ESTUDIO NUMÉRICO-EXPERIMENTAL

DE LA CONTAMINACIÓN EN AGUAS
COSTERAS
A. Rodriguez1, A. Sánchez-Arcilla1, E. Bahía1, J.M. Redondo2,
F. Collado1

1 Lab. Ing. Marítima, (2) Dept. Física Aplicada,

ETSECCPB, Univ. Politécnica de Catalunya

2 Lab. de Dinámica de Fluidos (Dep. de Física Aplicada)

ETSECCPB, Univ. Politécnica de Catalunya

RESUMEN: En este trabajo se presentan resultados numéricos y experimentales de la

dispersión de contaminantes y trazadores en el litoral Mediterráneo. Se han utilizado
dos modelos hidrodinámicos para simular la circulación horizontal producida por
viento y oleaje en la plataforma y la zona de rompientes, respectiva-mente. Un modelo
3D de dispersión en "el campo cercano" suministra las condiciones iniciales al modelo
2D de dispersión local en el "campo lejano". Se presentan dos casos de estudio: la
dispersión de trazadores en la zona de rompientes (Delta del Ebro) desde el punto de vista
numérico y experimental; y la simulación de la dispersión de contaminantes urbanos -
bacterias- provenientes del principal emisario submarino de Barcelona, mediante la
aplicación de una secuencia de modelos numéricos. La comparación entre los
experimentos y los resultados numéricos en la zona de rompientes es buena, mientras
que las prediciones de contaminación en litoral cercano al emisario manifestaron la
importancia de modelar con precisión los efectos de flotabilidad en el penacho o pluma.
Además, se han simulado varias configuraciones de descarga, comprobándose que solo el
nuevo emisario permite un grado de dilución acorde con la normativa vigente.

INTRODUCCIÓN La solución integral de los problemas ambientales

costeros requiere elementos provenientes de campos del
El mar Mediterráneo es un importante eco-sistema conocimiento muy diversos, destacándose entre ellos la
cuyas aguas tienen simultáneamente problemas de hidrodinámica, las características biológicas y las
contaminación y un intenso uso turístico. Estas químicas tanto del cuerpo de agua como de los efluentes
características son importantes principalmente en la zona involucrados. La simulación de la dispersión de
cercana a la costa, donde los mecanismos que gobiernan contaminantes en la costa necesita de mediciones
la dispersión son complejos debido a los efectos de la detalladas y de la calibración de modelos numéricos
rotura del oleaje y a la interacción no lineal entre olas y mediante casos simples que luego permiten mejorar el
corrientes. conocimiento de los procesos físicos y al mismo
tiempo poder realizar predicciones numéricas.

Artículo recibido el 12 de abril de 1995 y aceptado para su publicación el 10 de mayo de 1995. Pueden ser remitidas
discusiones sobre el artículo hasta seis meses después de la publicación del mismo. En el caso de ser aceptadas, las
discusiones serán publicadas conjuntamente con la respuesta de los autores en el primer número de la revista que aparezca
una vez transcurrido el plazo indicado.

INGENIERÍA DEL AGUA. VOL. 2 NUM. 2 (JUNIO 1995) P. 53

CONTAMINACIÓN EN AGUAS COSTERAS

Uno de los primeros estudios de los procesos de - Continuidad:

mezcla en la zona de rompientes fue realizado por Harris
et al. en 1963. Desde entonces, muchos investigadores ∂Uh ∂Vh
han continuado estudiando la turbulencia y la mezcla + =0 (1)
∂x ∂y
inducida por la rotura del oleaje, realizando tanto
trabajos teóricos (Battjes, 1975; Zeider, 1976; - Momentum en dirección x (análoga para y):
Svendsen, 1987), como experimentales (Crickmore,
∂U ∂ 2 ∂ ∂H ∂h
1972; Horikawa et al., 1978; Nadaoka and Hirose, + U + UV + g [ − ] = f .V + Fx+
1986). Estos trabajos previos han mostrado la ∂t ∂x ∂y ∂x ∂x
complejidad de los fenómenos de mezcla
macroturbulenta e interacción no lineal entre ∂ 2U ∂ 2U ∂ 2V g (U 2 + V 2 )1/ 2
v[2 + + ] − U (2)
turbulencia, olas y corrientes. Esta complejidad es la ∂x 2 ∂y 2 ∂x∂y C 2 h
principal razón por la cual, aún después de 20 años de
investigaciones, no se disponga de una formulación donde h es la profundidad; U y V son las
completa para describir la dispersión en la zona de velocidades verticalmente integradas a lo largo de los
rompientes. ejes x, e y respectivamente; f es el parámetro de
Coriolis; C es el coeficiente de Chezy; v es la
viscosidad turbulenta horizontal y Fx, es un término
En este trabajo se presentan dos casos de estudio: el impulsor (e.g. viento u oleaje) en las ecuación de
primero muestra la dispersión de trazadores en la zona momentum. La tensión inducida por viento es
de rompientes (Delta del Ebro) incluyendo mediciones y calculada con la siguiente expresión:
modelado; el segundo caso presenta la simulación de la
dispersión de los efluentes provenientes del τ w = ρ Kw W W (3)
principal emisario submarino de la ciudad de donde W es la velocidad del viento a 10 m de la
Barcelona. superficie del mar y Kw un coeficiente de calibración
adimensional (ver Dean y Dalrymple,1984).
MODELADO NUMERICO
Para resolver este sistema de ecuaciones, son
necesarios algunos "submodelos de cierre" como la
Modelo Hidrodinámico tensión por fricción con el fondo y la difusividad
turbulenta. Para el primero se parametrizó y acopló
En el Laboratorio de Ingeniería Marítima de la Escuela mediante un esquema iterativo un submodelo de capa
de Caminos de Barcelona (Universidad Politécnica de límite turbulenta (ver detalles en Fredsoe, 1984 y
Cataluña) se han desarrollado diversos modelos S.Arcilla et al., 1992). Para la difusión horizontal se
hidrodinámicos durante los últimos 15 años. Uno de ellos emplean expresiones estandard (e.g. Deguchi et al.,
(NEARCIR-Q3D), se ha utilizado en este trabajo para 1992) y calibración utilizando los perfiles de velocidad
simular el campo de velocidades como "input" del medidos.
modelo de dispersión. Este modelo ha sido extensamente
calibrado previamente (para detalles del proceso de La técnica de solución emplea un esquema explícito en
validación ver lista de referencias). diferencias finitas basado en una malla tipo MAC
("Marker-And-Cell"). La misma malla es utilizada por el
Para simular la circulación inducida por el oleaje en la módulo de propagación. El módulo de circulación 2DH
zona de rompientes (caso de estudio 1) se utiliza el recibe del primer módulo el tensor de radiación y el
modelo NEARCIR (e.g. S.Arcilla et al 1990/92). Este nivel medio modificado por el oleaje. El tercer módulo
modelo consta de tres módulos, el primero, calcula la permite calcular la estructura vertical del
propagación del oleaje y está basado en el principio de campo de velocidades con una aproximación Q-3D,
conservación cinemático y de la acción de las olas y por lo que sus resultados no son presentados en esta
utiliza como condiciones de contorno en aguas aplicación bidimensional 2DH.
profundas la altura y la dirección características del
oleaje. El modelo hidrodinámico suministra al modelo de
dispersión el campo de velocidades incluyendo las
El segundo módulo resuelve las ecuaciones de distribuciones espaciales de tensiones turbulentas
conservación de masa y momentum verticalmente horizontales (en el fondo y en la superficie si
integradas suponiendo una "tapa rígida", ecuaciones 1 y corresponde) que permiten estimar los coeficientes de
2, incluyendo los términos impulsores generados por dispersión en la malla de cálculo.
la rotura del oleaje.

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 CONTAMINACIÓN EN AGUAS COSTERAS

Modelo de Dispersión explícito. Los términos convectivos se resuelven

mediante el método de las características, utilizando una
El modelo de dispersión desarrollado, DISPER, es una interpolación bilineal para la velocidad en cada celda.
versión mejorada del modelo Lagrangiano propuesto Los términos difusivos son resueltos aplicando una
inicialmente por Holly y Pollatera (1984), y aproximación analítica que asume una distribución
modificado por Carreras y Menendez (1990). espacial Gaussiana de la concentración. Esta
aproximación, junto con la hipótesis de coeficientes de
La ecuación de convección-difusión 2DH que se dispersión suavemente variables en la zona donde los
resuelve es la siguiente (EDP): gradientes de concentración son importantes, limitan
la aplicación del modelo a regiones "locales" donde las
∂C ∂C 1 ∂ ∂C C manchas admiten formas elípticas. La ecuación en
+ Ui − ( hKij )= − (4)
∂t ∂ x i h ∂x i ∂x j Td derivadas parciales inicial es transformada en dos sistemas
desacoplados de ecuaciones lineales en derivadas
ordinarias, que son resueltos sucesivamente mediante un
Con i,j = 1,2; Ui: corrientes 2DH, C: concentración método de Runge-Kutta clásico de sexto
2DH, h: profundidad, Kij: coeficientes de dispersión órden. Finalmente, el término de decaimiento es
horizontales y T d : tiempo de decaimiento evaluado en forma directa, ya que es supuesto como
característico del "constituyente" (o contaminante al que un proceso de primer orden.
se refiera C).

La solución numérica está basada en una técnica de Para la validación del modelo se compararon los
desdoblamiento ("splitting") entre los diferentes resultados numéricos con dos soluciones analíticas de la
procesos involucrados: advección por el flujo medio, ecuación 4, tomadas de Holly y Pollatera (1984) y
dispersión (difusión turbulenta y advección diferencial Ozmidov (1990) respectivamente. A modo de
por gradientes espaciales del flujo medio) y finalmente ilustración, se muestra la comparación para el caso de
un posible decaimiento. La variación temporal es una fuente instantánea puntual en un flujo no
resuelta utilizando un esquema en diferencias finitas uniforme. En este caso, propuesto inicialmente por

Figura 1: Comparación del modelo DISPER (cruces) y la solución analítica de Okubo (línea) para una fuente punctual
instantánea en un flujo circular no uniforme.

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CONTAMINACIÓN EN AGUAS COSTERAS

Okubo en 1966, se considera una concentración media en Los resultados de éste modelo han sido comparados
la vertical dada por la expresión siguiente: satisfactoriamente con datos de campo y valores
obtenidos con otros modelos numéricos en condiciones
similares. Además, en la fase experimental
Q M (t )x2 + 2M2(t )xy+ M3(t ) y2
C( x, y, t ) = exp−[ 1 ] (5) complementaria del modelo numérico, se ha
4p KhP(t ) 4Kh p2(t ) comenzado a estudiar una formulación para los
coeficientes de viscosidad turbulenta y de dipersión
horizontal en la ZR. A partir de medidas de la
Donde Q es el caudal de la fuente, K h es un evolución de intensidad en isolíneas y centros de la
coeficiente de difusión horizontal y P, M1, M2, y M3 son manchas, los coeficientes antes mencionados pueden ser
funciones del campo de velocidad de naturaleza comparados y calibrados.
hiperbólicas, (ver detalles en Ozmidov, 1990).

La Figura 1 muestra comparación entre resultados Más detalles sobre el modelo DISPER puede
numéricos (cruces) y la solución analítica (línea) dada encontrarse en Sierra et al. (1994).
por (ec. 5). Como puede observase ambas soluciones
aparecen superpuestas debido al buen ajuste obtenido.
CASOS DE ESTUDIO EN EL LITORAL
El modelo de dispersión utiliza como "inputs" la ESPAÑOL
batimetría, el campo de velocidades y los coeficientes de
dispersión y decaimiento. La batimetría ha sido medida
en el caso de estudio 1 y digitalizada de cartas náuticas
en el caso 2. El campo de velocidades de corrientes se Caso de estudio 1: Experimentos de campo en
ha obtenido usando el modelo hidrodinámico el Delta del Ebro
mencionado, más mediciones en el caso 1. El
decaimiento bacteriano es opcionalmente estimado a
partir de formulaciones estándar (e.g. Mancini, 1978) o Los experimentos de campo se realizaron en la costa
a partir de valores medidos. mediterránea, concretamente en la Barra del Trabucador
del Delta del Ebro (mostrado en la Figura 2), entre el 13
Los coeficientes del tensor de dispersión Kij se y 17 de Diciembre de 1993. Esta playa fue seleccionada
calculan mediante las expresiones dadas por la ec. 6, por su geometría cuasi uniforme longitudinalmente,
similares a las clásicas propuestas por Eider (1959). Una como se puede ver en la figura 3, y la disponibilidad de
ventaja de la presente formulación es que no es información previamente obtenida por el LIM-UPC.
necesario estimar explícitamente los términos
cruzados, ya que sólo se precisan las componentes El trabajo experimental incluyó la medición simultánea
paralela y perpendicular al flujo (Kp) y (Kc). Esto se debe de numerosas variables como: altura dirección y período
a que el método Lagrangiano sigue las propiedades del oleaje incidente fuera y dentro de la ZR mediante
de las manchas a lo largo de las líneas de corriente. Los una boya direccional (dwr) y un sensor de altura (wg)
valores de Kp y Kc se estiman, en base a un análisis combinado con video, respectivamente. El campo de
dimensional, mediante: velocidades se midió mediante 6 correntímetros
Kp = βp h u* electromagnéticos (emc) y filmación en video de
(6.a,b) trazadores. El posterior tratamiento digital de las
Kc = βc h u* imágenes de los trazadores permitió estudiar la
dispersión de contaminantes pasivos. Las mediciones
donde β p y β c son coeficientes numéricos y u* es la incluyeron también el transporte de sedimentos en
velocidad de corte. suspensión y la batimetría al inicio y final de la
campaña.
Para calcular la concentración total, CT, en plumas o
inyecciones contínuas (caso 2), se asimilan estas
inyecciones a una sucesión de descargas puntuales Para estudiar la hidrodinámica y procesos de mezcla de
(manchas) sucesivas. Las soluciones individuales se la ZR se ha utilizado una moderna técnica de procesado
superponen de la siguiente manera: digital de imágenes (DigImage-1994). Las filmaciones
de la superficie del mar se realizaron desde una cámara
∑
n
C T ( x, y, t ) = j =1
C ( x , y , t1 ) (7) BN colocada a 20 m de altura. Las imágenes son
restituidas para transformar el sistema de coordenadas en
pixels a coordenadas topográficas corrigiendo también
En esta sumatoria sólo es preciso incluir los puntos de las las distorsiones producidas por la inclinación de la
manchas cuya distancia al punto (x,y) considerado sea cámara y la lente gran angular. Para calibrar la función
inferior a 4 veces el desvío estándar de la mancha de transformación se colocaron numerosas banderas
gaussiana "j". colocadas en la línea de orilla y 50 m mar adentro.

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 CONTAMINACIÓN EN AOVAS COSTERAS

Figura 2 y 3: (Der.) Area del Delta del Ebro y localization de la Barra del Trabucador (P11), (Izq.) Batimetría del área de
estudio (P11 )el 16/Diciembre/93

El error de ésta función (un polinomio bicuadrático) fué persistencia. Como el contraste depende de varios
menor a 0.8 m en la dirección y ("cross-shore") y a 0.2 m factores (e.g. turbidez, color del cielo, intensidad de
en x ("longshore"). Respecto de la resolución temporal luz, etc.), la selección debe hacerse cuidadosamente. En
del sistema de video, ésta varía entre 50 y 25 imágenes general se concluyó que la leche y la fluoresceína fueron
por segundo, dependiendo de si se filtran o no las líneas los más adecuados.
pares e impares ("interlace filtering"). La importancia de
conocer la precisión del sistema de tratamiento de El empleo del video permite la identificación y
imágenes radica en que condiciona la fiabilidad en las seguimiento de manchas simultáneas, boyas y espuma,
mediciones de advección, distorsión y dispersión en la zona de rotura y orilla. A partir de estas
horizontal de las manchas, a partir de las cuales se imágenes se pueden estimar velocidades lagrangianas,
quiere caracterizar los coeficientes de mezcla. Más características del oleaje, oscilaciones de baja
detalles de la aplicación de esta técnica de proceso de frecuencia y parámetros de dispersión asociados a la
imágenes a la hidrodinámica de ZR se presentan en turbulencia inducida por la rotura del oleaje (e.g.
Redondo et al. (1994). Figuras 6 y 9). Debido a la intensa mezcla vertical
dentro de la ZR, las velocidades lagrangianas
Los trazadores fueron seleccionados después de varias obtenidas con las manchas pueden considerarse
intercomparaciones en campo con diferentes representativas del flujo medio. Esta representatividad se
substancias: fluoresceina, rodamina, KMnO4, CaSO4y pudo validar mediante la comparación con las
leche. La buena calidad de un trazador depende de su velocidades eulerianas medidas con los correntímetros
contraste con el color de la superficie y de su electromagnéticos.

Figura 4: Esquema de medición utilizado: E:estación móvil de adquisición de datos; T:punto de vertido de los colorantes y
trineo de arrastre con emc, obs, pst y wg; B:dwr y F:cámara de vídeo.

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CONTAMINACIÓN EN AGUAS COSTERAS

La Tabla 1 muestra el número de test y un resumen de La Figura 5 muestra una mancha típica de fluoresceina y leche
las condiciones experimentales encontradas (altura de digitalizada en falso color para el test 8, (16/12/93).
ola "rms" (cm), período del pico espectral, coordenada
"cross-shore", calado medio y velocidades horizontales La Figura 6 muestra dos series temporales
(cm/s)) el 16/Diciembre/93 durante un estado de mar correspondientes a la advección y dispersión de una mancha de
6 1 de leche con fluoresceína, con un intervalo entre
posterior a un temporal de intensidad media. Los tests 5-
imágenes de 2 segundos para el test 9 y 5 s para el test 8 (la
7 se efectuaron durante la mañana, con un estado de mar numeración de los tests es la de la tabla 5). Los contornos han
cuasi-estacionario, mientras que los tests 8-12 se sido dibujados para una intensidad entre 75-80 en una escala
midieron por la tarde, con un oleaje decreciente en de grises entre 0 y 256.
energía. Más información sobre los experimentos
realizados durante la campaña DELTA'93/94 y su La Figura 7 presenta la correspondiente serie modelada
modelado hidrodinámico puede verse en Rodriguez et al. utilizando una malla regular de 2,5 m en un dominio
(1994). de 362,5 m en x y 130 m en y, localizada en el
perfil de playa P11 del Trabucador. El modelo
Tabla 1. Condiciones medidas el 16/dicicmebre/93: corriente de propagación y circulación usa condiciones de
longitudinal(V)y transversal("underflow"), verticalmente promediadas oleaje medidas y se calibró con las mediciones de
corrientes realizadas con los emc. El modelo de
dispersión comienza con condiciones iniciales
Medidas Hidrodinámicas (P11) similares a las medidas en los experimentos en las
Caso Hrms (m) Tp(s) Y (m) h (m) V*(m/s) U* imágenes correspondientes al instante de vertido.
5 0.47 7.1 87.9 1.29 0.48 0.15
Los coeficientes de dispersión en la ZR variaron
6 0.38 7.1 73.2 0.80 0.88 0.19
entre 0,02-0,04 m2/s de acuerdo a la ec. 7. Estos
7 0.31 8.0 65.1 0.70 0.66 0.13 valores son similares a los de la viscosidad
8 0.41 7.1 93.5 1.34 0.23 0.08 turbulenta en el modelo hidrodinámico y a los
9 0.40 7.1 79.8 0.70 0.62 0.24 utilizados por otros autores en la ZR (e.g.
10 0.33 7.1 74.0 0.68 0.60 0.16 Deguchi et al., 1992).
11 0.27 8.0 69.5 0.60 0.46 0.11
12 0.18 8.0 60.0 0.38 0.28 0.10

Figura 5: Imagen filtrada de una mancha de fluoresceina y leche para el test 8.

Figura 6. Trayectorias medias durante 30 s correspondientes a los tests 8 y 9 . Notar la dispersión relativa y decaimiento en la intensidad de
los centros.

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 CONTAMINACIÓN EN AGUAS COSTERAS

Figura 7. (Der) Perfil de veloc. long, medido y simulado en P11. y (Izq). Dispersión cale, para el test 8: líneas cont
intensidadmedia entre 75-80 puntos intensidad de los centros de las manchas.

ejemplo del proceso de mejorado en

la resolución de una imagen de una
mancha (test 9). En primer lugar, la
imagen seleccionada es aumentada
en una ventana (sup.) y filtrada
para suavizar la estructura
cuadriculada de pixels (centro).
Después de invertir las intensidades
y quitar el fondo ("bakground"), el
rango de intensidades de la mancha
es re-escalado para maximizar la
resolución (0-256). El resultado final
muestra claramente la estructura
interna de intensidades de la mancha
(inf.). Esta caracterización
(cuantitativa) de la forma y estructura
de la mancha permite estudiar
propiedades de turbulencia en la
ZR como escalas integrales de
velocidad r.m.s., anisotropía, etc.

Caso de estudio 2: Zona litoral frente

a Barcelona. Descargas por emisario
submarino.
Los objetivos en éste caso son los
Figura 8. (Sup) Ventana ebn la imagen original de una mancan (Test 9)a 25 s del de verificar la aplicabilidad del
vertido, (Centro) Vent, filtrada (7*7) y (Inf.), Imagen final que revela la estructura modelo desarrollado DISPER a
interna de densidades.
un caso real, y estudiar el
cumplimento de las normas
europeas de calidad de agua para
las playas cercanas al principal emisario submarino de
Para ilustrar la capacidad del sistema de análisis Barcelona (Besós), cuya localización puede verse en la
digital de imágenes, se muestra en la Figura 8 un Figura 9.

Ingeniería del Agua. Vol. 2 Num. 2 (junio 1995) p. 59

CONTAMINACIÓN EN AGUAS COSTERAS

campo cercano se simularon descargas con diferente

flotabilidad. Los dos casos límite se muestran en la
Figura 10a. El caso de flotabilidad máxima
corresponde a una descarga de agua dulce a 17,5° C
(Figura 10-caso a con ρww = 999 Kg/m3). En los casos
intermedios se consideraron descargas mezcladas
parcialmente con agua de mar de densidad alrededor de
1014 Kg/m3. El otro caso límite corresponde a una
descarga con flotabilidad casi nula (Figura 10-caso b con
ρww = 1026 Kg/m3).

La diferencia de densidad en el caso de descarga de

agua dulce (caso a) ocasiona una intensa
estratificación, como puede verse en la Figura 10a. Esta
Figura 9. Area costera deBarcelona y localización del estratificación reduce la mezcla, permitiendo que altas
emisario. Las líneas discontinuas ilustran el area de estudio. concentraciones de bacterias alcancen las costa. En
cambio, para una descarga con flotabilidad muy pequeña
El modelo hidrodinámico ha sido utilizado para (caso b), a una distancia de 5 veces el calado (250 m
simular la circulación inducida por viento en condiciones aguas abajo) termina el campo cercano, permitiendo una
típicas de invierno (ausencia de estratificación térmica y mezcla en toda la columna de agua y concentraciones
vientos de 5-10 m/s del NE). Se utilizó una malla regular mucho menores. El modelo de campo cercano calcula,
(∆x=300 m, ∆y=450 m) en un dominio con dimensiones para el caso de la descarga neutra, un coeficiente de
de 16,5 Km y 22 Km perpendicular y paralelo a la difusión turbulenta de Kh = 0,018 m2/s. Este valor es
línea de costa, respectivamente. similar a los ajustados en el caso de estudio 1. al
simular la dispersión de las manchas medidas con un
Para estudiar la tridimensionalidad de la mezcla en el
rango de Kh entre 0,02 m2/s, 0,04 m2/s.

Figura 10 a-b. Mod. C. Cercano : a(lzq) Estr, D mezcla (c. extr. flotab.): (a) y(b) desc. a. dulce y neutra , b(der) Ef flot. de la des. e n
la diluc. media S a 2000m ag. abajo.

Las simulaciones incluyeron diferentes condiciones En la Figura 10b se muestra la influencia del flujo de
geométricas e hidrodinámicas de la descarga. Respecto flotabilidad de la descarga (definido como B=(g/ρ)ρ'w) en
al emisario, se simularon los casos: de 600 m, y de la dilución S = C /C0. El ejemplo corresponde a un punto
2900 m de longitud. La dispersión 3D en el campo 2000 m aguas abajo de la fuente puntual (sin difusores)
cercano se simuló con el modelo CORMIX, dada su para el caso del emisario antiguo de 600 m de longitud.
fiabilidad y aceptación en la comunidad internacional Se puede observar el aumento de dilución a medida que
(Jirka, 1991). Los datos de la descarga fueron: 11 m las descargas se vuelven neutras (flotabilidad nula).
y 50 m de profundidad para los dos emisarios Para plumas con flotabilidad negativa, vuelve a haber
considerados; un caudal de vertido de 12,0 m3/s y una reducción en la dilución (éste es el caso de
C0=106 bact/ cm3. El campo de velocidades simulado descargas en agua dulce más templada y corrientes de
se muestra en la Figura 11. El agua marina se densidad o turbidez).
consideró con una salinidad de 3,5% y una
La simulación de la dispersión en el campo lejano
t e m p e r a t u r a d e 1 1 , 5 ° C , l o q u e i m p l i c a ρmar
incluyó numerosas situaciones típicas con tasas de
= 1027 Kg/m3.
decaimiento bacteriano típicas de la costa
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 CONTAMINACIÓN EN AGUAS COSTERAS

Mediterranea, con T90 0,5-1,5 hs (e.g. Bravo, 1985 y Lagrangianas (video) y Eulerianas (emc) de corrientes
Mujeriego, 1989). Los coeficientes de dispersión en longitudinales fueron similares en todos los casos, lo que
general se estimaron mediante la ecuación 6 con en alguna medida demuestra la intensa mezcla vertical
valores estandard de ßp = 5,9 y ßc = 0,23. en la ZR. Por el contrario para la componente
transversal a la costa, en varias ocasiones las
Las predicciones fueron similares a las obtenidas en mediciones mediante el video mostraron una velocidad
estudios previos -Mead y Cooper, (1992)- con un hacia el mar mayor a la medida por los emc bajo el
modelo 3D, cuando no había estratificación y las tasas nivel de senos de la olas ("undertow"). Esta
de decaimiento eran similares (Mead y Cooper observación es contradictoria con lo esperable (y lo
consideraron un T90 entre 1,5-24 hs). A modo de medido por los emc), teniendo en cuenta la estructura
ejemplo, en la Figura 11 se muestra la pluma en el vertical del flujo medio transversal: hacia costa en
campo lejano, para el caso del emisario de 2900 m, com superficie y hacia el mar bajo el nivel de senos. Una
Qpuntual = 12,0 m3/s, Pww = 1026 Kg/m3 y T90=24hs. posible explicación es que las filmaciones reflejen la
influencia de oscilaciones de baja frecuencia en el
"undertow" debido a su menor duración
(aproximadamente 5 olas) frente a las series de los
emc (40 veces más largas).

De acuerdo con los resultados

numéricos del caso de estudio 1
en la ZR, los coeficientes de
dispersión horizontal transversal
parecen tener propiedades
similares a los coeficientes de
viscosidad turbulenta utilizados
en el modelado hidrodinámico,
mientras que el coeficiente
longitudinal experimental parece
ser menor que el calculado con la
ecuación 6.

Para el caso de estudio 2, las

comparaciones entre las opciones
de descarga simple o con difusores
(módulos CORMIXI o
CORMIX2), han puesto d e
m e n i f i e s t o l a importancia y
utilidad de l o s d i f u s o r e s ,
especialmente cuando los efectos
de flotabilidad son poco intensos.
Figura 11. Ejemplo de Simulación "HD en el campo lejano para Q
= 12 m3/s; Co = 106b/cm3 ∆t=375 s; T90=24 h y бßh=бc=0.23
Los efectos de la flotabilidad de la descarga son muy
RESUMEN Y CONCLUSIONES fuertes, especialmente en la dilución alcanzada en el
campo cercano. Por ejemplo para 100 m aguas abajo de
El promediado temporal de imágenes espaciales y las la descarga, la dilución disminuye 7 veces si no hay
series temporales de intensidad en transectos (líneas flotabilidad. Estos efectos tienen, obviamente, una fuerte
verticales u horizontales de una imágen) han influencia sobre la dispersión de bacterias u otros
demostrado ser una técnica conveniente para la contaminantes en las aguas costeras.
caracterización de la dispersión en trazadores
(simulando contaminantes) en presencia de olas y Los resultados de las simulaciones para el caso de
corrientes, aún en medios de tan compleja medición estudio 2, son similares a las obtenidas en estudios
como la zona de rompientes (ZR). El trazador ideal debe previos con un modelo 3D cuando se consideran
ser escogido cuidadosamente de acuerdo a las condiciones no estratificadas (invierno). Solo la opción
condiciones climáticas, para optimizar su contraste con el del emisario "largo" (2900 m), permite alcanzar
agua. niveles de concentración compatibles con los exigidos
por la normativa comunitaria para el baño. Sin
Los efectos de la corriente longitudinal, en la embargo, tanto los presentes resultados como los
dispersión de las manchas, fueron una característica obtenidos por Mead y Cooper (1992), deberían ser
dominante durante los experimentos. Las mediciones calibrados usando medidas representativas de la

Ingeniería del Agua. Vol. 2 Num. 2 (junio 1995) p. 61

CONTAMINACIÓN EN AGUAS COSTERAS

hidrodinámica y del T90, para aumentar la fiabilidad de las Horikawa K., Lin M. y Sasaki T. (1978). Mixing of
predicciones. heated water discharged in the surf zone, Proc.
Int.Conf.Coast.Eng., ASCE, 2563-2583.
La metodología y modelos desarrollados proporcionan
resultados útiles para evaluar los niveles de Jirka, G. (1991). CORMIX: Cornell Mixing Zone
contaminación a lo largo de la costa para diversas Expert System, I.C.E. Short Course on Hydraulics
situaciones (longitud y posición del emisario, intensidad of Sea Outfalls, University of Honk Kong,
y dirección del viento, flotabilidad del efluente, etc). Diciembre 1991.
Por lo tanto, el diseño y operación del emisario pueden Mancini, J. (1978). Numerical estimates of coliform
ser optimizados para minimizar el impacto ambiental mortality rates under various conditions, Journal of
por contaminación bacteriana. water pollution control fed., Noviembre,
2477-2484.
AGRADECIMIENTOS Mead C., y Cooper A. (1992). Three-dimensional
numerical modelling of coastal hydrodynamics and
El presente trabajo fue realizado como parte de los pollutant dispersal, Proc. 2nd. Int. Conf. Hyd. and
proyectos de investigación del LIM-UPC en Env. Mod. of Coast., Est. and River Waters, Vol.
Contaminación costera e Hidrodinámica de la Zona de 1, Ashgate Pub., 31-41.
Rompientes, financiados por el Direcc. Gral. de Medí
Ambient de la Generalitat de Catalunya el primero, y Mujeriego, R. (1989). Estudio del saneamiento de las
conjuntamente por la Dirección Técnica Programa de zonas costeras de Cambrils y Vilaseca-Salou,
Clima Marítimo (Ente Público Puertos del Estado - Inf.Sec.Ing.Eng.Amb.}, DEHMA, ETSECCPB,
MOPTMA) y el Ministerio de E. y C. (DGICYT) el UPC, Barcelona, Septiembre, 152 pg.
segundo. Los autores agradecen la colaboración de J.P. Nadaoka K. y Hirose F. (1986). Modelling of
Sierra, J.Sospedra, J.Gomez y al personal involucrado en diffusion coefficient in the surf zone based on
las mediciones de campo. También se agradece al Dr. physical process of wave breaking, Proc. 33rd
G. Jirka sus comentarios sobre la dispersión en campo Japan Conference Coastal Engineering, 26-30, (en
cercano y la disponibilidad del modelo CORMIX, y a japonés).
EMSSA por la atención en suministrar datos de la planta Ozmidov, R. (1990). Diffusion of contaminants in the
y emisarios del Besos. ocean, Oceanographie Sciences Library, Vol. 4,
Kluwer Academic Publishers, Londres.
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