Configuración de olas

En dinámica de fluidos , la sobreelevación de olas es el aumento del nivel medio del agua debido a la presencia de olas rompientes . De manera similar, el descenso de olas es la disminución del nivel medio del agua inducida por las olas antes de que rompan (durante el proceso de rompimiento). En resumen, todo el fenómeno se suele denominar sobreelevación de olas, que incluye tanto el aumento como la disminución de la elevación media. Esta sobreelevación se presenta principalmente en la zona de rompientes costeras y sus alrededores . Además de una variación espacial en la sobreelevación de olas (media), también puede presentarse una variación temporal —conocida como oleaje— que provoca radiación de ondas infragraves . ^{[ 1 ] [ 2 ]}

La sobreelevación de olas 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 olas. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

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

Tras la ruptura de las olas , el flujo de energía de las mismas deja de ser constante y disminuye debido a la disipación de energía. Por consiguiente, la tensión de radiación disminuye después del punto de ruptura, lo que provoca un aumento del nivel de la superficie libre para compensar la sobreelevación del nivel del mar. Ambas descripciones anteriores se refieren específicamente a playas con una pendiente suave del fondo. ^{[ 6 ]}

La sobreelevación del nivel del mar es particularmente preocupante durante los eventos de tormenta, cuando los efectos de las grandes olas generadas por el viento de la tormenta pueden aumentar el nivel medio del mar (por sobreelevación del nivel del mar), incrementando 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 en el nivel del agua. En un momento dado, ese aumento es tal que su presión hidroestratificada es igual a la tensión de radiación. A partir de este equilibrio, se puede calcular la sobreelevación del nivel del agua. El aumento máximo en el 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 la ola/profundidad del agua en la ruptura para olas individuales, generalmente γ = 0,7 - 0,8). Cabe mencionar que, 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 sobreelevación de la ola. La sobreelevación 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, produce una sobreelevación de la ola de 1,2 m. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

La sobreelevación del nivel del agua por el oleaje puede generar corrientes considerables a lo largo de la costa. En la figura adjunta, se muestra un puerto con olas perpendiculares a la costa. En el punto A, la ruptura 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 (a unos 500 m del punto A) hay pocas olas rompientes debido a la protección del rompeolas (la acción de las olas es mínima debido a la difracción ).

Supongamos que la altura de la ola 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 la pendiente es de 0,002. Si se introduce esto, por ejemplo, en la fórmula de Chézy , se obtiene:

${\displaystyle v=C{\sqrt {hi}}=50\cdot {\sqrt {2\cdot 0.002}}\approx 3}$EM.

Esta velocidad no es despreciable y también genera un gran transporte de arena hacia el puerto. Un puerto con la forma aquí descrita suele construirse de esta manera porque la dirección predominante de las olas proviene de la izquierda. A lo largo de esta costa, se produce 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 (es decir, desde A más a la derecha). Según los cálculos estándar de transporte litoral, no se espera sedimentación en este puerto. Sin embargo, la corriente debida al oleaje puede, en este caso, provocar sedimentación.

La sobreelevación del nivel del mar por oleaje no debe confundirse con la sobreelevación del nivel del mar por oleaje (el ascenso de la lengua de una ola en una pendiente) ni con la sobreelevación del nivel del mar por viento ( el aumento del nivel del agua en la costa debido a la presión del viento).

• Inundaciones costeras