3. Resultados
3.4. Cambio de forma del espectro del oleaje
En esta secci ´on se analiza el cambio de la forma espectral del oleaje en presencia de corrientes. Los resultados del an ´alisis de los sitios 1, 2 y 3 ser ´an comparados con los resultados obtenidos en el Sitio 0, al tener este informaci ´on del oleaje sin modificaci ´on de su espectro de energ´ıa, debido a la presencia de corrientes de marea.
En las figuras 21 y 22 se muestra informaci ´on de mediciones de oleaje, en 3 horas distintas (continuas) de medici ´on, en la que suponemos el oleaje no var´ıo mucho. Supon- dremos que tenemos el mismo estado de mar con 3 diferentes casos de corrientes, la primera con corrientes a favor (+), la segunda sin corrientes y por ultimo con corrientes en contra de la propagaci ´on del oleaje (-). En dichas figuras podemos ver la evoluci ´on es- pacial del espectro del oleaje desde el Sitio 0 hacia el Sitio 3, en cada una de 3 diferentes fases de la corriente.
Como se muestra en las figuras 21 y 22, existe una conservaci ´on de la frecuencia asociada al pico espectral entre los espectros con y sin corrientes, cualquiera que sea la direcci ´on de la corriente. En ambas figuras la frecuencia es normalizada con respecto a la frecuencia asociada al pico espectral del Sitio 0 al tiempo correspondiente.
La corriente afecta a la altura significante del oleaje que se propaga en la B-EPB, incrementando con corrientes positivas y la disminuye cuando est ´a influenciada por la co- rriente negativa. Esto se traduce en un aumento o disminuci ´on de la energ´ıa del espectro del oleaje.
Tambi ´en se observa una tendencia de aumento relativo de la energ´ıa en el pico es- pectral conforme el oleaje se propaga del Sitio 1 al Sitio 3, de igual forma se aprecia un aumento de la energ´ıa cuando la altura del oleaje en el Sitio 0 es menor (ver Fig. 22), en todos los casos se observa m ´as energ´ıa en la cola de los espectros con corriente opues- ta que con corriente a favor. Este aumento de la energ´ıa en el pico espectral y en cola
Figura 21: Cambio de la forma espectral del oleaje debido a corrientes. Frecuencia normalizada con respecto a la frecuencia principal del oleaje en el Sitio 0
de los espectros puede explicarse por una transferencia de energ´ıa desde la corriente al sistema de olas.
Para el caso de corrientes a favor (linea azul discontinua) el oleaje en el Sitio 0 se pro- paga con una frecuencia asociada al pico espectral de 0.06 Hz. En el Sitio 1 la frecuencia pico del oleaje y la densidad de energ´ıa espectral es menor respecto al Sitio 0, debido principalmente al rompimiento del oleaje por efecto del fondo en la Boca del Estero. El oleaje al propagarse en la boca del Estero disipa parte de su energ´ıa en la barra de are- na sumergida, a pesar de esta disipaci ´on de energ´ıa, la ola se sigue propagando con la corriente a favor.
la energ´ıa del oleaje a una frecuencia diferente conforme se propaga hasta llegar al Sitio 3, donde termina con una frecuencia pico similar a la registrada en el Sitio 0.
Figura 22: Cambio de la forma espectral del oleaje debido a corrientes. Frecuencia normalizada con respecto a la frecuencia principal del oleaje en el Sitio 0
Cuando el oleaje se propaga en la boca del Estero sin corrientes (linea negra) tambi ´en sufre algunas modificaciones, como vemos en la figura 21. En Sitio 1 y Sitio 2, la frecuen- cia principal del oleaje es claramente diferente a la registrada en el Sitio 0, adem ´as de cambiar la frecuencia principal, la densidad de energ´ıa espectral tambi ´en disminuye. En el Sitio 3 se observa que el oleaje ha cambiado su frecuencia y vemos una se ˜nal clara y definida del espectro del oleaje, una vez m ´as centr ´andose en una frecuencia pico similar con la que se propagaba en el Sitio 0.
La propagaci ´on del oleaje en corrientes opuestas (linea roja) es diferente, ya que cuan- do la corrientes es negativa, baja el nivel medio del agua en el estero, por lo que la barra
externa de arena sumergida queda m ´as expuesta y el oleaje rompe continuamente. Si bien vemos que la informaci ´on espectral del oleaje en los sitios 1 y 2 no es bien definida, en el Sitio 3 la se ˜nal es apenas registrada por el instrumento.
Soares et al. (2000) han confirmado que cuando una corriente se encuentra con un oleaje, se observan diferencias en la distribuci ´on de la energ´ıa espectral de las olas. Cuando un campo de olas se encuentra con una corriente a favor de la propagaci ´on del oleaje, el espectro del oleaje disminuye en t ´erminos de su energ´ıa, y lo contrario suce- de cuando la corriente tiene la direcci ´on opuesta. Al comparar los resultados obtenidos en este trabajo con los obtenidos por Soareset al.(2000) encontramos todo lo contrario, esto puede ser debido a que en el presente trabajo tenemos ciertas limitantes como la profundidad, la altura y velocidad de la corriente, adem ´as de no tener control sobre las condiciones experimentales com ´o sucede cuando se realizan experimentos en canales de ola de laboratorio.
En todos los casos se observa m ´as energ´ıa en los espectros con corriente positiva que con corriente negativa. Este aumento de la energ´ıa en el pico espectral y en frecuen- cias bajas de los espectros s ´olo se puede explicar por una transferencia de energ´ıa de la corriente hacia el sistema de olas.
En la figura 23 se muestra una representaci ´on de las caracter´ısticas principales del oleaje, mismo que se muestra en la figura 21, en el panel superior se indica la frecuencia principal del oleaje registrada por los instrumentos y en colores vemos la informaci ´on del oleaje en cada Sitio para los casos de corrientes negativas, positivas y sin corrientes.
En el panel intermedio se presenta la evoluci ´on de la amplitud del oleaje y es defini- da comoa = √2∗std(η)donde η es la serie de tiempo de la elevaci ´on de la superficie. Vemos que la amplitud decae r ´apidamente despu ´es de pasar por el Sitio 1. La distancia entre cada sitio es de aproximadamente 100 metros. Esta evoluci ´on de la amplitud apa- rentemente es inducida por la corriente.
Figura 23: Propagaci ´on del oleaje en la B-EPB, (a) Frecuencia principal, (b) Amplitud, (c) Pendiente.
En el panel inferior se muestra la evoluci ´on de la pendiente del oleaje a trav ´es de la boca del Estero. Esta pendiente es de un valor bajo y tales olas logran penetrar en la corriente sin rompimiento, incluso si la frecuencia principal original de las olas fuera blo- queada por una corriente adversa.
Cap´ıtulo 4.
Conclusiones
Basados en las observaciones parece que el proceso de interacci ´on olas y corrientes modifica de manera apreciable la forma espectral del oleaje en presencia de corrientes intensas.
El oleaje dentro de la B-EPB es fuertemente modulado por la marea. La altura signi- ficante del oleaje y el per´ıodo son controladas por las condiciones del oleaje en alta mar y las variaciones de la profundidad. Los per´ıodos de las olas son afectados tambi ´en por las corrientes, a trav ´es del efecto Doppler.
Los efectos del oleaje en la Boca del Estero est ´an limitados por el tiempo, debido a la presencia de bancos de arena en la boca, que disipan la energ´ıa del oleaje. Los procesos relacionados con el oleaje son mayores durante la marea alta, cuando la disipaci ´on del oleaje en los bancos de arena es menor.
En este estudio se muestra que existe un cambio en la forma espectral del oleaje de- bido a la presencia de corrientes de marea. En todos los casos se observa m ´as energ´ıa en el pico espectral cuando la corriente es positiva o no existe corriente, que con corrien- tes negativas. Los datos revelan que el oleaje logra propagarse en la B-EPB, incluso en corriente negativa, aunque con muy poca energ´ıa.
Las condiciones naturales no siempre permiten tener resultados id ´oneos, ya que en condiciones controladas se puede tener control del periodo de la ola, de la altura, de la frecuencia, etc. Sin embargo en este trabajo a pesar de trabajar en condiciones naturales no controladas, se lograron observar resultados que concuerdan con las observaciones reportadas en otros trabajos.
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Ap ´endice A.
Series de tiempo completas
Evoluci ´on del espectro del oleaje en presencia de corrientes de marea
Figura 24: Evoluci ´on temporal del espectro del oleaje en frecuencias. Sitio 1 La escala de colores indica la densidad energ ´etica.
Figura 25: Evoluci ´on temporal del espectro del oleaje en frecuencias. Sitio 2 La escala de colores indica la densidad energ ´etica.
Figura 26: Evoluci ´on temporal del espectro del oleaje en frecuencias. Sitio 3 La escala de colores indica la densidad energ ´etica.
Figura 27: Evoluci ´on temporal del espectro del oleaje en frecuencias. Sitio 0 La escala de colores indica la densidad energ ´etica.
Cambio de la forma espectral del oleaje en precencia de corrientes de marea
Figura 28: Cambio de la forma espectral del oleaje debido a corrientes. Frecuencia normalizada con respecto a la frecuencia principal del oleaje en el Sitio 0
Figura 29: Diferencia de altura entre cada Sitio en la B-EPB, comparado con las velocidades de marea y se ˜nal de marea
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Current time : 13/01/2014 12:02:02 p.m. Start at : 14/01/2014 10:00:00 a.m. Comment:
PROGRAMA FINAL enero 13 RAFAEL BLANCO
--- Profile interval (s) : 1200 Number of cells : 25 Cell size (m) : 1.00 Average interval (s) : 200 Blanking distance (m) : 0.41 Measurement load (%) : 13 Power level : HIGH Number of wave samples : 1024 Wave interval (s) : 3600 Wave sampling rate (Hz) : 1
Wave AST Ice mode : DISABLED Wave AST SUV mode : DISABLED Compass upd. rate (s) : 1200 Coordinate System : ENU Speed of sound (m/s) : MEASURED Salinity (ppt) : 34 Analog input 1 : NONE Analog input 2 : NONE Analog input power out : DISABLED File wrapping : OFF TellTale : OFF Acoustic modem : OFF Serial output : OFF Baud rate : 9600
--- Onboard wave processing : DISABLED
--- Assumed duration (days) : 100.0
Battery utilization (%) : 90.0 Battery level (V) : 13.8 Recorder size (MB) : 361 Recorder free space (MB) : 360.973 Memory required (MB) : 59.8 Vertical vel. prec (cm/s) : 0.7 Horizon. vel. prec (cm/s) : 2.1
--- Instrument ID : WPR 2058
Head ID : WAV 6647 Firmware version : 3.37 AST
--- AWAC AST Version 1.46.07
Copyright (C) Nortek AS
============================================================ Deployment : AQHRPB
Current time : 07/03/2014 01:07:06 a.m. Start at : 07/03/2014 03:00:00 p.m. Comment:
Aquadopp HR instalado a una prof. de 10m aprox. TIJ
--- Measurement interval (s) : 1800
Cell size (mm) : 300
Orientation : UPLOOKING SHALLOW WATER Distance to surface (m) : 2.00
Pulse distance (m) : 5.00 Profile range (m) : 4.20 Horiz. vel. range (m/s) : 0.36 Vert. vel. range (m/s) : 0.15 Number of cells : 14 Average interval (s) : 1 Blanking distance (m) : 0.400 Measurement load (%) : 30 Samples per burst : 2048 Sampling rate (Hz) : 2 Compass upd. rate (s) : 1 Coordinate System : ENU Speed of sound (m/s) : MEASURED Salinity (ppt) : 0
Analog input 1 : NONE Analog input 2 : NONE Analog input power out : DISABLED File wrapping : ON TellTale : ON Acoustic modem : ON Serial output : ON Baud rate : 9600 --- Assumed duration (days) : 30.0
Battery utilization (%) : 123.0 Battery level (V) : 10.9 Recorder size (MB) : 361 Recorder free space (MB) : 360.973 Memory required (MB) : 630.0 --- Instrument ID : AQD 9119 Head ID : AQP 4283 Firmware version : 3.14 HR --- AquaProHR Version 1.10.09 Copyright (C) Nortek AS ============================================================
============================================================ Deployment : AquaPB
Current time : 06/03/2014 09:55:48 p.m. Start at : 07/03/2014 03:00:00 p.m. Comment:
Aquadoop instalado en el estero de punta banda a 10 m de prof. aprox. TIJ --- Profile interval (s) : 1800 Number of cells : 10 Cell size (m) : 1.00 Blanking distance (m) : 0.41 Measurement load (%) : 38 Average interval (s) : 120 Power level : HIGH Number of wave samples : 2048 Wave interval (s) : 1800 Wave sampling rate (Hz) : 2 Wave cell size (m) : 1.00 Compass upd. rate (s) : 600 Coordinate System : ENU Speed of sound (m/s) : MEASURED Salinity (ppt) : 35 Analog input 1 : NONE Analog input 2 : NONE Analog input power out : DISABLED File wrapping : OFF TellTale : ON Acoustic modem : ON Serial output : ON Baud rate : 9600
--- Assumed duration (days) : 30.0
Battery utilization (%) : 67.0 Battery level (V) : 11.3 Recorder size (MB) : 81 Recorder free space (MB) : 80.973 Memory required (MB) : 67.7 Vertical vel. prec (cm/s) : 0.5 Horizon. vel. prec (cm/s) : 1.6
--- Instrument ID : AQD 1038 Head ID : AQP 0811 Firmware version : 1.17 --- AquaPro Version 1.36.06 Copyright (C) Nortek AS ============================================================
============================================================ Deployment : AWA-PB
Current time : 06/03/2014 09:17:44 p.m. Start at : 07/03/2014 03:00:00 p.m. Comment:
Awac Instalado en el estero de punta banda a una profundidad de aporx, 10m, TIJ --- Profile interval (s) : 1800 Number of cells : 10 Cell size (m) : 1.00 Average interval (s) : 120 Blanking distance (m) : 0.50 Measurement load (%) : 50 Power level : HIGH- Number of wave samples : 1024 Wave interval (s) : 1800 Wave sampling rate (Hz) : 1
Wave AST Ice mode : DISABLED Wave AST SUV mode : DISABLED Compass upd. rate (s) : 1800 Coordinate System : ENU Speed of sound (m/s) : MEASURED Salinity (ppt) : 35 Analog input 1 : NONE Analog input 2 : NONE Analog input power out : DISABLED File wrapping : OFF TellTale : OFF Acoustic modem : OFF Serial output : OFF Baud rate : 9600
--- Onboard wave processing : DISABLED
--- Assumed duration (days) : 30.0
Battery utilization (%) : 33.0 Battery level (V) : 12.6 Recorder size (MB) : 3886 Recorder free space (MB) : 3885.972 Memory required (MB) : 34.5 Vertical vel. prec (cm/s) : 1.1 Horizon. vel. prec (cm/s) : 3.2
--- Instrument ID : WPR 2202
Head ID : WAV 6528 Firmware version : 3.37 WPC ProLog ID : 564 ProLog firmware version : 4.13
--- SD Card Inserted : YES
SD Card Ready : YES SD Card Write protected : NO SD Card Type : SDHC