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ANEXO 1 DESARROLLO TÉCNICO DE LA INVESTIGACIÓN. TITULO: EVALUACION DEL INTERCAMBIO HIDRODINAMICO ENTRE LA BAHIA DE LA PAZ Y EL GOLFO DE CALIFORNIA (No. Ref. 20060572) Director del proyecto: Dr. O. Zaitsev (CICIMAR-IPN) ( Enero de 2006 – Diciembre de 2006)
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1. RESUMEN. Problemática y justificación. La Bahía de La Paz (BLP) tiene un ecosistema
costero importante por alta productividad primaria y biodiversidad de sus recursos
biológicos. Este cuerpo costero es un lugar convenientemente propicio para el
reclutamiento de diversas especies pelágicas, como son las de sardina y macarela
Pacífica además de especies de mamíferos marinos. Diferentes autores
interesados en el estudio del equilibrio de ecosistemas costeros y los problemas
de calidad de agua mencionan que en los sistemas costeros semi-cerrados su
equilibrio ecológico esta sustentado por los flujos netos de nutrientes y material
biológico y abiótico disuelto y suspendido (productos reproductivos, larvas, etc.),
cuando la circulación hidrodinámica forzada por la marea, viento e intercambio con
el mar adyacente es un factor primordial. Entonces, la posible solución de los
problemas de evolución de ecosistemas costeros, así como de los problemas del
transporte de contaminantes y materia en suspensión, demanda el conocimiento
previo del patrón de circulación hidrodinámica en la BLP y de la escala de sus
variaciones. Los estudios de los procesos hidrodinámicos en el sistema costera
BLP han sido fragmentarios y aparentemente no han sido consecutivos.
El presente proyecto es recurrente y se ha programado para tres años de
trabajo (2006-2008).
Las hipótesis principales científicas dentro del presente proyecto:
- el intercambio hidrodinámico entre la BLP y el GC es un factor clave que afecta
el patrón de circulación dentro de la BLP;
- el flujo hidrodinámico que entra a la BLP en la parte noroeste de la boca
puede forzar un giro topográfico ciclónico sobre la cuenca Alfonso que afecta a la
circulación en la parte central
Objetivo principal. Evaluar experimentalmente la interacción hidrodinámica
entre la Bahía de La Paz y la región adyacente del Golfo de California,
considerando su variabilidad y su comportamiento el la circulación general de la
Bahía de La Paz.
Los resultados del trabajo. Las mediciones de las corrientes y variaciones del
nivel del mar en la boca principal de BLP permitieron obtener la información
3
cuantitativa sobre el intercambio hidrodinámico entre la BLP y el Golfo de
California y el patrón de circulación forzado por marea y por el viento en BLP.
Esta información es clave diagnosticar los flujos de masa (contaminantes,
nutrientes, material suspendido, contaminantes, etc.) y energía (calor), así como
para soportar las investigaciones biológicos y ecológicos en la zona. Dos artículos
fueron sometidos a las revistas internacionales; se presentaron tres ponencias en
un congreso nacional. Un estudiante de Maestría fue apoyado por PIFI.
El desarrollo del modelo numérico para el área se ha programado para el segundo
año del mismo proyecto recurrente.
Palabras claves: Bahía de La Paz, Golfo de California, intercambio
hidrodinámico, circulación hidrodinámica, corriente residual.
2. INTRODUCCIÓN. Antecedentes. La Bahía de La Paz tiene un ecosistema costero importante por su
alta biodiversidad y productividad primaria de sus recursos biológicos (González y
Saldierna, 1997). La producción pesquera en la Bahía de La Paz tiene un valor
importante para la economía del estado El área es un lugar convenientemente
propicio para el reclutamiento de diversas especies pelágicas, como son las de
sardina y macarela Pacífica (Ramirez Rodríguez, 1997). Así mismo, la comunidad
béntica presenta también una alta biodiversidad, entre la cual se encuentran
poblaciones económicamente significativas como son las especies de almeja
Catarina, almeja Chione Californiensis, jaibas, etc. (Holguín Quiñónez y García
Domínguez, 1997). En el complejo lagunar también existe una gran variabilidad
de flora marina: más de 50 especies de macroalgas. La recopilación de la
bibliografía abundante sobre los diferentes aspectos biológicos de BLP se
encuentra en el libro de Urbán Ramírez y Ramírez Rodríguez (1997).
Es importante notar que diferentes autores interesados en el estudio del
equilibrio de ecosistemas costeros (Contreras y Casillas, 1992; Alongi, 1997)
mencionan que en sistemas costeros semi-cerrados su equilibrio esta sustentado
por el flujo neto de nutrientes y material biológico (productos reproductivos, larvas,
etc.), cuando la circulación costera forzada por la marea, viento e intercambio con
4
el mar adyacente es un factor primordial. Entonces, la posible solución de los
problemas de evolución de ecosistemas costeros, así como de los problemas del
transporte de contaminantes y materia en suspensión, demanda el conocimiento
previo del patrón de circulación hidrodinámica en el sistema costero y de la escala
de sus variaciones.
Los estudios de los procesos hidrofísicos en el sistema costera BLP han sido
fragmentarios y aparentemente no han sido consecutivos.
Estudios sobre la batimetría de la BLP han sido realizados por Nava Sánchez
y Cruz Orozco (1989) y Cruz Orozco et. al. (1996).
Salinas-González et al. (1997), establecieron que en la zona sur de la BLP se
ha encontrado un amplio rango de frecuencias del oleaje superficial. También se
estableció una divergencia de corrientes costeras en frente del centro de la barrera
arenosa El Mogote.
Zaytsev, et al. (1998), señalaron la existencia de los gradientes verticales en
perfiles de corrientes en algunos puntos de la BLP debidos a la influencia del
viento. También mostraron la existencia de una capa superficial de mezcla donde
se observó en verano una termoclina muy pronunciada que varió entre los 20 y 50
metros de profundidad.
Salinas Gonzáles (2000) presentó en su tesis de doctorado los resultados de
los experimentos Lagrangeanos sobre la difusión de inyección puntual de
colorantes en la capa superficial de la BLP evaluando la variabilidad de mezcla
horizontal parametrizada por el coeficiente de difusión turbulenta. Estos resultados
fueron aplicados para la simulación numérica del transporte de sustancias en la
BLP.
La estructura termohalina en la BLP ha sido más estudiada que los procesos
hidrodinámicos. Existen algunos estudios de la distribución de la temperatura (T) y
salinidad (S) en la BLP realizados por medio de las mediciones de CTD :
- Salinas Gonzáles (2000) y Obeso Nieblas (2003) describieron en sus tesis de
doctorado las distribuciones de las T y S en distintos meses de los años 1996-
2000 en una red de 28 y 45 estaciones respectivamente; ellos analizaron
5
alrededor de 15 distribuciones de los parámetros termohalinos (T, S y densidad)
en diferentes meses dentro del periodo de 1996 a 2003;
- Monreal-Gómez et al. (2001) publicaron los resultados de un estudio de
parámetros termohalinos en la BLP realizados en 1998 a bordo de B/O “El Puma”
también aplicando el análisis de masas de agua;
- Salinas González et al. (2003) analizaron la formación de la estructura
termohalina en la BLP en el periodo de verano a otoño con énfasis a la formación
de la capa superficial de mezcla.
- Lavin y Beyer (comunicación personal) con colaboradores realizaron una serie de
los experimentos con trasadores Lagrangianos, encontrando un giro ciclónico en la
zona de la boca de BLP. Área del Estudio. La Bahía de La Paz (BLP) que forma la mayor parte del
sistema costero constituye un cuerpo de agua semicerrado debido a la existencia
de un grupo de islas: Espíritu Santo, La Partida y San Francisquito, que separan la
Bahía de La Paz del Golfo de California (GC). El sistema BLP está localizado en la
costa oriental del estado, entre los 24.10° y 24.8° de latitud Norte y los 110.25° y
110.75° de longitud Oeste en 200 Km del extremo sur de la península de Baja
California. El clima de la región de La Paz es semidesértico con temperatura
media anual alrededor de 23° C. Los vientos dominantes del noroeste se
desarrollan de septiembre a febrero, mientras que de marzo a agosto los vientos
con frecuencia provienen del sur. En verano prevalece un sistema de brisas que
ocasionan las variaciones diurnas de viento. Las dimensiones de BLP son 85 km
de largo y 55 km de ancho con un área de aproximadamente 4500 km2 (Jiménez-
Illescas et al., 1997). La topografía del fondo del sistema es variable (Cruz-Orozco
et al., 1996): la región sur es relativamente somera (hasta 40 m de profundidad),
mientras que la región norte es profunda debido a la existencia de la depresión
Alfonso (hasta 450 m de profundidad). La boca principal es de casi 35 km de
ancho con profundidades de 220 a 320 m (Fig.1).
El intercambio de agua entre el GC y BLP se realiza primordialmente en la parte
noreste de la Bahía a través de la boca principal, localizada al norte del grupo de
islas, y parcialmente a través del canal San Lorenzo (hasta 20 metros de
6
profundidad). La Fig.2 muestra un esquema hipotética del intercambio
hidrodinámico con el Golfo de California y el patrón principal de la circulación en el
interior de BLP.
Las mareas en esta región se caracterizan como mixtas con dominancia
semidiurna; el rango máximo durante la marea viva alcanza hasta 2.05 m (UNAM,
1993).
-110.8 -110.7 -110.6 -110.5 -110.4 -110.3
24.10
24.20
24.30
24.40
24.50
24.60
24.70
24.80 Golfo de California
Figura 1. Batimetría de la Bahía de La Paz.
450
Boca principal
La Paz
San Juande la Costa
Canal
San Lorenzo
03050100150200250300350400
m
Isla
Espíritu
Santo
Isla
Partida
-110.8 -110.7 -110.6 -110.5 -110.4 -110.3
24.1
24.2
24.3
24.4
24.5
24.6
24.7
24.8
Giro forzado por el intercambio con el Golfo arriba de lacuenca Alfonso
Giro secundario inducido por el primer giro y latopografia del fondo
Flujo resudual deentrada (esperable)
Flujo resudual desaluda (esperable)
Golfo de California
Figura 2. Esquema hipótetico de la circulación residual en la Bahía de La Paz.
A través del presente proyecto se realizaron las siguientes metas:
1. Estudiar la topografía del fondo en la boca principal de la BLP mediante las
mediciones con una ecosonda acústica “Furuno”.
2. Evaluar la variabilidad temporal de las variaciones de nivel del mar por medio
del análisis de datos obtenidos del anclaje del corrientimetro.
3. Evaluar el comportamiento del oleaje sobre la zona con el ológrafo direccional.
4. Estudiar el impacto hidrodinámico a la estructura termohalina en la zona de la
boca de la BLP mediante los perfiles de CTD.
7
3. METODOS Y MATERIALES. Se realizó una salida al campo de 5 días de duración a bordo de una
embarcación CICIMAR-15 en Agosto del 2006. En esta se ejecutaron las
siguientes actividades:
1. Estudio detallado de la topografía del fondo en la parte norte de la BLP y en
la zona de su boca principal por medio de un ecosonda “Furuno” con GPS
interno.
2. Instalación y recuperación de un anclaje de un corrientimetro “ÏnterOcean”
S4 en la parte relativamente somera de la boca principal para evaluar las
corrientes y variaciones del mar en la parte sureste de la boca.
3. Instalación y recuperación de un ológrafo direccional “InterOcean” WTG en
la parte relativamente somera de la boca principal para evaluar los
parámetros de oleaje.
4. Medición de la conductividad y temperatura en los perfiles verticales con un
CTD “Sea Bird” SB19plus en la zona de la boca principal de BLP.
5. Se acabaron todas las preparaciones del perfilador acústico de alta poder
“SonTek” de 0.25 MHz y el sistema de boyas “MSI” para la instalación en
Febrero del 2007 de un anclaje de largo plazo (hasta 1 año) en la
profundidad de 300 m en la boca principal de BLP.
6. Se ha desarrollado una malla numérica para el inicio de la modelación
numérica con el modelo hidrodinámico ECOM 3D en 2007.
3. RESULTADOS DE LOS ESTUDIOS.
Topografía del fondo en la zona de la boca principal de BLP. La actualización
detallada de la topografía de fondo en la boca principal de BLP es necesaria para
la instalación del anclaje profundo del perfilador acústico a largo plazo y para
determinación de las profundidades en la malla numérica para el modelo
hidrodinámico. La Fig. 3 muestra los transectos realizados con una ecosonda
“Furuno” y las profundidades en la boca principal de la BLP.
8
110.70 110.60 110.50 110.40 110.3024.50
24.60
24.70
24.80
24.90
123
45
67
8910
Figura 3. Topografía del fondo en la zona de la boca principal de la BLP y
los transectos realizados con la ecosonda.
La Fig. 4 muestra las profundidades en los transectos 1 y 2 de la red. Es
evidente que en la parte sureste de la boca las profundidades varían muy
irregularmente.
Mediciones en los anclajes del corrientimetro y del ológrafo direccional. La Fig. 5 muestra las variaciones del nivel del mar y las intensidades de las
corrientes durante la salida en Agosto del 2006 en la parte sureste de la BLP.
Estas mediciones fueron usados para la correción de los datos de topografía
obtenidos por medio de la ecosonda “ Furuno”.
9
0 20 40 60 80 100 120
-400
-300
-200
-100
0
0 20 40 60 80 100
-400
-300
-200
-100
0
Transecto 2
Transecto 1
Figura 4. Las profundidades en los transectos 1 y 2.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 15000
2
4
6
8
10
12
14
16
Inten
sidad
, sm
/c
Intensidad de las corrientes
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500
10.6
10.8
11
11.2
11.4
11.6
Nivel del mar
Fugura 5. Variaciones del nivel del mar y las corrientes durante la salida en Ago06.
10
Distribución vertical de los parámetros termohalinos. La Fig. 6 muestra la
distribución vertical de la temperatura, salinidad y densidad (como Sigma-t) en la
boca principal en Agosto de 2006. Es evidente que la termoclina y picnocluna se
encuentran en la profundidad de 20-25 metros.
15 20 25 30Temperatura (grad C)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Pro
fund
idad
, m
20 22 24 26Sigma-t
34 35 35 35 36 Salinidad
0
20
40
60
80
100
120
140
16031 de Agosto, 2006. Bahía de La Paz.
Lines negrita - boca, linea normal - cuenca Alfonso. Datos crudos. Figura 6. Los perfiles de la temperatura, salinidad y densidad (Sigma-T) en la
boca principal de BLP 31 de Agosto del 2006 medidas por medio del CTD SeaCat
19plus.
La existencia de ondas internas. Uno de los procesos que afectan la exactitud
de la las mediciones de los parámetros termohalinos en el agua del mar es la
oscilación vertical de la picnoclina conocida como las ondas internas. La Fig.7
muestra las serias de tiempo de la temperatura en las profundidades de 22 y 29
metros al día 31 de Agosto del 2006. Los patrones de las ondas internas son
11
evidentes. Este significa que en las mediciones futuras es necesario tomar en la
cuenta la corrección de los datos relacionada con este proceso.
24.98
25
25.02
25.04
25.06
25.08
29 metros
27
27.2
27.4
27.6
27.8
28
28.2
22 metros
Figura 7. Los efectos de las ondas internas. 31 de Agosto del 2006.
6. IMPACTO EDUCATIVO O SOCIAL DE LOS RESULTADOS. La presente investigación sigue abordar los problemas de la evolución del
ecosistema costera en la Bahía de La Paz en relación de los flujos de nutrientes,
contaminantes y material biológico (larvas, plancton, productos reproductivos, etc.),
siendo de utilidad en investigación, docencia y servicio al sector social,
gubernamental y de la iniciativa privada. Lo anterior permitirá ofrecer a la sociedad en
su conjunto servicios de alto nivel para la solución de problemas de desarrollo,
conservación, protección y control urbano en la zona costera.
El estudio por medio de los experimentos numéricos las variaciones da las
corrientes, el intercambio hidrodinámico de la Bahía de La Paz con el Golfo de
California y el la circulación relacionada ofreceron resultados de utilidad en la
solución de problemas ecológicos de la región, en manejo de los recursos biológicos
12
y en la protección del ambiente marino contra la contaminación.
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13
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