Modelamiento fluviomorfológico bidimensional de procesos de sedimentación y erosión vertical de malos pasos en el tramo bajo del río Huallaga

Abstract

La presente tesis se centra en analizar los procesos de sedimentación y erosión vertical en 07 malos pasos ubicados en el tramo bajo del río Huallaga mediante el empleo de modelos numéricos fluviomorfológico bidimensionales. Para este fin se desarrolló la caracterización física de los malos pasos, la caracterización de los procesos de sedimentación y erosión vertical, la construcción y calibración del modelo fluviomorfológico, y el análisis de variación temporal a lo largo del periodo simulado. Para la caracterización física de la evolución de los malos pasos se comparó la batimetría del mes de marzo del 2018 (época de avenida) y agosto del 2018 (época de vaciante) en zonas donde se tiene la misma área de información, asimismo, se evaluó la influencia de las características geológicas y geomorfológicas en los procesos de erosión y sedimentación. Se observó que: a) En los sectores donde los bancos presentan afloramientos de rocas sedimentarias del terciario (zonas de material resistentes o baja erodibilidad), la erosión vertical es de mayor magnitud que en los sectores donde el material de bancos está compuesto por material aluvial de naturaleza cuaternaria, b) En los sectores con presencia de aportantes laterales se producen procesos de sedimentación, c) En los sectores de menor curvatura ubicado entre dos curvas se presentan procesos de sedimentación, d) En general, los sectores erosionados están asociados a la formación de un nuevo eje de navegación mientras que los antiguos ejes se sedimentan. Se empleó el modelo TELEMAC-SISYPHE para la construcción y calibración de los modelos fluviomorfológicos de los tramos del río Huallaga que contienen a los malos pasos simulados. El modelo fue construido con la información de la batimetría del marzo de 2018 y la calibración se realizó con la información de la batimetría de agosto de 2018. La implementación consideró la determinación de las condiciones de borde del modelo y parámetros de calibración a nivel de análisis de secciones obtenidas cada 250 metros y cálculo de volumen de sedimentos cada 1 km. Se observó que los modelos representaron adecuadamente las tendencias de erosión y sedimentación observadas y que las simulaciones mostraron coeficientes de correlación R de entre 0.64 y 0.86 entre las variaciones medias del lecho observadas en las secciones analizadas y las simuladas correspondientes simuladas. Sin embargo, se observó que en algunos casos el modelo magnificó la erosión y sedimentación observada. El análisis de la variación temporal mostró que: a) El modelo reproduce las tendencias esperadas de la variación temporal de las formas de fondo, observándose que las formas de fondo de mayor tamaño se generan en los meses de marzo, abril, mayo y junio (meses de caudales de mayor aporte) y en los meses de julio, agosto y septiembre (caudales de registros menores) las formas de fondo disminuyen su tamaño. b) A lo largo de los ejes longitudinales predomina la sedimentación del cauce en los meses de mayor caudal, en los meses finales, se observó la formación de las zonas de erosión, que indicaron la formación del nuevo eje de navegación. C) En algunos malos pasos se observó que conforme disminuye el caudal, se va redireccionando el thalweg del río, cambiando el eje de navegación para el mes de agosto; sin embargo, en otro mal paso se observó que el thalweg cambio de una caja hidráulica de forma triangular a una rectangular reduciéndose de la caja hidráulica debido a la curvatura predominante en el mal paso de Progreso.

This thesis focuses on analyzing the processes of sedimentation and vertical erosion in 07 sedimentation banks located in the lower section of the Huallaga River by two-dimensional fluviomorphology numerical models. For this purpose, the physical characterization of the sedimentation banks is developed, the characterization of the sedimentation and vertical erosion processes, the construction and calibration of the fluviomorphology model and the analysis of temporal variation throughout the simulated period will be perfected. For the physical characterization of the evolution of sedimentation banks the bathymetry of the month of March 2018 (flood season) and August 2018 (empty season) were compared in areas where there is the same area of information, likewise, the influence of geological and geomorphological characteristics on erosion and sedimentation processes was evaluated. It was observed that: a) In the sectors where the banks present outcrops of tertiary sedimentary rocks (areas of resistant material or low erodibility), vertical erosion is greater than in the sectors where the material of the banks is composed of alluvial material of a quaternary nature, b) In the sectors with the presence of lateral contributors, sedimentation processes occur, c) In the sectors of lesser curvature located between two curves, sedimentation processes occur, d) In general, the eroded sectors are associated with the formation of a new navigation alignment while the old alignment are sedimented. The TELEMAC-SISYPHE model was used for the construction and calibration of the fluviomorphology models of the sections of the Huallaga River that contain the simulated of sedimentation banks. The model was built with the information from the bathymetry of March 2018 and the calibration was carried out with the information of the bathymetry of August 2018. The implementation considered the determination of the boundary conditions of the model and calibration parameters at the analysis level of sections obtained every 250 meters and calculation of sediment volume every 1 km. It was observed that the models adequately represented the observed erosion and sedimentation trends and that the simulations showed correlation coefficients R between 0.64 and 0.86 between the mean bed variations observed in the analyzed sections and the corresponding simulated ones. However, it was observed that in some cases the model intensified the magnitudes of erosion and sedimentation observed. The analysis of the temporal variation showed that: a) The model reproduces the expected trends of the temporal variation of the bedforms, observing that the largest bedforms are generated in the months of March, April, May and June (months of flows of greater contribution) and in the months of July, August and September (flows of lower registers) the bottom shapes decrease in size. b) Along the main direction, the sedimentation of the channel predominates in the months of greatest flow, in the final months, the formation of erosion zones was observed, which indicated the formation of the new navigation alignment. c) In some sedimentation banks, it was observed that as the flow decreases, the river's thalweg is redirected, changing the navigation alignment for the month of August; however, in another sedimentation banks, it was observed that the thalweg changed from a triangular hydraulic box to a rectangular one, reducing the hydraulic box due to the predominant curvature.