Resumen de Modelo de forma en planta en equilibrio basado en métodos numéricos
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Al menos el 70% de los arenales del mundo están en recesión causando importantes impactos en construcciones e infraestructuras. En especial, la inestabilidad de las playas ha causado unos costes económicos, ambientales y sociales muy significativos.
Tanto para atenuar la erosión costera, como para una apropiada gestión, es necesario modelizar y conocer la evolución de la playa y su forma final de equilibrio. Actualmente, existen diferentes modelos que nos permiten conocer la forma en planta en equilibrio de una playa e.g. (Hsu, 1989; Silvester, 1960). Sin embargo, las expresiones matemáticas desarrolladas hasta ahora no tienen en cuenta los procesos hidrodinámicos locales que se dan a lo largo de la playa, por lo que su aplicación se ve limitada cuando se tienen accidentes topobatimétricos (bajos, islas. . . ). De acuerdo con lo anterior, es necesario desarrollar un modelo de forma en planta en equilibrio que supere las limitaciones que presentan los modelos actuales. Es más, no solo la forma en planta en equilibrio es importante, sino que la forma en planta que se tiene en un momento dado y/o bajo unas condiciones de oleaje dadas es de gran interés. Sin embargo, no se tiene ningún modelo de este tipo.
Con base en esto, el objetivo principal de esta tesis es desarrollar un nuevo modelo de forma en planta en equilibrio estático que tenga en cuenta los procesos dinámicos que tienen lugar en la zona de rompientes. De esta manera, se superan las limitaciones que presentan los modelos actuales. Los objetivos específicos son los siguientes: - Objetivo 1: Desarrollar el modelo de forma en planta en equilibrio basado en los procesos dinámicos.
- Objetivo 2: Desarrollar la metodología de aplicación del modelo.
- Objetivo 3: Validar tanto el modelo como la metodología presentada.
- Objetivo 4: Obtener la forma en planta en un momento dado en vez de la forma en equilibrio.
El modelo se basa en la hipótesis de que la playa alcanza su forma de equilibrio estático cuando la velocidad longitudinal media en la zona de rompientes a lo largo de toda la playa es nula (V ̅=0). Asumiendo esta idea, se busca el ángulo de la línea de costa que cancela los forzamientos que generan corrientes longitudinales a lo largo de la playa. El modelo se ha desarrollado obteniendo la expresión de la velocidad longitudinal en base al concepto de tensor de radiación (Longuet-Higgins and Stewart, 1964). Los forzamientos que se tienen en cuenta a la hora de desarrollar el modelo son la oblicuidad del oleaje, el gradiente de altura de ola y turbulencia.
La metodología que se presenta para la aplicación del modelo en playas reales se basa en, primero, realizar un downscaling híbrido dinámico-estadístico para obtener los datos de oleaje en el punto de rotura, segundo, calcular las características del estado de mar representativo en rotura, por último, aplicar el modelo de forma en planta en equilibrio. El estado de mar representativo se calcula realizando una media ponderada de las características del oleaje según la energía de cada estado de mar.
Los datos de partida necesarios son una serie temporal de clima marítimo y una batimetría para poder llevar a cabo la propagación. El modelo se caracteriza por tener en cuenta los procesos dinámicos que tienen lugar en la zona de rompientes, por lo tanto es necesario tener una batimetría de detalle de la playa que defina con precisión los accidentes geológicos.
El modelo es validado aplicándolo en tres playas españolas: las dos primeras playas, Milagro y San Andrés, presentan una batimetría suave y la playa de Cala Millor, se caracteriza por tener zonas rocosas y por consiguiente, los modelos actuales no funcionan. Los resultados que se presentan demuestran que tanto el modelo como la metodología simulan adecuadamente la naturaleza.
Finalmente, combinando el modelo desarrollado en la tesis con el concepto de memoria de playa, se demuestra que se puede obtener la forma en planta de la playa instantánea y se presenta un caso de aplicación ingenieril.
- English
The aim of this thesis is to present a new process-based shape equation that is able to overcome the limitations of current models and estimate the static equilibrium shoreline of complex bathymetry beaches. A methodology for applying the model in real beaches is suggested and it is validated by presenting different case studies (Milagro beach, San Andrés beach, Cala Millor beach...). The results demonstrate that the static equilibium shape equation as well as the methodology simulates accurately the equilibrium planform shape of real beaches. What is more, the static equilibrium beach planform shape equation is combined with the concept of beach memory in order to obtain the instantaneous shoreline. An engineering application of the proposed methodology is also shown.
