Configuración de onda

En dinámica de fluidos , la formación de olas es el aumento del nivel medio del agua debido a la presencia de olas rompientes . De manera similar, la caída de olas es una disminución inducida por las olas del nivel medio del agua antes de que las olas rompan (durante el proceso de reducción de la altura). Para abreviar, el fenómeno completo a menudo se denomina formación de olas, incluido tanto el aumento como la disminución de la elevación media. Esta formación se presenta principalmente en la zona de rompientes costera y cerca de ella . Además de una variación espacial en la formación de olas (media), también puede estar presente una variación en el tiempo, conocida como golpe de rompiente, que causa radiación de olas por infragravedad . ^{[1] [2]}

La configuración de las ondas se puede modelar matemáticamente considerando la variación en la tensión de radiación . ^[3] La tensión de radiación es el tensor de los flujos de momento horizontal en exceso debido a la presencia de las ondas. ^{[4] [5]}

A medida que una ola progresiva se acerca a la costa y la profundidad del agua disminuye, la altura de la ola aumenta debido a la reducción de la altura de la ola. Como resultado, hay un flujo adicional de momento horizontal inducido por las olas. Las ecuaciones de momento horizontal del flujo medio requieren que este flujo adicional inducido por las olas se equilibre: esto provoca una disminución en el nivel medio del agua antes de que las olas rompan, lo que se denomina "reducción".

Después de que las olas rompen , el flujo de energía de las olas ya no es constante, sino que disminuye debido a la disipación de energía. Por lo tanto, la tensión de radiación disminuye después del punto de ruptura, lo que provoca un aumento del nivel de la superficie libre para equilibrar: configuración de las olas. Ambas descripciones anteriores son específicas para playas con una pendiente de fondo suave. ^[6]

La formación de olas es particularmente preocupante durante las tormentas, cuando los efectos de las grandes olas generadas por el viento de la tormenta pueden aumentar el nivel medio del mar (por la formación de olas), aumentando los riesgos de daños a la infraestructura costera. ^[7]

La tensión de radiación empuja el agua hacia la costa y luego es empujada hacia arriba, provocando un aumento del nivel del agua. En un momento dado, ese aumento es tal que su presión hidrostática es igual a la tensión de radiación. A partir de este equilibrio se puede calcular la configuración de las olas. El aumento máximo del nivel del agua es entonces:

${\displaystyle z={\frac {5}{16}}\gamma H_{b}}$

donde H _b es la altura de la ola en la línea de rompiente y γ es el índice de rompiente (relación altura de ola/profundidad del agua en el momento de la rotura para olas individuales, normalmente γ = 0,7 - 0,8). Por cierto, debido a este fenómeno, se produce una pequeña reducción del nivel del agua justo mar adentro de la línea de rompiente, del orden del 20% de la formación de la ola.
La formación de la ola en las playas oceánicas puede ser significativa. Por ejemplo, una ola con una altura de 5 m (en aguas profundas) y un período de 12 s, con incidencia perpendicular y γ = 0,7, da una formación de ola de 1,2 m. ^{[8] [9]}

La formación de olas puede provocar corrientes considerables a lo largo de la costa. En la figura adjunta se dibuja un puerto con olas que llegan perpendiculares a la costa. En el punto A, la rotura de las olas provoca un aumento del nivel del agua. Supongamos que es de 1,2 m como en el ejemplo anterior. En el punto B del puerto (supongamos que está a unos 500 m del punto A) hay pocas olas rompientes debido a la protección del rompeolas (hay una pequeña cantidad de acción de las olas debido a la difracción ).

Supongamos que la configuración de las olas en este punto es de solo 0,2 m. Entonces hay una diferencia de nivel de agua de 1 m a lo largo de esos 500 m, por lo que el gradiente es de 0,002. Si se completa esto, por ejemplo, con la fórmula de Chézy, se obtiene:

${\displaystyle v=C{\sqrt {hi}}=50\cdot {\sqrt {2\cdot 0,002}}\aproximadamente 3}$EM.

Esta velocidad no es despreciable y también da lugar a un gran transporte de arena hacia el puerto. Un puerto con una forma como la que se muestra aquí se suele construir de esta manera porque la dirección predominante de las olas aquí viene de la izquierda. A lo largo de esta costa hay un transporte de sedimentos inducido por las olas de izquierda a derecha y, en base a esto, se espera que se produzca sedimentación en el lado izquierdo del puerto y erosión en el lado derecho del puerto (es decir, desde A más a la derecha). Por lo tanto, según los cálculos estándar de transporte litoral, no se espera sedimentación en este puerto. Sin embargo, la corriente debido a la formación de olas en este caso puede causar sedimentación.

No debe confundirse la formación de olas con el ascenso de las olas (elevación de la lengua de una ola en una pendiente) ni con la formación de viento ( oleada , elevación del nivel del agua en la costa debido a la presión del viento).

• Inundaciones costeras