Evaluación de la hidrodinámica del corto plazo en la playa de Caldera mediante técnicas de modelado numérico usando el programa XBeach
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2022
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Resumen
El presente proyecto buscó evaluar la capacidad del modelado numérico de la hidrodinámica del corto plazo del programa XBeach en la playa al norte de Puerto Caldera. Se realiza esta evaluación como un primer acercamiento al desarrollo de un sistema de pronóstico de rebase en la zona de estudio. La calibración y validación del programa se realizan a partir de campañas de medición en campo a lo largo de un perfil, en una dimensión, representativo de la zona de rebase. Se calibra el valor del coeficiente de fricción (cf) en el modelo a partir de los resultados de parámetros estadísticos como el error cuadrático medio (RMSE por sus siglas en inglés) entre los datos medidos y los resultados obtenidos de las propagaciones. Se valida el modelo para el coeficiente calibrado y con datos de una campaña de medición adicional. Una vez validado el modelo, se procede a la generación de un gráfico de rebase a partir de los parámetros de altura (Hs) y periodo (Tp) de ola requeridos para el rebase en el modelo. Se realiza la calibración del modelo a partir de una campaña de medición tomada realizada en mayo de 2019 y se obtiene un cf calibrado de 0.07, el cual se valida con una campaña en marzo de 2021, obteniendo una mejoría significativa en la correlación de los parámetros medidos y modelados en comparación con el caso del cf por defecto del programa. Se determinó que el cf calibrado es válido únicamente para un oleaje con un rango específico de energías, las cuales son menores a las requeridas para que se dé el rebase. Debido a esto, se desarrolla el gráfico de rebase, usando un cf de 0.003 (valor por defecto del programa) como una aproximación inicial que debe ser validada con campañas de medición asociadas oleajes más energéticos.
Inglés: The aim of this paper is to evaluate the capacity of the numerical modelling of the short-term hydrodynamics using the XBeach program at Caldera Beach. This assessment provides a first approach to the development of an XBeach-based overtopping forecast system in the study site. The calibration and validation of the model is carried out based on the results obtained from measurement campaigns done along a 1D profile align with the zone where the overtopping occurs. The friction coefficient (cf) is calibrated comparing the statistical parameters such as the root mean square error (RMSE) between the measured and modeled wave parameters. The model is validated with an additional field campaign for the calibrated cf. Once the validation process is completed, an overtopping graph is generated from the combination of the wave height (Hs) and the peak period (Tp) that cause the overtopping in the model. The model is calibrated based on wave data from May 2019. The results showed a calibrated cf of 0.07 which is validated with data from March 2021. There is a significant improvement in the correlation between the measured and modeled spectral parameters in comparison with the results obtained using the default cf value of the model. It was determined that the calibrated cf is valid only for waves within a specific energy range, which is lower than the required for the overtopping to occur. Due to the results obtained, an overstepping graph is developed using the default value for cf (0.003), however, this is done as an initial approximation which must be validated with measurements of more energetic waves.
Inglés: The aim of this paper is to evaluate the capacity of the numerical modelling of the short-term hydrodynamics using the XBeach program at Caldera Beach. This assessment provides a first approach to the development of an XBeach-based overtopping forecast system in the study site. The calibration and validation of the model is carried out based on the results obtained from measurement campaigns done along a 1D profile align with the zone where the overtopping occurs. The friction coefficient (cf) is calibrated comparing the statistical parameters such as the root mean square error (RMSE) between the measured and modeled wave parameters. The model is validated with an additional field campaign for the calibrated cf. Once the validation process is completed, an overtopping graph is generated from the combination of the wave height (Hs) and the peak period (Tp) that cause the overtopping in the model. The model is calibrated based on wave data from May 2019. The results showed a calibrated cf of 0.07 which is validated with data from March 2021. There is a significant improvement in the correlation between the measured and modeled spectral parameters in comparison with the results obtained using the default cf value of the model. It was determined that the calibrated cf is valid only for waves within a specific energy range, which is lower than the required for the overtopping to occur. Due to the results obtained, an overstepping graph is developed using the default value for cf (0.003), however, this is done as an initial approximation which must be validated with measurements of more energetic waves.
Descripción
Proyecto de graduación (licenciatura en ingeniería civil)--Universidad de Costa Rica. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Civil, 2022
Palabras clave
CALIBRACION - MODELOS MATEMATICOS, HIDRODINAMICA - PROGRAMAS PARA COMPUTADORA - PLAYA CALDERA (PUNTARENAS, COSTA RICA), MAREAS - MEDICIONES, OLAS - MEDICIONES, PLAYA CALDERA (PUNTARENAS, COSTA RICA), PLAYA CALDERA (PUNTARENAS, COSTA RICA) - LEVANTAMIENTOS TOPOGRAFICOS, VALIDACION - METODOS DE SIMULACION