Transporte de sedimentos en Ríos

1. “AÑO DE LA LUCHA CONTRA LA CORRUPCIÓN E IMPUNIDAD”
UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
CURSO:
 IRRIGACON Y DRENAJE
DOCENTE:
 ING. JUAN PABLO GARCIA RIVERA.
ALUMNOS:
 AGUIRRE PARIAHUACHE MARYURI.
 ALBURQUEQUE NAVARRO GIANELLA.
 TARAZONA MACHACUAY NICOL.
TEMA:
 ARTÍCULO SOBRE TRANSPORTE DE SEDIMENTOS MIXTOS.
PIURA, PERU
2019

2. MODELO DE TRANSPORTE DE SUPERFICIE PARA SEDIMENTOS DE
TAMAÑO MIXTO
RESUMEN:
Presentamos un modelo de transporte para sedimentos mixtos arena / grava.
Las tarifas de transporte fraccional se refieren a la distribución del tamaño de la
superficie de la cama, en lugar del subsuelo, lo que hace que el modelo sea
completamente explícito y capaz de predecir condiciones transitorias. El modelo
se ha desarrollado utilizando un nuevo conjunto de datos de 48 observaciones
acopladas de flujo, transporte y tamaño de grano de la superficie del lecho
utilizando cinco sedimentos diferentes.
El modelo incorpora una función de ocultación que resuelve las discrepancias
observadas entre las funciones de ocultación anteriores. El modelo utiliza el
tamaño completo.
La distribución de la superficie del lecho, incluida la arena, e incorpora un efecto
no lineal del contenido de arena en la tasa de transporte de grava no incluida en
modelos anteriores. El modelo comparte algunos elementos comunes con dos
modelos anteriores de transporte de superficie, pero difiere en el uso de la
totalidad la distribución del tamaño de la superficie y en que se desarrolla
directamente a partir de un conjunto de datos relativamente completo con una
medición inequívoca de tamaño de grano superficial en un rango de flujo,
velocidad de transporte y sedimentos.
INTRODUCCIÓN
El transporte de sedimentos de un lecho de tamaños mixtos depende de la
cantidad de cada tamaño de grano presente en la superficie de un lecho. En un
río de grava, el lecho a menudo se clasifica de tal manera que la composición de
la superficie es más gruesa que el sustrato. En conjunto, estas observaciones
definen un problema para la predicción de la tasa de transporte que no se ha
resuelto completamente, ya que casi todas las fórmulas de transporte de tamaño
mixto se han desarrollado en relación con el tamaño de grano del sustrato o
sedimento, en lugar de la superficie del lecho.
Un modelo de transporte referenciado al tamaño de grano del sustrato contiene
una dependencia implícita de la clasificación de la superficie que determina los
granos disponibles para el transporte. Debido a que la clasificación de la
superficie depende de factores no incluidos en un modelo de transporte, por
ejemplo, flujos anteriores y tasas de transporte, mecanismos de clasificación
vertical, un modelo de transporte basado en sustrato está claramente
incompleto. La variación no contabilizada en el tamaño de grano de la superficie
conducirá a un error en la tasa de transporte prevista.

3. Se aconseja comúnmente que los modelos de transporte se apliquen
únicamente bajo condiciones similares a aquellas para las cuales se desarrolló
el modelo. Para los sedimentos de tamaño mixto, se definen condiciones
similares en términos de la distribución del tamaño de los sedimentos y la
intensidad de la tasas de transporte (por ejemplo, la conocida fórmula de Meyer-
Peter y Muller a menudo se recomienda para tasas de transporte de grava de
bajas a moderadas). En el caso de modelos de transporte basados en sustratos,
podría esperarse (sin justificación explícita) que el tamaño de grano y la
intensidad de transporte similares se correlacionarán con una clasificación de
superficie similar y, por lo tanto, tasas de transporte similares.
Sin embargo, esta no es una solución satisfactoria ni general, ya que el tamaño
del grano de la superficie interactúa no solo con el flujo y la tasa de transporte,
sino que también depende de la historia del suministro de agua y sedimentos,
los cuales no están incluidos en un modelo de transporte. Más
fundamentalmente, el mecanismo de transporte subyacente, aunque complejo
en su detalle local, es una relación relativamente simple y evidentemente general
que vincula las fuerzas fluidas y los movimientos de grano. No conocemos
ninguna razón por la cual una relación gobernante adecuadamente formulada
entre la fuerza del fluido y la reacción de los sedimentos no debe aplicarse en
todas las condiciones. Es cuando el problema está mal planteado, como cuando
se predice el transporte desde el tamaño de grano a granel, que la variación no
controlada las condiciones iniciales y de frontera relevante impone una
variabilidad impredecible en la tasa de transporte.
Más allá de las consideraciones teóricas generales, una razón convincente para
un modelo de transporte basado en la superficie es que predice tasas de
transporte instantáneas, independientemente de las condiciones iniciales y de
frontera, y por lo tanto es capaz de predecir condiciones transitorias.
El Lecho de corriente no es típicamente en un estado estable en relación con el
suministro contemporáneo de agua y sedimentos. La tasa y la dirección de los
ajustes del lecho y las tasas de transporte que lo acompañan deben predecirse
en función de la composición de la superficie de la cama cambiante.
La principal barrera para el desarrollo de un modelo integral de transporte basado
en la superficie ha sido la falta de suficientes observaciones acopladas de flujo,
transporte y tamaño de grano de la superficie para desarrollar dicha relación. En
el campo, las observaciones de la composición de la superficie del lecho se
hacen generalmente durante el flujo bajo, cuando el lecho está inactivo.
Sabemos de una sola observación de superficie durante la actividad activa de
transporte (Andrews y Erman 1986). Hay algunas observaciones acopladas de
superficie / transporte de los tubos de laboratorio, donde es posible interrumpir
el transporte casi instantáneamente, de manera que la superficie del lecho
asociada con una tasa de transporte particular puede medirse. El número de
estas observaciones es relativamente pequeño y la mayoría de las muestras de

4. superficie se han recolectado aplicando un adhesivo a la superficie del lecho
(por ejemplo, Parker et al. 1982a; Proffitt y Sutherland 1983; Kuhnle 1989). La
corrección del sesgo de muestreo en relación con la base de tamaño utilizada
para el transporte ha sido controvertida (Ettema 1984; Church et al. 1987; Diplas
y Sutherland 1988; Fripp y Diplas 1993). Además, una muestra adhesiva de la
superficie del lecho tenderá a incluir granos tanto superficiales como sub
superficiales y es probable que la distribución de los granos sub superficiales sea
selectiva en cuanto al tamaño (Diplas y Fripp 1992; Marion y Fraccarollo 1997).
Una alternativa superior utiliza técnicas de conteo de puntos, que producen una
muestra que es equivalente a la utilizada para describir el transporte y que
muestrea de forma inequívoca solo la superficie (Kellerhals and Bray 1971;
Wilcock y McArdell 1993)
En este documento, desarrollamos un modelo de transporte basado en la
superficie para arena y grava mixtas. El modelo incorpora conceptos
encontrados en modelos de transporte anteriores basados en sustratos: una
función de ocultación (Einstein 1950; Egiazaroff 1965; Andrews y Parker 1987) y
un colapso de similitud sobre el tamaño de grano basado en un esfuerzo cortante
de referencia (Ashida y Michue 1971; Parker et al. 1982b). El desarrollo del
modelo es posible gracias a la disponibilidad de un nuevo conjunto de datos que
consta de 48 observaciones acopladas de flujo, transporte y tamaño de grano de
la superficie de la cama utilizando cinco sedimentos diferentes en un canal de
laboratorio (~Wilcock et al. 2001).
TIPO DE CANAL Y MODELOS DE TRANSPORTE
La distinción entre transporte de superficie y subsuelo resulta particularmente
claro en el caso de los experimentos con flume. En la medida en que la mayoría
de los modelos de transporte se basan en gran parte o en su totalidad en
experimentos con tubos, una descripción clara de esta distinción se vuelve
particularmente importante. El sedimento se introduce típicamente en un canal
de una de dos maneras. Puede alimentarse a una velocidad específica o los
sedimentos transportados fuera del canal pueden recircularse hacia el extremo
corriente arriba. Si bien las relaciones de equilibrio entre descarga, velocidad de
transporte e hidráulica son idénticas para cualquier tipo de canal cuando se
utiliza sedimento no dimensionado, el estado de equilibrio para sedimentos de
tamaño mixto puede diferir sustancialmente entre los dos casos (Parker y
Wilcock 1993).
Considere un experimento mental utilizando un sedimento de tamaño mixto
ampliamente graduado en un canal que pueda operarse en cualquier alimento o
modo de recirculación. Para el caso de recirculación, se impone un flujo que
produce una tasa de transporte activa pero moderada. Podemos esperar que el
tamaño del grano del transporte sea más fino que el de la mezcla a granel; la

5. diferencia entre el transporte y el tamaño del grano de la cama disminuye a
medida que aumenta el flujo y la velocidad de transporte;( Wilcock y McArdell
1993; Wilcock 2001). Ahora, utilizando el mismo flujo y tasa de transporte, la
operación del canal se cambia de recirculación a alimentar. El tamaño de grano
del sedimento de alimentación debe ser especificado. Si el tamaño de grano de
alimentación es idéntico al del transporte en el primer experimento, se
mantendrán las mismas condiciones de equilibrio. Sin embargo, si el tamaño del
grano de alimentación es idéntico al del lecho (como suele ser el caso en los
experimentos de alimentación), el sistema alcanzará un nuevo equilibrio. La
pendiente del lecho será algo mayor y la superficie del lecho será más gruesa
porque la misma descarga ahora debe llevar un transporte relativamente más
grueso, que se logra principalmente al aumentar el número de granos gruesos
en la superficie de la cama. (Parker y Klingeman 1982).
Si se utilizaron los resultados de estos dos experimentos de canal para
desarrollar un modelo de transporte referido a la composición en masa del
sedimento, se hace evidente una importante discrepancia. La tasa de transporte
es la misma en ambos casos, al igual que la descarga de agua, pero el tamaño
del grano de transporte es diferente. Parte de la diferencia entre los dos casos
puede deberse a una mayor tensión en el lecho en el caso de la alimentación,
pero la razón principal de la diferencia en el transporte, la diferencia en la
composición de la superficie del lecho, no está incluida en el modelo. El modelo
está incompleto: la misma distribución de tamaño de lecho está asociada con
más de una distribución de tamaño de transporte. Al hacer referencia a las tasas
de transporte a la composición de la superficie del lecho, las diferencias entre las
dos corridas son completamente descrito los dos casos representan diferentes
condiciones de equilibrio que corresponden a diferentes condiciones de frontera;
La interacción flujo / lecho / transporte en cada caso se representa por el
esfuerzo del lecho, la tasa de transporte y el tamaño de grano del transporte y la
superficie del lecho. Un modelo de transporte general requiere todos estos
elementos. Los modelos de transporte empíricos basados en granel o tamaño
de grano de sustrato en una relación implícita entre el sustrato y las
distribuciones de tamaño de grano de superficie y deben usarse con precaución.
MODELOS ANTERIORES
Dos modelos anteriores de transporte de superficie se definieron como proffitt, y
Sutherland (1983) desarrolló un modelo basado en los experimentos de blindaje
de Proffitt (1980), que incluía mediciones de cera fundida de la superficie del
lecho antes y después de los blindajes con cuatro sedimentos mixtos de arena /
grava. Parker (1990) desarrolló un modelo basado en los conocidos datos de
Oak Creek de Milhous (1973). En este caso, solo se disponía de una distribución
de tamaño de superficie de un lecho único, lo que llevó a Parker a transformar

6. un sustrato basado en modelo de transporte utilizando la distribución de tamaño
de superficie disponible.
Una limitación del modelo de Oak Creek es que se define en relación con solo
aquellos tamaños más gruesos que 2 mm. Wilcock et al. ( 2001) han demostrado
que el contenido de arena del lecho tiene un efecto importante y no lineal en la
tasa de transporte de grava; este efecto no puede ser capturado en el modelo de
Oak Creek.
Parker y Sutherland (1990) proporcionan un resumen de los dos modelos
anteriores de transporte basados en la superficie. El modelo de transporte
desarrollado aquí se comparará con estos dos modelos en una secciónposterior.
OBSERVACIONES DE TRANSPORTE DE SUPERFICIE
El modelo de transporte se desarrolla a partir de observaciones acopladas de
flujo, transporte y tamaño de grano de la superficie del lecho en un canal de
laboratorio. Los métodos utilizados y un análisis de los resultados están descritos
por Wilcock et al. (2001) y se resumen aquí. El conjunto completo de datos se
puede descargar desde un sitio web de archivo.
Se prepararon cinco sedimentos experimentales agregando diferentes
cantidades de arena a una mezcla de grava (Fig. 1). La grava varió en tamaño
de 2.0 a 64 mm, la arena de 0.5 a 2.0 mm.
La proporción de arena en la mezcla se varió de 6.2 a 34.3%. Cuatro de los
sedimentos fueron nombrados de acuerdo con el contenido de arena objetivo,
de manera que el nombre del sedimento y el contenido de arena real fueron J06
(6.2%, J14, 14.9%, J2 20.6%, y J27 27%). Estas mezclas de sedimentos se
extrajeron de un sedimento BOMC (Bed of Many Colors) utilizado previamente;
(Wilcock y McArdell 1993) que contenía 34,3% de arena. Aproximadamente la
mitad de la arena en BOMC está en el rango de 0.21 a 0.5 mm, lo que hace que
su tamaño de arena sea aproximadamente la mitad del de la serie actual (Fig. 1)
Utilizamos observaciones de nueve o diez carreras experimentales con cada
sedimento la profundidad del flujo se mantuvo dentro de un rango estrecho para
todos el canal corre, con un mínimo de 0.09m y un máximo de 0.12m y el 85%
de las carreras oscilan entre 0,10 y 0,11m. Tarifas de transporte con cada mezcla
varió en al menos cuatro órdenes de magnitud con una mínimo de a lo sumo
1.831025 kg m21 s 21 y un máximo de al menos 1.231021 kg m21 s 21.
El transporte de los granos más gruesos se produjo exclusivamente como carga
del lecho, como fue el caso de las fracciones más finas (arena) a pequeñas tasas
de transporte. A mayores tasas de transporte, una parte de la arena siguió
trayectorias bajas que rara vez excedían la elevación de las partes superiores de

7. los clastos de grava más gruesos en la superficie del lecho. Aunque las porciones
de las trayectorias de arena eran probables influenciados por la turbulencia,
encontramos que cualquier distinción entre carga de lecho y carga suspendida
no es aparente ni útil para un campo de transporte complejo y de tamaño mixto
de arena y grava de mediana a gruesa y encontramos que el término "carga de
material de lecho" es más apropiado.
Los experimentos se realizaron en un flujo de laboratorio inclinarle. Las
dimensiones de la sección de trabajo son de 0,6 m de flujo cruzado por 8,0 m de
flujo descendente en el que tanto el agua como el sedimento fueron recirculados.
Los granos más gruesos que 16 mm fueron recirculados manualmente, lo que
permitió un muestreo casi continuo a lo largo de una corrida. Las tasas de
transporte totales de las fracciones más finas se tomaron muestras
volumétricamente con un rápido retorno al canal y las muestras recogidas al final
de la serie se utilizaron para determinar el tamaño del grano.
Estas muestras se pueden correlacionar con la superficie del lecho que queda al
final de la ejecución. La duración de la muestra se limitó para evitar interferir con
la interacción flujo / lecho / transporte en el canal de recirculación de sedimentos,
produciendo cierta dispersiónen las tasas de transporte medidas. ¡Dispersiónen
las tasas de transporte totales, que se muestrearon volumétricamente con
retorno inmediato, lo que permite un período de muestra más largo! es más
pequeño que para las tasas de transporte fraccionarias, que requirieron la
eliminación de una pequeña cantidad de sedimento transportado del sistema

8. para el tamizado. Algunas dispersiones en las tasas de transporte para los
granos más gruesos también pueden atribuirse a las tasas de transporte muy
pequeñas en algunas corridas, con una muestra que a veces consiste solo en
unos pocos granos en el transcurso de una corrida. Las tarifas de transporte
fraccional se calculan como qbi (pi), qb, donde pi es la proporción de cada
fracción en el transporte y qb es la tasa de transporte total.
Se realizaron una serie de mediciones hidráulicas durante cada ejecución,
incluida la descarga de agua, la velocidad de la superficie y la elevación de la
superficie del agua y del lecho a lo largo del canal. La tensión de cizallamiento
de la cama se corrigió por los efectos de la pared lateral, siguiendo el método de
Vanoni y Brooks ~ 1957 !, modificado por Chiew y Parker ~ 1994 !. Las muestras
de transporte se recolectaron para condiciones de estado estable definidas por
una media estable en la tasa de transporte y la distribución de tamaños.
Cada tamaño de grano en el sedimento se pintó de un color diferente, ¡Wilcock
y McArdell 1993! Se utilizaron fracciones estándar de 1 / 2f para definir fracciones
de todos los tamaños más gruesas que 1 mm; los granos en el rango de 0.5–1.0
mm se agruparon en una fracción. El tamaño de grano la distribución de la
superficie del lecho se midió proyectando fotografías del lecho en una cuadrícula
y calculando el color del grano, por lo tanto, (el tamaño) cayendo en las
intersecciones de la red. Cada fotografía cubrió una sección de cama de
0.2030.27 m, de manera que dos fotografías adyacentes proporcionaron una
cobertura continua de 40 cm. Individual Los granos fueron identificables para
todas las fracciones. Los 10 cm restantes a cada lado del canal no fueron
fotografiados. Se realizaron recuentos de puntos para el flujo descendente a 4 m
del canal y un recuento de puntos consistió típicamente en 3,920 puntos (cf.,
Rice and Church 1996). Este gran número de puntos se utilizó para estimar la
proporción Fi de cada fracción de tamaño en la superficie del lecho. Se ha
demostrado que el método de número de cuadrícula utilizado aquí para
determinar la distribución de la superficie del lecho de la superficie del lecho es
equivalente al método de peso volumen comúnmente utilizado en el muestreo
masivo y análisis de tamices (Kellerhals y Bray 1971; Iglesia et al. 1987). Sobre
la base de un análisis previo de los recuentos de puntos replicados y una
comparación entre los lechos en masa y en capas, sugerimos que una
estimación conservadora del error en la medición de Fi es del 630%. Por ejemplo,
para un Fi50.1 observado, es probable que el valor real disminuya. Dentro de
0.07 y 0.13. El error real en la mayoría de los casos debería ser
considerablemente menor. (Wilcock y McArdell 1993).

9. AJUSTES DEL LECHO
El modelo de transporte desarrollado aquí se define en relación con la distribución
del tamaño de los granos disponibles para el transporte en la superficie del lecho.
Algunas descripciones de la composición de la superficie observada durante las
corridas ayudan a interpretar las tasas de transporte que modelamos.
La Fig. 2 resume los ajustes principales de la superficie de la cama a lo largo del
canal.
En general, la variación de la superficie del lecho de corrida a corrida fue mucho
menor que la variación de sedimento a sedimento.
Los valores dados en la Fig. 2 son promedios para la superficie del lecho al final
de todas las corridas con un sedimento particular.
Para todos menos el sedimento más arenoso (BOMC) el contenido de arena de
la superficie del lecho era más pequeño que el del sedimento a granel y el
sustrato Fig. 2 (a) 1.
La reducción en el contenido de arena para los sedimentos menos arenosos.
J06 y J14. Fue particularmente importante, con un contenido final de arena en
la superficie de 0.1 y 1.3%, respectivamente. En estos casos, casi toda la arena
inicialmente en la superficie del lecho se abrió camino en el subsuelo a lo largo
de la carrera.
Esta reducción de finos en la superficie del lecho también es evidente en los
valores percentiles de gran tamaño [fig. 2 (b)]. Los valores de Do (el 90% de la

10. distribución de tamaños más finos) son relativamente estables en todos los
sedimentos, mientras que D muestra un aumento en el tamaño de gramos desde
el volumen hasta la superficie para todos los sedimentos, excepto los de arena.
El tamaño mediano de la superficie Ds muestra un grosor de los sedimentos
menos arenosos y una fina para el sedimento más arenoso (Fig. 2b). Una
observación que tendrá una relación directa con el modelo de transporte
desarrollado aquí.
EL MODELO:
El modelo de transporte se desarrolla utilizando un colapso de similitud sobre la
tasa de transporte fraccional, tal como se usa con éxito para modelos empíricos
basados en subscripción.
La forma del colapso de similitud es
Valores donde T = esfuerzo de corte del lecho. 7, (el parámetro de similitud) =
valor de referencia de T. y W, = definido por:
Donde:
 s = relación del sedimento a la densidad del agua.
 g = gravedad.
 qbi = tasa de transporte volumétrico por unidad de ancho de tamaño i.
 F = proporción del tamaño i en la superficie del lecho
 u = velocidad de corte

 p = densidad del agua.

11. TENSIÓN DE CORTE
Por referencia La tensión de corte por referencia Ƭ 𝑟𝑖. Se define como el valor de
Ƭ en el que Wi* es igual a un valor de referencia pequeño Wr* = 0.002.
Los valores de Ƭ se determinaron a ojo en parcelas de tasa de transporte
fraccional escalada q / F, para cada fracción. En 47 de los 64 casos, las
observaciones de transporte fraccional extendidas tanto arriba como debajo de
W y Ƭ se determinaron por interpolación.
En 11 de los casos restantes, la observación de transporte más pequeña cayó
dentro de un orden de magnitud W y requirió una extrapolación mínima. Seis
casos requirieron extrapolación en más de un orden de magnitud en W
principalmente para los dos tamaños más grandes.
Se otorgó el mayor peso al elegir las observaciones de transporte en las
cercanías de W, preservando así una interpretación de Ƭ como sustituto de la
crítica fraccional.
Tensión cortante Ƭ En casos que requieran extrapolación; o donde los datos de
transporte estaban más dispersos, se dio mayor peso a la tendencia general de
los datos de transporte fraccional, en cuyo caso, se usó una relación similar a la
curva de transporte final para ayudar en la elección de t.
El ajuste se realizó a simple vista porque el procedimiento es multiparte, implica
funciones fuertemente no lineales, y las soluciones optimizadas para Ƭ tienden a
ser fuertemente influenciadas por valores atípicos y lo son, para la víspera.
El ajuste inferior por ojo también facilita la asignación de pesos diferentes a
puntos de dará individuales de acuerdo con la dispersión en las tendencias
individuales y la necesidad de extrapolarlos para proporcionar límites en
tendencias individuales ajustado.
Aquí se presentan como barras de error los yales más pequeños y más finos de
r, que podrían ajustarse razonablemente a los datos de transporte y transporte
que se registraron.

12. Fig. 3. Tensión cortante de referenciaƬ, para cada fracción de tamaño. Las
barras de error representan una estimación conservadora del mayor y menor
valor consistente con las observaciones de transporte. También se muestran los
valores interpolados en D promedio para cada sedimento. Curva de escudos
para sedimentos sin tamaño se muestra para la comparación.
La ajustada se da en la Fig. 3. Es evidente una variación significativa en las
tendencias de las diferentes mezclas. La mezcla con la menor cantidad de arena
(J06) muestra la variación más pequeña de Ƭ con el tamaño del grano.
La variación de Ƭ con el tamaño de grano aumenta con el contenido de arena de
la mezcla. La mezcla más arenosa (BOMC) muestra un aumento continuo deƬ,
con valores D deƬ, el valor de T correspondiente al tamaño medio de la superficie
D del lecho también se muestra en la Fig. 3. La tendencia r, para cada mezcla,
muestra una ruptura m pendiente cerca de D, donde la variación deƬ, con D, es
mucho menor para tamaños más pequeños que el parámetro D)
FUNCIÓN DE OCULTACIÓN:
Un modelo general para Ƭ requiere un colapso consistente, lo que lleva una única
relación predictiva. Los valores de Ƭ se escalan por Ƭ para cada mezcla y el
lapso trazado en las cinco tendencias es bastante bueno y notable por el hecho
de que existen tendencias sin dimensiones únicas con una amplia gama de
contenido de arena.
La tendencia en la Fig. 4 claramente tiene dos segmentos lineales, lo que
sugiere que puede ser representada por la función.
Valores mostrados en la Fig. 4(b) son 0.12 para D, D <y b 0.67 para D, D 1. Una
tendencia lineal de dos piezas se desvía un poco de los datos en el rango 1 <D,
D 3, y una variación suave en b proporciona una mejor ajuste También se
muestra en la Fig. 4 la ecuación (3) usando el exponente:
Lo que proporciona un ajuste satisfactorio a los datos. Las ecuaciones (3) y (4)
representan una función de ocultación análoga a la utilizada en modelos de
transporte de tamaño mixto, en que actúa para aumentar 7, (reduciendo las
tasas de transporte calculadas) para fracciones más finas y reduciendo Ƭ

13. aumentando las tasas de transporte calculadas) para fracciones más gruesas,
en relación con los valores deƬ, para sedimentos de un solo tamaño, como se
indica aproximadamente por la línea 1:1 en la Fig. 4.
Fig. 4. Tensión de corte de referencia para cada fracción de tamaño, escalada
por la tensión de corte de referencia para cada superficie del lecho D de tamaño
de fracción m como función D, escalada por D, la tendencia es claramente
diferente para D, D mayor o menor que uno y se puede ajustar utilizando la
ecuación (3) utilizando dos segmentos lineales de registro o con un exponente
continuamente variable [Eq (4))
La tendencia de dos partes a la función de ocultación en la Fig. 4 arroja luz sobre
un problema no resuelto al modelar el movimiento incipiente de sedimentos de
tamaño mixto. Algunos han observado que la variación de Ƭ con el tamaño del
grano tiende a ser relativamente pequeña, lo que corresponde a un valor de b
cercano a 0, mientras que otros han encontrado una dependencia de tamaño
mucho mayor en Ƭ , con valores de b que exceden 0.5
En general, se han reportado pequeños valores de b para lechos de grava con
un contenido de finos pequeños, mientras que se han reportado valores mayores
de b para las gravas.
La tendencia en la figura 4 ayuda a explicar esta diferencia, cuando se combinan
con nuestras observaciones de la variación en Dsn de la mezcla de la mezcla
El tamaño medio de grano de la superficie D es relativamente grueso en las
mezclas menos arenosas y mucho más fino en las mezclas más lijadas [Fig. 2
(b /]
Esta es una función no solo del aumento total de arena en el error de volumen,
sino también de la clasificación selectiva entre la superficie y el sustrato compare
la superficie y la D en la figura 2 ( El bulto D disminuyó en un factor de 2.5 a lo
largo de las cinco mezclas, mientras que D fue liberado por un factor de 6.4 más

14. estropeado, con un valor relativamente mayor de ø 1 tendrá más fracciones que
caen en la extremidad superior empinada de la regla de la guarnición (BOMC en
la Fig. 4). La entrada con una L esencialmente larga D tendrá más fracciones
que caen en la extremidad inferior del borde de la función de ocultación (J06 y
114 en la Fie 4).
Un modelo completo requiere una base para predecir Ƭ Los valores de las cinco
mezclas experimentales (determinadas directamente a partir de la Fig. 3) se
trazan como el número de:
Frente al porcentaje de arena o la superficie F del lecho en la Fig. 5. Se ajusta
una curva suave a los datos.
Fig. 5. Variación del número de escudos para el esfuerzo cortante de referencia
en Dm, en función del contenido de arena en la superficie. También se muestran
los mismos valores de Ƭ representados en función del contenido de arena en el
sedimento a granel.
El valor de Ƭ disminuye de 0.036 a 0.021 sobre el rango en F Basado en un
análisis de laboratorio adicional y datos de transporte de campo, es probable que
la tendencia en la Fig. 5 no disminuya aún más con una F mayor. También se
muestran en la Fig. 5 los mismos valores de Ƭ representados en función del
porcentaje de arena en el sedimento a granel.
Esta tendencia muestra que la disminución se produce en un rango en el
contenido de arena de aproximadamente 15-25% o, que corresponde a la
transición de un lecho de grava con soporte de marco a un lecho de grava con
soporte de matriz. Proporcionando una explicación física para el cambio en el
comportamiento que se muestra en la Fig. 5

15. La reducción de con el contenido de arena representa un importante punto de
partida entre el modelo actual y los modelos anteriores, ya que representa una
relación directa entre el contenido del sistema y la tasa de transporte. A medida
que aumenta la concentración de arena en Ƭ, en todos los tamaños se reducen
las ecuaciones. (6 y 3 por sus tasas de transporte en aumento). Este efecto del
contenido de arena en la tasa de transporte se observó en forma inmediata en el
trabajo de Jackson y Beschta (1984) e Ikeda e Iseva (1988) y se demuestra
claramente por los resultados fueron utilizados para desarrollar el modelo actual,
que fueron diseñados para demostrar explícitamente el efecto del contenido de
arena en la tasa de transporte.
LA FUNCIÓN DE TRANSPORTE
W se traza como una función de t /Ƭ para todas las fracciones de tamaño y
ejecuciones experimentales (Fig. 6. N = 450). Aunque hay cierta dispersión en
los datos, la tendencia es clara. La función ajustada a las observaciones de
transporte es
Donde
Esta función se seleccionó para preservar parte de la forma de la función de
transporte anterior de Parker (1990), incluido el enfoque asintótico de W a una
constante a grandes valores de ø.
RESIDUOS
Los residuos se calculan como la relación de predicción a observada II para
todas las fracciones y todas las ejecuciones Fig. 7 (a)]. Hay algo de insuficiencia
en la r / T más pequeña, y la mediana y los residuos medios son 1.2. Indicando
algún sesgo., cuando se produce principalmente sobre el raud, 1.3, 5.6 o de los
residuos se encuentran dentro de un factor de dos de la mayoría de los auditores
87.0 o en un factor de cinco. Parte de la dispersiónen las predicciones se puede
ver en las muestras de transporte relativamente cortas que se recopilan durante
el tiempo.
Con el fin de minimizar la interrupción del sistema de transporte (Wilcock et al.
2001).
Hay un pequeño sesgo consistente en los residuos con el tamaño de grano,
aunque hay una ligera tendencia a que el transporte de las dos fracciones más
gruesas no sea predecible [Fig. 7 (b)].

16. APLICACIÓN
Eq. (3). (6). Y (7) definir el modelo de transporte de superficie.
La aplicación directa requiere la especificación y la distribución del tamaño de la
superficie (F D) a partir de la cual se calculan las tasas de transporte
fraccionarias. Dm se determina a partir de F, y tm se encuentra a partir de Eq
(6). Utilizando la Ec. (5) Los valores de, se encuentran en la Ec. (3). utilizando
la Ec. (4). Los valores de d se calculan para cada D, y las tasas de transporte
fraccional se encuentran a partir de la ecuación. (7). utilizando la ecuación (2).
Un modelo basado en superficie también se puede utilizar en una aplicación
inversa. En la que la distribución del tamaño de la superficie (FD, por sus siglas
en inglés) se encuentra como una función de una velocidad de transporte
especificada en este caso. La distribución del tamaño de transporte (p, D) se
especifica junto con eitlier o la tasa de transporte total qs.
Una solución del problema es iterativa utilizando un enfoque descrito por Parker
1990) o por Parker y Wilcock (1993). La variabilidad espacial del tamaño de
grano de la superficie en el campo presenta un problema difícil para el transporte
aéreo. La función de transporte depende en gran medida del tamaño del grano
a través de la Oculta la función y es fuertemente no lineal.

17. Fig. 7. Residuos entre el modelo ajustado y el transporte medido. (a) Residuos
en función de la tensión de corte escalada, por tamaño de grano. (b) Residuos
en función del tamaño de grano: el cuadrado da la residual mediana, las barras
de error indican los percentiles 90 y 10 de los residuos.
En aplicación común, la especificación de F, es una materia no trivial, el tamaño
de grano de la superficie se puede muestrear a caudales bajos, pero a caudales
más altos que producen un transporte sustancial. Las mediciones de la cama
son prohibitivamente difíciles y peligrosas.
Hay algunos indicios de que el tamaño de grano de la superficie puede variar
hasta el punto de vista del caudal en muchos ríos de lecho de grava (Andrews y
Erman 1986: Wilcock 2001).
Sugiriendo que se puede usar una observación de superficie en flujo bajo para
aproximar la superficie del lecho en flujos grandes. El apoyo a esta conclusión
se encuentra en la variación relativamente pequeña en el tamaño de la superficie
observada en los Experimentos utilizados aquí. Que cubría una amplia gama de
tasas de transporte (Wilcock et al. 2001).
Estos experimentos se realizaron en canal de recirculación de sedimentos. Para
el cual el tamaño de grano de transporte aumenta con T. como se encuentra
típicamente en los ríos de lecho de granel [canales de alimentación de

18. sedimentos. Para lo cual el tamaño de grano de transporte se mantiene
típicamente en un rango constante de flujos.
Proporcionar una simulación menos realista de los ajustes de la superficie del
lecho con el flujo (Parker y Wilcock 1993: Wilcock 2001)].
Sin embargo la observación directa de un tamaño de grano de superficie
persistente en el campo se limita a una sola observación a intensidad de
transporte moderada (Andrews y Eman 1986) y otros han sugerido que las capas
de armadura pueden llegar a ser progresivamente más finas a medida que
aumenta el flujo (por ejemplo, Parker y Klingeinan 1982)
La aplicación directa de un modelo de transporte basado en la superficie que
puede hacer un modelo computacional, para el cual la composición de la
superficie es una cuestión de especificación más que de medición. En este
contexto, un modelo basado en la superficie es particularmente útil para
examinar los escenarios de ajustes de lecho y canal a los cambios en el
suministro de agua y sedimentos.
Fig. 8, Comparación del modelo de transporte basado en superficie con los
modelos anteriores de Proffitt y Sutherland (1983, "Canterbury) y Parker (1990;"
Oak Creek). (a) Funciones de transporte: la función de transporte de pintura
utilizada en el modelo de Canterbury, la función de transporte de Parker utilizada
en el modelo de Oak Creek y la Ec. (7) ("Hopkins). (B) Igual que (a), excepto

19. que los valores para la función de Paintal se han reducido utilizando el parámetro
A definido por Proffitt y Sutherland (1983) y los valores para la función Oak Creek
se han reducido utilizando parámetro de esfuerzo o, que se calcula para una
desviación estándar de phi o funciones utilizadas en tres modelos. -1.0 y c 1.5
(c) Funciones de ocultamiento utilizadas en tres modelos.
COMPARACIÓN CON MODELOS DE TRANSPORTE ANTERIORES:
El modelo de transporte basado en superficie desarrollado aquí se compara con
los modelos de Canterbury (Proffitt y Sutherland 1983) y Oak Creek (Parker
1990) en la Fig. 8.
Los detalles sobre estos modelos se pueden encontrar en las publicaciones
originales y en un resumen de ambos. Parker y Sutherland (1990) dan el modelo.
El modelo de Canterbury se basa en la función de transporte de Paintal (1971),
que puede expresarse como una relación entre Wd y TT si T = 0.03. Proffitt y
Sutherland introdujeron un parámetro A, que depende de T0 y se usa (Ar ") como
argumento en el Paintal modelo.
El modelo de transporte de Paintal se muestra en la Fig. 8 (a) y los valores
correspondientes de W calculados utilizando (Ar) se muestran en la Fig. 8 (b). El
modelo de Oak Creek utiliza una función de transporte casi idéntica a la de
Parker et al. (1982b).
En el desarrollo de la forma superficial de este modelo. Parker (19901 introdujo
un Parámetro de filtrado que depende de la desviación estándar del tamaño de
grano medido en unidades).
La función de transporte de Parker se muestra en la figura 8 y los valores
correspondientes de W se calculan usando (oT / T), como el documento en la
relación de Parker se muestra en la figura 8 (b). Se muestran dos tendencias de
Oak Creek, correspondientes a o calculadas para o = 1.0 y o-1.5, valores que
abarcan el rango de muchos ríos de lecho de grava, por ejemplo, o. 1.17 para
la superficie y o = 1.5 para el sustrato de Oak Creek.
Cuando la distribución de tamaño se censura a 2 mm, como lo hizo Parker (1990)
| Puede verse que la similitud entre la Ec. (7) (denominado modelo Hopkins) y
las funciones de transporte de Paintal y Parker aumentan notablemente cuando
estas últimas funciones de transporte se modifican por los parámetros
introducidos en los modelos de Canterbury y Oak Creek.
La función de transporte de Hopkins no contiene parámetros adicionales y la
tendencia idéntica se representa en las Figs. 8 (a y b)
Proffitt y Sutherland (1983) desarrollaron una función de ocultamiento para sus
mediciones de laboratorio al examinar la proporción de la tasa de transporte

20. observada y predicha. Parker (1990) desarrolló una función de ocultamiento
utilizando un colapso de similitud similar al que se usa aquí. Estas funciones de
ocultación se comparan en la Fig. 8 (c) con la función de ocultación desarrollada
en este documento.
Porque cada función de ocultación está definida de manera algo diferente. Y la
función de ocultación de Canterbury tiene una débil dependencia de r. No es
posible realizar una comparación entre ellos, aunque la variación relativa en las
tendencias para diferentes condiciones es muy pequeña.
La función de ocultación de Canterbury se multiplica por T, dando valores más
grandes para tamaños pequeños y valores más pequeños para tamaños
grandes. Las funciones de ocultación de Oak Creek y Hopkins reducen T, para
tamaños más pequeños y aumentan T, para tamaños más grandes. Para la
comparabilidad. La inversa de las funciones de ocultación de Oak Creek y
Hopkins se representa en la Fig. 8 (c). Los tres se representan como la
proporción de la función de ocultación para cada fracción.
Dividido por su valor en D La función de ocultación de Oak Creek tiene una
extensión limitada para tamaños más finos. un resultado de la censura de arena
de la distribución de tamaño. Las funciones de ocultación de Canterbury y
Hopkins muestran una variación más fuerte con un tamaño de gran tamaño
relativo que el modelo de Oak Creek [Fig. 8 (c) | particularmente para tamaños
más gruesos que D Las funciones de Canterbury y Hopkins se basan en las
observaciones de la superficie para una variedad de condiciones de transporte.
Mientras que la función de ocultación de Oak Creek se ha desarrollado a partir
de una única distribución de tamaño de superficie. Sugiriendo que las diferentes
tendencias para carneros relativamente finos y gruesos son reales La función de
ocultación de Hopkins tiene valores similares a la función de ocultación de Oak
Creek para tamaños más pequeños y la terminación de ocultación de Hopkins
es similar. Pero más empinada. Disminuir para atar la terminación de la boca
de Canterbury.
Los cálculos de transporte representativos que usan los tres modelos se
muestran en la Fig. 9 para un sedimento de tamaño mixto con F. = 0.15 y una
distribución aproximadamente uniforme entre 2.83 y 64 mm. Los cálculos se
realizan con y sin arena para el modelo de Canterbury y Hopkins.
Para permitir una relación directa con el modelo de Oak Creek, el transporte se
representa como la tasa de transferencia fraccionada escalada qs F, en función
de D. que proporciona una clara ilustración de las diferencias en las tasas de
transporte calculadas (Wilcock y Southard 1989).

21. Las diferencias entre los medios de transporte calculados son mayores en
valores pequeños de T, donde las tasas de transporte para los fraudes gruesos
disminuyen rápidamente en los modelos de Canterbury y Hopkins.
En el modelo de Oak Creek. La disminución en la tasa de transporte con D, es
constante para todos los tamaños y es similar a los modelos Canterbury y
Hopkins para tamaños más finos. Los modelos de Hopkins y Canterbury dan
tasas de transporte similares en esta ilustración, aunque para otros sedimentos,
el modelo de Canterbury predice tasas de transporte mayores para las fracciones
más finas. Las estimaciones sin arena para el modelo de Hopkins se acercan a
los valores de Oak Creek y el modelo de Canterbury ofrece un transporte mucho
más grande. Los cálculos con arena tienden a producir un aumento sustancial,
ayuda en la tasa de transporte de granos más finos, particularmente para el
modelo de Hopkins, resultado de la dependencia de T en F.
Las tasas de transporte calculadas tienden a converger a una tendencia común
a medida que T aumenta [Higo. 9 (b)]. Los modelos de Hopkins y Canterbury
producen un transporte selectivo mucho más fuerte de la mitad más fina de la
distribución del tamaño de la superficie y mayores tasas de transporte.
Particularmente en T más pequeña y para sedimentos con F más grande.
CONCLUSIONES
El transporte producido desde un lecho de tamaños de grano mixto depende de
la población de granos inmediatamente disponible en la superficie del lecho. Un
modelo de transporte correctamente formulado y completamente explícito debe
estar referenciado a la superficie del lecho: los modelos de sustrato incluyen una
dependencia implícita indefinida en la clasificación de la superficie.
Que depende de la historia del suministro de agua y sedimentos. Un modelo de
transporte basado en la superficie es capaz de predecir condiciones transitorias
de blindaje del lecho, socavación y degradación.
Presentamos aquí un modelo de transporte de superficie para sedimentos de
arena mixta de nivel. El desarrollo del modelo es posible gracias a la
disponibilidad de un nuevo conjunto de datos que proporciona observaciones de
flujo acopladas. Transporte, y tamaño de grano de la superficie en 48 canales
con cinco mezclas diferentes de sedimentos de arena y grava. Este es el primer
registro relativamente completo de observaciones de transporte basadas en la
superficie con una medición rigurosa del tamaño de grano de la superficie para
un rango de sedimentos, flujo, y la tasa de transporte. El modelo utiliza la
distribución de tamaño completo de la cama, a diferencia de un modelo anterior
que requiere que la distribución de tamaño de surtido sea censurada a 2 mm.
La incorporación de la fracción de arena no solo proporciona una descripción
más completa de las fresas de interacción de la superficie del lecho de

22. transporte, lo que permite la incorporación de un efecto no lineal previamente no
modelado del contenido de arena en las tasas de transporte de grava. El modelo
incorpora una función de eliminación de huecos que reduce la movilidad.
De tamaños más pequeños y aumenta la movilidad de tamaños de conocer en
relación con el caso de tamaño grande.
La función de ocultación proporciona la variación de la tensión de corte de
referencia (un sustituto de la tensión de corte crítica) en función del tamaño de
la fracción en relación con el tamaño medio de la superficie del lecho.
La función tiene dos extremidades distintas que corresponden a fracciones
relativamente finas y relativamente gruesas. Los sedimentos arenosos tienden
a tener un tamaño de grano de superficie mediana relativamente pequeño.
De tal manera que la mayoría de las fracciones caen en la extremidad empinada
para tamaños más gruesos. Los sedimentos con poca arena tienden a tener un
tamaño de grano de superficie mediana relativamente grueso.
De tal manera que la mayoría de las fracciones caen sobre la extremidad suave
para tamaños más finos. La función de ocultación en dos partes. Combinado
con la influencia del tamaño mediano de la superficie en la función de
ocultamiento definida para los sedimentos individuales. Proporciona una
explicación de las discrepancias aparentes entre las funciones de ocultación
previamente informadas Los elementos del modelo de transporte basado en
superficie desarrollado aquí son similares a los de dos modelos definidos
previamente.

23. Fig. 9. Ejemplo de cálculos utilizando tres modelos de transporte basados en la
superficie. El sedimento utilizado tiene una distribución de tamaño de superficie
con 15% de arena y una distribución de tamaño aproximadamente uniforme entre
2.83 y 64 mm. Los cálculos con los modelos de Canterbury y Hopkins se realizan
con y sin arena. (a) T especificada para dar 0035. (b) T especificada para dar
T0.1

24. COMENTARIO
Es conveniente, antes de iniciar el análisis de los procesos físicos relacionados
con la hidráulica Fluvial y el transporte de sedimentos, realizar un análisis
dimensional con el objeto de identificar los principales parámetros
adimensionales que gobiernan los fenómenos de interacción entre el flujo y el
lecho móvil o entre el flujo y las partículas de sedimento.
Los parámetros que caracterizan el sedimento son su densidad, _s, y su
distribución de tamaños o curva granulométrica. Para caracterizar la curva
granulométrica puede utilizarse algún diámetro característico, Ds, y
adicionalmente la desviación estándar geométrica.
El perfil longitudinal de un cauce natural determina su pendiente, la cual es una
de las variables principales que determina la respuesta morfológica del cauce.
La mayoría de los ríos tienen un perfil cóncavo, es decir, la pendiente del cauce
disminuye hacia aguas abajo.
La forma del perfil longitudinal del cauce es el resultado de un numero de factores
independientes, los cuales representan un balance entre la capacidad de
transporte del cauce y el tamaño y cantidad de sedimentos disponibles para ser
transportados.
Se sabe que el flujo de agua sobre sedimento no cohesivo conduce a la
formación de una gran variedad de ondas sedimentarias, genéricamente
denominadas formas de fondo. Estas formas de fondo corresponden a
estructuras de geometría bien definida que presentan una periodicidad espacial
característica. La interacción entre el flujo y las ondas sedimentarias determina
la resistencia Hidráulica y también en gran medida la tasa de transporte de
sedimentos.
El concepto de arrastre incipiente de sedimentos puede definirse como la
condición hidráulica asociada al umbral de movimiento de las partículas del
lecho. Es la condición hidráulica límite para la cual se inicia el trasporte sólido.
Como condición hidráulica se entiende el valor de una variable o conjunto de
variables que describen las características del flujo, por ejemplo la velocidad
media del flujo, la velocidad de corte, la altura de escurrimiento, etc.
Si las condiciones de escurrimiento en un canal aluvial superan la condición
umbral de arrastre entonces el fluido es capaz de inducir el transporte
generalizado del sedimento del lecho. Este transporte se puede clasificar en, al
menos, dos modos: transporte de fondo y transporte en suspensión. En forma
general puede definirse el transporte de fondo como aquel durante el cual las
partículas de sedimento transportadas por el flujo se mantienen en frecuente
contacto con el lecho.
Desde el punto de vista ingenieril, interesa determinar la tasa de transporte de
sedimento, medida en volumen por unidad de tiempo o peso seco por unidad de
tiempo, que atraviesa una determinada sección transversal del cauce, asociada
a una condición hidráulica dada.

25. Esta tasa, denominada también gasto sólido, permite realizar balances
sedimentológicos en tramos del cauce para analizar un gran número de
problemas de importancia práctica, tales como identificar zonas con tendencia a
la erosión o depositacion, estimar tasas de alimentación de sedimentos para la
explotación de _áridos, estimar la vida útil de un embalse, etc.
Un aspecto importante de considerar en el caso de estos lechos de
granulométrica no uniforme, corresponde al arrastre diferenciado de las distintas
fracciones granulométricas presentes. Las partículas más gruesas son
intrínsecamente más difíciles de mover que las más finas. Esto usualmente
conduce a la formación de una capa superficial en el lecho, que es de
granulometría más gruesa que el sustrato. Esta capa se denomina coraza.
Las mezclas de sedimentos introducen una complejidad en los cálculos de
transporte. En el pasado, se han desarrollado varias fórmulas de transporte de
carga en el lecho que se basan en un tamaño de grano efectivo o para usar con
sedimentos representativos. En las mezclas, el enfoque fundamental ha sido (en
lugar de adoptar un solo tamaño de sedimento representativo) dividir el
sedimento en varios rangos de tamaño y tomar un diámetro de sedimento
representativo para la distribución de tamaño y las partículas en cada rango. sin
embargo, se sabe que la interacción desempeña un papel importante en los
procesos de transporte y la atención se está concentrando en los procesos
físicos en esta área.
Se considera, por un lado, un refugio de granos más finos por granos más
grandes, lo que reduce su tasa de transporte; por otro lado, los granos más
grandes están más expuestos de lo que estarían en un lecho uniforme y su
transporte se reafirma debido a las mayores fuerzas de fluidos que experimenta.
Proffitt y Sutherland (1983) modificaron las fórmulas de carga de lecho existentes
para su uso con sedimentos no uniformes al definir un factor de corrección de
exposición que permite una mayor movilidad de las partículas gruesas y la
movilidad reducida de partículas más finas, en comparación con su movilidad en
un lecho de sedimentos uniforme. Proffitt y Sutherland encontraron una
correlación aceptable con los datos controlados por el laboratorio, pero como
suele ser el caso, la comparación con los datos de campo fue menos exitosa. Se
pensó que la variación entre la distribución del material del lecho a la distribución
del material transportado era la razón principal de las discrepancias.