Modelo hidrodinámico del río Uruguay : Determinación de los principales patrones de flujo y su variación espacio-temporal en función de los forzantes.

En esta tesis se estudian los patrones de flujo del río Uruguay entre la represa de Salto Grande y el Río de la Plata y su variación en tiempo y espacio en función de los forzantes del sistema. Se hace una revisión de conceptos necesarios para entender la problemática de la modelación hidrodinámica computacional, así como de los antecedentes de aplicación de esta técnica en el cuerpo de agua en estudio, y en otros con características similares. Se analiza la información disponible de nivel de superficie libre, caudales y velocidades, así como información topobatimétrica del tramo en estudio. Luego se implementa un modelo hidrodinámico bidimensional promediado en la vertical, utilizando el TELEMAC-2D, tomando como condiciones de contorno el ingreso de caudales en Salto Grande, Palmar, Daymán, Gualeguaychú y Paraná Bravo, nivel impuesto en Nueva Palmira, la interacción del viento con la superficie del agua, y el rozamiento con el fondo parametrizado con el coeficiente de Manning. El modelo se calibra utilizando datos del año 2008, para luego validarlo con datos del 2005. Finalmente se simula un período de 7 años entre 2004 y 2010 inclusive. Los campos de velocidad y nivel de superficie libre obtenidos, se analizan para determinar los principales patrones de flujo. Se estudia el campo medio de velocidades, para luego determinar el porcentaje de tiempo de cada dirección de flujo, en base a lo que se concluye que los eventos de inversión de flujo tienen una relevancia no menor en el comportamiento del río, por lo cual se hace una caracterización estadística de los mismos en términos de velocidades, duraciones y propagación aguas arriba, tomando en cuenta las condiciones de contorno de niveles y caudales. Mediante análisis de componentes principales se estudia el campo de velocidades en una zona de interés en las cercanías de Fray Bentos, relacionando las señales de las forzantes con los modos hallados, dándoles significación física. El modelo permite una comprensión más profunda de la hidrodinámica del río Uruguay, conformando una base para futuras líneas de investigación así como herramientas de evaluación y gestión. Abre la posibilidad de hacer foco en zonas de interés para modelación más detallada, permitiendo estudiar fenómenos como transporte de sedimentos, oleaje por viento local, erosión, o dispersión de contaminantes, teniendo en cuenta la variabilidad de la dinámica global del sistema.This thesis focuses on the analysis of Uruguay river ow patterns and its spatial and temporal variation due to the forcings acting on the system, on its reach between Salto Grande dam and Río de la Plata estuary. The necessary concepts for understanding hydrodynamic computational modeling are revised, as well as background information regarding previous studies on the implementation of this technique on the Uruguay river, and other similar bodies of water. Free surface level and discharge data are processed and analyzed, as well as topographic, bathymetric and velocity information. A two-dimensional vertically averaged hydrodynamic model is implemented using TELEMAC-2D. The boundary conditions correspond to discharges from Salto Grande and Palmar dams, and Daymán, Gualeguaychú and Paraná Bravo rivers, free surface level from Nueva Palmira, wind-water interaction, and bottom friction using Manning's law. The model is calibrated using data from 2008 and validated with that from 2005. Lastly, a 7 year period from 2004 to 2010 is simulated. The velocity and free surface level fields obtained from the simulation are analyzed in order to determine the main ow patterns. The mean velocity field is studied, and used to determine the fraction of time for each ow direction (downriver and upriver). From this it is gathered that ow reversal events are relevant to the system's behavior, and a statistical characterization of these events is carried out, focusing on velocities, duration and upriver propagation distance, taking into account the discharge and free surface level boundary conditions. Principal component analysis is applied to the velocity field on a zone of particular interest near the city of Fray Bentos, seeking to give physical significance to the modes via studying their relation to the system's forcings. The model allows for a deeper comprehension of the Uruguay river's hydrodynamics, acting as a starting point for further lines of research as well as for assessment and management tools. It opens up the possibility to focus on stretches of river that are of particular interest, allowing for a more detailed modeling of phenomena such as sediment transport, local wind wave generation, erosion, or dispersion of pollutants, taking into consideration the system's global variability and dynamics