Effects of vegetation height and relative submergence for rigid submerged vegetation on flow structure in open channel

Efectos de la altura de la vegetación y de la inmersión relativa en vegetación rígida en la corriente de un canal abierto

La vegetación en las corrientes de un río natural interactúa con el flujo de agua de una manera no lineal. En esta investigación se estudia la altura de la vegetación y un concepto de inmersión relativa para investigar experimentalmente los efectos de la vegetación rígida sumergida en una estructura de flujo. Los resultados revelan que las submersiones relativas decrecen a lo largo de la sección de vegetación sumergida. Desde la perspectiva del caso promedio, la relación lineal entre la profundidad del agua y la altura de la vegetación demuestra una tendencia a la baja del promedio de la inmersión relativa a medida que se incrementa la altura de la vegetación. Las diferencias entre la profundidad mínima y máxima del agua en los casos de inmersión puede describirse a través de una función lineal positiva con la altura de la vegetación y una función de poder negativa con inmersión relativa, por lo que el incremento del nivel del agua ocasionado por el bloqueo de la vegetación se puede predecir con condiciones hidráulicas similares. Los hallazgos de la investigación, especialmente la introducción de la inmersión relativa y su relación funcional con la alternación de la profundidad del agua inducida por la vegetación sumergida, pueden mejorar los amplios conocimientos de los comportamientos hidráulicos en un canal abierto con vegetación y pueden ofrecer información para la restauración ecológica de ríos.

Introducción

La vegetación sumergida que crece en aguas poco profundas es uno de los componentes más importantes que proporcionan servicios ecológicos en los ríos naturales (Okamoto et al., 2014; Najafabadi et al., 2015; O´Briain et al., 2017). Con fines de restauración ecológica y reducción de contaminantes, la plantación y gestión de vegetación acuática con diferentes configuraciones se han convertido en enfoques comunes en los últimos años (Zhou et al., 2006; Callow, 2012; Lama et al., 2021). En el caso de la vegetación rígida, debido a la retardancia vegetal adicional, se ha observado que la vegetación plantada en los ríos puede elevar la profundidad del agua y reducir la velocidad del flujo y, por lo tanto, aumentar el riesgo potencial de inundación o sedimentación (Zhang et al., 2015a; Friberg et al., 2017).  Sin embargo, la complejidad de las combinaciones de condiciones hidráulicas y de vegetación dificultó el desarrollo la determinación de las alternancias del estado del flujo debidas al bloqueo de la vegetación (Stone y Shen, 2002; Yagci et al., 2010). Por lo tanto, una comprensión exhaustiva de los efectos de la vegetación rígida sobre la estructura del flujo es importante para la restauración ecológica de los ríos. Partiendo de este punto, se pueden encontrar numerosos trabajos de investigación en la literatura (Fathi-Maghadam y Kouwen, 1997; Pasquino et al., 2016).