Estudio de dispersión de un vertido de aguas de

Estudio de dispersión de un vertido de aguas
de refrigeración en Punta Sollana
Informe
para:
BIOENER ENERGÍA
A la atención de D. Ángel Garrote Ruiz
Pasaia, 16 de Diciembre de 2005
Tipo documento
Informe Preliminar
Titulo documento
Estudio de dispersión de un vertido de aguas de refrigeración
en Punta Sollana
Fecha
16/12/2005
Proyecto
Estudio de dispersión de un vertido de aguas de refrigeración
en Punta Sollana
Código
ATM2005180
Cliente
BIOENER ENERGÍA
Equipo de proyecto:
Paolo Gyssels
Luis Ferrer
Julien Mader
Manuel González
Responsable
proyecto
Dr. Luis Ferrer
Revisado por
Manuel González,
Coordinador del área de Dinámica Marina y Oceanografía Operacional
Fecha
16/12/2005
Aprobado por
Dr. Adolfo Uriarte
Director del Mercado de la Unidad de Investigación Marina
Fecha
16/11/2005
Control de cambios
Fecha
ATM2005180
15/12/2005 Último cambio
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© AZTI Tecnalia 2005
ÍNDICE
1.
ANTECEDENTES ................................................................................................. 5
2.
OBJETIVOS........................................................................................................... 6
3.
INTRODUCCIÓN .................................................................................................. 8
4.
DATOS ................................................................................................................. 11
4.1
RECOPILACIÓN DE DATOS DE OLEAJE ................................................................ 11
4.1.1
Datos del programa Odín ....................................................................................... 12
4.1.2
Datos de la Red de Medida y Registro del Oleaje de Puertos del Estado ........... 16
4.1.3
Simulación de un temporal característico............................................................. 17
4.2
RECOPILACIÓN DE DATOS DE CORRIENTES Y DE MAREA.................................... 20
4.2.1
Datos de amplitud y fase de la marea ................................................................... 22
4.2.2
Datos de corrientes ................................................................................................. 24
4.3
RECOPILACIÓN DE DATOS DE CLIMATOLOGÍA .................................................... 36
4.4
RECOPILACIÓN DE DATOS HIDROGRÁFICOS ....................................................... 43
4.4.1
Datos de temperatura del mar .............................................................................. 43
4.4.2
Datos de salinidad del mar .................................................................................... 50
4.4.3
Datos de densidad del mar..................................................................................... 51
5.
RESULTADOS..................................................................................................... 55
5.1
DATOS RELEVANTES .......................................................................................... 55
5.2
SIMULACIONES CON EL MODELO CORMIX ....................................................... 57
6.
CONCLUSIONES................................................................................................ 70
7.
BIBLIOGRAFÍA................................................................................................... 74
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1.
ANTECEDENTES
Durante el mes de julio de 2005 la Fundación AZTI recibió la petición de oferta de Dña.
Gloria Etxebarria en representación del EVE (Ente Vasco de la Energía) para la realización
de un estudio de dispersión de un vertido de aguas de refrigeración en Punta Sollana (Abra
exterior del Puerto de Bilbao), proyecto que posteriormente es aceptado a través de un
contrato de arrendamiento de servicios.
AZTI es una fundación privada compuesta a día de hoy por más de 160 personas en plantilla,
de los cuales el 50% son titulados superiores. Además, acoge a un número fluctuante de
becarios y personas en prácticas.
La Unidad de Investigación Marina de AZTI tiene como finalidad la realización de proyectos
de investigación y servicios en el medio marino, entre otras, en las áreas siguientes:
‰
Vigilancia ambiental: redes de control de calidad de aguas, sedimentos y biota;
vertidos tierra - mar; caracterización de vertidos; etc.
‰
Dinámica litoral: medida de oleaje, corrientes, mareas; modelización 3-D de
corrientes marinas y de procesos de difusión y dispersión de contaminantes;
transporte de sedimentos; etc.
‰
Oceanografía: estudios hidrográficos; teledetección; etc.
‰
Recursos marinos: cartografía
y
evaluación;
reservas
marinas;
bionomía;
caracterización, etc.
‰
Impacto ambiental: EIA de puertos, diques, playas, jaulas de cultivo, etc.;
vigilancia ambiental; etc.
AZTI ha sido certificada ISO 9001:2000 para “Proyectos de Investigación y Transferencia de
Tecnología en las áreas de Oceanografía y Medio Ambiente, Recursos Pesqueros y Tecnología
de los Alimentos, Ensayos de Alimentos en general y de aguas y sedimentos en el
Medioambiente Marino, así como ensayos en los Recursos Pesqueros en inspecciones de
procesos Agroalimentarios”.
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2.
OBJETIVOS
El objeto de los trabajos es comprobar si en las condiciones más desfavorables la disposición
de un sistema de vertido de aguas de refrigeración en el Abra exterior del Puerto de Bilbao
(ver Figura 1 y Figura 2) permite asegurar una dilución suficiente como para que se
verifiquen los límites impuestos a este tipo de vertidos. Como objetivos operativos pueden
señalarse los siguientes:
1. Recopilación de toda la información necesaria para la realización del estudio
(batimetrías, datos de corrientes, temperatura, salinidad, etc.) disponible en AZTI
gracias a los numerosos trabajos previos realizados en la zona.
2. Simulación de la dispersión del vertido de las aguas de refrigeración, para los casos
más desfavorables desde el punto de vista medioambiental, mediante el uso del
modelo CORMIX. Se optimizará el caudal a verter y el salto térmico del mismo para
minimizar el coste de construcción y funcionamiento del sistema.
3.
Realización de un informe técnico en el cual se presenten tanto la información
recopilada sobre datos que sean de interés para la ejecución del proyecto como los
resultados obtenidos de la aplicación del modelo CORMIX.
Figura 1. Localización del Abra de Bilbao en la costa de
Bizkaia (www.Bizkaia.net).
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Figura 2. Fotografía aérea del Puerto de Bilbao (imagen superior), denominación de las
diferentes áreas que lo componen (imagen central) y batimetría simplificada del puerto e
imagen de Punta Sollana (imágenes inferiores).
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3.
INTRODUCCIÓN
El trabajo a realizar consiste en comprobar si en las condiciones más desfavorables la
disposición del sistema de vertido de aguas de refrigeración permite asegurar una dilución
suficiente como para que se verifiquen los límites impuestos a este tipo de vertidos: variación
máxima inferior a 3ºC respecto a la temperatura del medio receptor a 50 metros de distancia
del punto de vertido y variación media en la columna de agua respecto a la temperatura del
medio a 50 metros de distancia inferior a 1ºC.
Como se puede ver en la Figura 3, el punto de vertido establecido inicialmente (posición
x=492.962 m, y=4.801.024 m) señalado por la cruz de color verde se encuentra relativamente
próximo al punto de vertido de la instalación regasificadora de BBG-BBE (señalado por la
cruz de color rojo). En el estudio es necesario determinar la posición exacta del punto de
vertido situado en el mar, las características del emisario (profundidad, altura sobre el fondo,
dimensiones de las bocas de salida y disposición de las mismas, etc.) con el fin de no solo
asegurar el cumplimiento de los límites de vertido sino que no se produzca interacción con el
vertido de BBG-BBE.
El calor que hay que dispersar es de 53.203 Mcal·h-1, el cual corresponde a diferentes
caudales, Q, de agua de red en función del salto térmico, ∆T, que se establezca. En la Tabla 1
se exponen diferentes valores de Q,-en función de diferentes ∆T permitidos para el calor a
dispersar anteriormente mencionado para el caso de agua pura. Se analizará la mejor
combinación de caudal-salto térmico que permita asegurar la adecuada dispersión del vertido
(cumplimiento de los límites de vertido anteriormente mencionados), minimizando la
combinación del coste de bombeo del caudal de refrigeración y la longitud del emisario a
construir. Por ello, es necesario conocer el coste unitario del bombeo y de la construcción del
emisario.
Se ha recopilado toda la información necesaria disponible en AZTI para la realización del
estudio (batimetrías, datos de corrientes, temperatura, salinidad, etc.). Para las actividades
propuestas de simulación del vertido se emplerá el modelo CORMIX. Este código está
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recomendado por la EPA, Environmental Protection Agency (USA). El CORMIX (Cornell
Mixing Zone Expert System) es un software para el análisis, la predicción, y el diseño de
vertidos tóxicos, salinos, térmicos o simplemente de vertidos flotantes en cuerpos de agua.
Tabla 1. Valores de Q (con agua pura de densidad
1000 kg·m-3) para diferentes ∆T seleccionados para un
flujo de calor a dispersar de 53.203 Mcal·h-1.
∆T (ºC)
Q (m3·h-1)
6
8.867,2
8
6.650,4
10
5.320,3
12
4.433,6
Figura 3. Mapa batimétrico del Abra exterior del Puerto de Bilbao y
posiciones del punto de vertido establecido inicialmente (señalado
por la cruz de color verde) y de la instalación regasificadora de
BBG-BBE (señalado por la cruz de color rojo).
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En la Figura 4 y la Figura 5 pueden verse las definiciones geométricas de espesor
transversal, espesor vertical y semi-anchura en el plano horizontal que el programa
CORMIX emplea para describir la dispersión de un vertido. Este modelo asume que
el perfil de velocidad de las corrientes marinas, que afectan al efluente vertido es
homogéneo en toda la columna de agua, es decir que solamente se consideran
corrientes promediadas en la profundidad.
Figura 4. Definición de espesor de la pluma según la
sección transversal.
Figura 5. Definiciones de espesor vertical y de
semianchura de la pluma de dispersión.
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4.
DATOS
Para la consecución de los objetivos planteados se han utilizado los datos correspondientes a
campañas oceanográficas realizadas por AZTI, particularmente en la zona del Abra Exterior
de Bilbao, así como la información existente en otras bases de datos de índole público
referentes a la zona de estudio.
4.1 Recopilación de datos de oleaje
La climatología marítima en la Costa Vasca está directamente relacionada con su posición
geográfica en el contexto del Golfo de Vizcaya y del Atlántico nordeste. Por su orientación y
posición, está expuesta a fuertes oleajes del cuarto cuadrante como consecuencia de la
formación y evolución de las bajas presiones noratlánticas. Estas borrascas originan fuertes
vientos sobre el Atlántico Norte y dan lugar a un mar de fondo del noroeste, que es el
dominante y más común en el área de estudio y persiste en situaciones de calma local, e
incluso, con vientos fuertes y relativamente persistentes de direcciones netamente
diferenciadas del noroeste.
Durante el verano, con la extensión del anticiclón de las Azores, se relaja la secuencia de
formación de borrascas noratlánticas y también su intensidad. En estas condiciones
predominan en la costa cantábrica el régimen de brisas y la circulación de vientos del
nordeste. Ocasionalmente, puede formarse mar de fondo u oleaje del nordeste que en el caso
de la costa vasca, por encontrarnos en la parte mas oriental del cantábrico, es de escasa
relevancia ya que el fetch asociado es muy reducido.
Así los períodos de ola registrados en la zona comprenden desde 4 hasta 22 segundos, siendo
los más frecuentes entre 8 y 12 segundos. (Castaing, 1981). Además el estudio estadístico de
direcciones de ola pone de manifiesto una predominancia de olas (tipo swell) del sector
noroeste (25%), coincidiendo éstas con las olas de mayor tamaño en la zona. El 77% de las
olas proviene del cuarto cuadrante.
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Los datos de los que se dispone son los siguientes:
¾
¾
4.1.1
datos del programa ODIN.
Red de Medida y Registro de Oleaje de Puertos del Estado (proyecto
REMRO).
Datos del programa Odín
“Odín” es un programa de preproceso que permite obtener los regímenes medios y extremales
de oleaje en toda la costa española tanto en profundidades indefinidas como en un punto
determinado. La base de datos de Odín esta formada por los datos de oleajes visuales
recopilados por el British Meteorological Office y por el Nacional Data Climatic Center, en
una franja de 150 kilómetros alrededor de la costa española, a partir del año 1970.
Así, utilizando este programa y definiendo el punto de interés en el exterior del puerto de
Bilbao, como se muestra en la Figura 6, podemos obtener los datos que se resumen a
continuación. En cuanto al régimen medio, se puede decir que la dirección del flujo medio en
profundidades indefinidas es de 304° (N56W), mientras que la Hs.50 (Altura de ola
significante superada por el 50% de los estados de mar del año) y la Hs.1 (Altura de ola
significante superada por el 1% de los estados de mar del año) son las que se muestran en la
Tabla 2. En la Tabla 3 se muestran los porcentajes de olas en función de su origen
considerando sectores de 22,5º de amplitud.
Figura 6. Ubicación del punto objetivo para el oleaje incidente
en la zona de estudio.
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Tabla 2. Altura de ola significante superada por el 50% de los
estados de mar del año (Hs.50%) y altura de ola significante superada
por el 1% de los estados de mar del año (Hs.1%).
Dirección
Hs.50
T.50
Hs.1
T.1
WNW (N68W)
1,9 m
9s
4,1 m
13 s
NW (N45W)
2,0 m
12 s
5,1 m
18 s
(a)
(b)
Figura 7. (a) Rosa de oleaje y (b) probabilidad conjunta Hs-Tp (Altura Significante y Período
de Pico) para las direcciones WNW y NW, en profundidades indefinidas.
En cuanto al régimen extremal de un parámetro de oleaje, este representa la probabilidad de
que su máximo en un cierto período de tiempo no supere un valor. El número de años que,
por término medio, transcurre entre dos excedencias sucesivas de un valor dado, se denomina
periodo de retorno. Odín nos da la Figura 8 correspondiente a la “ROM 0.3-91-oleaje” para
caracterizar el oleaje extremal en la zona.
En la Tabla 4, se puede ver la altura de ola asociada a diferentes períodos de retorno, así
como la altura de ola correspondiente al nivel de confianza del 90%, en la boya de Bilbao.Las
correlaciones disponibles entre la altura de ola y el período durante temporales según la
“ROM 0.3-91-oleaje” consideran que el período de pico Tp depende linealmente de la raíz
cuadrada de la altura significante Hs (Tp= c⋅Hs0.5 ) con coeficientes “c”que varían entre 5 y 8,5
para el caso de Bilbao (ver Tabla 5).
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Tabla 3. Porcentaje de olas por sectores, en profundidades indefinidas y
en el punto objetivo de la Figura 6.
Sector
Prof. Indefinidas
Prof. objetivo
Calmas/fuera de rango
5,6%
32,1%
N
6,8%
7,1%
N-NE (N22,5E)
3,3%
3,8%
NE (N45E)
3,8%
4,0%
NE-E (N67,5E)
2,9%
1,3%
E
5,1%
0,0%
E-SE (S67,5E)
1,7%
0,0%
SE (S45E)
1,5%
0,0%
SE-S (S22,5E)
1,5%
0,0%
S
1,7%
0,0%
S-SW (S22,5W)
1,4%
0,0%
SW (S45W)
1,1%
0,0%
SW-W (S67,5W)
2,4%
0,0%
W
15,6%
0,0%
W-NW (N67,5W)
19,4%
16,6%
NW (N45W)
20,0%
26,9%
NW-N (N22,5W)
6,3%
8,2%
Tabla 4. Características del oleaje escalar extremal en las boya
del Puerto de Bilbao.
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Período de retorno (años)
Hs(m)
Hs-90%(m)
5
20
50
100
7,60
8,70
9,20
9,80
8,40
9,80
10,70
11,50
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Figura 8. Altura significante y periodo de retorno para Gijón y
Bilbao.
Tabla 5. Correlaciones disponibles entre la altura de
ola y el período durante temporales según la “ROM
0.3-91-oleaje.
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4.1.2
Datos de la Red de Medida y Registro del Oleaje de Puertos del Estado
La Dirección General de Puertos y Costas (www.puertos.es) dispone de un banco de datos de
oleaje de acceso público, que sirve de apoyo al desarrollo de proyectos de ingeniería civil en el
entorno portuario y costero. En dicha base de datos son accesibles tanto datos instrumentales
como datos visuales. Puertos del Estado posee 19 boyas escalares situadas a lo largo de la
costa española dentro del proyecto REMRO (Red de Medida y Registro del Oleaje). La
localización de la boya del Puerto de Bilbao es 43°24′N, 03°08′W (Figura 9).
40
0
0
4 60
470
4500
4800
50
00
45º N
4000
4000
3000
1000
43.5º N
0
3 00
2 00
0
50 0
Remro
1000
2 00
Rayo
100
0
500
200
2000
44º N
200
200
300
0
0
10
44.5º N
1 00
Emod
Remro
GIJÓN
20 0
1000
500
BILBAO
43º N
-7º W
-6º W
-5º W
-4º W
-3º W
-2º W
-1º W
Figura 9. Localización de las boyas de oleaje de la Red
de Medida y Registro de Oleaje (Puertos del Estado).
En la imagen de la Figura 10 se puede ver la distribución estacional del periodo de pico y la
altura de ola significante en el puerto de Bilbao entre 1985 y 2000. Durante la época invernal
se observa que el oleaje más frecuente se encuentra comprendido entre 1,5 y 2 metros de
altura de ola con período próximo a los 14 segundos. En primavera y otoño, el oleaje más
frecuente es de 1,5 metros y 12 segundos, mientras que en verano, la altura y periodo del
oleaje más probable se reduce a 1 metro y 10 segundos, respectivamente.
Estos datos coinciden con los resultados de diversos estudios realizados en el Golfo de
Vizcaya que han demostrado la existencia de estados de mar característicos a lo largo del año
(Duvet, 1964, L.C.H.F., 1979, Penin, 1980). Así se distingue una época estival (desde abril a
septiembre) durante la cual las olas son de un tamaño reducido, el 75% de las alturas
máximas son inferiores a 1 metro y el 80% de los períodos no supera los 10 segundos. Sin
embargo, durante la época invernal (desde octubre a marzo), más del 75 % de las alturas
máximas superan el metro y el 80% de los períodos es superior a 10 segundos.
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Figura 10. Distribución estacional conjunta Tp-Hs
obtenida a partir de datos entre 1981 y 2000 de la
boya del puerto de Bilbao (Borja, A, Collins, M.,
2004).
4.1.3
Simulación de un temporal característico
Como puede verse claramente en los datos, el Puerto de Bilbao se encuentra muy expuesto a
los oleajes más frecuentes y de mayor importancia en la zona (4º cuadrante). Además las
borrascas son bastante activas produciendo oleajes bastante importantes con regularidad
como demuestra que más del 50% del tiempo la altura de ola en el exterior del puerto sea
superior a los 2 m y los periodos a los 12 s. En temporales, se pueden alcanzar alturas
importantes: olas superiores a los 5 m el 1% del tiempo (o lo que es lo mismo por lo menos 4
días al año) llegando a los 7,5 m cada 5 años, a los 9 m cada 20 y a los 10 m cada 100.
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Si realizamos una simulación de un oleaje espectral con unas parámetros iguales a los del
temporal característico en la zona, (Hs.01=5 m y Tp.01=16 s), y tomando como dirección de
procedencia en profundidades indefinidas la dirección del flujo medio (Dir=305º) obtenemos
los resultados presentados en la Figura 11.
Figura 11. (a) Altura de ola (izquierda), y propagación de las crestas (derecha), de un oleaje
de temporal espectral característico de la zona.
Así, desde el punto de vista de la dinámica del oleaje podemos distinguir a grandes rasgos,
tres zonas diferentes en el puerto de Bilbao (Figura 12):
¾
Zona 1: Zona exterior: zona de aproximación, zona de fondeo exterior, bocana y parte
exterior del dique de Punta Lucero.
¾
Zona 2: Puerto exterior: zona entre el dique de Punta Lucero el acantilado de la
Galea, los diques de cierre y las playas de Arrigunaga y Ereaga.
¾
Zona 3: Puerto interior: Dársenas interiores a los diques de cierre, playa de Las
Arenas, e interior de la ría.
La Zona 1 podemos definirla como totalmente expuesta al oleaje. Además la profundidad es
bastante importante para encontrarnos tan cerca de la costa (entre 30 y 50 m) por lo que la
energía del oleaje es elevada. La altura de ola es bastante uniforme y para el temporal
simulado de 5 m de Hs en profundidades indefinidas, tenemos alturas significantes entre 3 y
4 m. Existe algo de concentración en los bajos exteriores situados frente a Punta Galea y
frente a la playa de La Arena con alturas significantes en torno a los 5 m y superiores.
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Figura 12. Subdivisión en zonas del área portuaria
de Bilbao desde el punto de vista de la dinámica del
oleaje.
La Zona 2 es una zona con una gran variabilidad en la altura de ola debido principalmente a
dos efectos, la difracción del oleaje en el dique de Punta Lucero y la irregularidad de la
batimetría. En la Figura 11 podemos observar como el oleaje una vez superado el dique de
Punta Lucero se difracta formando frentes parabólicos concéntricos con una disminución de
la altura de ola hacia el Oeste. Por el contrario la zona situada frente a Punta Galea está
muy expuesta a la acción del oleaje, además se concentra de forma importante en los
distintos bajos dando alturas significantes superiores a los 6 m para el caso simulado. El
oleaje sigue propagándose por este margen hasta llegar a las playas de Arrigunaga y Ereaga,
sobre una batimetría muy irregular con abundancia de bajos sobre los que se aprecian
concentraciones de la energía del oleaje y amplificación de su altura. En las playas
mencionadas, para el caso simulado, se producen alturas significantes de unos 2 m. En el
área más interna y protegida de la zona 2 se ubicará el vertido de aguas de refrigeración en
estudio.
La Zona 3 es una zona muy protegida del oleaje, con una altura de ola muy uniforme y que,
para el caso simulado, prácticamente en ningún punto supera el metro de altura.
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4.2 Recopilación de datos de corrientes y de marea
A fin de conocer la hidrodinámica en la zona de interés, AZTI instaló varios correntímetrosmareógrafos en diferentes proyectos que fueron llevados al cabo entre los años 1999 y 2003. A
continuación, en la Tabla 6 se detallan las posiciones, fechas de los fondeos efectuados por
AZTI, así como el tipo de aparato empleado.
Tabla 6. Posición, fecha y tipo de aparato empleado.
Punto
Fechas
A
25/2/1999 – 25/3/1999
B
9/3/2000 – 4/5/2000
C
30/6/2000 – 26/7/2000
D
6/11/2003 – 11/12/2003
Ubicación
Geográficas
UTM (m)
43º 21’51,60” W
03º 05’02,34” N
43º 22,795’ W
03º 04,595’ N
43º 22,147’ W
03º 6,149’ N
43º 21,963’ W
03º 05,304’ N
X = 493.195
Y = 4.801.365
X = 493.795
Y = 4.803.095
X = 491.695
Y = 4.801.900
X = 492.835
Y = 4.801.560
Aparato
DCM12
DCM12
DCM12
DCM12
Asimismo, se han considerado los datos procedentes del Anuario del Instituto Hidrográfico de
la Marina del año 1992, en el puerto de Bilbao (Portugalete: Punto E, Figura 13: 03º 02’W,
43º 20’N; 497.300 m, 4.797.920 m) para la descripción de la onda de marea en cuanto a
variación de la superficie libre. Las especificaciones técnicas del aparato fondeado se han
descrito en la Tabla 7.
En la Figura 14 se muestra una fotografía del correntímetro Doppler fondeado en el Abra
exterior del Puerto de Bilbao con la misma configuración técnica que la utilizada para todos
los fondeos de instrumental.
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Tabla 7. FICHA: Correntímetros AANDERAA DCM12 (Doppler)
Descripción general: Correntímetro Doppler para uso en aguas costeras, puertos y
estuarios. Mide la velocidad y dirección de la corriente en superficie y a 5
profundidades, la altura de lámina de agua y la altura de ola significante (períodos
mayores de 5 segundos y alturas entre 1 y 10 metros). Los datos pueden enviarse por
cable hasta costa o bien almacenarse en unidades de memoria en estado sólido (DSU
2990). El instrumento se posiciona en el fondo mediante un sistema de fijación
autonivelante.
Especificaciones:
Sensor
Nombre
Rango
Precisión
Velocidad
Doppler
0 -500 cm⋅s-1
2 cm⋅s-1
Dirección
Magnético
0 – 360º
± 5º
Presión
Piezoresitor
0 - 60 m
0,25 % del rango
Figura 13. Localización de los puntos de fondeo de
los correntímetros DCM12 por parte de AZTI, y
del mareógrafo del Instituto Hidrográfico de la
Marina.
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Figura
fondeado
14.
en
Correntímetro
el
Abra
Doppler
exterior
de
DCM12
Bilbao
registrando datos del perfil de la corriente.
4.2.1
Datos de amplitud y fase de la marea
Para una primera aproximación a la descripción de la marea en la zona se dispone de datos
de un mareógrafo instalado por AZTI durante dos períodos de medida de un mes (15/9/1999 –
19/10/1999) en el Puerto de Getxo y también están en libre acceso los datos de mareógrafo
mantenido por Puertos del Estado en Portugalete.
En la Tabla 8 se presentan las componentes armónicas de la marea que aparecen en el Anuario
del Instituto Hidrográfico de la Marina del año 1992. La ubicación del mareógrafo se muestra en
la Figura 13. En la Tabla 9 se presentan las principales constantes armónicas obtenidas
mediante el análisis de la señal de marea medida en el mareógrafo de Portugalete desde julio de
1992 a diciembre de 1996. En la Tabla 10 se muestran los resultados del análisis armónico de
una serie de un mes de datos de altura de superficie libre recopilados por el mareógrafo
instalado por AZTI en el Puerto Deportivo de Getxo. Según estos datos la costa se define como
mesomareal baja durante los períodos de mareas muertas, y de mesomareal alta durante las
épocas de mareas vivas (Hayes, 1989).
Estos datos son congruentes con las descripciones generales de la marea en la zona, en
concreto las componentes semidiurnas representan cerca del 80% de la señal total de
variación de la altura de la superficie libre.
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Tabla 8 Componentes de marea según el Anuario de
mareas del año 1992 publicado por Instituto Hidrográfico
de la Marina para el puerto patrón de Bilbao.
Constituyente
Amplitud (m)
Fase (º)
M2
1,303
95,98
S2
0,498
127,14
N2
0,305
72,49
MM
0,045
52,13
O1
0,066
324,44
K1
0,049
81,92
M4
0,021
358,63
Q1
0,015
299,28
ETA2
0,011
198,15
Tabla 9. Componentes de marea procedentes del análisis
del período de 1992 a diciembre de 1999 (www.puertos.es).
Constituyente
Amplitud (m)
Fase (º)
M2
1,325
91,89
S2
0,464
124,25
N2
0,280
72,30
O1
0,066
324,44
K1
0,071
322,82
P1
0,021
55,95
S1
0,004
69,61
K2
0,132
121,68
La propagación de la marea a lo largo del eje del Abra exterior se traduce en una alteración
significativa de la fase de la marea y en mucho menor medida en cambios en la amplitud de las
ondas mareales. Estos datos se han completado con el estudio bibliográfico de descripciones
generales de la propagación de las diferentes ondas de marea en el golfo de Vizcaya.
En la Figura 15 se puede observar el mapa de isolíneas de igual fase y de igual amplitud de la
onda de marea semidiurna lunar principal M2, que es la que tiene mayor amplitud en el Golfo
de Vizcaya. Los datos representados han sido obtenidos de Andersen et al. (1995), completados
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con los datos de los puertos de Santander, Gijón, Bilbao y Pasajes extraídos del Anuario de
Mareas editados por el Instituto Hidrográfico de la Marina española.
Tabla 10 Resultados del análisis armónico de la altura de
la superficie libre en el Puerto Deportivo de Getxo. Datos
procedentes de un registro de mareas de un mes de
duración.
Constituyente
Amplitud (m)
Fase (º)
M2
1,332
95,05
S2
0,572
121,96
N2
0,246
85,04
MM
0,173
296,92
O1
0,076
323,19
K1
0,052
78,39
M4
0,024
330,09
Q1
0,018
300,12
ETA2
0,013
137,72
En la Figura 16 se presentan los datos de amplitudes y fases de la onda S2, la segunda en
aportación a la variación de la altura de la superficie libre asociada a la marea astronómica, en
el Golfo de Vizcaya. En la Figura 17 se muestran los mapas de igual amplitud e igual fases de la
onda N2, la tercera en importancia en el Golfo de Vizcaya. En ambos casos se han utilizado para
el trazado de estas cartas mareales la misma fuente bibliográfica que para la onda semidiurna
lunar principal M2.
4.2.2
Datos de corrientes
Como datos de corrientes dentro del área de estudio, AZTI dispone de mediciones que han sido
realizadas en la zona interior y exterior del Abra de Bilbao y en la bocana de acceso a la misma.
En la Figura 13 se han marcado con cruces de color rojo los puntos en los que se instalaron los
correntímetros Doppler.
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Figura 15. Mapa de igual fase e igual amplitud de la onda M2 en el
golfo de Vizcaya. Las amplitudes están en centímetros y las fases en
grados sexagesimales. Datos procedentes de Anderson et al. y del
Anuario de Mareas del Instituto Hidrográfico de la Marina española.
En la Tabla 11 se presenta el resumen estadístico por sectores de la rosa de direcciones del
registro de corrientes superficiales medido en el emplazamiento más próximo a la margen
izquierda del Abra exterior del Puerto de Bilbao (Punto A). La duración del registro es de
más de un mes y el correntímetro se mantuvo midiendo la velocidad y la dirección de la
corriente a 6 profundidades diferentes cada 20 minutos. En la tabla se muestra el número de
apariciones de la corriente en cada dirección, la velocidad máxima y media (cm⋅s-1) por
direcciones y la desviación estándar de cada registro. En la Tabla 12 se presenta el resumen
de las corrientes a 4,1 metros de profundidad.
Se puede observar que las direcciones más frecuentes en superficie y a 4,1 m de profundidad
son muy similares aunque, el módulo de la corriente (tanto en cuanto a velocidades máximas
como a medias) es sensiblemente menor a 4,1 m que en superficie (del orden de la tercera
parte en cuanto a velocidades máximas y de la cuarta parte en cuanto a medias).
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Figura 16. Mapa de igual fase e igual amplitud de la onda S2
en el golfo de Vizcaya. Las amplitudes están en centímetros y
las fases en grados sexagesimales. Datos procedentes de
Anderson et al. y del Anuario de Mareas del Instituto
Hidrográfico de la Marina española.
Figura 17. Mapa de igual fase e igual amplitud de la onda
N2 en el golfo de Vizcaya. Las amplitudes están en
centímetros y las fases en grados sexagesimales. Datos
procedentes de Anderson et al. y del Anuario de Mareas
del Instituto Hidrográfico de la Marina española.
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Tabla 11. Resumen estadístico de las direcciones e intensidades de la corriente superficial
(Punto A).
Dirección (º)
Nº medidas
%
V. Max (cm⋅s-1)
V. Media(cm⋅s-1)
STD
0-45 (NNE)
135
6,47
74
41,9
24,5
45-90 (ENE)
327
15,66
81
52,6
20,3
90-135 (ESE)
513
24,57
80
50,6
20,9
135-180 (SSE)
245
11,73
84
40,5
23,9
180-225 (SSW)
170
8,14
82
43,0
21,8
225-270 (WSW)
102
4,89
89
31,8
27,2
270-315 (WNW)
265
12,69
88
43,1
23,2
315-360 (NNW)
330
15,80
85
41,0
22,4
Tabla 12 Resumen estadístico direcciones e intensidades de la corriente a 4,1
metros de la superficie (Punto A).
Dirección (º)
Nº medidas
%
V. Max (cm⋅s-1)
V. Media (cm⋅s-1)
STD
0-45 (NNE)
111
5,32
26
9,6
6,4
45-90 (ENE)
298
14,27
36
14,6
8,7
90-135 (ESE)
512
24,52
41
14,4
8,5
135-180 (SSE)
284
13,60
41
13,5
9,6
180-225 (SSW)
179
8,57
31
10,3
8,3
225-270 (WSW)
172
8,24
31
9,0
7,5
270-315 (WNW)
291
13,94
35
12,2
7,8
315-360 (NNW)
240
11,49
32
11,5
7,2
Tabla 13. Resumen estadístico de las direcciones e intensidades de la corriente
superficial (Punto B).
Dirección (º)
Nº medidas
%
V. Max (cm⋅s-1)
V. Media(cm⋅s-1)
STD
0-45 (NNE)
242
6,96
65
36,2
13,6
45-90 (ENE)
529
15,21
98
47,5
18,8
90-135 (ESE)
906
26,06
117
59,1
20,8
135-180 (SSE)
189
5,44
100
37,5
20,2
180-225 (SSW)
168
4,83
60
32,3
15,0
225-270 (WSW)
247
7,10
91
43,6
18,7
270-315 (WNW)
915
26,32
111
55,2
18,7
315-360 (NNW)
281
8,08
73
38,4
16,6
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Tabla 14. Resumen estadístico de las direcciones e intensidades de la corriente a 4,5 m
(Punto B).
Dirección (º)
Nº medidas
%
V. Max (cm⋅s-1)
V. Media(cm⋅s-1)
STD
0-45 (NNE)
231
6,64
35
10,5
6,7
45-90 (ENE)
571
16,42
57
17,7
9,6
90-135 (ESE)
903
25,97
58
21,1
10,7
135-180 (SSE)
171
4,92
34
19,5
6,9
180-225 (SSW)
169
4,86
24
17,9
5,8
225-270 (WSW)
299
8,60
45
13,2
8,8
270-315 (WNW)
809
23,27
53
18,4
9,2
315-360 (NNW)
324
9,32
36
12,6
7,9
En la Tabla 13 se presenta el resumen estadístico por sectores de las direcciones del registro
de corrientes superficiales medidas en las proximidades de la bocana de entrada al Abra
exterior del Puerto de Bilbao (Punto B). La duración del registro fue de un mes y el
correntímetro se mantuvo midiendo la velocidad y la dirección de la corriente a 6
profundidades diferentes cada 20 minutos. En la Tabla 14 está el resumen de las corrientes a
4,5 metros de profundidad.
En la Figura 18 se muestra el registro del módulo de la velocidad y de la dirección de la
corriente en superficie. Las velocidades máximas superficiales son especialmente altas, por
encima de los 70 cm⋅s-1 y ocasionalmente en algunas de las direcciones de más de 1 m⋅s-1 (en
el Punto B). En cuanto a velocidades medias durante los períodos de los registros, éstas han
sido superiores a 30 cm⋅s-1 en todos los casos. En la Figura 19 se muestran las hodógrafas o
vectores progresivos calculados a partir de las medidas de corriente en superficie en los
puntos A y B, mientras que en la Figura 20 se muestran los correspondientes registros de
variaciones de la superficie libre.
Se muestran también los valores de los parámetros que definen las elipses de marea
calculadas a partir del análisis armónico de la corriente medida en el Abra exterior del
Puerto de Bilbao (Punto A). En la Tabla 15 se presentan los resultados, en forma de semieje
mayor de la elipse de marea (en cm⋅s-1), semieje menor de la elipse (en cm⋅s-1), fase e
inclinación (ambas en grados sexagesimales), en la superficie.
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Figura 18. Módulo y dirección de la corriente en superficie, en los fondeos del punto A
(imagen superior) y del punto B (imagen inferior).
Tabla 15. Análisis armónico de la corriente en superficie.
Constituyente
Semieje mayor (cm.s-1) Semieje menor (cm.s-1)
Fase (º)
Inclinación(º)
Z0
35,870
0
0
173,5
M2
1,496
0,577
134,8
138,5
S2
3,277
0,975
259,9
90,2
N2
2,572
0,795
6,30
165,5
Q1
5,316
-3,45º
274,7
139,4
O1
2,755
1,659
270,9
93,1
K2
0,653
0,163
253,7
69,2
Se observa que la suma de los valores de los semiejes mayores de las elipses de marea de las
principales componentes de la marea astronómica (exceptuando la componente estacionaria
Z0) es notablemente inferior a los rangos de las corrientes superficiales medidas en la zona,
lo cual indica que, el efecto primordial en cuanto a generación de corrientes superficiales es el
de arrastre tangencial del viento.
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Figura 19. Hodógrafas de las corrientes en superficie, en los fondeos del punto A (imagen de la izquierda) y del punto B (imagen de la
derecha).
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(a)
(b)
Figura 20. Ondas de marea en los fondeos del punto A (a) durante el mes de marzo del 1999, y del punto B (b) durante los meses de marzo y
abril del 2000.
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Estos resultados encajan perfectamente con los patrones generales de la corriente marina en
la costa cantábrica y son perfectamente comparables con otros registros de corrientes en
emplazamientos costeros de mar abierto y estuáricos de las costas del País Vasco.
En el caso del fondeo situado en el Punto C de la Figura 13, la duración del registro es de
aproximadamente un mes y el correntímetro se mantuvo midiendo la velocidad y la dirección
de la corriente a 6 profundidades cada 20 minutos, así como la presión (equivalente a la
altura de la superficie libre). El punto se sitúa en la margen izquierda del Abra exterior del
Puerto de Bilbao. En laFigura 21 (a) se han dibujado los registros del módulo y dirección de
la velocidad de la corriente marina en superficie. En la Figura 21 (b) se muestra la hodógrafa
o vector progresivo calculado a partir de las medidas de corriente en superficie.
Figura 21. Módulo y dirección de la corriente (a) y hodógrafa (b) en
superficie, en el fondeo del punto C.
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En cada una de las siguientes tablas se muestra el número de apariciones de a corriente
en cada dirección, la velocidad máxima y la velocidad media (en cm⋅s-1) y la desviación
estándar del módulo de la velocidad de la corriente.
En la Tabla 16 se presenta el resumen de las corrientes en superficie mientras que en la
Tabla 17 el de las corrientes a 5 metros de profundidad. En la Figura 22 se muestra el
registro de alturas de la superficie libre medido por el sensor de presión instalado en el
correntímetro en el punto C.
Tabla 16. Resumen estadístico de las direcciones e intensidades de la corriente
superficial (Punto C).
Dirección (º)
Nº medidas
%
V. Max (cm⋅s-1)
V. Media (cm⋅s-1)
STD
0-45 (NNE)
190
11,47
78
36,5
17,6
45-90 (ENE)
260
15,70
81
37,7
16,2
90-135 (ESE)
375
22,64
78
41,1
14,7
135-180 (SSE)
121
7,31
60
30,4
13,7
180-225 (SSW)
97
5,86
82
35,0
17,5
225-270 (WSW)
294
17,75
92
49,7
19,5
270-315 (WNW)
248
14,98
73
39,3
17,1
315-360 (NNW)
71
4,29
43
19,6
11,3
Tabla 17. Resumen estadístico de las direcciones e intensidades de la corriente a 5 m
(Punto C).
Dirección (º)
Nº medidas
%
V. Max (cm⋅s-1)
V. Media (cm⋅s-1)
STD
0-45 (NNE)
220
13,29
35
12,3
8,2
45-90 (ENE)
262
15,82
34
13,1
7,1
90-135 (ESE)
200
12,08
29
12,6
6,8
135-180 (SSE)
134
8,09
27
10,3
6,4
180-225 (SSW)
155
9,36
43
12,8
7,3
225-270 (WSW)
287
17,33
44
12,3
8,2
270-315 (WNW)
250
15,10
31
9,8
6,0
315-360 (NNW)
148
8,94
34
9,8
6,6
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Figura 22. Registro de alturas de la superficie
libre medido por el Doppler situado en el punto
C, durante el mes de julio de 2000.
Las medidas de corrientes registradas son congruentes con las descripciones de la corriente
en la zona y con otros datos procedentes de correntímetros y mareógrafos instalados por
AZTI en las proximidades del Abra del Puerto de Bilbao y en diversos enclaves de
características oceanográficas similares de la costa vasca. Por este motivo los registros de la
dirección de la corriente tienen una mayor variabilidad en las profundidades intermedias ya
que la corriente describe en cada ciclo de marea una elipse casi cerrada mientras que, en la
superficie el efecto de arrastre del viento mantiene de forma más constante durante los
períodos en los que sopla en una dirección estable la corriente siguiendo una línea más
sostenida. A su vez, se puede constatar en los resúmenes estadísticos como el módulo de la
velocidad de la corriente disminuye al acercarnos al fondo de forma sustancial. Esto es debido
a que la capa superficial de agua está sometida a la acción del viento, que en superficie
origina corrientes importantes cuyo módulo disminuye al acercarnos al fondo a la par que la
dirección de la corriente gira.
En cuanto al fondeo realizado en el Punto D de la Figura 13, la duración del registro es de
aproximadamente un mes y el correntímetro se mantuvo midiendo la velocidad y la dirección
de la corriente a 6 profundidades diferentes cada 20 minutos. El punto se sitúa en el exterior
del Abra del Puerto de Bilbao.
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En la Figura 23 (a) se han dibujado los registros del módulo y dirección de la velocidad de la
corriente marina en superficie. En la Figura 23 (b) se muestra la hodógrafa calculada a partir
de las medidas de corriente en superficie. En la Tabla 18 está el resumen de las corrientes
superficiales, mientras que en la Figura 24 se representa el registro de la variación de los
niveles de la superficie libre medido por el Doppler situado en el punto D.
Tabla 18. Resumen estadístico de las direcciones e intensidades de la corriente
superficial (Punto D).
Dirección (º)
Nº medidas
%
V. Max (cm⋅s-1)
0-45 (NNE)
423
16,78
71
41,2
19,5
45-90 (ENE)
380
15,07
87
43,0
21,5
90-135 (ESE)
299
11,86
77
45,3
19,2
135-180 (SSE)
46
1,82
65
33,2
19,4
180-225 (SSW)
41
1,63
64
29,2
14,6
225-270 (WSW)
57
2,26
69
29,0
20,6
270-315 (WNW)
764
30,31
78
45,3
17,1
315-360 (NNW)
510
20,23
86
42,0
19,8
V. Media cm⋅s-1) STD
En la Tabla 19 se exponen, de forma resumida, las medidas de las corrientes superficiales
(dirección más frecuente, y velocidades media y máxima) en los cuatro puntos donde se
fondearon los correntímetros, mientras que en la Figura 25 se representan las hodógrafas
que dan estas medidas.
Tabla 19. Resumen de las corrientes más frecuentes obtenidas en superficie por los
registros de los correntímetros en los cuatro puntos de medición.
Punto Período de fondeo Dir. más frecuentes Vel media (cm·s-1) Vel Max (cm·s-1)
A
25/2/99 – 25/3/99
B
9/3/00 – 4/5/00
C
30/6/00 – 26/7/00
D
6/11/03 – 11/12/03
ATM2005180
E (40,23%)
NNW (15,80%)
E (41,27%)
WNW (26,32%)
E (38,34%)
W (32,73%)
NE (31,85%)
NW (50,54%)
35/74
51
41
55
55
40
45
42
44
81
85
117
111
81
92
86
81
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(a)
(b)
Figura 23. Módulo y dirección de la corriente (a) y hodógrafa (b) en
superficie, en el punto D.
4.3 Recopilación de datos de climatología
El País Vasco se sitúa en las latitudes medias de la parte nor-occidental del Océano
Atlántico. Sin embargo, es conocido que su clima esta influenciado por la Corriente del Golfo
y los vientos atmosféricos del oeste, en la mediana y alta troposfera, y por ello, la
temperatura media anual es mayor de 10 ºC.
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Figura 24. Registro de alturas de la
superficie libre medido por el Doppler
situado en el punto D, durante los
meses de noviembre y diciembre de
2003.
9/3 – 4/5 1999
3/7 – 26/7 2000
6/11 – 11/12 2003
25/2 – 25/3 1999
Figura 25. Hodógrafas de las corrientes superficiales calculadas en los
puntos donde se fondearon los correntímetros.
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Todos los meses de invierno tienen temperaturas medias mayores de 3 ºC. Cuatro meses
presentan temperaturas medias superiores a 10º C y todos los meses presentan medias
inferiores a 22 ºC. El clima es temperado, oceánico, con inviernos moderados y veranos
cálidos. El clima es lluvioso, con más de 1.500 mm de precipitaciones cada año.
Las precipitaciones ocurren normalmente durante todo el año, y el mes más seco presenta
una tercera parte de las precipitaciones del mes más lluvioso (más de 30 mm). Por lo tanto,
según la clasificación de Koppen, el área está asociada con un clima de tipo Cfb (marino
costero occidental suave). (Borja, A., Collins, M., 2004). En la Figura 26 se muestra la
precipitación media en el País Vasco obtenida a partir de los registros desde 1961 hasta 1990.
En la Figura 27 aparece la temperatura media superficial obtenida con los datos desde 1961
hasta 1990.
Figura 26. Precipitación media (mm) en el País Vasco
entre los años 1961 y 1990.
Figura 27. Temperatura media superficial del aire (ºC)
entre 1961 y 1990.
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En la franja litoral del País Vasco una de las estaciones meteorológicas que cuentan con
registros de viento de mayor duración es la del Monte Igueldo en San Sebastián. Estos datos
se emplearán para definir en líneas generales la distribución de vientos en un ámbito más
amplio que la zona de estudio.
El viento, medido en la estación del monte Igueldo (Donostia-San Sebastián) presenta una
velocidad media anual de 18 km⋅h-1. Existen numerosos días de calma, aunque entre los años
1940 y 1992 se han registrado vientos de intensidad superior a 140 km⋅h-1. En la Figura 28
(a) la distribución de las direcciones muestra que los vientos soplan principalmente del
noroeste y del sur, con un 27,5% de calma. Sin embargo, la distribución de los vientos es muy
diferente en cada estación: la Figura 28 (b) y la (c) muestran que los vientos del sur son
menos frecuentes durante el período marzo-agosto que en julio-diciembre. En otoño e
invierno, los vientos del noroeste son más débiles que en primavera y verano, y raramente
alcanzan o superan los 130 km⋅h-1. Sin embargo, los vientos del sur en invierno soplan
frecuentemente por encima de los 160 km⋅h-1 (Borja, A., Collins, M., 2004).
Figura 28. Rosas de los vientos medios anuales de los
años
2002
y
2003
registrados
por
la
estación
meteorológica en Bilbao (red REMPOR)
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Puertos del Estado dispone de una red de medida meteorológica (REMPOR) que consta de 30
estaciones instaladas en 21 Autoridades Portuarias. Todas ellas disponen de sensores de
viento, presión, temperatura, humedad relativa y precipitación. La ubicación y las
características de la estación en el Puerto de Bilbao se muestran en la Figura 29. La altura
del anemómetro se sitúa a 30 m sobre la superficie del mar.
En la Figura 30 se muestran las rosas de dirección de procedencia y de intensidad de los
vientos medios anuales registrados en los años 2002 y 2003 por la estación meteorológica de
Puertos del Estado. En la Figura 31 aparecen las tablas de frecuencias de los vientos en
función de su velocidad y dirección, en los años 2002 y 2003.
Se observa que las direcciones dominantes de procedencia de los vientos están en los sectores
definidos por las direcciones NW-W y SSW-SE. En particular, para los vientos procedentes
del SSE, W y SE, las velocidades medias más comunes están entre 2 y 5 m·s-1 (de 7,2 a 18
km⋅h-1), mientras que para los vientos procedentes del SSW y WNW las velocidades más
frecuentes se sitúan por encima de 9 m·s-1 (32,4 km⋅h-1).
Figura 29. Ubicación y características de la estación meteorológica de Bilbao (red
REMPOR, www.puertos.es).
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2002
2003
Figura 30. Rosas de los vientos medios anuales de los años 2002 y 2003 registrados por la
estación meteorológica en Bilbao (red REMPOR).
Figura 31. Tablas direccionales anuales de las velocidades medias del viento de los años
2002 y 2003 registradas por la estación meteorológica en Bilbao (red REMPOR).
El balance térmico y el hidrológico entre la atmósfera y el océano están relacionados con los
factores climatológicos, entre los cuales cabe destacar la precipitación, la temperatura del
aire, la circulación oceánica, el viento y el efecto “Foehn”. Este balance actúa sobre las aguas
superficiales y sub-superficiales, que constituyen las principales masas de agua de la
plataforma continental (Borja, A., Collins, M., 2004).
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Las relaciones entre las variables climáticas e hidrográficas han sido profusamente
estudiadas en la costa vasca (Valencia, 1993; Valencia et al., 1996; Borja et al., 2000). En
cuanto a la temperatura, se ha observado que la temperatura media de los primeros 100
metros de la columna de agua está correlacionada con la temperatura del aire (α< 0,01),
aunque el máximo de la correlación se alcanza si se consideran los valores de las
temperaturas del agua de la plataforma continental durante los dos o tres meses posteriores.
Por lo tanto, la temperatura del agua está relacionada con las condiciones climáticas de los
meses anteriores.
La insolación de invierno y primavera tiene una influencia decisiva sobre el calentamiento de
la columna de agua, mientras que los factores relacionados con el balance entre la
evaporación y la condensación (presión de vapor y humedad relativa) son predominantes en
verano y otoño (Borja et al., 2000). A latitudes entorno a los 45º N, el ciclo térmico de las
capas superiores de la columna de agua comienza con un mínimo de la temperatura del agua
durante el invierno, debido a la temperatura del aire y a los efectos de mezcla turbulenta que
tienden a homogenizar la columna de agua. En la plataforma continental puede verificarse
un aumento del enfriamiento debido a las bajas temperaturas atmosféricas y a lo aportes de
los ríos.
Además, otros efectos dinámicos, asociados con la advección de las masas de agua, afectan al
balance térmico y salino. La turbulencia provoca un descenso de la temperatura de las aguas
sub-superficiales. Los vientos del oeste producen hundimiento (downwelling) en la costa
vasca (Borja et al., 1996). Los vientos del noreste que producen afloramiento (upwelling) no
actúan el tiempo suficiente para causar un enfriamiento de las aguas, pero provocan el
ascenso de la termoclina y una reducción de la temperatura de la columna de agua.
En cuanto a tendencias temporales, en el período 1947-1997 se aprecia una tendencia
decreciente en la temperatura media anual del mar en superficie en Donostia; esto es debido
a que a finales de los 40 y de los 60 se dieron temperaturas muy altas. Sin embargo, desde
comienzos de los 70 se aprecia una tendencia creciente, lo cual parece más relacionado con la
suavidad de las temperaturas invernales que con altas temperaturas estivales (Borja, A.,
Collins, M., 2004).
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4.4 Recopilación de datos hidrográficos
4.4.1
Datos de temperatura del mar
El estuario del río Nervión es el más grande de la costa vasca, y le corresponde un volumen
de 200·106 m3 (debido a la diferencia entre los niveles de la bajamar y de la pleamar medias),
una longitud de 22 Km, y un área de 1,755 km2. Asimismo el río Nervión es el más caudaloso
de la región (caudal medio de aproximadamente 36 m3⋅s-1)
La Ría y el Abra de Bilbao constituyen uno de los sistemas estuarinos del País Vasco más
profusamente estudiados. Sobre la zona existen numerosos estudios de diferente ámbito y
extensión espacial y temporal, desde trabajos puntuales hasta estudios continuados de
vigilancia o monitoring sobre la evolución de la calidad de las aguas. Estos estudios han sido
promovidos por distintas instituciones y en la realización de buena parte de los mismos ha
participado AZTI.
A pesar de la profusión de trabajos se ha preferido limitar el alcance de la recopilación de datos
a aquellos que han sido obtenidos mediante un método de suficiente exactitud y precisión, tanto
para la temperatura como para la profundidad a la que se asigna cada registro. También se ha
tenido en cuenta que en el formato elaborado tuvieran una resolución de 1 metro en la
profundidad o que, esta resolución pudiera obtenerse a partir de su formato original.
La totalidad de los datos que cumplían estos requisitos corresponden a perfiles realizados
mediante un CTD Sea Bird SBE-25 equipado cuyo sensor de temperatura presenta una
resolución nominal de 0,0003° C y una precisión garantizada de 0,01° C. Este CTD adquiere
hasta 8 datos por segundo de cada uno de los sensores de los que está dotado. En configuración
normal, promedia internamente grupos de 4 resultados almacenando 2 valores medios para
cada segundo. Con esta configuración y a una tasa de descenso de 50 cm·s-1 se aseguran 4 datos
de cada parámetro para cada metro de la columna de agua lo que supone una resolución vertical
netamente inferior al metro.
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Los datos corresponden al periodo comprendido entre febrero de 1993 y marzo del 2000. La
distribución de los perfiles por meses y años se presenta en la Tabla 20. En muchos casos se
disponía de un mayor número de perfiles para la misma fecha (hasta 13 estaciones en el caso de
los datos procedentes de Plan de Vigilancia de las Obras de Ampliación del Puerto de Bilbao)
pero, en general, las diferencias espaciales resultaron poco significativas frente a las diferencias
temporales. Por esto se ha preferido utilizar perfiles singulares de una estación en lugar de
promedios de grupos de estaciones que, en algunos casos, se traducen en una pérdida de la
discriminación vertical de los perfiles individualizados.
En este sentido, la mayoría de los datos corresponden al punto de muestreo situado en 43° 21,41’
N y 03° 03,52’ W (495.246 m; 4.800.531 m; Figura 32). Este punto puede considerarse centrado
en el Abra Exterior. La pluma del Nervión afecta a este punto con poca frecuencia y baja
intensidad y puede considerarse representativo de las aguas centrales y de la margen izquierda,
más afectadas por la entrada de aguas costeras durante la pleamar.
Así pues se ha procedido a:
¾
Recopilar datos previos, preferentemente de perfiles completos de temperatura entre
superficie y 25 metros de profundidad.
¾
Normalizar los resultados, homogeneizando la resolución vertical de los datos en
intervalos de 1 metro de profundidad.
¾
Tratamiento numérico de los perfiles obtenidos.
Los datos de distribución de temperatura, como los de otras variables, obtenidos en un estuario
del tipo del Abra de Bilbao deben observarse en un contexto de gran variabilidad espaciotemporal.
En el aspecto temporal se pueden considerar rangos de variabilidad de distinta frecuencia,
desde los ciclos de marea, con todas las variantes de los principales armónicos, hasta las
variaciones estacionales o los ciclos anuales. Adicionalmente, para cada combinación de este
grupo de factores, que podrían denominarse intrínsecos, se tiene una amplia gama de
situaciones definidas por factores externos, tales como el caudal del río, los vientos, etc., que dan
lugar a un abanico prácticamente ilimitado de combinaciones.
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Por otra parte, a cada una de las situaciones temporales definidas anteriormente le corresponde
una distribución espacial en la que cada segmento del estuario presenta características
determinadas. A corto plazo, estas características aparecen desplazándose a lo largo del estuario
en un sentido u otro, dependiendo de que la marea se encuentre en fase llenante o en fase
vaciante, y con una intensidad que depende de la amplitud de la marea (de forma simplificada,
mareas vivas o muertas).
Figura 32. Ubicación del punto de muestreo de la
temperatura en el Abra exterior de Bilbao.
Tabla 20. Distribución temporal, por años y meses, de los perfiles de temperatura
considerados en el presente trabajo.
Mes/Año
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
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1993
1994
1995
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1996
1
1
2
2
1
1
1
1
1
45/74
1997
2
1
2
2
2
1
1
1
2
3
1
1998
1
2
2
1
2
1
1999
1
1
1
1
1
1
1
2000
1
1
2
Total
5
9
9
5
6
3
1
3
7
4
4
3
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En el Abra Exterior, como parte final del estuario suficientemente profunda e influenciada por
el agua costera adyacente, las variaciones señaladas pueden aparecer amortiguadas en buen
número de las situaciones descritas. Por otra parte, un porcentaje elevado de la variabilidad se
concentra en las capas más superficiales. De todas formas, aunque el rango de situaciones, y
consecuentemente el rango numérico de las variables, sea más reducido, la variabilidad relativa
sigue siendo elevada en el extremo final del estuario.
Como consecuencia de la salida de las aguas del Nervión, a lo largo de todo el año se registra
una cierta estratificación salina que marca la dualidad entre las aguas de superficie y las de
fondo. Esta estratificación resulta más notoria en las aguas más directamente influenciadas por
la pluma del Nervión, definiendo la dualidad entre la margen derecha, más frecuente e
intensamente afectada, y la margen izquierda. Por otra parte, la temperatura es el principal
factor de la estratificación estival y acentúa la dualidad entre superficie y fondo. En la costa
vasca y, por extensión en el Abra Exterior como estuario abierto y fuertemente influenciado por
las aguas costeras, la temperatura de superficie describe un ciclo anual con valores
perfectamente correlacionados con la temperatura atmosférica. Esta correlación pierde
significación y muestra un notable desplazamiento cuando se considera la temperatura media
de un espesor suficiente de la columna de agua o la temperatura de fondo en zonas
suficientemente profundas.
La profundidad, comprendida entre 20 y 30 metros para la mayor parte del Abra Exterior, es
suficiente para que la termoclina aparezca bien definida a lo largo de casi todo el periodo
comprendido entre la primavera y el otoño. La profundidad de inmersión de la termoclina
depende de la progresión del calentamiento de las capas de agua superficiales pero también del
transporte de aguas en la zona costera adyacente y de su influencia en la circulación estuarina.
Con vientos del sur y del este se activa la circulación estuarina y las aguas superficiales tienden
a separarse de la costa mientras que aguas más profundas se acercan a la costa y se elevan,
siguiendo el mecanismo de afloramiento o upwelling. Las aguas afloradas, más frías y saladas,
penetran en el estuario con la marea y ocupan los niveles próximos al fondo dando lugar a una
elevación de la termoclina y a una intensificación de los gradientes entre las capas
estratificadas.
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Recíprocamente, los vientos del norte y del oeste frenan la circulación de las aguas superficiales
del estuario y tienden a acumular las aguas superficiales contra la costa. Esto provoca un
hundimiento o downwelling, que profundiza el nivel de inmersión de la termoclina y suaviza los
gradientes de la estratificación. Debido a este proceso, resulta relativamente frecuente que, en
agosto y septiembre, todo el espesor de columna de agua en el Abra exterior esté ocupado por
aguas calientes, de modo que la temperatura media de una columna de más de 25 metros de
profundidad puede llegar a superar los 21°C.
En estas condiciones de hundimiento, toda la masa de agua contenida en el Abra exterior
presenta propiedades muy similares a las de las aguas costeras de superficie. Sin embargo,
incluso en estos casos se mantiene una ligera estratificación salina y gradientes horizontales que
marcan, tanto en superficie como en fondo, los diferentes grados de mezcla entre las aguas
costeras que penetran en el estuario y las aguas, con mayor componente fluvial, aportadas desde
el Abra interior y la ría.
Así pues, aunque siempre pueden establecerse diferencias locales, en el Abra exterior pueden
definirse tres situaciones hidrográficas fundamentales:
¾
Homogeneización en época fría. Se registra desde finales del otoño hasta bien entrada la
primavera. La temperatura de homogeneización oscila normalmente entre 12° y 15°C y
puede darse una inversión térmica en superficie debido a que en esa época las aguas
continentales son más frías que las aguas costeras. Los principales gradientes verticales
se concentran en la capa más superficial ligados a la diferencia de salinidad.
¾
Estratificación térmica. Se registra desde la primavera hasta finales del otoño. La
temperatura de superficie progresa desde 14° ó 15°C hasta valores que pueden superar
los 23°C. La temperatura en el nivel de fondo puede variar, dependiendo de las
condiciones y las fechas, entre 13° y 18°C. La profundidad de inmersión de la termoclina
progresa normalmente con la temperatura de superficie pero se encuentra modulada
por el balance entre situaciones de afloramiento y hundimiento. Los gradientes
verticales se asocian a las diferencias de salinidad (casi siempre concentradas en la
proximidad de la superficie) y a los cambios de temperatura alrededor de la termoclina
(de profundidad más variable). Cuando ambos coinciden en un intervalo de profundidad
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reducido, se crea un gradiente de densidad máximo y se registran las mayores
diferencias entre las aguas situadas por encima y por debajo de la termoclina.
¾
Homogeneidad en época cálida. Se registra en el verano avanzado o en las primeras
semanas del otoño y se encuentra más relacionada con el predominio del hundimiento
que con el balance térmico. Para discriminar los rangos de temperatura propuestos, se
considera esta situación cuando la temperatura de la columna de agua es sensiblemente
homogénea y el valor en el nivel de fondo supera los 18°C. Situaciones de homogeneidad
con
temperaturas
inferiores
pueden
considerarse
como
antecedentes
de
la
homogeneización invernal, hacia la que evolucionan por enfriamiento e incremento de la
mezcla vertical turbulenta. Por el contrario, a partir de la homogeneidad con altas
temperaturas puede regenerarse una situación de estratificación, asimilable a la
típicamente estival, por cambio en el balance entre afloramiento y hundimiento.
Además de la amplitud y el estado de la marea, otros aspectos dinámicos también son
importantes respecto a la distribución general de la temperatura. Así, la agitación general por el
oleaje tiende a reducir los gradientes, especialmente los verticales, mientras que la acción del
viento sobre la superficie, en especial sobre la pluma de descarga del Nervión, puede difuminar
gradientes por dispersión o, por el contrario, crear frentes con fuertes gradientes locales por
acumulación.
Los datos de los 59 perfiles se han distribuido por meses. Para cada mes y metro de
profundidad se ha calculado el valor medio y la desviación estándar con el fin de obtener un
perfil representativo de la situación térmica. En los casos en que se dispone de varios perfiles
para el mismo mes se ha observado que las diferencias en la fecha de muestreo resultan
menos importantes que la variabilidad interanual general. Por esto no se ha considerado
necesario realizar una interpolación de resultados ni otros cálculos o modificaciones de los
datos originales encaminados a la construcción de una serie temporal en el sentido más
estricto del término.
Además de la amplitud y el estado de la marea, otros aspectos también son importantes
respecto a la distribución general de la temperatura. Así, la agitación general por el oleaje
tiende a reducir los gradientes, especialmente los verticales, mientras que la acción del
viento sobre la superficie, en especial sobre la pluma de descarga del Nervión, puede
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difuminar gradientes por dispersión o, por el contrario, crear gradientes locales por
acumulación.
Otro aspecto, relacionado con la influencia de la pluma del Nervión en la temperatura, es que
las aguas superficiales parcialmente desaladas resultan más calientes que las aguas marinas
en verano, mientras en invierno se produce el efecto contrario, dando lugar a ligeras
inversiones térmicas que rompen la habitual tendencia decreciente de la temperatura con el
incremento de profundidad.
En todo caso, estos factores no alteran sustancialmente la temperatura de las aguas más
profundas y puede mantenerse lo señalado acerca de las diferencias espaciales son menos
importantes que las temporales. Así pues, en la Tabla 21 se resumen los resultados obtenidos
para los doce meses del año. Para cada uno se presentan los valores medios a cada
profundidad y la desviación estándar correspondiente. También se presenta la temperatura
media de la columna de agua de 25 metros que se ha considerado en cada mes y su
correspondiente desviación.
Los datos correspondientes al mes de julio están basados en el único perfil disponible para
ese periodo mensual en los términos y requisitos planteados. Por otra parte, puede
considerarse atípico, más por la distribución vertical de la temperatura que por el valor
medio de ésta en la columna de agua.
Con la citada excepción, los valores más elevados de la desviación estándar, tanto por niveles
como para el perfil promedio, corresponden a los meses en los que la estratificación
representa un factor de fuerte variabilidad. Aparte de esto, la variabilidad interanual se
manifiesta especialmente en las épocas de cambios más rápidos e irregulares en el
calentamiento o enfriamiento de las aguas, como la primavera y el otoño. En este sentido, los
valores de la desviación estándar por niveles de abril y noviembre resultan relativamente
elevados en comparación con la homogeneidad vertical de la columna de agua. Algo similar
puede aplicarse al mes de junio, que marca la transición entre primavera y verano y el
establecimiento de una situación de mayor estabilidad y estratificación.
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A pesar de las reservas que puedan derivarse de la distribución por años y meses de los
perfiles considerados y de la repercusión que la mencionada variabilidad interanual tiene
sobre los valores medios obtenidos, éstos reproducen con fidelidad el ciclo térmico anual en
las aguas de la costa vasca:
El mínimo de temperatura superficial, con la excepción de valores puntuales asociados a
condiciones meteorológicas especiales y a la influencia de las aguas de baja salinidad, se
registra en febrero. Igualmente, hasta latitudes superiores a 45° N en las que se da un
desplazamiento hacia marzo, es en febrero cuando se registra la mínima temperatura de la
columna de agua en la capa de mezcla vertical.
El máximo se registra en agosto. Dependiendo del espesor de agua considerado y de la
profundidad de inmersión de la termoclina, también en este mes se registra el mayor
contenido térmico, y consecuentemente la temperatura media más elevada.
Con los mismos condicionantes anteriores, el retardo en la progresión vertical del
calentamiento (por difusión y mezcla vertical o advección) hasta los niveles más profundos,
hace que las temperaturas máximas de las aguas sub-superficiales (en el presente caso en el
nivel de fondo) se registren en otoño cuando la temperatura de superficie ha descendido
notablemente.
4.4.2
Datos de salinidad del mar
A lo largo del estuario del Nervión se aprecia, como es lógico, un incremento de la salinidad
en superficie hacia la zona interior (ver Figura 33). En el Abra exterior (kilómetro 18,5 desde
el límite interior de la marea), la salinidad media en superficie es de 30 USP
aproximadamente. En esta zona raramente se detectan salinidades inferiores a 25 USP.
Hacia el interior disminuyen tanto los valores medios como los valores extremos. Así, en la
zona media del estuario (Rontegi), la salinidad media en superficie es de 10,5 USP y
raramente se miden valores superiores a 20 USP. Finalmente, en la zona interior (Arriaga)
la salinidad media en superficie es de 2,4 USP, nunca aparecen valores superiores a 9 USP y
es bastante frecuente la presencia de masas de agua oligohalinas (< 5 USP).
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En fondo, sin embargo, los valores medios de salinidad son claramente superiores e incluso
en la zona interior la salinidad media es superior a 25 USP. En todo el estuario se suele
apreciar una clara estratificación de las masas de agua, muy intensa en la zona interior y
Abra interior
Puente
Colgante
Deusto
25
20
15
Arriaga
SALINIDAD (USP)
30
Axpe
Zorroza
35
Rontegi
40
Abra exterior
que va disminuyendo hacia el Abra.
10
5
0
0
5
10
15
20
Distancia desde el límite de marea (km)
Figura 33. Distribución de la salinidad (USP) en las aguas de superficie del
estuario del Nervión. Se presentan los valores medios para el periodo 19902002, el máximo y el mínimo (valores extremos de los corchetes) y los
percentiles 10 y 90 (cuadrados negros). Gráfica elaborada a partir de datos
procedentes de 118 campañas de muestreo llevadas a cabo por el Consorcio
de Aguas Bilbao Bizkaia.
4.4.3
Datos de densidad del mar
A través de los datos registrados mediante un CTD SEABIRD SBE-25 durante el periodo
comprendido entre julio de 2003 y diciembre de 2005, en la zona del Abra exterior, se ha
representado el perfil de la densidad en la columna de agua (expresada como σT=ρ-1.000 en
kg⋅m-3) para los meses de enero, marzo, junio y noviembre de 2004 (ver Figura 34 y Figura
35).
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Tabla 21. Temperaturas medias y desviaciones estándar calculadas a partir de los perfiles hidrográficos a lo largo del año en el Abra exterior.
MES
enero
febrero
marzo
abril
mayo
junio
julio
agosto
septiembre
octubre
noviembre
diciembre
prof,
media
S,D,
media
S,D,
media
S,D,
media
S,D,
media
S,D,
media
S,D,
media
S,D,
media
S,D,
media
S,D,
media
S,D,
media
S,D,
media
S,D,
sup,
12,73
0,52
12,35
0,62
13,06
0,43
13,86
1,01
15,17
0,89
18,17
0,34
18,10
--
20,93
1,15
20,32
1,16
17,81
0,99
16,39
1,00
13,61
0,39
2
12,74
0,51
12,39
0,64
13,07
0,40
13,79
0,87
15,02
0,78
17,79
0,80
18,07
--
20,92
1,16
20,28
1,18
17,81
1,00
16,39
1,00
13,61
0,39
3
12,74
0,51
12,44
0,59
13,08
0,37
13,73
0,83
14,89
0,69
17,70
0,86
18,02
--
20,91
1,16
20,22
1,21
17,81
1,00
16,40
1,00
13,61
0,39
4
12,74
0,50
12,46
0,55
13,07
0,35
13,64
0,85
14,76
0,60
17,59
1,01
18,02
--
20,90
1,17
20,18
1,23
17,82
1,00
16,42
1,01
13,61
0,39
5
12,74
0,51
12,48
0,53
13,05
0,35
13,58
0,88
14,65
0,53
17,41
1,27
18,02
--
20,95
1,13
20,13
1,24
17,82
0,99
16,42
1,01
13,60
0,39
6
12,75
0,51
12,50
0,51
13,04
0,36
13,53
0,91
14,58
0,47
17,35
1,34
18,01
--
20,97
1,16
20,05
1,27
17,82
0,99
16,41
1,02
13,60
0,39
7
12,76
0,51
12,52
0,50
13,04
0,35
13,48
0,96
14,54
0,45
17,31
1,38
18,01
--
20,97
1,17
19,94
1,32
17,82
0,99
16,41
1,01
13,60
0,39
8
12,77
0,53
12,54
0,48
13,04
0,35
13,46
0,97
14,50
0,43
17,21
1,39
18,00
--
20,96
1,17
19,72
1,47
17,84
0,99
16,39
1,00
13,59
0,37
9
12,78
0,53
12,54
0,48
13,00
0,37
13,44
0,98
14,48
0,43
17,07
1,49
18,00
--
20,95
1,15
19,58
1,56
17,84
0,99
16,39
1,00
13,60
0,38
10
12,79
0,54
12,55
0,48
13,00
0,37
13,42
0,98
14,48
0,43
17,07
1,53
18,00
--
20,91
1,14
19,47
1,60
17,84
1,00
16,39
1,01
13,62
0,43
11
12,79
0,54
12,55
0,48
12,99
0,37
13,39
0,98
14,45
0,41
17,02
1,55
18,00
--
20,89
1,15
19,33
1,64
17,84
1,00
16,39
1,01
13,64
0,47
12
12,81
0,55
12,57
0,50
12,97
0,36
13,37
0,98
14,38
0,40
16,93
1,58
17,99
--
20,87
1,10
19,09
1,82
17,83
1,01
16,37
0,98
13,64
0,46
13
12,81
0,55
12,57
0,51
12,96
0,36
13,36
0,98
14,35
0,39
16,87
1,58
17,99
--
20,44
0,40
18,99
1,90
17,83
1,01
16,37
0,98
13,64
0,45
14
12,81
0,54
12,57
0,50
12,95
0,35
13,35
0,98
14,32
0,39
16,73
1,54
17,99
--
20,08
0,12
18,82
1,97
17,83
1,01
16,35
0,96
13,65
0,46
15
12,81
0,54
12,57
0,50
12,94
0,35
13,32
0,98
14,28
0,43
16,61
1,53
17,99
--
19,78
0,55
18,51
2,19
17,83
1,01
16,34
0,95
13,68
0,47
16
12,80
0,53
12,57
0,49
12,93
0,35
13,26
0,95
14,21
0,48
16,30
1,37
17,97
--
19,21
1,15
18,05
2,54
17,82
1,01
16,34
0,94
13,71
0,46
17
12,80
0,53
12,57
0,49
12,92
0,34
13,21
0,90
14,13
0,50
16,02
1,25
17,96
--
18,66
1,48
17,78
2,62
17,71
1,03
16,34
0,94
13,74
0,45
18
12,79
0,52
12,57
0,49
12,90
0,33
13,18
0,87
14,07
0,52
15,93
1,22
17,95
--
18,09
1,83
17,64
2,62
17,62
1,06
16,34
0,95
13,79
0,44
19
12,79
0,51
12,57
0,50
12,90
0,32
13,13
0,82
13,96
0,48
15,87
1,29
17,94
--
17,67
2,06
17,45
2,65
17,58
1,08
16,34
0,95
13,85
0,42
20
12,79
0,51
12,57
0,50
12,89
0,32
13,05
0,76
13,94
0,50
15,83
1,30
17,94
--
17,40
2,30
17,02
2,57
17,55
1,09
16,34
0,95
13,86
0,41
21
12,79
0,50
12,58
0,50
12,88
0,31
13,01
0,73
13,92
0,52
15,69
1,20
17,94
--
17,24
2,42
16,88
2,57
17,53
1,11
16,33
0,95
13,90
0,44
22
12,78
0,51
12,59
0,50
12,88
0,31
12,97
0,71
13,91
0,51
15,49
1,06
17,94
--
17,07
2,40
16,74
2,61
17,51
1,13
16,32
0,97
13,93
0,47
23
12,77
0,51
12,60
0,50
12,86
0,32
12,95
0,71
13,90
0,51
15,43
1,03
17,94
--
16,46
2,84
16,66
2,58
17,40
1,18
16,28
1,06
13,95
0,50
24
12,77
0,52
12,60
0,50
12,85
0,31
12,93
0,70
13,89
0,50
15,37
1,00
17,95
--
16,14
2,68
16,49
2,63
17,31
1,22
16,26
1,11
14,02
0,59
25
12,78
0,52
12,61
0,50
12,83
0,31
12,91
0,68
13,88
0,49
15,32
0,98
17,94
--
15,99
2,52
16,30
2,67
17,30
1,23
16,23
1,10
14,06
0,66
med
12,78
17,99
--
19,41
ATM2005180
12,54
12,96
13,33
52/74
14,35
16,64
© AZTI Tecnalia 2005
18,63
17,71
16,36
13,72
Figura 34. Distribución vertical de la densidad del
agua de mar correspondiente a las campañas de enero
y marzo de 2004.
ATM2005180
53/74
© AZTI Tecnalia 2005
/*
-º
Figura 35. Distribución vertical de la densidad del
agua de mar correspondiente a las campañas de junio
y noviembre de 2004.
ATM2005180
54/74
© AZTI Tecnalia 2005
5.
RESULTADOS
5.1 Datos relevantes
A partir de los datos recogidos por AZTI en diversas campañas oceanográficas realizadas en
el área de estudio se puede afirmar que las corrientes más frecuentes registradas en los
puntos más cercanos al de interés, muestran valores medios de velocidad en superficie entre
los 44 y 51 cm·s-1 y máximos en torno a los 81 cm·s-1. En las capas inmediatamente por debajo
de la superficie (a 4 y 5 m de profundidad), las corrientes disminuyen su módulo en un
porcentaje superior al 50%.
En cuanto a los oleajes, los de mayor relevancia son aquellos del noroeste, con mar de fondo,
con periodos que están entre los 8 y 12 s, y cuyo efecto en la zona de interés está bastante
disminuido debido a los efectos de difracción del oleaje debido a las estructuras externas de
protección del puerto.
Para la salinidad del agua de mar, los límites de variabilidad en la zona del Abra exterior
están por encima de los 30 UPS, más concretamente entre los 32 y 36 UPS, mientras que
para el caso de la temperatura los límites aproximados son 10 y 24 ºC. En cuanto a la
densidad, son los meses de primavera y verano aquellos en los cuales la estructura
termohalina de la columna de agua presenta gradientes de densidad destacados entre la
superficie y el fondo. Sin embargo, en los meses de otoño e invierno, de mayor mezcla de las
masas de agua, la densidad es más homogénea en toda la columna de agua.
En la Figura 36 pueden verse las curvas de variación de la densidad del agua del mar
teóricas (expresada como σT=ρ-1.000 en kg⋅m-3) para una salinidad que varía entre los límites
de la zona, es decir entre 32 y 36 UPS, y una temperatura (ya sea la captada o vertida)
tomando valores entre 10 y 34º C (10º C por encima del límite de 24º C del agua de mar en la
zona), a intervalos de 2º C. Como se puede ver en esta figura, para una masa de agua de
temperatura constante, un aumento de la salinidad implica un aumento en la densidad. A
ATM2005180
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© AZTI Tecnalia 2005
salinidad constante lo que ocurre es que a medida que se aumenta la temperatura de la masa
de agua disminuye su densidad.
El verter aguas de refrigeración con un aumento de temperatura de ∆T con respecto a la
temperatura del agua de mar, tiene como consecuencia que el agua vertida sufra un descenso
de su densidad, siempre que la salinidad se mantenga constante.
Figura 36. Densidad del agua de mar (expresada como σT=ρ-1.000 en kg⋅m-3) en función de
la salinidad de la zona del Abra exterior del Puerto de Bilbao con temperaturas del agua
que van desde los 10 a los 34º C, a intervalos de 2º C.
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© AZTI Tecnalia 2005
5.2 Simulaciones con el modelo CORMIX
Se ha utilizado el modelo CORMIX v. 4.1GT para estudiar el proceso de dispersión de campo
cercano del vertido de aguas de refrigeración con el fin de encontrar las situaciones que sean
más óptimas. El código CORMIX (Cornell Mixing Zone Expert System, Jirka et al., 1996)
está recomendado por la EPA, Environmental Protection Agency (USA). Es un software para
el análisis, la predicción, y el diseño de vertidos tóxicos, salinos, térmicos o simplemente de
vertidos flotantes en cuerpos de agua.
Para analizar la dispersión del vertido de aguas de refrigeración es importante tener en
cuenta los datos más relevantes sobre las condiciones del medio marino que han sido
comentados anteriormente. Asimismo, es fundamental establecer la ubicación tanto de la
toma de agua del mar como del punto donde se realice el posterior vertido, así como la
existencia de otros sistemas existentes en la zona que pudieran interaccionar con el que se va
a generar.
La toma de agua deberá realizarse en una ubicación donde la masa de agua presente
temperaturas bajas, ya que el proceso de dispersión de calor va a implicar generar un vertido
de aguas de mayor temperatura a la captada. En nuestro caso, teniendo en cuenta la
geometría de la zona únicamente, se han diseñado los experimentos de simulación
suponiendo que la toma de agua se realiza a 20 m de profundidad y fuera del área que va a
estar afectada por el vertido posterior (o cualquier otro vertido o fenómeno diferente al aquí
estudiado), con el fin de evitar interacción entre ambos sistemas.
En la Figura 37 se reproduce el perfil transversal a costa de la profundidad (donde el eje Y
aparece distorsionado en escala con respecto al eje X), partiendo del punto de vertido
establecido inicialmente en la posición x=492.962 m, y=4.801.024 m y la batimetría de que se
dispone. Dicha batimetría, a efectos prácticos de construcción del emisario, debería ser
actualizada con datos detallados de la profundidad existente en la zona, especialmente en el
tramo más próximo a costa.
ATM2005180
57/74
© AZTI Tecnalia 2005
Se puede observar que las profundidades del mar a 50, 100, 150 y 200 m de costa, siguiendo
este perfil transversal, son de 15, 20, 22 y 23 m, respectivamente (marcadas con una x de
color rojo). Esto implica que un aumento de la longitud del emisario a partir de una distancia
horizontal a costa de 100 m no va a provocar una disminución substancial de la profundidad,
por lo cual, a fines prácticos de dispersión del vertido y de costes de construcción, no parece
lógico llevar el emisario a mayor distancia de costa.
En la Tabla 22 se resumen las simulaciones finalmente seleccionadas de las múltiples
realizadas con el CORMIX, que son las consideradas más adecuadas tras un análisis de
diferentes opciones establecidas. En estas simulaciones se juega con diversos parámetros de
diseño: la longitud horizontal del emisario a lo largo de un eje perpendicular a costa (LH), la
profundidad donde se localiza la salida del vertido (P), las temperaturas del agua captada,
del agua del medio a la profundidad donde se ubica el emisario, del agua superficial y del
agua vertida inicialmente desde el emisario (Tc, Tm, Ts y Tv), el caudal de agua vertido (Q), el
diámetro del emisario (D), y los incrementos de temperatura entre el agua captada y el
vertido (∆Tcv), y entre el agua del medio a la profundidad del emisario y el vertido (∆Tmv).
Figura 37. Perfil transversal de la batimetría
tomando como inicio el punto de vertido establecido
en costa (x=492.962 m, y=4.801.024 m).
ATM2005180
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Tabla 22. Características de las simulaciones realizadas con el modelo CORMIX. LH es la
longitud horizontal del emisario de vertido, P la profundidad a la que se localiza la boca del
emisario, Tc, Tm, Ts y Tv las temperaturas medias del agua captada, del agua del medio a la
profundidad de vertido, del agua superficial, y del agua vertida por el emisario, Q el caudal
de agua vertido, D el diámetro del emisario, ∆Tcv y ∆Tmv son los incrementos de temperatura
entre el agua captada y la vertida, y entre la del medio a la profundidad del vertido y la
vertida, respectivamente.
Perfil de
LH
P
Tc
Tm
Ts
Tv
Q
D
∆Tcv
∆Tmv
densidad
(m)
(m)
(ºC)
(ºC)
(ºC)
(ºC)
(m3 s-1)
(m)
(ºC)
(ºC)
Invierno
100
20
12,9
12,9
12,9
22,9
1,48
1,14
10
10
Invierno
90
19
12,9
12,9
12,9
22,9
1,48
1,14
10
10
Invierno
80
19
12,9
12,9
12,9
22,9
1,48
1,14
10
10
Invierno
70
17
12,9
12,9
12,9
22,9
1,48
1,14
10
10
Invierno
60
16
12,9
12,9
12,9
22,9
1,48
1,14
10
10
Invierno
50
14
12,9
12,9
12,9
22,9
1,48
1,14
10
10
Junio
50
14
13,0
13,8
19,6
23,0
1,48
1,14
10
9,2
Agosto
50
14
18,4
19,5
20,9
28,4
1,48
1,14
10
8,9
Junio
50
14
13,0
13,8
19,6
22,0
1,64
1,20
9
8,2
Agosto
50
14
18,4
19,5
20,9
27,4
1,64
1,20
9
7,9
En todos los casos simulados, la velocidad ambiental considerada es de 1 cm·s-1 (ya que
velocidades de corriente bajas son las más desfavorables para la dilución del vertido) y la
profundidad del agua captada es de 20 m, lo cual proporciona agua de temperatura igual o
más baja a la existente en el punto de vertido, siempre que no se produzcan fenómenos que
provoquen estratificaciones anómalas de la columna de agua que no han sido observados en
ningún caso.
En cuanto al perfil de densidad, en las simulaciones se han utilizado tres tipos diferentes que
se han derivado de los datos registrados en campo. En el primero, correspondiente a una
situación típica de invierno (similar al perfil del mes de enero de 2004), la columna de agua
presenta gran homogeneidad con un perfil de densidad lineal y temperaturas prácticamente
constantes y próximas a los 13º C. En este caso, la densidad (expresada como σT=ρ-1.000) del
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© AZTI Tecnalia 2005
agua captada a 20 m de profundidad es de 26,3 kg⋅m-3 y su salinidad de 34,8 USP. En
superficie estos valores pasan a ser de 25,9 kg⋅m-3 y 34,2 USP respectivamente.
Los dos perfiles adicionales de densidad que se han seleccionado para este estudio son los
correspondientes a situaciones de verano. El primero de ellos es el correspondiente al mes de
junio de 2004, donde existe una moderada estratificación de la columna de agua, con una
picnoclina situada a unos 10 m aproximadamente por debajo del nivel medio del mar. En este
caso, la densidad del agua captada a 20 m de profundidad es de 26,8 kg⋅m-3 y su salinidad de
35,6 USP. En superficie, estos valores pasan a ser de 24,9 kg⋅m-3 y 35,1 USP
respectivamente.
El segundo perfil de densidad utilizado, correspondiente también a verano, es el promediado
de los meses de agosto de 2004 y 2005, donde en superficie las temperaturas están por
encima de los 20º C. En este caso, el agua captada a 20 m de profundidad tiene una densidad
y salinidad de 25,5 kg⋅m-3 y 35,5 USP, mientras que en superficie el agua tiene valores de
24,6 kg⋅m-3 y 35,2 USP respectivamente.
Teniendo en cuenta las leyes de la termodinámica y que la cantidad de calor a dispersar en
este caso es de 53.203 Mcal·h-1, obtenemos que para el invierno, en donde los saltos térmicos
entre el agua captada a 20 m de profundidad y la vertida, y entre el agua del medio a la
profundidad del vertido y la vertida en la misma boca del emisario (∆Tcv y ∆Tmv) son iguales y
de valor 10ºC, el caudal de vertido calculado ha resultado ser de 1,48 m3·s-1. Este caudal de
1,48 m3·s-1, con un incremento de temperatura respecto al agua captada de 10ºC, es el que se
ha utilizado para analizar la dilución. Para ello se ha considerado una boca de emisario de
diámetro igual a 1,14 m, la cual que genera una velocidad de salida de 1,5 m·s-1, con el fin de
mejorar la dilución inicial, limitar la posibilidad de incrustaciones de fouling y no superar los
valores de velocidad en tuberías que están recomendados en la bibliografía.
Desde la Figura 38 hasta la Figura 43 se representan, tanto en planta como en perfil vertical,
la evolución del eje central de la pluma y de la temperatura del agua vertida y del salto
térmico respecto a la temperatura del medio en cada punto para condiciones de invierno. En
este caso las longitudes horizontales utilizadas para el emisario han sido de 100, 90, 80, 70,
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© AZTI Tecnalia 2005
60, y 50 m, disminuyendo la profundidad donde se ubica el emisario a medida que reducimos
su longitud.
En situación de invierno, en la cual la columna de agua presenta un perfil de temperatura
casi constante, se observa que a medida que nos alejamos del fondo (punto de vertido) el agua
vertida se va enfriando y adquiriendo una menor temperatura. El salto térmico entre el agua
del medio y el agua vertida llega a ser menor a 3º C en todos los casos analizados a una
distancia a lo largo del eje central de la pluma inferior a los 36 m, la cual está por debajo de
los 50 m establecidos como límite para este tipo de vertidos.
Para los casos de verano, si mantenemos ∆Tcv igual a 10º C, la ∆Tmv para los perfiles de
densidad de junio y agosto resulta ser de 9,2º C y 8,9º C respectivamente, manteniéndose las
mismas características de caudal de agua vertida y de emisario. Sin embargo, las
simulaciones realizadas en estas condiciones con el CORMIX para un emisario de 50 m de
longitud horizontal (el de menor coste de construcción) no aseguran que los límites
establecidos para el vertido se cumplan con seguridad, por lo cual se ha optado por realizar
simulaciones en las cuales el ∆Tcv se reduce a un valor igual a 9º C, lo que da lugar a ∆Tmv
igual a 8,2º C y 7,9º C para los meses de junio y agosto respectivamente. En estas condiciones
el caudal a verter es de 1,64 m3·s-1, con un diámetro de la boca del emisario igual a 1,20 m
(para asegurar una velocidad de salida del caudal de 1,5 m·s-1).
Como se observa en la Figura 44 (mes de junio) y en la Figura 45 (mes de agosto), en las
condiciones mencionadas de ∆Tcv igual a 9º C y para un emisario de LH igual a 50 m, las
plumas de dispersión cumplen los límites establecidos para este tipo de vertidos. Cabe
señalar lo que ocurre en el mes de junio, donde la picnoclina (incluida en las simulaciones a
propósito) situada aproximadamente a 5-6 m del fondo donde se ubica el emisario, hace que
el vertido quede atrapado en esa profundidad y se siga dispersando solamente en la
horizontal.
Vistos los resultados obtenidos, y teniendo en cuenta la posibilidad de que en épocas de
verano y primavera, e incluso otoño, la columna de agua se estratifique de forma moderada o
fuerte, con perfiles de densidad similares al aquí utilizado o incluso más extremos, no es
aconsejable, para un emisario de 50 m de longitud horizontal, sobrepasar en ningún caso un
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© AZTI Tecnalia 2005
∆Tcv superior a 9º C (teniendo en cuenta que aquí la captación se realiza a 20 m de
profundidad), lo que implica que la de ∆Tmv no sobrepase los 8º C.
Figura 38. Situación en planta y en perfil del eje central de la
pluma y temperatura del agua vertida y salto térmico con
respecto a la temperatura del medio para un vertido realizado
a través de un emisario de 100 m de longitud horizontal en
situación de invierno (∆Tmv=10ºC).
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© AZTI Tecnalia 2005
Figura 39. Situación en planta y en perfil del eje central de la
pluma y temperatura del agua vertida y salto térmico con
respecto a la temperatura del medio para un vertido realizado
a través de un emisario de 90 m de longitud horizontal en
situación de invierno (∆Tmv=10ºC).
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Figura 40. Situación en planta y en perfil del eje central de la
pluma y temperatura del agua vertida y salto térmico con
respecto a la temperatura del medio para un vertido realizado
a través de un emisario de 80 m de longitud horizontal en
situación de invierno (∆Tmv=10ºC).
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Figura 41. Situación en planta y en perfil del eje central de la
pluma y temperatura del agua vertida y salto térmico con
respecto a la temperatura del medio para un vertido realizado
a través de un emisario de 70 m de longitud horizontal en
situación de invierno (∆Tmv=10ºC).
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Figura 42. Situación en planta y en perfil del eje central de la
pluma y temperatura del agua vertida y salto térmico con
respecto a la temperatura del medio para un vertido realizado
a través de un emisario de 60 m de longitud horizontal en
situación de invierno (∆Tmv=10ºC).
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Figura 43. Situación en planta y en perfil del eje central de la
pluma y temperatura del agua vertida y salto térmico con
respecto a la temperatura del medio para un vertido realizado
a través de un emisario de 50 m de longitud horizontal en
situación de invierno (∆Tmv=10ºC).
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Figura 44. Situación en planta y en perfil del eje central de la
pluma y temperatura del agua vertida y salto térmico con
respecto a la temperatura del medio para un vertido realizado
a través de un emisario de 50 m de longitud horizontal en
situación de junio (∆Tmv=8,2ºC).
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Figura 45. Situación en planta y en perfil del eje central de la
pluma y temperatura del agua vertida y salto térmico con
respecto a la temperatura del medio para un vertido realizado
a través de un emisario de 50 m de longitud horizontal en
situación de agosto (∆Tmv=7,9ºC).
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6.
CONCLUSIONES
A partir de los datos recogidos por AZTI en diversas campañas oceanográficas realizadas en
el área de estudio y de la información extraida de bases de datos de índole público, se puede
afirmar que las corrientes más frecuentes registradas en los puntos más cercanos al de
interés, muestran valores medios de velocidad en superficie entre los 44 y 51 cm·s-1 y
máximos en torno a los 81 cm·s-1. En las capas inmediatamente por debajo de la superficie (a
4 y 5 m de profundidad), se observa que las corrientes disminuyen el módulo presentado en
superficie en un porcentaje superior al 50%.
En cuanto a los oleajes, los de mayor relevancia son aquellos del noroeste, con mar de fondo,
con periodos que están entre los 8 y 12 s, y cuyo efecto en la zona de interés está bastante
disminuido debido a los efectos de difracción del oleaje debido a las estructuras externas de
protección del puerto.
Para la salinidad del agua de mar, los límites de variabilidad en la zona del Abra exterior
están por encima de los 30 UPS, más concretamente entre los 32 y 36 UPS, mientras que
para el caso de la temperatura los límites aproximados son 10 y 24 ºC. En cuanto a la
densidad, son los meses de primavera y verano aquellos en los cuales la estructura
termohalina de la columna de agua presenta gradientes de densidad destacados entre la
superficie y el fondo. Sin embargo, en los meses de otoño e invierno, de mayor mezcla de las
masas de agua, la densidad es más homogénea en toda la columna de agua.
El verter aguas de refrigeración con un aumento de temperatura de ∆T con respecto a la
temperatura del agua de mar, tiene como consecuencia que el agua vertida sufra un descenso
de su densidad, siempre que la salinidad se mantenga constante (ver la Figura 36 en la cual
pueden verse las curvas de variación de la densidad del agua del mar teóricas, expresada
como σT=ρ-1.000 en kg⋅m-3).
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Teniendo en cuenta los anteriores datos, se han realizado simulaciones con el modelo
CORMIX para analizar la dispersión de la pluma de aguas de refrigeración con diferentes
características de diseño y condiciones ambientales. Las simulaciones más óptimas, desde el
punto de vista de la seguridad de los resultados obtenidos, son resumidas en la Tabla 22.
Debido a que las profundidades del mar en la zona de estudio a 50, 100, 150 y 200 m de costa,
son de 15, 20, 22 y 23 m, respectivamente (ver Figura 37), se ha optado a fines prácticos de
dispersión del vertido y reducción de costes no llevar el emisario en las simulaciones a mayor
distancia de 100 m a costa. Asimismo, se ha optado por captar el agua para la refrigeración a
20 m de profundidad y fuera del área afectada por el posterior vertido, lo cual en condiciones
normales implicaría una temperatura igual o más baja a las existentes en las capas
superiores de la columna de agua.
Se han realizado simulaciones con tres perfiles de densidad diferentes. El primer perfil de
densidad seleccionado describe la situación de invierno, con una columna de agua bien
mezclada, y los otros dos perfiles describen situaciones de verano. En una de las dos
situaciones, condición de junio, existe una picnoclina moderada, mientras que en la otra,
correspondiente a agosto, la columna de agua presenta las temperaturas más elevadas del
año.
Teniendo en cuenta las leyes de la termodinámica y que la cantidad de calor a dispersar en
este caso es de 53.203 Mcal·h-1, obtenemos que para la situación de invierno, en donde los
saltos térmicos entre el agua captada a 20 m de profundidad y la vertida, y el agua del medio
a la profundidad de vertido y la vertida en la misma boca del emisario (∆Tcv y ∆Tmv) son
iguales y de valor 10ºC, el caudal de vertido calculado ha resultado ser de 1,48 m3·s-1 para un
emisario con una única boca igual a 1,14 m de diámetro (velocidad de salida de 1,5 m·s-1).
En situación de invierno y con longitudes horizontales para el emisario de 100, 90, 80, 70, 60,
y 50 m (desde la Figura 38 hasta la Figura 43), se observa que a medida que nos alejamos del
fondo (punto de vertido) el agua vertida se va enfriando y adquiriendo una menor
temperatura. El salto térmico entre el agua del medio y el agua vertida, para las longitudes
de emisario mencionadas, llega a ser menor a 3º C en todos los casos analizados a una
distancia a lo largo del eje central de la pluma inferior a los 36 m, la cual está por debajo de
los 50 m establecidos como límite para este tipo de vertidos.
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Para los casos de verano, en los cuales ya se considera la longitud horizontal del emisario de
menor coste que se ha analizado en invierno (igual a 50 m), si mantenemos ∆Tcv igual a 10º C,
la ∆Tmv para los perfiles de densidad de junio y agosto resulta ser de 9,2º C y 8,9º C
respectivamente. Sin embargo, las simulaciones realizadas en estas condiciones con el
CORMIX no aseguran que los límites establecidos para el vertido se cumplan con seguridad,
por lo cual se ha optado por realizar simulaciones en las cuales el ∆Tcv sea igual a 9º C, lo que
da lugar a valores de ∆Tmv igual a 8,2º C y 7,9º C para los meses de junio y agosto
respectivamente. En estas condiciones el caudal a verter pasa a ser de 1,64 m3·s-1, con un
diámetro de la boca del emisario igual a 1,20 m (velocidad de salida de 1,5 m·s-1).
Con un ∆Tcv igual a 9º C, las plumas de dispersión en verano (Figura 44 y Figura 45) cumplen
los límites establecidos para este tipo de vertidos, para el caso de una longitud horizontal de
emisario igual a 50 m. Cabe señalar lo que ocurre en el mes de junio, donde la picnoclina
situada aproximadamente a 5-6 m del fondo donde se ubica el emisario, hace que el vertido
quede atrapado en esa profundidad y se siga dispersando solamente en la horizontal.
Los resultados obtenidos indican que en el caso de optar por un emisario de longitud
horizontal de 50 m y una profundidad de captación de agua de 20 m, el incremento de
temperatura del vertido con respecto al medio (∆Tmv) no debe ser superior a los 8º C,
situación en la cual el caudal a verter es de 1,64 m3·s-1 con un diámetro de emisario de 1,20
m. Además, debemos de tener en cuenta la posibilidad de que en la columna de agua se
presenten estratificaciones de forma moderada o fuerte, creadas de manera natural en
épocas estivales, o debido a otros fenómenos aquí no incluidos (por ejemplo otros vertidos)
que no son favorables a la dispersión de la pluma originada.
Se recomienda realizar una batimetría de la zona de estudio más detallada de la aquí
utilizada, con el objetivo de planificar y llevar a cabo la construcción del emisario,
especialmente en el tramo que va desde los 50 m de profundidad hasta costa. Recientemente
la Fundación AZTI, dentro de otros proyectos que está llevando a cabo en el Puerto de Bilbao,
ha realizado una batimetría en dicha zona (ver Figura 46), con una sonda multihaz que
ofrece una precisión de más de 4 datos por metro cuadrado. Un mapa de este tipo se
recomienda llevar a cabo en la franja más costera, en la cual existe una carencia de
información batimétrica.
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Figura 46. Batimetría reciente de la zona de estudio obtenida con sonda
multihaz en máxima bajamar viva equinoccial.
Con estos resultados y, una vez que hayan sido aportados las estimaciones para el coste de
construcción del emisario por metro lineal y el coste de la captación y bombeo del caudal de
refrigeración, será posible realizar el análisis de coste durante el período de vida útil de la
instalación.
No obstante, los resultados obtenidos indican que, con la construcción de un pequeño
emisario de unos 50 m de longitud horizontal para alcanzar los 14 metros de profundidad
(respecto a la bajamar máxima viva equinoccial) y vertiendo un caudal máximo de 1,64 m3·s-1,
correspondiente a un incremento de temperatura máximo de 9º C respecto al agua captada a
la cota de -20 metros, se verificarán adecuadamente las restricciones impuestas a la dilución
de este tipo de vertidos.
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7.
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