José Beyá M.

Ingeniería Civil Oceánica – Universidad de Valparaíso

Proyecto Innova Corfo código 09CN14-5718

“Catastro del recurso energético asociado a oleaje para el apoyo a la evaluación de proyectos de generación de energía Undimotriz”

SENSIBILIDAD DE PARÁMETROS DE CALIBRACIÓN E INCERTIDUMBRE EN EL MODELO DE PROPAGACIÓN DE OLEAJE STWAVE

Objetivo:Estimar el error asociado a la propagación matemática del oleaje comparándolo con mediciones de terreno de última generación.

Modelo Matemático de Propagación del Oleaje: STWAVE 5.0

Mediciones de Terreno: Boya TRYAXIS en Aguas “profundas”ADCP - RDI-Teledyne Workhorse

APLICACIÓNZONA ESTUDIO

El sector en estudio se encuentra al sur de Punta Curaumilla, ubicado a 13.5 km del puerto de Valparaíso.

N

MODELACIÓN NUMÉRICAMALLAS NUMÉRICAS

MALLAS

BOYA TRYAXIS

ADCP

1 500 80 x 80 161x161

2 100 35 x 35 351x351

3 25 8 x 8 701x701

N° Malla

Resolución [m]

Número de celdas

Dimensión [Km]

MODELACIÓN NUMÉRICACALIBRACIÓN STWAVE

Batimetría

Casos seleccionados - Oleaje Boya

Triaxys

Datos de EntradaSTWAVE

STWAVEOleaje en punto de

comparación

Datos de SalidaSTWAVE

Casos seleccionados

- ADCP

Resolución mallas

Rugosidad fondo

Nivel del mar

Pseudo Espectral

Carta Náutica

ETOPO GEBCO

N°Hm0 [m]

T [s] D [°] N

Casos 500-100-

25m 500-50-

10m 1m 2m Mud Sand Transpec

3.1 500-100-

25m 500-100-

25m 500-100-

25m

1 1,26 11 278 43 1,7% 16,0% 14,3% 13,5% 1,7% 1,7% 12,0% 14,2% 46,7% 18,5%2 3,16 15 212 159 6,4% 19,1% 18,3% 17,9% 6,4% 6,4% 4,7% 18,6% 57,7% 22,4%3 1,85 8 335 21 17,3% 28,2% 27,2% 25,8% 17,3% 17,3% 10,5% 27,8% 44,7% 15,3%4 1,66 8 216 463 10,4% 12,6% 10,5% 9,4% 10,4% 10,4% 13,2% 20,1% 51,7% 20,2%5 4,36 10 220 387 13,1% 15,2% 13,3% 12,4% 13,1% 13,1% 11,4% 18,1% 54,6% 28,9%

Resolución Malla Marea Fricción Caso

MODELACIÓN NUMÉRICAESTIMACIÓN DE LOS ERRORES DE MODELACIÓN PARA Hm0

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

500-100-25m 500-50-10m 1m 2m Mud Sand Transpec 3.1 500-100-25m 500-100-25m 500-100-25m

Resolución Marea Fricción Pseudo Espectral

C-N ETOPO Gebco

ESCENARIOS

Dife

renc

ia p

orce

ntua

l [%

] 1 2 3 4 5

Batimetría de Proyecto

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35

Ener

gía

[m^2

/Hz]

Frecuencia [Hz]

ADCP Resolucion 50-10m Resolucion 100-25mMarea 1m Marea 2m MudSand Friccion Cte. BOYA

BOYA

ADCP

•Caso Base Fricción Constante + Malla 500x100x25•Mud•Sand

•Marea 1m•Marea 2m• Resolución 500x50x10

MODELACIÓN NUMÉRICAEJEMPLO COMPARACIÓN ESPECTROS DE FRECUENCIAS – CASO 4

24/04/12 01/05/12 08/05/12 15/05/12 0

1

2

3

4

5

ADCP Full espec

Hm

0[m

]

195 210 225 240 255 270 285 300 315-15

-10

-5

0

5

10

Aguas profundas Dm [°]

Erro

r Hm

0 [%

]

Serie tiempo transferencia Hm0 Full espectral v/s Hm0 ADCP

Estimación del error Hm0 Full espectral v/s Hm0 ADCP

𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 [% ]=100∗ [ 𝐻𝑚0𝐴𝐷𝐶𝑃𝐻𝑚0𝐹𝑢𝑙𝑙𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐

−1]

MODELACIÓN NUMÉRICAERROR Serie de Tiempo Hm0 entre STWAVE y ADCP

MODELACIÓN NUMÉRICADIFERENCIAS EN DIRECCIÓN MEDIA

Pseudo Espectral

Carta Náutica

ETOPO GEBCO

N° Hm0 [m] T [s] D [°] N Casos 500-100-25m

500-50-10m

1m 2m Mud Sand Transpec 3.1

500-100-25m

500-100-25m

500-100-25m

1 1,26 11 278 43 255 258 256 253 253 258 258 251 264 276 2632 3,16 15 212 159 250 248 245 241 241 248 248 244 257 275 2513 1,85 8 335 21 270 272 270 268 269 272 272 264 274 282 2894 1,66 8 216 463 250 241 248 246 246 241 241 238 255 268 2405 4,36 10 220 387 240 243 243 240 240 243 243 240 254 274 242

Resolución Malla Marea Fricción ADCP

Caso

0%

2%

4%

6%

8%

10%

12%

14%

16%

500-100-25m 500-50-10m 1m 2m Mud Sand Cte Transpec 3.1 500-100-25m

500-100-25m

500-100-25m

Resolución Marea Fricción Pseudo Espectral

C-N ETOPO Gebco

ESCENARIOS

Dife

renc

ia p

orce

ntua

l [%

] 1 2 3 4 5

MODELACIÓN NUMÉRICADIFERENCIAS EN PERÍODO MEDIO

Pseudo Espectral

Carta Náutica

ETOPO GEBCO

N° Hm0 [m] T [s] D [°] N Casos 500-100-25m

500-50-10m

1m 2m Mud Sand Transpec 3.1

500-100-25m

500-100-25m 500-100-25m

1 1,26 11 278 43 9,7 10,5 9,9 10,0 9,9 10,5 10,5 10,6 10,4 8,1 9,62 3,16 15 212 159 12,1 13,8 14,3 14,1 14,1 13,8 13,8 13,8 14,6 13,5 14,03 1,85 8 335 21 8,5 7,8 7,3 7,3 7,3 7,8 7,8 7,5 7,6 6,2 7,04 1,66 8 216 463 6,1 5,8 6,1 6,1 6,1 5,8 5,8 6,3 6,4 6,0 5,85 4,36 10 220 387 9,2 9,0 9,1 9,1 9,0 9,0 9,0 9,1 9,5 9,1 9,2

Caso ADCP

Resolución Malla Marea Fricción

0%

5%

10%

15%

20%

500-100-25m 500-50-10m 1m 2m Mud Sand Cte Transpec 3.1 500-100-25m

500-100-25m

500-100-25m

Resolución Marea Fricción Pseudo Espectral

C-N ETOPO Gebco

ESCENARIOS

Dife

renc

ia p

orce

ntua

l [%

] 1 2 3 4 5

MODELACIÓN NUMÉRICARESUMEN DE ERRORES MEDIOS

Diferencias procentuales mediasEscenario Hm0 Tm Dm Potencia

Casos ponderados Batimetría proyecto

10,6% 5,5% 2,2% 17,0%

Serie de tiempo y Batimetría de

Proyecto10,3% 5,9% 3,1% -

Casos ponderados y Carta Naútica

19,1% 6,9% 3,6% 50,3%

Nota: fricción constante - Malla 500x100x25 - Nivel marea 0. NRS

• Cambiar fricción no tiene impacto significativo en Hm0.

•Los mayores cambios se producen al modificar el nivel de marea y la resolución de la malla. Estos cambios también impactan en la forma del espectro. No se encuentran mejoras consistentes en todos los casos en los resultados del modelo.

•La malla mas fina presenta diferencias mayores en Hm0 que la malla más gruesa. Sin embargo, presenta menores diferencias en período y dirección media.

•La batimetría GEBCO, que es de menor resolución (y presenta mayores irregularidades) produce menores diferencias en Hm0 en comparación con la Carta Náutica. Sin embargo, la Carta Náutica presenta menos diferencias en Dm.

•ETOPO presenta las mayores diferencias en Hm0, Dm, no así en Tm.

•Al usar la metodología de “Transferencia” de oleaje TRANSPEC se observan menores diferencias en Hm0.

MODELACIÓN NUMÉRICACONCLUSIONES

•Se recomienda usar el Modelo STWAVE con los parámetros de defecto (fricción constante, nivel de marea =0 NRS) y la resolución de malla menor (500x100x25). La batimetría donde no hay batimetría de proyecto preferentemente de las cartas náuticas y luego ETOPO y/o GEBCO

•Curiosamente se observan menores diferencias con ADCP cuando la información es de menor calidad (Menor resolución de Malla, batimetría GEBCO, Metodología Trasnpec).

•Es posible que la estimación de oleaje del ADCP tenga un error significativo, el cual no podemos verificar. En este trabajo se calculan los errores asumiendo que la medición del ADCP es confiable.

•Una de las limitaciones de STWAVE es que debe trabajar con mallas orientadas en la dirección principal del oleaje. Esto produce errores cuando se modelan estados de mar con componentes multidireccionales.

•La calidad de la Batimetría es fundamental para disminuir el error en la estimación de la potencia del oleaje.

MODELACIÓN NUMÉRICACONCLUSIONES

GRACIAS POR SU ATENCIÓN