Tesis Analisis Espacial y Temporal de La Dinamica de Las Corrrientes en La Bahia de Valparaiso_Oscar...

Oscar Cartes Z. 09-0015074 [email protected] - [email protected]

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA DE GESTIN Y ORDENAMIENTO AMBIENTAL (PROGOA)

ANLISIS ESPACIAL Y TEMPORAL DE LA DINMICA DE LAS CORRIENTES EN LA BAHA DE VALPARASO

OSCAR ADEMIR CARTES ZURITA

2005


UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA DE GESTIN Y ORDENAMIENTO AMBIENTAL (PROGOA)

ANLISIS ESPACIAL Y TEMPORAL DE LA DINMICA DE LAS CORRIENTES EN LA BAHA DE VALPARASO

TESIS PRESENTADA EN CONFORMIDAD A LOS REQUISITOS PARA OBTENER EL GRADO DE MAGSTER EN MEDIO AMBIENTE

CON MENCIN EN GESTIN Y ORDENAMIENTO AMBIENTAL

POFESOR GUA: FERNANDO CORVALAN QUIROZ

OSCAR ADEMIR CARTES ZURITA

2005


AGRADECIMIENTOS

A todos aquellos que participaron en el desarrollo de esta memoria, al Instituto

Nacional de Hidrulica por las facilidades brindadas en informacin y la utizacin de

el software de modelacin MIKE 21, a los profesores del PROGOA y en particular al

profesor gua, por ltimo en especial a mi familia por la paciencia y apoyo mostrado en

este largo camino.


Resumen Este trabajo pretende sentar las bases para el desarrollo sustentable del manejo integrado

de la cuenca hidrogrfica, utilizando informacin espacial y temporal de las corrientes

martimas reinantes en la baha de Valparaso, la cual integrada a la cartografa del sector,

permite evaluar la dinmica de los procesos que se llevan acabo y entre otras cosas

visualizar la dinmica de los contaminantes presentes.

El medio para lograr lo anterior, se basa en integrar en un Sistema de Informacin

Geogrfica, los resultados obtenidos al realizar una modelacin numrica de la

hidrodinmica de la baha de Valparaso por medio de un software MIKE 21, desarrollado por

el Instituto Dans de Hidrulica, el cual es actualmente utilizado por el Instituto Nacional de

Hidrulica. El modelo Mike 21 es un grupo se submodelos que constituyen un ambiente de

trabajo que permite la modelacin bidimensional de flujos costeros y fenmenos de

transporte de sedimentos marinos, este incluye una serie de subrutinas que permitieron

digitalizar y modelar la batimetra de la baha, permitiendo adems un manejo eficiente de la

entrada de datos y de las salidas grficas de los resultados. Como esquema numrico e

modelo utiliza la tcnica de las diferencias finitas, con las cuales resuelve las ecuaciones de

movimiento y conservacin de la masa.

Para el manejo espacial y temporal de los datos se utiliz el conjunto de programas ARCGIS

V 8.2, el cual debido a su estructura basada en objetos permite asegurar una flexibilidad que

posibilita la extensin de los programas a futuras mejoras, ya que aprovecha las ventajas de

la Programacin Orientada a Objetos (OOP) por sobre los lenguajes no estructurados.


I

INDICE

Glosario_________________________________________________________________ IV

CAPITULO I_____________________________________________________________ 1-6

1. Introduccin ________________________________________________________ 1-6

1.1 Objetivos________________________________________________________ 1-6 1.2 Alcance_________________________________________________________ 1-6

CAPITULO II ____________________________________________________________ 1-7

2. Cuencas Hidrograficas _______________________________________________ 2-7

2.1 Introduccin _____________________________________________________ 2-7 2.2 La gestin del agua por cuencas hidrogrficas y su efecto en las reas costeras ____ 2-7 2.3 Gestin del control de la contaminacin del agua en las cuencas y reas costeras

adyacentes ______________________________________________________ 2-8 2.3.1 Consideraciones para la gestin integrada de cuencas _______________ 2-10

2.4 Instrumentos para reducir el impacto de la contaminacin terrestre sobre las reas costeras _______________________________________________________ 2-11

2.4.1 Poltica ____________________________________________________ 2-12 2.4.2 Planificacin ________________________________________________ 2-13 2.4.3 Gestin ____________________________________________________ 2-14

CAPITULO III___________________________________________________________ 2-16

3. DINAMICA MARINA _________________________________________________ 3-16

3.1 Introduccin ____________________________________________________ 3-16 3.2 Definicin del rea costera _________________________________________ 3-16

3.2.1 Costa afuera ________________________________________________ 3-17 3.2.2 Playa______________________________________________________ 3-17 3.2.3 Costa _____________________________________________________ 3-17

3.3 Oleaje _________________________________________________________ 3-17 3.3.1 Generacin _________________________________________________ 3-18

3.4 Tipos de olas ___________________________________________________ 3-19 3.4.1 Olas marinas o de viento ______________________________________ 3-20 3.4.2 Segn su frecuencia __________________________________________ 3-21 3.4.3 Segn sus propiedades hidrodinmicas___________________________ 3-21

3.5 Mareas ________________________________________________________ 3-22 3.5.1 Mareas astronmicas _________________________________________ 3-23

3.6 Corrientes de ribera, costeras o litorales ______________________________ 3-27 3.7 Tipos de corrientes _______________________________________________ 3-28

3.7.1 Debidas al oleaje ____________________________________________ 3-28 3.7.2 Normales a la costa __________________________________________ 3-29 3.7.3 Resaca ____________________________________________________ 3-29 3.7.4 De retorno__________________________________________________ 3-29 3.7.5 Paralela a la costa ___________________________________________ 3-30 3.7.6 Ocenicas__________________________________________________ 3-30

3.8 Principios bsicos de hidrulica martima e ingeniera de costas ___________ 3-32 3.8.1 Propagacin del oleaje ________________________________________ 3-32

3.9 Aguas profundas ________________________________________________ 3-33 3.10 Aguas bajas ____________________________________________________ 3-33 3.11 Refraccin _____________________________________________________ 3-34


II

3.12 Difraccin ______________________________________________________ 3-35 3.13 Reflexin_______________________________________________________ 3-37 3.14 Rompimiento ___________________________________________________ 3-38 3.15 Esbeltez _______________________________________________________ 3-38 3.16 Transporte en el ambiente marino ___________________________________ 3-40

3.16.1 Transporte litoral_____________________________________________ 3-40

CAPITULO IV___________________________________________________________ 3-42

4. Modelos de transporte y dispersin de contaminantes ____________________ 4-42

4.1 Introduccin ____________________________________________________ 4-42 4.2 Ecuacin De Transporte___________________________________________ 4-43

4.2.1 Anlisis de trminos __________________________________________ 4-45 4.3 Difusin turbulenta _______________________________________________ 4-48 4.4 Planteamiento intermareal _________________________________________ 4-50 4.5 Soluciones analticas de la ecuacin de transporte de masa_______________ 4-53

4.5.1 Difusin____________________________________________________ 4-53 4.5.2 Tridimensional ______________________________________________ 4-53 4.5.3 Con trmino de generacin ____________________________________ 4-54

4.6 Emisarios submarinos ____________________________________________ 4-56 4.6.1 Perfiles de temperatura y salinidad ______________________________ 4-58 4.6.2 Estudios de corrientes ________________________________________ 4-58 4.6.3 Coeficientes de dispersin _____________________________________ 4-60 4.6.4 Coeficientes de autodepuracin _________________________________ 4-63 4.6.5 Biocenosis y contaminacin de fondo ____________________________ 4-63 4.6.6 Batimetra, geofsica y geotecnia ________________________________ 4-64 4.6.7 Clima martimo ______________________________________________ 4-64 4.6.8 Dinmica litoral ______________________________________________ 4-66 4.6.9 Clculo de la dilucin inicial ____________________________________ 4-66 4.6.10 Comprobacin de la estabilidad de la capa de mezcla _______________ 4-67 4.6.11 Comprobacin de los objetivos de calidad _________________________ 4-67

4.7 Modelos matemticos_____________________________________________ 4-70 4.7.1 Mike 21 ____________________________________________________ 4-70 4.7.2 Mike 21 modulo PMS _________________________________________ 4-72 4.7.3 Mike21 HD _________________________________________________ 4-77

CAPITULO V ___________________________________________________________ 4-80

5. Modelacin Numrica baha de Valparaso ______________________________ 5-80

5.1 Introduccin ____________________________________________________ 5-80 5.1.1 Antecedentes _______________________________________________ 5-81 5.1.2 Borde costero de la baha de Valparaso __________________________ 5-82 5.1.3 Muestreo superficial __________________________________________ 5-86 5.1.4 Morfologa de los fondos marinos________________________________ 5-89

5.2 Estudio de oleaje ________________________________________________ 5-91 5.2.1 Oleaje _____________________________________________________ 5-91 5.2.2 Anlisis del oleaje por Perodo (SMB) ____________________________ 5-93

5.3 Mareas ________________________________________________________ 5-95 5.4 Generacin de la batimetra ________________________________________ 5-97

5.4.1 Consideraciones ____________________________________________ 5-100 5.5 Resultados de la modelacin ______________________________________ 5-101

5.5.1 Batimetra Regional _________________________________________ 5-101 5.6 Modelacin de oleaje (modelo PMS), condicin invierno_________________ 5-103


III

5.6.1 Direccin NW Hso = 6m, T = 14s________________________________ 5-103 5.6.2 Direccin W Hso = 2.5m, T = 12s _______________________________ 5-104 5.6.3 Direccin SW Hso = 2.5m, T = 14s ______________________________ 5-104

5.7 modelacin de oleaje (Modelo PMS), Condicin Verano _________________ 5-107 5.7.1 Direccin SW Hso = 1.5m, T = 10s ______________________________ 5-107 5.7.2 Direccin W Hso = 1.0m, T = 10s _______________________________ 5-108

5.8 Modelacin de corrientes (modulo HD), condicin invierno _______________ 5-109 5.8.1 Direccin NW Hso = 6m, T = 14s________________________________ 5-109 5.8.2 Direccin W Hso = 2.5m, T = 12s _______________________________ 5-110 5.8.3 Direccin SW Hso = 2.5m, T = 14s ______________________________ 5-111

5.9 Modelacin de corrientes (modulo HD), condicin verano________________ 5-112 5.9.1 Direccin SW Hso = 1.5m, T = 10s ______________________________ 5-112 5.9.2 Direccin W Hso = 1.0m, T = 10s _______________________________ 5-113

CAPITULO VI__________________________________________________________ 5-114

6. Sistemas de informacin geogrfica __________________________________ 6-114

6.1 Introduccin ___________________________________________________ 6-114 6.2 Definicin _____________________________________________________ 6-115 6.3 Importancia de los SIG ___________________________________________ 6-115 6.4 Construccin de un SIG __________________________________________ 6-116 6.5 Funcionamiento de los SIG _______________________________________ 6-116 6.6 Componentes de un SIG _________________________________________ 6-117

6.6.1 Hardware _________________________________________________ 6-117 6.6.2 Software __________________________________________________ 6-118 6.6.3 Informacin________________________________________________ 6-118 6.6.4 Personal __________________________________________________ 6-119 6.6.5 Mtodos __________________________________________________ 6-119 6.6.6 Aplicaciones de los SIG ______________________________________ 6-120 6.6.7 Anlisis Espacial de la baha de Valparaso_______________________ 6-122 6.6.8 Resultados del SIG__________________________________________ 6-123

CAPITULO VII _________________________________________________________ 6-133

7. Conclusiones _____________________________________________________ 7-133

8. BIBLIOGRAFA ____________________________________________________ 8-136


IV

GLOSARIO

INH Instituto Nacional de Hidrulica SHOA Servicio Hidrogrfico y Oceanogrfico de la Armada SIG Sistema de Informacin Geogrfica DOH Direccin de Obras Hidrulicas DIRECTEMAR Direccin del Territorio Martimo y Marina Mercante Nacional POAL Programa de Observacin del Ambiente Litoral IFOP Instituto de Fomento Pesquero DHI Danish Hydraulic Institute Tsunamis Olas de maremoto

NRS

Nivel de reduccin de sondas. Es el plano al que estn referidas las profundidades de una localidad. En Chile el NRS adoptado corresponde al nivel alcanzado por la mayor bajamar de sicigias de la localidad, estando la luna en perigeo.

Bajamar Distancia vertical entre el nivel ms bajo alcanzado una marea y el NRS Pleamar Distancia vertical entre el nivel ms alto alcanzado una marea y el NRS Amplitud de la marea

La mitad de la diferencia en altura entre una pleamar y una bajamar consecutiva.

Apogeo Punto de la rbita lunar ms distante de la tierra. Perigeo Punto de la rbita lunar ms cerca de la tierra. Mz Periodo lunar 12.42 hr. Sz Periodo solar 24 hr Veril Curva de terreno bajo el agua

Termoclina Gradiente trmico, el cual impide la mezcla de las aguas profundas con las superficiales, por diferencia de densidades.

Picnoclina Gradiente o fuerte discontinuidad de densidad de una masa de fluidos a otra.

ROM Recomendaciones Obras Martimas, Ministerio de Obras Publicas de Espaa A Aceleracin mxima debida al oleaje (m /s2) B Ancho inicial de la pluma (m) C Concentracin de contaminantes en un punto de coordenadas (X, Y, Z). c0 Concentracin de contaminantes en el efluente de coordenadas (X, Y, Z). C Fraccin de cielo cubierto por nubes Ca Coeficiente de fuerza de arrastre. Cd Coeficiente de descarga. Ce Coeficiente de fuerza de elevacin. Cj Coeficiente de fuerza de inercia. Di Dimetro interior de la boca de descarga (m.) De Dimetro exterior del emisario (m.) E Espesor de la capa de mezcla (m.) F Nmero de Froude: F = Ua3 /(gq) Fa Fuerza de arrastre. Fe Fuerza de elevacin. Fj Fuerza de inercia. Fo Funcin que tiene en cuenta la auto depuracin de la pluma. F1, F2 y F3 Funciones que tienen en cuenta la dispersin en la pluma. g Aceleracin de la gravedad (m /s2) g Aceleracin reducida: g= g (pa -po)/po (m /s2) h Carga hidrulica en la boca de descarga (m.)


V

H Profundidad de la boca de descarga (m.) Hh Profundidad en el punto donde el espesor de la pluma empieza a ocupar

toda la capa de agua (m.) K Coeficiente de dispersin en general (m2 /s) Kx Coeficiente de dispersin horizontal en direccin longitudinal de la pluma

(m2 / s) Ky Coeficiente de dispersin horizontal en direccin transversal (m2 / s) Kz Coeficiente de dispersin vertical (m2 / s) lfk Distancia inicial entre la pareja de flotadores "k" (m.) lfk Distancia final (m.) LT Longitud total del difusor (m.) N Nmero de parejas de flotadores considerados para el clculo de Kx y Ky. q Caudal unitario en el difusor q = Q / LT (m2 / s) Q Caudal vertido por el emisario (m3 / s1) Qb Caudal vertido por una boca de descarga (m3 / s) S Dilucin inicial en la capa de mezcla. SS Concentracin de slidos en suspensin en el agua del mar (mg/l) Sm Dilucin en el eje del chorro. t Tiempo que emplea una partcula de agua en recorrer la distancia X a lo

largo del eje de la pluma (horas) Ta Temperatura del agua del mar (C) T90 Tiempo necesario para que desaparezca el 90 % de una cierta cantidad

de contaminante por efecto de la auto depuracin (horas) uo Velocidad del efluente en la boca de descarga ( m / s) Ua Velocidad horizontal del agua del mar (m / s) W Velocidad ascensional del chorro (m / s) x Variable de integracin (m.) X Coordenada medida desde el punto de surgencia a lo largo del eje de la

pluma (m.) y Elevacin de un punto del chorro sobre la boca de descarga (m.) ymax Elevacin mxima de la capa de mezcla cuando se produce el

atrapamiento (m.) y Coordenada vertical que mide la distancia a la superficie libre (o a la

picnoclina, en su caso) para su uso en F3. Z Coordenada vertical que mide la distancia a la superficie libre (o a la

picnoclina, en su caso) para uso en F3. z ngulo del Sol sobre el horizonte (grados sexag.)

Coeficiente de estratificacin (1/s2)

b ngulo que forma la direccin de Ua con el difusor (grados sexag.) p Nmero p. a Densidad del agua del mar (Kg / m3) o Densidad del efluente (Kg / m3 ) y "Desviacin tpica" de la distribucin horizontal de concentraciones en

direccin transversal a la pluma (m.) r "Desviacin tpica" de la distribucin vertical de concentraciones (m.) Variable de integracin.


1-6

CAPITULO I

1. Introduccin

El desarrollo del manejo sustentable de una cuenca hidrogrfica es una tarea muy compleja

y con mltiples actores. En este trabajo se pretende sustentar las bases para tal efecto, por

medio del anlisis de informacin temporal y espacial, aplicando tecnologas de ltima

generacin como es la modelacin numrica para determinar patrones de corrientes

martimas bajo las condiciones imperantes en la baha de Valparaso. S esta informacin se

integra a un Sistema de Informacin Geogrfica, entonces se dispondr de una poderosa

herramienta de gestin ambiental.

De esta forma es posible determinar los puntos de transporte y deriva de los contaminantes

en una forma aproximada y confiable posibilitando a las autoridades tomar decisiones

adecuadas en cuanto a temas tan variados como la remocin de contaminantes, la

habilitacin de playas para el turismo, etc. proporcionando la seguridad a las personas, la

preservacin de ecosistemas y el desarrollo socio econmico de una determinada zona.

1.1 Objetivos

Analizar las corrientes de la baha de Valparaso, por medio de software

especializado como es MIKE 21 desarrollado por el Instituto Dans de Hidrulica

(DHI), que actualmente es utilizado por el Instituto Nacional de Hidrulica (INH).

Integrar el Anlisis de la hidrulica martima, mediante un Sistema de Informacin

Geogrfica (SIG) a la problemtica de la contaminacin de la Baha.

1.2 Alcance Desarrollo indito de una aplicacin de SIG en el manejo de cuencas hidrogrficas, utilizando

la tecnologa de avanzada disponible en el pas, por medio de la integracin de herramientas

computacionales, con la finalidad sentar las bases de un sistema predictivo en ambientes

martimos costeros y al mismo tiempo generar una herramienta de gestin ambiental que

permita tomar decisiones adecuadas en el manejo sustentable de la baha de Valparaso.


2-7

CAPITULO II

2. CUENCAS HIDROGRAFICAS

2.1 Introduccin El desarrollo sustentable es la resultante de un conjunto de decisiones y procesos que debe

llevar acabo una generacin tras otra de seres humanos con relacin a sus intereses,

demandas, conocimientos y organizacin tanto en los territorios que se ocupan como en

otros con los cuales interactan, por lo cual un sistema de gestin integrado del agua y de

sus cuencas de captacin se crea para evitar conflictos, prevenirlos y/o solucionarlos. El ser

humano debe aprender a vivir con estos conflictos y enfrentarlos adecuadamente en el

tiempo, todo ello producto del crecimiento econmico, demandas sociales y cambios

climticos.

En cuencas donde se ubiquen centros urbanos o abastezcan a ellos, en particular las

involucradas con grandes centros urbanos, mineros e industriales, estos conflictos se

agudizan. Estas cuencas son por lo general mal designadas como cuencas urbanas. Para

lograr conducir procesos de gestin integrada de cuencas y de agua, se deben realizar

alianzas o concertaciones entre mltiples actores que normalmente actan en forma

sectorizada sobre territorios que no coinciden con los limites de las cuencas.

2.2 La gestin del agua por cuencas hidrogrficas y su efecto en las reas costeras El concepto de manejo de cuencas ha evolucionado de formas simples a procesos de

gestin ms integrados, a la fecha sin que exista un criterio unificado sobre las

definiciones que precisen los objetivos de las distintas formas de gestin de cuencas. A nivel

del recurso agua, existen propuestas de cambios que apuntan hacia una gestin integral del

agua, como es el manejo por aproximacin a la cuenca. En este enfoque, la calidad del agua

y la proteccin de los ecosistemas son vistos como elementos importantes en el manejo

integrado de la cuenca o en el caso de que la orientacin del manejo est dirigida al

control de la contaminacin. Por lo tanto, se requiere que el manejo del suelo y del agua

est mejor integrado, e involucre a todos los interesados.

En el anlisis del manejo de la contaminacin de las aguas costeras, considerando la

contaminacin proveniente por cuencas hidrogrficas, debera ser de inters especial la


2-8

gestin integral del agua, debido a que las partes bajas de las cuencas son las reas ms

inmediatas a las costas y ejercen un efecto ambiental muy marcado sobre ellas. De manera

especial ocurre en estas zonas de la cuenca, donde su ubican las planicies de inundacin con

una relacin menos directa entre l rea de drenaje y la zona intermedia, que es donde

tiene lugar el transporte y almacenamiento temporal de contaminantes y sedimentos.

Estas zonas por lo general se consideran en forma insuficiente en la gestin de la

contaminacin de las cuencas hidrogrficas y de las aguas costeras, cuando sucede, se le

aplica criterios de calidad de agua dulce despreciando el carcter salobre que tienen algunos

de sus cuerpos de aguas y de la consideracin de las continuas y naturales fluctuaciones en

su salinidad. Las medidas actuales de gestin del agua que se llevan a cabo dentro del marco

de la cuenca, generalmente no se extienden a toda su longitud, por lo tanto, no

consideran su efecto sobre la calidad y cantidad del agua en las partes bajas de las cuencas.

En la teora de la gestin integral del agua, estas reas son realmente integradas al formar

parte natural de su territorio. La principal razn para la gestin integral del agua en las

cuencas es que las caractersticas fsicas del agua provocan un grado extremadamente alto,

pero en muchos casos imprevisibles, de interrelacin e interdependencia entre los usos y

usuarios del agua en una cuenca. Las aguas superficiales y subterrneas, as como las

cuencas de captacin, las zonas de recarga, los lugares de extraccin de agua y evacuacin de

aguas servidas hacia el mar forman en una cuenca, un sistema integrado.

2.3 Gestin del control de la contaminacin del agua en las cuencas y reas costeras adyacentes

En una cuenca considerada como marco territorial natural de gestin para el agua que

encierra, concepto que por si mismo le impone un lmite a lo terrestre al no considerar el mar,

la contaminacin producida aguas arriba siempre tendr un efecto sobre los usos y usuarios

ubicados aguas abajo. Difcilmente la contaminacin producida aguas abajo podr ejercer

efectos sobre los usuarios ubicados en las partes altas, salvo en los casos de que se afecten

recursos pesqueros migratorios, existan pesqueras alrededor de la cuenca o especies que

utilicen como ruta migratoria. Ello sucede con todas las especies cuya migracin

reproductiva est ligada a las variaciones hidrolgicas de las cuencas. En la actualidad la

mayora de las decisiones sobre calidad y cantidad de agua, se toman en las partes altas de

las cuencas, no consideran las necesidades y usos requeridos en las partes bajas. Como

regla general a los usuarios ubicados aguas arriba poco les interesa los efectos de sus

acciones y decisiones sobre los usos y usuarios del agua ubicados aguas abajo, adems de


2-9

no considerar la tendencia de los contaminantes a acumularse en las partes bajas de las

cuencas lo cual afecta a las zonas ms vulnerables para el hbitat de muchas especies,

directamente relacionados con las zonas donde interacta el agua dulce y marina.

En general, en la parte baja siempre existe una contaminacin acumulativa que tiene un

carcter persistente sobre los usuarios potencialmente expuestos. Durante las inundaciones

y crecidas, el canal principal transporta hacia el mar sedimentos depositados temporalmente

en el plano, los cuales si estn contaminados, afectan la calidad de las aguas costeras.

Tambin la construccin de represas reduce el aporte de sedimentos hacia el mar, as como

los nutrientes. Esto tambin afecta el aporte de arena a las playas y de nutrientes a la fauna

marina. Desde la perspectiva de considerar la contaminacin de las cuencas en las reas

costeras, el inters se centra en las partes bajas de las cuencas debido a que estas zonas

actan como trampas naturales que concentran y sirven de sumideros de contaminantes,

donde la influencia de la salinidad es obvia y el intercambio biolgico mar-agua dulce es

importante.

La gestin del agua a nivel de cuencas, consiste esencialmente en tomar decisiones de

intervencin teniendo en cuenta la dinmica de la cuenca, de los cauces y de las aguas

captadas por la misma, as como sus efectos. Estas deben tomar en cuenta dos aspectos

bsicos con respecto a las reas costeras. El primero, referido al control de la contaminacin,

orientadas bsicamente a reducir la contaminacin difusa y el flujo elevado de sedimentos y

el segundo aspecto es la asignacin del agua (derechos, permisos, autorizaciones de

captacin, mantencin de los denominados caudales ecolgicos, etc.) Estos elementos

bsicos de gestin son interdependientes y por lo tanto deben ser analizados en conjunto,

considerando en el anlisis los efectos sobre las reas costeras.

Los cambios y modificaciones en la dinmica de la cuenca, los cauces y los cuerpos de agua,

modifican su poder para absorber contaminantes alterando su capacidad de dilucin. En

periodos de lluvias intensas, la compactacin y lavado de suelos genera ms escorrenta y

permite que algunos contaminantes presentes en el suelo pasen a las corrientes receptoras.

En condiciones de inundacin, la contaminacin diluye pero tambin activa la captacin de

sedimentos, depsitos de basura y todo tipo de residuos, los cuales se depositan en las

playas y fondos marinos adyacentes a la desembocadura. En periodos de aguas bajas, con

un menor poder de dilucin, la mayora de los contaminantes presentes en las aguas

mantienen su identidad qumica y su capacidad reactiva con el medio ambiente, por ende,


2-10

tienden a concentrarse. El control de caudales con estructuras hidrulicas y su

captacin para diferentes usos, tiene un efecto importante en la concentracin y distribucin

de los contaminantes presentes en las aguas de las cuencas. El incremento de las

competencias por el uso del agua y la mayor ocupacin territorial ha motivado un inters

creciente por una gestin integral de los recursos hdricos.

Chile se encuentra en una situacin privilegiada desde el punto de vista hdrico, debido, entre

otros aspectos, a los avances en saneamiento ambiental por parte de las empresas

sanitarias; a los progresos en investigacin cientfica asociada al tema; al rol cumplido por el

Estado en el establecimiento de regulaciones ambientales para el control de los residuos

lquidos y la elaboracin de las futuras normas de calidad; al manejo de la informacin y al

grado cada vez ms creciente de la ciudadana por opinar de estos temas, a lo anterior se

agrega el hecho de que la gestin de los recursos naturales est tendiendo naturalmente

hacia el manejo integrado de las cuencas, lo que indudablemente trae consigo beneficios

ambientales, econmicos y sociales superiores a los alcanzados por cualquier otro tipo de

planificacin en este aspecto.

2.3.1 Consideraciones para la gestin integrada de cuencas En Chile por sus condiciones, en trminos normativo institucionales, es posible, una vez

establecida la calidad y objetivo del agua en una determinada cuenca, estar en condiciones

de iniciar una negociacin conducente a formalizar un contrato o acuerdo pblico privado de

gestin de la cuenca, en una forma muy similar a lo que seran los Acuerdos de Produccin

Limpia impulsados por la CORFO, donde se establecen compromisos voluntarios de

cumplimientos de normas, ratificacin y revisin de funciones y competencias, se definen las

instancias de gestin, adems se deben considerar planes de prevencin o

descontaminacin.

En trminos generales se hace necesaria la incorporacin de la norma secundaria con la

posterior gestin de los factores que determinan la calidad del agua. De este modo, se deben

distinguir factores para la organizacin de un esquema de gestin adecuado, como son:

Una funcin transitoria orientada al diagnstico de calidades y de las relaciones de

causalidad conducentes a determinadas calidades, as como a la determinacin de

metas de calidad o calidades objetivo.


2-11

Una funcin permanente dirigida a la gestin de los factores que determinan la calidad

del agua, y de sus externalidades derivadas de su aprovechamiento o destino a la

gestin de la mitigacin de impactos y de la restauracin de daos y pasivos

ambientales.

Los intereses de los depositarios de derechos de aprovechamiento.

Los intereses de los usuarios sin derechos de aprovechamiento o usuarios.

Los intereses de la sociedad nacional y local representados por los gobiernos nacional

y municipal.

Los intereses difusos, representados por organizaciones no gubernamentales,

aquellos intereses asociados con los diversos componentes del medio ambiente y con

la preocupacin social.

Los intereses generados con los acuerdos de comercio internacionales, y por ende

con la adopcin de nuevas normas y formas de manejo ambiental que son

incorporadas al medio nacional.

Hoy en da los primeros pasos los ha impulsado el Estado. Esta forma de trabajo conjunto de

varios Ministerios ha desarrollado planes enmarcados en una etapa preliminar a este enfoque,

es as que, el INH a peticin de la Direccin Obras Hidrulicas (DOH), ha desarrollado varios

modelos computacionales para el manejo ms eficiente de los recursos hdricos

principalmente en las cuencas donde existen embalses, estos son incorporados a las

diferentes Juntas de Vigilancia o Administradoras de los recursos hdricos, por otro lado se

han generado programas especiales de capacitacin para los usuarios, como son los planes

de fortalecimiento, mejoramientos de sistemas de riego por medio de riego tecnificado y lo

ms importante es la capacitacin y creacin de conciencia de los usuarios en el manejo

sustentable de los recursos.

En forma similar, la tendencia cada vez ms frecuente de ocupar los espacios costeros y la

aparicin de nuevos usos de las reas costeras ha llevado a la comunidad internacional a

adoptar enfoques integrados para el manejo de dichas reas. Existen muchos aspectos a

considerar en la gestin de cuencas y reas costeras. En ambos medios se integran

espacios, sectores, usuarios, recursos, instituciones, etc.

2.4 Instrumentos para reducir el impacto de la contaminacin terrestre sobre las reas costeras


2-12

Los principales factores son: la utilizacin de polticas nacionales ambientales, las

polticas nacionales de salud y saneamiento, polticas sectoriales de ordenamiento de

otros recursos de ordenamiento territorial, los cuales difieren en alcance y cobertura,

conforme sean sus objetivos. Estos instrumentos son agrupados por lo general en dos

grandes categoras:

Instrumentos Directos, son aquellos que se orientan a un aspecto especifico de la

contaminacin o a la contaminacin del agua per se.

Instrumentos Indirectos, son aquellos que van en apoyo a las medidas directas de

gestin de la contaminacin.

Estos se apoyan y refuerzan mutuamente, y son aplicados por una cantidad variada de

instituciones de diferente jerarqua y propsito, con distintos mandatos y objetivos.

A nivel de cuenca, el otorgamiento del uso del agua es un instrumento bsico de gestin y el

derecho de uso del agua, operado mediante sistemas de permisos o derechos

adquiridos. Por lo general estn regulados a partir de normas, disposiciones y otros. A

diferencia de las aguas costeras, el otorgamiento del uso del agua est inserto en la

concesin de playas, sitios de la costa, ocupacin de terrenos de bajamar o lugares del

borde costero, salvo en el caso de la acuicultura costera y el turismo. El otorgamiento del

derecho al agua en el mbito de cuenca requiere disponer de informacin hidrolgica

bsica, orientada a la cantidad de agua disponible, su calidad, la capacidad asimilativa de

contaminantes, la demanda actual y proyectada, lo que generalmente se obtiene mediante la

planificacin (inventarios, encuestas, catastros), que proporcionan la informacin para fijar

caudales mnimos de extraccin, limites de contaminantes en las descargas y volumen de

descargas.

En las reas costeras es bsico conocer adems la cantidad, forma y concentracin de

los contaminantes, la presencia de corrientes costeras, la estratificacin trmica, los

recursos biolgicos y el gradiente de salinidad.

2.4.1 Poltica Las polticas sobre contaminacin, generalmente expresan los principios generales que

orientan las respuestas del Estado contra sta y sealan las medidas, metas y objetivos que


2-13

se persiguen con esas respuestas. En general, no existen polticas especificas sobre la

contaminacin del agua, sino que ellas se encuentran formando parte de polticas ms

amplias y/o estn asociadas a otros elementos de poltica. Estas se expresan a travs de

instrumentos de apoyo a las respuestas del estado contra la contaminacin. Comnmente,

es un aspecto que acompaa a las polticas ambientales, a las polticas sectoriales,

especialmente de manejo y ordenamiento de recursos y tambin se encuentra vinculada a las

polticas nacionales de salud humana, donde forma parte de las polticas sanitarias

nacionales. Las polticas nacionales sobre el agua, tambin se refieren a su calidad y en

pocos casos a la contaminacin de las aguas marinas.

En el caso de las polticas martimas nacionales, de las pocas existentes, la contaminacin de

las aguas costeras se encuentra tambin inmersa en otras polticas generales, por lo

general en las referidas al medio ambiente y aquellas orientadas a la conservacin y

proteccin de la pesca y la biodiversidad, en las polticas de desarrollo turstico y de parques

nacionales marinos y costeros. No hay distincin entre las fuentes marinas y las terrestres de

contaminacin, y en este caso, se encuentran formando parte de polticas nacionales sobre

"costas".

2.4.2 Planificacin Se aplican en actividades de ordenamiento territorial y de recursos, estos son programas

orientados a la consecucin de informacin bsica para la gestin de la calidad del agua.

Estos instrumentos corresponden a inventarios, catastros, perfiles, encuestas, levantamientos

etc. Normalmente, la planificacin es un proceso que utiliza estos instrumentos, para

identificar las fuentes de contaminacin, el tipo y naturaleza de los contaminantes,

formas de entrada de contaminantes a los cuerpos de aguas receptoras, sus

concentraciones, tendencias, los impactos actuales y potenciales, por lo tanto la

planificacin puede ser realizada a travs de una coordinacin administrativa o por medio

de un dialogo con las diferentes instituciones del estado, miembros de la sociedad civil,

grupos o asociaciones formales de usuarios, puede realizarse a travs de procesos

consensuados, etc.

La mayor informacin catastrada se encuentra conectada con las fuentes industriales. La

informacin que incluye a usuarios no formales del agua, que conforman una fuente

muy difusa de contaminacin que se extiende hasta las partes bajas de las cuencas y sus


2-14

reas costeras asociadas no est catastrada. Chile cuenta con un catastro de fuentes de

contaminacin a nivel de cuencas, no vinculada con informacin sobre cargas de

contaminantes. Los inventarios de fuentes de contaminacin de las aguas costeras,

generalmente ofrecen informacin sobre las fuentes que descargan directamente en el mar o

en la costa, algunos de ellos estn vinculados a programas internacionales como por ej.

Programas de Prevencin de Contaminacin por Hidrocarburos Marpol (IMO), que

incluyen las cuencas hidrogrficas como una fuente de contaminacin costera, pero en

ellos la contribucin por los ros siempre ha sido referenciada y no medida, en general

siempre subestimada.

2.4.3 Gestin La gestin se refieren generalmente a programas de vigilancia y monitoreo de la calidad del

agua, inspecciones de fuentes de contaminacin, de procesos contaminantes y productos

contaminantes, sistemas de permisos y licencias ambientales condicionados a un nmero de

factores con un mnimo de requerimientos para el control de la contaminacin. En

general, la vigilancia y monitoreo de la contaminacin del agua, es efectuada por una

nmina de instituciones del estado. El mayor nfasis se ha puesto en la vigilancia de los

parmetros de calidad de agua para consumo humano. Los otros criterios de calidad

como son proteccin de flora y fauna acutica, pesca, uso agrcola, etc., no son

monitoreados regularmente en estos programas de vigilancia.

En la contaminacin de las aguas costeras, el nfasis en la vigilancia de la contaminacin

recae en el monitoreo de los parmetros de calidad del agua para los criterios de proteccin

de flora y fauna marina y contacto primario (recreacin, bao). Se utilizan para el

monitoreo valores lmites, tanto en la calidad como en las emisiones, cuando existen. La

mayora de estos valores estn reglamentados y derivan de guas de calidad de aguas

dulces. En pocos casos se cuenta con guas de calidad de agua costera, y no existen

guas de calidad para las aguas estuariales.

La mayora de los valores lmites utilizados en la reglamentacin de la contaminacin,

tanto de aguas dulces, como en las pocas existentes de las aguas costeras, provienen de

reglamentaciones de pases desarrollados, aun con el inconveniente que ello representa,

dado el efecto que tienen las diferencias de clima en el comportamiento qumico de los

contaminantes.


2-15

En el caso de Chile es aplicable, el reglamento para el control de la Contaminacin Acutica

(M) N 106.01.92; el reglamento del Sistema de Evaluacin de Impacto Ambiental, el

reglamento del Sistema de Evaluacin de Impacto Ambiental (SEI) DS. N 30, as como en la

formulacin del Programa de Observacin del Ambiente Litoral en el marco de la Ley de

Navegacin, POAL. (DIRECTEMAR, s. f.), sin embargo la DIRECTEMAR, por lo general

aplica el reglamento N 1 art. 26 para todos aquellos casos de contaminacin en zonas

costeras, relacionado directamente con hidrocarburos, sin preocuparse del resto de

contaminantes que puedan ser vertidos.


3-16

CAPITULO III

3. DINAMICA MARINA

3.1 Introduccin El tema principal de esta memoria es integrar el anlisis de la hidrulica martima por medio

de la modelacin numrica, de la propagacin del oleaje y corrientes marinas, para

condiciones normales imperantes la Baha de Valparaso, tomando en cuenta los perodos

invierno y verano, asociando los resultados a un Sistema de Informacin Geogrfica (SIG).

Para lo cual se deben introducir aspectos bsicos de Hidrulica Martima necesarios para

comprender el desarrollo del tema, en los captulos III y IV se utiliza como bibliografa

principal el Coastal Engineering Manual, (CEM, Versin mayo 2004).

La dinmica marina estudia todos los fenmenos derivados de la confluencia de grandes

masas de agua, como son los ocanos, y las tierras emergidas. Dicha confluencia implica

una zona de interrelacin mutua, el litoral, y otras sub. zonas o dominios de interferencia

que, dentro de aqulla, soportan y condicionan directa o indirectamente la intervencin de las

aguas. Los materiales presentes en la franja costera estn sometidos a una serie de

transformaciones, de las que son responsables las olas, las mareas y las corrientes.

3.2 Definicin del rea costera En una seccin perpendicular a la costa (figura 3-1), se pueden distinguir diferentes zonas,

las que se definen a continuacin.

Figura 3-1 Perfil de playa (CEM)


3-17

El rea costera es la zona donde se produce la disipacin de energa del mar, siendo el

transporte de sedimentos el mecanismo que rige las migraciones de material no consolidado.

3.2.1 Costa afuera Es la zona donde el oleaje se propaga sin grandes transformaciones, no siendo afectado el

oleaje por la morfologa del fondo marino.

3.2.2 Playa Es la zona que experimenta directamente la accin erosiva del mar y forma parte del

mecanismo de defensa de la costa.

3.2.3 Costa Es el lmite no alcanzado por los fenmenos martimos y la costa de aproximacin, es la

zona ubicada inmediatamente antes de la playa y que contribuye mediante alteraciones a la

propagacin del oleaje, es el principal mecanismo de disipacin de energa del mar.

Tericamente, considerando un oleaje de caractersticas constantes durante un tiempo

bastante largo, el perfil de playa tendra que adaptarse a las condiciones reinantes y tender

hacia un perfil de equilibrio. Sin embargo, en la naturaleza el oleaje cambia continuamente,

impidiendo en la mayora de los casos que se pueda observar un estado de equilibrio, pero

s una sucesin de estados transitorios.

3.3 Oleaje Son ondulaciones en el agua, que conllevan transporte de energa y formadas a partir de una

perturbacin; normalmente se propagan segn la direccin del viento, principal generador del

oleaje. All donde la onda estacionaria pasa a ser de traslacin, hay transferencia energtica

desde la vertical a la horizontal; esto da lugar a tensiones (cizalles) entre el lecho y la base

del agua, que provocan removilizacin y transporte de material.

Al alcanzar el oleaje aguas poco profundas, las olas sufren un proceso de atenuacin y pasa

desde rbitas circulares a elpticas; la relacin en el eje vertical v/s el eje horizontal llega a

ser tan grande, que acaban por transformarse en crestas de translacin o arrastre apoyadas

en el fondo. As el oleaje estacionario pasa a otro de desplazamiento, con avance del agua


3-18

hacia la lnea de costa y posterior retorno; su eficacia depende en gran medida de estas

energas sobre la rompiente.

El oleaje incidente en la costa puede experimentar una serie de modificaciones, como son

refraccin, con retroceso o retardo del frente que oscila y se sita sensiblemente paralelo a

la lnea de costa; reflexin, que produce el reenvo del oleaje incidente hacia el mar cuando

no llega a romper; difraccin, con transferencia de la energa a sotavento respecto a un

obstculo, originando arcos en su entorno.

3.3.1 Generacin Se entiende por oleaje aquellas ondas con perodos de 3 a 20 s, generalmente generadas

por vientos, el que acta sobre el agua del mar ponindola en movimiento, produciendo un

movimiento ondulatorio en las capas superficiales

Con el objeto de familiarizar al lector con el tema, a continuacin se dan las siguientes

definiciones:

Longitud de onda (L) : Distancia que separa dos crestas consecutivas.

Altura de ola (H) : Distancia vertical entre la cresta y el valle o seno de una ola.

Perodo del oleaje (T) : El tiempo que tarda en pasar por un punto fijo dos crestas

consecutivas o dos valle consecutivos.

Celeridad de la onda (C) : Velocidad con la cual se propaga la ola, es decir, C=L/T.

Para definir las caractersticas del perfil de una ola, se utiliza la relacin de esbeltez o peralte

g=H/L.

El viento sopla sobre una superficie y se promueve un cambio de energa entre el mar y la

atmsfera. Entonces, el viento ejerce una presin sobre la cara ascendente y una depresin

sobre la descendente. El conjunto de estas dos fuerzas antagonistas da como resultado el

aumento de altura de la ola; pero como el peralte no puede sobrepasar un valor lmite, se

produce rompimiento. Pero el movimiento una vez iniciado en la superficie, se propaga hacia

el fondo, y la longitud de onda tiende a aumentar, lo que posibilita un aumento de su altura.

De esta forma, si el viento sopla en sentido de propagacin de la ola, la amplifica y produce


3-19

en su longitud de onda un aumento. Sin embargo, el crecimiento no es indefinido y tiende

hacia una asntota, reducindose su crecimiento de un modo constante.

Las ondas presentan variaciones anuales y estn ntimamente relacionadas con las

depresiones atmosfricas, adems, poseen una amplia gama de perodos (figura 3-2).

Figura 3-2: Clasificacin de las ondas

Las olas observadas en la superficie del mar suelen clasificarse en dos grandes grupos,

dependiendo de la distancia a la zona de generacin al lugar de inters:

3.4 Tipos de olas El tipo de oleaje se puede establecer atendiendo a tres caractersticas:

Generadas por el viento

Segn su frecuencia

Segn sus propiedades hidrodinmicas


3-20

3.4.1 Olas marinas o de viento Estn sometidas a la influencia directa del viento que las produce, pudiendo llegar a anularse

o reforzarse. Es el oleaje que est siendo generado por el viento en la zona de fetch. En este

caso la superficie del mar presenta un aspecto irregular y catico, las olas poseen una

longitud de onda relativamente corta y un fuerte peralte. Su morfologa muestra crestas

puntiagudas y surcos redondeados que forman rizaduras superpuestas. Segn la velocidad

del viento y las caractersticas de cada masa agua, presentan dimensiones que varan desde

un oleaje con escasa magnitud (mar rizada o picada, de 0 a 0,25 m de altura) a mar gruesa y

muy gruesa (de 2,5 a 6 m de altura).

3.4.1.1 De fondo Corresponde al oleaje que ya ha abandonado su rea de generacin y se propaga por los

ocanos hacia las zonas costeras. En este recorrido las olas se dispersan radialmente y las

crestas presentan longitudes de onda mayores que dentro del rea de generacin, estas son

mucho ms regulares y menos peraltadas que para un oleaje fondo. No estn bajo la

influencia directa del viento, a causa del cese de este, que pueden desplazarse decenas, o

incluso centenas de kilmetros desde su zona de origen y segn la direccin del viento sin

ser mantenidas por ste. Son ondulaciones sinusoidales de gran simetra y circularidad

crestas y senos redondeados, altura y espaciado uniformes.

3.4.1.2 De temporal Tiene el mismo origen que las olas marinas, pero son transportadas y mantenidas por el

viento de una zona tormentosa. La energa y rapidez del avance en los trenes de olas sobre

los rompientes, interrumpe transitoriamente el flujo de retorno provocando una apilamiento

del agua y una invasin de zonas ms alejadas tierra dentro. Puede llegar a ser un oleaje

muy destructivo, mximo si a los efectos del temporal se suman otros como mareas de

tormenta u ondulaciones debidas a diferencias en las presiones atmosfricas. Son olas con

longitud de onda y periodo largos, de gran altura: desde arboladas (6 a 9m) a enormes

(mayores de 14m).

3.4.1.3 Tsunamis Oleaje asociado a la actividad submarina (tectnica, volcnica, deslizamiento), que desplaza

masas de agua a gran profundidad y origina olas en superficie con amplitud pequea


3-21

(alrededor de 1 m) y gran longitud de onda (50 a 200 Km.); Pueden transportarse a largas

distancias (centenas de Km.) y velocidades (hasta 800 Km./h). En alta mar apenas es

perceptible, sin embargo, al llegar a la costa sufre una notable transformacin cuando

disminuye la profundidad, esa energa acumulada debe concentrarse en un volumen de agua

mucho menor, lo cual implica mayor altura, pasando de 60 - 100 cm. a 15 30 m, formando

olas muy destructivas.

3.4.2 Segn su frecuencia

3.4.2.1 Capilares Se deben al roce entre laminas de aire y agua en la misma fuente del viento; estando

controladas por la tensin superficial del lquido. Son pequeas rizaduras con morfologa en

V, cuya longitud de onda es inferior a 1,73 cm. y su altura aproximada unos milmetros.

3.4.2.2 De gravedad Son olas generadas por la transferencia de energa desde el viento al agua y controladas por

la masa movilizada. Su longitud de onda es superior a 1,73 cm. Incluyen a las olas marinas,

de fondo y traslacin.

3.4.2.3 Infragravitatorias Formadas mediante interaccin entre olas. Tienen amplitud baja y periodos largos.

3.4.2.4 De periodo largo Producidas por movimientos peridicos de baja frecuencia (mareas) y eventos sin

periodicidad (maremotos y tormentas).

3.4.3 Segn sus propiedades hidrodinmicas Considera la transferencia energtica desde la oscilacin al desplazamiento o translacin,

con la consiguiente removilizacin de material. A veces lo denominan oleaje de translacin,

rompiente, surf, etc., y puede ser:

3.4.3.1 De Derrame


3-22

Movimiento progresivo de atenuacin en una onda y paso a la traslacin; llegan a presentar

rupturas encadenadas.

3.4.3.2 De vuelco Adelanto en cada cresta respecto a su base, prdida de sustentacin y enroque,

ocasionando un vaco o voluta, con desintegracin posterior y fuertes turbulencias.

3.4.3.3 Ondulada Formacin de una cresta que no llega al vuelco y se diluye, al tiempo que es adelantada por

su base en avance hacia la zona de rompiente.

3.4.3.4 De colapso Caso mixto entre vuelco y ondulada.

3.5 Mareas

El primero en dar una explicacin satisfactoria al fenmeno de las mareas, que incluyera una

explicacin de las oscilaciones de periodo semi diurno, fue Newton. Segn su teora, las

mareas se originan por la diferencia existente en cada punto de la tierra entre dos fuerzas, la

atraccin de la Luna o el Sol sobre dicho punto y la fuerza centrfuga que sufre al girar en

torno al centro de gravedad del sistema Tierra-Luna. La composicin de la fuerza centrfuga

de rotacin en torno al centro de masas del sistema Tierra - Luna con la atraccin gravitatoria

de la Luna produce una resultante, responsable de la aparicin de mareas.

Si suponemos una Tierra sin continentes, esta diferencia de fuerzas deformara la masa de

agua, dndole forma de elipsoide alineado con el eje del sistema Tierra-Luna. Al girar

nuestro planeta sobre s mismo, un observador situado sobre su superficie pasara por dos

mximos, asociados a los extremos del elipsoide, y por dos mnimos, de forma que

observara una marea semi diurna. Esta oscilacin de un ocano sin lmite se denomina

marea de equilibrio. La combinacin de los elipsoides generados por la Luna y el Sol es

responsable del ciclo de mareas vivas y muertas.

Las mareas son oscilaciones peridicas del nivel del mar (figura 3.3), de perodo largo, y su

origen es producto de la interaccin de los astros, principalmente El Sol y la Luna. Cuando la


3-23

marea alcanza su mxima altura se la llama pleamar y la altura mnima equivale a la

bajamar.

Figura 3-3: Onda de Marea

3.5.1 Mareas astronmicas Los principales agentes que participan en la generacin de las mareas son:

La atraccin gravitacional de la Luna y del Sol (ley de Newton).

La fuerza centrifuga generada por la rotacin de la Tierra sobre El Sol.

La fuerza gravitacional vara en razn directa a la masa e inversamente proporcional

al cuadrado de la distancia las separa, por lo tanto, la fuerza ejercida por El Sol es

poco menos de la mitad de la fuerza ejercida por la Luna.

El sistema combinado Tierra-Luna gira en torno a un eje que pasa por el punto A de la figura

3-4. Mientras los dos cuerpos giran ejercen fuerzas gravitacionales entre ellos y por

equilibrio, estas fuerzas deben ser contrarrestados por las fuerzas centrifugas, deformando la

capa de agua que cubre la tierra.


3-24

Figura 3-2

Figura 3-3

3-4: Sistema Tierra-Luna 3-5: Atraccin de las molculas lquidas

Lo anterior se esquematiza de la siguiente manera:

Figura 3-6: Esquema de Fuerzas


3-25

3.5.1.1 Perodo de la marea El periodo de la marea est determinado por los movimientos de la Tierra y de la Luna.

Como la rotacin lunar es de 1/29,5 (el mes lunar es de 29,5 das), el periodo lunar es 12,42

hr (M2=12(1+1/29,5)). Esta condicin se denomina semi-diurna.

Como la componente lunar predomina, las mareas se desplazan 0,84 hr (50 minutos)

diariamente. Adems, se define el periodo solar como S2=24 hr. Como las rbitas del Sol y la

Luna estn inclinadas con respecto al plano del ecuador, las fuerzas generadoras de mareas

tienen componentes diurnas y semi-diurna.

Los diferentes tipos de mareas se explican en la figura 3-7.

3.5.1.1.1 Semi-diurna Existen dos pleamar y dos bajamar en un periodo de aproximadamente 25 horas.

3.5.1.1.2 Diurnas Son de amplitudes no muy grandes y tienen una pleamar y una bajamar por da.

3.5.1.1.3 Mixtas Mareas de amplitudes habitualmente pequeas, aunque ocasionalmente fuertes y presentan

dos pleamares y dos bajamares por da. Este tipo de mareas presenta una pequea

desigualdad diaria.

3.5.1.1.4 Vivas Que se presentan cuando los efectos del Sol y la Luna se suman.

3.5.1.1.5 Muertas

Que ocurren cuando los efectos del Sol y la Luna se restan.

3.5.1.1.6 De perigeo Se producen cuando la luna se encuentra en el perigeo. La amplitud aumenta a medida que

disminuye la distancia Tierra-Luna y su mximo valor se registra 1 a 3 das despus que la


3-26

luna ha pasado por el perigeo, la amplitud de esta marea es un 20% mayor que la amplitud

media del lugar.

3.5.1.1.7 De sicigias Marea que se produce durante luna llena o nueva, la amplitud de la marea aumenta en esta

poca y es por lo general de un 10 a un 30% mayor que la amplitud media del lugar.

Figura 3-7: Tipos de mareas


3-27

Figura 3-8: Mareas vivas y mareas muertas

3.6 Corrientes de ribera, costeras o litorales Las corrientes ocenicas son flujos persistentes de agua, en la cual la componente

predominantemente es horizontal y su importancia radica en su papel como regulador

trmico en la superficie terrestre, ya que estos vastos sistemas de corrientes ayudan al

intercambio de calor entre las altas y bajas latitudes.

En el dominio de la ribera litoral las corrientes estn asociadas a las mareas y el oleaje,

generando la deriva y la resaca.

Resaca es una corriente de reflujo que arrastra consigo una serie de materiales, una

vez que la ola rompe en la costa. Los materiales arrastrados se van colocando segn

su volumen, cuanto ms grandes mas cerca de la costa y los ms finos sern

arrastrados al interior. Aparte de este efecto erosivo, se debe tener en cuenta el

efecto disolvente sobre las rocas, en el cual el aspecto erosivo, es ms intenso

cuanto ms fuerte sea el oleaje.

Deriva es una forma de transporte de materiales que se produce a lo largo de la lnea

de costa. En una situacin idealizada en la que las olas se aproximasen a una lnea

de costa recta, con sus crestas paralelas a esta lnea, una determinada ola romper

en el mismo instante en todos los puntos, y la aproximacin y el retroceso formaran

ngulo recto con la lnea de costa. Sin embargo, en la mayora de las costas, las olas

se aproximan en ngulo oblicuo, de esta forma, el avance del agua se desplaza


3-28

oblicuamente por la antecosta, arrastrando guijarros y cantos. Cuando el avance del

agua ha perdido su energa, sta fluye hacia abajo siguiendo la ladera de la playa y

siendo controlada por la fuerza de la gravedad, que la obliga a seguir la direccin de

la mxima pendiente. Por lo tanto, las partculas son arrastradas directamente hacia

el mar y van a parar a una posicin lateral con respecto a la que se encontraban con

anterioridad. Este fenmeno se repite gran nmero de veces, lo que le convierte en

uno de los ms importantes que tienen lugar en la evolucin de una lnea de costa.

Las grandes corrientes ocenicas, causadas por variaciones de composicin y temperatura

en las aguas o por los vientos dominantes, tienen un papel fundamental para la distribucin

de corales, hielos marinos y masas de agua con termicidad, salinidad y carga de sedimentos

diferenciales; sin embargo, todos ellos son fenmenos que, salvo ambientes especficos,

influyen indirectamente sobre la dinmica costera y lo hacen segn las aguas propias en

cada regin, es decir, en funcin de su latitud, posicin y fisonoma del litoral.

3.7 Tipos de corrientes Las corrientes de marea afectan dominantemente a los estuarios y zonas semi confinadas en

la costa; all donde la morfologa resulta propicia, el ascenso-descenso llega a alcanzar

velocidades de hasta 4 m/s. En situaciones especficas, como ocurre en ciertos estuarios, el

avance de la marea provoca corrientes de ascenso reflejadas por unas ondas de crecida con

gran energa, que llegan a afectar al fondo originando roqueros.

3.7.1 Debidas al oleaje Proceden del retorno del agua hacia el mar. Olas que inciden paralelas a la costa dan lugar a

corrientes divergentes, con desplazamiento a lo largo de la ribera, junto a otras de retorno

formando canales que arrastran el material hacia el dominio marino. Con oleajes en

resonancia, interferencia del incidente y reflejado, aparecen modelos ms complejos de

circulacin, aunque similares a los anteriores en su conjunto, stas son corrientes muy

dispersas y divergentes en toda la lnea de ribera, por lo cual llegan a constituir un sistema

casi permanente de removilizacin. Finalmente, un oleaje incidente oblicuo consolida unos

sistemas de circulacin en sentido nico predominante el resultado queda de manifiesto por

los notables desplazamientos o deriva en los materiales desde una zona a otra de la ribera,

donde acaban estabilizndose y desarrollan morfologas caractersticas.


3-29

Las corrientes provocadas por el oleaje son las siguientes:

Corrientes normal a la costa

Corrientes paralela a la costa.

3.7.2 Normales a la costa Este tipo de corrientes se generan por la necesidad de evacuar el volumen de agua sobrante

que ha sido empujado y acumulado contra la playa (figura 3-9), este volumen se manifiesta

como una sobre elevacin del nivel del mar en la zona de rompientes.

3.7.3 Resaca Es el oleaje en resonancia, desfasado 180 del incidente, lo que genera verdaderos ros

encauzados, derrames, y transformacin en la zona de rompiente. Son asociadas a un oleaje

oblicuo, que ocasionan el desplazamiento unidireccional del flujo y los materiales. Flujo

difuso que arranca del estrn, desplazndose prximo al fondo hacia mar adentro a lo largo

de prcticamente toda la playa y desaparece a la altura de la lnea de rompientes.

3.7.4 De retorno Chorro concentrado que atraviesa la lnea de rompientes para luego expandirse.

Figura 3-9 Corriente normal a la costa


3-30

3.7.5 Paralela a la costa Si el oleaje llega a las costas formando un ngulo significativo (ab) con respecto a la lnea de

playa, ya sea por la refraccin o por la direccin con que viaja, se genera una corriente

paralela a la costa ubicada entre la lnea de rompientes y la lnea de costa (figura 3-10), esta

corriente recibe el nombre de corriente litoral.

Figura 3-10 Corriente paralela a la costa

Lo ms comn es que los frentes de olas llegan formando un ngulo pequeo con la lnea de

costa, en este caso, las corrientes inducidas por el oleaje son una combinacin de las

anteriores (figura 3-10). Esta corriente es la principal responsable del transporte de

sedimentos a lo largo de la playa.

3.7.6 Ocenicas Cercanas a la superficie afectan a los barcos, y la mayora de la informacin sobre ellos

proviene de los informes de los marinos sobre su deriva con respecto al rumbo deseado.

Pese a las diferentes formas que tienen los ocanos, poseen estructuras de corrientes

similares dominadas por una circulacin o giro en el sentido de las agujas del reloj de

amplitud ocenica, siendo las corrientes mucho ms fuertes en las estrechas regiones

cercanas a las fronteras occidentales. La corriente del Golfo en el Atlntico norte y la de Kuro


3-31

- Shivo en el Pacfico son las ms conocidas. Cerca del Ecuador en todos los ocanos hay

dos corrientes con direccin Oeste, en los ocanos Pacfico, ndico y en parte del Atlntico,

estn separadas por una contracorriente ecuatorial con direccin Este. En el Ocano

Antrtico no hay una barrera continental continua aunque el estrecho pasaje de Drake puede

causar un efecto parecido y la corriente superficial principal fluye en crculo alrededor de la

Tierra en la corriente circumpolar antrtica, con direccin Este. Los mapas publicados de las

corrientes ocenicas superficiales se basan en situaciones promedio, en un caso particular,

la corriente puede ser muy distinta, en especial en corrientes como la del Golfo con

meandros y vertientes anulares que se arremolinan de forma complicada. Las grandes

corrientes superficiales varan con el viento y el tiempo atmosfrico, pero pueden

considerarse semipermanentes.

Hay algunas corrientes Subsuperficiales de carcter semipermanente. Quiz las ms

interesantes sean las corrientes inferiores ecuatoriales encontradas en los ocanos Atlntico

y Pacfico, y de modo espordico en el ndico, que fluyen desde el Oeste a velocidades

superiores a un metro por segundo, a una profundidad de unos 100 m, en el Ecuador.

Existen otras corrientes Subsuperficiales semipermanentes donde se forma agua densa en

cuencas con umbral poco profundo el agua densa supera este umbral creando una corriente

hacia la cuenca ocenica exterior.

Aparte de esto, los conocimientos sobre las corrientes Subsuperficiales son difciles de

comprender porque son muy variables. Por ejemplo, el agua fra originada en el extremo

norte del Atlntico o en el mar de Weddell ocupa todas las cuencas profundas del ocano,

por lo tanto debe de existir una corriente profunda dirigida hacia el Ecuador, pero la ruta que

sigue no est bien establecida. Se piensa que en el Atlntico Norte hay una cavidad

profunda vertical - meridional con agua que fluye hacia el Sur con temperaturas bajas. No

hay una fuente de agua profunda en el Ocano Pacfico, y la circulacin relativamente lenta

tiene lugar, en general, encima de los 800 m, el agua clida fluye hacia el Norte en Kuro -

Shivo y vuelve en el Pacfico Central y Oriental a temperaturas menores. El Ocano ndico

tampoco tiene formaciones de agua profunda. Se ha observado algo de flujo hacia el polo en

forma de corrientes Subsuperficiales en las fronteras occidentales, como contracorrientes

bajo la corriente del Golfo a profundidades mayores de 2.000 m. En el resto del Ocano las

corrientes promedio quedan ocultadas por la variabilidad introducida por los remolinos

ocenicos de tamao medio. Se parecen a depresiones y anticiclones meteorolgicos, pero

son menores y por lo general de unos 100 m, y presentan corrientes del orden de 10 cm./s.


3-32

Estas circulaciones suelen durar unos 100 das y sus corrientes variables asociadas ocultan

las corrientes medias ms pequeas. Aunque la velocidad media de las corrientes ocenicas

profundas es pequea, stas transportan grandes cantidades de calor y de agua dulce,

siendo por tanto importantes para el mantenimiento del clima.

Otros tipos e corrientes son:

Corrientes inducidas por el viento

Se entiende a este tipo de corrientes las generadas por vientos locales.

Corrientes por marea

Corrientes generadas por las desnivelaciones del mar, estas tiene gran importancia

en bahas cerradas.

Corrientes en la costa producidas por el oleaje

Estas corrientes son de gran importancia ya que son las que controlan la dinmica

litoral, por esto a continuacin se explican ms detalladamente.

3.8 Principios bsicos de hidrulica martima e ingeniera de costas El objetivo es describir, analizar y discutir en forma general, los principios bsicos de la fsica

natural presente en la hidrulica martima, para ello es fundamental describir lo siguiente:

3.8.1 Propagacin del oleaje Un tren de olas que viaja desde aguas profundas hacia la costa, experimenta alteraciones

debido a:

Refraccin.

Difraccin.

Reflexin.

Rompimiento.

La transformacin de las olas en aguas someras comienza cuando stas, al propagarse

hacia la costa, sienten el fondo, es decir, el oleaje modifica sus caractersticas debido a la


3-33

disminucin de profundidad, lo que se puede ver fcilmente con la ecuacin de la longitud de

onda.

=

Lh

TanghgT

Lp

p2

*2

2

(3.1)

Donde g: aceleracin de gravedad (m/s)

T: perodo del oleaje (s)

h: profundidad (m)

L: longitud de onda (m)

3.9 Aguas profundas La condicin de contorno para determinar la condicin de aguas profundas, aguas bajas o

someras, se basa en la relacin (h/L), s este parmetro tiende a infinito se esta en condicin

de aguas profundas, entonces la tangente hiperblica de (2ph/L) tomar el valor uno y por lo

tanto la longitud de onda slo depende del periodo de la ola.

p2

2gTL = (3.2)

Adems, la ecuacin de la celeridad es

p2

gTC

TL

C =

= (3.3)

3.10 Aguas bajas Para la condicin de aguas bajas o someras, tambin se basa en la relacin (h/L), ahora s

este parmetro tiende a cero se esta en condicin de aguas bajas, entonces la tangente

hiperblica de (2ph/L) tomar el valor del ngulo.

Donde la longitud de onda ser igual a:

ghTL = (3.4)


3-34

Adems, la ecuacin de la celeridad es

ghC = (3.5)

En este caso la longitud de onda depende del perodo y de la profundidad, la celeridad

presenta una disminucin con respecto a la que tiene en aguas profundas al igual que la

longitud de onda.

3.11 Refraccin En el cambio que experimenta un frente de olas al propagarse en aguas intermedias debido

a la disminucin de la celeridad de la onda causada por menores profundidades. El resultado

de este proceso es que los frentes de olas se orientan segn los veriles de fondo.

Para obtener la altura de ola en un punto, se supone que la energa entre dos ortogonales

permanece constante, adems, se desprecian los efectos asociados al viento, la turbulencia,

las corrientes, reflexin y difraccin. Por lo tanto entre las secciones B1 y B2 (mostradas en la

figura 3-11) se establece la igualdad siguiente:

1122 BEBE ff = (3.6)

Donde Efi es el flujo de energa asociado a la seccin i.

De la teora lineal del oleaje el flujo de energa esta dado por la siguiente expresin:

43421gC

G)c(1gH161

EcE 2gf +== r (3.7)

Donde

khkh

G2senh

2= (3.8)

Lk

p2= (3.9)

Cg = celeridad de grupo (m/s)

h = profundidad (m)

H = altura de la ola (m)

r = densidad del agua (kg/m3)


3-35

g = aceleracin de gravedad (m/s2)

De la ecuacin 3.2 se obtiene:

( )( )22

11

2

112 1

1GcGc

BB

HH++

= (3.10)

Se define el coeficiente de Shoaling como:

( )( ) 2

1

22

11

11

g

gs c

c

GcGc

k =++

= (3.11)

Y el coeficiente de refraccin parcial como:

2

1

BB

kr = (3.12)

Por lo tanto

12 HkkH rs= (3.13)

Adems de la refraccin causada por el fondo, las olas pueden refractarse por corrientes las

que provocan que una parte de la ola se desplace ms rpidamente o lentamente.

Figura 3-11: Representacin idealizada de una diagrama de refraccin

3.12 Difraccin Es causada por la interrupcin parcial del avance de un frente de olas por un obstculo. Esta

interrupcin causa un gradiente de energa que es compensado con una disminucin del

oleaje en la zona de propagacin, por lo tanto la altura de ola en un punto es superior a los

valores adyacentes, dentro de la misma cresta.


3-36

La interrupcin parcial se debe a algn obstculo los que pueden ser naturales (islas) o

artificial (Rompeolas).

La difraccin es un fenmeno similar al de difraccin de la luz, si tenemos crestas de oleaje

paralelas a una obra, en la zona de sombra creada por la obra aparece un oleaje difractado.

Sin embargo, el clculo es distinto de los clculos de difraccin con luz, porque las

longitudes de onda son del mismo orden que las bocas de los puertos.

La relacin que existe entre la altura difractada Hd (m) y la altura de ola incidente Hi (m) se

denomina coeficiente de difraccin y est dada por la siguiente relacin.

i

dd H

HK = (3.14)

El Kd puede calcularse tericamente aunque en la prctica se recurre a grficos

Las figuras siguientes muestran el fenmeno de difraccin para diques y aberturas o accesos

a canales o puertos (bocana).

Figura 3-12: Difraccin del oleaje

En general las olas se curvan alrededor del obstculo penetrando en la zona protegida

(expansin lateral).


3-37

Figura 3-13: Difraccin a travs de una

bocana

Figura 3-14: Difraccin detrs de un dique

aislado

3.13 Reflexin Cuando un tren de olas enfrenta un obstculo, parte de la energa se refleja, si el obstculo

est paralelo al obstculo y este es vertical, sin friccin (liso) y rgido (inelstico) la ola puede

reflejarse completamente, resultando un oleaje estacionario con un antinodo igual al doble de

la altura de la ola.

Figura 3-15: Reflexin


3-38

El clapotis se forma por la sobreposicin de dos ondas progresivas de igual altura y perodo

que avanza en sentido contrario, esta onda estacionaria tiene la caracterstica de que duplica

la altura de ola incidente. En este tipo de reflexin, el perodo se mantiene constante y los

desfases son pequeos, pero la altura si puede cambiar. La cantidad de energa que es

reflejada por un obstculo est dada por el coeficiente de reflexin Kr.

i

rr H

HK = (3.15)

Donde Hr: Altura de ola reflejada (m)

Hi: Altura de ola incidente (m)

Si el oleaje no incide normalmente sobre un obstculo, este ser reflejado con un ngulo

igual al de incidencia.

Figura 3-16: Reflexin del oleaje

3.14 Rompimiento Este fenmeno es de gran importancia en la hidrodinmica en la zona cercana a la costa y

en el transporte de sedimentos que opera dentro de ella. La rotura de una ola puede ser

causada por un aumento de la esbeltez o a la disminucin de la profundidad.

3.15 Esbeltez Cuando la ola alcanza un valor mximo en su esbeltez (glim=0.142), la ola empezar el

proceso de rompimiento, disipando parte de su energa. Esto se debe a que la velocidad de

las partculas en la cresta se iguala con la celeridad de la ola y un aumento de la esbeltez

aumenta la velocidad de las partculas provocando la inestabilidad de la ola.


3-39

Figura 3-17: lmite de esbeltez de la ola

Para la condicin de aguas intermedias la relacin de esbeltez se determina por ecuaciones

semi-empricas.

@

b

b

b

b

Ld

LH p2

tgh142,0 (3.16)

Donde Hb: altura de ola en la rompiente (m)

Lb: longitud de onda en la rompiente (m)

db: Profundidad en la rompiente (m)

Para el caso de aguas pocos profundas y con pendiente suave se tiene que

@

b

b

b

b

Ld

LH p2

142,0 (3.17)

898,0=b

b

dH

(3.18)

Lo anterior implica que la altura de la rompiente es aproximadamente 90% de la profundidad

en ese punto.

En general la ola rompe por efecto de la profundidad del fondo. Cuando el oleaje llega a la

costa, sus caractersticas varan, a medida que la profundidad disminuye. Las rbitas

descritas por las partculas fluidas se transforman en elipses, cuyo eje menor disminuye

progresivamente; luego, estas elipses se aplanan cada vez ms y tienden a convertirse en

rectilneas. Como el fondo acta de freno para los movimientos de las partculas fluidas, al

ponerse stas en contacto con l, la parte superior de la ola se propaga a una velocidad

mayor que la parte inferior. De este modo, las crestas se hacen agudas, y la curvatura


3-40

aumenta; pero como no puede rebasar un valor mximo, la cresta vuelca sobre s misma,

rompiendo la ola.

3.16 Transporte en el ambiente marino Desgraciadamente, el agua en la mayora de los sistemas marinos no es ideal ni inmvil. Los

resultados de los modelos varan de un ambiente a otro. En estuarios, dominan las corrientes

generadas por mareas unidireccionales en cualquier momento, estas corrientes se invierten

con cada cambio de la marea. El transporte neto en un sistema mareal, el cual refleja las

fuerzas relativas del mar v/s las corrientes de tierra. Una vez que se desplaza fuera la

proteccin del estuario, al movimiento de la ola se suma el efecto de corrientes de la marea y

el transporte neto es el resultado de varias combinaciones de flujo unidireccional y

oscilatorio.

El movimiento orbital de olas da paso a un flujo oscilatorio que disminuye exponencialmente

en su magnitud de la superficie de agua hacia el fondo. A una profundidad de agua igual a la

mitad de la longitud de la ola, las rbitas empiezan a actuar recprocamente con el fondo. El

movimiento orbital aumenta, generando una trayectoria elptica hacia el fondo hasta que el

movimiento se transforma en oscilaciones cada vez ms energticas la cual es transferida a

la cama de sedimentos a baja profundidad de agua.

La profundidad de agua a la que el sedimento ser movido por las olas es una funcin de

tamao de la partcula y el rgimen de la ola. Estudios indican que la cantidad total de

transporte del sedimento durante una sola tormenta puede ser mucho mayor que el total

para el resto del ao.

El rgimen de transporte de un ambiente particular es una funcin de los procesos fsicos,

biolgicos y gravitatorios que operan en esa rea. En muchos casos, el transporte del

sedimento es controlado por una combinacin de estos factores.

3.16.1 Transporte litoral Cuando el oleaje se acerca a la costa y rompe, genera corrientes en la zona litoral que

combinada con la accin directa del oleaje transporta sedimentos, es decir, el transporte

litoral, es el movimiento de material sedimentario producido esencialmente por el efecto de

las olas y corrientes, en la zona litoral que se extiende desde la lnea de costa hasta poco


3-41

ms all de la lnea rompiente, el transporte de sedimentos se mueve a lo largo del lecho

rodando por el fondo y siendo levantado por la columna de agua y movido por el fluido como

carga suspendida.

Lo anterior quiere decir que las corrientes en la zona cercana a la costa dan la direccin del

movimiento de los sedimentos y transforman el perfil transversal de la playa.

El transporte de sedimentos se clasifica en (ver figura 3-18).

Transporte transversal causado por las corrientes normales a la costa

Transporte longitudinal causado por las corrientes paralelas a la costa

Figura 3-18: Transporte de sedimentos por oleaje a lo largo de una playa


4-42

CAPITULO IV

4. MODELOS DE TRANSPORTE Y DISPERSIN DE CONTAMINANTES

4.1 Introduccin El anlisis del transporte y la dispersin de contaminantes se enfocar desde dos puntos de

vistas, el primero se llevar a cabo por medio del supuesto de un dragado de una baha

para cumplir con normas de navegacin o seguridad de buques en la ruta de

aproximacin al puerto, en este tipo de supuesto nos encontraremos con sedimentos

cohesivos y no cohesivos (fondo marino), prevaleciendo lo no cohesivos y en el segundo

caso se analizar por medio de la presencia de emisarios submarinos o descargas de

aguas residuales de superficie, en el caso particular de la baha de Valparaso antes de la

descarga del emisario ubicado en el sector de Loma Larga, existe una planta de

pretratamiento la cual cuenta con desarenadores, lo que permite retirar gran parte del

material no cohesivo prevaleciendo los sedimentos cohesivos (ms finos).

En el caso de la extraccin de arenas para su aprovechamiento, al utilizar cualquier mtodo

de dragado, es prctica habitual provocar el rebalse del agua que se bombea junto con el

sedimento. Si el yacimiento de arenas se encuentra prximo a alguna zona de especial valor

pesquero o ecolgico, la sedimentacin masiva de estos slidos en suspensin puede resultar

muy perjudicial, lo mismo ocurre con las descargas de residuos lquidos al mar o descargas

de emisarios submarinos. La determinacin de la distancia de resguardo que debe

mantenerse para proteger estas zonas puede hacerse mediante la aplicacin de modelos de

transporte y dispersin que tengan en cuenta las condiciones hidrogrficas e hidrodinmicas

de la zona adems de las propiedades de los propios sedimentos que se estn descargando

o extrayendo. Aunque tradicionalmente se ha considerado que las aguas de un puerto son de

psima calidad y susceptibles de recibir directamente aguas residuales sin tratar, a veces

incluso ajenas al puerto, durante las ltimas dcadas est cambiando la percepcin del

problema.

Por otra parte, la normativa ambiental de muchos pases prohbe el vertido al mar de aguas

residuales si no se cumplen ciertas condiciones de calidad del efluente y de dilucin inicial, lo

que obliga al empleo de emisarios submarinos.


4-43

Cuando se produce un vertido contaminante en una zona semi cerrada como una drsena

portuaria, una laguna conectada con el mar o un estuario, la evolucin de la contaminacin

depende mucho del grado de renovacin de aguas que se produzca a travs del ancho de la

boca de entrada de las aguas. En muchos casos, las concentraciones en el interior de la zona

semi encerrada son bastante homogneas de forma que el problema puede estudiarse como

si se tratara de una celda de mezcla completa.

Si el episodio de contaminacin es transitorio como en el caso de un derrame accidental de

petrleo durante una operacin de carga o descarga de un buque, el problema que suele

plantearse es calcular cmo ir desapareciendo la contaminacin con el paso del tiempo. Si

el vertido es ms o menos permanente como sucede a veces en drsenas pesqueras donde

se arrojan al agua restos de pescado y se limpian las cubiertas en el propio atraque, las

concentraciones de contaminantes alcanzarn unos valores casi permanentes que

dependern del grado de renovacin de las aguas por la bocana. El problema es entonces

calcular estas concentraciones.

Los modelos de transporte y dispersin sirven tambin para calcular la distribucin de

salinidad en estuarios. Las distribuciones de salinidad influyen sobre la explotacin de los

puertos situados en estuarios, no solo porque afecta a la flotabilidad de los buques, sino

porque determinan en muchos casos los patrones de ingreso del flujo salino tierra

adentro o aterramiento. Por ejemplo, en estuarios de cua salina se produce una

acumulacin de sedimentos donde corta al fondo la interfase entre aguas dulces y saladas.

Cuando existe un canal de acceso, la cua salina puede ocupar la zona ms profunda del

canal, con lo que el aterramiento puede alcanzar distancias importantes hacia aguas arriba.

4.2 Ecuacin De Transporte La ecuacin de balance de una sustancia cualquiera transportada por el agua (nutrientes,

bacterias, oxgeno disuelto, calor, especies qumicas, etc.) suele llamarse ecuacin del

transporte y puede escribirse en la forma

+-=yjy

dvndApPdvDtD

* (4.1)

Siendo:

y, el volumen encerrado por una superficie fluida cerrada ideal j.


4-44

DtD

, la derivada total

P, la densidad volumtrica de la sustancia o propiedad p considerada

p, la densidad de flujo no convectivo de la sustancia p

P, la velocidad o tasa de cambio de una propiedad de una sustancia p en una unidad de

volumen de control.

Esta ecuacin expresa que la velocidad de aumento de la cantidad total de sustancia que se

encuentra dentro de la superficie fluida j , es igual en cada momento al flujo msico neto

no convectivo de dicha sustancia que entra a travs de esta superficie ms la cantidad de

sustancia que se genera por unidad de tiempo en su interior.

Desarrollando la derivada total, tras hacer algunas transformaciones, se obtiene la ecuacin

integral euleriana para densidades volumtricas.

+--=

jjjy

dvndApndAPVtP

** (4.2)

Teniendo en cuenta la ley de conservacin de la masa:

( )

dvDtDP

dmDtDP

DtdmD

PDtDP

PdmDtD

PdvDtD

PdvDtD

==+===yyyyyy

rr (4.3)

S se analizan las consecuencias en una drsena pesquera, estas seran, la produccin de

eutroficacin de las aguas, un crecimiento desmesurado de algas que enturbiaran el agua,

producindose malos olores, y adems provocara adherencias en los cascos de las

embarcaciones de crustceos, lo cual debe ser considerado en los modelos numricos.

De la ecuacin 4.3, se desprende la ecuacin integral lagrangiana para densidades

msicas:

-= dvDtDP

y

r +yj

dvndAp * (4.4)

Tesis Analisis Espacial y Temporal de La Dinamica de Las Corrrientes en La Bahia de Valparaiso_Oscar...

Documents

Transcript of Tesis Analisis Espacial y Temporal de La Dinamica de Las Corrrientes en La Bahia de Valparaiso_Oscar...