Estudio del comportamiento del viento en las capas de la atmósfera cercanas al suelo en condiciones de erosión eólica = A study on the behaviour of the wind in the atmospheric laye...

• Autores: Goldberg, Angélica Susana
• Año de publicación: 1996
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Mazzeo, Nicolás A.
• Materia: CAPA SUPERFICIAL; EROSION EOLICA; PERFILES DE VELOCIDAD; MODELO; OBSERVACIONES MICROMETEOROLOGICAS; SURFACE LAYER; WIND EROSION; WIND PROFILE; MODEL-MICROMETEOROLOGICAL OBSERVATIONS
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Teniendo en cuenta el marcado impacto que representa la degradación del suelo para las actividades del hombre, es importante comprender los factores que la determinan a fin de que se puedan tomar medidas efectivas para su predicción y control. Los procesos físicos involucrados en la erosión eólica son consecuencia, además del tipo y del estado del suelo , de las características del flujo de aire en la capa de superficie de la atmósfera. El análisis de la información obtenida en una experiencia micrometeorológica llevada a cabo en farma conjunta por el Centro Nacional Patagónico (CONICET) y el Departamento de Meteorología (hoy Departamento de Ciencias de la Atmósfera) de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (UBA) entre los días 13 y 15 de diciembre de 1982, en Pampa del Castillo ( Provincia del Chubut), permitió encontrar que los perfiles verticales de velocidad del viento válidos para la capa de superficie a tmosférica en condiciones de homogeneidad y estacionariedad , no son aplicables a la descripción de la variación vertical de la velocidad del viento cuando se presenta el procesa erosivo. En el presente trabajo se propone un modelo que describe la variación vertical de la velocidad del viento en la capa de superficie atmosférica alterada por la presencia de partículas de suelo transportadas por el viento. El mismo se basa en la hipótesis que postula que, en estas condiciones, se desarrolla sobre la superficie una capa de aire con partículas de suelo en saltación que actúan como sumidero de cantidad de movimiento de la atmósfera. Para ello se establece una analogía entre los efectos sobre el flujo del aire causados por las partículas y el que producen las componentes de una cobertura vegetal con una distribución de área foliar dada. En estas condiciones se considera que las variaciones verticales de la cantidad de movimiento son proporcionales al cuadrado de la velocidad del viento y al arrastre causado por los elementos sólidos. La ecuación básica resultante se resuelve numericamente utilizando el método de Runge-Kutta. Para su integración se requiere del conocimiento de las formas de las funciones que describen la variación vertical del área de arrastre, del coeficiente de arrastre y del coeficiente de intercambio turbulento para la cantidad de movimiento. Estas fueron encontradas partir de la información obtenida en experiencias realizadas en túnel de viento en condiciones de erosión eólica para distintos tipos de suelo y de rugosidad superficial. El modelo utiliza como variables de entrada, la altura de la capa de saltación, la velocidad del viento y su derivada vertical en el tope de la misma. Los valores de velocidad del viento obtenidos mediante el modelo propuesto fueron comparados con los datos observados en la experiencia realizada en Pampa del Castillo y en túneles de viento en condiciones de erosión. De la comparación se concluye que el modelo propuesto resulta adecuado para describir satisfactoriamente los perfiles verticales de velocidad del viento en condiciones de erosión, que los errores de estimación aumentan cuando disminuye la altura y cuando aumenta la velocidad de fricción, restringiendo su validez, a alturas mayores que un nivel dado, el que puede llegar a ser del 20% de la altura de la capa en condiciones de muy alta velocidad del viento. El modelo posee baja sensibilidad a los coeficientes involucrados en las funciones que describen la variación vertical del área de arrastre y del coeficiente de arrastre utilizados, que dependen del tipo de suelo y rugosidad superficial. Por otro lado, es considerable el efecto que produce las variaciones en la estimación de la altura de la capa de saltación, y el modelo es muy sensible a la forma del coeficiente de intercambio turbulento de cantidad de movimiento y al valor de la derivada de la velocidad del viento en el tope de la capa.
Considering that degradation of soil produces a great impact in human activities, understanding the factors that determine it is important topredict and control it. The physical processes involved in wind erosion are the result ofthe type and state of the soil, and the characteristics of the airflow in the atmospheric surface layer. A micrometeorological experiment was carried out jointly by Centro Nacional Patagonico CONICET) and the Meteorology Department (today called Departamento de Ciencias de la Atmosfera), Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires during december 13, 14 and 15 1982 in Pampa del Castillo, Provincia del Chubut in Argentina. The analysis of the information showed that the wind profiles valid for the atmospheric surface layer under steady state and horizontally homogeneous atmospheric conditions are not aplicable to the description of the vertical gradient the mean wind speed when the process of erosion is present. The model proposed in this thesis describes the wind profiles in the atmospheric surface layer altered by the presence of soil particles transported by the wind. It is based on the hypothesis which states that under this special conditions , an air layer with soil particles in saltation acts as momentum sink in the atmosphere .Ananalogy is established between the effects on the air flow caused by the particles and the one produced by the components of a vegetation canopy with a given leaf area distribution. Under these conditions the vertical gradient of momentum is proportional to the square of the wind speed and the drag caused by the particles. The resulting basic equation is solved numerically using the Runge-Kutta method.To integrate it, the functions that describe the vertical variation of the drag area ,the drag coefficient and the eddy diffusivity of momentum must be kown.These functions were obtained from wind tunnel measurements under wind erosion conditions for different soils and surface roughness. The input variables of the model are the height of the saltation layer , the wind speed and its vertical gradient at the top of the layer. The wind speed values obtained through the proposed model were compared with the data measured in Pampa del Castillo and the wind tunnel. The comparison shows that : 1) the proposed model describes satisfactorily the wind profile under erosion conditions; 2) the estimatiion errors increase when the height decreases and when the friction velocity increases. The model is valid for heights greater than a given value which may be up to 20% of the layer's height. The model shows low sensitivity regarding the coefficients involved in the functions which describe the vertical variation of the drag area and the drag coefficient, which in turn depend on the type of soil and surface roughness. On the other hand, a change in the estimation of the saltation layer's height produces a considerable effect on wind speed estimations. The model is quite sensitive to the mathematical expression of the eddy diffusivity of momentum and also to the value of the wind vertical gradient at the top of the layer.
Fil: Goldberg, Angélica Susana. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.