Predicción de la velocidad media del flujo en ríos de montaña

Abstract

Resumen: En ríos con lecho constituido por material grueso heterométrico y flujo de baja sumersión relativa resulta difícil definir y medir variables relacionadas con la geometría de la sección transversal del cauce. En este artículo se ha calibrado, validado y comparado un modelo que permite relacionar el caudal de la corriente y su velocidad media sin incluir variables relativas a la geometría de la sección. Se seleccionó para ello un conjunto de 904 datos pertenecientes a más de 400 tramos de diferentes ríos con lecho granular de tamaño grava, canto o bolo. Se ha logrado un mejor ajuste cuanto mayor es el percentil granulométrico con el que se expresa el tamaño característico del sedimento. La capacidad explicativa del modelo ajustado es equiparable a la de la ecuación logarítmica tipo Keulegan y superior a la de la ecuación que no requiere una estimación explícita del coeficiente de resistencia al flujo. El ajuste segmentado del modelo estudiado, tomando como criterio de corte un valor de la pendiente del lecho del 8, supone una mejora de la bondad de ajuste para ambos subconjuntos en torno al 7 %. INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOSGeneralmente, la predicción de la velocidad media (V ) y de la resistencia al flujo en cauces de lámina libre requiere la intervención de variables referidas a la geometría de la sección transversal del cauce. Sin embargo, en ríos de fuerte pendiente y material grueso heterométri-co, en los que predominan condiciones de baja sumersión relativa, la selección de secciones transversales representativas y la medida o aun la definición de variables como el ancho superficial (T ), el perímetro mojado (P ) o elárea de la sección transversal (A) se ve dificultada por la complejidad e irregularidad morfológica de esta clase de cauces. En este contexto se ha planteado la utilidad de relacionar la velocidad media del flujo y el caudal (Q) de la corriente mediante ecuaciones empíricas que sólo incorporen variables explicativas cuya definición y medición en ríos de montaña sea más sencilla.Las aproximaciones existentes se relacionan con los conceptos de régimen y de Geometría Hidráulica, en los que suele establecerse una relación potencial del tipo V = cQ m (siendo c y m los parámetros de ajuste). Dicha relación es aplicable tanto para cambios del caudal en una misma sección del cauce como para diferentes secciones a lo largo del cauce fijado un determinado periodo de retorno del caudal. No obstante, para que este tipo de ecuaciones puedan aplicarse de forma más global (es decir, sin las restricciones de sección y periodo de retorno expuestas y a equivalencia de ecuaciones de resistencia al flujo como la de Manning o la de Darcy-Weisbach), diferentes autores han incluido de forma multiplicativa variables como S y el tamaño característico del sedimento (d i , donde i es el porcentaje de sedimento que tiene un tamaño inferior).Por ejemplo, Ruf (1988) ajustó el modelo (V /S 0,5 ) = c(Q/d 70 ) p (siendo c y p los paráme-tros de ajuste) a un conjunto de 30 datos (Tabla 1) resultado de mediciones de velocidad...