ANEJO 4 Propagaciones

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1 ANEJO 4 Propagaciones

2 INDICE 1 INTRODUCCIÓN CARACTERIZACIÓN DEL OLEAJE Oleaje exterior Datos de partida Caracterización del oleaje en profundidades indefinidas Oleaje generado por el viento Marea, corrientes y transporte de sedimentos Datos de marea Propagación de la onda de marea a la zona de estudio... 14

3 1 INTRODUCCIÓN En este Anejo se recoge el estudio sobre el clima marítimo y propagación y tiene como objetivo la caracterización de los agentes climáticos que pueden afectar al dimensionamiento de las instalaciones portuarias que se proyectan para el puerto de El Rompido, en los términos que recomienda la ROM Se presentan los resultados de caracterizar los agentes oleaje y onda de marea. Dentro del oleaje, se ha diferenciado entre el oleaje existente en la Ría por la propagación del oleaje exterior y el oleaje generado por el viento dentro de la Ría. La caracterización de la marea pasa por contar con una fuente de datos representativa y la realización de la propagación de la onda de marea afectada por las profundidades reducidas de la Ría del Piedras. Por último, se presenta la caracterización de las corrientes provocadas principalmente por la onda de marea y el balance sedimentario resultante en las zonas de interés del proyecto. Los cálculos y resultados, han sido obtenidos del informe Modelización matemática del Rio Piedras realizado por Nautilus Ingeniería Marítima S.L. en agosto de (Incluido en el proyecto primitivo que incluía el diseño del nuevo pantalán) 2 CARACTERIZACIÓN DEL OLEAJE 2.1 Oleaje exterior Datos de partida El análisis de los datos visuales efectuado en la ROM Oleaje se basa, en el establecimiento de áreas geográficas en las que las características del oleaje en aguas profundas se consideran homogéneas. Esta zonificación permite aceptar que las características del oleaje en aguas profundas son aproximadamente las mismas para aquellas partes que tengan fetch semejante para cada dirección del oleaje. 3 ANEJO 4 PROPAGACIONES

4 Figura 1. Zonificación en el Atlas de Clima Marítimo (Fuente: ROM Oleaje ) Los resultados del análisis llevado a cabo en la ROM de los datos visuales para el Área IV (Cádiz) comprenden: La distribución conjunta de altura de ola visual / dirección en forma de Rosas de Oleaje. La agrupación se efectúa de forma independiente para los oleajes tipo Sea y tipo Swell (de viento y de fondo), agrupando los datos en sectores de 22,5 de amplitud. Figura 2. Rosas de oleaje de observaciones visuales (Fuente: ROM Oleaje ) Los regímenes medios direccionales anuales del oleaje suma del mar de viento y del mar de fondo que se haya registrado en el mismo instante y lugar. 4 ANEJO 4 PROPAGACIONES

5 Figura 3. Régimen medio direccional visual (Fuente: ROM Oleaje ) El análisis de esta información es completada por la procedente del Banco de datos Oceanográficos del Ente Público Puertos del Estado tomada a partir de los datos disponibles para el Área IV y que se resumen a continuación. Figura 4. Conjunto de información procedente del Banco de datos Oceanográficos del Ente Público Puertos del Estado Datos obtenidos de la Boya seawatch Golfo de Cádiz (2342) (direccional desde 2003), perteneciente a la Red de Aguas Profundas (REDEXT), está situada en la coordenada ( N; W) a 450 m. de profundidad 5 ANEJO 4 PROPAGACIONES

6 Figura 5. Situación de la boya Golfo de Cádiz de la REDEXT Datos procedentes de la boya Bahía de Cádiz (1334) perteneciente a la Red Costera (REDCOST), con datos direccionales y cobertura de 1997 a 2000, situada en la coordenada (36 30 N, 6 20 W) a 25 metros de profundidad. Datos procedentes de la Boya Sevilla (1314) perteneciente a la Red Costera (REDCOST), con datos escalares de 1983 a 2010, situada en la coordenada (36 44 N, 6 28 W) a 10 metros de profundidad. Datos WANA formados por series temporales de parámetros de viento y oleaje procedentes de modelado numérico con cobertura desde 1995 hasta Los datos han sido obtenidos a partir del modelo numérico WAM, que trabaja en el Atlántico con una resolución de 0.25 grados (30 Km) y no incluye esquema de asimilación de datos instrumentales. Igualmente, es importante tener en cuenta que, con independencia de la coordenada asignada a un nodo WANA, los datos de oleaje deben de considerarse, siempre, como datos en aguas abiertas y profundidades indefinidas. Datos SIMAR-44 formados por series temporales de parámetros atmosféricos y oceanográficos procedentes de modelado numérico con cobertura desde 1985 hasta El modelo numérico WAM utilizado para la obtención de los datos incluye efectos de refracción y asomeramiento; no obstante, dada la resolución del modelo, se pueden considerar despreciables los efectos del fondo por lo que, para uso práctico los datos de oleaje, deben de interpretarse siempre como datos en aguas abiertas a profundidades indefinidas. Los datos de los puntos SIMAR-44 cercanos al tramo de costa objeto del estudio se sitúan en la Zona Atlántico y, a diferencia de los datos WANA que se encuentran disponibles en la web, han de ser solicitados previamente a Puertos del Estado. 6 ANEJO 4 PROPAGACIONES

7 Figura 6. Puntos SIMAR-44 de la Zona Atlántico Caracterización del oleaje en profundidades indefinidas Tras el análisis de las diversas fuentes de datos disponibles se decide emplear, tanto para la caracterización del régimen medio como para la del extremal la información suministrada por la Boya Golfo de Cádiz de la red de aguas profundas de Puertos del Estado. Los resultados de las propagaciones desde aguas profundas hasta la entrada de la Ría y los oleajes desde la entrada de la Ría hasta la zona de actuación se exponen en el Anexo 5.1 del presente Anejo Oleaje generado por el viento Método de cálculo empleado Debido a la ubicación de las obras objeto del presente Proyecto resulta necesario estimar el oleaje generado por la acción de vientos de carácter local para cuya determinación se han seguido métodos de predicción basados en modelos matemáticos a partir de la velocidad y duración del viento. Figura 7. Carta náutica de la zona entre EL Rompido y la Punta de la Barra. 7 ANEJO 4 PROPAGACIONES

8 Existen diversas descripciones sobre los mecanismos de generación del oleaje por la acción del viento. Miles (1957), Phillips (1957) y Hasselman (1973) han aportado progresos notables en la comprensión del fenómeno. El crecimiento y la disipación de la energía del oleaje son muy sensibles a la relación entre la dirección del viento y la frecuencia y dirección del oleaje. Debido a esto, es conveniente considerar separadamente cada banda estrecha de direcciones y frecuencias. El flujo de cantidad de movimiento y de energía que se transmite desde el aire al campo de olas provoca el desarrollo de éste. La mayoría de las teorías consideran que esta cesión de energía depende del rozamiento superficial, la cual es a su vez, dependiente de la velocidad del viento y de otros factores que caracterizan la capa atmosférica próxima a la superficie del agua. La obtención de los parámetros característicos del viento necesarios para la previsión de oleaje, se realiza generalmente, por observación directa sobre el fetch, por traslación al fetch de valores obtenidos por observaciones terrestres o por estimación a partir de las cartas o mapas meteorológicos. El empleo de los modelos de previsión tradicionales (campos de oleaje) exige unas enormes disponibilidades de computadora y una base de datos meteorológica que es difícil encontrar fuera de los centros de investigación. Por ello se ha acudido a los modelos simplificados de previsión de oleaje que llevan implícito la condición de que el oleaje considerado se debe íntegramente a la acción de un viento que actúa, durante una duración determinada, con dirección y velocidad constantes. Para el caso que se está analizando se ha utilizado el método SMB (Sverdrup-Muk- Bretschneider) al cual ha hecho algunas revisiones Hasselman (1973). Este sistema de previsión está especialmente indicado en los casos en que se dispone de escasos datos y se precisa una estimación rápida de los datos de oleaje. Su uso se limita a los casos en que la geometría del espejo de agua es bastante regular y el fetch o la duración del viento son limitados respecto a la generación del oleaje. En el supuesto de limitación por fetch, el viento actúa constantemente a todo lo largo de él incrementando el oleaje hasta el final del fetch. Si la limitación es la duración del viento la altura que alcanza el oleaje está limitada por el tiempo durante el que el viento ha soplado. En la mayoría de las ocasiones, la configuración del oleaje en un punto es una mezcla de los dos casos Datos de viento La obtención tanto del régimen medio de viento como del régimen extremal se realiza a partir de los datos publicados en la ROM ANEJO 4 PROPAGACIONES

9 Los valores de las velocidades de viento obtenidas, expresadas en m/s, asociadas a sus respectivos valores de probabilidad en régimen medio se adjuntan en la siguiente tabla: REG. MEDIO REG. EXTREMAL DIR p sector p 99,9% p 85% p 50% p 99,8% p 98% p 80% N 0, ,5 71, ,5 NNE 0, ,0 66,7 41,2 23 NE 0, ,8 71, ENE 0, ,0 53, E 0, ,7 41,2 22 ESE 0, , SE 0, ,5 62,3 38,5 18 SSE 0, ,7 41,2 17,5 S 0, ,5 57,8 35,7 20,5 SSW 0, ,3 38,5 23 SW 0, ,5 66,7 41,2 24 WSW 0, ,5 62,3 38,5 24 W 0, , ,5 WNW 0, ,5 71, NW 0, ,5 71, NNW 0, ,7 41,2 23,5 Tabla 1. Tabla direccional de la velocidad en régimen medio y en régimen extremal En relación a los resultados obtenidos en régimen medio cabe destacar que las probabilidades que aparecen en la Tabla 1 (p 99,9%, p 85% y p 50% ), y para las cuales se han obtenido los diferentes valores de velocidad del viento, se tratan de probabilidades condicionadas por la probabilidad de presentación de la dirección analizada. Esto es, la probabilidad absoluta de excedencia de un nivel de velocidad de viento para una dirección determinada vendrá dada por el producto de la complementaria de la probabilidad obtenida directamente del régimen por la presentación del sector correspondiente. Los valores de velocidad de viento obtenidos de la ROM corresponden a condiciones de mar abierto y nivel de altitud 10 m. 9 ANEJO 4 PROPAGACIONES

10 Obtención del oleaje Para determinar el oleaje generado por el viento, se ha utilizado el método de previsión SBM (Sverdrup-MunkBretschneider) que tiene en cuenta las limitaciones por fetch y la duración del viento en la dirección considerada. Antes de llevar a cabo la obtención del oleaje se realiza un análisis de las direcciones de viento susceptibles de originar oleajes que puedan afectar a la zona de estudio. Dicho análisis puede resumirse en los siguientes puntos: La zona de estudio queda protegida de los oleajes originados por vientos del cuarto cuadrante por el puerto de El Rompido (direcciones comprendidas entre el W y el N). Figura 8. Localización de la zona de estudio Se exceptúa de tal consideración la dirección W, en la cual el fetch tiene una longitud aproximada de 2100 m. Figura 9. Fetch asociado a la dirección W 10 ANEJO 4 PROPAGACIONES

11 Los oleajes generados por vientos procedentes del primer cuadrante no se han considerados significativos en la zona de estudio debido a las escasas longitudes de sus fetchs correspondientes. Lo mismo ocurriría en el caso de los oleajes originados por vientos pertenecientes al tercer cuadrante. Los únicos oleajes que, debido a la longitud del fetch asociado a la dirección del viento que los genera, pueden tener mayor repercusión en la zona de estudio son los asociados a vientos del segundo cuadrante. Figura 10. Fetch asociado a la dirección E Para las direcciones de viento analizadas en el sector que puede afectar a la obra, las longitudes del fetch que se obtienen, son las siguientes: Dirección del viento Fetch en m E 1001 ESE 1548 SE 595 SSE 403 S 342 W 2100 Tabla 2. Longitud del fetch para cada una de las direcciones de viento analizadas Entretanto con estos datos en los ábacos de previsión de oleaje publicados en el Shore Protection Manual se obtienen altura de ola significante, período de pico y duración máxima. Al ser un ábaco de doble entrada el otro dato necesario es el factor 11 ANEJO 4 PROPAGACIONES

12 de esfuerzo del viento U A que se obtiene a partir de la velocidad del viento mediante la expresión: U A = 0,71 (U) 1,23 Donde U es la velocidad del viento en m/seg. Teniendo en cuenta todo esto, el factor de esfuerzo del viento U A para entrar en el ábaco para cada una de las direcciones analizadas será: REG. MEDIO REG. EXTREMAL DIR p sector p 99,9% p 85% p 50% p 98% p 99,8% P 50% E 0, ESE 0, W 0, Tabla 3. Factor de esfuerzo para cada uno de los casos analizados Figura 11. Ábaco de previsión del oleaje significante en mar profundo en función de la velocidad del viento, longitud del fetch y duración del viento Como puede observarse en la figura superior, el ábaco solo considera longitudes de fetch mayores de 1 Km, considerando que valores inferiores a este generarán oleajes despreciables. De esta forma, las únicas direcciones a analizar son la ESE, la E y la W. Los resultados obtenidos se muestran en la siguiente tabla: 12 ANEJO 4 PROPAGACIONES

13 Dirección viento Probabilidad de presentación Velocidad viento (m/seg) Fetch (Km) U A (m/seg) Altura ola significante (m) Periodo (seg) ESE (probabilidad del sector: 0,0568) E (probabilidad del sector: 0,0888) 0, ,2 1,4 0, ,5 20 0,4 1,9 0, ,9 2,6 0, ,1 1,2 0, ,0 20 0,3 1,7 0, ,8 2,2 W (probabilidad del sector: 0,0833) 0, ,1 1,4 0, ,1 12 0,3 1,9 0, ,9 2,6 Tabla 4. Oleajes generados por el viento en régimen medio Dirección viento Probabilidad de presentación Velocidad viento (m/seg) Fetch (Km) U A (m/seg) Altura ola significante (m) Periodo (seg) ESE (probabilidad del sector: 0,0568) E (probabilidad del sector: 0,0888) 0, ,6 2,3 0, ,5 75 1,5 3,0 0,998 71, ,7 3,7 0, ,5 2 0,98 41,2 1,0 69 1,1 2,6 0,998 66, ,0 3,1 W (probabilidad del sector: 0,0833) 0,80 24,5 36 0,9 2,6 0, ,1 75 1,7 3,4 0,998 71, ,2 4,1 Tabla 5. Oleajes generados por el viento en régimen extremal Como se desprende de la anterior, se obtienen en régimen medio para cada una de las direcciones analizadas, valores de altura de ola inferiores a 1 m. Las duraciones mínimas son del orden de minutos para que se desarrolle el oleaje. Estas duraciones son fácilmente obtenibles para vientos medios en la zona de la obra, por lo que el oleaje se desarrollará totalmente y los valores de altura de ola obtenidos son bastante fiables. 2.2 Marea, corrientes y transporte de sedimentos Datos de marea Mareógrafo de Mazagón, Huelva. El puerto de Huelva cuenta con varias estaciones debido a su tamaño y a las condiciones geográficas del mismo. La estación situada en Mazagón ha sido renovada 13 ANEJO 4 PROPAGACIONES

14 en 2009 con un mareógrafo de radar. Por el momento, Puertos del Estado ofrece acceso independiente a la información histórica del mareógrafo antiguo (datos desde septiembre de 1996 a abril de 2009) y a la del nuevo (desde noviembre de 2007 en adelante), hasta que se realice un estudio exhaustivo de la coherencia de las dos series Mareógrafo de El Rompido El mareógrafo Valeport 740 se encuentra situado en el pantalán de acceso a la Marina Puerto El Rompido, a 5,2 m. sobre el Cero del Puerto de Huelva. En el contexto del Proyecto, NAUTILUS OCEÁNICA, S.L. está midiendo de continuo los niveles en este mareógrafo. Ese dato es de importancia, como se verá posteriormente, a efectos de disponer de condiciones de borde tipo nivel en la zona en el modelo de propagación de la onda de marea ROM 2.0 La tabla de la ROM 2.0 proporciona los valores representativos estimados de los niveles de agua en puertos españoles respecto al nivel medio del mar (combinada marea astronómica y meteorológica). Los valores para Huelva se recogen en la Tabla 6. NIVEL DE LAS AGUAS Valores extremales Valores medios Altura del T=500 años T=50 años T=5 años Probabilidad de no excedencia del 85 % Probabilidad de no excedencia del 50 % Nivel Medio del Mar respecto del Cero del Puerto (m) Nivel alto +3,50 +2,98 +2,50 +1,60 +1,25 Nivel Bajo -2,32-2,25-2,13-1,60-1,25 +2,02 Máximo rango de variación en la marea astronómica 4,02 (UA = 1,70) Tabla 6. Niveles de marea en Huelva (ROM 2.0) Propagación de la onda de marea a la zona de estudio La utilización de los datos de marea obtenidos tanto en el mareógrafo de Huelva como en la ROM 2.0 para el Puerto de El Rompido supone asumir un error en los resultados debido a que la onda de marea puede sufrir alteraciones en su propagación por profundidades reducidas, como es el caso de la Ría del Piedras, por lo que los valores anteriores pueden verse modificados. Por ello se ha optado por la ejecución de una modelización hidrodinámica de forma que se puedan trasladar los datos a las inmediaciones del punto objeto de estudio. Se genera así, en primer lugar, un modelo regional cuyas condiciones de borde exterior proceden del 14 ANEJO 4 PROPAGACIONES

15 modelo global de marea FES2004 (Le Provost, Genco, & Lyard, 1.995), (Lyard, Lefèvre, Letellier, & Francis, 2.006). Con objeto de mejorar la precisión del resultado, a partir de estos datos, se construye una malla anidada que alcanza el puerto y que toma datos de contorno de la malla regional. Los resultados de la onda de marea obtenidos, son contrastados con los medidos realmente en el puerto de El Rompido, tomados por el mareógrafo Valeport 740 descrito anteriormente. En relación a los datos recogidos en la Tabla 7 cabe destacar que para la estimación de las corrientes generadas, es preciso un cálculo no estacionario por lo que se opta por elegir la onda de marea del mes de marzo (época Equinoccial), en la que se dan las condiciones recomendadas por la ROM 2.0. Entre los agentes no predominantes compatibles con la marea se encuentran el viento y el oleaje exterior Resultados de la propagación Los resultados obtenidos del nivel de marea, la velocidad de corrientes y la variación de la batimetría para la modelización matemática de cada una de las condiciones de trabajo se detallan en el Anexo 6.1 de este mismo Anejo. Los puntos de control donde se han obtenido los resultados se representan en la Figura 12. Figura 12. Puntos de control Las velocidades características de la corriente de marea se resumen en la Tabla 7. La velocidad de corriente debida al viento y al oleaje se desprecia, ya que se consideran insignificantes. Prob de no excedencia Fondeo 50% 0,85 85% 1,32 Tabla 7. Velocidad de corriente La comparación de la batimetría inicial y la que se genera tras la propagación de la onda de marea para la condición de trabajo CT1 muestra como, debido a la existencia de un transporte neto de sedimentos en dirección W-E, se produce una mejora en las condiciones de calado de la zona de actuación. 15 ANEJO 4 PROPAGACIONES