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Dunas y ojo mecánico

749 trabajos fueron presentados y publicados en el XXVIIIº Congreso latinoamericano de hidráulica celebrado en Septiembre del 2018 en Bs As

https://www.ina.gov.ar/congreso_hidraulica/index.php?seccion=15

y ninguno de ellos hace la más mínima mención de energías convectivas presentes en ríos de llanura, ni de sus determinantes advectivos, ni del concepto de ecosistema que en el glosario de la ley 11723 indica cuáles son las energías presentes en ellos y cuáles sus formas de salida.

Queda en claro que la hidráulica no se ocupa de los vínculos entre ecosistemas devolviendo su sentido oiginal a la voz "entropía" -desde sus cimientos griegos contrapuesta a Eddington-, sino de modelos matemáticos con los que imagina estar actualizada en estos temas del agua de flujos ordinarios en llanuras, aferrada a catecismos que durante 380 años la vieron crecer, para hoy reconocer atrasos de 60 años en estos temas. Ver declaraciones de Sir James Lighthill

El premio especial del congreso estaba dedicado al mejor trabajo que se presentara sobre gaviones. Los primeros que en una política de costas blandas están llamados a desaparecer. Todavía Delft sigue sin aclarar por qué son vitales estas costas, aunque ya ha declarado que lo son.

https://www.ina.gob.ar/congreso_hidraulica/resumenes/LADHI_2018_RE_518.pdf

Francisco Latosinski, Ana Heredia, José Diaz Lozano, Ricardo Szupiany, M. Amsler, Carlos García y Marcelo García . E-mail: franlatos@gmail.com

Ver respuesta a Latosinski al final

Introducción

Es sabido que las formas de fondo, en particular las dunas, presentes en cauces naturales, constituyen componentes importantes en las modificaciones de la resistencia al flujo y el transporte de sedimentos. Sin embargo, los procesos físicos implícitos en esa dinámica, no están aún del todo comprendidos.

Existe una abundante bibliografía sobre esta temática, surgida de experimentos tanto de laboratorio (Van Rijn 1993), como de mediciones de campo (Trento et al., 1990) y, en menor medida, de las simulaciones numéricas.

En esos antecedentes, son escasas las investigaciones focalizadas en la influencia de las distintas escalas espaciales de los cauces naturales sobre los fenómenos enunciados, específicamente, el transporte de sedimentos tanto de fondo como en suspensión.

Las dificultades vinculadas con la medición de estas variables en corrientes naturales explican, en parte, aquella escasez. El presente trabajo es una actualización de investigaciones previas (Latosinski et al. 2017b) y tiene el objetivo de realizar una comparación, basada en datos medidos, entre los fenómenos hidráulico/sedimentológicos que ocurren en dunas de ríos de diferentes escalas.

Para ello, se estudiaron formas de fondo de los ríos Paraná y Tercero (Córdoba, Argentina), cuantificando sobre ellas, con tecnología acústica, la estructura del flujo y transporte de sedimentos. Zona de estudio y metodología Se investigaron un tramo del río Tercero, cercano a la ciudad de Villa María (Córdoba) y tres tramos del cauce principal del Río Paraná, próximos a las ciudades de Lavalle (Corrientes), Paraná (Entre Ríos) y Santa Fe (Santa Fe).

El río Tercero tiene un caudal medio de 27 m³/s y está fuertemente regulado por la presa ubicada aguas arriba de Villa María. Las tareas de campo fueron realizadas en 2016 sobre el puente Alberdi en cuatro estados hidrométricos.

Los registros batimétricos, de velocidad del flujo y velocidad de las partículas del fondo se realizaron con un ADCP YSI/SonTek de 3000 kHz (S5) conectado a un GPS.

El río Paraná, posee un caudal medio de 18000 m³/s. Los trabajos de campo se realizaron sobre el cauce principal en mayo de 2011 en Lavalle, en abril de 2012 en Aguas Corrientes y en Julio de 2012 en Bajada Grande.

Se utilizó un ADCP de 1200 kHz (Teledyne RDI) conectado a un DGPS de precisión con corrección a tiempo real (RTK). La profundidad se obtuvo con ecosonda Raytheon de haz simple de 200 Hz conectada al DGPS-RTK. Todos estos instrumentos se montaron sobre una embarcación hidrográfica. La característica común en los tres sitios es la presencia de dunas con formas de fondo superpuestas.

Se llevaron a cabo dos tipos de mediciones: con embarcación en movimiento y anclada. Las primeras (o dinámicas) se utilizaron para obtener perfiles de velocidad promediados espacialmente sobre una duna seleccionada, por un lado, y la carga de fondo por el método clásico de seguimiento de dunas, por el otro.

Los registros comprendieron dos recorridos longitudinales sobre una serie de dunas, desde aguas abajo hacia aguas arriba, con un intervalo de tiempo suficiente como para observar adecuadamente sus desplazamientos. Las mediciones con embarcación anclada (o estáticas), se efectuaron sobre dunas identificadas previamente en los recorridos longitudinales. Consistieron en registrar perfiles de velocidad del flujo y concentración de arenas en suspensión, promediados en el tiempo, la velocidad promedio de las partículas del fondo y la carga de fondo en dunas del río Tercero.

El intervalo de medición fue de entre 2 a 3 horas en dunas de este último (con ello se logra el paso completo de la forma) y de 15 minutos en el Paraná para cada posición medida, i.e. cresta, lomo y valle. La metodología de medición de la velocidad de las partículas del fondo ( B v ) con tecnología acústica se presenta en detalle en Latosinski et al. (2017a).

Resultados

En Tabla 1 se presentan los valores medios de caudal, longitud (λd) y altura de duna (Hd), ángulo de la cara de aguas abajo (β), profundidad (h), velocidad (u) medias del flujo sobre la duna, su velocidad de avance (ud) y la tasa de transporte de fondo deducida con el procedimiento de desplazamiento de dunas. Por cuestiones de espacio, se presentan sólo valores correspondientes a una campaña en cada uno de los ríos seleccionados.

Tabla 1.- Propiedades del flujo y características de las formas de fondo. Lugar y Fecha Caudal m³/s λd m Hd m β ° h m u m/s ud m/dia gsf kg/ms Río Tercero 5/9/16 25 1.9 0.20 22 1.14 0.70 25.9 0.06 Lavalle 2/6/11 17100 185 2.35 8 8.71 1.05 2.8 0.09

Como puede observarse, más allá de la notable diferencia en los valores de velocidad de avance de dunas, la carga de fondo por unidad de ancho varía en ambos ríos dentro de los mismos órdenes de magnitud.

Analizando las dunas correspondientes al río Tercero (5/9/16) y el Paraná (2/6/11) se observa una altura relativa de duna (Hd/h) levemente mayor para el río Paraná (0.26) respecto del Tercero (0.18), valores que se ajustan a los informados para ríos aluviales con fondo de arena. La forma es la típica asimétrica para ambos casos (Figura 1).

El empinamiento (Hd/λd) presenta en términos promedio, valores de 0.01 y 0.1 en el Paraná y en el Tercero, respectivamente.

Sobre las dunas del Paraná, se observaron dunas superimpuestas, con longitudes y alturas que van de 4 a 8 m y de 0.20 a 0.40 m, respectivamente.

La velocidad de las partículas del fondo, vB, obtenida mediante la función bottom track que poseen los ADCPs, arrojó los siguientes valores paralas distintas posiciones sobre cada duna: 0.045, 0.009 y 0.009 m/s en cresta, lomo y valle, respectivamente, en el Tercero, y 0.045, 0.027 y 0.006 m/s en cresta, lomo y valle, respectivamente, en Lavalle.

En el caso del río Tercero, los datos para cada posición fueron extraídos de las fracciones correspondientes de un mismo registro continuo para toda la duna. Estos valores de velocidad han sido utilizados en un modelo cinemático (Van Rijn, 1993) para estimar la carga de fondo unitaria con muy buena performance en el río Paraná (Latosinski et al. 2017a).

En ambos ríos se corrobora el incremento del transporte de fondo, desde el valle hacia la cresta en acuerdo con el aumento de vB en esa dirección. Figura 1.- Formas de fondo registradas en los ríos Tercero (5/09/16) y Paraná (2/06/11). Representación adimensional.

En Figura 2 se presentan los perfiles de velocidad promediados espacialmente sobre la duna y temporalmente sobre la cresta. Se ha demostrado (para las dunas del río Paraná), que el ajuste de los perfiles de velocidad suele ser rectilíneo sobre la mitad superior de la cara de aguas arriba de la duna (Trento et al. 1990).

También en trabajos previos (Latosinski et al. 2017b), y en acuerdo con esos autores, se han presentado resultados de perfiles de velocidad a partir de mediciones estáticas, en base a los cuales se comprueba la dificultad o invalidez de esos perfiles para determinar tensiones de corte de fondo cuando son registrados en las zonas de los valles de las formas de fondo.

Ello se debe a que en esos sitios no se cumplen las condiciones bajo las cuales han sido deducidas las expresiones semi logarítmicas de un perfil de velocidades, i.e. ausencia de cambios bruscos en el gradiente de presiones. Figura 2.- Perfiles de velocidad promediados sobre las dunas de los ríos Paraná y Tercero. Se incluyen los perfiles estáticos sobre cresta de ambas dunas.

El promedio espacial se realizó conservando el caudal específico a lo largo de la duna entre fracciones de las sucesivas verticales de medición. La uni-direccionalidad y bidimensionalidad aproximadas del flujo, fue comprobada debido a la constancia del caudal específico a lo largo de la duna, calculado sobre cresta, lomo y valle.

El ajuste de una recta a los datos surgidos de los promedios espaciales en Figura 2 es muy bueno según se aprecia en Tabla 3 (en el río Tercero se excluyó el dato a z/h = 0.1 debido a la divergencia de los haces acústicos del ADCP que promedia valores cerca del fondo en un área que cubre prácticamente la mitad de la longitud de la duna).

En Tabla 3 se incluyen los valores de velocidades de corte y alturas de rugosidad obtenidos del ajuste mencionado (Schlichting 1979). Se presentan también las tensiones de corte medias sobre la duna, τ0, su valor adimensional, τ*, el Reynolds de la partícula, Rep, y el coeficiente de Manning, n.

Tabla 3.- Parámetros obtenidos del ajuste de los perfiles de velocidad surgidos de promedios espaciales a lo largo de las dunas. Lugar y Fecha u* ks r² τ0 D50 τ* Rep n m/s m kg/m² mm R. Tercero 5/9/16 0.059 0.09 0.91 0.36 1.95 0.11 49 0.03 Lavalle 6/2/11 0.067 0.16 0.97 0.46 0.31 0.90 8 0.02

La velocidad de corte es del mismo orden de magnitud en ambos ríos. La altura de rugosidad equivalente de arena escala con la altura de las dunas en el caso del Tercero, mientras en el Paraná, lo hace con la de las dunas superimpuestas. La tensión de corte adimensional en el Paraná supera el límite previsto en diagramas como el de Shields-Parker para que exista transporte en suspensión, mientras que en el Tercero, no, en coincidencia con lo observado. Finalmente, el coeficiente de Manning es un 50% superior para el río de menor escala.

Conclusiones

En el presente trabajo se comparan características del flujo y el transporte de sedimentos sobre dunas en dos ríos de diferentes escalas. Para ello se utilizaron datos obtenidos con ADCPs. Se observan diferencias significativas en cuanto al empinamiento de las dunas, pero no en sus alturas relativas.

Los valores de velocidad de las partículas de fondo en ambos ríos se ajustan a lo esperado, con tasas crecientes de transporte de fondo a lo largo de la duna, i.e., un aumento desde el valle hacia la cresta.

Las tensiones de corte de fondo determinadas de los perfiles de velocidad promediados sobre la duna, fueron similares en ambos casos, no así sus valores adimensionales (mas de 8 veces mayor en el Paraná), debido a las marcadas diferencias en el tamaño del sedimento de fondo (más de 6 veces menor en el río Paraná).

Ello determina la presencia de sedimento en suspensión en este último (ausente en el Tercero), lo cual explicaría los bajos empinamientos y ángulos de aguas abajo de las dunas en el Paraná (Amsler y Schreider 1998).

Finalmente, se corroboró que la altura de rugosidad equivalente de arena en el caso de las grandes dunas del Paraná escala con las pequeñas dunas superimpuestas, mientras que en el Tercero, lo hace con las dunas presentes en el mismo. En términos del n de Manning, el río más pequeño posee una resistencia al flujo 50% mayor que en el Paraná.

Mail enviado a Francisco Latosinski

Francisco, observando su trabajo sobre flujos y transporte sedimentario sobre dunas de distinta escala considero que el enfoque mecánico le lleva a estimaciones que desconocen todo soporte convectivo en flujos ordinarios que la mecánica infiere laminares.

En primer lugar, el hecho de estar haciendo evaluaciones aguas debajo de la presa de Villa Mercedes refiere de que Uds ignoran que un embalse, amén de atrapar sedimentos, destruye los sistemas convectivos.

Por otra parte, la alteración del perfil de las riberas por intervenciones de provechos agrícolas también destruye los aportes de energías convectivas y de vitales sedimentos que por costas blandas los esteros y bañados aledaños a las sangrías mayores y menores deberían estar aportando a estas aguas del río IIIº.

Nada comparable a los formidables esteros y bañados paranaenses que permiten transportes sedimentarios fenomenales; en particular los que vienen aportados desde la cuenca del Bermejo.

El déficit de energías convectivas del sistema del río IIIº se descubre bien patentizado en las dificultades enormes que exhibe el río Carcarañá en su intento de salida a las aguas paranaenses.

http://www.alestuariodelplata.com.ar/carcarana3.html

También resulta obvio, que a falta de energías convectivas cuyas aptitudes para el transporte de sedimentos son incomparables, las aguas del IIIº en estos parajes solo "arrastran" los sedimentos y por ello descubre Ud los fondos "rugosos". Basta saber de esa represa y de esas pendientes para darse cuenta de estas consecuencias.

Comparables observaciones le caben a Ud a 5700 m de profundidad en medio del océano siguiendo los sedimentos del Bermejo sin necesidad de mojarse los pies. E incluso compararlos con las muy distintas energías que descubre el río Congo o Zaire y el cañon a su salida, muy distintos a los suaves conos de sedimentación en los bordes del talud oceánico de nuestro sistema rioplatense o incluso los conos amazónicos. Para ello no necesita de Newton, alcanza con tener bien abiertos los ojos. El misterio es cómo entre los 749 trabajos presentados al Congreso ninguno da noticia de estas miradas.

Por ello, hacer este tipo de comparaciones en flujos ordinarios con ojo mecánico, tan elementales en las consideraciones termodinámicas naturales - las primeras a tener en cuenta-, es seguir la ruta que los conforta y aleja del abismo cognitivo que tienen enfrente de los ojos apuntado en el glosario de la ley 11723 cuando define qué tipo de energías están presentes en estos ecosistemas y la función acopiadora de los sedimentos para sostener sus transportes en estas hidroesferas.

Es obvio que en la cresta de estas "dunas" sumergidas encontrará Ud las mayores energías convectivas habilitando los mayores transportes, si en adición comienza a estudiar sus advecciones.

Está claro que desconocen que estos sistemas hacen su marcha con apoyo en los fondos que transitan y por ello las dificultades de hacer comparaciones entre las áreas más profundas y las orillas resulta bastante más compleja, debiendo incluir advecciones transversales.

Tal vez aprecie mirar los gráficos elaborados por Horacio Ezcurra en la ría del Santa Cruz mostrando el sendero de las aguas dulces y las saladas, bien diferenciados por estas energías convectivas que tampoco Él diferencia, pero aún así, merced a enormes esfuerzos y sin imaginar a dónde llegaría, nos regaló aprecios cuyos resultados son una maravilla.

http://www.alestuariodelplata.com.ar/riosc11.html

http://www.alestuariodelplata.com.ar/riosc10.html

http://www.alestuariodelplata.com.ar/riosc9.html

Aquí no solo estamos hablando de transporte sedimentario, sino de aguas dulces y saladas disociadas. Disociaciones que luego se sostienen en viajes de miles de kilómetros por mares y por océanos, a pesar de que el satélite Aquarius alguna vez intentó detectarlos. El imaginar su presencia en superficie, más allá del período de los bloomings les llevó a ignorarlos.

Tal vez si habla con la Dra Agnes Paterson que ha hecho algunos estudios de transporte sedimentario en aguas someras le acerque algunas pautas de lo que para Ella aún son sospechas, que sin duda la tienen inquieta.

Estoy trabajando en los aprecios que la geología y sedimentología hacen de la formación de los suelos pampeanos y las inferencias que de los cordones de salidas tributarias al brazo de Thetys durante 10 Ma cargan a cuenta de "dunas", que sin duda, en los 4 períodos de glaciaciones pleistocénicas cabe imaginar los vientos limando crestas de formidables cordones litorales y sumando a los senos sin alcanzar a borrar sus ordenamientos. Las alteraciones más caprichosas quedaron a merced de intereses agropecuarios.

Que en adición, a estas que dicen llamarse "dunas" y senos entre ellas hoy las atraviesan sin piedad terraplenes de caminos y obras del mentado plan maestro del río Salado con resultados tan extendidos y ruinosos, que en 220.000 Km2 son interminables de inventariar.

Ver http://www.alestuariodelplata.com.ar/salado12.html

http://www.alestuariodelplata.com.ar/salado14.html

http://www.alestuariodelplata.com.ar/salado11.html

http://www.alestuariodelplata.com.ar/salado10.html hasta /salado6

Más allá de la sorpresa que le provoque este mail, mi actitud intenta acercar e ilustrar diferencias, que a ojos vistas lucieron hasta hoy incomunicables. Este es un intento de cambiar esa situación.

Un saludo cordial, Francisco Javier, 29/6/2019

Epílogo a elementales observaciones

Los soportes legales para estas actualizaciones demoradas o dormidas en ciencia vienen expresados en el glosario de la ley prov. 11723 cuando refiere de las energías presentes en los ecosistemas y sus vínculos de salida.

Pero la mayor sorpresa -la que pone a Natura por delante de las humanos-, viene acreditada por primera vez en legislatura cuando dispone un orden para mirar estos temas: el apuntado en el art 6º de la ley Gral del Ambiente 25675 definiendo lo que es un "presupuesto mínimo" y precisando en su par 2º este orden: 1º mirar por el equilibrio de las dinámicas de los sistemas ecológicos. 2º mirar por su capacidad de carga. 3º mirar por los temas generales del ambiente y 4º mirar por sus sustentabilidades.

Estas últimas, siempre discursivas y tan engalanadas en semiologías de moda como la expresión "gobernanzas del agua" que a todos, UNESCO incluida, tiene entusiasmados, por no decir embobados.

En el respeto de este orden lo que 1º cuenta es mirar por los flujos ordinarios de estos ecosistemas y recién en tercer lugar darse a mirar por inundaciones. Si no entendemos cómo se dinamizan los flujos ordinarios, bien fácil resulta mortificarlos con urgencias y cegueras antrópicas de siglos.

Ver por caso los 700 años que llevan los holandeses y alemanes dando ejemplos troglodíticos: http://www.alestuariodelplata.com.ar/riorin.html

http://www.alestuariodelplata.com.ar/rioelba.html

Por fin, aprecio destacar que las ecologías de los ecosistemas no conforman "ciencia"; sino que lucen como hermanas opuestas complementarias. Estas enlazan lo que la primera particiona desde hace 500 años. Ese enlace no es a imaginar con artificios analógicos -por ello olvidarse de las matemáticas-, .sino a descubrir como fenómenos ingresando por los sentidos. Este meollo también cabe observar cuando inferimos enlaces cuánticos.

También la física cuántica conoce estos abusos. Tal vez esté más justificada, pues intenta abordar infinitos, que no es el caso del río IIIº, ni del Paraná y mucho menos, de los sistemas enlazados del Salado cuyos vínculos tan maltratados nos descubren resultados muy subajustados, tanto en flujos ordinarios, como en transporte de sedimentos.

Y tan mal observados que aun después de 100.000 años no atinan a descubrir cuál fuera su salida. Y desconociendo lo más elemental de los procesos advectivos insisten en forzarla al Este sin importar que la 1ª ley de la termodinámica les choca de frente. FJA, 30/6/2019

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