Las ecuaciones ayudan a predecir el comportamiento del agua en los ríos

Los diques fluviales son pequeñas presas de tierra que se utilizan para contener el agua del cauce del río, sin afectar en exceso a su curso. Sin embargo, cuando el agua supera un cierto nivel como consecuencia de una riada, el dique se rompe provocando desastres que pueden ser devastadores para la vida humana o provocar grandes pérdidas económicas.

Dar solución a esta problemática y mejorar la calidad de vida de quienes viven cerca de los márgenes fluviales es también tarea de la hidráulica. De ahí que el profesor de Ingeniería Hidráulica del departamento de Agronomía de la Universidad de Córdoba, Óscar Castro Orgaz, junto con un equipo internacional de investigadores, haya desarrollado un sistema de ecuaciones físicas que modelan cómo cuando el agua vierte sobre un dique de tierra este se rompe, provocando el consiguiente desbordamiento del cauce del río.

Los investigadores utilizaron un análisis híbrido basado en ecuaciones físicas resueltas mediante un modelo matemático

No son los primeros que lo hacen. Este tipo de investigaciones se viene realizando desde hace tiempo en hidráulica fluvial, pero la mayoría de modelos predictivos desarrollados hasta ahora presuponen que el dique está siempre estático y que el agua a su paso va simplemente erosionando su superficie de forma continuada. Algo que no siempre ocurre. Y esa es la variable introducida por la Universidad de Córdoba, cuyo modelo tiene en cuenta la deformación que va sufriendo el lecho de tierra que conforma el dique, mientras el agua vierte por encima y lo erosiona.

Para predecir en qué condiciones y cómo se rompe el dique,y así contar con las herramientas necesarias para anticiparse y hacer frente a este problema, los investigadores utilizaron un análisis híbrido basado en ecuaciones físicas resueltas mediante un modelo matemático y, en paralelo, la realización de una serie de experimentos en laboratorio para comprobar si las ecuaciones y el modelo dan resultados acordes con la realidad.

Recreación a escala reducida

Una recreación a escala reducida de los diques ha permitido poner a prueba el modelo con el objetivo de verificarlo. Las pruebas en esa maqueta han permitido analizar la capacidad predictiva del modelo usando variables como la velocidad, la presión o los niveles de agua y el rozamiento con el cuerpo del dique. También se tienen en cuenta las propiedades de los materiales que conforman el dique.

Este trabajo es un paso más en el estudio de la hidráulica fluvial que se lleva a cabo dentro del proyecto del Plan Estatal de Investigación VÁMONOS(CTM-2017-85171-C2-1-R) en el que se analizan diversos problemas de dinámica fluvial, como los obstáculos que entorpecen el cauce de los ríos.

Referencia bibliográfica:

Cantero-Chinchilla, F., Castro-Orgaz, O. y Dey, S. (2019): "Prediction of Overtopping Dike Failure: Sediment Transport and Dynamic Granular Bed Deformation Model". Journal of Hydraulic Engineering. 145. 10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0001608.