|
|||||||
INTRODUCCIÓN En el Golfo de México, todos los años es afectado por el desplazamiento de masas de aire frío que llegan del Polo Norte. A partir de otoño la intensidad del viento comienza aumentar en algunas zonas de México y con la llegada de los frentes fríos provenientes de Alaska, Canadá y Estados Unidos de Norteamérica, los cuales ingresan desde el noroeste, norte y noreste de México, generan masas de aire frío y afectan principalmente al Golfo de México, Mar Caribe, Istmo y Golfo de Tehuantepec y Península de Yucatán. Cuando una masa de aire frío, proveniente del norte entra al Golfo de México, generalmente, incrementa la velocidad del viento y esto produce fuerte oleaje cerca de las playas, a este efecto se le conoce como evento “Norte”. El Servicio Meteorológico Nacional (SMN), es el organismo que registra los eventos “Norte” que se presentan en México, estos eventos están clasificados por su intensidad, los cuales se clasifican en: · Moderado, con intensidad del viento que varía de 20 a 38 km/h. · Fuerte, con intensidad del viento que varía de 39 a 61 km/h. · Muy fuerte, con intensidad del viento que varía de 62 a 88 km/h. · Intenso, con intensidad del viento que varía de 89 a 117 km/h. · Severo, con intensidad del viento superiores a 118 km/h. En la actualidad, para conocer el comportamiento de la propagación del oleaje se utilizan modelos numéricos, estos modelos no solo pueden ayudar en un problema específico, sino que también nos permiten analizar las posibles estrategias para contrarrestar los diferentes problemas que se presentan. Sin embargo, actualmente existen una gran variedad de modelos numéricos, los cuales no pueden reemplazar las habilidades y la intuición del ingeniero en los problemas costeros, generalmente, este tipo de modelos se deben considerar como una herramienta de apoyo al ingeniero portuario. 1. RECOPILACIÓN DE LA INFORMACIÓN Uno de los eventos “Norte”, que afectó consideradamente las costas del estado de Veracruz, ocurrió el 12 de noviembre de 2019, dicho evento generó vientos fuertes en el Golfo de México de aproximadamente 70 km/h. Para conocer el comportamiento de dicho oleaje es necesario conocer varios aspectos, uno de ellos son las características de oleaje en un punto de medición, así mismo, es necesario obtener información del viento en el área de cálculo y, finalmente, se requiere conocer la configuración del fondo marino (batimetría). 1.1 Oleaje Para conocer el comportamiento de los fenómenos oceanográficos, se obtuvo información de la Red Nacional de Estaciones Oceanográficas y Meteorológicas (RENEOM), la cual es un proyecto que tiene como objetivo medir, analizar, interpretar y difundir información océano -meteorológica, es monitoreada desde el Instituto Mexicano del Transporte (IMT), quien apoya al Sector Transporte Marítimo Nacional en cuanto al conocimiento de las condiciones océano meteorológicas en los puertos de los litorales mexicanos. La RENEOM cuenta con varias estaciones que miden las características del oleaje (altura, periodo y dirección del oleaje), y para tal efecto, el IMT utiliza boyas direccionales medidoras de oleaje, dichos equipos son herramientas muy utilizados alrededor del mundo para la medición del oleaje direccional, cuentan con un sistema de transmisión de datos que envía información en tiempo real a la estación receptora, lo que permite contar con la información del comportamiento del mar en todo momento. Para el caso de estudio, se utilizó una boya que se encuentra ubicada en la zona exterior del puerto de Veracruz, la ubicación de la estación se muestra en la figura 1.
Figura 1 Ubicación de la boya.
Tomando en cuenta la información de la boya medidora de oleaje, para este caso de análisis, se obtuvo una serie de tiempo de oleaje máximo del 11 al 17 de noviembre de 2019, dichos datos se muestran en la figura 2.
Figura 2 Comportamiento del oleaje máximo registrado por la boya.
Como se puede observar en la figura 2, a partir del 11 de noviembre el oleaje máximo se encontraba a aproximadamente a 1 m de altura de ola, y el 12 de noviembre, a inicios del medio día, el oleaje máximo incremento hasta llegar a una altura de 11 m y para la calibración del modelo numérico se utilizó la información obtenida de la figura 2. 1.2 Batimetría En los modelos numéricos, es de suma importancia conocer la información batimétrica a gran escala del área que se va a estudiar. Actualmente, existen numerosas fuentes de información, como son: GEBCO, ETOPO1, INEGI, etc. Toda esta información se encuentra disponible en sus respectivas páginas de internet, las cuales pueden descargarse de forma gratuita (son de libre acceso). Para el caso de análisis, se tomó como fuente de información la ETOPO1, dicha fuente es un modelo de relieve con información de la profundidad a cada arco minuto, el cual está construido a partir de un conjunto de datos globales y regionales. El área de cálculo que se utilizó para las modelaciones numéricas de propagación de oleaje, es la que se presenta en la figura 3, la cual cubre toda la zona del Golfo de México.
Figura 3 Batimetría del fondo marino del Golfo de México (ETOPO1).
1.3 Viento Conocer los datos de viento que ocurrieron en noviembre de 2019, fue parte fundamental para la propagación de oleaje; para obtener datos de viento global existen varias fuentes de información, como pueden ser: NOAA-NCEP GFS Model, Global Wind Model, Global Wind Data (CFSR), en el portal del DHI Water Data, etc. Los datos de información de viento global, nos permiten crear una base de datos de campos de viento a un determinado paso de tiempo (en este estudio se tomaron pasos de tiempo de 6 horas), los cuales sirvieron para crear un archivo con datos de viento. En la figura 4, muestra la velocidad del viento en un tiempo determinado que se presentó en la fecha de análisis.
Figura 4 Comportamiento de las velocidades de viento en un paso de tiempo determinado.
2. MODELOS NUMÉRICOS En los últimos años, el avance de la tecnología y del conocimiento del hombre, ha desarrollado modelos numéricos en los cuales se describe matemáticamente la interface del aire-agua en los océanos. Dicha interface, toma en cuenta los fenómenos de transformación del oleaje, como son: refracción, difracción y la reflexión; estos elementos cuando se acercan a las costas cambian debido a la diferencia de profundidad. El modelo numérico que se utilizó, en la propagación de oleaje, fue un modelo de tipo espectral, dicho modelo calcula con precisión el oleaje generado por el viento. Este modelo de viento es de tercera generación y utiliza una malla flexible para los cálculos. Resuelve el entorno físico en forma regional o local cuando se requiere una alta resolución espacial. Además, genera mallas flexibles y en ellas se pueden colocar las fronteras abiertas o cerradas para introducir la información de viento. Con la información batimétrica obtenida de la base de datos Etopo1, se descretizó la malla en toda la zona de estudio y se puso mayor énfasis en la zona donde está colocada la boya, tal como se muestra en la figura 5.
Figura 5 a) Descretización de la malla en la zona de estudio y, b) ubicación de la boya para la calibración del modelo numérico.
Con la información de la malla de cálculo y el viento que se produjo del 11 al 17 de noviembre de 2019, se llevaron a cabo las modelaciones numéricas, con dicha información y, tomando en cuenta los factores del modelo antes descritos, se llevó a cabo la calibración del modelo numérico. 2.1 Calibración y resultados Para llevar a cabo la calibración del modelo numérico, se realizaron varias simulaciones, se tomaron en cuenta las variables que ayudan a calibrar dichos modelos, los principales resultados que proporcionaron un mejor ajuste a los valores medidos se presentan en la figura 6.
Figura 6 Resultados con diferentes valores de calibración del modelo.
Con los resultados obtenidos en la figura 6, se seleccionó la gráfica que se ajustó a los datos medidos con los calculados y en la figura 7 se muestra la gráfica seleccionada.
Figura 7 Calibración del modelo numérico con la altura de ola máxima.
Una vez calibrado el modelo numérico, se realizó la modelación final, con la que se obtuvieron resultados en varios puntos del área de cálculo, los cuales se muestran en las figuras 8 y 9.
Figura 8 Calibración del modelo numérico con la altura de ola máxima.
Finalmente, con los resultados obtenidos en la figura 8, se observó cómo se propago el oleaje en el área de cálculo hacia las costas del Golfo de México.
Figura 9 Resultados en diferentes puntos de medición en el punto máximo.
CONCLUSIONES En este artículo, se realizó un análisis de la propagación del oleaje y de la interacción del mismo hacia la costa, tomando en cuenta el paso del efecto “Norte” a principios del mes de noviembre de 2019. Los modelos numéricos de propagación de oleaje, que actualmente se encuentran disponibles, han ayudado para conocer el comportamiento del oleaje en macro áreas. En este artículo, se realizó un análisis con la batimetría del Golfo de México, información de viento y el oleaje de una boya, y con los datos antes mencionados, se ocupó un modelo de propagación de oleaje para observar su comportamiento. El modelo numérico se validó con la información de oleaje que recopiló la boya, con los resultados obtenidos, se pudieron conocer las condiciones del oleaje que se originaron en las áreas cercanas a la costa. Cabe mencionar que estos resultados son de gran apoyo para el ingeniero portuario y costero, ya que ayudan a resolver un problema determinado y con ello se pueden analizar las posibles estrategias para contrarrestar los posibles daños que el oleaje pueda provocar a la infraestructura portuaria y costera. Este tipo de análisis son de gran importancia, debido a que el efecto de un evento “Norte” es un fenómeno que se presenta de manera frecuente en las costas del Golfo de México. Finalmente, se continuará trabajando en las modelaciones de los eventos “Norte” para conocer sus efectos y consecuencias en las playas y en la infraestructura portuaria. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ROM 3.1-99 (1999). Proyecto de la configuración marítima de los puertos; canales de acceso y áreas de flotación, Obras Marítimas Tecnología, Puertos del Estado. Instituto Mexicano del Transporte (2020). Red Nacional de Estaciones Oceanográficas y Meteorológicas (RENEOM). México. Comisión Federal de Electricidad (1988). Análisis espectral de oleaje. México Etopo1, (2020). Modelo de relieve global, National Oceanic and Atmospheric Administration, https://www.ngdc.noaa.gov/mgg/global/. Danish Hydraulics Institute (2022). MIKE 21 Spectral Waves FM, Scientific Document, Dinamarca. Servicio Meteorológico Nacional (2022), Aviso de Sistemas Frontales y Evento de “Norte” en el Golfo de México. México. MENDOZA Manuel RAMÍREZ Rodolfo OCAÑA Karina ÁVILA Dora Luz |
