Repositorio UFRO · Omeka S

Bed Surface Adjustments to Spatially Variable Flow in Low Relative Submergence Regimes

Primer Autor	Monsalve, A.
Co-autores	Yager, E. M.
Título	Bed Surface Adjustments to Spatially Variable Flow in Low Relative Submergence Regimes
Editorial	AMER GEOPHYSICAL UNION
Revista	WATER RESOURCES RESEARCH
Lenguaje	en
Resumen	In mountainous rivers, large relatively immobile grains partly control the local and reach-averaged flow hydraulics and sediment fluxes. When the flow depth is similar to the size of these grains (low relative submergence), heterogeneous flow structures and plunging flow cause spatial distributions of bed surface elevations, textures, and sedimentation rates. To explore how the bed surface responds to these flow variations we conducted a set of experiments in which we varied the relative submergence of staggered hemispheres (simulated large boulders) between runs. All experiments had the same average sediment transport capacity, upstream sediment supply, and initial bed thickness and grain size distribution. We combined our laboratory measurements with a 3-D flow model to obtain the detailed flow structure around the hemispheres. The local bed shear stress field displayed substantial variability and controlled the bed load transport rates and direction in which sediment moved. The divergence in bed shear stress caused by the hemispheres promoted size-selective bed load deposition, which formed patches of coarse sediment upstream of the hemisphere. Sediment deposition caused a decrease in local bed shear stress, which combined with the coarser grain size, enhanced the stability of this patch. The region downstream of the hemispheres was largely controlled by a recirculation zone and had little to no change in grain size, bed elevation, and bed shear stress. The formation, development, and stability of sediment patches in mountain streams is controlled by the bed shear stress divergence and magnitude and direction of the local bed shear stress field. En ríos montañosos, los granos grandes relativamente inmóviles controlan parcialmente la hidráulica de flujo local y promediada por tramo y los flujos de sedimentos. Cuando la profundidad del flujo es similar al tamaño de estos granos (baja inmersión relativa), las estructuras de flujo heterogéneas y el flujo de inmersión causan distribuciones espaciales de elevaciones de la superficie del lecho, texturas y tasas de sedimentación. Para explorar cómo la superficie del lecho responde a estas variaciones de flujo, realizamos un conjunto de experimentos en los que variamos la inmersión relativa de hemisferios escalonados (rocas grandes simuladas) entre ejecuciones. Todos los experimentos tuvieron la misma capacidad promedio de transporte de sedimentos, suministro de sedimentos aguas arriba, espesor inicial del lecho y distribución del tamaño de grano. Combinamos nuestras mediciones de laboratorio con un modelo de flujo 3-D para obtener la estructura detallada del flujo alrededor de los hemisferios. El campo de esfuerzo cortante del lecho local mostró una variabilidad sustancial y controló las tasas de transporte de carga de lecho y la dirección en la que se movió el sedimento. La divergencia en la tensión de cizallamiento del lecho causada por los hemisferios promovió la deposición selectiva por tamaño de la carga de fondo, lo que formó parches de sedimento grueso aguas arriba del hemisferio. La deposición de sedimentos provocó una disminución de la tensión de cizallamiento del lecho local, lo que, combinado con el tamaño de grano más grueso, mejoró la estabilidad de este parche. La región aguas abajo de los hemisferios estuvo controlada en gran medida por una zona de recirculación y presentó cambios mínimos o nulos en el tamaño de grano, la elevación del lecho y la tensión de cizallamiento del lecho. La formación, el desarrollo y la estabilidad de los parches de sedimento en arroyos de montaña están controlados por la divergencia de la tensión de cizallamiento del lecho y la magnitud y dirección del campo local de tensión de cizallamiento del lecho.
Tipo de Recurso	Artículo original
Description	Esta investigación fue financiada por una beca de la NSF Career a E.M. Yager (0847799) y las "Becas de Doctorado en el Extranjero-Becas Chile" del Gobierno de Chile-CONICYT. Agradecemos a Catalina Segura, Ali Khosronejad y a un revisor anónimo sus comentarios constructivos, que contribuyeron a mejorar una versión anterior de este manuscrito. Bob Basham y Christina Beeson brindaron una invaluable asistencia de laboratorio. Las profundas conversaciones con Megan Kenworthy contribuyeron a la planificación y ejecución de los experimentos de laboratorio. Los datos topográficos, de las características del lecho y hidráulicos están disponibles gratuitamente en http://pangaea.de/. Funding for this research was provided by a NSF Career award to E.M. Yager (0847799) and the Chilean Government-CONICYT "Becas de Doctorado en el Extranjero-Becas Chile." We thank Catalina Segura, Ali Khosronejad, and one anonymous reviewer for their constructive comments that helped to improve an earlier version of this manuscript. Invaluable laboratory assistance was provided by Bob Basham and Christina Beeson. Thoughtful discussions with Megan Kenworthy helped in the planning and execution of the laboratory experiments. Topographic, bed characteristics, and hydraulic data are available free of change at http://pangaea.de/.
doi	10.1002/2017WR020845
Formato Recurso	pdf
Palabras Claves	sediment transport fluvial geomorphology sediment patches low relative submergence regime spatially variable flow roughness transporte de sedimentos geomorfología fluvial parches de sedimentos régimen de sumergencia relativa baja flujo espacialmente variable aspereza
Ubicación del archivo	http://dx.doi.org/10.1002/2017WR020845
Categoría OCDE	Environmental Sciences# Limnology# Water Resources
Materias	sediment transport fluvial geomorphology sediment patches low relative submergence regime spatially variable flow roughness transporte de sedimentos geomorfología fluvial parches de sedimentos régimen de sumergencia relativa baja flujo espacialmente variable aspereza
Disciplinas de la OCDE	Oceanografía, Hidrología y Recursos del Agua Geociencias Otras Especialidades de Ciencias de la Tierra
Versión del recurso (Recomendado-único)	version publicada
Tipo de ruta	dorada
Access Rights	acceso abierto
Derechos de acceso	acceso abierto
Id de Web of Science	WOS:000418736700038
Título de la cita (Recomendado-único)	Bed Surface Adjustments to Spatially Variable Flow in Low Relative Submergence Regimes
Identificador del recurso (Mandatado-único)	Artículo original
Editorial	AMER GEOPHYSICAL UNION
Revista/Libro	WATER RESOURCES RESEARCH
Categoría WOS	Ciencias Ambientales Limnología Recursos hídricos
ISSN	0043-1397
Idioma	en
Referencia del Financiador (Mandatado si es aplicable-repetible)	NSF 0847799 ANID Becas de Doctorado en el Extranjero-Becas Chile Directorate For Geosciences NSF Division Of Earth Sciences 0847799
Descripción	"Funding for this research was provided by a NSF Career award to E.M. Yager (0847799) and the Chilean Government-CONICYT ""Becas de Doctorado en el Extranjero-Becas Chile."" We thank Catalina Segura, Ali Khosronejad, and one anonymous reviewer for their constructive comments that helped to improve an earlier version of this manuscript. Invaluable laboratory assistance was provided by Bob Basham and Christina Beeson. Thoughtful discussions with Megan Kenworthy helped in the planning and execution of the laboratory experiments. Topographic, bed characteristics, and hydraulic data are available free of change at http://pangaea.de/."
Formato	pdf
Página de inicio (Recomendado-único)	9350
Página final (Recomendado-único)	9367
Entidad financiadora	NSF 0847799#ANID Becas de Doctorado en el Extranjero-Becas Chile#Directorate For Geosciences#NSF Division Of Earth Sciences 0847799