Caracterización hidrodinámica del arratre del molusco C.edule con la metodología del doble promediado : estudio en modelo físico con tecnología PIV

Abstract

[Resumen] La hidrodinámica del flujo juega un papel muy importante en la mayoría de los procesos físicos que se desarrollan en ríos, lagos y aguas de transición. Además, la estructura y funcionalidad de las comunidades biológicas en estos ecosistemas acuáticos está fuertemente ligada y controlada por las relaciones que surgen entre los procesos físicos, químicos y biológicos. Con objeto de mejorar la gestión y el conocimiento de los ecosistemas acuáticos están surgiendo nuevas áreas en la Ingeniería Hidráulica y en la Mecánica de los Fluidos relacionadas con la Hidrodinámica de los Ecosistemas Acuáticos. Estas nuevas disciplinas cubren un amplio rango de escalas y de ecosistemas terrestres y acuáticos, y representan un buen ejemplo de la aproximación multidisciplinar de la ciencia moderna. Un ejemplo aplicado de la interacción de la hidrodinámica en los ecosistemas acuáticos se puede encontrar en la desembocadura del río Ulla, en la ría de Arousa (Galicia). En el banco marisquero de los Lombos do Ulla se han registrado importantes episodios de mortandad del molusco Cerastoderma eduele, asociados a fuertes descensos de salinidad y al arrastre de los stocks de este berberecho provocados por los episodios de precipitaciones y las crecidas del río. El principal objetivo de esta investigación es mejorar el conocimiento del fenómeno de arrastre de los berberechos adultos. Para ello, en esta Tesis Doctoral se ha realizado un estudio hidrodinámico en laboratorio sobre el arrastre de varios grupos de berberechos adultos, con diferentes tamaños y número de individuos por superficie. Para la determinación de los campos de velocidades y esfuerzos turbulentos se ha empleado con éxito la tecnología Particle Image Velocimetry. Para describir los parámetros hidrodinámicos del flujo rugoso que se produce sobre el lecho irregular y heterogéneo formado por los bivalvos se ha empleado la Metodología del doble promediado (Double Averaged Methodology). Con este procedimiento se han determinado los parámetros descriptores del flujo así como las distribuciones de velocidades, intensidades y tensiones, con sus términos turbulentos y también de forma o dispersivos. El trabajo realizado ha puesto de manifiesto la importancia de las corrientes secundarias y la tridimensionalidad del flujo cerca del lecho en las distribuciones de esfuerzos cortantes, y su relación con la distribución de tamaños y la densidad de los berberechos en el lecho. En el análisis de los factores que afectan al arrastre de los moluscos se han empleado técnicas estadísticas habituales en los trabajos de ecología y biología marina como el Análisis de la Varianza. En el mismo, se han puesto de manifiesto ciertas interacciones entre el transporte del sedimento del lecho y el arrastre de los moluscos. Por último, la movilización de los bivalvos también se ha descrito a través del ajuste de funciones de transporte de caudal sólido de fondo, de aplicación habitual en la Ingeniería Fluvial.

[Abstract] Hydrodynamics plays a very important role in most of the physical processes at rivers, lakes and transitional waters. Moreover, the structure and functionality of the biological communities in these aquatic ecosystems are largely controlled by an interplay of physical, chemical and biological processes. New areas associated with Hydrodynamics of the Aquatic Ecosystem are appearing in Hydraulic Engineering and Fluid Mechanics in order to improve the management and knowledge of the aquatic ecosystems. These new programs cover a wide range of scales in aquatic and terrestrial ecosystems, and they represent a good example of a multidisciplinary approach in modern science. An applied example of the interaction of hydrodynamics in aquatic ecosystems can be found at the mouth of the Ulla river, located in the Arousa ria (Galicia). In the shellfish bed of Lombos do Ulla, important episodes of mortality of the Cerastoderma eduele mollusk have been recorded, which have been associated with the strong decreases in salinity and dragging of the stocks of this cockle due to precipitation episodes and rising of the riverʼs level. The main goal of this research is to advance in the knowledge of the phenomenon of the dragging of the adult cockles. In order to do so, this PhD Dissertation has carried out a hydrodynamic study in a laboratory of the entrainment of several groups of adult cockles, each with different recruitment rates and sizes. Particle Image Velocimetry technology has successfully applied to determine velocity fields and turbulent forces. In order to describe the hydrodynamic parameters involved in the rough flow that takes place in irregular and heterogeneous beds of bivalves, the Double Averaged Methodology has been applied. With this methodʼs support, the parameters that describe the flow have been determined, as well as velocity, intensity and stress distributions, with its turbulent and drag (or dispersive) factors. The performed analysis reveal the importance of the secondary currents and the tridimensional character of the flow close to the river bed in the distribution of shearing stresses, and their relationship with the distribution of the cockleʼs sizes and densities. In the analysis of the factors that affect the mollusk movement, common statistic techniques in ecology and marine biology works have been adopted, like the Analysis of Variance (ANOVA). In this analysis, certain interactions between the transport of bed sediment and the dragging of the mollusks have appeared. Lastly, the bivalveʼs mobilization has also been described by adjusting bed transport functions, commonly used in River Engineering.