Cap 1 Hidrodinamica de Lagunas Costeras.pdf

Cap. 4 Modelos Numéricos
OBJETIVOS DEL CAPITULO: Exponer las nociones básicas de las técnicas de modelación numérica
para obtener, mediante soluciones aproximadas en computador de las ecuaciones de la dinámica, el
comportamiento hidrodinámico y de transporte de materia en lagunas costeras, ya sea en las condiciones
presentes como frente a eventuales modificaciones futuras. Desarrollar la metodología para selección o
elaboración adecuada de estos modelos, sus métodos de integración, y características de sus soluciones.
Ilustrar su aplicación a situaciones típicas en las lagunas costeras.
4.1 Características y Tipos
La solución general de las situaciones hidrodinámicas y de transporte de materia en una laguna
costera, implica poder determinar y predecir alturas de marea, velocidades de corrientes, descargas,
salinidades, temperaturas, y densidades del agua, concentraciones de oxígeno disuelto o de
trazadores contaminantes, etc., etc. (es decir en general variables físicas, químicas y/o biológicas)
para todo instante de tiempo y en todo punto espacial (o al menos en un conjunto limitado discreto,
pero lo mas extenso posible para satisfacer los requerimientos de resolución de la situación). Lo
anterior tanto para las condiciones presentes, como para las futuras ante la ocurrencia de eventuales
modificaciones; y suponiendo como conocidas algunas condiciones iniciales y de frontera como: la
batimetría, las descargas de agua dulce si existen, la marea oceánica en la boca, las velocidades de
los vientos actuantes, etc.
Las alternativas para la obtención de estas soluciones son 2: a) modelos físicos hidráulicos
(maquetas a escala), o b) modelos numéricos (simulaciones de la situación real en computador).
Las modelos físicos (maquetas a escala) son útiles para predecir los efectos de posibles
modificaciones al construir obras de ingeniería, y se usan prioritariamente en bahias y puertos como
parte del estudio previo a la realización de obras de gran costo o envergadura. Este alto costo, el
tiempo que demanda su elaboración, y su poca versatilidad para modificar las condiciones de su
construcción, los hace inconvenientes con respecto a los modelos numéricos, para la solución de
problemas de circulación y/o transporte de materia en lagunas costeras.
Este Capítulo versa unicamente sobre la aplicación de modelos numéricos a las situaciones ya
mencionadas, en las lagunas costeras.
Un modelo numérico, para estos casos, consiste en la solución espacio-temporal aproximada e
iterativa (por etapas) de las ecuaciones de la hidrodinámica y/o el transporte de materia, mediante
métodos de integración numérica en un computador, si se suministra como información conocida los
valores de ciertas variables (tipicamente las de forzamiento externo como: alturas de marea, esfuerzo
del viento, etc.) para las condiciones iniciales (en t = 0) y de frontera (en los márgenes laterales,
boca, cabeza, fondo, o superficie libre).
Los modelos numéricos de este tipo están estructurados con los siguientes elementos (Figura
4.1):
a) Información de Entrada (condiciones de frontera y condiciones iniciales);
b) Modelo propiamente tal (ecuaciones y sus términos);
c) Resolución Numérica (esquematización, discretización, e integración);
d) Solución de Salida (red espacio-temporal de variables deseadas); y
e) Calibración (comparación con mediciones, ajuste, modificaciones, y predicciones).
155