Configuración del viento

Aumento del agua debido al viento que sopla sobre la superficie del agua.

Efecto de la configuración del viento durante el huracán Katrina en 2005

La configuración del viento , también conocida como efecto viento o efecto tormenta , se refiere al aumento del nivel del agua en mares o lagos provocado por los vientos que empujan el agua en una dirección específica. A medida que el viento se mueve a través de la superficie del agua, aplica una tensión cortante al agua, lo que provoca la formación de una corriente impulsada por el viento. Cuando esta corriente encuentra una costa, el nivel del agua a lo largo de la costa aumenta, generando una fuerza hidrostática contraria en equilibrio con la fuerza de corte. ^{[1] [2]}

Durante una tormenta, la configuración del viento es un componente de la marejada ciclónica general . Por ejemplo, en los Países Bajos , la configuración del viento durante una marejada ciclónica puede elevar los niveles del agua aproximadamente 3 metros por encima de la marea normal. En el caso de los ciclones, la intensidad del viento puede alcanzar hasta 5 metros. Esto puede resultar en un aumento significativo en los niveles del agua, particularmente cuando el agua es forzada a ingresar a un área poco profunda en forma de embudo. ^[3]

Observación

Observación de la configuración del viento en Vlissingen en 1953

En los lagos, las fluctuaciones del nivel del agua generalmente se atribuyen a la configuración del viento. Este efecto es especialmente notable en lagos con niveles de agua bien regulados, donde se puede observar claramente la configuración del viento. Al comparar esto con el viento sobre el lago, se puede determinar con precisión la relación entre la velocidad del viento, la profundidad del agua y la longitud de alcance . Esto es especialmente factible en lagos donde la profundidad del agua se mantiene bastante constante, como el IJsselmeer . ^[4]

En el mar, la configuración del viento no suele ser observable directamente, ya que el nivel del agua observado es una combinación de la configuración de la marea y del viento. Para aislar la configuración del viento, la marea astronómica (calculada) debe restarse del nivel del agua observado. Por ejemplo, durante la inundación del Mar del Norte de 1953 en la estación de mareas de Vlissingen (ver imagen), el nivel de agua más alto a lo largo de la costa holandesa se registró a 2,79 metros, pero este no fue el lugar donde se produjo el mayor viento, que se observó en Scheveningen con una medida de 3,52 metros.

En particular, la configuración de viento más alta jamás registrada en los Países Bajos (3,63 metros) se produjo en Dintelsas, Steenbergen en 1953, un lugar aproximadamente a 40 km del mar a lo largo del estuario de Haringvliet .

Cálculo de la configuración del viento.

Con base en el equilibrio entre el esfuerzo cortante debido al viento sobre el agua y la contrapresión hidrostática, se utiliza la siguiente ecuación: ^[5]

${\displaystyle {\frac {dh}{dx}}={\frac {\kappa u^{2}\cos \phi }{gh}}}$

en el cual:

h = profundidad del agua

x = distancia

u = velocidad del viento

${\displaystyle \kappa =c_{w}{\frac {\rho _{air}}{\rho _{water}}}}$, Ippen ^[5] sugiere = 3,3*10 ⁻⁶ ${\displaystyle \kappa }$

${\displaystyle \phi }$= ángulo del viento respecto a la costa

g = aceleración de la gravedad

c _w tiene un valor entre 0,8*10 ⁻³ y 3,0*10 ⁻³

Aplicación en costas abiertas

Para una costa abierta, la ecuación queda:

${\displaystyle \Delta h={\sqrt {2\kappa {\frac {u^{2}}{g}}F\cos \phi +h^{2}}}-h}$

en el cual

Δ h = configuración del viento

F = longitud de alcance , esta es la distancia que sopla el viento sobre el agua

Sin embargo, esta fórmula no siempre es aplicable, especialmente cuando se trata de costas abiertas o de diferentes profundidades de agua. En tales casos, se necesita un enfoque más complejo, que implica resolver la ecuación diferencial utilizando una cuadrícula unidimensional o bidimensional. Este método, combinado con datos del mundo real, se utiliza en países como los Países Bajos para predecir la configuración del viento a lo largo de la costa durante posibles tormentas.

Aplicación en lagos (poco profundos)

Gráfico que muestra el resultado del uso del valor modificado κ=1,7*10-7 para el cálculo de la configuración del viento, según Feij (2015). ^[4]

Para calcular la configuración del viento en un lago, se utiliza la siguiente solución para la ecuación diferencial:

${\displaystyle \Delta h=0.5\kappa {\frac {u^{2}}{gh}}F\cos \phi }$

En 1966, el Comité de Obras de Delta recomendó utilizar un valor de 3,8*10 ⁻⁶ para las condiciones holandesas. Sin embargo, un análisis de los datos de medición del IJsselmeer entre 2002 y 2013 condujo a un valor más confiable para , específicamente = 2,2*10 ⁻⁶ . ^[4] ${\displaystyle \kappa }$ ${\displaystyle \kappa }$ ${\displaystyle \kappa }$

Este estudio también encontró que la fórmula subestimaba la configuración del viento a velocidades de viento más altas. Como resultado, se ha sugerido aumentar el exponente de la velocidad del viento de 2 a 3 y ajustarlo aún más a =1,7*10 ⁻⁷ . Esta fórmula modificada puede predecir la configuración del viento en el IJsselmeer con una precisión de aproximadamente 15 centímetros. ${\displaystyle \kappa }$ ${\displaystyle \kappa }$

Nota

La configuración del viento no debe confundirse con la subida de las olas , que se refiere a la altura que alcanza una ola en una pendiente, o con la configuración de las olas , que es el aumento del nivel del agua provocado por las olas rompientes.

Ver también

• Marejada ciclónica
• Inundación costera
• Ingeniería Costera

Referencias

1. Smith, SD (1988). "Coeficientes de tensión del viento en la superficie del mar, flujo de calor y perfiles del viento en función de la velocidad y la temperatura del viento". Revista de investigación geofísica: océanos . 93 (C12): 15467–15472. Código bibliográfico : 1988JGR....9315467S. doi :10.1029/JC093iC12p15467 . Consultado el 26 de junio de 2023 .
2. Garvine, RW (1985). "Un modelo simple de fluctuaciones submareales estuarinas forzadas por la tensión del viento local y remoto". Revista de investigación geofísica: océanos . 90 (C6): 11945–11948. Código Bib : 1985JGR....9011945G. doi :10.1029/JC090iC06p11945 . Consultado el 26 de junio de 2023 .
3. Verboom, GK; van Dijk, RP; deRonde, JG (1 de noviembre de 1987). "Een model van het Europese Kontinentale Plat voor windopzet en waterkwaliteitsberekeningen" [Un modelo de la plataforma continental europea para cálculos de la configuración del viento y la calidad del agua]. Z0096 (en holandés). Deltares (WL) . Consultado el 26 de junio de 2023 .
4. Feij, CCL; Verhagen, HJ (2015). Nauwkeurigheid van formules voor windopzet aan de hand van meetgegevens van het IJsselmeer [Precisión de las fórmulas para la configuración del viento basada en datos de medición del IJsselmeer ] (Tesis) (en holandés). TU Delft, departamento de ingeniería hidráulica. doi :10.4121/uuid:4b0483fe-b258-4c1a-900f-8adb030bb42f . Consultado el 26 de junio de 2023 .
5. Ippen, Arthur T. (1966). Hidrodinámica de estuarios y costas . McGraw Hill, Nueva York. pag. 245.