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

Abstract

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