MANUAL DEL USUARIO Odín 3.0. Módulo de ayuda a la Caracterización del oleaje. Universidad de Cantabria UC

Transcripción

1 Módulo de ayuda a la Caracterización del oleaje MANUAL DEL USUARIO Odín 3.0 Ministerio de Medio Ambiente Dirección General de Costas Universidad de Cantabria UC G.I.O.C. Grupo de Ingeniería Oceanográfica y de Costas

2 MANUAL DEL USUARIO Capítulo 1. INTRODUCCIÓN 1. INTRODUCCIÓN Para que sirve Odín? Conocimientos requeridos Estructura global de Odín Capítulo 2. ASPECTOS BÁSICOS DE ESTE MANUAL 2. ASPECTOS BÁSICO DE ESTE MANUAL Objetivos Contenido Capítulo 3. INTERFAZ GRAFICA DE Odín 3. INTERFAZ GRÁFICA DE Odín Datos de entrada Punto de la costa de interés Orientación media del tramo de costa Ángulos límite del oleaje incidente Profundidad objetivo Pendiente media del perfil de playa Tamaño de grano Parámetros avanzados...3.3

3 3.2 Datos de salida Caracterización del régimen medio de oleaje Transporte de sedimentos Estados morfodinámicos Caracterización del oleaje Capítulo 4. APLICACIÓN DE Odín. 4. APLICACIÓN DE Odín

4 CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN

5 (MANUAL DEL USUARIO) CAPÍTULO 1 1. INTRODUCCIÓN 1.1 Para que sirve Odín? El Módulo de Ayuda a la Caracterización del Oleaje (Odín) es un programa de preproceso integrado en SMC que permite obtener los regímenes medios de oleaje en cualquier punto de la costa Española. Asimismo, en el punto seleccionado, Odín aporta información sobre la dirección del flujo medio de energía, la altura de ola Hs 12, el transporte potencial de sedimentos y los estados morfodinámicos del tramo de costa, parámetros todos ellos requeridos en alguna sección posterior de SMC. 1.2 Conocimientos requeridos Odín dispone de una interfaz gráfica que permite un uso amigable, por lo que los conocimientos informáticos requeridos son mínimos. Una correcta explotación del módulo, sin embargo, sí requiere unos conocimientos mínimos de ingeniería litoral. El módulo requiere la entrada de una serie de datos que deben ser elegidos cuidadosamente para que los resultados sean acordes con la calidad que se persigue. Estos conocimientos, por ejemplo, pasan por ser capaces de estimar de forma aproximada el D 50 de las arenas en el punto de interés, estimar la pendiente media del perfil de playa o establecer los ángulos que limitan los oleajes posibles en la zona de interés. 1.3 Estructura global de Odín Básicamente Odín es una gran base de datos de oleajes visuales en la costa española a la que se puede acceder de forma gráfica y aporta resultados de esta misma forma. Odín esta formado, en primer lugar, por una interfaz gráfica que permite la entrada de datos: selección del punto de interés sobre un mapa escalable de España con referencias toponímicas, determinación gráfica de los ángulos limite de oleaje e introducción numérica de datos complementarios (D 50, pendiente del perfil de playa, etc)

6 (MANUAL DEL USUARIO) CAPÍTULO 1 A continuación, una vez introducidos los datos de entrada, se accede a la base de datos seleccionando aquellos datos representativos del punto elegido. Sobre esta nueva sub-base de datos se realizan los procesos necesarios para calcular los regímenes medios de oleaje tanto en profundidades indefinidas como en una profundidad objetivo, se integran dichos oleajes para obtener la dirección del flujo medio de energía en el tramo de costa considerado, se calcula el transporte potencial bruto y neto de sedimentos por meses en un año medio y se aporta información sobre los estados morfodinámicos del tramo de costa considerado. Finalmente la salida de los resultados calculados anteriormente se produce de forma gráfica, sobre un menú amigable e intuitivo en el que se puede seleccionar que resultados se desean ver o imprimir

7 CAPÍTULO 2 ASPECTOS BÁSICOS DE ESTE MANUAL

8 (MANUAL DEL USUARIO) CAPÍTULO 2 2. ASPECTOS BÁSICOS DE ESTE MANUAL 2.1 Objetivos El objetivo del manual del usuario es aportar la información básica que necesita la persona que use Odín, en cuanto a estructura del programa, datos de entrada y procedimiento de uso, sin entrar en las bases técnicas del modulo que serán abordadas en el manual de referencia. 2.2 Contenido Con el objeto de conseguir el objetivo anterior el presente documento se estructura de la siguiente manera: En primer lugar se describe la lista de datos de entrada y su significado, aportándose unos criterios generales para su elección. Además se describe la forma (gráfica o numérica) de introducir estos datos al modelo. A continuación se describe el juego de resultados que aporta Odín, sus unidades y significado. Asimismo se describe como visualizar o imprimir dichos resultados. Finalmente, a modo de ejemplo, se emplea Odín para obtener las características medias del oleaje frente a Santander, en la Costa Cantábrica

9 CAPÍTULO 3 INTERFAZ GRÁFICA DE ODÍN

10 (MANUAL DEL USUARIO) CAPÍTULO 3 3. INTERFAZ GRAFICA DE Odín El módulo Odín esta diseñado de forma que el uso es totalmente amigable y en gran medida intuitivo. Para ello se ha desarrollado una interfaz gráfica que permite la introducción de todos los datos requeridos para el uso de Odín. Esta interfaz tiene dos partes bien diferenciadas: el modulo de entrada de datos y el modulo de visualización de resultados. 3.1 Datos de entrada A continuación se describe los datos de entrada de Odín así como la forma de introducirlos Punto de la costa de interés Las características del oleaje varían de una zona a otra de la costa, tanto por diferentes características relacionadas con la generación del mismo como por su propagación hacia la costa. Así, el primer dato requerido a la hora de caracterizar el oleaje reside en seleccionar el punto de interés. Esto se realiza a través de sus coordenadas geográficas (longitud y latitud). Odín facilita esta labor permitiendo seleccionar el punto con el ratón sobre un mapa de España. Este mapa puede aumentarse o reducirse (herramienta de zoom) y facilitar la ubicación sobre el mapa añadiendo datos toponímicos al mismo (menú Ver). Además las coordenadas geográficas del puntero del ratón se muestran en pantalla de forma que la selección del punto de interés se realiza situando el ratón sobre el punto deseado y pulsando el botón izquierdo del mismo Orientación media del tramo de costa Seleccionado el punto de interés, Odín lo marca gráficamente trazando por él una línea recta de color rojo y un sector angular de color azul. La línea recta de color rojo representa la alineación media del tramo de costa considerado,

11 (MANUAL DEL USUARIO) CAPÍTULO 3 necesaria de cara a calcular el trasporte potencial de sedimentos. La flecha representada en el segmento indica el sentido que forma 90º (antihorarios) con la dirección normal a la costa. Inicialmente esta línea se representa horizontal, pudiendo girarla el usuario hasta adaptarla a la orientación adecuada. Para ello debe situarse el cursor del ratón sobre el punto rojo situado en el extremo de la línea y, pulsando el botón izquierdo, desplazar éste hasta conseguir la orientación deseada Ángulos límite del oleaje incidente El sector de color azul que aparece sobre el punto seleccionado representa el abanico de direcciones de oleaje posibles en la zona de interés. Este abanico podrá tener una amplitud máxima de 180º, lo que significa asumir que la costa es recta y no hay accidentes geográficos próximos que limiten la llegada del oleaje, pudiéndose reducir la amplitud angular en función de la concavidad de la costa o la situación del punto de interés respecto a cabos próximos. Para reducir o aumentar el abanico de ángulos se procede de forma semejante a como se ha descrito para modificar la alineación de la línea de costa, situando el cursor del ratón sobre los puntos situados en el extremo de los segmentos que definen el abanico de ángulos y desplazándolos hasta la orientación deseada. Tanto la orientación de la costa como los ángulos límite del oleaje pueden ser introducidos de forma numérica por el usuario en un diálogo numérico Profundidad objetivo Los regímenes de oleaje en Odín se obtienen de dos maneras: i) en el punto marcado asumiendo que se encuentra en profundidades indefinidas y ii) en el punto marcado fijando una profundidad determinada en dicho punto. Esta profundidad se denomina profundidad objetivo y se introduce de forma numérica pulsando en el menú Opciones de cálculo. Sus unidades son metros (m)

12 (MANUAL DEL USUARIO) CAPÍTULO 3 El valor mínimo aceptado es de 1,5 m. En el caso de que no se desee la evaluación del régimen medio de oleaje en ninguna profundidad objetivo, debe fijarse un valor de cero (0) en este diálogo Pendiente media del perfil de playa En este mismo menú anterior Opciones de cálculo, Odín solicita la introducción de una pendiente media del perfil de playa. Esta pendiente será utilizada para el cálculo del transporte potencial de sedimentos. Es adimensional (dz/dx) y en general adoptará valores entre 0.02 y Tamaño de grano El siguiente parámetro requerido en el dialogo numérico es el tamaño medio de grano (D 50 ) que conforma el sedimento en la zona de interés. Este parámetro será usado para calcular el transporte potencial de sedimentos. Debe introducirse su valor en milímetros (mm) Parámetros avanzados En el menú superior de la pantalla de entrada de datos puede editarse los parámetros avanzados del modelo. La modificación de estos parámetros es delicada y requiere un conocimiento mínimo de las consecuencias de la modificación de los parámetros involucrados. Estos parámetros son: a) Lado de la celda de búsqueda. Los datos a emplear para la caracterización del oleaje en el punto seleccionado son elegidos en un proceso de búsqueda dentro de la base global de datos de oleaje en toda la costa española. El criterio para considerar un dato como representativos del punto seleccionado es su proximidad a este punto. El parámetro lado de la celda de búsqueda marca el tamaño del lado del cuadrado que, centrado en el punto de interés, define la zona de interés. Todos los datos situados dentro de esta zona son seleccionados como representativos, generando la sub-base de datos aplicable en el punto de interés

13 (MANUAL DEL USUARIO) CAPÍTULO 3 Obviamente cuanto mayor es este parámetro, más datos conformarán la sub-base y mejor será la estimación de los regímenes de oleaje desde un punto de vista estadístico. Sin embargo la selección de un área excesivamente grande puede hacer que la sub-base de datos incluya datos excesivamente alejados y no representativos del punto de interés. Así la selección de este parámetro se realiza como compromiso entre número de datos y calidad o representatividad de los mismos. Del análisis climatológico y de densidad de la base de datos realizado parece razonable plantear 150 Km como lado del cuadrado por defecto. En caso de que la sub-base de datos resultante sea excesivamente pequeña (por ejemplo menos de 20 datos) el usuario podrá aumentar este parámetro para incluir más datos y mejorar la estimación de los regímenes, sin olvidar que puede estar introduciendose datos de otra población muestral. b) Ajuste visual-instrumental. La base de datos empleada en Odín procede de datos visuales de barcos en ruta. Su calidad y exactitud ha sido motivo de mucha dialéctica científica (ver EROM 98). En cualquier caso hoy en día es la base de datos de oleaje más extensa temporal y espacialmente, por lo que ha sido adoptada en Odín. Diversas son las fórmulas propuestas para corregir los datos visuales y traducirlos en instrumentales. En Odín se permite que el usuario seleccione la formula deseada entre el abanico de formulas existentes, además de permitir que el usuario introduzca una propia de la forma H s = k A + B H v donde H s es la altura de ola significante instrumental, H v es la altura de ola visual y A,B y k son los factores de ajuste. Debe hacerse notar que A tiene unidades de metro (m). B y k son parámetros adimensionales. 3.2 Datos de salida Una vez finalizada la introducción de datos se está en disposición de obtener los resultados. Para ello debe pulsarse el icono con forma de rueda dentada situado en el menú superior

14 (MANUAL DEL USUARIO) CAPÍTULO 3 Una vez finalizada la ejecución del módulo de cálculo, aparecerá el menú de resultados. Los resultados son básicamente de dos tipos: regímenes de oleaje y transporte de sedimentos Caracterización del régimen medio de oleaje Anteriormente se ha descrito que el oleaje se caracteriza en profundidades indefinidas y en una profundidad objetivo. El menú de resultados de regímenes de oleaje se divide en dos, correspondientes a las dos hipótesis de profundidad. En cada una de ellas, a las que se accede pulsando el botón correspondiente, aparece un diagrama circular dividido en sectores. Cada sector corresponde a una dirección (en sectores de 22.5º). Pulsando uno de estos sectores aparece el régimen medio de alturas de ola y de períodos correspondiente a esas direcciones de oleaje. Pulsando en el circulo central aparece el régimen escalar de oleaje (integración de todos los regímenes direccionales). En cada gráfico se encuentra la función log-normal de mejor ajuste a los datos. En el menú de resultados también se tiene acceso a las rosas de oleaje tanto en profundidades indefinidas como en la profundidad objetivo. Estas rosas aportan una visión global de las características energéticas del oleaje por direcciones, así como la probabilidad de ocurrencia de cada dirección y la de las calmas (Hv < 0.5 m). Todos los resultados anteriores se obtienen de forma gráfica, pudiéndose modificar e imprimir los gráficos representativos de regímenes medios de oleaje o rosas de oleaje. Asimismo, de forma numérica, Odín aporta la dirección media del flujo de energía en profundidades indefinidas y en la profundidad objetivo Transporte de sedimentos El menú de resultados muestra un acceso a los cálculos de transporte potencial de sedimentos. Estos resultados se presentan de forma gráfica, repartido en transporte por meses en un año medio. Ha de hacerse notar que es

15 (MANUAL DEL USUARIO) CAPÍTULO 3 una estimación del transporte potencial, es decir aquel que se produciría en un año medio si hubiese disponibilidad total de sedimentos. Esta estimación de transporte se realiza mediante las dos formulaciones más habituales (CERC y Kamphuis) empleando los parámetros de ajuste propuestos por Schoones y Theron (1996, 1999). Se calcula el transporte potencial bruto (transporte total sin atender a su sentido a lo largo de la línea de costa) y el neto (realizando el balance del transporte por sentidos). El valor del trasporte neto a finales de diciembre da una idea del transporte litoral de sedimentos en un año medio Estados morfodinámicos Se evalúa la función de densidad del parámetro adimensional de caída de grano H s /ωt p que informa del estado morfodinámico del tramo de costa considerado. Asimismo se obtiene el valor modal mensual de dicho parámetro, lo que permite evaluar el cambio estacional de las condiciones morfodinámicas de la costa. Se ofrecen dos tipos de resultados gráficos, en primer lugar la función de densidad del parámetro indicado en intervalos (clases) correspondientes a los diferentes estados morfodinámicos posibles. También se aportan los valores modales (moda de los registros) separados por meses, correspondientes al año medio. Los resultados se ofrecen de forma editable e imprimible. Asimismo se presentan en formato numérico los parámetros H s12 y T s, así como la dirección media del flujo de energía, tanto en profundidades indefinidas como en la profundidad objetivo. Estos parámetros serán requeridos por el SMC a la hora de caracterizar o diseñar playas Caracterización del oleaje Odín ofrece la posibilidad de generar un fichero de salida en formato ASCII, cuyo nombre es seleccionado por el usuario, en el que se resume la información descrita anteriormente. En este fichero se incluyen los siguientes datos:

16 (MANUAL DEL USUARIO) CAPÍTULO 3 - Datos a largo plazo, que incluyen la información necesaria para caracterizar tanto plantas como perfiles de equilibrio: T s, H s12, dirección media del flujo de energía, profundidad de corte (h*) y valores característicos (mínimo, máximo y medio) del parámetro adimensional de caída de grano. - Datos de corto plazo, que contienen información sobre las características medias del oleaje (alturas, periodos y direcciones) necesaria para la explotación de los modelos numéricos a corto plazo de SMC

17 CAPÍTULO 4 APLICACIÓN DE ODÍN

18 (MANUAL DEL USUARIO) CAPÍTULO 4 4. APLICACIÓN DE ODÍN Para la aplicación de Odín a modo de ejemplo se ha seleccionado un punto de la costa frente a Santander. El tramo de costa seleccionado tiene una alineación aproximada SW-NE, por lo que la línea roja que define dicha alineación se gira hasta colocarla paralela al tramo de costa (orientación 248.8º tal como se observa en el diálogo numérico). En este tramo de costa los oleajes posibles están limitados lateralmente por el Cabo de Ajo y por el Cabo Mayor, por lo que el rango de oleajes posibles queda fijado por el sector azul tal como se muestra en la figura 4.1. Figura 4.1 La figura 4.2 muestra el diálogo de datos numéricos a introducir. Se accede a este diálogo desde el menú superior, pulsado en Opciones de cálculo. Se propone una profundidad objetivo de 6 metros, una pendiente media de la playa de 1/50 = 0.02 y un tamaño medio de grano de 0.2 mm. No se modifican los parámetros avanzados

19 (MANUAL DEL USUARIO) CAPÍTULO 4 Figura 4.2 Ejecutado el módulo de cálculo aparece el menú de resultados, figura 4.3. Sobre este menú se decide visualizar el régimen medio de oleaje en la profundidad objetivo correspondiente a la dirección NW. Para ello se avanza sobre los menús correspondientes hasta alcanzar el sector deseado, figura

20 (MANUAL DEL USUARIO) CAPÍTULO 4 Figura 4.3 Figura

21 (MANUAL DEL USUARIO) CAPÍTULO 4 Una vez seleccionado el sector de interés, aparecen los regímenes medios de altura de ola significante y de periodo de pico, figura 4.5. Figura 4.5 Pulsando sobre cualquiera de estos regímenes es posible editarlos, modificarlos o imprimirlos. De forma análoga puede accederse a las rosas de oleaje mostradas en la figura 4.6 y al gráfico de transporte potencial de la figura

22 (MANUAL DEL USUARIO) CAPÍTULO 4 Figura 4.6 Figura