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Hydrodynamic Identification of Potential Sediment Depositional Zones in the Lower Rabnabad Channel of Payra Port, Bangladesh

Este estudio utiliza un modelo hidrodinámico MIKE21 FM calibrado para identificar zonas específicas en el canal inferior de Rabnabad en el puerto de Payra, Bangladesh, que son propensas a la deposición de sedimentos debido a condiciones de flujo subcríticas y turbulentas, proporcionando así datos críticos para futuras operaciones de dragado y monitoreo morfodinámico.

Autores originales: Shahriar Khosnoor Prince, K M Azam Chowdhury, Alif Mohammad Khan, Tonia Astrid Capuano, Mahmudul Hasan Khan, Md. Kawser Ahmed

Publicado 2026-09-25✓ Author reviewed ⓘ

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CC BY 4.0

Autores originales: Shahriar Khosnoor Prince, K M Azam Chowdhury, Alif Mohammad Khan, Tonia Astrid Capuano, Mahmudul Hasan Khan, Md. Kawser Ahmed

Artículo original bajo licencia CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Esta es una explicación generada por IA del artículo a continuación. No ha sido escrita por los autores. Para mayor precisión técnica, consulte el artículo original. Leer descargo de responsabilidad completo

Los ríos y los océanos están en constante conversación, encontrándose en la costa donde el agua dulce se une con el mar. En estos lugares de encuentro, conocidos como estuarios, el agua no solo fluye; se desplaza, se arremolina y se asienta. Cuando la corriente disminuye, el limo y la arena pesada que transporta caen al fondo, acumulando capas de sedimento. Este proceso natural es vital para la formación de tierra, pero para los puertos artificiales, representa un desafío persistente. Si demasiado sedimento se asienta en un canal de navegación, el agua se vuelve demasiado poco profunda para que los grandes buques pasen de forma segura. Las autoridades portuarias deben dragar constantemente, o excavar estos depósitos, para mantener las vías navegables abiertas. Sin embargo, saber exactamente dónde se amontonará el sedimento es difícil. Las fuerzas en juego son complejas e involucran el empuje del agua del río, la atracción de las mareas y la forma misma del lecho del río. Comprender dónde se forman estos depósitos requiere observar la energía invisible del agua, no solo el agua en sí.

En la parte sur de Bangladesh, el canal de Rabnabad sirve como la principal puerta de entrada al puerto de Payra, el tercer puerto marítimo del país. Esta vía fluvial es una arteria crítica para el comercio, pero también es un lugar donde el río y el océano luchan por la dominancia. Un equipo de investigadores se propuso mapear los puntos ocultos dentro de este canal donde es más probable que el sedimento se asiente. No dependieron de conjeturas ni de la simple observación. En su lugar, construyeron una réplica digital detallada del canal, un modelo computacional que imita el movimiento real del agua. Al alimentar este modelo con datos reales sobre mareas, flujo de ríos, temperatura del agua y salinidad, pudieron simular cómo se comporta el agua durante diferentes estaciones. El objetivo era identificar zonas específicas donde el agua se mueve lo suficientemente lento como para que la arena y el lodo caigan de la corriente y se acumulen en el lecho del río.

Los investigadores centraron su estudio en dos momentos distintos del año: el invierno, cuando el flujo del río es generalmente menor y las mareas tienen una influencia más fuerte, y el periodo de pre-monzón, justo antes de que comiencen las lluvias intensas. Utilizaron un programa informático sofisticado para recrear el movimiento del agua, ajustando el modelo hasta que sus predicciones coincidieran con las mediciones reales tomadas en el canal. Una vez que el modelo fue preciso, el equipo analizó el comportamiento del agua utilizando dos conceptos clave que describen cómo se mueven los fluidos. El primer concepto observa el equilibrio entre la velocidad del agua y la atracción de la gravedad. Cuando este equilibrio se inclina hacia la gravedad, el agua se mueve lenta y silenciosamente, creando un entorno tranquilo donde el sedimento puede asentarse fácilmente. El segundo concepto mide la turbulencia, o el movimiento caótico del agua. Una alta turbulencia mantiene las partículas en suspensión, pero cuando la energía cae de formas específicas, el agua puede transicionar de un estado caótico a un estado suave y plano que fomenta la deposición.

Al combinar estas dos mediciones, los investigadores descubrieron que todo el canal está dominado por agua de movimiento lento y tranquilo, una condición ideal para que el sedimento caiga. Sin embargo, encontraron que esta calma no es uniforme. A través de sus simulaciones, identificaron tres áreas específicas donde las condiciones son perfectas para que el sedimento se acumule: un punto al norte llamado Chaltabunia, una sección media conocida como Gayapara y un área al sur llamada Dulashor. En estas zonas, el agua es tan tranquila que el lecho del río formaría naturalmente llanuras planas y sin rasgos, en lugar de rizos o dunas. Estas áreas planas son los signos reveladores de un lugar donde el sedimento se está asentando activamente. El estudio sugiere que estas tres ubicaciones son los principales puntos problemáticos para el puerto, requiriendo atención constante para evitar que el canal se vuelva demasiado poco profundo para los barcos.

El equipo también exploró cómo los cambios en la cantidad de agua que fluye desde el río afectan estas zonas de deposición. Ejecutaron el modelo con diferentes escenarios, simulando qué pasaría si el flujo del río se redujera significativamente o aumentara. Encontraron una relación no lineal entre el flujo del río y el tamaño de los depósitos de sedimento. A medida que el flujo del río aumentaba desde un nivel bajo, el área donde el sedimento podía asentarse crecía de hecho, hasta cierto punto. Esto podría parecer contraintuitivo, ya que se esperaría que el agua más rápida lo lavara todo. Sin embargo, las simulaciones mostraron que aumentos moderados en el flujo creaban condiciones específicas que favorecían la deposición en estas zonas. Pero una vez que el flujo del río superaba cierto umbral, el patrón cambiaba. La mayor velocidad y energía del agua comenzaba a erosionar el lecho del río, reduciendo el área donde el sedimento podía asentarse. Esto significa que la relación entre el flujo del río y la acumulación de sedimentos no es una línea recta simple; tiene un punto de inflexión donde la dinámica cambia.

Los hallazgos de este estudio proporcionan un mapa claro, basado en la ciencia, para la gestión del canal de Rabnabad. Los investigadores identificaron que las tres zonas de Chaltabunia, Gayapara y Dulashor son los lugares más probables para que el sedimento se acumule, una conclusión respaldada por el hecho de que estas áreas coinciden con los lugares donde la autoridad portuaria ya realiza dragados. El estudio no midió la cantidad exacta de arena en movimiento ni la tasa precisa a la que el lecho del río se eleva, ya que no se disponía de los datos necesarios sobre los tipos de sedimentos. En su lugar, utilizó la física del movimiento del agua para predecir dónde se dan las condiciones adecuadas para que ocurra la deposición. Los resultados ofrecen una herramienta de cribado preliminar que los gestores portuarios pueden utilizar para priorizar sus esfuerzos de dragado y planificar el futuro. Al comprender las fuerzas hidrodinámicas invisibles en juego, el puerto puede mantener un canal seguro y eficiente para los barcos que mantienen en movimiento la economía de Bangladesh.

Resumen Técnico: Identificación Hidrodinámica de Potenciales Zonas de Deposición de Sedimentos en el Canal Inferior de Rabnabad, Puerto de Payra, Bangladesh

Planteamiento del Problema
El canal de Rabnabad, que sirve como la principal ruta navegable hacia el puerto de Payra (el tercer puerto marítico de Bangladesh), está sujeto a complejas interacciones hidrodinámicas entre las fuerzas fluviales y de marea dentro del delta del Ganges-Brahmaputra-Meghna. Estas interacciones impulsan el transporte de sedimentos, provocando cambios morfológicos como la erosión y la acreción. Si bien los estudios regionales han examinado el delta en un sentido más amplio, existe una escasez de evaluaciones hidrodinámicas locales específicas, revisadas por pares, dirigidas específicamente a las zonas de deposición de sedimentos dentro del canal de Rabnabad. La falta de datos locales sobre la concentración de sedimentos en suspensión, la carga de fondo y el tamaño del grano limita la capacidad de cuantificar directamente las tasas de sedimentación. En consecuencia, existe la necesidad de una herramienta de cribado preliminar para identificar áreas hidrodinámicamente favorables para la deposición de sedimentos con el fin de apoyar la gestión de la navegación y las estrategias de dragado.

Metodología
El estudio emplea un modelo hidrodinámico de malla flexible (flexible mesh) bidimensional (2D), MIKE 21 FM, desarrollado por DHI Water and Environment. El modelo simula flujos de superficie libre, incluyendo elevación de la superficie, velocidad, salinidad y temperatura, impulsados por el viento, la elevación de la marea y el caudal del río.

Dominio de Estudio y Datos: El dominio computacional cubre el tramo inferior del canal de Rabnabad y los distributarios adyacentes. El modelo utiliza una malla de alta resolución (12.5 m) con 17,202 componentes. Las condiciones de contorno incluyen datos del nivel del agua del Golfo de Bengala (límite sur) y datos de descarga fluvial de los distributarios aguas arriba (límites noreste y noroeste). Los datos meteorológicos (viento y precipitación) se obtuvieron de la estación de Patuakhali.
Periodos de Simulación: Se simularon dos ventanas estacionales distintas para capturar la variabilidad hidrodinámica: la temporada de invierno (20 al 27 de diciembre de 2018) y la temporada de pre-monzón (1 al 8 de mayo de 2019).
Calibración y Validación: El modelo fue calibrado utilizando datos de mareas de junio de 2019 mediante el ajuste iterativo del coeficiente de rugosidad de Manning ( $1/n$ ). Se seleccionó un valor de $35 \text{ m}^{1/3}/\text{s}$ , ya que proporcionó la mayor alineación entre las elevaciones de superficie simuladas y observadas. Posteriormente, el modelo fue validado frente a datos observados para cuatro parámetros: descarga, elevación de la superficie, salinidad y temperatura. Las métricas estadísticas utilizadas incluyeron el Error Absoluto Medio (MAE), el Error Cuadrático Medio (RMSE) y el coeficiente de correlación ( $r$ ).
Análisis Dimensional: Para identificar zonas de deposición sin un modelado directo del transporte de sedimentos, el estudio calculó números adimensionales a partir de los campos de flujo simulados:
- Número de Froude ( $Fr$ ): Utilizado para distinguir regímenes de flujo. Un $Fr < 1$ indica un flujo subcrítico (quiescente), favorable para la deposición.
- Número de Reynolds ( $Re$ ): Utilizado para caracterizar la turbulencia del flujo. Un $Re > 4000$ indica un flujo turbulento (asociado con rizos/dunas), mientras que un $Re < 500$ indica un flujo laminar (asociado con lechos planos).
Criterios de Deposición: Las posibles zonas de deposición se identificaron como áreas que exhiben números de Froude bajos ( $Fr < 1$ ) combinados con un número de Reynolds bajo ( $Re < 500$ , indicando lechos planos) o adyacentes a zonas de alto Reynolds ( $Re > 4000$ ), lo que sugiere una disipación de energía conducente al asentamiento de sedimentos.
Análisis de Sensibilidad: El modelo fue sometido a pruebas de sensibilidad alterando los ingresos de descarga fluvial por porcentajes específicos (por ejemplo, ±35%, ±70%, +140%) para observar las respuestas no lineales en el área de potencial deposición.

Resultados Clave

Desempeño del Modelo: El modelo calibrado demostró una alta confiabilidad. Las estadísticas de validación mostraron fuertes correlaciones ( $r = 0.98–0.99$ ) entre los datos simulados y observados. Los valores de MAE y RMSE fueron bajos para todos los parámetros (por ejemplo, el RMSE para la elevación de la superficie fue de 0.0447 m en invierno y 0.0113 m en pre-monzón).
Características Hidrodinámicas: Todo el dominio modelado exhibió predominantemente un flujo subcrítico ( $Fr < 1$ ) durante ambas estaciones, creando condiciones conducentes a la deposición de sedimentos.
Zonas de Deposición Identificadas: El análisis de los parámetros adimensionales identificó tres zonas específicas propensas a la acumulación de sedimentos:
1. Chaltabunia (Sector norte)
2. Gayapara (Sector medio)
3. Dulashor (Sector sur)
  Estas zonas se caracterizan por formaciones de lecho fluvial plano ( $Re < 500$ ) o transiciones entre flujos turbulentos y de baja energía.
Estimaciones del Área de Deposición:
- Temporada de Invierno: El área propensa a la deposición se estimó en $7.0 \text{ km}^2$ bajo la descarga base.
- Temporada de Pre-monzón: El área estimada fue de $4.1 \text{ km}^2$ bajo la descarga base.
Sensibilidad de la Descarga: Se observó una relación no lineal entre la descarga fluvial y el área de deposición. El área de deposición aumentó con la descarga fluvial hasta un umbral específico. Más allá de este umbral, los incrementos adicionales en la descarga provocaron una reducción en el área de deposición, debido al aumento de la velocidad del flujo y la turbulencia que inhiben el asentamiento.

Significancia y Reivindicaciones
Los autores afirman que este estudio proporciona una herramienta de cribado hidrodinámico preliminar para la gestión de canales de navegación en entornos con escasez de datos. Al utilizar números adimensionales ( $Fr$ y $Re$ ) derivados de un modelo hidrodinámico validado, la investigación identifica con éxito las posibles zonas de deposición sin requerir datos extensos de calibración de transporte de sedimentos.

El estudio destaca que las zonas identificadas (Chaltabunia, Gayapara y Dulashor) se alinean con las preocupaciones operativas de la Autoridad del Puerto de Payra, que requiere dragado regular para mantener las profundidades navegables. Los autores declaran explícitamente que, si bien el estudio no calcula directamente las tasas de sedimentación o los cambios en el nivel del lecho debido a las limitaciones de datos, los resultados ofrecen una base fundamental para:

Futuros monitoreos de sedimentos y el desarrollo de modelos morfodinámicos.
Planificación estratégica para las operaciones de dragado.
Comprensión de la interacción entre las fuerzas fluviales y de marea en el canal de Rabnabad.

El artículo concluye que la integración del modelado hidrodinámico con diagnósticos adimensionales es un método viable para identificar riesgos de colmatación en estuarios tropicales, aunque enfatiza la necesidad de un monitoreo a largo plazo y de modelos de transporte de sedimentos en el futuro para refinar estas predicciones.

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