Estudio del flujo secundario en la confluencia de los ríos Marañón y Ucayali mediante un modelo numérico tridimensional

Abstract

La confluencia de los ríos Marañón y Ucayali forman el inicio del río Amazonas, considerado el río más caudaloso y largo del mundo. Estos ríos generan procesos de mezcla complejos, donde se observan flujos secundarios que impulsan la mezcla de los sedimentos. La presente investigación tuvo como objetivo estudiar el flujo secundario en la confluencia de los ríos Marañón y Ucayali mediante un modelo numérico tridimensional, el cual fue calibrado y validado usando información medida en campo. Se presentaron dos casos de estudio, el Caso I representa las mediciones en la temporada de vaciante y el Caso II representa las mediciones en la temporada de creciente. Se presentó el proceso de preparación de los equipos, el procedimiento de medición y el procesamiento de la información medida en la zona de la confluencia de los ríos Marañón y Ucayali. Posteriormente, se procedió con la construcción de los modelos numéricos tridimensionales, los cuales fueron implementados dentro del OpenFOAM utilizando el modelo de turbulencia LES. La malla del modelo numérico tridimensional del Caso I presenta alrededor de 23 millones de celdas, mientras que la malla del Caso II presenta alrededor de 27 millones de celdas. Se presentaron cinco secciones para la calibración y la validación del modelo numérico tridimensional ubicadas cerca de la zona de la confluencia de los ríos Marañón y Ucayali. De las cuales dos secciones se encuentran ubicadas en el río Marañón y el río Ucayali respectivamente, y las tres secciones restantes se encuentra ubicadas en la zona de la confluencia. Los resultados de los modelos numéricos tridimensionales, en ambos casos, lograron replicar la hidrodinámica medida en campo. Los resultados de los modelamientos mostraron la formación de dos flujos secundarios que giran en direcciones opuestas dentro de la zona de la confluencia en forma congruente con las mediciones realizadas en campo. A pesar de la gran relación entre el ancho y la profundidad dentro de la zona de la confluencia, se observaron flujos secundarios de gran tamaño. Donde el modelo numérico tridimensional del Caso II presentó mayores tamaños de los flujos secundarios en comparación con el Caso I. Finalmente, del análisis de rendimiento se puede decir que el modelo del Caso I presentó un mejor ajuste con los datos medidos en campo, no obstante ambos modelos numéricos tridimensionales lograron replicar la hidrodinámica y los flujos secundarios medidos en campo.

The confluence of the Marañón and Ucayali rivers form the beginning of the Amazon River, considered the largest and longest river in the world. These rivers generate complex mixing processes, where secondary flows are observed that drive the mix-ing of sediments. The objective of this research was to study the secondary flow at the confluence of the Marañón and Ucayali rivers using a three-dimensional numer-ical model, which was calibrated and validated using information measured in the field. Two case studies related to field measurements were presented, where Case I represents measurements during the low water season and Case II represents measurements during the high water season. The methodology of the measurements made in the area of the confluence of the Marañón and Ucayali rivers is presented, from the preparation of the equipment, the measurement in the study sections and the processing of the measured information. Subsequently, the information measured in the field was used to build the three-dimensional numerical models, which were implemented in OpenFOAM using the LES turbulence model. The mesh of the three-dimensional numerical model of Case I has about 23 million cells, while the mesh of Case II has about 27 million cells. Five sections were presented for the calibration and validation of the three-dimensional numerical model located near the confluence of the Marañón and Ucayali rivers. Of which two sections are located in the Marañon and Ucayali rivers respectively, and the remaining three sections are located in the confluence zone. The results of the three-dimensional numerical models in both cases replicated the hydrodynamics measured in the field. In turn, two secondary flows rotating in opposite directions were formed within the confluence zone, the formation of these secondary flows were contrasted with the field measurements. Despite the large width to depth ratio within the confluence zone, large secondary flows were observed. Where the three-dimensional numerical model of Case II presented larger size of secondary flows compared to Case I. Finally, from the per-formance analysis it can be said that the Case I model presented a better fit with the data measured in the field, however both three-dimensional numerical models were able to replicate the hydrodynamics and secondary flows measured in the field.