Corrientes de densidad y fluvial

A las corrientes submareales y de transporte de masa hay que sumar las corrientes asociadas

al gradiente longitudinal de densidad

u

D presente en el estuario. Tanto la salinidad como la

densidad decrecen aproximadamente de forma exponencial desde la desembocadura (véase Figura 6.8 y Figura 6.9).

La difusión molecular y turbulenta se opone a este gradiente de densidad generando una

corriente con el mismo signo que el gradiente

∂ρ/ x∂

. El gradiente de densidad se puede

determinar, también por tramos, a partir de los datos de los equipos de calidad ambiental (CTD), que proporcionan, entre otras magnitudes, temperatura y conductividad. Se ha hecho uso de la ecuación de estado de la UNESCO (sin tener en cuenta los sólidos en suspensión), que relaciona salinidad, temperatura, densidad y presión atmosférica (véase Anejo J). En la Figura 6.8 se muestra la densidad en función del tiempo en todas las ubicaciones donde se encuentran instalados equipos CTD. Además de las variaciones asociadas al movimiento mareal y las descargas, la influencia de las variaciones térmicas estacionales también es notable (nótese el incremento significativo de densidad entre octubre de 2008 y mayo de 2009).

Figura 6.8. Densidad del agua en superficie en cada punto CTD.

Figura 6.9. Perfil longitudinal medio anual de densidades.

En la Figura 6.10 y siguientes (comparadas con el caudal desembalsado) se muestra el caudal

instantáneo y promediado en

T

_Msf

14 días

(calculado con una frecuencia de muestreo cada

30 minutos) asociado al gradiente de densidad entre el primer y segundo CTD. Traducido a

corriente, representan valores medios de

u

2,dens

1cm s/

que, aunque inferiores, vuelven a

ser del mismo orden de las corrientes de transporte de masa. A diferencia de éstas, la corriente de densidad es siempre positiva en todos los tramos, dirigida estuario arriba, favoreciendo la advección de sal y sedimentos hacia dentro del estuario.

Figura 6.10. Caudales asociados a las corrientes de densidad entre los puntos donde se encuentran los CTDs 1

y 2. Los puntos rojos indican en promedio a escala submareal ( _{14 días}

Msf

T ).

Figura 6.11. Panel superior: Marea astronómica instantánea (azul) en Bonanza y promediada en ciclo simidiurno (rojo). Panel central: caudal desembalsado en Alcalá del Río. Panel inferior: Caudales asociados a las corrientes de densidad entre los puntos donde se encuentran los CTDs 0 y 1. Los puntos rojos indican en promedio a escala submareal (T_Msf 14 días).

Figura 6.12. Panel superior: Marea astronómica instantánea (azul) en Bonanza y promediada en ciclo simidiurno (rojo). Panel central: caudal desembalsado en Alcalá del Río. Panel inferior: Caudales asociados a las corrientes de densidad entre los puntos donde se encuentran los CTDs 1 y 2. Los puntos rojos indican en promedio a escala submareal (T_Msf 14 días).

Figura 6.13. Panel superior: Marea astronómica instantánea (azul) en Bonanza y promediada en ciclo simidiurno (rojo). Panel central: caudal desembalsado en Alcalá del Río. Panel inferior: Caudales asociados a las corrientes de densidad entre los puntos donde se encuentran los CTDs 2 y 3. Los puntos rojos indican en promedio a escala submareal (T_Msf 14 días).

Figura 6.14. Panel superior: Marea astronómica instantánea (azul) en Bonanza y promediada en ciclo simidiurno (rojo). Panel central: caudal desembalsado en Alcalá del Río. Panel inferior: Caudales asociados a las corrientes de densidad entre los puntos donde se encuentran los CTDs 3 y 4. Los puntos rojos indican en promedio a escala submareal (T_Msf 14 días).

Figura 6.15. Panel superior: Marea astronómica instantánea (azul) en Bonanza y promediada en ciclo simidiurno (rojo). Panel central: caudal desembalsado en Alcalá del Río. Panel inferior: Caudales asociados a las corrientes de densidad entre los puntos donde se encuentran los CTDs 4 y 5. Los puntos rojos indican en promedio a escala submareal (T_Msf 14 días).

Figura 6.16. Panel superior: Marea astronómica instantánea (azul) en Bonanza y promediada en ciclo simidiurno (rojo). Panel central: caudal desembalsado en Alcalá del Río. Panel inferior: Caudales asociados a las corrientes de densidad entre los puntos donde se encuentran los CTDs 5 y 6. Los puntos rojos indican en promedio a escala submareal (T_Msf 14 días).

Figura 6.17. Panel superior: Marea astronómica instantánea (azul) en Bonanza y promediada en ciclo simidiurno (rojo). Panel central: caudal desembalsado en Alcalá del Río. Panel inferior: Caudales asociados a las corrientes de densidad entre los puntos donde se encuentran los CTDs 6 y 7. Los puntos rojos indican en

promedio a escala submareal ( _{14 días}

Msf

T ).

Todas las corrientes residuales y de baja frecuencia de origen mareal tienen un orden de

magnitud de cm/s. La velocidad total resultante

u

marea

=u

L

+u

SM

+u

D controla el

transporte neto de sedimentos, a falta de estimar las corrientes generadas por las descargas fluviales. Todas las contribuciones mareales sumadas permiten determinar el comportamiento del estuario por tramos, definiendo una tramificación funcional del estuario según el sentido de las corrientes de baja frecuencia, lo cual aporta información cuantitativa sobre el transporte global de sustancias.

El caudal medio histórico de agua dulce es, aproximadamente,de

105m

3

/s

, aunque el

régimen de descarga normal suele ser muy inferior a

50m

3

/s

. En periodo de lluvias es

frecuente observar caudales de descarga del orden de los

1000m

3

/s

, en ocasiones mucho

mayores. Normalmente son caudales aliviados puntuales, no sostenidos y asociados al paso de una borrasca por la cuenca del Guadalquivir. Se dice, como se definió en el Capítulo de Dinámica Mareal, que en este caso el régimen es de avenida.

Una estimación sencilla de las corrientes de descarga nos permite caracterizar cualitativamente

ambos regímenes. Sabiendo que la sección media en el estuario es del orden de

2500m

2, se

tienen velocidades de

u

Río

∼4cm s/

en régimen normal (del orden, pero inferior a la

contribución de la marea) y

u

Río

∼40cm s/

en régimen de avenida (un orden de magnitud

superior a

u

marea). Ello permite distinguir claramente entre los dos regímenes dinámicos del

estuario: uno normal donde dominan los agentes mareales en todo el estuario, controlando la propagación de onda de marea y el transporte de sólidos, y otro, en régimen de avenida, donde la descarga domina la dinámica (circulación, retroceso de la intrusión salina, transporte de sedimentos, etc.).

Estas estimaciones cualitativas no permiten establecer un umbral que diferencie con rigor ambas situaciones. Para caracterizar ambas cuantitativamente y proporcionar un umbral se ha recurrido a un modelo hidrodinámico unidimensional para flujos no estacionarios y geometrías irregulares (véase Capítulo 3). Se trata de un modelo promediado en la sección que

proporciona el caudal

Q

=Q x t( , )

y el área hidráulica

A=A x t( , )

de la sección transversal al cauce en el tiempo y en el espacio.

Puesto que la escala longitudinal es del orden de 2000 veces superior a la transversal en el estuario del Guadalquivir, la dinámica en la sección transversal, a primer orden de aproximación, no es significativa a efectos de propagación de la onda de marea. Por ello, tiene sentido aplicar un modelo unidimensional a la globalidad (no localmente) del estuario del Guadalquivir. Bajo estas condiciones, las ecuaciones de conservación de masa y cantidad de movimiento se expresan, respectivamente, de la siguiente manera:

2 0

0,

0 ,

f

A

Q

t

x

Q

Q

h

gA

S

gAS

t

x

A

x

∂

₊∂

₌

∂

∂

⎛

⎞

∂

₊

∂

₊

⎛∂

₋

⎞₊

₌

⎜

⎟

⎜

⎟

∂

∂

⎝

⎠

⎝∂

⎠

(6.25)

siendo

h x( )

la profundidad media,

u x t( , )

la velocidad del flujo unidimensional,

S x

₀

( )

es la

pendiente del fondo y

S

_f

=u n

2 2

/R

4 / 3

=Q Q n

2

/(A R

2 4 / 3

)

es el término de fricción, donde

R

es el radio hidráulico y

n

el coeficiente de Manning. El sistema de ecuaciones se resuelve

mediante el método de segundo orden en tiempo y espacio que comprende un paso predictor-

corrector y otro promedio. Dada una batimetría del cauce del Guadalquivir, se fuerza el modelo

en los contornos con las series temporales de marea registrada en Bonanza y de caudales diarios en la presa de Alcalá del Río. En tal caso, las corrientes que proporciona el modelo computacional son superposición de los agentes mareales y fluviales. El modelo se ha calibrado con los datos de correntímetros y mareógrafos instalados a lo largo del cauce,

arrojando excelentes resultados con un coeficiente de Manning de

n =0.018

, a lo largo del

estuario. El intervalo de salida de las series temporales es

Δ =t

300s

y la resolución espacial

es de

Δ =x

50m

.

Figura 6.18. Panel izquierdo: perfil longitudinal de corrientes promediadas en la sección en régimen de avenida

( 3

, 1000 / f d

Q m s). Panel derecho: perfil longitudinal de corrientes en régimen normal ( 3

, 100 / f d

Q m s). Las

líneas rojas marcan la media de las curvas.

Con el modelo hidrodinámico unidimensional se ha simulado una serie completa de tres meses desde abril de 2008 a junio de 2008 con forzamiento de marea y caudales de descarga. En la serie de caudales, se han identificado regímenes instantáneos (diarios) normales y en avenida y se han determinado computacionalmente las corrientes a lo largo del estuario en ambas situaciones (véase la Figura 6.18). Se han determinado los caudales de Alcalá del Río que generan corrientes medias a lo largo del estuario, obteniendo que los caudales umbrales

observados y apoyados en este resultado, se ha establecido el umbral de avenida en

3

500m

/s

.

In document PROPUESTA METODOLÓGICA PARA DIAGNOSTICAR Y PRONOSTICAR LAS CONSECUENCIAS DE LAS ACTUACIONES HUMANAS EN EL ESTUARIO DEL GUADALQUIVIR (página 30-37)