Transcript Presentación de PowerPoint

SENSIBILIDAD DE PARÁMETROS DE
CALIBRACIÓN E INCERTIDUMBRE EN EL
MODELO DE PROPAGACIÓN DE OLEAJE
STWAVE
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”
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
APLICACIÓN
ZONA ESTUDIO
El sector en estudio se encuentra al sur de Punta Curaumilla, ubicado a 13.5 km del
puerto de Valparaíso.
N
MODELACIÓN NUMÉRICA
MALLAS NUMÉRICAS
MALLAS
N°
Malla
1
Resolución Dimensión
[m]
[Km]
80 x 80
500
Número de
celdas
161x161
2
100
35 x 35
351x351
3
25
8x8
701x701
ADCP
BOYA TRYAXIS
MODELACIÓN NUMÉRICA
CALIBRACIÓN STWAVE
Datos de Salida
STWAVE
Datos de Entrada
STWAVE
Batimetría
STWAVE
Casos
seleccionados
- Oleaje Boya
Triaxys
Oleaje en
punto de
comparación
Resolución mallas
Rugosidad fondo
Nivel del mar
Casos
seleccionados
- ADCP
MODELACIÓN NUMÉRICA
ESTIMACIÓN DE LOS ERRORES DE MODELACIÓN PARA Hm0
Batimetría de Proyecto
Caso
Marea
Fricción
Carta
Pseudo
ETOPO
Espectral Náutica
GEBCO
N°
Hm0
[m]
T [s]
D [°]
N
Casos
500-10025m
500-5010m
1m
2m
Mud
Sand
Transpec
3.1
500-10025m
500-10025m
500-10025m
1
2
3
4
5
1,26
3,16
1,85
1,66
4,36
11
15
8
8
10
278
212
335
216
220
43
159
21
463
387
1,7%
6,4%
17,3%
10,4%
13,1%
16,0%
19,1%
28,2%
12,6%
15,2%
14,3%
18,3%
27,2%
10,5%
13,3%
13,5%
17,9%
25,8%
9,4%
12,4%
1,7%
6,4%
17,3%
10,4%
13,1%
1,7%
6,4%
17,3%
10,4%
13,1%
12,0%
4,7%
10,5%
13,2%
11,4%
14,2%
18,6%
27,8%
20,1%
18,1%
46,7%
57,7%
44,7%
51,7%
54,6%
18,5%
22,4%
15,3%
20,2%
28,9%
70%
Diferencia porcentual [%]
Resolución Malla
1
2
3
4
5
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
500-100-25m 500-50-10m
Resolución
1m
2m
Marea
Mud
Sand
Fricción
Transpec 3.1 500-100-25m 500-100-25m 500-100-25m
Pseudo
Espectral
C-N
ETOPO
Gebco
MODELACIÓN NUMÉRICA
EJEMPLO COMPARACIÓN ESPECTROS DE FRECUENCIAS – CASO 4
1,6
Energía [m^2/Hz]
1,4
•Caso Base Fricción Constante
+ Malla 500x100x25
•Mud
•Sand
BOYA
1,2
ADCP
1,0
•Marea 1m
•Marea 2m
• Resolución 500x50x10
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
Frecuencia [Hz]
0,25
0,30
0,35
MODELACIÓN NUMÉRICA
ERROR Serie de Tiempo Hm0 entre STWAVE y ADCP
Serie tiempo transferencia Hm0 Full espectral v/s Hm0 ADCP
5
Hm0[m]
4
3
2
1
0
24/04/12
01/05/12
08/05/12
ADCP
15/05/12
Full espec
Estimación del error Hm0 Full espectral v/s Hm0 ADCP
10
𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 [%] = 100 ∗
𝐻𝑚0𝐴𝐷𝐶𝑃
−1
𝐻𝑚0𝐹𝑢𝑙𝑙 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐
Error Hm0 [%]
5
0
-5
-10
-15
195 210 225 240 255 270 285 300 315
Aguas profundas Dm [°]
MODELACIÓN NUMÉRICA
DIFERENCIAS EN DIRECCIÓN MEDIA
Caso
Resolución Malla
Marea
Fricción
ADCP
N°
Hm0 [m]
T [s]
D [°]
N Casos
1
2
3
4
5
1,26
3,16
1,85
1,66
4,36
11
15
8
8
10
278
212
335
216
220
43
159
21
463
387
Diferencia porcentual [%]
16%
14%
1
2
3
4
255
250
270
250
240
Pseudo Carta
ETOPO
Espectral Náutica
GEBCO
500-10025m
500-5010m
1m
2m
Mud
Sand
Transpec
3.1
500-10025m
500-10025m
500-10025m
258
248
272
241
243
256
245
270
248
243
253
241
268
246
240
253
241
269
246
240
258
248
272
241
243
258
248
272
241
243
251
244
264
238
240
264
257
274
255
254
276
275
282
268
274
263
251
289
240
242
5
12%
10%
8%
6%
4%
2%
0%
500-100-25m 500-50-10m
Resolución
1m
2m
Marea
Mud
Sand
Fricción
ESCENARIOS
Cte
Transpec 3.1
500-10025m
500-10025m
500-10025m
Pseudo
Espectral
C-N
ETOPO
Gebco
MODELACIÓN NUMÉRICA
DIFERENCIAS EN PERÍODO MEDIO
Caso
Resolución Malla
ADCP
N°
Hm0 [m]
T [s]
D [°]
N Casos
1
2
3
4
5
1,26
3,16
1,85
1,66
4,36
11
15
8
8
10
278
212
335
216
220
43
159
21
463
387
Diferencia porcentual [%]
20%
1
2
3
4
9,7
12,1
8,5
6,1
9,2
Marea
Fricción
Pseudo Carta
Espectral Náutica
ETOPO
GEBCO
500-10025m
500-5010m
1m
2m
Mud
Sand
Transpec
3.1
500-10025m
500-100-25m
500-100-25m
10,5
13,8
7,8
5,8
9,0
9,9
14,3
7,3
6,1
9,1
10,0
14,1
7,3
6,1
9,1
9,9
14,1
7,3
6,1
9,0
10,5
13,8
7,8
5,8
9,0
10,5
13,8
7,8
5,8
9,0
10,6
13,8
7,5
6,3
9,1
10,4
14,6
7,6
6,4
9,5
8,1
13,5
6,2
6,0
9,1
9,6
14,0
7,0
5,8
9,2
5
15%
10%
5%
0%
500-100-25m 500-50-10m
Resolución
1m
2m
Marea
Mud
Sand
Fricción
ESCENARIOS
Cte
Transpec 3.1
500-10025m
500-10025m
500-10025m
Pseudo
Espectral
C-N
ETOPO
Gebco
MODELACIÓN NUMÉRICA
RESUMEN DE ERRORES MEDIOS
Diferencias procentuales medias
Escenario
Hm0
Tm
Dm
Potencia
Casos ponderados
10,6%
5,5%
2,2%
17,0%
Batimetría proyecto
Serie de tiempo y
Batimetría de
10,3%
5,9%
3,1%
Proyecto
Casos ponderados y
19,1%
6,9%
3,6%
50,3%
Carta Naútica
Nota: fricción constante - Malla 500x100x25 - Nivel marea 0. NRS
MODELACIÓN NUMÉRICA
CONCLUSIONES
• 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 NUMÉRICA
CONCLUSIONES
•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.
GRACIAS POR SU ATENCIÓN