On the Rozovskii method to insolate secondary circulation from skewed flow

Abstract

Captured 2DV patterns of river flow velocities in a cross-plane provide the basis for inferring the existence of helical flow in open-channel bends and stream confluences. Researchers usually refer to the procedure named Rozovskii, which computes the cross-stream component with respect to the mean flow direction at each vertical, forcing by definition a zero net discharge in outward and inward directions. As a consequence, the secondary flow strength is determined locally by each vertical velocity profile instead of defining it on the entire cross-section. Nevertheless, some ambiguities still arise when deciding the orientation of the cross-channel plane that defines the downstream and the cross-stream component. Rhoads and Kenworthy (1998a) assumed that the method shortcomings could be circumvented by projecting their field data onto fixed cross-sections. Their contribution ignited a controversy. It is the purpose of this thesis to contribute to the elucidation of the controversy from both analytical and experimental points of view. Two rather simple analytical flow solutions that exhibits helical behavior were developed to emulate the flow-pattern that set in curved open-channels. Then, massive field works were undertaken at river bends nearby the Santa Fe city to test the previous theoretical findings. The author establishes that despite the apparent capability of the Rozovskii procedure to extract the helicoidal component, the cross-flow has distortion by an error source term entirely attributed to the streamwise velocity. Finally, the thesis closes by proposing an engineering intervention downstream of the studied bifurcation at the entrance channel to the Santa Fe city harbor.

La captura de patrones 2DV de velocidades del flujo de ríos en un plano transversal proporciona la base para inferir la existencia de flujo helicoidal en curvas y confluencias. Los investigadores aplican el procedimiento de Rozovskii, al calcular la componente transversal del flujo con respecto a la dirección media del mismo en cada vertical, forzando un caudal neto cero en dirección externa e interna de la curva. Como consecuencia, el flujo secundario se determina localmente en cada perfil de velocidad vertical en lugar de definirse en toda la sección transversal. Surgen algunas ambigüedades a la hora de decidir la orientación del plano que determina la componente transversal y longitudinal de la corriente. Rhoads y Kenworthy (1998a) asumieron la proyección de sus datos en secciones transversales fijas. Su contribución encendió una controversia. El propósito de esta tesis es contribuir al esclarecimiento de la controversia desde puntos de vista analíticos y experimentales. Soluciones analíticas de flujos simples que exhibe un comportamiento helicoidal se desarrollaron para emular el patrón de flujo que existe en curvas de ríos. Luego, se realizaron mediciones de campo en curvas de ríos cercanas a la ciudad de Santa Fe para verificar los resultados teóricos. Se establece que a pesar de la aparente capacidad del procedimiento de Rozovskii para extraer la componente helicoidal, la misma presenta una distorsión asociada a un término fuente de error atribuido a la velocidad en sentido de la corriente. La tesis cierra con una propuesta de intervención ingenieríl aguas abajo de la bifurcación estudiada.