Prediction of the bedforms generated by density currents based on fluvial phase diagrams

Abstract

Density currents, whose movement takes place by the density difference between the flow and the ambient fluid around it, can interact with the substract generating bedforms similar to the fluvial environments. However, there are no specific bedform phase diagrams capable to predict this type of phenomenon. This study aims to compare the prediction of fluvial bedforms phase diagram with those generated by experimental saline currents. Bedforms were generated in two-dimensional tilting plexiglass flume submerged in a larger tank filled with water with three different mobile beds and varied values of discharge and salt concentration. It was observed three types of bedform (lower plane bed, ripples and dunes), which, with the concomitant calculation of hydrodynamic parameters (mean velocity, energy and mobility) allowed the use of the phase diagram. It was observed that the fluvial phase diagrams did not present good predictions for bedforms generated by density currents. This fact is associated to the hydrodynamics differences (velocity and concentration profiles) and the limitation of the dimensional parameters in the extrapolation of results. Therefore, it is indicated the need to draw up a proper phase diagram to density currents.

As correntes de densidade, cujo movimento ocorre pela diferença de massa específica entre o escoamento e o fluido ambiente ao seu redor, podem interagir com o substrato gerando formas de fundo, similares às encontradas em ambientes fluviais. Entretanto não existem diagramas de previsão específicos correspondentes para esse tipo de fenômeno. Assim, este trabalho visa comparar a ocorrência das formas de fundo fluviais previstas nos diagramas de previsão com aquelas geradas por correntes de densidade salinas obtidas experimentalmente. As formas de fundo foram geradas em um canal bidimensional de declividade variável, preenchido por água, com três composições de leito móvel e diferentes valores de vazão, massa especifica e inclinação. Três formas de fundo foram identificadas (leito plano inferior, ondulações e dunas), as quais, juntamente com o cálculo de parâmetros hidrodinâmicos permitiram a utilização dos diagramas fluviais. Verificou-se que os diagramas fluviais não apresentaram boas previsões das formas de fundo geradas por correntes de densidade. A esse fato são atribuídas as diferenças hidrodinâmicas dos escoamentos (perfis de velocidade e concentração) e, também, à limitação dos parâmetros dimensionais na extrapolação dos resultados. Dessa forma, indica-se a necessidade de se elaborar um diagrama de previsão próprio adaptado a estas correntes.