Modelo matemático desarrollado en la UdeC busca predecir inundaciones

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  • Además, contribuye a proyectar la pérdida de energía de un tsunami ante barreras naturales.
  • Grupo de investigadores desarrolló software para evaluar riesgos en cuerpos de agua a partir de información satelital.
Víctor Osores

Un grupo de investigadores de la Universidad de Concepción, UdeC, colabora con la Universidad de Sevilla (España) para el desarrollo de modelos matemáticos sobre sedimentación polidispersa aplicable a diversos problemas. “Actualmente, ésta es mi área de estudio y también el diseño métodos numéricos que nos permitan obtener una solución numérica del modelo obtenido”, detalla Víctor Osores, ex estudiante de postgrado del Centro de Investigación en Ingeniería Matemática, CI²MA, egresado del programa de Doctorado en Ciencias Aplicadas con mención en Ingeniería Matemática, ambos de la UdeC,  y principal responsable de esta investigación.

Software desarrollado en el contexto del proyecto Corfo dirigido por Santiago Yepes

“El proceso de sedimentación polidispersa está presente en muchas áreas: en problemas geofísicos, industriales, en la sangre también se llevan a cabo procesos de sedimentación, en la preparación de un té, entre otros. Es un tema de mucho interés y tiene muchas aplicaciones, por tanto, conocer un modelo matemático que describa este fenómeno nos permite, posterior a la obtención de un método numérico, simular el proceso de sedimentación sobre diferentes escenarios desde nuestro ordenador”, explica Osores.

El grupo de investigación, además, está compuesto por el investigador del Departamento de Matemática Aplicada de la Universidad de Sevilla, Enrique Fernández-Nieto; el académico de la Facultad de Ciencias Forestales (FCF) de la UdeC, Santiago Yépez; y el investigador del CI²MA y docente del Departamento de Ingeniería Matemática de la UdeC, Raimund Bürger.

Figura incluida en artículo desarrollado en contexto del estudio

Acerca de sus motivaciones para desarrollar este tema de investigación, Osores explica que al finalizar sus estudios de pregrado en Ingeniería Civil Matemática en la UdeC, tras haber conocido el desarrollo y aplicaciones de las ecuaciones diferenciales hiperbólicas en algunos modelos clásicos como de tráfico vehicular y de sedimentación unidimensional vertical, y en búsqueda de un tema para su memoria de grado, se acercó al Profesor Bürger, quien le presentó un trabajo que estaba desarrollando en conjunto con Fernández-Nieto. “Ahí nace todo, y desde ahí a la actualidad hemos hecho importantes avances en el área”, detalla Osores.

El investigador explica que estos resultados le han llevado a colaborar actualmente con académicos de la FCF, a través del Profesor Yépez, abordando diversos fenómenos como la predicción de zonas de inundaciones por rompimiento de represas o lluvias, la proyección de acumulación de sedimentos al interior de represas y, por otro lado, “analizar la pérdida de energía de un tsunami respecto de la densidad de árboles en la costa”, todas temáticas con un alto impacto social.

Osores en Penn State University, Estados Unidos.

Como resultado de estos estudios, prontamente será publicado en la revista Journal of Scientific Computing un artículo co escrito por Osores, Bürger y Fernández-Nieto y, “en conjunto con el profesor Yépez hemos diseñado el software South Rivers Toolbox, que permite obtener información morfológica de ríos, tales como valle de inundación, centro del canal activo, sinuosidad del río, batimetrías y otras métricas importantes, a través del análisis de imágenes satelitales, datos que nos servirán para simular procesos de sedimentación sobre escenarios reales y ajustar nuestros modelos”, detalla Osores. Este desarrollo computacional es producto del proyecto Corfo 19BP-117424 dirigido por Yépez.

El investigador explica que algunos modelos desarrollados hasta el momento no se ajustan adecuadamente a la compleja realidad de los problemas que abordan, dado que “no satisfacen una ley global de conservación de masa y momento. Nuestro modelo sí lo hace, es decir, la mezcla se comporta como un fluido de una única fase”, detalla Osores.

A su vez, Bürger destaca que “el colega Santiago Yépez y la Facultad de Ciencias Forestales ofrecen una excelente oportunidad para que un graduado de nuestro programa de doctorado se inserte en un nuevo ámbito y no solo amplíe la base teórica de sus conocimientos, sino que los aplique a la solución de problemas de alta relevancia para el país tanto del punto de vista geofísico como para la economía local”.

“También, en nuestro trabajo hemos propuesto una modificación para un modelo clásico que modela la velocidad de sedimentación multiespecie (MLB_velocity). Hemos introducido términos de compresibilidad de sedimento y viscosidad consiguiendo un modelo que poco a poco se acerca más a la realidad”, afirma Osores.

“Nuestro interés actual es tomar estos modelos y simular sobre ríos reales, lo que permitirá conocer zonas de inundación e identificar acumulación de sedimento en pequeñas represas para evaluar la existencia de posibles rompimientos”, explica Osores.

Sin embargo, afirma, aún se puede “mejorar el modelo, introduciendo términos de presión no hidrostática, términos de arrastre de sedimento del fondo y efectos de erosión” y, en cuanto a otras potenciales aplicaciones del modelo desarrollado, Osores detalla que se podría utilizar en la recuperación de aguas en la industria minera y en el tratamiento de aguas servidas, entre otras.