Modelado de la Evolución Morfodinámica de Playas en Medio Plazo

MORFO (2008-2011) es un proyecto financiado por el Ministerio de educación y Ciencia, cuyo objetivo es mejorar el conocimiento y capacidad de modelado de la evolución morfodinámica de las playas en medio plazo, esto es, en escalas de semanas-meses. Se pretende mejorar el conocimiento en los procesos relacionados con la recuperación estacional del perfil de playa, la variabilidad estacional de la forma en planta de la playa, la evolución de los estados morfodinámicos, y el desarrollo de modelos de evolución planta-perfil de playa validados para representar los cambios acontecidos en las mismas en escalas de semanas-meses.

Este proyecto es una continuación del proyecto COASTVIEW, dado que se utilizan las imágenes y algoritmos de detección de la línea de costa de varias playas de dicho proyecto. Finalmente, los resultados de este proyecto están siendo incorporados en una herramienta práctica como el SMC.

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VIGES2. Desarrollo de protocolos específicos para la evaluación del estado ecológico de las masas de agua costeras en el entorno de incluencia de vertidos de emisarios submarinos. (CTM2008-04649/Tecno). 2008-2011. MEC. Plan Nacional I+D+I (2008-2011)

La Directiva Marco del Agua (DMA) exige a los Estados Miembros proteger, mejorar y restaurar todas las masas de agua superficiales con el fin de alcanzar al menos el "Buen estado" para el año 2015. Para ello plantea, entre otras actuaciones, la necesidad de establecer "controles operativos" en aquellas masas de agua en riesgo de incumplir sus objetivos medioambientales, tal y como sería el caso de las zonas sometidas a vertidos de aguas residuales a través de emisarios submarinos. Con el fin de dar respuesta a esta necesidad, el presente proyecto trata de estandarizar y validar protocolos específicos para la evaluación del estado químico y del estado ecológico de las masas de agua costeras en el entorno de influencia de vertidos de emisarios submarinos. Dentro de este marco conceptual, se ha desarrollado el poryecto VIGES2, cuyos objetivos específicos son los siguientes:

  • Desarrollar un procedimiento para la delimitación del entorno de afección de los vertidos de emisarios submarinos que integre la aleatoriedad de los diferentes fenómenos hidrometeorológicos asociados a los fenómenos de dispersión de contaminantes.
  • Desarrollar y estandarizar procedimientos para la evaluación de indicadores biológicos (fitoplancton, macroalgas e invertebrados) aplicables a la cuantificación de los efectos producidos por vertidos de emisarios submarinos.
  • Seleccionar y validar los procedimientos más adecuados y sensibles para la evaluación del estado químico y ecológico de las masas de agua costeras en el entorno de afección de los vertidos por emisario submarino.
  • Transferir los resultados obtenidos, en forma de procedimientos estandarizados, a los gestores competentes en el ámbito de las Demarcaciones Hidrográficas del litoral Cantábrico.
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Estudio de aspectos claves para la determinación de caudales ecológicos en estuarios (CGL2009-10620).

QEST es un proyecto financiado por el Ministerio de ciencia e Innovación dentro del Plan Nacional de I+D+i (2008) con vigencia 2009-2012 Los trabajos llevados a cabo por el IH Cantabria sobre caudales ecológicos en ríos, puso de manifiesto la importancia de extender este tipo de estudios a la zona estuarina, donde al existencia de unos condicionantes físicos y ecológicos singulares, exigen el desarrollo de metodologías específicas.

Entre estos puntos críticos a considerar en estas zonas cabe destacar:

  1. la dificultad de los modelos numéricos de transporte y mezcla de salinidad para funcionar en estuarios someros de mezcla total y
  2. la falta de modelos biológicos que cuantifiquen la respuesta de las especies a los cambios de salinidad en las aguas de transición de la península ibérica, imprescindibles de cara al establecimiento de umbrales de caudal.

El objetivo principal del proyecto QEST es dar respuesta a las carencias identificadas que permita la elaboración de una aproximación metodológica válida y aplicable y cuyas bases se fundamenten en aspectos hidráulicos, hidrológicos y biológicos.

Para cumplir estos objetivos, el proyecto plantea las tareas que se detallan a continuación:

  1. Adaptación y validación de un modelo bidimensional de transporte y mezcla de salinidad para estuarios someros dominados por caudal mareal.
  2. Desarrollo de modelos biológicos de preferencia frente a la salinidad de especies objetivo, que permitan predecir la respuesta en la distribución de las mismas frente a variación de la salinidad.
  3. Análisis de la sensibilidad de los principales factores implicados diferentes partes del proceso de cálculo.
  4. Desarrollo de un procedimiento para la integración del componente biológico en el cálculo de los regímenes de caudales ecológicos.
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IHCantabria y la Universidad de Cantabria participan en CoCoNet, un proyecto europeo dentro del séptimo programa marco, que intenta fomentar un uso sostenible de las zonas costeras del mar Mediterráneo y Negro para la producción de energía eólica offshore.

El proyecto abarca muchos países, e involucra a los investigadores a través de muchos temas diferentes, a fin de lograr un enfoque holístico de la protección del medio ambiente. Participan más de 39 centros de investigación y universidades de toda Europa y países del Mar Negro y Mediterráneo, incluyendo Egipto, Rusia, Ucrania, Turquía, Francia, Alemania y España entre otros. Debido a la importancia del proyecto y las repercusiones que puede tener para este sector tan innovador, la Unión Europea ha destinado 9.000.000 de euros, de los cuales una parte cubrirá las actividades del Instituto de Hidráulica de la Universidad de Cantabria.

Como una parte del programa, hemos producido una película documental de 30 minutos sobre CoCoNet, dirigida por Roberto Rinaldi.EN el que se ven Areas Marinas Protegidas,  granjas de molinos offshore, con tomas de los bellos y coloridos mar mediterráneo y mar negro.

 

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IHCantabria y la Universidad de Cantabria participan en CoCoNet, un proyecto europeo dentro del séptimo programa marco, que intenta fomentar un uso sostenible de las zonas costeras del mar Mediterráneo y Negro para la producción de energía eólica offshore.

Como una parte del programa, se ha  producido una película documental de 30 minutos sobre CoCoNet, dirigida por Roberto Rinaldi.En el que se ven Areas Marinas Protegidas,  granjas de molinos offshore, con tomas de los bellos y coloridos mares mediterráneo y mar negro.

 

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Pantanal

Este proyecto nace de la colaboración establecida entre el IH-Cantabria, la Universidad de UDELAR (Uruguay), la Universidade Federal do Rio de Janeiro (Brasil) y el Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE, Brasil) para investigar los mecanismos que controlan las dinámicas de estados alternativos de los lagos someros de la llanura de inundación del río Cuiabá en El Pantanal (Brasil).

Los lagos someros del Pantanal presentan un patrón espacial y temporal de estados alternativos complejo, determinado en parte por la conectividad con otros cursos de agua. La calidad del agua del tributario, especialmente la turbidez del mismo, juega un rol clave en la configuración de estos ecosistemas. En este proyecto se están investigando las relaciones entre los pulsos de inundación del río Cuiabá y la variabilidad morfométrica, la calidad del agua y estructura trófica de 3 lagos someros utilizando una combinación de muestreos de campo e imágenes satelitales que permiten reconstruir series de datos de más de 20 años.

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En IH Cantabria hemos empezado a desarrollar y aplicar herramientas cuantitativas para investigar la evolución morfodinámica de ríos, estuarios y costas. En particular, nos hemos centrado en afrontar el acoplamiento entre los procesos físicos y biológicos en una variedad de escalas espaciales y temporales.

Tenemos la intención de aumentar los conocimientos fundamentales en el área de medio ambiente mecánica de fluidos y ecohidráulica usando un enfoque de sistemas complejos que describe el feedback entre biología, hidrodinámica, transporte de sedimentos y evolución morfológica. En particular, estamos conectando experimentos de laboratorio y experimentos numéricos para entender cómo las interacciones entre hidrodinámica y población béntica resultan en una variedad de comportamientos complejos e inesperados que afectan nuestra capacidad de predecir la evolucion a largo plazo de estos sistemas. Con respecto al estudio de la evolución geomorfológica del estuario, el objetivo es el desarrollo de herramientas predictivas, por lo cual hemos empezado a poner énfasis en las interacciones entre la vegetación, la hidrodinámica y el transporte de sedimentos (arena y fango).

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globex1Las transformaciones no lineales que sufre el oleaje al aproximarse a la costa están acompañadas por la generación de oscilaciones de largo periodos inducidas por los grupos de ondas.

La no linealidad del oleaje es crucial para el trasporte de sedimento siendo responsable del acrecimiento y erosión de las playas. Mientras que en playas de gran pendiente los procesos no lineales ocurren localmente, la no linealidad en playas tendidas es significativa ya que esta tiene la posibilidad de desarrollarse en mayores escalas temporales y espaciales.

Actualmente existen lagunas en el conocimiento de muchos aspectos de la hidrodinámica en playas tendidas relacionados con la propagación y la interacción de las ondas cortas y largas y como estas oscilaciones afectan al transporte de sedimento. En este contexto, se ha realizado el proyecto GLOBEX (Gently sLOping Beach Experiments) dentro del programa europeo Hydralab. Los experimentos físicos se han llevado a cabo en el canal de oleaje Scheldt flume ubicado en Olanda donde ha sido construida una playa de hormigón de pendiente 1:80.

Los objetivos del proyecto han sido enfocados al estudio de algunos de los principales aspectos de la no linealidad de las olas, tales como: la disipación de la onda larga en la zona de rompientes, la celeridad de las ondas y dinámica de la capa limite. La alta resolución espacial y temporal adoptada durante los ensayos ha permitido recopilar una extensa base de datos que es usada para mejorar el conocimiento de los procesos hidrodinámicos en playas tendidas.

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MEDVSA

“MEDVSA” (“MEtodología de Diseño de los Vertidos de SAlmuera) es un proyecto de I+D+i , desarrollado entre 2009 y 2011 y financiado por el por el Ministerio de Alimentación, Agricultura y Medio Ambiente. Liderado por IH Cantabria, y con la colaboración del CEDEX, desarrolló, de forma pionera en España, una metodología para diseñar las descargas al mar de la salmuera de las plantas desaladoras.

En el marco de MEDVSA, el IH Cantabria aprovechó la oportunidad para dar un paso grande en la investigación de este tipo de vertidos. Entre otras tareas, se analizaron y validaron los modelos comerciales más utilizados; se construyó un laboratorio específico para ejecutar ensayos con técnicas ópticas avanzadas; se programaron modelos numéricos específicos para vertidos de salmuera (herramientas “brIHne”) y se recalibraron posteriormente con los datos experimentales obtenidos de los ensayos. Como elemento compilador de todo lo anterior, se ha elaborado una Guía metodológica para el diseño de estos vertidos.

Para asegurarnos de que la información llega al público interesado y de que el conocimiento generado se transfiere, hemos desarrollado un portal web (www.medvsa.es), desde donde es posible descargar las Guías Metodológicas generadas en el marco del proyecto MEDVSA. Para más información sobre este proyecto, podéis contactarnos en Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.

Continuando con esta línea de investigación, el IH Cantabria ha desarrollado herramientas de simulación del comportamiento de los vertidos de salmuera, como una alternativa mejorada a los modelos comerciales. La información y acceso a estas herramientas se realiza a través del portal web: www.brihne.ihcantabria.com 



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El proyecto MODELADO EXPERIMENTAL Y NUMÉRICO DE PROCESOS ASOCIADOS A LA HIDRODINAMICA EN LA ZONA DE ROMPIENTES ha tenido como objetivo fundamental mejorar el conocimiento de los procesos hidrodinámicos que tienen lugar en la zona de rompientes y en la zona de swash de las playas. La principal singularidad de la zona de rompientes es que en ella co-existen dinámicas con escalas temporales muy diferentes que van desde la escala de la turbulencia hasta la de las ondas infragravitatorias. Dichas dinámicas tienen sus propios mecanismos de generación, transformación y disipación e interactúan dando lugar a importantes transferencias energéticas. La metodología seguida se ha basado en la integración de un trabajo experimental en laboratorio con alta resolución incluyendo mediciones en las diferentes escalas y la utilización de un modelos numérico basado en las ecuaciones RANS mediante el que se ha integrado todas las escalas, de forma simultánea, y sin la necesidad de recurrir a parametrizaciones o simplificaciones propias de los modelos ya existentes. Además, de contribuir a mejorar nuestro conocimiento de los procesos y nuestra capacidad de modelado, el proyecto ha explorado la viabilidad de aplicar el modelo a playas naturales y analizar las simplificaciones y parametrizaciones más comúnmente empleadas en los modelos que actualmente se utilizan para playas naturales con un notable éxito.

Así mismo, a partir de los avances realizados en el proyecto, se ha podido por primera vez analizar un caso completo de la hidrodinámica de la zona de rompientes en la que se modelan los efectos turbulentos de la rotura, la evolución de las ondas rotas, la transformación de las ondas infragravitatorias y la generación de corrientes de retorno, mediante un modelo que resuelve el flujo de manera tridimensional y en ausencia de simplificaciones para la definición de la rotura. El desarrollo del proyecto y los avances científicos obtenidos han permitido abrir una nueva línea de trabajo para el estudio de la hidrodinámica de la zona de rompientes a partir de modelos no simplificados de Navier-Stokes, tanto bidimensionales como tridimensionales. Asimismo, se ha desarrollado un modelo basado en las ecuaciones extendidas de Boussinesq, con una mejor parametrización para simular procesos en la zona de rompientes y de swash, con el fin de hacer su integración en el Sistema de Modelado Costero (SMC).

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