10 Determinacion de ZPL

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Consultora Ambiental Geeaa Ltda Fono (65) 24 33 53 - www.geeaa.cl - [email protected] Los Ciruelos 46 Llanquihue Chile

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CAPITULO X

Determinacin de Altura de ola y Ancho de Zona de Proteccin Litoral (ZPL).

10.1. Introduccin

En la superficie del ocano, las ondas con perodos de 3 a 25 segundos son principalmente generadas

por los vientos, y constituyen una de las caractersticas ms importantes en las regiones costeras de

todo el mundo. El diseo ingenieril en reas costeras requiere una especificacin exacta de las

caractersticas del campo irregular de ondas u olas en aguas costeras. Este conocimiento es esencial

para el diseo de proyectos costeros, debido a que es ste uno de los factores ms importantes en

determinar la geometra de las playas, el planeamiento y diseo de estructuras hidrulicas, y medidas

de proteccin litoral. En ausencia de una estimacin directa de estas olas irregulares, ingenieros

costeros y oceangrafos describen las caractersticas superficiales del mar en trminos de parmetros

del campo de viento, los cuales parecen variar en una manera consistente y predecible. Un importante

y exitoso estadstico que describe las caractersticas de las olas, es la distribucin de la altura

significativa de las olas (Hs). Esta estimacin permite conocer el rango de altura de las olas bajo una

condicin determinada del mar, as como la probabilidad de ocurrencia de una particular altura de olas

dentro de un rango de intensidad de vientos. Uno de los principales problemas con este tipo de

estimaciones indirectas, es que los valores de altura de ola a veces no se logran ajustar bajo

condiciones extremas, tales como huracanes, tifones, pero llegan a constituir una buena aproximacin

bajo condiciones lmite tericamente estrictas (Earle, 1975; Forristall, 1978). Otro parmetro que es

muy importante determinar para clculos de la zona de proteccin litoral, es la Altura de la ola de

rompiente (Hb).

El presente estudio tiene como objetivo estimar la Altura de Ola Significativa (Hs), Altura de Ola de

Rompiente (Hb) y Zona de Proteccin Litoral (ZPL) para la zona de estero Castro, frente a la empresa

Alimentos Campomar S.A. Este estudio forma parte del Proyecto de Declaracin de Impacto Ambiental

para la Instalacin de Sistema de Tratamiento y Emisario Submarino para la Disposicin de Riles por

parte de la empresa antes mencionada. En el presente estudio y debido a las restricciones existentes

en relacin con la falta de mediciones de altura y refraccin de olas in situ se ha utilizado una

combinacin de la metodologa presentada por Komar (1998) y Rattanapitikon & Shibayama (2000).

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10.2. Metodologa

10.2.1. Estudio de altura de ola de Rompiente Hb.

Las ondas costeras que son inducidas por el rgimen de vientos constituyen una parte fundamental de

las condiciones oceanogrficas y meteorolgicas en la zona litoral. En la elaboracin del presente

informe se cont con una serie de tiempo de direccin e intensidad mxima del viento semanal

durante los aos 1979 a 1988 (10 aos) para la localidad de Castro. La informacin de vientos fue

obtenida desde la Estacin Metereolgica del Aerdromo de Castro (Lat. 42 29'; Long. 73 47'; Elev.

45 m) a travs del Departamento de Climatologa de la Direccin Metereolgica de Chile.

Figura 10.1. Area de estudio.

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Se estim un factor de correcin dependiente de la altura a la que estaba ubicado el sensor de

velocidad y direccin del viento en la Estacin Metereolgica. Utilizando este factor de correcin se

estandariz la informacin de vientos a una altura de 10 mts, de acuerdo a Resio et al. (2001):

Rz = (10 / Z ) 1/7 (1)

donde:

Z = Altura a la que esta ubicado el sensor de vientos (mts).

U10 = Uz Rz (2)

donde:

U10 = Velocidad del viento a 10 mts.

Uz = Velocidad del viento a Z mts.

Rz = Factor de correcin (1)

Basado en esta serie de tiempo de 10 aos de vientos corregidos (Uc), se estim la Altura de Ola

Significativa (Hs), basado en la expresin sugerida por la U.S. Army Engineer Research and

Development Center (1989). La expresin utilizada para el clculo de Hs fu:

Hs = 0.7963 10 -2 Uc 2.46 0.3048 (3)

donde:

Hs = Altura de Ola Significativa (mts).

Uc = Velocidad del viento corregida por altura del sensor.

En el presente informe se estim la Altura de Ola de Rompiente (Hb) a partir de dos aproximaciones;

la deducida por Komar (1998) y la sugerida recientemente en un anlisis crtico de verificacin y

modificacin de formulas para estimaciones de altura de la rompiente por Rattanapitikon & Shibayama

(2000).

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Basado en estos autores, primero se estim el perodo y la amplitud de la ola, de acuerdo a las

siguientes expresiones:

Tp = 63.2 10-2 Uc 1.23 (4)

donde:

Tp = Perodo de la ola en segundos

Uc = Viento corregido

y,

Lo = g Tp 2 (5)

2

donde:

Lo = Amplitud (mts.)

g = Aceleracin de gravedad (9.8 m s-2)

Tp = Perodo de la ola (segs.)

= ~3.14

La Altura de la Ola de Rompiente (Hb) se estim de acuerdo a la expresin de

Komar (1998):

Hb = 0.39 g (1/5) (Tp Hs2) 2/5 (6)

donde:

g = Aceleracin de Gravedad

Tp = Perodo de la ola (seg.)

Hs = Altura de la ola (mts)

En forma paralela se estim el Hb de acuerdo a la expresin sugerida por Rattanapitikon & Shibayama

(2000):

Hb = (10.02 m3 7.46 m2 + 1.32 m + 0.55) Hs (Hs / Lo)-1/5 (7)

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donde:

Hb = Altura de la ola de rompiente

m = Pendiente de la localidad

Hs = Altura significativa de la ola (mts.)

Lo = Amplitud de la ola (mts)

10.2.2. Calculo de Pendiente.

La pendiente se estim a partir de un mapa batimtrico, graficado en Autocad y alimentado con

sondajes del rea de estudio mediante un ecosonda electrnico y gps Garmin etrex. Posteriormente se

calcularon las distancias desde el nivel de ms baja marea a cada veril, esta informacin ms tarde

fue graficada de acuerdo a un corte a lo ancho del rea de estudio y por donde pasara el emisario

submarino hasta la profundidad donde efectivamente ser ubicado el punto de descarga. Se

calcularon las pendientes a 5 metros y a 10 metros de profundidad medidos desde la lnea de ms

baja marea. Se denota que el punto de descarga del emisario submarino se encuentra a 11 metros de

profundidad.

10.2.3. Clculo de Zona de Proteccin Litoral ZPL.

La zona de Proteccin Litoral (ZPL) es un mbito territorial de aplicacin de la Norma D.S. 90/2001,

que corresponde a la franja de playa, agua y fondo de mar adyacente a la costa continental o insular,

delimitada por una lnea superficial imaginaria, medida desde la lnea de baja marea de sicigia, que se

orienta paralela a sta y que se proyecta hasta el fondo del cuerpo de agua, fijada o aprobada por la

Direccin General del Territorio Martimo y de Marina Mercante en conformidad a la siguiente frmula.

A = 1.28 x Hb x 1.6 (8)

m

donde:

A = Ancho de la Zona de Proteccin Litoral (mts.)

m = Pendiente de la localidad

Hb = Altura de la ola de rompiente

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La ZPL es una zona del medio ambiente marino que el Estado de Chile desea proteger de manera

especial y es por ello que el presente proyecto contempla la descarga fuera de esta zona.

Para el anlisis, se utiliz la altura de ola Hb, obtenida en este mismo estudio, y correspondientes a la

frecuencia de altura obtenidas por el mtodo de Hindcasting (Directiva DGTM y MM. Ordinario A-

53/004)

10.3. Resultados

10.3.1. Ciclo anual de intensidad y direccin de vientos en Castro.

La Figura 2 muestra el ciclo anual de intensidad de vientos para las componentes Este-Oeste y Norte-

Sur para la localidad de Castro, el cual esta basado en una serie de 10 aos de mediciones. Como es

tpico para esta latitud (i.e. 42 S), al analizar la componente Norte-Sur (Fig. 2a) se observa que los

vientos dominantes durante inicios y finales del ao (primavera-verano) provienen desde el Sur,

mientras que a mediados de ao (otoo-invierno) los vientos dominantes son desde el Norte. Los

valores para la componente Norte-Sur no superan los 15 m s-1. Durante todo el ao la componente

Oeste es la dominante en la zona con valores mximos cercanos a los 13 m s-1 (Fig. 2b).

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Figura 10.2. Ciclo anual de intensidad de vientos corregidos (Uc) para las componentes (a) Norte-

Sur y (b) Este-Oeste basado en informacin de 10 aos de vientos (1979-1988).

Al hacer un anlisis ms detallado de la estacionalidad en la frecuencia de intensidad y direccin de

los vientos en la regin se observa nuevamente que durante verano es mayor la frecuencia de vientos

provenientes del Sur, y el histograma muestra que son frecuentes vientos con velocidades de 6 a 8.9

m s-1 (Fig. 3). Durante Otoo e Invierno, el patrn de vientos se modifica, y es mayor la frecuencia

de vientos del Norte y con magnitudes que tambin fluctan entre 6 a 8.9 m s-1. En primavera,

nuevamente el patrn de vientos cambia, con una mayor ocurrencia de eventos con vientos desde el

Sur y con velocidades entre 6 a 8.9 m s-1. Durante todo el ao se observa tambin que los vientos

provenientes del Nor-Oeste son frecuentes en la zona de estudio.

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Figura 10.3. Histograma estacional del rgimen de vientos para el rea de Castro. (a-b) Verano, (c-

d) Otoo, (e-f) Invierno y (g-h) Primavera para direccin y magnitud (m s-1) de vientos

respectivamente. Anlisis basado en 10 aos de vientos corregidos (Uc).

10.3.2. Ciclo anual de la altura de la rompiente (Hb) en Castro.

A partir de los datos de vientos corregidos (Uc) se estim un Ciclo Anual de la Altura Significativa de la

Ola (Hs) y posteriormente la altura de la rompiente (Hb) para la zona de Castro. El ciclo anual de Hb

fu estimado tanto a travs de las expresin de Komar (1998), como la recientemente sugerida por

Rattanapitikon & Shibayama (2000) (Fig. 4), y esta basado en los 10 aos de datos de viento

disponibles para este estudio.

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Figura 10.4. Ciclo anual de Altura de la Ola de Rompiente (Hb) estimada a travs de las expresiones

sugeridas por (a) Komar (1998) y (b) Rattanapitikon & Shibayama (2000).

En general no se observaron diferencias significativas en las estimaciones de Hb a travs de ambas

metodologas. El Hb fluctu entre 0.5 a 2.5 metros, dependiendo de la expresin utilizada para su

clculo. En este sentido, se observa que los valores mximos obtenidos para Hb son calculados con

la expresin de Rattanapitikon & Shibayama (2000) (Fig. 4 b) estos mayores que los calculados de

acuerdo a Komar (1998) (Fig. 4 a).

La Tabla 1 muestra un anlisis detallado del comportamiento estacional de la altura de la ola de

rompiente (Hb) estimada a travs de las expresin de Rattanapitikon & Shibayama (2000). Se observa

un valor medio de altura de ola de rompiente de 0,5 a 0,6 metros, y mximos de 3,2 a 4,5 metros, las

mnimas varian desde 0,06 a 0,2 metros.

Independiente de la estacin del ao, se observa una mayor frecuencia de Hb < 1 m (Fig. 4), con una

media que llega a ser < 1 m durante todas las estaciones del ao (Tabla 1). Sin embargo, son

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tambin frecuentes eventos con Hb en el rango de 1 a 2 metros, y slo con una frecuencia < 5 % se

observan Hb entre 2 y 3 metros durante la estacin de Invierno.

Tabla 10.1. Estadstica bsica estacional para el Hb, estimados de acuerdo a Rattanapitikon &

Shibayama (2000).

HbEstacin Mn. Max. Media D.S.

Verano 0,2 4,5 0,6 0,5Otoo 0,06 4,5 0,6 0,5Invierno 0,09 4,5 0,5 0,5Primavera 0,2 3,2 0,6 0,4

10.3.3. Clculo de pendiente.

De acuerdo a los resultados obtenidos (Tabla 2), se puede apreciar que la pendiente en lnea recta y

por donde pasa el emisario submarino, a partir del nivel de ms baja marea a las profundidades

sealadas estn entre 0,0526 a 1 metro de profundidad y 0,0358 a 10 metros de profundidad, el corte

del rea de estudio indica la forma de una pequea plataforma hasta los 140 metros desde el nivel de

ms baja marea, luego un talud hasta los 200 metros para terminar en una pequea llanura profunda.

La pendiente a las profundidades de 5, 8,6 y 10 metros son muy similares oscilando entre 0,0335 Y

0,0372.

Se debe mencionar que la distancia desde el nivel de ms baja marea al punto de descarga del

emisario submarino corresponde a 231 metros, punto donde se obtiene una profundidad de 8,6

metros, esto genera una pendiente de 0,0372 en la seccin donde se encuentra instalado el actual

emisario submarino.

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Tabla 10.2. Valores para la pendiente a diferentes profundidades y distancias de la lnea de ms baja

marea, obtenidas desde el plano batimtrico donde se ubica el actual emisario submarino.

Profundidad (m) Distancia a la costa (m)

Pendiente

1 19 0,0526 2 54 0,0370 3 132 0,0227 4 143 0,0279 5 149 0,0335 6 159 0,0377 7 172 0,0407 8 191 0,0418

8,6 231 0,0372 9 250 0,0360 10 279 0,0358

0123456789

1011

0 50 100

150

200

250

300

Distancia de la costa (m)

Prof

undi

dad

(m)

m = 8,6/231=0,0372

m = 10/279=0,0358

m=5/149=0,0335

Figura 10.5. Perfil del rea de estudio y pendientes a 5, 8,6 y 10 metros de profundidad.

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10.3.4. Clculo de la Zona de Proteccin Litoral (ZPL) para la localidad de Ancud.

Para el clculo de ZPL se utiliz valores promedio de altura de ola, del intervalo ms frecuente por

estaciones del ao (altura de olas menores de 1 metro) de acuerdo a los resultados de la tabla 1 y 2 y

se compararon con los datos de pendiente a 5 metros y a 10 metros.

Al realizar un anlisis estacional de la frecuencia en el ancho de la ZPL se observa que los valores

promedios de la ZPL son mximos durante verano, otoo y primavera (Tabla 3), cuando el Hb alcanza

valores promedio de 0,6 m con valores de ZPL de 36,7 m y pendiente hasta los 5 metros de

profundidad, el mnimo valor se encuentra en invierno con alturas de olas de 0,5 m con ZPL de 30,6

m. En cambio para el valor de la pendiente que corresponde a la profundidad del punto de descarga

del emisario submarino (8,6 m) encontramos ZPL de mximo 33 metros y mnimo de 27 metros.

Tabla 10.3. Clculo de Zona de Proteccin Litoral (ZPL) a partir de datos promedios ms frecuentes

de altura de ola (Hb).

Verano Otoo Invierno PrimaveraHb 0,6 0,6 0,5 0,6

Z = 5 m = 0,0335 36,68 36,68 30,57 36,68ZPL Z = 8,6 m = 0,0372 33,03 33,03 27,53 33,03

Z = 10 m = 0,0358 34,32 34,32 28,60 34,32

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10.4. Discusin

En la ausencia de un conocimiento satisfactorio de los mecanismos de generacin de olas en la zona

costera, se han desarrollado un nmero de aproximaciones semiempricas en la prediccin de olas en

la zona costera y el posterior clculo de la Zona de Proteccin Litoral (ZPL). En el caso del presente

estudio y debido a las restricciones existentes en relacin con la falta de mediciones de altura y

refraccin de olas in situ se ha utilizado una combinacin de metodologas sugeridas por el US Army

Coastal Engineering Research Centre (1989) y Komar (1998). Finalmente, hemos incorporado la

reciente verificacin y modificacin en las estimaciones de altura de la ola de rompiente que ha sido

sugerida por Rattanipitikon & Shibayama (2000). Debido a que la zona de estudio del presente

informe corresponde a un cuerpo de agua semi-cerrado, no hemos querido por lo tanto utilizar

directamente los parmetros del comportamiento de la ola en mar profundo en la estimacin de la

altura de la ola de rompiente (Hb).

Es importante recalcar que las eventuales decisiones que pudieran adoptarse en relacin a aspectos

ambientales deben contemplar que la metodologa utilizada en el presente informe constituye slo

una buena aproximacin a la estimacin de la ola de rompiente en la zona costera. De esta forma la

altura de ola de rompiente Hb del estero Castro, que mayoritariamente se manifiestan en el lugar de

estudio, oscilan entre 0,06 y 0,5 metros, con el 95% del tiempo con altura de olas menores a 1 metro.

Las estimaciones de altura de ola de rompiente Hb basadas en informacin de vientos resultaron

tener un claro patrn de estacionalidad en la zona. Dadas las caractersticas de sta, canal expuesto a

una baja influencia de accin de los vientos, los valores de Hb sobrestiman la real influencia que tiene

el viento en este canal, con una subsecuente sobreestimacin de la altura de ola de rompiente

calculada. Bajo estas consideraciones se recomienda que para estimar el ancho de la ZPL en el canal

Dalcahue, se utilicen datos promedio de los resultados aqu expuestos (tabla 1), que son ms reales,

puesto que varan en rangos menores a 1 m de altura de ola, dependiendo de la estacin del ao, que

adems son los ms frecuentes del ao.

Por lo tanto, basados en la frmula contenida en el D.S. 90/2001, en la transecta donde se instalar el

emisario submarino, sugerimos que el ancho de ZPL corresponda a 37 m.

Se agrega que, en este estudio el calculo de ZPL por ecosistema marino costero se acerca mejor al

objetivo de proteger la zona costera. Dicho anlisis entrega una ZPL de 64 m.

La pluma contaminante proveniente del RIL, no ingresar a la ZPL y de llegar a hacerlo,

ingresar completamente diluida, puesto que el modelo de dilucin predice que fuera del rea de

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sacrificio la carga contaminante del RIL se ha igualado a la existente en el medio receptor.

599200 599300 599400 599500 599600 599700

5291900

5292000

5292100

5292200

5292300

5292400

5292500

5292600

1

2

3

45

67

89

1011

4

12

4

5

1

6

2

7

3

8

9

10

11

12

Plan

ta d

e pr

oces

o

LMAM

LMBM

Futuro Emisario

Estero Castro

ZPL Ecosistema Marino Costero = 64 mZPL DS 90 = 37 m

ZPL Dilucin = 29 m

Area de Sacrificio = 11m de radio

Figura 10.6. Zonas de Proteccin Litoral (ZPL) calculadas por tres metodologas diferentes.

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