Evolución de la capa superficial de mezcla en un embalse tropical andino incluyendo flujos advectivos y cambios en la dirección del viento
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Resumen
Este trabajo estudia la evolución de la Capa Superficial de Mezcla (SML) en un embalse tropical andino mediante la extensión de un modelo unidimensional basado en el balance de energía cinética turbulenta (TKE). A diferencia del esquema clásico, el modelo propuesto incorpora explícitamente flujos advectivos (afluentes, captación y vertedero) y la variación intradiurna de la dirección del viento proyectada sobre el eje del embalse. El caso de estudio es Porce II (Antioquia, Colombia), un embalse encañonado y alargado para generación hidroeléctrica. El modelo se implementó en lenguaje de programación R con esquema explícito para la integración en el tiempo. Los resultados muestran que considerar la dirección del viento a escala intradiurna y los flujos advectivos de entrada y salida mejora la reproducción de la profundidad y temperatura de la SML, permite capturar transiciones día–noche y favorece una partición energética consistente entre producción por viento, flotabilidad, cizallamiento y disipación. En escenarios operativos (descensos controlados bajo hidrologías seca y húmeda), el acoplamiento entre extracción selectiva y forzamiento atmosférico modula la tasa de profundización y el contenido de calor de la SML, subrayando la relevancia de los términos advectivos y de la dinámica direccional del viento. (Texto tomado de la fuente)
Abstract
This study investigates the evolution of the surface mixed layer (SML) in a tropical Andean reservoir by extending a one-dimensional model based on the turbulent kinetic energy (TKE) balance. Unlike classical approaches, the proposed model explicitly incorporates advective fluxes associated with inflows, power-plant intake, and spillway releases, as well as the intradiurnal reversal of wind direction projected along the main axis of the reservoir. The case study corresponds to the Porce II hydropower reservoir (Antioquia, Colombia), a narrow, canyon-shaped system. The model was implemented in R programming language using an explicit time-marching scheme. Results show that resolving intradiurnal wind-direction variability and advective fluxes improves the simulation of SML depth and temperature, enhances the representation of day–night transitions, and yields a consistent energy partition among wind-driven production, buoyancy, shear, and dissipation. Under operational scenarios involving controlled drawdowns during dry, average, and wet inflow conditions, the coupling between selective withdrawal and atmospheric forcing modulates SML deepening rates and heat content. These results highlight the operational relevance of advective terms and directional wind dynamics in regulating SML behavior. Overall, the extended TKE-based framework provides a physically consistent and robust description of SML evolution in canyon-type tropical reservoirs.
Palabras clave propuestas
Capa Superficial de Mezcla (SML); Embalse tropical andino; Flujos advectivos; Inversiones intradiurnas de la dirección del viento; Modelo de Energía Cinética Turbulenta (TKE); Surface Mixed Layer (SML); Tropical Andean reservoir; Advective fluxes; Intradiurnal wind-direction reversals; Turbulent Kinetic Energy (TKE) model.
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