Análisis de los patrones hidráulicos en configuraciones morfológicas de ríos de montaña a través de la aplicación de un modelo numérico bidimensional (2D)
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Date
2025-03-27
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Publisher
Universidad de Cuenca
Abstract
This study examines hydraulic patterns in mountain rivers using a two-dimensional numerical model (Iber 2D) applied to three characteristic morphologies: cascade, step-pool, and plane bed. The goal is to compare the accuracy of various methodologies for estimating the resistance coefficient, a key factor in predicting flow rate, velocity, and water level. This coefficient is influenced by factors such as bed roughness and channel morphology, which are essential for achieving realistic simulations in complex fluvial environments. Several methodologies were evaluated, including dimensionless and semi-logarithmic equations, the decomposition method, and image-based analysis, across three flow conditions. Results, measured using the RMSE metric, indicate that dimensionless methodologies, such as those proposed by Cedillo and Ferguson, achieve higher accuracy in complex settings like cascades and high flow rates, while semi-logarithmic and decomposition methods show limitations in low-flow and plane bed conditions. Incorporating a k-epsilon turbulence model enhances the representation of flow dynamics by capturing mixing and energy exchange phenomena, which are critical in highly turbulent scenarios. These findings provide a solid foundation for optimizing methodologies in future studies and improving precision in water resource management in mountain rivers, underscoring the importance of selecting suitable methods for each morphology and flow regime.
Resumen
Este estudio analiza los patrones hidráulicos en ríos de montaña mediante un modelo numérico bidimensional (Iber 2D), aplicado a tres morfologías características: cascada, grada y lecho plano. El objetivo es comparar la precisión de varias metodologías de estimación del coeficiente de resistencia, clave para predecir variables como caudal, velocidad y nivel de agua. Este coeficiente depende de factores como la rugosidad del lecho y la geomorfología del cauce, fundamentales para lograr simulaciones realistas en entornos fluviales complejos. Para evaluar la precisión de los modelos, se utilizaron varias metodologías, incluidas ecuaciones adimensionales y semilogarítmicas, así como el método de descomposición y el análisis basado en imágenes, bajo tres condiciones de caudal. Los resultados, medidos mediante la métrica RMSE, muestran que las metodologías adimensionales, como las propuestas por Cedillo y Ferguson, alcanzan mayor precisión en entornos complejos como cascadas y caudales altos, mientras que los métodos semilogarítmicos y de descomposición presentan limitaciones en flujos bajos y lechos planos. La inclusión de un modelo de turbulencia k-épsilon mejora la representación de la dinámica del flujo al capturar fenómenos de mezcla y de intercambio energético, esenciales en escenarios de alta turbulencia. Estos hallazgos proporcionan una base sólida para optimizar metodologías en estudios futuros y mejorar la precisión en la gestión de recursos hídricos en ríos de montaña, subrayando la importancia de seleccionar métodos adecuados para cada morfología y régimen de caudal.
Keywords
Ingeniería Civil, Patrones hidráulicos, Ríos
Citation
Código de tesis
TI; 1355
Código de tesis
Grado Académico
Ingeniero Civil