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Segmentos de Flujos

Perfiles costaneros urbanos afectando a un cordón litoral, tan ausente como la pobre consideración de su comportamiento termodinámico; desde San Isidro hasta Dock Sud

Estuary, strand plains and its internal convective flows.

Urban shore profiles affecting a practically absent strand plain and an ignored understanding of its thermodynamical behaviour; from San Isidro to Dock Sud.

Textos publicados en http://www.alestuariodelplata.com.ar/fondo3b.html un 1/11/07

Un paseo por los segmentos modelados y la vidriosa confiabilidad de sus laxos criterios para justificar la utilidad de su laboratorio, sin dejar de considerar la enorme dificultad de sus vocaciones y peso de sus elecciones.

¿Modelos matemáticos. . . o espacios de libertad para divagar con esfuerzos aplicados?

Me refiero a los autores; no a mis dichos.

Estos breves textos que siguen, extraídos del informe Balance y dinámica de nutrientes principales en el Río de la Plata Interior de la Ing Patricia Jaime y el Dr. Angel Menéndez, nos acercan pautas de las dificultades inherentes a la modelación, que más allá de buscar simplificación, también reconocen sus dificultades; incluyendo algunas contradicciones y no pocas elementales ausencias.

Apuntaremos a estas, dado que no es nuestra especialidad ajustar modelos; sino simplemente abrir los ojos y ver por satélite lo que pasa en nuestras riberas.

Y cuánto mayores son estas ausencias y contradicciones, al no estar referidas puntualmente a las estrechas bandas polucionadas que fluyen por los cordones litorales urbanos, sin alcanzar dispersión, ni asociación con los moribundos corredores de flujo costaneros.

Señalan los autores aplicación de herramientas FMT; y no FHMT (fluid mechanics, heat, mass transfer and thermodynamics);

refiriendo esa ausencia de la sigla "calor", a la nula mención de las transferencias internas dentro del estrecho corredor correspondiente al cordón litoral, del cual ni siquiera hacen mención. FJA

 

del informe Balance y dinámica de nutrientes:

“La ecuación de balance de masa” para las sustancias disueltas en un cuerpo de agua debe considerar toda la materia entrante y saliente a través de cargas directas o distribuidas, los transportes advectivos y difusivos y las transformaciones físicas, químicas y biológicas.

La ecuación (3.1.2) representa los cuatro fenómenos de transporte y destino principales que hacen a la calidad de agua:

"transporte advectivo, que concierne el ingreso o egreso de sustancias desde el volumen de control con la velocidad de la corriente,

 "transporte dispersivo, referido al ingreso o egreso de sustancias por el efecto combinado de las difusiones molecular y turbulenta y la advección diferencial,

"fuentes externas, es decir sustancias provenientes de fuentes externas puntuales (descargas de efluentes) y distribuidas (aportes superficiales y subsuperficiales inducidos por escorrentía). También incluye los sumideros externos asociados a materiales removidos del cuerpo de agua, y

 "transformaciones o reacciones internas, que dan cuenta de cambios en la cantidad de la sustancia por procesos de transformación física, química y biológica.

El modelo WASP5 trabaja sobre un conjunto de segmentos que subdividen el cuerpo de agua tanto lateral y verticalmente, como en sentido longitudinal. Las concentraciones de las sustancias indicadoras de calidad se calculan dentro de cada segmento y sus tasas de transporte en la interfase de segmentos adyacentes.

Estos segmentos pueden ser de distinto tipo: superficiales, subsuperficiales y bénticos; y sus dimensiones están definidas por la escala temporal y espacial del problema que se analiza (Ambrose et al. 1993).

Una vez que la segmentación está establecida, la implementación del modelo procede a través de etapas que involucran la hidrodinámica, el transporte de masa y las transformaciones de calidad de agua. De aquí, que una buena descripción de la geometría de los segmentos, como una función de las condiciones de flujo y de las características del transporte advectivo (que controla directamente el transporte de contaminantes disueltos en los cuerpos de agua), sea esencial para describir o simular adecuadamente los procesos de transporte.

Al parecer, las aguas involucradas en el modelo wasp5 refiere de isotermias en los primeros tramos de la salida.

No es precisamente el caso en las más inmediatas áreas de nuestras riberas urbanas, donde todo lo que no se pueda imaginar, está presente; incluído el Heat que dejaron olvidado del paquete de herramientas, al que refieren luego cuando apuntan a dispersión.

Pregunto ¿en qué salida estuarial del planeta no está presente el calor jugando en primerísima línea toda la partida inicial de flujos? ¿De dónde viene la palabra "estuario", sino de lo que se quema, de lo que se prende fuego!

Regalo gratuito de la lingüística histórica que alcanza inmediato correlato de la realidad concreta en advertencias semánticas.

¿Cómo puede ser tan ninguneado este tema? ¿Por qué no verifican el cuidado con que se tienen que tomar las lecturas térmicas en esos corredores naturales contenidos dentro del cordón?

E incluso, hacer un estudio de su distribución en el sentido transversal, desde la orilla hasta el borde cuspidado.

Dirán que es sencillamente porque no hay sobrevivencia de cordones en nuestras riberas urbanas.

Precisamente por eso acerqué a cambio la palabra "hidrotermias"; porque no hay cordones.

Y toda la maravilla de sus naturales gestiones se ha transformado en ese infierno humanamente descontrolado que, repito, llamo "hidrotermias".

Si nadie menciona estas preciosas calenturas; si nadie menciona el crimen de haber abandonado los recaudos mínimos que permiten a Natura, conformar cordones; cuánta necesidad y urgencia entonces, de poner un breve nombre a estas situaciones.

Infierno descontrolado y ninguneado al que los autores sin duda escapan. Nadie quiere tratar con demonios. Ni siquiera nombrarlos, ni ponerles nombre.

Alejándose unos metros de la costa ya el modelo wasp5 pudiera funcionar. Pero no es allí donde se juega la partida.

Partida que por ello está perdida en el Aliviador y en el Riachuelo.

Todos los textos en bastardilla son de mi autoría. FJA  

 

De las Págs. 17 y 18 del informe Balance y dinámica de nutrientes:  

Fisher (1967b) observó que, en canales naturales y estuarios, el efecto del gradiente horizontal es dominante, a tal punto que en muchos casos la dispersión debida al gradiente vertical puede despreciarse.

¡¿Cómo va este señor a despreciar el gradiente vertical, si es precisamente el que saca todos los tributarios estuariales del planeta por convección interna dentro de los cordones?! FJA


 

La estimación teórica de los coeficientes de dispersión longitudinal se basa en dos hipótesis:

"La distribución de concentración de equilibrio establecida perpendicularmente al flujo es tal que las desviaciones respecto del valor medio en la sección son pequeñas comparadas con ese valor medio”.

"Los efectos dispersivos del gradiente transversal de velocidades y de la difusión turbulenta transversal, se contrabalancean”.

La primera hipótesis se invalida en zonas donde se producen grandes gradientes de concentración (efluentes flotantes, estuarios fuertemente estratificados, etc.).
 
Por su parte, la segunda hipótesis se invalida si el tiempo es insuficiente para que se establezca el equilibrio después de la inyección del contaminante.

La ecuación de balance de masa no es aplicable a una nube de contaminante que se está dispersando inmediatamente después de la introducción del mismo.

Existe un período inicial durante el cual el movimiento de la nube de contaminantes es controlado primariamente por la distribución de las velocidades convectivas dentro de la sección transversal de flujo.

Ese período inicial no es justamente el de la sección transversal de flujo.

Tampoco es cierto este aserto sobre el segmento primario. Ese período inicial no es precisamente el de la sección transversal de flujo, sino el de la sección vertical de flujo que transcurre montado en la deriva litoral haciendo delicado camino por convección interna en ella. FJA

La sección transversal de flujo corresponde al segundo segmento: el de la convección externa. Este bruto desliz en la geometría de los segmentos es el que testimonia que nunca han prestado la más mínima atención a la deriva litoral. FJA

Y por eso vemos esas torpes obranzas a la salida del canal Sto. Domingo; a la salida de los canales obrados por el hombre en la costa de Sanborombón; a la salida de la laguna de Mar Chiquita; al desprecio de las fatalidades que pesan en la nueva salida del Riachuelo; al desprecio de las "hidrotermias" en el sector costanero Norte de la ciudad; al desprecio de la deriva litoral en el frente deltario central arrastrando monumentales cargas sedimentarios que precipitan en la misma boca de los grandes cursos tributarios; a la transformación de los depósitos sedimentarios en los enormes avances del frente deltario central que ya no vienen, como hace 40 años atrás, del Paraná Bravo. FJA

Dentro de este período inicial o convectivo se produce una distribución asimétrica de la concentración longitudinal.
 
Fisher (1966, 1967b) razonó que la duración del período inicial o convectivo I T se relaciona a la escala de tiempo para la mezcla por difusión en la sección transversal d T .

Dispersión en flujo oscilante

La mayor diferencia entre ríos y estuarios bien mezclados es que el flujo en estos últimos oscila con el tiempo.

En flujo estacionario, el coeficiente de dispersión alcanza un valor constante después de una distancia inicial cuya extensión se relaciona con el tiempo de mezcla d T en la sección transversal.

Antes de alcanzar este tiempo de mezcla d T en la sección transversal cabe referir de la deriva litoral y de la hipersoncronicidad mareal en ella;

amén de los transportes de las aguas caldas de salida de los tributarios que merced a los servicios de estas derivas litorales evitan darse de nariz con la capa límite térmica de los reflujos.

Siendo esta capa límite la que en adición le regala el delicado bordado cuspidado de sus cordones litorales para hacer más efectiva la no intrusión de los flujos profundos y fríos de las advecciones mareales. FJA

Holley et al. (1970) analizaron la situación de flujo de marea y distinguieron dos regímenes diferentes, según que el tiempo necesario para que se establezca el equilibrio difusivo sea pequeño o grande comparado al período de la marea.

En el primer caso no se requiere ninguna modificación a la teoría de flujo estacionario, ya que en cada instante el balance corte/difusión perpendicular al flujo tiene tiempo para ajustarse a los nuevos valores de las velocidades.

En el segundo caso, en cambio, la difusión perpendicular al flujo no tiene tiempo para destruir la distorsión del perfil de concentración antes que la distorsión sea removida por la inversión del propio flujo.

Entonces, la nube se extiende por diferencia de velocidad durante la mitad del período de oscilación. Pero cuando las velocidades se invierten, la nube es llevada de nuevo a su posición inicial y no existe dispersión neta.

Para que ocurra dispersión neta, el período debe ser suficientemente grande, de modo que se produzca alguna mezcla en la sección transversal.


 
del informe Balance y dinámica de nutrientes

El uso de la ecuación (3.3.23) en estuarios puede ser cuestionable ya que ha sido verificada sólo para flujo estacionario con una relación ancho/profundidad máxima de 60; y en estuarios esta relación puede ser del orden de 600.

Sin embargo, a falta de otra información se la usa para estimar los efectos de la distribución transversal de velocidades en estuarios.

Se observa que el efecto de la marea reduce significativamente la intensidad de la dispersión por gradiente transversal de velocidades (el parámetro Tl’ toma valores muy inferiores a 0,1), por lo que resulta dominante la dispersión por el gradiente vertical de velocidades.

Por fin dieron vuelta la tortilla!

Si volvemos al principio veremos que hemos concluído en todo lo contrario de lo que decía Fischer, cuyas opiniones, a lo mejor, han sido muy estimadas en el desarrollo del modelo wasp5.

Por eso vuelvo a insistir, ¿por qué no miran esa franja que llamo de "hidrotermias" en el rincón de San Isidro y que en lugar de tener 150 a 180 mts de ancho, tiene 4 Kms?

Allí van a encontrar todas las sorpresas que ningún modelador querría considerar, sin disposición a volverse loco.

Siguen más novedades en breves líneas abajo.

Francisco Javier de Amorrortu 1/11/07

 

Del informe “DELTA DEL PARANÁ: MODELACIÓN DEL AVANCE DEL FRENTE”, de los mismos autores, también rescatamos criterios que prueban las dificultades inherentes a la disociación natural de flujos.

El Frente del Delta del Paraná ha venido avanzando continuamente. Esta evolución morfológica causará, progresivamente, impactos significativos sobre los usos de esa zona del Río de La Plata, relacionados a la recepción de descargas, provisión de agua para consumo, navegación fluvial y de ultramar, recreación, etc.
 
Obviamente, las consecuencias de tales cambios podrán ser mitigadas en la medida que exista una adecuada planificación, lo cual necesita, como dato primario, una predicción confiable del proceso.

Para ello se procedió a la modelación del avance del Frente del Delta, tomando como base todo el material cartográfico recopilado. El modelo desarrollado consta de dos módulos:

Módulo Hidrodinámico: Simulación numérica de la hidrodinámica del Río de la Plata Superior, basado en el software HIDROBID II.

Módulo Sedimentológico: Determinación de la depositación de sedimentos sobre el Frente del Delta.

El modelo trabaja dinámicamente con los dos módulos, es decir que a partir de los datos de entrada requeridos (input) se procesan primero en el módulo hidrodinámico y luego en el módulo sedimentológico. De esta forma se obtienen los datos de salida (output).

En el estudio sedimentológico del Río de la Plata de Parker et al. (1987), se efectúa la distinción entre una faja longitudinal al norte donde se evidencia la descarga de los Ríos Uruguay y Paraná Guazú hacia Playa Honda, a través de la asociación de facies de arenas y arenas limosas, y una segunda faja longitudinal al sur que muestra la influencia de las desembocaduras de los Río Luján y Paraná de las Palmas, diferenciándose claramente de la faja anterior por texturas más finas y alto contenido de carbón vegetal.
 
La identificación de corredores de flujo es consistente con observaciones remotas de confluencia de ríos.

Las figuras 1.4.1 y 1.4.2 muestran la confluencia de los ríos Solimões (de aguas claras) y Negro (cargado de sedimentos), en la formación del río Amazonas. Los sedimentos del río Negro permiten advertir la escasa mezcla de estos flujos (Figura 1.4.3).
Según balances isotópicos y resultados hidrológicos, las aguas de los ríos Negro y Solimões requieren entre 25 y 100 Km para mezclarse (Maurice-Bourgoin, 2000). Esta característica hace que esta zona, llamada "Encontro das Aguas", sea de gran atracción para el turismo.

Otro caso similar es el de la confluencia de los ríos Paraná y Paraguay, Figura 1.4.4. El río Paraguay aporta una importante cantidad de sedimentos que provienen del río Bermejo. Aquí también se da el caso de flujos paralelos con poca mezcla durante cientos de kilómetros.

Frente al Puerto de Santa Fe se encuentran los flujos provenientes del Canal de Acceso al Puerto desde el río Paraná, relativamente turbio, y el correspondiente al Canal Derivador. El Canal Derivador transporta aguas claras provenientes del Sistema Leyes-Setúbal (Figuras 1.4.5 y 1.4.6). Se observa que la zona de mezcla se extiende a lo largo de decenas de metros.

En el ámbito del Río de la Plata, el encuentro entre el río Uruguay y los distintos brazos del río Paraná alrededor del Guazú, plantea una situación similar (Figura 1.4.7). Las aguas aportadas por el río Uruguay, más límpidas, corren paralelas a las aguas más turbias provenientes del río Paraná.

Una imagen relativamente moderna del satélite AQUA con el sensor MODIS, Figura 1.4.8, muestra claramente la existencia de tres corredores para una situación particular que permitió distinguir los orígenes.

 

En los breves textos anteriores y en las referencias que surgen de los modelos aplicados wasp5 e hidrobid 2, no se hace mención a “calor” alguno, en tanto, transferencias de convección natural internas; (por eso lo de Hidrotermias viene a punto), y muy brevemente a la calidad de lo que alguna vez fue agua.

Veamos algunos de su efectos en los mares profundos; para luego estimar lo que pasaría en un ancho estuario de muy baja profundidad;

y muy en particular, en las franjas de los virtuales y bastardeados cordones litorales urbanos donde la calidad de lo que alguna vez fue agua, hoy pura polución y la bajísima profundidad, contrastan y se disocian del resto de las aguas del estuario.

 Ambas, disociación hidroquímica y disociación térmica, acercan al imaginario matices de capas límites hidrotérmicas e hidroquímicas que no aparecen en estas márgenes urbanas, contemplados en modelación alguna.

Aquí resultan claramente insuficientes los ajustes que pudieran aportar los módulos hidrodinámicos y sedimentológicos.

Sin “hidrotermias”, o palabra que más les guste, no hay forma de entrar a conciencia.

La conciencia simboliza mediante la palabra. Al modelo matemático se  llega mucho después.

Francisco Javier de Amorrortu