Se você já olhou atentamente para uma duna de areia ou sedimento 3-D dentro de um rio ou área costeira, você se perguntou como se formou?

Depois de notar como a construção de barragens altera significativamente a hidrodinâmica dos rios naturais e a evolução do leito resultante a jusante, um grupo de pesquisadores da Universidade de Tsinghua, na China, decidiu aplicar simulações numéricas para ajudar a determinar o que está em jogo na relação entre o movimento dos sedimentos e as condições de fluxo. Eles relatam suas descobertas em Física dos Fluidos .

O trabalho do grupo foi inspirado em parte pelo impacto da Barragem das Três Gargantas, que é uma barragem hidroelétrica de gravidade que atravessa o rio Yangtze. Desde sua construção em 2003, 11,7 quilômetros (7,2 milhas) de leito de rio plano a jusante dentro do estuário do Yangtze foram observados se transformando em formas de leito de dunas - características que se formam como resultado do material do leito do rio sendo movido por fluxo de fluido.

“Esta evolução da morfologia do leito ameaçou a segurança da navegação e a estabilidade dos diques dos rios, porque o mecanismo de formação de dunas de sedimentos era desconhecido, "disse Hongwei Fang, professor da Universidade Tsinghua.

Os pesquisadores decidiram simular com precisão o fluxo totalmente turbulento próximo ao leito do rio e vinculá-lo ao movimento das partículas de sedimento.

"Usamos uma grande tecnologia de simulação de redemoinhos para obter um campo de fluxo instantâneo próximo ao leito preciso, calcular as tensões de cisalhamento agindo sobre as partículas de sedimento e, finalmente, simular a evolução do leito do rio, "disse Fang.

Usando visualização e análise de espectros de potência, os pesquisadores conseguiram caracterizar a formação das dunas de sedimentos em três estágios distintos e mostrar claramente o mecanismo responsável por cada um.

"A interação do fluxo próximo ao leito e das partículas de sedimento foi rigorosamente investigada, mas ainda não estava exatamente claro o que estava acontecendo, "disse Fang." Dividir em três estágios nos ajudou a esclarecer esse processo. "

"Os defeitos iniciais que aparecem no leito no início do processo estão intimamente ligados à velocidade do fluxo instantâneo logo antes do leito ser desestabilizado, "disse ele." Também descobrimos que os defeitos com uma alta velocidade de fluxo instantâneo são eliminados, enquanto defeitos com baixa velocidade instantânea recebem depósitos de sedimentos e crescem em comprimento e altura. E, avançar, uma zona de esteira constante se forma a jusante de micro ondas de areia, onde os sedimentos se acumulam. "

Quanto aos aplicativos, este trabalho "ajudará a prever a evolução da morfologia do leito do rio - como ela se forma e muda - dentro dos rios naturais, "Fang disse." E isso permitirá a prevenção de perigos potenciais, como ruptura na margem do rio ou encalhe do navio. "

Próximo, o grupo vai explorar os meandros do rio, que representa uma séria ameaça para os rios com barragens.

"Com nosso sucesso em simular a evolução dos leitos dos rios, estamos confiantes em revelar o mecanismo de meandros do rio, que é muito importante na construção de diques fluviais, gestão do rio do lago e proteção do habitat aquático, "Fang disse.