Estudio en modelo físico de un meandro en el río Mero (A Coruña) : caracterización hidrodinámica de cauce y llanura para diferentes niveles de inundación

Abstract

[Resumen]Los procesos relacionados con el flujo en meandros tienen importantes implicaciones tanto en el medio físico como en los planos económico y social. Condicionan los usos del territorio, la disponibilidad de alimentos o la vulnerabilidad frente a inundaciones. Se trata, por lo tanto, de fenómenos complejos que pueden ser abordados desde diversos puntos de vista. Esta tesis doctoral analiza la vertiente hidrodinámica del problema, particularizada para el caso de un tramo real del río Mero (Cambre, A Coruña). En él confluyen diversos factores que añaden condicionantes al complejo patrón de flujo en meandros compuestos. La curvatura en planta del canal principal, el ancho variable de las llanuras de inundación, la heterogeneidad en la distribución de rugosidades y las irregularidades del fondo del canal son parámetros morfológicos que influyen en el patrón hidrodinámico del meandro. El objetivo general de este trabajo es caracterizar la dinámica del tramo de estudio en términos de velocidad, vorticidad y turbulencia para distintos escenarios de ensayo, incluyendo casos de flujo simple e inundación. En particular, se propone analizar la evolución de las corrientes secundarias y las tensiones a lo largo de la primera curva del meandro e identificar las direcciones más relevantes en lo que se refiere a velocidades medias y turbulencia. Para alcanzar estos objetivos se ha realizado un estudio experimental en un modelo físico del meandro de análisis. Se han empleado técnicas de velocimetría acústica doppler para la caracterización hidrodinámica del tramo. Los resultados relativos a velocidades medias y vorticidad han servido como punto de partida para el desarrollo de dos líneas de investigación. En primer lugar, se han analizado los mecanismos de generación y disipación de corrientes secundarias, cuantificando los efectos de la geometría y la turbulencia para las distintas condiciones de flujo. En segundo lugar, se ha llevado a cabo un estudio direccional del patrón de turbulencia según diferentes sistemas de referencia relacionados con parámetros geométricos e hidrodinámicos. Los resultados obtenidos muestran el alto grado de tridimensionalidad del flujo al aumentar la magnitud del radio de curvatura y/o la sumergencia. El análisis del patrón de vorticidad longitudinal ha permitido identificar las zonas de intercambio de masa entre el cauce y las llanuras de inundación, y su relación con fenómenos de fricción entre ambas capas. El estudio direccional de la turbulencia ha puesto de manifiesto la importancia de los procesos de corte y su reorientación en tramos fluviales con varias direcciones preferentes. Como complemento a este enfoque, se ha analizado la distribución espacial de la turbulencia con la técnica de los invariantes de Lumley, que no depende del sistema de referencia empleado.