Modelos hidrodinámico-numéricos para la corriente inducida por la marea y el viento en la Ría de Arousa

      Se puede decir con seguridad que una de las razones fundamentales a este estudio, es la importancia de las rías en el campo de la acuicultura. Solamente en la Ría de Arousa la producción de mejillón supera las 150000 Tm. anuales, cultivándose además otras especies como la almeja y la ostra.

      Dentro de estos trabajos de investigación, cabe destacar los realizados por Otto [Otto 1975] que describe exhaustivamente las condiciones oceanográficas de la Ría, e introduce un modelo de cajas para la explicación de la dinámica de ésta. Varios modelos y estudios fueron posteriormente propuestos [González et al, 1979; Prego 1990]. Con excepción del estudio de Pascual [Pascual 1986], todos estos trabajos se basaban en el modelo de cajas.

      Se muestra pues, la necesidad de construir un modelo hidrodinámico, lo más realista posible y con un grado de fiabilidad aceptable, que explique y prediga en la medida de lo posible las variables oceanográficas de interés. Entre ellas, destacan las componentes de velocidades del agua, tanto de corrientes inducidas por la marea y el viento como residuales, la salinidad y la temperatura. Además el modelo debe ser lo suficientemente flexible para que pueda admitir concentraciones de otros materiales de interés, así como las ecuaciones que rigen su dinámica posterior.

      Idealmente, un modelo completo debería ser un modelo 3-D dependiente del tiempo (4-dimensional). Además, poseería infinitas variables de estado. Por supuesto, la propia resolución informática va a limitar este último punto. Por otra parte, un número excesivo aunque finito de variables de estado necesitaría también una cantidad semejante de parametrizaciones y condiciones de contorno, e implicaría dinámicas más complejas que son poco conocidas. Por otro lado, la interpretación de los resultados se complica enormemente. La esencia del modelo es la elección del número de variables escogidas. Deben ser pocas para el mejor funcionamiento del modelo y su interpretación, pero suficientes para que describan adecuadamente el comportamiento del sistema en cuestión [Nihoul y Beckers 1992, Nihoul 1993].

      En el presente trabajo se revisa y implementa para una red con malla más detallada el modelo estudiado por Pascual para la Ría de Arousa, el cual va a tener en cuenta la dinámica inducida por la marea y el viento. Este modelo se basa en las ecuaciones de Navier-Stokes integradas en profundidad, lo que supone que la resolución de éstas van a dar como resultados la altura de la marea y la corriente media para cada columna de agua.

      El objetivo final del presente estudio consiste en la construcción de un modelo en tres dimensiones que tenga en cuenta las distintas velocidades horizontales para cada profundidad y la velocidad vertical. Para ello, se partirá del modelo de Pascual, y explicará también la dinámica inducida por el viento y la marea. Con este fin, las ecuaciones se cambiarán de sistema de coordenadas [Pérez-Muñuzuri et al. 1993] para así inducir condiciones de contorno sencillas para el fondo y la superficie del agua.

      Los resultados obtenidos se comprobarán con datos experimentales en un punto de control y se discutirá la dinámica general inducida por el modelo. Para finalizar se intentará comprobar la versatilidad del modelo, para la introducción de otro tipo de ecuaciones como, por ejemplo, la ecuación de dispersión de una sustancia.

II. Área de Estudio: La Ría de Arousa 5
2.1 Condiciones oceanográficas 7
2.2 Clasificación estuárica de la Ría de Arousa 8

III. Ecuaciones de Balance del Sistema 13
3.1 Ecuaciones del movimiento 14
3.2 Ecuaciones de un fluido turbulento 20
3.3 Análisis dimensional 25
3.4 Ecuaciones integradas en profundidad 29
3.5 Ecuaciones en tres dimensiones 34

IV. Resolución Numérica del Sistema 41
4.1 Red espacial y temporal 43
4.2 Descripción del modelo numérico 45
4.2.a. Modelo integrado en profundidad 45
4.2.b. Modelo en tres dimensiones 50
4.3 Condiciones de contorno y parámetros de la Ría de Arousa 54

V. Resultados 60
5.1 Inicialización del sistema 61
5.2 Resultados del modelo integrado en profundidad 63
5.3 Resultados del modelo en 3D 64
5.3.a. Comprobación de los resultados en un punto 64
5.3.b. Resultados en tres dimensiones 67
5.4 Simulación de la dispersión de un contaminante 69
5.5 Introducción del río Ulla 70

VI. Conclusiones 91

VII. Bibliografía 94

      Se han modificado las ecuaciones de Navier-Stokes para la realización de un modelo integrado en profundidad y otro tridimensional. En este último se introduce un cambio del sistema de referencia, de tal modo que la coordenada vertical viene dada por coordenadas «hat», que siguen la forma del fondo y el nivel del agua.

      La resolución numérica para los dos modelos utiliza esquemas explícitos diferencias finitas para el modelo bidimensional y semiimplícitos para el tridimensional. Para ello, se discretizó la Ría de Arousa, probando varias redes, tanto ortogonales como adaptadas a las fronteras.

      Se han probado varias parametrizaciones de la turbulencia vertical, que tuviesen en cuenta el coeficiente de arrastre del fondo y del viento.

      Varios códigos informáticos fueron realizados tanto para la resolución de las ecuaciones discretizadas como para la representación de los resultados obtenidos. Esto últimos se compararon con datos experimentales durante un período de tiempo en un punto de control. Además, se ha representado y discutido la dinámica general de la Ría inducida por la marea y el viento. La versatilidad del modelo queda probada al poder serle introducido sin gran coste, la ecuación de dispersión de la concentración de una sustancia.

      Para concluir, a partir del estudio de un modelo integrado en profundidad se ha deducido un modelo en tres dimensiones, fase previa para la construcción en un futuro de un modelo que tenga en cuenta la dinámica baroclínica y la corriente residual de la Ría de Arousa.