Análisis de los modos propios de oscilación de la bahía de Cartagena (Colombia)

Abstract

RESUMEN: Las bahías naturales, al igual que los recintos portuarios, presentan modos de oscilación ante el forzamiento realizado por ondas incidentes. Cartagena es una de las bahías naturales del Caribe Colombiano, importante por su desarrollo portuario y con características particulares tanto ambientales como físicas por causa de la desembocadura, en su interior, del canal del Dique y la comunicación con el Mar Caribe. Son las dos entradas de la Bahía, con las que se comunica con el Caribe, las que permiten que algunos fenómenos físicos del océano modulen sus procesos físicos al interior. Uno de los procesos físicos que se presentan en las bahías naturales y principalmente en los puertos y que tiene implicaciones negativas son los seiches. Los seiches son el producto de dos ondas largas que viajan en sentidos opuestos, y que, debido a su movimiento oscilatorio, se superponen positivamente en algunos sitios causando cambios abruptos del nivel del mar. Teniendo en cuenta la importancia de este fenómeno dentro de las bahías naturales y sus posibles repercusiones en los puertos ubicados al interior, este trabajo determinó y analizó los modos naturales de oscilación de la bahía de Cartagena. Utilizando el modelo teórico de Merian (Wilson, 1972), se determinaron los primeros 11 modos de oscilación, los cuales se encontraron entre 0.04 a 0.81 horas. Con esta información se realizaron simulaciones numéricas con los modelos H2D (GIOC, 2001) y WAPO (Silva, 2010). Se propusieron 12 casos donde se utilizaron los primeros 4 modos de oscilación, amplitudes de 0.5, 1 y 1.5 metros, y la altura de onda de 1,2 y 3 metros. A partir de los resultados obtenidos, se identificaron 7 puntos al interior de la bahía, donde se observaron variaciones significativas del nivel del mar. Este análisis permitió evidenciar la presencia de seiches en los puntos 1, 2, 3, 4, 5, 7 y la reflexión de onda para el punto 6. Por otra parte, a pesar de las ventajas numéricas del modelo WAPO con respecto al modelo H2D, este no es adecuado para la propagación de ondas largas. Se realizó un análisis de la marea como agente forzador por medio de la técnica de la transformada de Fourier, los resultados sugieren que la marea no es un mecanismo generador de seiches al interior de la bahía de Cartagena.

ABSTRACT: Natural bays, like port enclosures, present oscillation modes due to forcing by incident waves. Cartagena is one of the natural bays of the Colombian Caribbean. It is important for its port development, with particular environmental and physical characteristics since the Bay has the El Dique Canal delta inside and two communications with the Caribbean Sea. The Bay entrances, with which it communicates with the Caribbean, allow that some physical phenomena from the ocean modulate it’s physical processes. One of those physical processes that occur naturally in bays and ports with negative implications are seiches. Seiches are the product of two long waves traveling in opposite directions, and which, due to their oscillatory motion, overlap positively at some places causing abrupt changes in sea level. Attending to the importance of this phenomenon within natural bays and its possible repercussions on Inland ports, this work determined and analyzed the natural modes of oscillation of Cartagena Bay. Using the Merian theoretical model (Wilson, 1972), the first 11 modes of oscillation were found between 0.04 to 0.81 hours. Numerical simulations were carried out with this information using H2D (GIOC, 2001) and WAPO (Silva, 2010) models. Twelve cases were proposed with the first 4 oscillation modes, amplitudes of 0.5, 1 and 1.5 meters, and wave height of 1.2 and 3 meters. Seven points were identified within the bay, where significant sea level variations were observed. This analysis revealed the presence of seiches at points 1, 2, 3, 4, 5, 7 and wave reflection for point 6. On the other hand, despite the numerical advantages of the WAPO with respect to the H2D model, this seems not suitable for long-wave propagation. An analysis of the tide as a forcing agent by means of the Fourier transform technique suggests that the astronomical tide is not a mechanism that generates seiches within the bay of Cartagena.