Finaciado por IAI (Inter American Institute for the Global Change), 2012-2014.

 

Grupo de Trabajo:

Menéndez A. N., García P. E.

 

Descripción del Proyecto:

El presente estudio tiene por objetivo investigar las relaciones existentes entre la hidrología, el uso del suelo y la toma de decisiones en el contexto de la producción agrícola de la Pampa Húmeda. Para ello, se aplicará y ampliará un modelo hidrológico existente de una parte de la Cuenca del Salado del Sur de modo de generar relaciones cuantitativas entre hidrología y uso del suelo. Se integrará un modelo de toma de decisiones de modo de generar una representación combinada de los fenómenos.

 

Documentos relacionados:

Menéndez A. N., Badano N., Lecertua E., Re F., Re M. Evaluación de las Inundaciones y las Obras de Drenaje en la Cuenca del Salado (Prov. Buenos Aires) mediante Modelación Numérica. INA. 2012

 

 

 

Introducción

La Autoridad del Canal de Panamá (ACP) ha desarrollado un proyecto para ampliar la capacidad del sistema de transferencia de buques del Canal de Panamá, agregando un tercer juego de esclusas que permite el pasaje de buques de mayor porte, denominados Post-Panamax.

EL Instituto Nacional del Agua (INA) fue contratado por Montgomery Watson Harza (MWH), consultora encargada del diseño de la propuesta del consorcio Unidos Por el Canal (UPC), uno de los tres consorcios internacionales que se presentaron a la licitación, con el objetivo de implementar y explotar los modelos matemáticos necesarios para prestar apoyo para el estudio de este problema, y el desarrollo de alternativas del proyecto.

El proyecto del Tercer Juego de Esclusas incluye tres componentes principales:

  1. un carril adicional de esclusas separado en dos complejos de esclusas de tres escalones cada uno y dotado de tinas de reutilización de agua,
  2. los cauces de acceso a las nuevas esclusas, y el ensanche y profundización de los cauces de navegación actuales, y
  3. la elevación del nivel máximo de funcionamiento del lago Gatún.

 Ubicación general del Canal de Panamá

Ubicación general del Canal de Panamá

Esquema previsto del proyecto terminado

Esquema previsto del proyecto terminado

 

Sistema de Modelación

1 – Objetivos

El estudio del proyecto de ampliación del Canal de Panamá, necesitó del uso de un avanzado sistema de modelación matemática, debidamente calibrado y validado, para analizar los principales objetivos de diseño:

  1. minimización de los tiempos de llenado/vaciado de las cámaras,
  2. maximización de la capacidad de transferencia del sistema de esclusas,
  3. minimización de los volúmenes de agua utilizados del Lago Gatún para el esclusaje,
  4. establecimiento de niveles máximos y mínimos de agua en las cámaras y tinas.

Además, se debieron verificar una serie de restricciones impuestas sobre el sistema: velocidad máxima en los conductos, pendientes longitudinal y lateral máximas de la superficie de agua, tasa máxima de elevación del nivel en las cámaras, ahorro mínimo de agua por barco.

2 – Modelos

A fin de garantizar la confiabilidad de los modelos matemáticos, los resultados fueron ajustados y contrastados con estudios previos y las observaciones realizadas en un modelo físico de escala 1:30, datos provistos por la ACP.

De acuerdo a los objetivos del proyecto, se implementaron los siguientes modelos:

 

Modelo unidimensional del sistema hidráulico

Objetivo: Determinación de los tiempos de llenado/vaciado, velocidades en los conductos, tasas de variación del nivel en las cámaras, presiones de agua, distribución de caudales de llenado y vaciado de la cámara y definición de esquemas de operación de las válvulas.

Software: Sistema Flowmaster V7.

 

Esquema del sistema hidráulico

Línea de energía de la cámara hacia el océano

Hidrograma de la operación ‘Cámara al Océano’

Modelo bidimensional de las cámaras

Objetivo: Estimación de las pendientes de las oscilaciones del nivel como indicador de las fuerzas de amarre, provocadas por el sistema hidráulica durante las operaciones.

Software: Sistema HIDROBID II (desarrollado en el INA).

Esquema de las oscilaciones en la cámara

Condición inicial de niveles del modelo 2D.

Oscilaciones en la cámara

 

Modelo cerodimensional del conjunto del sistema

Objetivo: Balance de volúmenes de agua, determinación del consumo de agua, cálculo de niveles máximos y mínimos en las cámaras y calculo de la capacidad de transferencia diaria del sistema de esclusas.

Software: Sistema ESCLUSA, especialmente desarrollado para este estudio.

 

Modelo ESCLUSA

Esquema de funcionamiento del modelo 0D

Modelo tridimensional de la descarga al océano

Objetivo: Cálculo de las corrientes en la zona de aproximación de los barcos al sistema de esclusas. Las corrientes se deben a la descarga de las esclusas y fundamentalmente a la diferencia de salinidad existente entre el agua de mar y el de las esclusas

 Software: Sistema MOHID (desarrollado por IST-MARETEC, Portugal).

Velocidades superficiales calculadas en la zona de aproximación

Corte de las velocidades 

 

3 – Productos

Además de estudiarse el proyecto oficial, presentado por la ACP, se desarrollaron dos alternativas con ventajas comparativas respecto de la oficial.

4 – Duración y Equipo de Trabajo

El trabajo se desarrolló entre abril de 2008 y febrero de 2009. Estuvo a cargo del Programa de Hidráulica Computacional del Laboratorio de Hidráulica. El equipo de trabajo estuvo constituido por: Ángel N. Menéndez (Director), Daniel Bacchiega, Nicolás D. Badano, Emilio A. Lecertúa, Fernando Re, Martín Sabarots Gerbec y Mariano Re. 

 

Financiado por el Fondo Francés para el Medioambiente Global, 2008-2010. Proyecto PNUD/GEF RLA/99/G31, "Protección Ambiental del Río de la Plata y su Frente Marítimo: Prevención y Control de la Contaminación y Restauración de Hábitats". En colaboración con: SHN, INIDEP, CIMA-UBA (Argentina), SOHMA, Universidad de la República (Uruguay), e IFREMER (Francia)

 

Grupo de Trabajo:

Menéndez A., Re M.

 

Descripción del Proyecto:

Se implementa, calibra y explota un modelo numérico hidro-sedimentológico para el Río de la Plata, con el objetivo de, por un lado, comprender la dinámica del transporte de sedimentos (que, además, es vehículo de contaminantes sorbidos), y, por el otro, predecir las variaciones de esa dinámica frente a intervenciones antrópicas y al Cambio Climático.

 

Documentos relacionados:

Informe N°7: Dinámica de Sedimentos Bajo Condiciones Hidrometeorológicas Normales, INA-LHA 02-296-09, Comitente: Proyecto Freplata, Febrero, 2011.

Informe N°6: Implementación del Modelo Sedimentológico, INA-LHA 02-296-09, Comitente: Proyecto Freplata, Noviembre, 2010.

Informe N°5: Análisis de Sensibilidad Hidrodinámica, INA-LHA 02-296-09, Comitente: Proyecto Freplata, Octubre, 2010.

Informe N°4: Implementación del Modelo y Validación Hidrodinámica, INA-LHA 02-296-09, Comitente: Proyecto Freplata, Septiembre, 2010.

Informe N°3: Modelo Conceptual y Forzantes, INA-LHA 02-296-09, Comitente: Proyecto Freplata, Agosto, 2009.

Informe N°2: Dinámica de Sedimentos, INA-LHA 02-296-09, Comitente: Proyecto Freplata, Enero, 2009.

 

 

 

Para el Gobierno de la Ciudad de Buenos Aires, 2008-2009.

 

Grupo de Trabajo:

Menéndez A., Re M., García P. y Lecertua E.

 

Descripción del Proyecto:

Las actividades de construcción en la ciudad de Buenos Aires, y en particular las asociadas a los grandes proyectos, plantean el problema de disponer de un volumen muy significativo de tierra y escombros dentro de su perímetro. El Gobierno de la Ciudad Autónoma de Buenos Aires ha proyectado la construcción de rellenos en el Río de la Plata, en la zona adyacente a la Isla Demarchi (Figura 1), para disponer de ese material. Estos rellenos producirán impactos sobre otros usos del río.

El objetivo de este estudio es producir una evaluación del impacto hidráulico que el relleno habrá de generar en su entorno. En particular, interesa establecer la afectación sobre dos de los usos más significativos del Río de la Plata en su zona de influencia: las descargas del agua de refrigeración de la Central Costanera (del orden de 60 m3/s) – que podría impactar sobre sus obras de toma – y la sedimentación en el Canal de Acceso Sur. Los procesos físicos asociados a estos dos usos agregan complejidad al problema.

 

Zona de estudio.

Implemenatación del Modelo:

Se implementó un modelo hidrodinámico, utilizando el sistema de modelación MOHID, desarrollado y mantenido por MARETEC (Marine and Environmental Technology Research Center) en el Instituto Superior Técnico (IST) de la Universidad Técnica de Lisboa.

El modelo ha sido implementado en tres dominios anidados (Figura 2). El Dominio 1 abarca prácticamente todo el Río de la Plata Interior, llegando hasta la línea imaginaria Punta Piedras (Argentina) – Punta del Tigre (Desembocadura del río Santa Lucia, Uruguay). Sus dimensiones son de 210 km x 100 km.  El Dominio 2 se ubica sobre la costa del Río de la Plata Superior, con una longitud de 40 km y un ancho de 27 km. El Dominio 3 tiene 8 km de largo y 6 km de ancho, comenzando en cercanías del puerto de Buenos Aires y llegando hasta Quilmes.

Los efectos de estratificación térmica son resolubles a la escala del Dominio 3, de modo que sólo para este último se efectúa una modelación tridimensional (3D). En cambio, para los dos restantes se lleva a cabo una modelación bidimensional (2D).

Dominios.

Evaluación del Impacto:

Se establecieron las zonas de impacto en función de cuatro indicadores que cuantifican los efectos del relleno sobre la velocidad de la corriente, la distribución de sobretemperaturas y la tasa de sedimentación:

  1. Módulo de la diferencia de velocidades para los instantes de máxima velocidad en creciente y máxima velocidad en bajante (que son los instantes de máximo impacto de la presencia del relleno), que es un indicador del cambio tanto de la intensidad como de la dirección de la velocidad. Este indicador es significativo para analizar impactos sobre la navegación.
  2. Diferencia del módulo de las velocidades para los instantes de máxima velocidad en creciente y máxima velocidad en bajante, que es un indicador del cambio de intensidad de la velocidad. Este indicador también es relevante para analizar afectación a la navegación.
  3. Diferencia de temperatura para los instantes de máxima velocidad en creciente y máxima velocidad en bajante, que es un indicador del impacto de la pluma térmica generada por la descarga de la Central Costanera (Figura 3).
  4. Diferencia entre el valor medio del factor de Krone (van Rijn, 1993) para un ciclo de mareas, que es un indicador del cambio en la tasa de sedimentación. Este indicador es especialmente significativo para establecer el impacto sobre los dragados de mantenimiento de los canales de acceso a los puertos (Figura 4).    

Sobretemperaturas

Indicador de sedimentación

Documentos relacionados:

Re, M., Menéndez, A. N. (2008) Modelación del Impacto de un Relleno Costero sobre la Dinámica del Río de la Plata. Informe de Avance Nº 1, Informe INA-LHA 02-300-08.

Re, M., Menéndez, A. N. (2009) Modelación del Impacto de un Relleno Costero sobre la Dinámica del Río de la Plata. Informe de Avance Nº 3, Informe INA-LHA 04-300-09.

Re, M., Menéndez, A. N. (2009) Modelación del Impacto de un Relleno Costero sobre la Dinámica del Río de la Plata. Informe de Avance Nº 5, Informe INA-LHA 06-300-09.

Re, M., Lecertúa, E. A., García, P. E., Menéndez, A. N. (2009) Zoning for hydraulic impact studies on the coastal zone of the Plata River. 6th. Symposium on River, Coastal and Estuarine Morphodynamics, RCEM 2009, Santa Fe, Argentina.

Re, M., García, P. E., Lecertúa, E. A., Menéndez, A. N. (2010) Modelación del Impacto Hidráulico de un Relleno en Zona Compleja. XXIV Congreso Latinoamericano de Hidráulica, Punta del Este, Uruguay.

 

 

Financiado por la UBA, proyecto UBACyT código I022, 2008-2010.

 

Grupo de Trabajo:

Menéndez A., García P.

 

Descripción del Proyecto:

Se desarrollan modelos teórico-numéricos de complejidad creciente, capaces de incorporar la erosión de las márgenes del río al problema ya clásico de erosión o sedimentación considerando además la posibilidad de que haya curvatura. A continuación se trata el problema de una margen compuesta, parcialmente cohesiva. Finalmente, se introduce la posibilidad de cambios en el sentido longitudinal. Los modelos se validan comparando sus predicciones con datos de ensayos de laboratorio o mediciones de campo.

El presente trabajo se plantea como una continuación del proyecto de investigación “Simulación Numérica de la Evolución Morfológica de Cauces Fluviales con Erosión de Márgenes” (ANPCyT PICT 2002 código: 12138 y UBACyT 2004-2007 código: I010).

 

Documentos relacionados:

Simulación numérica de la evolución de márgenes en canales curvos de material suelto. Pablo E. García. Tesis de grado. Ingeniería Civil, Facultad de Ingeniería, Universidad de Buenos Aires. Diciembre 2006.