Modeling of flash floods in the Andean foothills : reducing the uncertainty associated with the sediment concentrations
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Date
2016
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Abstract
Crecidas rápidas inducidas por precipitación son eventos comunes en regiones cercanas a la Cordillera de los Andes. El rápido desarrollo urbano en esta región, combinado al cambio climático y los efectos de los eventos ENSO han resultado en una alarmante proximidad de los cauces propensos a inundaciones, a áreas densamente pobladas en la precordillera Andina, incrementando el riesgo de ciudades e infraestructura. Simulaciones de crecidas rápidas en estas cuencas son particularmente desafiantes, debido a la compleja morfología, la insuficiencia de datos hidrometeorológicos, y la incertidumbre generada por la variabilidad en la concentración de sedimentos. Altas concentraciones producidas por la erosión de las laderas y el escurrimiento de flujos superficiales en áreas con pendientes empinadas y baja cobertura vegetal, pueden cambiar la dinámica del flujo a medida que la inundación se propaga en el canal. En esta investigación, nosotros desarrollamos un modelo bidimensional en volúmenes finitos de las ecuaciones no lineares de flujos someros, acopladas con la conservación de la masa de sedimentos, considerando los efectos de la densidad y los cambios en la reología del flujo.Nosotros llevamos a cabo simulaciones para evaluar los efectos de la concentración de sedimentos en inundaciones en la Quebrada de Ramón, una cuenca Andina en Chile central. Nosotros simulamos una confluencia y un largo total del canal de 10.4 km, con el mismo hidrograma de agua clara y diferentes concentraciones de sedimentos en los tributarios. Nuestros resultados muestran que los efectos más importantes en la propagación de la inundación son observados en el rango de concentraciones desde 0% a 20%. Comparando simulaciones con agua clara y una concentración de 60%, nosotros encontramos que la máxima profundidad del flujo en diferentes locaciones a lo largo del canal incrementa en un 38%, y el área total inundada es un 75% más grande en el último caso. Simulaciones también muestran que variables tales como el tiempo de arribo del caudal máximo, y la forma del hidrograma no son significativamente afectados por la concentración de sedimentos, y depende mayoritariamente de la empinada morfología del canal. Mediante este trabajo nosotros proveemos un marco de referencia para futuros estudios dirigidos a mejorar la evaluación del peligro, la planificación urbana, y los sistemas de alerta temprana en áreas urbanas cercanas a ríos de montaña con datos limitados, y afectados por eventos de crecidas rápidas.
Description
Tesis (Master of Science in Engineering)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2016