Sistema Computacional para la Modelación de los Procesos Costeros


2018 - 2022


En Ejecución

El objetivo del proyecto es el desarrollo de un sistema computacional que permita la modelación de los fenómenos costeros en Panamá



Una realidad con la cual convivimos los seres humanos es el calentamiento global. A lo largo del siglo XX, la temperatura media mundial ha aumentado entre 0.3 °C y 0.6 °C, con los 10 años más cálidos siendo registrados con posterioridad a 1991[1].

El aumento del nivel medio del mar  es uno de los impactos más seguros del calentamiento global debido al deshielo de los cascos polares. En las costas panameñas el aumento del nivel del mar (ANM) ocurre a una tasa de 3 mm/año según datos recientes [2].

El fenómeno llamado mar de fondo en el Pacífico Centroamericano, está asociado a la incidencia de vientos de tormenta que mueven enormes masas de agua desde el océano hacia las costas. Los vientos de tormenta persistentes crean sobre la superficie del mar un fuerte oleaje.  Las olas al acercarse a la costa tienden a frenarse al tocar el fondo marino y vuelcan hacia adelante rompiendo hacia la costa en forma de olas grandes, al mismo tiempo que ocurre un fuerte retroceso del agua hacia el mar (resaca).

El ANM exacerba los impactos del mar de fondo al amplificar el área total inundada y los niveles máximos del agua [3]-[6].  El mar de fondo acentuado por el ANM trae como consecuencia en las costas panameñas aumento en el nivel del mar, oleaje elevado, corrientes de arrastre, reducción de áreas de playa y marejadas en forma recurrente.

Para estudiar estos fenómenos y contribuir a la investigación y al desarrollo tecnológico del país, se ha desarrollado en el Centro de Investigaciones Hidráulicas e Hidrotécnicas de la Universidad Tecnológica de Panamá un modelo numérico para la propagación de las olas cercanas de la costa [7].

El modelo numérico desarrollado es un modelo de elementos finitos Contínuo de Galerkin no-hidrostático integrado en la profundidad. El modelo utiliza elementos finitos cuadrilaterales cuadráticos para la aproximación de las velocidades horizontales y elementos finitos cuadrilaterales lineales para la aproximación de las elevaciones de la superficie del agua y las presiones no-hidrostáticas.

El modelo no hidrostático fue capaz de mantener la  forma y la velocidad de propagación de una ola solitaria a lo largo de un canal de profundidad de agua constante. Esto es debido a que las distribuciones verticales de presión y velocidad del modelo no-hidrostático son equivalentes a las de las ecuaciones de Boussinesq clásicas, una solución de las cuales son precisamente las ecuaciones de la ola solitaria.

También, el modelo consiguió describir la transformación de olas sinosoidales sobre una barra sumergida. Específicamente, se reprodujeron con éxito los procesos de asomeramiento y transformación de las olas desde zonas de dispersión de baja frecuencia a zonas de dispersión de alta frecuencia.

Finalmente, el modelo fue capaz de describir la corrida (run up) y la reflexión de una ola solitaria sobre una pared vertical (Ver Anexo A).

Recientemente, se está trabajando para incorporar en el modelo numérico las capacidades de modelación del rompimiento y subsecuente run up de la ola sobre superficies inclinadas, las más encontradas en la práctica, además de un algoritmo de mojado y secado.

Para tal fin, se está desarrollando un modelo de elementos finitos Contínuo/Discontínuo de Galerkin no-hidrostático integrado en la vertical para la propagación y rompimiento de las olas [8]. La inclusión del  procedimiento Discontínuo en el anterior modelo Contínuo de Galerkin [7] posibilitará la efectiva modelación del rompimiento del oleaje y su posterior run up, ampliando así su aplicabilidad (Ver Anexo B).

Una vez que el modelo numérico esté verificado por un modelo físico, el modelo numérico podrá ser usado en la simulación de una variedad de fenómenos, como: tsunamis, olas generadas por los buques al pasar por el Canal de Panamá, además de en la simulación del oleaje fuerte en las zonas costeras.



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