Canales

MODELO DE TRANSPORTE DE SEDIMENTO PARA FLUJO NO PERMANENTE CON LAS FUNCIONES DE YANG Y ACKERS-WHITE
Por Julio César Coaquira Nina Tesis sometida en cumplimiento parcial de los requisitos para el grado de

MAESTRO EN CIENCIAS en Ingeniería Civil

UNIVERSIDAD DE PUERTO RICO RECINTO UNIVERSITARIO DE MAYAGÜEZ 2006

Aprobado por:

____________________________________ Walter Silva Araya, Ph.D.Presidente, Comité Graduado

____________ Fecha

___________________________________ Jorge Rivera Santos, Ph.D. Miembro, Comité Graduado

___________ Fecha

_____________________________________ Ingrid Padilla, Ph.D. Miembro, Comité graduado

____________ Fecha

_____________________________________ José R. Arroyo, Ph.D. Representante de Estudios Graduados

____________ Fecha_____________________________________ Prof. Ismael Pagán Trinidad, MsC. Director del Departamento

____________ Fecha

ABSTRACT
A mathematical model is presented for studying aggradation and degradation due to base level lowering in open channels. The Saint-Venant equations for unsteady flow and the sediment continuity equations for one-dimensional flow were solved using thesecond-orderaccurate explicit finite difference scheme of MacCormack. This algorithm was proposed by Bhallamudi and Chaudhry, (1991). The sediment transport functions of Yang and AckersWhite were introduced in this algorithm. The application of both functions is only for noncohesive sediments. The initial condition was assumed as steady state for water and sediment flow. The equilibrium state was interrupted byincreasing the sediment supply rate for aggradation and base level lowering for degradation. The model was verified with experimental data for aggradation, degradation and filling of a trench. The model produced satisfactory results and could be used to simulate geomorphic changes in alluvial channels as long as the Yang and Ackers-White functions are applicable. In some cases artificial viscosity wasadded to the algorithm to satisfy stability requirements.

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RESUMEN
Un modelo matemático es presentado para estudiar la agradación y degradación debido a un descenso en la elevación del fondo al extremo final aguas abajo en canales aluviales. Las ecuaciones Saint Venant para flujo no-permanente y la ecuación de continuidad de sedimento para flujo unidimensional fueron resueltas usando elesquema de diferencias finitas de MacCormack. Las condiciones iniciales fueron asumidas como flujo uniforme para agua y el flujo de sedimento en equilibrio. La condición de equilibrio fue interrumpida inyectando sedimento en el primer nodo para simular agradación y descendiendo la elevación del fondo al extremo aguas abajo para provocar degradación aguas arriba. El modelo fue verificado con datosexperimentales para agradación, degradación, y agradación en una trinchera. El modelo produce resultados satisfactorios y puede ser usado para simular cambios en canales aluviales, siempre que las funciones de Yang y Ackers-White puedan ser aplicados a los datos. En algunos casos se usó viscosidad artificial en el modelo para mantener la estabilidad.

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Índice

INDICE
1 CAPITULO 1:INTRODUCCION...................................................................... 1 1.1 1.2 2 3 Introducción................................................................................................. 1 Objetivos..................................................................................................... 2

CAPITULO 2: REVISION DELITERATURA.................................................. 3 CAPITULO 3: ECUACIONES QUE GOBIERNAN EL FLUJO UNI-DIMENSIONAL EN CANALES.................................................................. 13 3.1 Ecuaciones de Saint Venant ………………..………………..................... 13 3.1.1 Ecuación de Continuidad………………………………………… 14 3.1.2 Ecuación de Conservación de Cantidad de Movimiento……….. 14 3.2 3.3 Ecuación de Continuidad de Sedimento………………………..………. 15...