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En el proyecto se recorren las distintas etapas en la resolución numérica de un problema en el ámbito de la oceanografía. Utilizamos el Método de los Elementos Finitos para la discretización en el espacio. Programamos una serie de ejemplos acompañados de simulaciones., El proyecto consta de 58 páginas. El contenido se divide en 5 capítulos, un apartado de conclusiones, un apéndice y la bibliografía.

Para dar respuesta a los requerimientos en materia de aguas definidos en las directrices, reglamentos y recomendaciones existentes en la legislación española, los cuales están mayoritariamente basados en directivas europeas, se ha desarrollado una herramienta de modelización numérica del flujo de agua en lámina libre en 2 dimensiones. La herramienta, llamada Iber, combina un módulo hidrodinámico, un módulo de turbulencia y un módulo de transporte de sedimentos, y utiliza el método de volúmenes finitos para resolver las ecuaciones correspondientes. Al módulo de cálculo se le ha adaptado una interfaz que se basa en el software de preproceso y posproceso GiD, desarrollado por CIMNE. El resultado es una herramienta de modelización numérica del flujo de agua y sedimentos en ríos y estuarios, que utiliza esquemas numéricos avanzados especialmente estables y robustos en cualquier situación pero especialmente adecuados para flujos discontinuos y, en concreto, para cauces torrenciales y regímenes irregulares. The recent requirements of Spanish regulations and directives, on their turn based on European directives, have led to the development of a new two dimensional open channel flow modelling tool. The tool, named Iber, combines a hydrodynamic module, a turbulence module and a sediment transport module, and is based in the finite volume method to solve the involved equations. The simulation code has been integrated in a pre-process and post-process interface based on GiD software, developed by CIMNE. The result is a flow and sediment modelling system for rivers and estuaries that uses advanced numerical schemes, robust and stable, which are especially suitable for discontinuous flows taking place in torrential and hydrologically irregular rivers.

La Ciénaga Grande de Santa Marta (CGSM), es la laguna costera más grande de Colombia, y una de las más estratégicas para el Caribe colombiano [30], pero la adecuación de las tierras aledañas para la ganadería extensiva ha disminuido sustancialmente la entrada de agua fresca a la laguna principal, generando una extrema hipersalinización de sus suelos que ha sido la causa principal de la mortandad masiva del manglar y de su fauna asociada [19, 16]. La evaluación de alternativas de intervención sobre la Ciénaga ha motivado la construcción y calibración de modelos numéricos de su hidrodinámica, por ejemplo con la técnica de diferencias finitas [24, 17, 37], pero existen técnicas alternativas por explorar. Una de éstas la constituyen los modelos de Lattice-Boltzmann, que desde su aparición hace veinte años han constituido una alternativa valiosa para las simulaciones hidrodinámicas [27, 42, 3]. El objetivo del presente trabajo es acoplar dos modelos de lattice-Boltzmann: un modelo generalizado (MRT-LBE) para aguas someras, y un modelo de advección-difusión para el transporte de solutos, construidos desde cero en un lenguaje de programación de alto nivel (C++), cada uno de los modelos y el modelo acoplado, fue probado reproduciendo correctamente algunos problemas típicos de la ingeniería hidráulica explorando las capacidades del método para simular flujos en diferentes condiciones. Como situación final, se construyó un modelo acoplado de lattice-Boltzmann de la Ciénaga Grande de Santa Marta y se exploró la capacidad para reproducir los patrones de nivel de superficie libre, velocidad y salinidad obtenidos en campo por Camacho [17]. Para su calibración se utilizaron algunos de los datos de campo obtenidos por Camacho [17]. El modelo as__ construido es capaz de reproducir aproximadamente los valores medios de velocidad horizontal, profundidad y salinidad medidos en campo, con una precisión algo mayor que la de los trabajos anteriores en diferencias finitas. Igualmente, el modelo estima de manera coherente el efecto de la apertura de un caño en la parte occidental de la Ciénaga, una intervención que en efecto se realizó en fecha posterior a la toma de datos. Este trabajo reporta el primer modelo de lattice-Boltzmann para la simulación de aguas someras que se compara con datos de campo y permite apreciar en una primera instancia la capacidad que puede llegar a tener el método para la modelación de lagunas costeras. Abstract. The Ciénaga Grande de Santa Marta (CGSM) is the largest coastal lagoon in Colombia, and one of the most strategic for the Colombian Caribbean. However, the adjustment of the surrounding lands for extensive livestock has decreased substantially fresh water input to the main lagoon, which as outcome creates an extreme hypersalinization of its soil which has been the main cause of the mass mortality of mangroves and associated fauna . The evaluation of alternatives of intervention on the CGSM has led to the construction and calibration of numerical models based on their hydrodynamic characteristics, for example with the technique of finite differences, although there are alternative techniques to explore. One of these is the Lattice-Boltzmann model, which since its origin twenty years ago, has been a valuable alternative to the hydrodynamic simulations. The goal of this research is to couple two lattice-Boltzmann models: a generalized model (MRT-LBE) for shallow water and an advection-diffusion model for solute transport. These models were built from zero, by using a high level (C + +) programming language. Each model and the coupled model was tested and it successfully reproduced some typical problems of hydraulic engineering, and at the same time the capabilities of the method to simulate flows under different conditions were explored. Finally, a coupled model of lattice-Boltzmann for the CGSM was constructed and its ability to reproduce the field data patterns of free surface level, velocity and salinity obtained by Camacho was explored. The model calibration used some of the field data obtained by Camacho. The constructed model is able to reproduce approximately the mean horizontal velocity, depth and salinity measured in the field, with an greater accuracy than in previous studies that used finite differences. Also, the model consistently estimates the effect of the opening of a pipe in the western part of the CGSM, an intervention that actually took place posteriorly to data collection. This study present the first lattice- Boltzmann model for the shallow water simulation compared with field data, which also allow us to appreciate the method capacity at lagoon modeling. Maestría

By means of several analysis processes, it is proven that a Riverine Support Patrol Vessel (RSPV), owned by the Colombian Navy, has good maneuverability characteristics. The design of the RSPV comprises, among other particulars, a high beam/draft ratio (9.5) and an azimuthal propulsion system of Pump-Jet type. Having the proper experimental results as well as the simulations attained through a mathematical model, it was possible to focus on this method’s validation and the comparison of the results to the existing maneuverability standards. Such validation, which has been performed following the procedures recommended by IMO and ITTC, helps getting the certainty that the computational tool developed here works appropriately with the modeled non-conventional propulsion, and that the implemented shallow water effects are consistent. As to the maneuverability criteria, the resulting data under certain conditions were compared to the recommended minimum values, proving that the RSPV design fulfills such requirements and also its turning ability enhances when the ship is being operated in shallow water. This result corroborates some previously published works that reported the appearance of this phenomenon on high beam-draft ratio vessels. Mediante varios procesos de estudio se logra comprobar unas buenas características de maniobrabilidad en un buque Patrullero de Apoyo Fluvial Pesado (PAF-P) de la Armada Nacional de Colombia. El diseño de la PAF-P contempla, entre otras particularidades, una alta relación manga/calado (9.5) y un sistema de propulsión acimutal tipo Pump-Jet. Teniendo tanto los datos experimentales como las simulaciones logradas con un modelo matemático, fue posible concentrarse en la validación de este método y en la comparación de los resultados con los estándares de maniobrabilidad existentes. Dicha validación, que ha sido llevada a cabo según los procedimientos recomendados por OMI e ITTC, ayuda a tener certeza de que la herramienta computacional desarrollada funciona apropiadamente con el modelo de fuerzas de la propulsión no convencional usada, y que la implementación de los efectos de aguas someras es consistente. En cuanto a los criterios de maniobrabilidad, se hizo una comparación de los datos obtenidos en ciertos parámetros de una maniobra estándar y los valores mínimos recomendados, probando así que el diseño cumple a cabalidad los valores requeridos y que además su desempeño en el giro mejora cuando la maniobra se lleva a cabo en aguas poco profundas, lo cual corrobora algunos estudios publicados anteriormente que señalan este fenómeno en buques con alta relación manga/calado.

Se analizó un total de 49 muestras de sedimento marino superficial (< 50 m) extraídas en tres localidades: isla Decepción, bahía Chile y bahía Fildes, península Antártica con el objeto de investigar los foraminíferos del suborden Textulariina, Delage y Herouard, 1886. Se identificaron 22 especies las que fueron clasificadas en 12 familias y 15 géneros. Las especies más abundantes fueron, Trochammina malovensis (53,2%), Miliammina arenácea (16,3%) y Reophax dentaliniformis (6,7%). En isla Decepción se recolectó la mayoría de los ejemplares (57%) y en bahía Chile, el número más alto de especies. La mayor distribución geográfica fue alcanzada por Trochammina malovensis (95,9% de las muestras), Miliammina arenácea (73,5%), Spiroplectammina biformis (63,3%) y Trochammina squamata (61,2%). El análisis de conglomerado y ANOSIM no mostraron diferencias significaticas de las comunidades de las bahías. De las 22 especies identificadas en las aguas antárticas (< 50 m), 10 no han sido citadas en la región austral del continente sudamericano: Alveolophragmiun columbiense, Deuterammina glabra, Eggerella minuta, Pseudobolivina antárctica, Reophax nodulosus, Rhabdammina linnearis, Saccammina sphaerica, Textularia wiesneri, Trochammina malovensis y T. quadriloba, por lo que podrían considerarse endémicas para la región antártica. Forty nine samples, of superficial marine sediments (< 50m.) from 3 localities: Deception Island, Chile Bay and Fildes Bay, Antarctic península were analysed in order to investigate the foraminiferers of suborder Textulariina Delage y Herouard, 1886. Twenty two species were identifed and classiffed en 12 families and 15 generas. The most abundant species were Trochammina malovensis (53,2%), Milia-mmina arenácea (16,3%) y Reophax dentaliniformis (6,7%). Deception Island contributed with most of the specimens (57%) and Chile Bay with the highest number of species. Thes most common species in the area were Trochammina malovensis (95,9% of the samples), Miliammina arenácea (73,5%), Spiro-plectammina biformis (63,3%) and Trochammina squamata (61,2%). Hierarchical cluster analysis and ANOSIM showed there is not communities differences between bays. Ten species (from 22) could not be found in the southernmost southamerica: Alveolophragmiun columbiense, Deuterammina glabra, Eggerella minuta, Pseudobolivina antarctica, Reophax nodulosus, Rhabdammina linnearis, Saccam-mina sphaerica, Textularia wiesneri, Trochammina malovensis and T. quadriloba. Probably they are endemic species for the Antarctic region.

La simulación numérica de flujos de agua en sistemas de drenaje urbano es uno de los ámbitos en donde se pone de manifiesto la necesidad de combinar flujos en lámina libre a presión atmosférica con situaciones en las que el conducto se encuentra presurizado, tanto en régimen estacionario como transitorio. Las ecuaciones que gobiernan los dos tipos de flujo son diferentes, por lo tanto, es necesario tener en cuenta el cambio lámina libre/presión a la hora de programar un modelo numérico completo que sea capaz de resolver transitorios independientemente de la región de trabajo. En este trabajo se desarrolla un modelo de simulación numérica capaz de resolver redes de tuberías cuyo régimen mayoritario de funcionamiento sea el de lámina libre, pero que se puedan ver presurizadas ante situaciones puntuales. Para ello, se propone adaptar la formulación matemática a través del método de la rendija de Preissmann, mediante en cuál se consigue una estimación razonable de la presión del agua en el conducto. El método numérico empleado se basa en el esquema de Roe de primer orden, enmarcado dentro de la familia de los métodos de volúmenes finitos. Se trata de un método adaptado a las situaciones transitorias bruscas, capaz de trabajar en régimen subcrítico, supercrítico y mixto. Para su validación, se han resuelto varios casos con solución analítica o datos empíricos correspondientes a experimentos de laboratorio. Mediante la aplicación a casos más complejos, como confluencias o redes de tuberías, se ha evaluado la sensibilidad del método a los cambios de régimen en este tipo de situaciones más realistas.

En la presente tesis se analizan los aspectos teóricos y prácticos necesarios para el desarrollo de un modelo numérico tridimensional válido para los estuarios típicos del Norte de España, cuyas características principales son la existencia de importantes gradientes de profundidad, , y de zonas que se inundan y se secan periódicamente debido al efecto de la marea astronómica.De la revisión del estado del conocimiento sobre modelado hidrodinámico tridimensional en zonas someras, se ha concluido que aunque existen varios modelos tridimensionales propuestos para estuarios, ninguno está preparado para su aplicación en los casos de estudio de esta tesis. La anterior aseveración está principalmente relacionada con tres temas fundamentales: sistema de coordenadas, representación de la turbulencia y simulación de la inundación - secado del dominio de cálculo. Se ha investigado con detalle estos aspectos y como resultado se ha desarrollado un modelo que incluye el resultado de la investigación realizada y que ha sido validado tanto con soluciones analíticas, como con datos de laboratorio y de campo.