Experimental evaluation of large scale particle tracking velocimetry technique for flow discharge measurements in mountains rivers

Este trabajo presenta una evaluación experimental de una técnica de cuantificación de caudales de aguas superficiales en ríos serranos de la provincia de Córdoba. Los ríos serranos de la provincia de Córdoba se caracterizan por su alta variabilidad temporal definida por la ocurrencia de crecientes repentinas o torrenciales de corta duración y gran velocidad de la corriente (en épocas de lluvias) y por la presencia de periodos extensos de estiaje (período de aguas bajas) con caudales del orden de unos cientos de litros por segundo lo que dificulta la selección de una técnica experimental óptima para todas las condiciones de flujo presentes durante un año. En este trabajo se presenta como alternativa una técnica remota para estimar el caudal escurrido en un curso fluvial en al ámbito serrano implementando a gran escala la técnica de velocimetría por seguimiento de partículas (de sus siglas en inglés LS PTV) la cual puede ser aplicada eficientemente en periodos de aguas bajas y medias con un bajo costo relativo. El campo de velocidad superficial determinado experimentalmente con LS PTV en un curso fluvial sembrado con partículas o trazadores y la batimetría de la sección transversal conocida permiten realizar estimaciones del caudal escurrido. La metodología experimental propuesta es validada con resultados obtenidos utilizando simultáneamente otras técnicas en el río San Antonio en la región serrana de la provincia de Córdoba, en dos secciones diferentes, Cuesta Blanca y Villa Carlos Paz, en condiciones de aguas bajas y medias, respectivamente. Finalmente, se discuten las posibles fuentes de errores involucradas en la implementación de la metodología experimental presentada.This paper presents a validation of an experimental technique for surface water flows discharge measurements in mountain rivers of the of Córdoba province. The mountain rivers of the Córdoba province are characterized by high temporal variability defined by the occurrence of flash floods with very high volumes of fast flows (during the rainy season) and the presence of extended periods of low water conditions with flow rates of the order of a few hundred liters per second which makes difficult the selection of an optimal experimental technique for flow discharge measurement for the different flow conditions present during the year. This paper presents an alternative remote experimental technique, estimating flow discharges in rivers of mountain areas, based on large scale particle tracking velocimetry technique (LS PTV) which can be applied efficiently in periods of low and medium flow conditions with relatively low cost. The surface flow velocity field sampled using LS PTV in a fluvial reach seeded with tracer particles and the cross section bathymetry allow flow discharge estimation. The proposed experimental technique is validated with results obtained using other experimental techniques simultaneously in the San Antonio river in the mountainous region of the of Córdoba province, Argentina, at two different locations (Cuesta Blanca and Villa Carlos Paz). Finally, a discussion is performed on sources of error involved in the implementation of the LS PTV.Fil: Patalano, Antoine. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Centro de Estudios Tecnológicos Sobre el Agua; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Garcia Rodriguez, Carlos Marcelo. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Centro de Estudios Tecnológicos Sobre el Agua; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Guillén, Nicolás Federico. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Centro de Estudios Tecnológicos Sobre el Agua; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: García, César Luis. Universidad Católica de Córdoba; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Díaz, Erica Betiana. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Centro de Estudios Tecnológicos Sobre el Agua; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Rodriguez, Andres. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Centro de Estudios Tecnológicos Sobre el Agua; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Ravelo, Andres Carlos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Córdoba. Instituto Multidisciplinar de Biología Vegetal (p). Grupo Vinculado Centro de Relevamiento y Evaluacion de Recursos Agricolas y Naturales; Argentin

Identification and characterization of hydrological drought in Argentina

Para una adecuada planificación y gestión de los recursos hídricos es clave conocer la distribución temporal y espacial de éstos. La sequía es un fenómeno hidrológico extremo de gran complejidad que afecta el desarrollo y aprovechamiento de los recursos hídricos en una misma región. En este trabajo se abordó la identificación y caracterización de sequías desde el punto de vista hidrológico, abarcando la mayor ventana de tiempo y espacio en función de los datos de caudales disponibles. Este estudio comprende un área de 14 cuencas hidrográficas argentinas (los ríos Colorado, Mendoza, San Juan, Atuel, Ctalamochita, Anisacate, Xanaes, Suquía, Dulce, Juramento, Salado, Paraná, Bermejo y Pilcomayo). El objetivo del presente trabajo ha sido identificar y caracterizar, temporal y espacialmente, sequías hidrológicas para evaluar la disponibilidad hídrica regional, que es una componente esencial en la planificación del agua. En este trabajo se define como sequía hidrológica aquel suceso en el cual la oferta de caudal (medio anual) en cuencas naturales no reguladas sea inferior al valor del caudal excedido el 70% de tiempo. Se observó la ocurrencia de sequías plurianuales simultáneas en áreas de gran extensión espacial, producto de la variabilidad climática. Esta información es de relevancia para la gestión de los recursos hídricos, pues usos tales como el abastecimiento humano, riego y producción energética, entre otros, pueden ser seriamente afectados por la ocurrencia de manera simultánea de sequías severas en cuencas que aportan a una región y zonas vecinas.The temporal and spatial distribution of water resources need to be determined for adequate water planning and management. Droughts are highly complex and extreme hydrological phenomena which affect the development and use of water resources in a single region. In this work, droughts were identified and characterized from the hydrological perspective, with the largest spatial area and time period possible given the available flow data. The study area includes 14 hydrographic basins in Argentina (Colorado, Mendoza, San Juan, Atuel, Ctalamochita, Anisacate, Xanaes, Suquía, Dulce, Juramento, Salado, Paraná, Bermejo and Pilcomayo rivers). The objective was to spatially and temporally identify and characterize hydrological droughts to evaluate the regional water availability, which is an essential component in water planning. This work defines a hydrological drought as an event in which water flow (annual mean) in unregulated natural basins is lower than the flow value that occurs over 70% of the time. The simultaneous occurrence of multi-year droughts in spatially large areas is a result of climate variability. This information is relevant to the management of water resources given that the supply of water for human, irrigation and energy production uses, among others, may be seriously affected by a simultaneously occurrence of severe droughts in basins that supply a particular region or neighboring areas.Fil: Díaz, Erica Betiana. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Cs.exactas Físicas y Naturales. Departamento de Hidraulica; Argentina. Centro de Investigaciones Cientificas ; Facultad de Ciencias Exactas Fisicas y Naturales ; Universidad Nacional de Cordoba; . Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Rodriguez, Andres. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Cs.exactas Físicas y Naturales. Departamento de Hidraulica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología; ArgentinaFil: Dölling, Oscar Raúl. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Departamento de Ingeniería Civil. Area de Hidraulica; ArgentinaFil: Bertoni, Juan Carlos. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Cs.exactas Físicas y Naturales. Departamento de Hidraulica; ArgentinaFil: Smrekar, Marcelo Roberto. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Argentin

Evolución temporal de las sequías hidrológicas en Argentina y su relación con indicadores macroclimáticos

En este trabajo se identifican, a través de un análisis espectral, las periodicidades plurianuales en las series históricas de caudales medios anuales escurridos en 14 sistemas fluviales de la República Argentina y en 10 indicadores macroclimáticos. La identificación de las frecuencias de tiempo dominantes en las series de caudales escurridos permite comprender la escala temporal de evolución de los procesos físicos que intervienen en los ciclos hidrológicos. En el análisis realizado se encontró que existe en todas las series históricas de caudales medios anuales escurridos fluctuaciones de alta, baja y media frecuencia, que aportan, con distinta significancia, a la variabilidad temporal de los caudales escurridos. Los resultados se contrastaron con los obtenidos en el análisis de series de indicadores macroclimáticos, para saber si existía relación de la evolución de tales indicadores con las series de caudales. Los resultados alcanzados permiten avanzar en la generación de modelos conceptuales y de pronósticos implementados para prever los años de déficit y excesos hídricos en los sistemas fluviales, lo que constituye una herramienta importante para la planificación y gestión de los recursos hídricos.Abstract This paper identifies multiannual periodicities of historical mean annual flow series of 14 rivers in Argentina and 10 macro-climatic indices using spectral analysis. The estimation of dominant frequencies in the analyzed time series allows understanding the time scale of the processes involved in the hydrological cycles. Through spectral analysis, it was found that high, low and medium frequency fluctuations contribute, in different percentages, to the flow variability. Then, these results were compared to results of similar analyses performed on time series of macro-climatic indices to calculate the relation of the evolution of these indices with flow discharge series. These results constitute an important step toward implementing conceptual and forecasting models of deficit and excess of surface water in fluvial systems for planning and management of water resources.Fil: Díaz, Erica Betiana. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; ArgentinaFil: Garcia Rodriguez, Carlos Marcelo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología; ArgentinaFil: Rodriguez, Andres. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología; ArgentinaFil: Dölling, Oscar Raúl. Universidad Nacional de San Juan; ArgentinaFil: Ochoa, Santiago. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; ArgentinaFil: Bertoni, Juan Carlos. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Argentin

Sequías Hidrológicas en la República Argentina y su relación con Variables Macroclimáticas

Tesis (DCI)--FCEFN-UNC, 2016Una adecuada planificación y gestión requiere un conocimiento de la distribución temporal y espacial de los recursos hídricos. Una amenaza que afecta al desarrollo y aprovechamiento de los recursos hídricos, y para las cuales la ingeniería debe dar soluciones, son las situaciones de extremos hidrológicos como inundaciones o sequías. Siendo estas últimas un fenómeno hidrológico extremo de gran complejidad del cual aún se conoce poco. Con el objetivo de identificar y caracterizar temporal y espacialmente las sequías hidrológicas en Argentina, esta tesis abordó en primera instancia, la identificación y caracterización de sequías desde el punto de vista hidrológico, abarcando el mayor período de tiempo y espacio, en función de los datos de caudales disponibles. Con el fin de predecir eventos plurianuales de sequías hidrológicas en el mediano y largo plazo se generaron, a través del análisis espectral y armónico de las series históricas de caudales observados, series sintéticas que reproducen las componentes periódicas plurianuales más significativas de las series observadas. Además, para lograr un avance en el conocimiento de los fenómenos climáticos que conducen a las sequías hidrológicas, se identificaron las variables macroclimáticas que tienen una mayor correlación con los caudales escurridos en las distintas cuencas. Esta tesis comprende el estudio de 14 cuencas hidrográficas argentinas, pertenecientes a los ríos Colorado, Mendoza, San Juan, Atuel, Ctalamochita, Anizacate, Xanaes, Suquía, Dulce, Juramento, Salado, Paraná, Bermejo y Pilcomayo. Los resultados a los que se abordaron en esta tesis son de relevancia para la gestión de los recursos hídricos ya que usos tales como el abastecimiento humano, el riego y la producción energética, entre otros, pueden ser seriamente afectados por la ocurrencia de manera simultánea de sequías severas en cuencas que aportan a una región y zonas vecinas.Fil: Díaz, Erica Betiana. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Argentina.