom, rather than those produced

by the bar sediments.

We conclude that the growth of the bar, along with the increase of vegetation associated an

increase of flow velocity on the north bank of the river Biobío. This suggests higher shear

stresses applied to the banks and river bottom. Changes in elevation of the water surface are

smaller than the variations in speed, however, can become cause overflow of the river in

the most critical areas thereof.

vi

Índice de contenidos

Capítulo 1.Introducción .................................................................................................. 1

1.1. Objetivos ............................................................................................................ 2

1.1.1. Objetivo General ......................................................................................... 2

1.1.2. Objetivos Específicos .................................................................................. 2

1.2. Zona de estudio .................................................................................................. 2

Capítulo 2.Métodos ......................................................................................................... 5

2.1. Herramienta computacional utilizada para el cálculo ........................................ 5

2.2 Antecedentes generales acerca de flujo sobre vegetación. ................................. 9

2.3 Recopilación de información .............................................................................. 9

2.3.2. Alturas de agua .......................................................................................... 10

2.3.3. Condiciones de Borde aguas abajo ........................................................... 11

2.3.4. Batimetría y topografía ............................................................................. 11

2.3.5. Rugosidad (n) ............................................................................................ 12

2.3.5.1. Formula de Cowan ................................................................................ 14

2.3.5.2. Formula de Petryk and Bosmajian ........................................................ 15

2.3.6. Terreno ...................................................................................................... 17

2.4. Escenarios Morfológicos. ................................................................................. 18

Capítulo 3.Resultados ................................................................................................... 19

3.1. Información Recopilada ................................................................................... 19

3.1.1. Caudales. ................................................................................................... 19

3.1.2. Alturas de agua. ......................................................................................... 20

3.1.3. Rugosidad (n) ............................................................................................ 21

3.1.3.1. Terreno .................................................................................................. 21

vii

3.1.3.2. Formula de Cowan ................................................................................ 24

3.1.3.3. Formula de Petryk and Bosmajian ........................................................ 25

3.1.4. Condiciones de borde aguas abajo ............................................................ 25

3.1.5. Batimetría y topografía ............................................................................. 26

3.2. Modelo .............................................................................................................. 28

3.2.1. Calibración ................................................................................................ 28

3.2.2. Escenarios propuestos ............................................................................... 31

3.2.2.1. Escenario año 1998 ............................................................................... 32

3.2.2.2. Escenario año 2002 ............................................................................... 34

3.2.2.3. Escenario año 2006 ............................................................................... 36

3.2.2.4. Escenario año 2007 ............................................................................... 38

3.2.2.5. Escenario año 2009 ............................................................................... 40

3.2.2.6. Escenario año 2011 ............................................................................... 43

3.2.3. Comparación de escenarios ....................................................................... 44

Capítulo 4.Discusión y Conclusiones. .......................................................................... 49

Capítulo 5. Referencias ................................................................................................. 51

Capítulo 6.Anexos. ........................................................................................................ 54

6.1. Anexo A ........................................................................................................... 54

6.2. Anexo B ............................................................................................................ 56

6.3. Anexo C. ........................................................................................................... 65

6.4. Anexo D. .......................................................................................................... 66

viii

Índice de figuras

Figura 1.1: Ubicación zona de estudio. ............................................................................. 4

Figura 2.1: Interfaz de Usuario (Fuente: Nelson et al.,2010) ............................................ 6

Figura 2.2: Ubicación estación Fluviometrica 08394001-8 Río Biobío en Desembocadura

(Fuente: Google Earth) .................................................................................................... 10

Figura 3.1: Perfiles Transversales (Fuente: Google Earth). ............................................ 26

Figura 3.2: Malla de cálculo. .......................................................................................... 27

Figura 3.3: Mapa de la topografía interpolada para el modelo. ...................................... 27

Figura 3.4: Clasificación del coeficiente de manning n (Fuente: Google Earth). ........... 29

Figura 3.5: Superficie de elevación del agua (modelada y medida) v/s caudal .............. 31

Figura 3.6: Área de vegetación sobre la barra de sedimentos en el parte baja del Río Biobío

durante los últimos años. ................................................................................................. 32

Figura 3.7: Escenario 1998 (Fuente imagen: Google Earth)........................................... 33

Figura 3.8: Velocidad escenario 1998. ............................................................................ 33

Figura 3.9: Superficie de elevación de agua escenario 1998 .......................................... 34

Figura 3.10: Escenario 2002 (Fuente: Google Earth). .................................................... 35

Figura 3.11: Velocidad escenario 2002. .......................................................................... 35

Figura 3.12: Superficie de elevación de agua escenario 2002. ....................................... 36












ix


Figura 3.25: Puntos de comparación (Fuente: Google earth). ........................................ 45

Figura 3.26: Velocidad a través de los años para P1....................................................... 46

Figura 3.27: Velocidad a través de los años para P2....................................................... 46

Figura 3.28: Superficie de elevación del agua a través de los años para P1. .................. 47

Figura 3.29: Superficie de elevación del agua a través de los años para P2. .................. 47

Figura A.1: Perfiles transversales (Fuente: Google Earth) ............................................. 54

Figura A.2: Perfil transversal 1 ....................................................................................... 54




Figura B.1: Caudal medio diario 2011-2012 .................................................................. 62

Figura B.2: Altura de agua medio diario 2011-2012 ...................................................... 63

Figura B.3: Fotografías vegetación del cauce. ................................................................ 65

x

Índice de tablas

Tabla 2.1: Valores de corrección para la determinación del coeficiente n de Manning . 15

Tabla 2.2: Determinación del coeficiente efectivo y arrastre (Fuente: Arcement &

Schneider, 1989) ............................................................................................................. 17

Tabla 3.1: Condición de borde de aguas arriba. Caudales (Fuente: DGA). .................... 20

Tabla 3.2: Alturas de agua ocupadas para la calibración del modelo (Fuente: DGA). ... 20

Tabla 3.3: Fotografías vegetación terreno y tabuladas (Barnes, 1967). .......................... 21

Tabla 3.4: Alturas de marea (Fuente: SHOA). ................................................................ 26

Tabla 3.5: Niveles de mareas ajustados. ......................................................................... 29

Tabla 3.6: Valores de n y LEV para cada caudal............................................................. 30

Tabla 3.7: Error porcentual del modelo .......................................................................... 31

Tabla 3.8: Velocidad y superficie de elevación del agua para P1 ................................... 45

Tabla 3.9: Velocidad y superficie de elevación del agua para P2 ................................... 46

Tabla B.1: Alturas de agua y caudales 2011-2012 (Fuente: DGA) ................................ 56

Tabla C.1: Abertura de Tamices ..................................................................................... 65

Tabla C.2: Diámetro sedimento parte baja río Biobío .................................................... 66

Tabla D.1: Velocidades medidas en el sector la mochita................................................ 66

Tabla D.2: Velocidades medidas en el sector puente ferroviario.................................... 67

1

Capítulo 1.Introducción

En el presente estudio se exponen los resultados obtenidos de la simulación hidráulica

bidimensional del rio Biobío para el tramo comprendido entre el sector Villuco y la

desembocadura que abarca una longitud aproximada de 14 km. El estudio se basa en la

topo-batimetría e imágenes obtenidas durante la última década (1998-2011).

El rio Biobío es uno de los ríos más importantes de Chile no solo por su longitud sino

también por su importancia histórica y económica. La parte baja de este curso fluvial se

comparte con uno de los centros urbanos más grandes y relevantes para el país, y por lo

tanto, es de significativa importancia comprender y predecir el comportamiento del sistema.

Este conocimiento contribuye al crecimiento armonioso del conjunto.

La ribera sur del Biobío presenta una zona de depositación de sedimentos que ha

aumentado en tamaño durante la última década. Se forma entonces una barra lateral que

lentamente se ha colonizado por diferentes especies vegetacionales, principalmente, sauces,

álamos y arbustos. La densidad de éstos ha aumentado y con ello el efecto combinado barra

vegetación en el flujo. El presente estudio busca clasificar estos cambios y cuantificar las

alteraciones asociadas a las velocidades y las alturas del flujo en la ribera contraria a esta

formación.

El análisis de estos cambios se realiza mediante la configuración de escenarios

morfológicos que son utilizados para alimentar un modelo hidráulico bidimensional. El

software que se considera para el cálculo es parte de la suite iRIC y se denomina

FaSTMECH.

En los capítulos incluidos en este trabajo, se considera el capítulo 1, que presenta una

revisión de los antecedentes del estudio, al igual que entrega una descripción del área de

estudio. El capítulo 2 que considera la información necesaria para simular el fenómeno

físico matemáticamente clasificando ésta en métodos y datos. El capítulo 3 muestra los

2

resultados y sus respectivos análisis. Finalmente el capítulo 4 aborda las conclusiones

finales del estudio, y entrega algunas recomendaciones asociadas a los resultados

obtenidos.

1.1. Objetivos

1.1.1. Objetivo General

Cuantificar los cambios en las variables hidráulicas de velocidad y altura debido a la

evolución morfológica de la parte baja del río Biobío para el periodo 1998-2011.

1.1.2. Objetivos Específicos

i) Estudiar la evolución morfológica de la barra puntual ubicada en la ribera sur de la parte

baja del río Biobío para el periodo considerado.

ii) Cuantificar los parámetros hidráulicos para los diferentes escenarios morfológicos y de

caudal para el periodo considerado.

iii) Evaluar las diferencias en las variables hidráulicas entre los escenarios determinados

mediante simulaciones numéricas para el periodo considerado.

1.2. Zona de estudio

La cuenca del Biobío forma parte de la VIII Región y está comprendida entre los paralelos

36º42‟ – 38º49‟ Latitud Sur y los meridianos 71º - 73º20‟ Longitud Oeste. Es una de las

cuencas de mayor superficie del país cubriendo un área de 24.264 km2 (Dirección General

de Aguas, 2004). Comprende parte de los territorios de las Provincias de Ñuble,

Concepción, Biobío y Arauco. Además, abarca parte de las Provincias de Malleco y Cautín

que están ubicadas en la IX Región de la Araucanía (Dirección General de Aguas, 2004).

3

El río Biobío nace en la ribera oriental de la laguna Gualletué ubicada en la cordillera de los

Andes. Su curso superior se desarrolla en un valle intermontañoso de origen glacial,

generando numerosos meandros, a través de un paisaje estepario en el que abundan los

coironales y matorrales bajos (Dirección General de Aguas, 2004).

En el curso inferior del Biobío, frente a la comuna de San Pedro de la Paz, el río posee un

cauce con ancho promedio de 2 km, que escurre a sección llena durante el periodo invernal.

Durante el periodo de menores caudales (i.e. periodo estival) el río divaga en forma

trenzada alcanzado el Océano Pacifico entre las comunas de San Pedro de la Paz y Hualpén

tal como se indica en la Figura 3.1. (Dirección General de Aguas, 2004).

En la zona baja, el río Biobío posee un régimen pluvio-nival donde registra una

precipitación media anual de alrededor de 1.300 mm con escurrimientos de características

típicas de la zona centro-sur de Chile, vale decir, grandes avenidas en época invernal que

provocan, cada cierto número de años, inundaciones en varios sectores riberanos de la parte

media y baja de la cuenca (Opazo, 2008), y avenidas de menor magnitud durante el periodo

de deshielos (i.e. primavera).

Entre San Rosendo y la desembocadura, el río Biobío recorre 80 km con una pendiente

suave de apenas 0,5 %, la cual favorece la sedimentación y la formación de zonas

trenzadas. En su desembocadura suele presentar normalmente crecidas de hasta 8.000 m3/s

(Parra & Valdovinos, 2006), sin embargo, se han registrado crecidas con máximos

instantáneos cercanos a los 16.000 m3/s asociadas a probabilidades de ocurrencia del 1 %

(i.e. evento ocurrido en julio del 2006).

Los caudales medios mensuales registrados en la estación Fluviométrica Río Biobío en

Desembocadura, perteneciente a la Dirección General de Aguas (DGA), se verifica que el

régimen del río es del tipo pluvio-nival, con un caudal máximo medio mensual de

aproximadamente 2.200 m3/s en los meses de junio-julio, que corresponde a los meses de

máximas precipitaciones en la cuenca. Los caudales mínimos medio mensuales se ubican

4

en los meses de marzo-abril con valores cercanos a los 180 a 220 m3/s, correspondientes al

periodo final del verano y antes de las primeras precipitaciones. Este caudal mínimo se

mantiene gracias a algunos aportes nivales remanentes y a la napa subterránea (Parra &

Valdovinos, 2006).

El área de estudio comprende entre el sector de Villuco y la desembocadura, que abarcan

una distancia aproximada de 14 km, como se exhibe en la Figura 1.1, donde la zona azul

denota el dominio de la modelación. En esta zona se presenta un flujo con una velocidad

promedio de 0.8 m/s y una altura de agua cercana a los 0.79 m ambas registradas en la

estación Fluviométrica Rio Biobío en Desembocadura, durante el mes de enero de 2013.

Figura 1.1: Ubicación zona de estudio.

5

Capítulo 2.Métodos

2.1. Herramienta computacional utilizada para el cálculo

Para las simulaciones numéricas se utilizó el software iRIC. El software fue construido

mediante la combinación de dos interfaces existentes: el “Multi Dimensional Surface Water

Modelling System” (MD_SWMS) desarrollado por el USGS, y un sistema similar

desarrollado en el Foundation of the Hokkaido River Disaster Prevention Research

Institute. El objetivo de este esfuerzo conjunto fue producir un paquete de modelado de

dominio público, de código abierto que podría ser utilizado por los estudiantes y los

profesionales para aprender la mecánica del río y de la realización de proyectos aplicados

en los ríos (Nelson et al., 2010). Este software es una aplicación para pre- y post-proceso de

datos hidráulicos. Cuenta con herramientas para el filtrado y edición de la topografía,

generación de malla, modelos de dos dimensiones de la superficie de agua (i.e. variables

promediadas en la vertical), transporte de sedimento y morfodinámica, además permite

visualizar los datos de entrada y salidas en dos y tres dimensiones (Nelson et al., 2006).

Uno de los módulos disponibles en iRIC es el “Flow and Sediment Transport with

Mechanical Evolution of Channel” (FaSTMECH), el cual resuelve las ecuaciones de aguas

poco profundas mediante el método de las diferencias finitas (Maturana, 2011).

La aplicación interfaz de usuario gráfica GUI (figura 2.1) permite construir, ejecutar y

visualizar los resultados de los modelos computacionales relativos al sistema fluvial en

estudio. La interfaz gráfica de usuario proporciona herramientas para la formación de

mallas estructuradas y no estructuradas, facilitando la importación de la topografía y otras

condiciones necesarias para la definición de los límites de la malla, así como la información

necesaria para la configuración de los escenarios hidráulicos. La caracterización de

rugosidades se realiza mediante polígonos definidos por el usuario con atributos asociados

espacialmente a la malla de cálculo. La aplicación proporciona la alternativa de visualizar

los resultados de post-proceso, tales como asignación de valores en función del tiempo y

6

soluciones escalares y vectoriales que pueden ser mostradas en diferentes dimensiones

(Nelson et al., 2006).

Figura 2.1: Interfaz de Usuario (Fuente: Nelson et al.,2010)

El software iRIC resuelve las ecuaciones de aguas pocos profundas, bajo los siguientes

supuestos: 1) la profundidad del agua es pequeña comparada con la longitud de onda de la

perturbación, 2) el fluido es incompresible, 3) la distribución de presiones es hidrostática.

Estas ecuaciones se derivan de los principios de conservación de la masa y conservación

del momento de un fluido incomprensible, que derivan en las ecuaciones 2.1 y 2.2

(Maturana, 2011):

[2.1]

[2.2]

7

Dónde:

Vector de velocidad (m/s)

Densidad del fluido (kg/m3)

Presion (Pa)

g: Gravedad (m/s2)

υ: Viscosidad cinemática (m2/s)

t: Tiempo (s)

El módulo disponible en el iRIC llamado FaSTMECH resuelve dos submodelos para

obtener las condiciones hidráulicas del río:

1) Utiliza un promedio total de la vertical para resolver las ecuaciones de momentum

de Reynolds en 2-D;

2) Un submodelo para la estructura vertical que determina la distribución de

velocidades mediante una relación logarítmica de la capa limite, es decir que la

tensión de corte puede ser calculada mediante el coeficiente de arrastre según

ecuación 2.3 (más detalles pueden ser encontrados en (Nelson et al., 2003;

Maturana, 2011).

⁄

[2.3]

Dónde:

h: Profundidad media del flujo

g: Gravedad (m/s2)

n: Coeficiente de rugosidad de Manning (n)

Los datos de entrada para el modelo del promedio de la vertical corresponden a la

batimetría y topografía, el caudal, las alturas de agua y las rugosidades (i.e tamaño de los

sedimentos y formas de fondo) contenidas en el coeficiente de arrastre, mientras que el dato

de entrada para el submodelo de estructura vertical corresponde al coeficiente de viscosidad

8

lateral (Lateral Eddy Viscosity) como se muestra en la ecuación 2.4. Más detalles pueden

ser encontrados en (Nelson et al., 2003; Maturana, 2011).

LEV=0.1×velocidad promedio×Profundidad promedio [2.4]

Velocidad promedio: (m/s)

Profundidad promedio: (m)

El modelo resuelve el promedio vertical de la ecuación utilizando una combinación de

soluciones explicitas del momento con soluciones implícitas para los datos de elevación de

agua. La técnica explicita incorpora un operador de diferencia splitting y upwind para

asegurar la estabilidad y la convergencia. El cálculo de la presión se realiza mediante un

método semi-implícito llamado SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure Linked

Equations). La elevación de la superficie del agua y la velocidad se actualizan para cada

iteración del modelo usando una relajación diferencial y utilizando una iteración constante

hasta que la conservación de masa y momentum se satisface con el error asignado a cada

celda (Maturana, 2011).

La principal entrada para el modelo es la batimetría y topografía, sobre la cual se define el

eje central del río que será referencia para la generación de la malla de cálculo. La

extensión de la malla y las dimensiones de cada elemento que la conforma, son definidas

por el usuario. El programa interpola la información contenida en la batimetría a la malla

de cálculo utilizando para ello la técnica de Triangular Irregular Network o TIN, asignando

a cada nodo de la malla un valor de altura batimétrica (Maturana et al., 2010), Una vez que

se tiene el modelo digital del área a modelar se procede a ingresar condiciones iniciales y

de borde aguas arriba y aguas abajo del dominio de modelación. Finalmente se da inicio al

proceso de cálculo propiamente tal, el cual itera una x cantidad de veces (definidas por el

usuario) entregando soluciones escalares y vectoriales para las diferentes variable

seleccionadas (Jara, 2011).

9

2.2 Antecedentes generales acerca de flujo sobre vegetación.

La resistencia hidráulica de un cauce abierto es el resultado de la fricción y la presión sobre

el perímetro mojado. En los cursos de agua vegetados, está fricción puede ser dividida

conceptualmente en tres componentes, estos son, a) rugosidad del grano del suelo, b)

rugosidad de la forma del fondo y c) la rugosidad asociada a la resistencia generada por la

vegetación. Para la mayoría de los canales vegetados, el arrastre sobre elementos vegetales

domina la resistencia al flujo (Fenzl, 1962; Temple et al., 1987).La resistencia hidráulica

del curso de agua determina el nivel de agua y la distribución de las velocidades del flujo.

Esta resistencia es comúnmente representada por parámetros denominados como a)

Coeficiente de rugosidad de Manning (n), b) factor de resistencia de Chezy (C), ó c) el

Factor de fricción de Darcy-Weisbach (f), entre las que el coeficiente determinado por

Manning n es el más frecuentemente usado en este tipo de cálculo. Resultados fiables de

inundaciones y simulaciones de inundación se basan en una estimación exacta del

coeficiente de resistencia. Varios métodos para la determinación del coeficiente de

rugosidad vegetativo se encuentran en la literatura. El lector puede referirse a Chow (1994),

preparado por la bibliografía Dawson y Charlton (1988), o el resumen proporcionado por

Fishenich (1994) para una revisión más exhaustiva. La resistencia vegetativa varía con la

profundidad de flujo o el grado de inmersión de la vegetación. La mayoría de los esfuerzos

anteriores se centran específicamente en la resistencia al flujo de cualquier vegetación

sumergida o no sumergida en los principales canales (Fu-Chun et al., 1999).

2.3 Recopilación de información

En esta sección se recopila toda la información necesaria para la aplicación del modelo y

los parámetros necesarios para ello, como también los métodos que se precisan para

obtener la solución numérica requerida.

Para la comprensión del lector se detallará la data necesaria en distintos puntos y se

describirán los parámetros usados y supuestos, si es que los hubiese.

10

2.3.1. Caudales

Uno de los datos más importantes para la calibración y validación del modelo son los

caudales los cuales se obtuvieron desde el Banco Nacional de Aguas a través del sitio web

de la Dirección General de Aguas (DGA1) para, la estación Fluviométrica Rio Biobío en

Desembocadura, ubicada en la ribera norte de la zona de estudio (figura 2.2). Se trabajó con

los caudales máximos diarios registrados entre el periodo 2010-2012, y se consideraron los

datos de 10 caudales ocurridos en ese periodo para la calibración del modelo. Se consideró

también que el caudal de entrada al volumen de control (dominio de modelación) es igual al

caudal de salida, ya que no hay mayores pérdidas ni aportes de caudales.

Figura 2.2: Ubicación estación Fluviometrica 08394001-8 Río Biobío en Desembocadura

(Fuente: Google Earth).

2.3.2. Alturas de agua

Las alturas para los caudales definidos antes, se obtuvieron desde la misma base de datos de

la DGA, se trabajaron los mismos 10 escenarios para la calibración del modelo Los datos se

toman mediante la presión hidrostática del agua en la parte inferior, registrados mediante

1 www.dga.cl

11

un sensor de presión. Los datos registrados se transforman a una profundidad mediante la

ecuación 2.5:

P=Pa-Patm y P=ρgh [2.5]

Dónde:

P= Presión relativa de la columna de agua (Pa)

Pa= Presión Absoluta (Pa)

Patm= Presión Atmosférica (Pa)

ρ= Densidad del agua (kg/m3)

g= Aceleración de gravedad (m/s2)

h= Altura del agua (m)

2.3.3. Condiciones de Borde aguas abajo

Para las condiciones de borde aguas abajo necesarias en la calibración del modelo, se

utilizaron los registros de altura de mareas obtenidos desde el Servicio Hidrográfico y

Oceanográfico de la Armada (SHOA) para la estación ubicada en el Puerto Talcahuano.

Se considerará la mayor Pleamar (La información de mareas se entrega referida al plano

del NRS2 ) registrada en los respectivos días de los caudales utilizados en la calibración del

modelo, por lo que la marea varia con respecto al día del caudal modelado. Dependiendo de

la fecha y hora se tendrán dos tipos de niveles de marea: sicigia, implica el alineamiento de

los astros, y cuadratura que implica contraposición de efectos de los astros.

2.3.4. Batimetría y topografía

Se utilizó el levantamiento batimétrico proporcionado por la Dirección de Obras

Hidráulicas (DOH) que se llevó a cabo durante los años 2010 y 2011. En particular se

utilizaron 52 perfiles topográficos espaciados en promedio cada 250 m, tomando una

2 NRS-Nivel de reducción de sonda: Mínimo nivel del mar posible en un determinado lugar.

12

longitud total aproximada de 14.5 km. Los perfiles cubren el ancho completo del río

alcanzando las cotas superiores de las riberas.

2.3.5. Rugosidad (n)

La ecuación más comúnmente utilizada para caracterizar la resistencia al flujo es la

ecuación de Manning n.

⁄

⁄ [2.6]

Donde V es la velocidad media de flujo (m/s); Rh es el radio hidráulico (m), S es la

pendiente de energía, n es el parámetro de resistencia de Manning, y Kn es un coeficiente de

conversión de unidades que para el sistema internacional equivalga a 1 (corresponde a

1.486 para el sistema Inglés). Aunque se utiliza la ecuación de Manning ampliamente para

el cálculo de la resistencia al flujo, no fue recomendado por Manning para su uso, porque

en su investigación encontró que n no era una constante, y varia con la velocidad y la

profundidad (Freeman et al., 2002).

.

Por lo general, las vegetaciones más grandes tales como arbustos y árboles se encuentran en

las planicies de inundación asociadas al canal principal. Este tipo de vegetación tiene una

gran influencia, ya que presenta significativos niveles de obstrucción al flujo, provocando

resistencia que generan modificaciones en las velocidades y alturas de escurrimiento.

Puesto que los tipos más grandes de vegetación constituyen gran parte de la resistencia

dentro de las llanuras de inundación (Freeman et al., 2002), aunque la densidad en que la

vegetación esté dispuesta en la planicie de inundación es clave para la determinación del

roce.

Según (Chow, 1994) el valor “n” es muy variable y depende de un número de factores, que

es necesario identificar para seleccionar un valor adecuado para n. Los factores que ejercen

13

la mayor influencia sobre el coeficiente de rugosidad tanto en canales artificiales como en

canales naturales se describen a continuación. Nótese que estos factores están hasta cierto

punto interrelacionados: por tanto, la discusión de uno de ellos puede tener una conexión

con otro. A continuación se presentan algunos de los factores que inciden de cierta manera

en el valor de n.

Rugosidad del fondo: Con respecto a este factor se pueden identificar dos tipos, granos y

forma. El primero se presenta por el tamaño y la forma de los granos del material que

componen el perímetro mojado y que producen un efecto retardador en el flujo. Por lo

general éste se considera como el único factor para la selección de un coeficiente de

rugosidad, pero en realidad es sólo uno de varios factores principales. En general, granos

finos dan como resultado un valor relativamente bajo de n, y granos gruesos, corresponden

a un mayor valor de n. El segundo considera irregularidades en el perímetro mojado y

variaciones en la sección transversal, tamaño y forma de ésta a lo largo del canal. Estas

irregularidades introducen rugosidad adicional a la causada por los granos puesto que

ofrecen macroformas que alteran el flujo. En caso de que el lecho fuese plano entonces las

rugosidades del fondo se generarían solamente por los granos que componen el lecho del

río.

Vegetación: Reduce de una manera notable la capacidad del canal y retarda el flujo. Este

efecto depende por completo de la altura, la densidad, la distribución y del tipo de

vegetación (i.e. especie, edad que son necesarios para estimar las rigideces del material

constituido en la vegetación). Regularmente las vegetaciones se aferran en el fondo del

cauce, sin embargo algunas especies lo hacen desde la superficie alterando aún más el perfil

de velocidades del flujo.

Alineamiento del canal: Curvas suaves con radios grandes producirán valores de n

relativamente bajos, en cambio curvas bruscas incrementarán el n. Esto se traduce en los

cambios de dirección del flujo, mientras menos suave la alteración a las líneas de corriente

entonces, mayor es la rugosidad asociada.

14

Obstrucción: Troncos pilas de puentes y estructuras similares tienden también a

incrementar el valor de n.

Nivel y caudal: Cuando el agua es poco profunda, las irregularidades del fondo del canal

quedan expuestas y sus efectos se vuelven pronunciados, pero cuando aumenta el caudal las

irregularidades del fondo ya no tienen el mismo efecto y sus efectos son menores. Sin

embargo, el valor de n puede ser grande en niveles altos de caudal cuando el agua alcanza

la planicie de inundación y se produce un efecto contrario, ya que el flujo sobre la planicie

escurre con poca profundidad haciendo que las rugosidades aumenten sobre todo si están

cubiertas por pastos o son rugosas.

2.3.5.1. Formula de Cowan

A partir del reconocimiento de varios factores primordiales que afectan el coeficiente de

rugosidad, Cowan (1956) desarrolló un procedimiento para estimar el valor de n. Mediante

este procedimiento, el valor de n puede calcularse según lo indica la ecuación 4.6

(Arcement & Schneider, 1989):

[2.7]

Dónde:

Valor base para cauces rectos y uniformes

Valor adicional por la irregularidad en la sección recta

Valor adicional por variaciones del cauce

Valor adicional por obstrucciones

Valor adicional por vegetación

Factor multiplicador por sinuosidad

15

Tabla 2.1: Valores de corrección para la determinación del coeficiente n de Manning

Fuente: (Chow, 1994).

2.3.5.2. Formula de Petryk and Bosmajian

Petryk y Bosmajian (1975) desarrollaron un método de análisis de la densidad de la

vegetación para determinar el coeficiente de rugosidad de una planicie de inundación con

densa vegetación. Suponiendo las fuerzas en la dirección longitudinal y sustituyendo en la

fórmula de Manning, se desarrolló la ecuación 2.8 (Arcement & Schneider, 1989).

16

√ ( ∑

) (

)

⁄

[2.8]

Dónde:

Valor base para cauces rectos y uniformes

Coeficiente efectivo y arrastre de la vegetación en la dirección del flujo

Área frontal total de vegetación bloqueando el flujo (m2)

Constante gravitacional (m/s2)

Área de la sección transversal de flujo (m2)

Longitud del canal de alcance considerado (m)

Radio hidráulico (m)

Un área de muestreo 30 metros a lo largo de la sección transversal por 15 metros en la

dirección de flujo para determinar la densidad de la vegetación de un área cuando el área de

la muestra es representativa de la llanura de inundación por lo que la vegetación se calcula

según ecuación 2.9:

∑

∑

[2.9]

Dónde:

ni*di= La suma de los números de árboles multiplicados por sus correspondientes diámetros

(m)

h= Altura de agua en la planicie de inundación (m)

w= Ancho del área de muestra (m)

Largo del área de muestra (m)

17

Tabla 2.2: Determinación del coeficiente efectivo y arrastre (Fuente: Arcement &

Schneider, 1989).

El radio hidráulico, Rh, es igual al área de la sección transversal de flujo dividido por el

perímetro mojado, por lo tanto, en una planicie de inundación amplia el radio hidráulico es

igual a la profundidad de la corriente, con lo cual se calcula el coeficiente efectivo de

arrastre de la Tabla 2.2.

2.3.6. Terreno

Se realizaron 2 visitas a terreno con el fin de obtener información visual, mediante

fotografías de la zona de estudio, y de esta forma poder lograr una clasificación de la

vegetación presente actualmente en la barra de sedimento. De este modo se obtendrán las

características de la vegetación actual (altura, diámetro, tipo de árboles). Así, a través de

un análisis comparativo con las fotografías tabuladas por (Barnes, 1967) de otros cauces,

sé busca establecer un valor de n.

18

De esta manera se puede también contrastar los cálculos hechos por la formulación

presentada anteriormente, y ver si concuerdan con las comparaciones visuales hechas

mediantes las fotografías obtenidas.

2.4. Escenarios Morfológicos.

Para poder representar los distintos escenarios morfológicos presentes en la última década

(1998-2011), se prosiguió a construir polígonos (En Google Earth) sobre la vegetación en la

barra central del cauce en las imágenes aéreas disponibles de los años 1998, 2002, 2006,

2007, 2009 y 2011, que fueron los años en los que hubo un mayor cambio de vegetación

entre cada uno. Así se construyeron 6 escenarios de modelación con sus distintas áreas de

vegetación presente en cada uno.

Después de ser definidos los escenarios morfológicos las coordenadas de los polígonos

construidos en base a la vegetación presente en los distintos años, se ingresan en el software

con lo cual se definen áreas con rugosidades distintas al del canal principal y se hacen las

simulaciones con rugosidades variables. La vegetación es considerada homogénea en toda

la barra, por lo que se considerarán los mismos valores de los parámetros de rugosidad para

toda la barra.

19

Capítulo 3.Resultados

A continuación se presentan los resultados obtenidos, en 2 grupos: el primero, es de la

información recopilada; el segundo, son los resultados del modelo para los distintos

escenarios considerados.

En el punto 3.1 se presentan los resultados de la información recopilada de caudales,

velocidades, alturas de agua y los cálculos de rugosidad con las fórmulas de Cowan (1956)

y Petryk and Bosmajian (1975).

En el punto 3.2 se indican y analizan los resultados de los 10 caudales usados para la

calibración y el error asociado en ello para definir los parámetros hidráulicos. También se

analizan los 6 escenarios de rugosidad determinados entre los años 1998 al 2011.

3.1. Información Recopilada

3.1.1. Caudales.

Para la implementación y la aplicación del modelo bidimensional, fue necesario contar con

datos históricos de caudales de la estación Fluviométrica Rio Biobío en Desembocadura

desde los años 2010 hasta el 2012, de los cuales se seleccionaron 10 valores máximos

registrados y que se indican en la Tabla 3.1. La lista completa de los caudales y altura de

agua se encuentra disponible en el anexo B.

20

Tabla 3.1: Condición de borde de aguas arriba. Caudales (Fuente: DGA).

Fecha Q( /s)

14-06-2012 2074.26

15-06-2012 2012.09

22-06-2012 2200.54

23-06-2012 1831.91

03-06-2012 2265.14

03-07-2012 1773.63

04-06-2012 1585.37

17-06-2012 1659.51

25-06-2012 1548.78

16-06-2012 1640

3.1.2. Alturas de agua.

En la Tabla 3.2 se muestran los niveles de agua ocupados en la calibración del modelo con

sus respectivas fechas de medición en la estación Fluviométrica Río Biobío en

Desembocadura.

Tabla 3.2: Alturas de agua ocupadas para la calibración del modelo (Fuente: DGA).

Fecha h(m)

14-06-2012 1.880

15-06-2012 1.850 22-06-2012 1.940 23-06-2012 1.760

03-06-2012 1.970 02-07-2012 1.730

04-06-2012 1.630

17-06-2012 1.670

25-06-2012 1.610

16-06-2012 1.660

21

3.1.3. Rugosidad (n)

3.1.3.1. Terreno

De las visitas realizadas a terreno por el lado sur del rio en la comuna de San Pedro se

obtuvieron las siguientes fotografías para caracterizar el tipo de vegetación, y comparar las

fotografías con coeficientes de rugosidad n ya determinados según (Barnes, 1967).

La comparación de las fotografias de la Tabla 3.3 del río Biobío (1,2 y 3) y las tabuladas

por Barnes (4,5), sugiere que el tipo de vegetación es similar en ambos casos. El canal

presente en la Tabla 3.3 imagen 2 luce patrones hidráulicos análogos a los expuestos en la

imagen 4 de la misma tabla. La imagen 3 de la Tabla 3.3 indica que el tipo de árboles

posee un diametro similar, al igual que distribuciones espaciales de las diferentes

agrupaciones existentes. Se acepta el valor estipulado según el método de Chow, puesto

indica magnitudes aceptables con las condiciones físicas del terreno. Ademas ambos

métodos de cálculo, Chow y Barnes, arrojan valores del mismo orden de magnitud y con

diferencias mínimas.

Tabla 3.3: Fotografías vegetación terreno y tabuladas (Barnes, 1967).

Descripción Imagen

Río Biobío, sector San

Pedro.

Vista: Desde puente Juan

Pablo II hacia el

poniente.

22


Pedro.

Vista: Desde puente Juan

Pablo II hacia el

poniente.


Pedro.

Vista: Desde comienzo

puente Juan Pablo II

hacia el oriente.

23

Canal natural con

coeficiente de Manning

n=0.07 (Barnes, 1967).

24

3.1.3.2. Formula de Cowan

Como plantea Cowan (1956):

Según Tabla 2.1 y de acuerdo a lo visto en terreno se tiene:

Ya que el lecho del rio presenta una arena media característica D50=0.8mm

Arena Biobío (Anexo C).

El rio presenta un grado de irregularidad moderada en la sección recta .

El efecto adicional por obstrucciones a parte de la barra central no es tan

significativo como el que aporta la vegetación.

Vegetación media a alta en la zona de la barra del rio.

Los efectos de meandros son menores

Con lo que el valor de n para la planicie de inundación es igual a:

Luego para el cauce el valor de n es:

Presencia de arena media con un D50=0.8mm, Arena Biobío, (anexo c)

Grado de irregularidad menor

Efecto de obstrucciones insignificantes en comparación a la barra central

Efecto de vegetación baja ya que no hay una gran cantidad de vegetación en el

cauce principal del rio exceptuando la zona de la barra central

El efecto de meandro es menor

Con lo que el valor de n da un valor de:

25

3.1.3.3. Formula de Petryk and Bosmajian

Según Petryk and Bosmajian (1975) para la planicie de inundación se tiene que:

√ ( ∑

) (

)

⁄

De la Tabla 2.2 se obtiene que

Considerando un diámetro de 13cm en la zona más boscosa con un

máximo de árboles de 20 en un área de 450 m2 (figura 3.3, imagen 1).

Altura promedio del nivel de agua en el cauce.

√ (

) (

)

⁄

Así

3.1.4. Condiciones de borde aguas abajo

De los datos obtenidos de la página web del SHOA, se consideró la mayor pleamar por día.

Por lo que para cada simulación realizada para la calibración se utilizó su respectivo nivel

de marea mostrada en la Tabla 3.43.

3 Los valores dados en la página web del SHOA como se mencionó antes están referidos al

NRS por lo que a los valores dados en la página se le deben restar 0.85m para que queden

referidos al nivel medio del mar (NMM), así los valores mostrados en la Tabla 3.4 son los

valores referidos al NMM.

26

Tabla 3.4: Alturas de marea (Fuente: SHOA).

Fecha h(m.s.n.m.) Tipo de marea

14-06-2012 0.62 Cuadratura

15-06-2012 0.71 Cuadratura

22-06-2012 0.5 Sicigia

23-06-2012 0.94 Sicigia

03-06-2012 1.09 Cuadratura

02-07-2012 1.23 Cuadratura

04-06-2012 1.19 Cuadratura

17-06-2012 0.88 Cuadratura

25-06-2012 0.77 Sicigia

16-06-2012 0.88 Cuadratura

3.1.5. Batimetría y topografía

Los datos batimétricos disponibles se indican en la Figura 3.1, ubicados sobre una imagen

georreferenciada obtenida desde Google Earth. La Figura 3.3 muestra la topografía

interpolada linealmente entre perfiles transversales. Algunos perfiles seleccionados se

presentan en el anexo A.

Figura 3.1: Perfiles Transversales (Fuente: Google Earth).

27

Para interpolar los datos batimétricos disponibles se construyó una malla de cálculo de

dimensiones iguales a 14.72x14.7 m, un ancho de 3000 m, 977 elementos de largo y 205 de

sección transversal, como se puede apreciar en la figura 3.2.

Figura 3.2: Malla de cálculo.

Figura 3.3: Mapa de la topografía interpolada para el modelo.

28

3.2. Modelo

3.2.1. Calibración

El procedimiento de calibración de un modelo hidráulico bidimensional consistió en

ajustar el coeficiente de rugosidad del cauce (n de Manning) para diferentes

caudales, de manera que las alturas de elevación del agua coincidan o estén bajo un

porcentaje de error aceptable. Así, los caudales registrados en la Estación

Fluviométrica del Río Biobío en Desembocadura (Tabla 3.1), los niveles de marea

obtenidos desde el SHOA (Tabla 3.4) y las alturas de elevación de agua medidos en la

estación Fluviométrica Río Biobío en Desembocadura (Tabla 3.2) definen los escenarios

de calibración. En base a estos escenarios se realizaron simulaciones en iRIC en su

módulo FaSTMECH, para cada escenario, ajustando los coeficientes de rugosidad hasta

llegar a obtener alturas de elevación de agua que sean representativos de lo medido en la

estación desembocadura.

Los valores iniciales considerados para los parámetros hidráulicos se indican a

continuación. En resumen, inicialmente el coeficiente de Manning n es igual a 0.034 para

toda la zona mojada del rio (i.e. zona azul en Figura 3.4) y 0.07 para la barra con

vegetación (i.e. área verde de la Figura 3.4).

29

Figura 3.4: Clasificación del coeficiente de manning n (Fuente: Google Earth).

Antes de la calibración el parámetro LEV (ecuación 2.4) se estimó en 0.0093 con una

velocidad promedio de 0.87 m/s (ver anexo D), y una profundidad promedio de 0.97 m (ver

anexo B).No se consideró ningún escenario morfológico, se trabajó solo con la rugosidad

general del canal.

Tabla 3.5: Niveles de mareas ajustados.

Q(m3/s) Nivel (m.s.n.m) Nivel (m.s.n.m)

2074.26 0,62 0.62

2012.09 0,71 0.97

2200.54 0,5 0,5

1831.91 0,94 0,94

2265.14 1,09 1,09

1773.63 1,23 1,23

1585.37 1,19 1,19

1659.51 0,88 1

1548.78 0,77 0.73

1640 0,8 0.97

30

Con respecto al nivel de marea este parámetro es de importancia ya que para que el modelo

las alturas de agua en algunos caudales fueron ajustadas para que convergiera de buena

manera, como se muestra en la Tabla 3.5 donde la columna 3 son las alturas ajustadas para

una mejor convergencia.

Tabla 3.6: Valores de n y LEV para cada caudal.

Q(m3/s) n LEV

2074.26 0.035 0.01

2012.09 0.034 0.0093

2200.54 0.032 0.01

1831.91 0.034 0.01

2265.14 0.034 0.0093

1773.63 0.034 0.01

1585.37 0.035 0.01

1659.51 0.035 0.01

1548.78 0.034 0.01

1640 0.035 0.01

De las distintas simulaciones se llegó a un coeficiente de arrastre igual a 0.01197 con

n=0.034 que fue el que arrojó mejores resultados (Tabla 3.6) y donde el modelo funcionó

para la mayoría los caudales modelados, la viscosidad de Eddy (LEV) se estimó en 0.01

que fue el valor que también funcionó para todos los caudales. Por lo que luego de la

calibración los valores usados para la simulación fueron n=0.034, LEV=0.01 y un

coeficiente de arrastre de 0.01197.

De los modelaciones realizadas para los distintos caudales se compararon las alturas de

elevación de agua simuladas versus las medidas en la estación DGA. Los resultados

obtenidos se indican en la Tabla 3.7 y se grafican en la Figura 3.5. De estos resultados se

concluye que para todos los caudales modelados el error es cercano al 7%, y que además

los valores obtenidos de las simulaciones sobrestiman aquellos medidos en la estación. Por

lo tanto se puede concluir que los valores de rugosidad asociados al cauce principal deben

disminuir para ajustar mejor los valores medidos.

31

Tabla 3.7: Error porcentual del modelo

Caudales (m3/s) WSE Modelados

WSE Medidos

Diferencia Error (%)

2074,26 5,54 5,185 0,355 6,85

2265,14 5,65 5,275 0,375 7,11

1773,63 5,39 5,035 0,355 7,05

1585,37 5,27 4,935 0,335 6,79

2200,54 5,62 5,245 0,375 7,15

1831,91 5,41 5,065 0,345 6,81

1659,51 5,31 4,975 0,335 6,73

1548,78 5,25 4,915 0,335 6,82

1640,73 5,31 4,965 0,345 6,95

Figura 3.5: Superficie de elevación del agua (modelada y medida) v/s caudal

3.2.2. Escenarios propuestos

Para estudiar el avance de la vegetación presente en el rio Biobío se propusieron 6

escenarios desde el año 1998 hasta el 2011, en los cuales se aprecia como la vegetación

presente en el área de la barra de sedimentos central avanza con el pasar de los años. En la

figura 3.6 se muestra la evolución del área de vegetación a través de los años en los

distintos escenarios propuestos.

4,7

4,9

5,1

5,3

5,5

5,7

5,9

1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400

WSE

(m

.s.n

.m)

Caudal (m3/s)

Medidos Modelados

32

Una vez calibrado el modelo y definidos los parámetros hidráulicos se precisa un caudal a

modelar para estudiar los efectos de la vegetación a través de los años. Se seleccionó un

caudal máximo de 15000 m3/s dadas su condición de caudal alto y asociado a periodos de

retorno entre los 50 y los 100 años, y también que con este caudal el rio no presenta un

desbordamiento en la zona.

Figura 3.6: Área de vegetación sobre la barra de sedimentos en el parte baja del Río Biobío

durante los últimos años.

3.2.2.1. Escenario año 1998

Para el escenario de 1998 el área de vegetación presente en el cauce es la menor de todos

los escenarios considerados y corresponde a un área aproximada de 0,18 . Esta zona de

muestra en color amarillo en la Figura 3.7. La vegetación se distribuye sólo a lo largo de la

ribera sur del rio, y no se observa cobertura vegetacional sobre la barra de sedimentos. Para

este y todos los escenarios el caudal modelado es de 15000 m3/s.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

1998 2002 2006 2007 2009 2011

Áre

a (k

m2)

Tiempo (Años)

33

Figura 3.7: Escenario 1998 (Fuente imagen: Google Earth).

Figura 3.8: Velocidad escenario 1998.

Las velocidades empiezan con un valor próximo a 1.9 m/s en el sector de Lonco

aumentando a medida que el cauce se estrecha en el sector del puente viejo, alcanzando

velocidades en torno a los 3.7 m/s. En general las velocidades presentan un valor promedio

aproximado de 2.5 m/s en el cauce, son mayores en la ribera norte del rio por el lado de la

34

costanera en la comuna de Hualpén (punto P1 de la figura 3.25), teniendo un valor de 3.5

m/s aproximadamente como se muestra en la figura 3.8.

La superficie de elevación de agua varía desde casi 10.19 m.s.n.m hasta 1.95 m.s.n.m en la

desembocadura.

Figura 3.9: Superficie de elevación de agua escenario 1998


En el año 2002 el área de vegetación se estimó en 0.21 km2 mostrada en color rojo en la

figura 3.10.

35

Figura 3.10: Escenario 2002 (Fuente: Google Earth).


La velocidad varía desde 2 m/s desde aguas abajo hasta un aproximado de 3.9 m/s cerca en

la ribera norte de cauce (punto P1 figura 3.25). La velocidad promedio en este escenario es

considerada cerca de 2,5 m/s, se nota que en la ribera sur (comuna San Pedro de la Paz)

36

donde está presente la vegetación la velocidad disminuye considerablemente en relación al

promedio del rio, alcanzando un valor próximo a 0,5 m/s.

La superficie de elevación de agua no presenta una gran diferencia en comparación con el

año 1998 ya que no es demasiada la diferencia en el área de vegetación que presenta una

con otra.

Figura 3.12: Superficie de elevación de agua escenario 2002.


Se estimó el área de vegetación del año 2006 igual a 0.53 , mostrada en color verde en

la figura 3.13, en este año se produce un aumento hacia dentro del cauce, y se empieza a

notar la depositación de sedimento que comienza a acumularse en el rio.

37



La velocidad promedio aproximada en el escenario 2006 se estima en 2.65 m/s, con valor

máximos presentes en el sector norte del río (Punto P1, figura 3.25), se demuestra una

velocidad máxima considerada de 4.2 m/s.

38

La superficie de elevación del agua no presenta una gran variación, solo aumenta un poco

la altura y cambia la forma de la transición entre un valor y otro, como se ve entre los

colores magenta y celeste (Figura 3.15).



En la figura 3.16 se ve el aumento de vegetación para el escenario 2007 con un área

aproximada de 0.79 , en la cual ya se empieza a notar la introducción de vegetación en

la barra de sedimentos.

39


En la figura 3.17 se muestra que la velocidad en el área de vegetación es mucho menor que

la del resto del cauce, y se estima es un valor de 0.57 m/s. En promedio la velocidad bordea

un valor de 2.55 m/s, comienza aguas arriba con un valor de 2.33 m/s para luego aumentar

en la reducción de sección del cauce como también por la ribera opuesta donde se

encuentra la vegetación, lo que demuestra que al aumentar la vegetación hace que el flujo

se pierda velocidad en esa área, en cambio en la zona frente a la vegetación (Punto P1,

figura 3.25) la velocidad aumenta, en este caso el valor de velocidad es cercano a 4.24 m/s.

Al final del cauce llegando a la desembocadura el flujo se expande con el cauce

provocando la baja en la velocidad que es cercana a los 1.98 m/s.

En la Figura 3.18 la superficie de elevación del agua no presenta una gran variación, sigue

aumentando un poco la altura y cambia la forma de la transición entre un valor y otro, pero

no es tan gradual como en los escenarios anteriores si no que cambia más bruscamente, de

pasar de una altura de 2.4 m.s.n.m a una de 4 m.s.n.m. Todo lo anterior se da en el tramo

donde se presenta un coeficiente de Manning mayor al promedio de la modelación.

40




Con una área estimada de 1.49 , en el escenario del año 2009 se nota una mayor

concentración de vegetación en la barra de sedimentos como muestra la figura 3.19, en este

41

año se puede notar que el cauce sólo circula en su mayoría por la parte norte del rio debido

a la gran cantidad de sedimentos depositados que aportan al crecimiento de la barra.


La velocidad en este escenario como en los demás disminuye en la zona con vegetación

como se muestra en la figura 3.20, a un valor igual a 0.57 m/s. Las mayores velocidades se

producen al igual que en los anteriores escenarios en la zona frente a la vegetación (Ribera

norte del cauce, Punto P1, figura 3.25) y tienen un valor estimado de 3.92 m/s.

La figura 3.21 muestra que la superficie de elevación de agua ha aumentado en relación al

escenario del 2007, pero manteniendo la misma transición de una altura a otra en el caso de

la zona de la ribera norte del rio frente a la vegetación, en esta zona se estima el valor de la

elevación de agua igual a 4.69 m.s.n.m.

42



43


El escenario del año 2011 luce un área aproximada de 1.8 , como se demuestra en la

figura 3.22, este escenario es el más cercano en tiempo a la realidad por lo que sus

resultados son más próximos a lo que se podría esperar hoy en día con el caudal modelado.


La velocidad en la zona opuesta a la vegetación (Punto P1, figura 3.25) se estima en valor

igual a 4.1 m/s (figura 3.23), también se nota que se desarrolla otro polo donde aumenta la

velocidad aguas debajo de la zona de la ribera norte del cauce frente a la vegetación, polo

en el que no se notaba un cambio importante en los escenarios anteriores, por lo que el

aumento de vegetación permitió el desarrollo de este aumento de velocidad en esa zona.

En la zona vegetada como en los demás escenarios se produce una baja importante en el

valor de la velocidad, que es aproximadamente igual a 0.58 m/s.

En la superficie de elevación de agua (figura 3.24) se nota un leve cambio en cuanto al

valor de ésta que es igual a 4.71 m.s.n.m, en la zona ya mencionada para la velocidad.

44



3.2.3. Comparación de escenarios

En este punto se hará una comparación de los resultados a través de los años de los

escenarios ya propuestos en el punto 3.2.2, se escogió los puntos donde se presenta una

45

mayor velocidad producto de la vegetación existente para los distintos escenarios, dichos

puntos P1 y P2 se muestran en la figura 3.25.

En la tabla 3.8 y 3.9 se muestran los resultados de velocidad y de superficie de elevación de

agua para cada punto respectivamente.

En las figuras 3.26 y 3.27 se muestran los gráficos de velocidad para cada punto (P1, P2), y

en la figura 3.28 y 3.29 se muestra la superficie de elevación de agua para cada punto

respectivamente.

Figura 3.25: Puntos de comparación (Fuente: Google earth).

Tabla 3.8: Velocidad y superficie de elevación del agua para P1

Año Velocidad (m/s) Año WSE (m.s.n.m.)

1998 3,490 1998 4,000

2002 3,579 2002 3,940

2006 3,610 2006 3,959

2007 3,791 2007 4,090

2009 3,940 2009 4,140

2011 4,006 2011 4,260

46

Tabla 3.9: Velocidad y superficie de elevación del agua para P2

Año Velocidad (m/s) Año WSE (m.s.n.m.)

1998 3,323 1998 4,430

2002 3,403 2002 4,367

2006 3,403 2006 4,409

2007 3,546 2007 4,578

2009 3,620 2009 4,663

2011 3,633 2011 5,360

Figura 3.26: Velocidad a través de los años para P1.

Figura 3.27: Velocidad a través de los años para P2.

3,4

3,5

3,6

3,7

3,8

3,9

4,0

4,1

1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012

Ve

loci

dad

m/s

Tiempo (años)

3,30

3,35

3,40

3,45

3,50

3,55

3,60

3,65

1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012

Ve

loci

dad

m/s

Tiempo (años)

47

Figura 3.28: Superficie de elevación del agua a través de los años para P1.

Figura 3.29: Superficie de elevación del agua a través de los años para P2.

En el punto P1 se puede notar que a medida que crece la zona de vegetación presente en el

cauce se produce un aumento de velocidad. La velocidad del flujo pasa de 3.49 m/s en el

año 1998 a 4.006 m/s en el año 2011, generando un aumento equivalente a un 14,75%. En

3,90

3,95

4,00

4,05

4,10

4,15

4,20

4,25

4,30

1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012

WSE

(m

.s.n

.m.)

Tiempo (años)

4,0

4,2

4,4

4,6

4,8

5,0

5,2

5,4

5,6

1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012

WSE

(m

.s.n

.m.)

Tiempo (años)

48

comparación con el área de vegetación en donde hubo un aumento de 1.62 pasando de

0,18 a 1,8 (Figura 3.6). También se aprecia que entre los años 1998 hasta el 2006

las velocidades bordearon valores entre 3.5 m/s y 3.6 m/s, mientras que entre los años 2007

y 2011 los valores estuvieron entre 3.8 m/s y 4.1 m/s (Figura 3.26).

En el punto P2 se aprecia que la velocidad tiene una distribución similar a la del punto P1,

y que las velocidades entre dichos puntos que varían entre 3.32 m/s a 3.63 m/s, lo que da

un aumento de 9.33% en ese punto.

En lo que a la superficie de elevación del agua se refiere el punto P1 mantiene una

distribución similar a la velocidad, exceptuando el año 1998 en que se produce un valor

mayor en comparación con los 2 años posteriores (figura 3.28).

En el punto P2 se produce una distribución similar a la del punto P1, y se aprecia un mayor

valor en el año 1998 que en los siguientes 2 años para la superficie de elevación del agua.

49

Capítulo 4.Discusión y Conclusiones.

Esencialmente del modelo bidimensional iRIC en su módulo FaSTMECH aproxima bien

los escenarios considerados y sugiere una muy buena herramienta predictiva. La

herramienta es útil para la determinación de velocidades alturas de elevación del agua, el

único contratiempo de éste programa lo representan las capacidades de visualización de

resultados. Eso porque no posee una vista en la misma interfaz, debiendo exportar los datos

en un archivo de salida y luego buscar la solución en un punto determinado.

El incremento de vegetación en la zona de la barra de sedimentos central del cauce produce

un aumento en las velocidades en la ribera norte del rio Biobío, el crecimiento desde el año

1998 hasta el año 2011 de las velocidades es de un 14,75 % pasando de 3,49 m/s a 4 m/s.

El aumento de velocidad propicia un incremento de los esfuerzos de corte en el fondo y en

las riberas del área afectada. Los aumentos de velocidad indicados ocurren para un caudal

de 15000 m3/s. Esto indica que para el nuevo escenario morfológico del río una crecida

como la registrada durante el año 2006 (i.e. caudal máximo de 16.000 m3/s) causaría hoy

velocidades en la ribera norte superiores en un 15% a las registradas en dicha crecida. Esto,

implica mayores tasas de erosión que se concentrarían en las zonas de estrangulamiento del

flujo producto del avance de la barra de sedimentos. Es importante considerar que crecidas

de esta magnitud podrían transportar parte de la barra disminuyendo está en tamaño, sin

embargo, este trabajo se hace menos probable si el sedimento se encuentra protegido por

vegetación. Esto representa un problema puesto que en los últimos años el nivel de

vegetación ha tenido un crecimiento sostenido

Al incrementarse la vegetación provoca un aumento en la superficie de elevación del agua

aunque menor en comparación con los cambios en velocidad, pero pueden ser causantes de

algún tipo de desbordamiento. Al compararlo con el caudal del año 2006 (aprox. 16000

m3/s) que causó varias inundaciones en distintas partes de la ciudad, hoy éste caudal

50

representaría un problema mucho mayor para las inundaciones ya que habrán pasado 2 años

de crecimiento de vegetación.

Los eventos de sequias que han ocurrido en los últimos años, y que son altamente probable

de seguir sucediendo, permiten que la colonización de la vegetación aumente con mayor

rapidez y consecuentemente aumentando los niveles de rugosidad del río.

51

Capítulo 5. Referencias

Nelson, J. M., & McDonald, R. R. (1997). Mechanics and modeling of flow and bed

evolution in lateral separation eddies.

Arcement, G., & Schneider, V. (1989). Guide for Selecting Manning's Roughness

Coefficients. En J. a. G.J. Arcement. United States Geological Survey Water-supply

Paper 2339

Barnes, H. (1967). Roughness Characteristics of Natural Channels. Washington: U.S.

Geological survey water.supply paper 1849.

Carlos Bertran, J. A. (2001). http://www.scielo.cl/. Recuperado el 6 de Agosto de 2012, de

http://www.scielo.cl/pdf/rchnat/v74n2/art10.pdf

Chow, V. T. (1994). Hidráulica de Canales Abiertos. En V. T. Chow, Hidráulica de Canales

Abiertos (págs. 104-105). McGraw-Hill Interamericana.

Cowan, W.L., 1956, Estimating hydraulic roughness coefficients:Agricultural

Engineering, v. 37, no. 7, p. 473-475

Dirección General de aguas. (2004). Cuenca del Rio Bio-Bio.

Dawson, F. H., and Charlton, F. C. (1988). Bibliography on the hydraulic resistance or

roughness of vegetated water courses.Occasional Publication No. 25,

Freshwater Biological Association, Ambleside, U.K.

Fenzl, R. N. (1962). „Hydraulic resistance of broad shallow vegetated channels, PhD

thesis University of California, Davis, California.

Fishenich, J. C. (1994). Flow resistance in vegetated channels: summary of the

literature.Tech. Rep. HL-94-xx, U.S. Army Corps of Engineers Waterways

Experiment Station, Vicksburg, Miss.

Freeman, G., Rahmeyer, W., & Copeland, R. (2002). Development and Application of

Methodology for Determination of Hydraulic Roughness for Vegetated Floodplains.

Hydraulic Measurements and Experimental Methods 2002.Dept. of Civil and

Environmental Engineering, Utah State University, Logan,

Fu-Chun Wu, H. W.-J. (1999). Variation of roughness coefficients for unsubmerged and

submerged vegetation. Journal of hydraulic engineering..vol 125.(págs 934-942)

52

Gaete, J. D. (2013). Estudio morfológico de la parte baja del río Biobío a través de un

modelo unidimensional de agradación y degradación. Concepción. Tesis de

Pregrado. Universidad Catolica de la Santisima Concepción.

Jara, P. M. (2011). Propuesta de planificación territorial para las comunas de Talcahuano,

Hualpen y San Pedro de la Paz en base de un análisi de riesgos naturales.

Concepcion. Tesis de Pregrado.Universidad de Concepción.

Maturana,O; Tonina, D; Caamaño, D; McKaen,J; Buffington, J; Luce, C. (2010).

Transport of pulse and chronic inputs of sand and their effects on salmonid

spawning habitat in Bear Valley Creek, Idaho, USA. AGU Fall Meeting, 13-17

December 2010, Moscone Convention Center, San Francisco, California –USA

Maturana, O. G. (2011). Evaluación de los efectos del exceso de sedimento fino en las

zonas de desoves. Aplicación en el Bear Valley Creek, Idaho. Concepción. Tesis de

Postgrado.Universidad de Concepión.

Nelson, J.M. ,Shimizu Y.,Takebayashi H., McDonald R. (27 de Junio de 2010). 2nd Joint

Federal Interagency Conference, Las Vegas, NV, June 27 - July 1, 2010

Nelson, J. M., Bennett, J. P., & Wiele, S. M. (2003). Flow and Sediment Transport

Modeling.

Nelson, J., McDonald, R., Kinzel, P., & Conaway, J. (2006). Modeling Surface-Water Flow

and Sediment Mobility with (MD_SWMS).

Nelson J., McDonald R., Bennett James (2010). Multi-Dimensional Surface-Water

Modeling System User's Guide.

Opazo, S. G. (2008). Recuperado el 19 de mayo de 2013, de http://www.e-

seia.cl/archivos/67d_Anexo_7_Estudio_de_los_Recursos_Hidricos_Final.pdf

Parra, O., & Valdovinos, C. (2006). La Cuenca del Río Biobío:Historia Natural de un

Ecosistema de uso Múltiple. Concepción. Centro de Ciencias Ambientales EULA,

Universidad de Concepción

Petryk, Sylvester, and Bosmajian, George, III, 1975, Analysis of flow through

vegetation: Proceedings, American Society of Civil Engineers,Journal of the

Hydraulics Division, v. 101, no. HY7, p. 871-884.

53

Temple, D. M., Robinson, K. M., Ahring, R. M., and Davis, A. G. (1987). Stability

design of grass-lined open channels. Agric. Handbook 667, Agric. Res. Service,

U.S. Department of Agriculture, Washington, D.C.

54

Capítulo 6.Anexos.

6.1. Anexo A

Figura A.1: Perfiles transversales (Fuente: Google Earth)

En los siguientes gráficos se muestra algunos perfiles transversales ocupados en la

batimetría.

Figura A.2: Perfil transversal 1

4

6

8

10

12

14

16

0 500 1000 1500 2000

Alt

ura

(m

)

Ancho (m)

55



0

2

4

6

8

10

12

14

0 500 1000 1500 2000

Alt

ura

(m

)

Ancho (m)

-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Alt

ura

(m

)

Ancho (m)

56


6.2. Anexo B

Tabla B.1: Alturas de agua y caudales 2011-2012 (Fuente: DGA)

Fecha Altura Altura Altura Caudal Caudal Caudal

de Medición

(m) Min (m) Max (m) Media

(m3/s) Min (m3

/s) Max (m3/s) Media

23-12-2011 0.640 0.710 0.675 295.000 335.400 314.383

24-12-2011 0.680 0.790 0.730 316.800 391.084 350.378

25-12-2011 0.720 0.790 0.754 342.800 391.084 366.985

26-12-2011 0.690 0.770 0.731 322.400 378.042 351.095

27-12-2011 0.540 0.720 0.601 245600 342800 276487

28-12-2011 0.560 0.770 0.674 255.000 378.042 318.942

29-12-2011 0.710 0.790 0.750 335.400 391.084 363.703

30-12-2011 0.680 0.760 0.720 316.800 371.521 343.132

31-12-2011 0.630 0.740 0.680 290000 357600 318809

12/2011 0.540 0.790 0.585 245600 391084 278059

01-06-2012 1170 1200 1190 844529 886283 872365

02-06-2012 1110 1210 1156 762965 900687 825883

03-06-2012 1.260 1.970 1.771 973.194 2,265.140 1,871.100

04-06-2012 1.290 1.630 1.434 1,017.860 1,585.370 1,249.540

05-06-2012 1.180 1.280 1.221 858.447 1,002.970 917.074

06-06-2012 1.170 1.220 1.198 844.529 915.091 883.768

07-06-2012 1.130 1.200 1.168 789.829 886.283 841.791

08-06-2012 1.080 1.130 1.115 723.641 789.829 769.243

09-06-2012 1.060 1.080 1.065 697.749 723.641 704.761

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Alt

ura

(m

)

Ancho (m)

57

10-06-2012 0.970 1.070 1.030 586.581 710.695 659.708

11-06-2012 0.930 0.970 0.942 539.657 586.581 553.181

12-06-2012 0.980 1.120 1.060 598.555 776.397 698.539

13-06-2012 1.030 1.420 1.184 659.883 1,221.640 868.770

14-06-2012 1.460 1.880 1.722 1,287.520 2,074.260 1,764.770

15-06-2012 1.540 1.850 1.640 1,424.140 2,012.090 1,609.580

16-06-2012 1.420 1.660 1.504 1,221.640 1,640.730 1,363.880

17-06-2012 1.460 1.670 1.548 1,287.520 1,659.510 1,439.980

18-06-2012 1.410 1.500 1.458 1,205.290 1,354.860 1,284.620

19-06-2012 1.390 1.440 1.423 1,173.080 1,254.340 1,225.750

20-06-2012 1.370 1.480 1.413 1,141.360 1,321.190 1,209.830

21-06-2012 1.470 1.940 1.626 1,304.350 2,200.540 1,593.470

22-06-2012 1.760 1.940 1.819 1,831.910 2,200.540 1,951.320

23-06-2012 1.590 1.760 1.638 1,512.680 1,831.910 1,601.140

24-06-2012 1570 1620 1592 1,477.070 1,567.070 1,516.770

25-06-2012 1.390 1.610 1.514 1,173.080 1,548.780 1,382.290

26-06-2012 1.380 1.520 1.469 1,157.220 1,389.500 1,303.570

27-06-2012 1.360 1.500 1.413 1,125.500 1,354.860 1,210.430

28-06-2012 1.300 1.410 1.355 1,032.750 1,205.290 1,119.180

29-06-2012 1.380 1.500 1.477 1,157.220 1,354.860 1,315.900

30-06-2012 1.380 1.520 1.440 1,157.220 1,389.500 1,255.950

06/2012 0.930 1970 1299 539657 2,265.140 1,120.755

01-07-2012 1.530 1.620 1.590 1,406.820 1,567.070 1,513.710

02-07-2012 1.620 1.730 1.658 1,567.070 1,773.630 1,637.540

03-07-2012 1.590 1.730 1.644 1,512.680 1,773.630 1,612.430

04-07-2012 1.550 1.610 1.578 1,441.460 1,548.780 1,491.950

05-07-2012 1.520 1.550 1.533 1,389.500 1,441.460 1,412.590

06-07-2012 1.460 1.520 1.492 1,287.520 1,389.500 1,341.810

07-07-2012 1.420 1.460 1.437 1,221.640 1,287.520 1,249.650

08-07-2012 1.390 1.420 1.402 1,173.080 1,221.640 1,191.850

09-07-2012 1.340 1.390 1.375 1,094.260 1,173.080 1,149.970

10-07-2012 1.320 1.360 1.336 1,063.510 1,125.500 1,088.590

11-07-2012 1.310 1.370 1.334 1,048.130 1,141.360 1,084.790

12-07-2012 1.260 1.340 1.298 973.194 1,094.260 1,030.240

13-07-2012 1.220 1.260 1.241 915.091 973.194 945.842

14-07-2012 1.180 1.220 1.202 858.447 915.091 888.967

15-07-2012 1.210 1.250 1.228 900.687 958.304 925.895

16-07-2012 1.140 1.210 1.190 803.261 900.687 872.069

17-07-2012 1.090 1.170 1.124 736.587 844.529 782.135

18-07-2012 1.160 1.210 1.185 830.611 900.687 865.467

19-07-2012 1.120 1.200 1.146 776.397 886.283 811.542

58

20-07-2012 1130 1170 1142 789829 844529 806490

21-07-2012 1.150 1.180 1.167 816.693 858.447 839.890

22-07-2012 1.160 1.250 1.185 830.611 958.304 865.130

23-07-2012 1.180 1.270 1.236 858.447 988.084 938.343

24-07-2012 1.160 1.180 1.170 830.611 858.447 843.949

25-07-2012 1.160 1.170 1.163 830.611 844.529 834.090

26-07-2012 1.120 1.170 1.144 776.397 844.529 808.541

27-07-2012 1.080 1.130 1.109 723.641 789.829 762.028

28-07-2012 1.020 1.140 1.095 647.423 803.261 744.012

29-07-2012 0.980 1.020 0.996 598.555 647.423 617.737

30-07-2012 0.970 1.040 1.011 586.581 672.343 636.723

31-07-2012 0.970 1.050 1.025 586.581 684.803 653.357

07/2012 0.970 1730 1272 586581 1,773.630 1,007.978

01-08-2012 0.920 1.050 1.000 528.170 684.803 624.318

02-08-2012 0.940 1.050 1.009 551.145 684.803 633.851

03-08-2012 1.010 1.150 1.103 634.963 816.693 754.483

04-08-2012 1.090 1.200 1.158 736.587 886.283 827.820

05-08-2012 1.030 1.130 1.093 659.883 789.829 740.269

06-08-2012 0.990 1.090 1.053 610.529 736.587 689.645

07-08-2012 0.980 1.070 1.023 598.555 710.695 651.442

08-08-2012 0.960 0.980 0.970 574.607 598.555 586.581

09-08-2012 0.970 1.030 1.001 586.581 659.883 623.946

10-08-2012 0.960 0.980 0.968 574.607 598.555 584.585

11-08-2012 0.970 1.010 0.995 586.581 634.963 617.157

12-08-2012 0.970 0.990 0.978 586.581 610.529 596.060

13-08-2012 0.940 0.980 0.968 551.145 598.555 583.608

14-08-2012 0.930 0.980 0.951 539.657 598.555 563.955

15-08-2012 0.980 1.080 1.038 598.555 723.641 670.671

16-08-2012 1.030 1.100 1.064 659.883 749.533 703.204

17-08-2012 1.050 1.200 1.150 684.803 886.283 817.207

18-08-2012 1.110 1.170 1.144 762.965 844.529 809.182

19-08-2012 1.090 1.130 1.108 736.587 789.829 760.807

20-08-2012 1.030 1.100 1.082 659.883 749.533 725.859

21-08-2012 0.980 1.100 1.043 598.555 749.533 677.010

22-08-2012 1.070 1.100 1.076 710.695 749.533 718.247

23-08-2012 1.110 1.240 1.199 762.965 943.900 885.832

24-08-2012 1.180 1.240 1.209 858.447 943.900 899.150

25-08-2012 1.130 1.200 1.173 789.829 886.283 848.150

26-08-2012 1.050 1.130 1.090 684.803 789.829 737.471

27-08-2012 1.030 1.080 1.063 659.883 723.641 701.586

28-08-2012 1.010 1.070 1.036 634.963 710.695 667.853

59

29-08-2012 1.020 1.080 1.052 647.423 723.641 687.345

30-08-2012 1.020 1.060 1.045 647.423 697.749 679.234

31-08-2012 1.010 1.050 1.038 634.963 684.803 669.747

08/2012 0.920 1.240 1.061 528.170 943.900 701.170

01-09-2012 1.010 1.020 1.015 634.963 647.423 641.193

02-09-2012 0.990 1.020 1.007 610.529 647.423 630.891

03-09-2012 0.970 0.990 0.980 586.581 610.529 598.555

04-09-2012 0.960 1.010 0.987 574.607 634.963 607.057

05-09-2012 0.970 1.010 0.998 586.581 634.963 620.211

06-09-2012 0.970 0.990 0.981 586.581 610.529 599.553

07-09-2012 0.980 1.030 1.009 598.555 659.883 633.507

08-09-2012 0.950 1.050 1.004 562.633 684.803 628.424

09-09-2012 0.940 1.000 0.977 551.145 622.503 595.103

10-09-2012 0.900 0.950 0.939 505.194 562.633 549.709

11-09-2012 0.850 0.900 0.869 450.184 505.194 470.813

12-09-2012 0.890 0.960 0.928 494.192 574.607 537.365

13-09-2012 0.900 0.950 0.923 505.194 562.633 531.999

14-09-2012 0.900 0.970 0.948 505.194 586.581 560.982

15-09-2012 0.950 1.000 0.981 562.633 622.503 600.052

16-09-2012 0.480 1120 0.928 220400 776397 547058

17-09-2012 0.930 1.000 0.970 539.657 622.503 587.222

18-09-2012 0.940 0.990 0.968 551.145 610.529 584.626

19-09-2012 0.920 0.930 0.924 528.170 539.657 532.956

20-09-2012 0.860 0.910 0.887 461.186 516.682 491.003

21-09-2012 0.860 0.980 0.927 461.186 598.555 536.598

22-09-2012 0.950 1.010 0.985 562.633 634.963 604.704

23-09-2012 0.920 0.980 0.958 528.170 598.555 571.735

24-09-2012 0.900 0.970 0.940 505194 586581 550857

25-09-2012 0.810 0.940 0.861 408121 551145 462982

26-09-2012 0.920 0.980 0.951 528.170 598.555 563.975

27-09-2012 0.900 0.930 0.916 505194 539657 523674

28-09-2012 0.870 0.910 0.902 472.188 516.682 507.729

29-09-2012 0.870 0.920 0.897 472.188 528.170 501.790

30-09-2012 0.820 0.890 0.872 418637 494192 474664

09/2012 0.480 1120 0.948 220400 776397 561566

01-10-2012 0.790 0.820 0.803 391.084 418.637 402.004

02-10-2012 0.730 0.790 0.745 350.200 391.084 360.589

03-10-2012 0.740 0.850 0.803 357600 450184 406003

04-10-2012 0.790 0.910 0.858 391.084 516.682 460.597

05-10-2012 0.860 0.910 0.882 461186 516682 485188

06-10-2012 0.840 0.910 0.878 439.668 516.682 481.559

60

07-10-2012 0.860 0.960 0.918 461.186 574.607 525.824

08-10-2012 0.920 1.010 0.970 528.170 634.963 586.507

09-10-2012 0.850 0.910 0.867 450.184 516.682 468.541

10-10-2012 0.850 0.940 0.901 450.184 551.145 507.237

11-10-2012 0.840 0.870 0.848 439.668 472.188 448.512

12-10-2012 0.820 0.850 0.838 418.637 450.184 437.039

13-10-2012 0.830 0.920 0.885 429.152 528.170 488.556

14-10-2012 0.850 0.870 0.861 450.184 472.188 462.561

15-10-2012 0.830 0.880 0.865 429.152 483.190 467.226

16-10-2012 0.760 0.830 0.786 371521 429152 389922

17-10-2012 0.710 0.760 0.733 335.400 371.521 352.013

18-10-2012 0.710 0.890 0.798 335.400 494.192 407.570

19-10-2012 0.820 0.880 0.850 418.637 483.190 450.212

20-10-2012 0.800 0.860 0.832 397.605 461.186 431.465

21-10-2012 0.790 0.920 0.855 391084 528170 457219

22-10-2012 0.800 0.850 0.821 397.605 450.184 419.513

23-10-2012 0.740 0.850 0.793 357.600 450.184 398.547

24-10-2012 0.790 0.850 0.819 391.084 450.184 418.093

25-10-2012 0.750 0.840 0.795 365.000 439.668 400.275

26-10-2012 0.760 0.810 0.792 371.521 408.121 393.170

27-10-2012 0.800 0.880 0.843 397.605 483.190 443.680

28-10-2012 0.730 0.790 0.750 350.200 391.084 364.686

29-10-2012 0.710 0.780 0.745 335.400 384.563 360.751

30-10-2012 0.670 0.740 0.689 311.200 357.600 322.600

31-10-2012 0.640 0.720 0.679 295.000 342.800 317.408

10/2012 0.640 1010 0.823 295000 634963 429518

01-11-2012 0.640 0.690 0.663 295.000 322.400 307.408

02-11-2012 0.670 0.840 0.767 311.200 439.668 379.648

03-11-2012 0.660 0.750 0.685 305.600 365.000 320.733

04-11-2012 0.610 0.660 0.625 280.000 305.600 287.525

05-11-2012 0.540 0.600 0.566 245.600 275.000 258.175

06-11-2012 0.520 0.540 0.534 236.800 245.600 242.850

07-11-2012 0.510 0.670 0.585 232400 311200 268357

08-11-2012 0.580 0.660 0.618 265.000 305.600 283.983

09-11-2012 0.580 0.630 0.602 265000 290000 275870

10-11-2012 0.630 0.720 0.664 290.000 342.800 309.008

11-11-2012 0.720 0.800 0.760 342.800 397.605 370.627

12-11-2012 0.660 0.770 0.699 305.600 378.042 329.703

13-11-2012 0.590 0.680 0.634 270.000 316.800 292.433

14-11-2012 0.580 0.770 0.663 265.000 378.042 312.084

15-11-2012 0.680 0.750 0.704 316.800 365.000 331.675

61

16-11-2012 0.610 0.680 0.643 280.000 316.800 297.092

17-11-2012 0.630 0.680 0.653 290.000 316.800 301.600

18-11-2012 0.580 0.630 0.605 265.000 290.000 277.708

19-11-2012 0.540 0.610 0.578 245.600 280.000 264.008

20-11-2012 0.530 0.540 0.534 241.200 245.600 243.033

21-11-2012 0.510 0.530 0.519 232.400 241.200 236.250

22-11-2012 0.490 0.550 0.518 224.200 250.000 235.908

23-11-2012 0.540 0.580 0.557 245.600 265.000 253.458

24-11-2012 0.520 0.570 0.538 236800 260000 244990

25-11-2012 0.510 0.550 0.528 232.400 250.000 240.283

26-11-2012 0.510 0.610 0.545 232.400 280.000 248.550

27-11-2012 0.520 0.620 0.558 236.800 285.000 254.658

28-11-2012 0.530 0.710 0.605 241.200 335.400 278.617

29-11-2012 0.550 0.690 0.592 250.000 322.400 271.033

30-11-2012 0.520 0.560 0.540 236.800 255.000 245.725

11/2012 0.490 0.840 0.609 224200 439668 282100

01-12-2012 0.510 0.550 0.535 232.400 250.000 243.400

02-12-2012 0.520 0.550 0.539 236.800 250.000 245.050

03-12-2012 0.510 0.530 0.515 232.400 241.200 234.417

04-12-2012 0.510 0.630 0.560 232.400 290.000 255.775

05-12-2012 0.620 0.640 0.630 285.000 295.000 290.000

06-12-2012 0.610 0.630 0.618 280.000 290.000 283.750

07-12-2012 0.590 0.620 0.602 270.000 285.000 276.042

08-12-2012 0.620 0.870 0.747 285.000 472.188 369.543

09-12-2012 0.800 0.870 0.838 397.605 472.188 437.639

10-12-2012 0.720 0.790 0.751 342.800 391.084 365.229

11-12-2012 0.670 0.720 0.691 311.200 342.800 323.400

12-12-2012 0.640 0.680 0.661 295.000 316.800 306.117

13-12-2012 0.630 0.670 0.641 290.000 311.200 295.775

14-12-2012 0.610 0.630 0.620 280.000 290.000 284.792

15-12-2012 0.610 0.620 0.620 280.000 285.000 284.792

16-12-2012 0.600 0.630 0.616 275.000 290.000 283.125

17-12-2012 0.590 0.620 0.602 270.000 285.000 276.042

18-12-2012 0.590 0.640 0.615 270.000 295.000 282.708

19-12-2012 0.620 0.640 0.626 285.000 295.000 287.917

20-12-2012 0.650 1.030 0.757 300.000 659.883 384.914

21-12-2012 1.060 1.230 1.188 697.749 929.496 869.878

22-12-2012 1.120 1.220 1.193 776.397 915.091 876.189

23-12-2012 1.010 1.110 1.048 634.963 762.965 682.551

24-12-2012 0.970 1.030 1.005 586.581 659.883 628.996

25-12-2012 0.850 0.980 0.909 450.184 598.555 516.595

62

26-12-2012 0.850 1.250 1.075 450.184 958.304 728.825

27-12-2012 1.150 1.250 1.208 816.693 958.304 898.590

28-12-2012 1.010 1.150 1.110 634.963 816.693 764.294

29-12-2012 0.890 1.000 0.930 494.192 622.503 539.523

30-12-2012 0.880 1.010 0.946 483.190 634.963 559.419

31-12-2012 0.810 0.930 0.840 408.121 539.657 440.418

12/2012 0.510 1.250 0.782 232.400 958.304 435.990

Figura B.1: Caudal medio diario 2011-2012

0

500

1000

1500

2000

2500

Cau

dal

(m

3/s

)

Fecha de medición (dd-mm-aaaa)

63

Figura B.2: Altura de agua medio diario 2011-2012

a)

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

Alt

ura

(m

)

Fecha de medición (dd-mm-aaaa)

64

b)

c)

65

d)

Figura B.3: Fotografías vegetación del cauce.

6.3. Anexo C.

El rio Biobío en la parte baja corresponde al tramo bajo de la cuenca, y se puede encontrar

una arena media muy característica (Arena Biobío).

Tabla C.1: Abertura de Tamices (Fuente: Gaete, 2013)

Malla

ASTM

Abertura

(mm)

% que

pasa

3/8'' 9,51 100

N°4 4,76 99

N°8 2,98 95

N°10 2 93

N°16 1,19 74

N°30 0,59 28

N°40 0,42 11

N°50 0,297 3

N°100 0,149 1

N°200 0,074 1

66

Figura C.1: Curva Granulométrica (Fuente: Gaete, 2013)

Los diámetros más representativos se muestran en la Tabla C2.

Tabla C.2: Diámetro sedimento parte baja río Biobío (Fuente: Gaete, 2013)

D15(mm) D35(mm) D50(mm) D65(mm) D84(mm) D90(mm)

0,43 0,66 0,8 0,98 1,5 2

6.4. Anexo D.

Velocidades medidas en la parte baja del río Biobío. El 21 de enero de 2013 se midieron las

velocidades en el sector de la mochita y el puente ferroviario como se muestra en la Tabla

D.1 y D.2, respectivamente.

Tabla D.1: Velocidades medidas en el sector la mochita.

Punto x (m) y (m) Velocidad Promedio (m/s)

P1 673295,42 5920381,51 0.553

P2 673284,50 5920377,97 0.820

P3 673278,77 5920370,29 0.790

P4 673221,44 5920549,72 0.963

P5 673210,19 5920546,05 1.135

P6 673184,58 5920546,75 0.708

0

20

40

60

80

100

120

0,01 0,1 1 10 100

P

orc

en

taje

qu

e p

asa

(%)

Tamaño de partículas (mm)

67

Tabla D.2: Velocidades medidas en el sector puente ferroviario.

Punto x (m) y (m) Velocidad Promedio (m/s)

P1 5922703,29 671809,48 0,981

P2 5922698,45 671799,29 1,070

P3 5921993,24 672376,21 0,708

CAMBIOS MORFOLÓGICOS Y EFECTOS EN LAS … · INFORME DE PROYECTO DE TÍTULO PARA OPTAR AL TÍTULO...

Documents

Transcript of CAMBIOS MORFOLÓGICOS Y EFECTOS EN LAS … · INFORME DE PROYECTO DE TÍTULO PARA OPTAR AL TÍTULO...