04 propagacion

PROYECTO BÁSICO DE ADSCRIPCIÓN DEL NUEVO PUERTO DE
TOSSA DE MAR - GIRONA, ESPAÑA
ANEJO Nº 4: ESTUDIO DE PROPAGACIÓN
REV.
FECHA
DESCRIPCIÓN
POR
REV.
APROB.
A
14/04/2014
ESTUDIO DE
INGENIERÍA
FRP
PSM
JMP
B
06/06/2014
ESTUDIO DE
INGENIERÍA
FRP
PSM
JMP
Cerdanyola del Vallès, Barcelona. Junio de 2014
PROYECTO BÁSICO DE ADSCRIPCIÓN DELNUEVO PUERTO DE TOSSA DE MAR
ÍNDICE
1.
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................ 1
2.
TRANSFORMACIÓN DEL OLEAJE EN SU PROPAGACIÓN HACIA LA COSTA ...... 2
3.
PROPAGACIÓN ......................................................................................................... 4
3.1 Batimetría y dominio .......................................................................................... 4
3.1.1 Batimetría ................................................................................................... 4
3.1.2 Dominio....................................................................................................... 5
3.2 Resultados ......................................................................................................... 7
3.2.1 Pases de las simulaciones .......................................................................... 7
3.2.2 Resumen de los resultados ....................................................................... 11
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Documento Nº1 Memoria y Anejos. ANEJO Nº 4: ESTUDIO DE PROPAGACIÓN
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FIGURAS
Figura 1. Detalle de la batimetría ........................................................................................................ 4
Figura 2. Detalle de la batimetría ........................................................................................................ 5
Figura 3. Mallas utilizadas para las simulaciones ............................................................................... 6
Figura 4. Coeficiente de refracción (Kr). Tp = 7s y Dir = NE. ............................................................. 7
Figura 5. Coeficiente de refracción (Kr). Tp = 6s y Dir = E. ................................................................ 8
Figura 6. Coeficiente de refracción (Kr). Tp = 6s y Dir = SE. .............................................................. 9
Figura 7. Coeficiente de refracción (Kr). Tp = 6s y Dir = S. .............................................................. 10
Figura 8. Coeficiente de refracción (Kr). Tp = 6s y Dir = SO. ........................................................... 11
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TABLAS
Tabla 1. Detalles de las simulaciones ................................................................................................. 4
Tabla 2. Resumen de los resultados ................................................................................................. 11
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1. INTRODUCCIÓN
Uno de los principales problemas que se presenta en el campo de la Ingeniería Marítima
y de Costas es la determinación de las acciones del oleaje en la región de estudio, dado
que su conocimiento es de gran interés para la resolución de un elevado número de
cuestiones, tales como el diseño de diques, estructuras offshore y obras de protección
costera, la ubicación y diseño portuaria, análisis de evolución costera etc.
En base a esto, se trata de simular la propagación del oleaje incluyendo el mayor número
de fenómenos posibles, con objeto de cuantificar del modo más completo las
características del oleaje en la región de estudio.
Las dos técnicas que existen para simular la propagación del oleaje son los modelos
físicos y los modelos matemático - numéricos. Los modelos físicos, se basan en las
leyes de semejanza que tratan de reproducir la realidad a escala reducida, mientras que
los modelos numéricos intentan aproximar el comportamiento de los diferentes
fenómenos naturales mediante la resolución numérica de ecuaciones matemáticas.
Una de las indudables ventajas del modelado numérico con respecto al físico es que,
mientras un modelo reducido puede ser utilizado exclusivamente para el problema que
fue pensado, un modelo numérico puede ser utilizado para cualquier problema que esté
dentro de su ámbito de aplicación, variando tan solo las condiciones iniciales y las
condiciones de contorno.
En este anejo se realiza la propagación de oleaje desde aguas profundas hasta las
proximidades del dique, empleando el módulo de propagación PMS del modelo MIKE
21,que incluye los efectos combinados de la refracción - difracción, fricción por fondo y
rotura del oleaje.
El modelo resuelve una aproximación parabólica de la ecuación para pendientes suaves
(Berkhoff, 1972), presentando gran compacidad, facilidad de programación, estabilidad
numérica y un importante ahorro de tiempo de computación.
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2. TRANSFORMACIÓN DEL OLEAJE EN SU PROPAGACIÓN HACIA LA COSTA
Tras alejarse de la zona de generación, el oleaje desarrollado se propaga por el mar
produciéndose una transformación tanto de la energía cinética como dinámica,
dispersándose direccional y frecuencialmente.
Al disminuir la profundidad el oleaje va adquiriendo las características propias de un
oleaje en aguas poco profundas, "shallowwater". De este modo, cuando el oleaje siente el
fondo del mar, o lo que es lo mismo, cuando el fondo percibe la influencia de la dinámica
ondulatoria, en la llamada zona de "shoaling", se inician determinados fenómenos de
transformación del oleaje.
Las manifestaciones más notables de esta transformación del oleaje son la refracción, la
difracción, el "shoaling" y la rotura.
Refracción: se produce como consecuencia de la variación de la celeridad de la onda a
lo largo de un mismo frente, en función de la profundidad, la velocidad de las corrientes
locales y el período. La refracción induce una curvatura en el frente de tal forma que
dicho frente tiende a ponerse paralelo a las líneas batimétricas.
Difracción: cesión lateral de energía, que se produce tras la propagación por un
determinado obstáculo como puede ser una isla o dique. Los efectos que produce la
difracción son cambios sustanciales en las alturas de ola y direcciones de propagación en
las inmediaciones de la zona de agua abrigada tras el obstáculo.
Shoaling (asomeramiento): es debido a la variación de la velocidad de propagación del
flujo de energía de las ondas, también denominado celeridad de grupo. Dicha variación
se produce por la diferente profundidad que van encontrando los frentes a lo largo de su
propagación. El "shoaling" da lugar asimismo a una variación en la altura de ola.
Rotura: se produce, cuando la altura de la onda es del mismo orden de magnitud que la
profundidad. Este fenómeno marca el final de la zona de "shoaling" y el inicio de la zona
de "surf" o rompientes, que se caracteriza por ser una región muy dinámica y de gran
disipación de energía.
Frente a todas las ventajas que representa el uso de un modelo parabólico de este estilo
aparecen una serie de restricciones y efectos que es importante conocer para la correcta
interpretación de los resultados que se ofrecen.
Básicamente estos efectos son "ruido numérico" e incremento parcial de energía en los
contornos laterales debido a la condición de contorno abierto que emplea el modelo.
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Cuando se utilizan aproximaciones parabólicas de orden superior para la simulación de
oleaje alrededor de islas u obstáculos, la presencia de oleaje en rotura en parte de los
nodos de una fila (dirección transversal al movimiento) y de oleaje sin romper en el resto
de los nodos, puede provocar cambios bruscos en la amplitud de las ondas entre dos
puntos adyacentes de la malla, llegando en ocasiones a generar "ruido numérico".
Este ruido numérico aparece inicialmente en forma de elevados valores de la amplitud de
la onda en nodos aislados, propagándose seguidamente como ondas de gran frecuencia
('high-wavenumbernoise") en dirección transversal hacia el interior del dominio de cálculo.
Para resolver dicho ruido numérico es necesario diseñar un filtro que reduzca estas
perturbaciones. Pese a todo en determinadas circunstancias este efecto es difícil de
evitar en su totalidad.
El otro problema importante que puede aparecer con los esquemas de orden superior de
este estilo es su sensibilidad a las condiciones de contorno laterales. Los contornos
laterales, límites artificiales de la zona a modelizar, son puntos de agua, siendo la
condición de contorno más realista en esta situación la que permite tanto la entrada como
la salida del oleaje del interior del dominio sin producir reflexiones por contaminación
numérica, que evidentemente son inexistentes en la realidad (condición de contorno
abierta). En estas circunstancias el programa admite como válida la ley de Snell.
En los casos en que las líneas batimétricas son paralelas o aproximadamente paralelas a
la dirección de propagación de oleaje y éstas además tienden a ser paralelas a los límites
de la malla la aplicación de la ley de Snell en los contornos puede dar lugar a
inestabilidades numéricas, caracterizadas por una cierta reflexión espuria hacia el interior
del dominio.
En caso de comprobar que la zona de interés quede parcialmente afectada por dichas
reflexiones provenientes del contorno, se deberá aumentar la anchura del dominio,
alejando la zona de interés en el estudio de dichos contornos.
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3. PROPAGACIÓN
Como ya se ha comentado, se ha realizado un estudio de propagación con módulo PMS
(ParabolicMild-Slope) del modelo numérico Mike 21. Se han realizado las siguientes
simulaciones:
Hs (m)
1
1
1
1
1
Tp (s)
7
6
6
6
6
Dirección
NE (45°)
E (90°)
SE (135°)
S (180°)
SO (225°)
Nivel del mar (cm)
29
29
29
29
29
Tabla 1. Detalles de las simulaciones
3.1
Batimetría y dominio
3.1.1 Batimetría
Se ha utilizado la batimetría del proyecto “Avant Projecte del Port Nàutic i Pesquer de
Tossa de Mar” complementada con cartas náuticas. Concretamente, la información
utilizada corresponde con la carta náutica 304b del IHM.
Figura 1. Detalle de la batimetría
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3.1.2 Dominio
En la siguiente figura se recogen las direcciones de incidencia: NE, E, SE, S y SO:
Zona de implantación del puerto
sometida a oleajes de Garbí (SO)
SO
Figura 2. Detalle de la batimetría
Para reproducir correctamente todos los fenómenos se han realizado tres mallas
diferentes:
•
•
•
Malla E: para las direcciones NE y E
Malla SE: para la dirección SE
Malla S: para las direcciones S y SO
La geometría de las mallas se detalla en la siguiente figura:
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Figura 3. Mallas utilizadas para las simulaciones
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3.2
Resultados
El resultado de la propagación se mide a partir del coeficiente de refracción, definido
como la altura de ola en un punto objetivo respecto la altura de ola inicial, en aguas
profundas):
3.2.1 Pases de las simulaciones
Figura 4. Coeficiente de refracción (Kr). Tp = 7s y Dir = NE.
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Figura 5. Coeficiente de refracción (Kr). Tp = 6s y Dir = E.
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Figura 6. Coeficiente de refracción (Kr). Tp = 6s y Dir = SE.
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Figura 7. Coeficiente de refracción (Kr). Tp = 6s y Dir = S.
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Figura 8. Coeficiente de refracción (Kr). Tp = 6s y Dir = SO.
3.2.2 Resumen de los resultados
En la siguiente tabla muestran los resultados obtenidos en la bocana del puerto deportivo.
Se muestra tanto el coeficiente de refracción (Kr) como la dirección tras la propagación.
Se recuerda que por efecto de la refracción y la difracción la dirección del oleaje también
varía a medida que el oleaje se aproxima a la costa:
H
1
1
1
1
1
Tp
7
6
6
6
6
Dir0
NE (45°)
E (90°)
SE (135°)
S (180°)
SO (225°)
Kr
0,7
0,9
0,95
0,95
0,95
Dir ( °)
70
95
135
180
222
Tabla 2. Resumen de los resultados
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