Avances en la predicción de la hidrodinámica en la zona de rompientes mediante el uso de modelos híbridos

Abstract

Esta tesis presenta dos metamodelos híbridos de alta fidelidad diseñados para realizar el downscaling eficiente de las hidrodinámicas costeras, reduciendo significativamente los costes computacionales de las simulaciones dinámicas. Primero, se desarrolla un metamodelo que combina métodos estadísticos con el modelo XBeach surfbeat para estimar componentes relevantes del nivel total del agua, validado numéricamente en la playa de La Salvé (España). Para incorporar la influencia de la variabilidad batimétrica, se amplía el enfoque mediante el metamodelo HyWaThy, que acopla un modelo estadístico aditivo con XBeach no-hidrostático. Esto permite la reconstrucción precisa y rápida de campos de oleaje de alta resolución, resolviendo procesos físicos como la refracción, difracción, reflexión, asomeramiento y rotura del oleaje. HyWaThy se aplica para generar una serie temporal horaria de 85 años de estados de mar, dando soporte a análisis costeros como la estimación de la profundidad de cierre y la caracterización del clima marítimo. La metodología es transferible a otras costas y puede mejorarse usando batimetrías derivadas de datos satelitales.

This thesis introduces two high-fidelity hybrid metamodels designed to efficiently downscale nearshore hydrodynamics while significantly reducing computational costs associated with full dynamical simulations. Initially, a metamodel combining statistical methods with the XBeach model in surfbeat mode is developed to estimate key components of wave-induced total water level and wave height in La Salvé beach (Spain). To incorporate the influence of seabed variability, the framework is extended through the HyWaThy metamodel, which couples an additive statistical model with XBeach in non-hydrostatic mode. This allows the accurate and rapid reconstruction of high-resolution wave fields, resolving key physical processes such as refraction, diffraction, reflection, shoaling, and wave breaking. HyWaThy is applied to generate an 85-year hourly hindcast of wave conditions, supporting coastal analyses such as depth of closure estimation and wave climate characterization. The methodology is transferable to other coastal sites and can be enhanced using high-resolution, satellite-derived bathymetric data.