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OCEANOGRAFÍA

DE

LA

ZONA

COSTERA

DE

TODOS

SANTOS, BAJA CALIFORNIA SUR Y MODELO DE DIFUSIÓN

DE LA DESCARGA DE SALMUERA DE LA PLANTA

DESALINIZADORA LAS PLAYITAS, DEL PROYECTO MINERO

LA CONCORDIA

Elaborado por:

ENTRE DOS MARES S. DE R. L. DE C. V.

POR ENCARGO DE

DESARROLLOS ZAPAL, S.A. DE C. V.

INDICE

I. INTRODUCCIÓN.......................................................................................................1

PARTE I: HIDROGRAFÍA Y CIRCULACIÓN...................................2

II. HIDROGRAFÍA.........................................................................................................3

III. CIRCULACIÓN GENERAL......................................................................................9

IV. CORRIENTES OBSERVADAS FRENTE AL SITIO DEL PROYECTO

MEDIANTE FLOTADORES DE DERIVA ...............................................................12

V. DISCUSIÓN .............................................................................................................20

VI. CONCLUSIONES....................................................................................................22

VII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.......................................................................24

PARTE II: MODELO DE DIFUSIÓN ................................................26

I. BASES DEL MODELO JETLAG................................................................................26

II. CONDICIONES DEL MEDIO AMBIENTE ................................................................29

III. CÁLCULO DE LA DESCARGA ...............................................................................31

IV. RESULTADOS Y DISCUSIÓN................................................................................33

IV.1. CASO 1 ..........................................................................................................38

IV.2. CASO 3 ..........................................................................................................43

IV.3. CASO 4 ..........................................................................................................48

IV.4. CASO 6 ..........................................................................................................53

V. CONCLUSIONES.....................................................................................................58

VI. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................................60

PARTE III: BATIMETRÍA .................................................................61

I. BATIMETRÍA .............................................................................................................61

ii

I.1. Levantamiento batimétrico................................................................................61

I.2. Configuración del fondo marino........................................................................62

iv

EQUIPO DE TRABAJO

Lucio Godínez Orta (Direción y Coordinación) (Océanologo)

Guillermo Gutiérrez de Velasco Sanromán (oceanografía física

y modelo de difusión)

(Dr. en oceanografía física)

Martín E. Hernández Rivas (Plancton)

(Biólogo Marino)

Fernando Elorriaga Verplancken (Mamíferos Marinos)

(Doctor en Ciencias Marinas, especialista en mamíferos

marinos)

José Manuel Borges Souza (Peces)

(Maestro en Ciencias Marinas, especialista en comunidades

bentónicas)

Alejandra Chávez Hidalgo (Comunidades Bentónicas)

(Maestro en Ciencias Marinas especialista en comunidades

bentónicas)

José Octavio Navarro Lozano (Sedimentología)

(Doctor en Ciencias Marinas, especialista en geología marina)

Jimena Bohórquez Herrera (Tortugas Marinas)

(Maestro en Ciencias Marinas, especialista en tortugas

marinas)

v

OCEANOGRAFÍA DE LA ZONA COSTERA DE TODOS SANTOS, BAJA CALIFORNIA SUR Y MODELO DE DIFUSIÓN DE LA DESCARGA DE SALMUERA DE LA PLANTA DESALINIZADORA LAS PLAYITAS, DEL PROYECTO MINERO LA CONCORDIA

I. INTRODUCCIÓN

Con el propósito de conocer las características oceanográficas de la zona marina de influencia y la difusión de la descarga de salmuera de la planta desalinizadora

denominada Las Playitas, asociada al proyecto minero La Concordia, en la

Delegación de Todos Santos, Municipio de La Paz, Baja California Sur, México, se

realizaron estudios de oceanografía y modelación hidrodinámica. La descripción de

las características oceanográficas de la zona se hizo a partir de información

bibliográfica y bases de datos disponibles.

Adicionalmente, se realizaron un conjunto de observaciones de corrientes en la zona de estudio empleando flotadores de deriva equipados con instrumentos para medir la

posición mediante el sistema de posicionamiento global por satélite (GPS). Los

flotadores se liberaron en la superficie y a 10 m de profundidad.

En cuanto a la batimetría, se realizaron mediciones de profundidad por medio de un ecosonda con GPS de alta resolución integrado (sistema WAAS), recorriendo el área

a bordo de una embarcación con motor fuera de borda.

Los estudios de oceanografía biológica abordan desde los temas fundamentales de la base de la cadena alimenticia como el plancton (fitoplancton y zooplancton), hasta

los grandes grupos de peces, bentos, mamíferos y tortugas marinas.

Los resultados de estos estudios se utilizarán para sustentar la evaluación de impacto ambiental de la planta desalinizadora y la descarga de salmuera al mar.

1

PARTE I: HIDROGRAFÍA Y CIRCULACIÓN

La zona de influencia de la descarga de salmuera se determinó a partir de los resultados del modelo de difusión, los cuáles indicaron que la salmuera se diluye a

la salinidad del agua de mar a una distancia aproximada de 125 m en todas

direcciones, con respecto al punto de descarga, es decir, el área de afectación tiene

un radio de 125 m. El sitio seleccionado para la descarga se ubica a 500 de la playa

y a 15 m de profundidad (Fig. 1).

Figura 1. Localización del área de estudio, el círculo color cyan indica el área de influencia de la descarga de salmuera; la línea azul señala el difusor submarino y el polígono café ilustra

la ubicación de las instalaciones de la planta desalinizadora.

2

II. HIDROGRAFÍA

El área de estudio (23.5° N, 110.3° W) donde se ubicará la planta desalinizadora Las Playitas y su área de influencia, se localiza en el Pacífico Central Mexicano, en la

zona de convergencia del Giro del Pacífico Norte donde la Corriente de California se

separa del continente y se encuentra con la Corriente Norecuatorial.

La región tiene una estructura hidrográfica compleja debido a la confluencia de diferentes masas de agua (Roden y Groves, 1959; Roden, 1964, 1972; Wyrtki, 1966;

Álvarez-Borrego y Schwartzlose, 1979; Bray y Robles, 1991; Torres-Orozco, 1993).

Es una región muy sensible a los fenómenos de El Niño; su respuesta a este

fenómeno se caracteriza por anomalías positivas de temperatura y del nivel del mar y

una alteración general del patrón de corrientes marinas (Baumgartner y Christensen,

1985; Robles y Marinone, 1987; Torres-Orozco, 1993; Lavín et al., 1997; Ortega-

García et al., 1999).

En la región están presentes distintas masas de agua superficiales: Agua Superficial Ecuatorial (ASE), Agua del Golfo de California (AGC), Agua de la Corriente de

California (ACC) [Griffiths, 1963; Torres-Orozco, 1993].

El ACC transporta aguas de origen subártico que son frías y de baja salinidad (comparativamente pesadas) y las dos restantes transportan agua liviana de mayor

temperatura (Griffiths, 1968; Roden, 1972 y Torres-Orozco, 1993). El ASE se

caracteriza por temperaturas mayores a los 18°C y salinidades menores a 35 ppm

(partes por mil). El AGC se distingue por su alta salinidad (>35ppm) y amplio rango

de temperaturas. Su presencia en el área de estudio es muy limitada por su

interacción con la ASE. La más fría de todas corresponde al ACC cuya temperatura

varía entre los 12 y 18°C y se caracteriza por salinidades menores a 34.5 ppm. La

presencia de estas masas de agua tiene un comportamiento estacional modulado por

el patrón de circulación superficial del Pacífico oriental e interanual modulado por el

fenómeno del Niño principalmente (Robles y Marinone, 1987, Torres-Orozco, 1993).

Por debajo de la superficie se encuentran la masa de agua Subsuperficial Subtropical (ASsSt) la cual posee un amplio rango de temperatura (9 a 18°C), su salinidad es

3

mayor a 34.5 y menor a 35 ppm. La masa de Agua Intermedia del Pacífico (AIP) se ubica por debajo de todas las anteriores. El AIP se distingue por el mínimo profundo

de salinidad (34.5 ppm), la temperatura varía entre 4 y 9°C y la salinidad entre 34.5 y

34.8 ppm. Por último, la masa de agua Profunda del Pacífico (APP), como su nombre

lo indica, es la más profunda de las masas de agua presentes en el área de estudio.

En un diagrama Temperatura-Salinidad el APP se identifica por temperaturas

menores de 4°C y salinidades mayores de 34.5 ppm.

La interacción de las diferentes masas de agua forma regiones con marcados gradientes de temperatura. A este tipo de estructura se le conoce como frente

térmico. El más importante de la zona ocurre frente a Cabo San Lucas y presenta su

intensidad máxima en junio (Blackburn, 1969; Collins et al., 1997) cuando confluyen

las masas de aguas superficiales; ACC, AGC y ASE. Cabo San Lucas su ubica

aproximadamente 80 km al sureste del área de estudio.

El campo de densidad en la zona de descarga de las aguas de rechazo (salmuera) de la planta desaladora es calculado empleando los valores de temperatura y

salinidad de la climatología contenida en la base de datos “World Ocean Atlas”

(Locarmini et al., 2006; Antonov et al., 2006) que compila la información histórica de

observaciones hidrográficas mundiales. La base de datos está disponible en una

malla global de 1° geográfico de resolución horizontal para los niveles estándar de

profundidad. Los datos utilizados corresponden a los promedios mensuales del

punto ubicado en las coordenadas 23° latitud norte y 111° longitud oeste, el cual se

encuentra 90 km al suroeste del área de estudio, siendo este el punto más cercano

de la base de datos utilizada para describir la hidrografía de la zona. Es importante

mencionar que es más confiable utilizar los promedios de las condiciones

hidrográficas de bases de datos de varios años que las mediciones puntuales, que

únicamente son representativas del instante de tiempo en que se realiza la medición.

Se tomaron los valores mensuales de esta base climatológica para definir la distribución de densidad en cada mes del año, así como la distribución promedio

anual (Fig. 2). Se observa que la temperatura varía entre 19 y 27 °C y la salinidad

oscila entre las 34 y las 34.7 Unidades Prácticas de Salinidad (UPS) equivalentes a

4

34 y 34.7 partes por mil, respectivamente. La densidad potencial del agua de mar

varía entre 22.2 y 24.3 σt.

Con el propósito de ilustrar las masas de agua superficiales que pueden encontrarse en la zona de influencia del proyecto, en la imagen inferior de la figura 2, se pretende

indicar que las masas de agua ASE, ACC y AGC, pueden estar presentes en la zona

con cierta temporalidad, dependiendo de las condiciones estacionales del sistema.

La distribución del campo de velocidad empleada para alimentar el modelo de difusión corresponde a la base de datos (MARIANO) de deriva de barcos del servicio

de Guardacostas de los Estados Unidos descrita por Mariano et al. (1995). Los

valores se presentan en la Tabla 1 del Apéndice I.

Figura 2. En la parte superior: Diagrama Temperatura-Salinidad (T-S) de los valores mensuales frente a la zona de influencia del proyecto. Los datos de cada mes son

representados por colores diferentes. Base de datos hidrográficos “World Ocean Atlas” (Locarmini et al., 2006; Antonov et al., 2006). En la parte inferior: Imagen de temperatura que

pretende indicar la presencia de las principales masas de agua que se presentan en la región: Agua de la Corriente de California (ACC), Agua Superficial Ecuatorial (ASE) y Agua

del Golfo de California (AGC). El punto azul señala la zona de influencia del proyecto.

5

La salinidad varía poco durante el año (Fig. 3 y 4), dentro de un rango de 0.5 Practical Salinity Units (PSU por sus siglas en inglés), presentando su mínimo valor

en mayo (34.2 PSU) y su máximo en octubre (34.7 PSU). Varía muy poco entre la

superficie y el fondo, apenas 0.05 en el verano en que su gradiente vertical es

máximo.

Figura 3. Variación anual de la salinidad de la columna de agua en el sitio de estudio. Base de datos hidrográficos “World Ocean Atlas” (Locarmini et al., 2006; Antonov et al., 2006).

La temperatura en la zona de estudio varía entre los 19.5 y 27 °C durante el transcurso del año, alcanzando su valor mínimo en abril (20°C) y su valor máximo en

octubre (27°C) (Fig. 5 y 6). La temperatura en la columna de agua es muy uniforme,

6

al igual que la salinidad, durante la mayor parte del año y presenta una diferencia de aproximadamente 2 °C entre la superficie y el fondo durante el verano.

Figura 4. Promedio vertical de la salinidad de la columna de agua en el sitio de estudio. Base de datos hidrográficos “World Ocean Atlas” (Locarmini et al., 2006; Antonov et al., 2006).

Figura 5. Temperatura promedio de la columna de agua en el sitio de estudio. Base de datos hidrográficos “World Ocean Atlas” (Locarmini et al., 2006; Antonov et al., 2006).

7

Figura 6. Temperatura promedio de la columna de agua en el sitio de estudio. Base de datos hidrográficos “World Ocean Atlas” (Locarmini et al., 2006; Antonov et al., 2006).

8

III. CIRCULACIÓN GENERAL

De acuerdo con Wyrtki, (1965), la circulación oceánica de gran escala en el Pacífico Tropical Oriental presenta tres patrones estacionales. El primer patrón abarca de

agosto a diciembre, el segundo periodo comprende los meses de febrero a abril y el

tercero de mayo a julio.

El primer patrón de circulación corresponde a las estaciones climáticas de verano- otoño. Considerando el esquema de circulación de septiembre propuesto por Wyrtki

(1965) como típico de verano, el patrón de circulación se caracteriza por la presencia

e intensificación de la Contracorriente Norecuatorial (CCNE). Esta corriente se

desarrolla a medida que la Zona Intertropical de Convergencia (ZITC) se desplaza

hacia el norte del ecuador, cerca de los 10°N. La CCNE fluye hacia la costa y

alimenta a la Corriente Costera de Costa Rica (CCCR), la cual se desplaza a lo largo

de la costa hasta cerca de los 20°N. Para otoño la ZITC inicia su regreso hacia su

posición más al sur (3°N) y la CCNE disminuye en intensidad (Fig. 7).

Figura 7. Circulación superficial en la costa Noroeste de México para verano (cuadro izquierdo) y otoño (cuadro derecho). Base de datos MARIANO de deriva de barcos del servicio de Guardacostas de los Estados Unidos descrita por Mariano et al. (1995); las

flechas negras (vectores) corresponden a los nodos de la malla a cada 1° de la base de datos. El punto azul señala en forma aproximada el área de estudio.

9

El segundo patrón corresponde a invierno. En esta época la Corriente de California (CC) se desplaza paralela a la costa pero se separa del continente cerca de los

23°N. A finales del invierno, el flujo principal de la CC penetra más hacia el sur y

alimenta a la Corriente Nor-Ecuatorial. La Zona Intertropical de Convergencia (ZITC)

se localiza cerca de los 3°N y la Contra-Corriente Nor-Ecuatorial (CCNE) está

prácticamente ausente, ya que solo se observa al oeste de los 120°W. Con la

ausencia de la CCNE la Corriente Costera de Costa Rica (CCCR) se debilita y los

flujos costeros son hacia el sur en el Pacífico Tropical Mexicano (Fig. 8).

Figura 8. Circulación superficial en la costa Noroeste de México para invierno (cuadro izquierdo) y primavera (cuadro derecho). Base de datos MARIANO de deriva de barcos del

servicio de Guardacostas de los Estados Unidos descrita por Mariano et al. (1995); las flechas negras (vectores) corresponden a los nodos de la malla a cada 1° de la base de

datos. El punto azul señala en forma aproximada el área de estudio.

El tercer patrón de circulación describe las condiciones para primavera-verano. En este periodo la ZITC inicia su desplazamiento hacia el norte y con ello favorece la

formación de la CCNE. Esta última se desplaza hacia la costa y provee a la CCCR la

cual se desplaza hacia el norte (cerca de 20°N). En esta época (junio) la CC alcanza

su máxima intensidad y presencia en la región adyacente a la entrada del Golfo de

10

California (23° N, Lynn y Simpson 1987). La CC alimenta a la CNE y a medida que la CCNE se intensifica tanto la CNE como la CC se recorren hacia el norte.

Acorde con lo descrito por Wyrtki (1965), Roden (1964) reportó la presencia de un flujo superficial entre Cabo San Lucas y Cabo Corrientes con dirección hacia el

sureste en el periodo febrero-mayo. En cambio, para junio y septiembre la dirección

de este flujo fue hacia el noreste, siendo más intensas en verano que en invierno, 0.1

ms-1 y 0.21 ms-1 respectivamente. La zona ubicada entre Cabo San Lucas y Cabo

Corrientes corresponde a la boca del Golfo de California. San Lucas se ubica a 80

km del área de estudio y Cabo Corrientes (Bahía de Banderas) a 600 km, frente a

Puerto Vallarta. No obstante cuando este flujo se dirige hacia el noreste (junio y

septiembre), puede llegar a tener influencia en el área de estudio.

Las observaciones de deriva de barcos muestran que en la zona de estudio la corriente durante primavera y otoño se dirige al sureste con magnitudes entre 0.1 y

0.3 ms-1, mientras que durante verano y otoño el flujo es en sentido opuesto,

dirigiéndose al noroeste, con magnitudes entre 0.05 y 0.15 ms-1.

Esta región es muy sensible al fenómeno de El Niño. Su principal respuesta está caracterizada por anomalías positivas de temperatura, del nivel del mar y por una

alteración general del patrón de circulación (Baumgartner y Christensen, 1985;

Robles y Marinone, 1987; Torres-Orozco, 1993; Lavín et al., 1997; Trasviña et al.,

1999; Ortega-García et al., 1999; Castro et al., 2000; Bernal et al., 2001; Durazo y

Baumgartner, 2002,). La región también es afectada por señales de alta frecuencia

producidas por el paso de tormentas y huracanes y por la presencia de Ondas de

Kelvin atrapadas a la costa durante eventos del Niño (Enfield, 1989).

Durante el Niño 1997-1998 la circulación costera se alteró en toda la región. Dos chorros de corrientes con dirección al polo ocurrieron de forma consecutiva. Cada

uno duró varias semanas y alteró drásticamente la circulación entre la costa de

Michoacán (18º N) y la costa occidental de Baja California (28º N). Este fenómeno se

observa claramente asociado con el paso de las ondas costeras del Niño y es

responsable por el acarreo de aguas de origen tropical hasta latitudes medias

(Trasviña, Com. Pers.).

11

IV. CORRIENTES OBSERVADAS FRENTE AL SITIO DEL PROYECTO

Con el propósito de comparar las características de las corrientes superficiales en el área de influencia del proyecto, con las obtenidas de la base de datos, se realizaron

mediciones de corrientes utilizando flotadores de deriva equipados

geoposicionadores por satélite (GPS por sus siglas en inglés). Los flotadores se

liberaron en la superficie (1 m) y a 10 m de profundidad dentro de la zona de interés.

Una vez que salían de esta zona se recuperaban y se liberaban nuevamente dentro

de la zona de interés.

El método lagrangeano describe la trayectoria que siguen las partículas de la masa de agua en movimiento (líneas de corrientes). En la figura 9 se ilustra la disposición

de las boyas, en la superficie y a 10 m de profundidad.

Es importante aclarar que las corrientes marinas son el resultado de varios

forzamientos oceanográficos como el esfuerzo del viento, oleaje, mareas y

distribución de masa (densidad) en el océano, es por ello que las mediciones de

corto plazo no permiten identificar con claridad los procesos responsables de la

circulación en el área.

En virtud de lo anterior, se recurre a la información climatológica contenida en las bases de datos, lo que nos permite identificar los patrones de circulación estacional a

nivel regional, los cuáles resultan de la combinación de los distintos forzamientos

ambientales responsables de la circulación oceánica superficial a gran escala.

Como ya se mencionó anteriormente, la circulación general en la zona está dominada por la Corriente de California, que regularmente fluye del noroeste al

sureste prácticamente paralela a la Península de Baja California. No obstante, cerca

de la costa, la circulación local está dominada el oleaje y el viento. La contribución de

la marea en zonas abiertas, como en este caso, tiene poca influencia sobre la

circulación costera, como se verá más adelante al comparar el sentido de las

corrientes observadas contra las condiciones de marea imperantes durante las

mediciones.

12

Debido a las limitaciones de tiempo y económicas, no fue posible aplicar metodologías más sofisticadas como correntímetros electromagnéticos o perfiladores

acústicos (doppler) para la medición del campo de corrientes. No obstante, la

intención fue obtener información sobre las características de velocidad y dirección

de la corriente, con el fin de validar la información de las bases de datos y alimentar

el modelo de difusión de la descarga de salmuera con información de corrientes

dentro de un rango esperado de condiciones en la zona.

Figura 9. Flotadores de deriva equipados con GPS para seguir la deriva de las corrientes en la superficie (imagen superior) y a 10 m de profundidad (imagen inferior).

13

Se realizaron dos campañas de mediciones de corrientes en el área de influencia del proyecto, la primera se realizó el día 23 de mayo de 2010 y la segunda durante los

días 27 y 28 de agosto del mismo año.

Los resultado indican que el 23 de mayo las corrientes en la superficie y a 10 m de profundidad se dirigen al sureste, paralelas a la costa, con magnitudes promedio de

0.35 m/s en la superficie y 0.25 m/s a 10 m de profundidad (Fig.10).

Las magnitudes observadas concuerdan con los registros de la base de datos presentados en el Apéndice A. La información muestra que las magnitudes

esperadas son de 0.1 a 0.5 m/s en condiciones normales y éstas podrían

incrementarse a valores de 0.75 a 1 m/s durante eventos extremos como el paso de

ciclones tropicales por la zona (Romero-Vadillo, 2003).

Figura 10. Trayectorias de los flotadores de deriva superficiales (líneas anaranjadas), y de 10 m de profundidad (líneas verdes) el día 23 de mayo de 2010. La flecha azul indica la

dirección de las corrientes y las letras I y F, indican el inicio y fin de la trayectoria de la boya. El círculo color cyan, la línea azul y el polígono café, indican el área de influencia de la

descarga de salmuera, el difusor y la planta desalinizadora, respectivamente.

14

La dirección y magnitud de las corrientes parecen estar asociadas a la aproximación del oleaje, el cual según los modelos globales de pronóstico la mayor parte del año

proviene del noroeste, principalmente durante el invierno y la primavera (Fig. 11).

Este oleaje al aproximarse a la costa genera una corriente paralela a ésta.

Figura 11. Dirección de aproximación del oleaje durante el invierno de acuerdo con el modelo global de pronóstico de la NOAA/NWS/NCEP. La escala de colores indica el periodo pico

(Tp) del oleaje y las flechas rojas la dirección de propagación.

Durante la campaña de mediciones del día 27 de agosto las corrientes en la superficie y a 10 m de profundidad se dirigen al nor-noroeste y norte, con magnitudes

promedio de 0.30 m/s en la superficie y a 10 m de profundidad (Fig. 12).

15

Como se puede ver, durante esta campaña de medición las corrientes se dirigen prácticamente en sentido contrario a las observadas el 23 de mayo de 2010. En este

caso las corrientes se mueven casi paralelas a la costa, aunque se observa cierta

tendencia hacia la costa. Este comportamiento sugiere la posibilidad de que las

corrientes observadas son generadas por el arribo del oleaje, el cual, de acuerdo con

el modelo global de oleaje del Océano Pacífico, en esta época del año proviene del

suroeste (Fig. 13).

Figura 12. Trayectorias de los flotadores de deriva superficiales (líneas rosas), y de 10 m de profundidad (líneas amarillas) el día 27 de agosto de 2010. Las flechas verdes indican la dirección de las corrientes y las letras I y F, indican el inicio y fin de las trayectorias de las

boyas. El círculo color cyan, la línea azul y el polígono café, indican el área de influencia de la descarga de salmuera, el difusor y la planta desalinizadora, respectivamente.

16

Figura 13. Dirección de aproximación del oleaje durante el verano de acuerdo con el modelo global de pronóstico de la NOAA/NWS/NCEP. La escala de colores indica el periodo pico

(Tp) del oleaje y las flechas rojas la dirección de propagación.

Durante la campaña de medición realizada el 28 de agosto las trayectorias en la superficie y a 10 m de profundidad inician hacia al noroeste, paralelas a la costa y

viran después al sureste con magnitudes promedio de 0.15 m/s en la superficie y a

10 m de profundidad (Fig. 14).

El patrón de corrientes observado parece estar asociado a una celda de circulación litoral o bien a un cambio inesperado en la dirección de propagación del oleaje,

incluso probablemente a la intensificación del viento del noroeste que estuvo

imperando durante la campaña de medición.

17

Como se mencionó anteriormente, las mediciones de corto plazo no permiten discernir con claridad al agente o forzamiento responsable de la circulación, aunque

en este caso las evidencias sugieren al oleaje como el agente responsable de l

circulación costera.

A final de cuentas, en nuestro caso lo más importante es contar con evidencias concretas sobre la magnitud y dirección de la corriente, de tal forma que los datos de

entrada al modelo de difusión de la descarga de salmuera, se encuentren dentro del

rango de condiciones esperadas para la zona de influencia del proyecto.

Figura 14. Trayectorias de los flotadores de deriva superficiales (líneas amarillas), y de 10 m de profundidad (líneas rosas) el día 28 de agosto de 2010. Las flechas verdes indican la

dirección de las corrientes y las letras I y F, indican el inicio y fin de las trayectorias de las boyas. El círculo color cyan, la línea azul y el polígono café, indican el área de influencia de

la descarga de salmuera, el difusor y la planta desalinizadora, respectivamente.

18

En la figura 15 se presenta la trayectoria seguida por las boyas de deriva durante las campañas de mediciones; se ilustra de manera esquemática el patrón de circulación

observado.

Figura 15. Trayectorias de los flotadores de deriva superficiales y a 10 m de profundidad observadas durante las campañas de mediciones (líneas de colores). Las flechas verdes

esquematizan el patrón de circulación observado.

19

V. DISCUSIÓN

En la región del Océano Pacífico ubicada frente a al sitio donde se pretende descargar el agua de rechazo (salmuera) de la planta desalinizadora Las Playitas

(ver figura 1), se presentan las masas de agua superficial ecuatorial, de la Corriente

de California y del Golfo de California.

El agua superficial ecuatorial se caracteriza por temperaturas menores a 18° C y salinidades menores a 35 ppm (partes por mil); las aguas de la Corriente de

California tienen temperaturas que varían entre 12 y 18°C y salinidades menores a

34.5 ppm.

Los valores mensuales calculados a partir de la base de datos climatológica muestran que frente a la zona de influencia del proyecto la temperatura varía entre

19 y 27° C y la salinidad oscila entre 34 y 34.7 ppm.

La salinidad varía poco durante el año (0.5 ppm), presentando su valor mínimo en mayo (34.2 ppm) y su máximo en octubre (34.7 ppm). Varía muy poco entre la

superficie y el fondo, apenas 0.05 ppm en el verano que es cuando se presenta el

gradiente vertical máximo.

La temperatura en la columna de agua es muy uniforme, al igual que la salinidad, durante la mayor parte del año y presenta una diferencia de aproximadamente 2 °C

entre la superficie y el fondo durante el verano.

Durante el verano y el otoño el patrón de circulación observado a partir de la base de datos climatológica indica que las corrientes se dirigen hacia el sur y cerca de la

costa se dirigen hacia el oeste, mientras que durante el invierno y la primavera el

flujo se dirige principalmente hacia el sur.

El 27 de agosto las trayectorias en la superficie y a 10 m de profundidad se dirigen al noroeste, paralelas a la costa con magnitudes promedio de 0.30 m/s en la superficie

y a 10 m de profundidad.

20

El 28 de agosto las trayectorias en la superficie y a 10 m de profundidad inician hacia al noroeste, paralelas a la costa y viran después al sureste con magnitudes promedio

de 0.15 m/s en la superficie y a 10 m de profundidad.

Las características y magnitudes de las corrientes indican que estas no corresponden a la circulación generada por las mareas, sino más bien parecen estar

generadas por el oleaje. Regularmente en costas abiertas las corrientes de marea

exhiben magnitudes menores y direcciones que se invierten cada 6 horas como

resultado del cambio de fase de las mareas semidiurnas que se presentan en la

zona. Estas mareas presentan dos bajamares y dos pleamares cada 24 horas, por lo

que si las corrientes observadas fueran debidas a la marea, se presentarían mayores

cambios en la dirección de las mismas.

La dirección de las corrientes hacia el noroeste, observadas el 28 de agosto y su posterior viraje hacia el sureste, indica que estas parecen asociarse a una celda de

circulación típica de costas abiertas dominadas por el oleaje. Precisamente en esta

época del año el oleaje arriba a la zona procedente del suroeste, lo que pudiera

explicar este comportamiento.

21

VI. CONCLUSIONES

Las mayores salinidades se presentan durante el otoño-invierno (octubre a marzo) y las menores durante la primavera-verano (abril a septiembre). De acuerdo al modelo

de difusión, esta salinidad se ve incrementada por la descarga de salmuera en un

área aproximada de 49,243 m2, por lo que el impacto se considera puntual y es

mitigado en forma natural por la fuerte mezcla ocasionada por la velocidad de la

descarga a través de los difusores y por la intensa dinámica litoral en la zona.

Las mayores temperaturas se presentan entre agosto y diciembre y las menores entre enero y julio; tanto la salinidad como la temperatura presentan un ciclo anual

bien definido. El ciclo de temperatura resulta del calentamiento de la masa de agua

superficial durante el verano y el enfriamiento durante el invierno por lo que el ciclo

depende de procesos globales relacionados con el calentamiento solar estacional,

por lo que la descarga puntual de salmuera no afecta este ciclo. En cuanto a la

salinidad, varía poco durante el año, apenas 0.5 partes por mil o sea, 500 partes por

millón, presentando su mínimo valor en mayo y su máximo en octubre. La salinidad

del agua de mar es una propiedad conservativa y se encuentra asociada a las

grandes masas de agua, aunque regionalmente puede presentar variaciones

estacionales como resultado de los procesos de evaporación y precipitación. La

descarga localizada de la salmuera no modifica las condiciones generales de este

ciclo.

Las magnitudes de las velocidades observadas concuerdan con los registros de la base de datos. La información muestra que las magnitudes esperadas son de 0.1 a

0.5 m/s en condiciones normales y éstas podrían incrementarse a valores de 0.75 a 1

m/s en eventos extremos como el paso de tormentas (Romero-Vadillo, 2003).

Las magnitudes promedio de las velocidades de las corrientes que se dirigen hacia el sureste observadas el día 28 de agosto, presentan velocidades menores que las que

se dirigen al noroeste.

Las características de las corrientes observadas indican que el proceso de forzamiento parece estar asociado al arribo del oleaje a la costa.

22

Lo más importante de las observaciones de corrientes realizadas es que nos permiten validar teóricamente la información obtenida de la base de datos, debido a

que las magnitudes y direcciones observadas concuerdan en general, con las de la

base de datos oceanográfica.

La información de la base de datos y las observaciones realizadas nos dan la certeza de que el rango de velocidades y el espectro de direcciones de las corrientes

utilizadas para alimentar el modelo de difusión de la salmuera residual son

confiables.

De acuerdo con el modelo de difusión, tenemos la certeza de que la ubicación del difusor nos asegura que la afectación al medio marino es mínima y fácilmente

mitigable en forma natural por la rápida dilución de la salmuera, que es favorecida

por la dinámica costera de la zona. Según el modelo el radio máximo de afectación

de la descarga de salmuera, considerando todas las condiciones posibles de

velocidad en la zona, es de aproximadamente 125 m, por lo que el área de

afectación es muy puntual, además la dilución de la salmuera al contacto con el

fondo, en la mayoría de los casos es prácticamente al 100%.

Por otro lado, el fondo marino en la zona de influencia de la descarga tiene una composición de arena fina fuertemente empaquetada que dificulta la colonización por

organismos bentónicos, además de encontrarse en una zona de oleaje altamente

energético que constituye un factor limitante para el desarrollo de comunidades

bentónicas. Por lo anterior, la diversidad y abundancia de organismos es muy baja.

De acuerdo con la clasificación propuesta por Höpner y Windelberg (1996), sobre la sensibilidad de los hábitats a las plantas desalinizadoras, la zona de influencia de

este proyecto se ubica en el hábitat de menor sensibilidad, por tratarse de costas

océanicas de alta energía, rocosas o arenosas, con corrientes paralelas a la costa.

Por lo anterior, en el sitio seleccionado para la descarga de salmuera la afectación al medio marino será mínima.

23

VII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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24

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25

exp⎢ ⎢ ⎢⎣

F ⎥

PARTE II: MODELO DE DIFUSIÓN

I. BASES DEL MODELO JETLAG

El esquema teórico-empírico que nos permite encontrar la concentración que define la zona de mezcla para la descarga en las inmediaciones del sistema de difusores en

función del gasto de descarga y la velocidad de la corriente se define como:

C( x, y) =

2.6 q F 1/ 2

x u

⎡ − 5.4

x

2

y 2 ⎤

⎥ ⎥⎦

donde x es la coordenada horizontal en dirección al flujo de la corriente, y es la coordenada vertical, u es la velocidad de la corriente, q es el gasto del difusor por

unidad de longitud, y F es un tipo de Número de Froude. F se define como F = u3 / b.

b es el flujo de flotabilidad = [(〉s - 〉a)/〉s]gq, donde 〉s la densidad de la salmuera

residual, 〉a es la densidad del agua de mar, y g es la aceleración de la gravedad.

Las características de la pluma de descarga (región que define la zona influencia de la descarga, ver figura 1) dependen entonces de las condiciones del medio ambiente

y de las características de flujo de la descarga. En particular dependen de las

distribuciones de densidad y de velocidad del medio ambiente marino en la zona de

descarga así como de la posición, gasto, velocidad de flujo, densidad y composición

de la descarga.

Una descarga de menor densidad que el medio ambiente tenderá a desplazarse horizontalmente hasta incorporarse al medio mientras que una descarga de mayor

densidad que el medio tenderá a impactarse en el fondo si no existe una corriente

horizontal que la transporte a una distancia suficiente para que se incorpore al medio.

La velocidad mínima para que esto suceda es de 0.1 m/s, ya que según el modelo a

esta velocidad la dilución al contacto con el fondo es de 130.64, es decir, 130 partes

de agua de mar por una de salmuera, teóricamente la salmuera alcanza la salinidad

normal del agua de mar cuando la dilución alcanza la proporción 100 partes de agua

de mar por una de salmuera. En virtud de que en la zona de influencia de la

26

descarga la mínima velocidad de corriente medida fue de 0.15 m/s, se esperaría que la salmuera se diluya completamente antes de impactar el fondo marino.

De la misma forma, bajo las mismas condiciones ambientales de densidad y velocidad, una descarga con un gasto dado tendrá una zona de mezcla mayor si su

velocidad de flujo es mayor, es decir que para un gasto dado un tamaño menor de

puerto en el difusor genera una velocidad de flujo mayor que a su vez incrementa la

mezcla y dispersa la descarga a una mayor distancia.

Las características espaciales y temporales de la descarga son evaluadas empleando el sistema modelo de difusión JETLAG cuyas bases teóricas son

descritas por Lee and Cheung (1990), Lee et al. (2000) y Lee and Chu (2003) (Fig.

I.1). Permite analizar flujos de efluentes y calcular la evolución e interacción de

descargas múltiples en un medio ambiente con corrientes. El modelo ha sido

comprobado extensivamente contra la teoría, observaciones experimentales de

laboratorio y estudios de campo. El sistema está orientado a facilitar la evaluación del

impacto ambiental para efluentes.

Figura I.1. Representación tridimensional de las variables que utiliza el modelo JETLAG

JETLAG es un modelo Lagrangeano que describe un chorro de inclinación arbitraria con una trayectoria tridimensional en una corriente. Utiliza un concepto de Área

27

Lagrangeana Proyectada de Intrusión, el cuál asume que “la penetración forzada” es igual al flujo ambiental interceptado por la cara interior de la pluma del efluente. El

modelo tiene una base teórica rigorosa. Resuelve estrictamente las ecuaciones

diferenciales Eulerianas del movimiento de los fluidos. Las trayectorias de chorro a

encontrar son vistas como una serie de “elementos de chorro” independientes, cuya

masa se incrementa debido a la intrusión de corte y la intrusión de vórtice (intrusión

forzada) generada por el flujo cruzado mientras se hunde por la flotabilidad negativa.

El modelo sigue en cada paso la evolución de las propiedades promedio de un

elemento de chorro mediante la conservación de momento horizontal y vertical;

conservación de masa, tomando en cuenta la intrusión; y la conservación de calor y

masa, todo esto en un sistema fijo de referencia (Fig. I.2). Esta formulación ha

mostrado ser equivalente pero más robusta que formulaciones alternativas o la

solución de las ecuaciones Eulerianas en coordenadas naturales. Las predicciones

del modelo han comparado bien con observaciones de experimentos básicos de

laboratorio. Reproducen correctamente el comportamiento de chorros en aguas sin, o

casi sin, movimiento; y en chorros impulsados en velocidades ambientales

dominados por momento y flotabilidad.

Figura I.2. Representación del sistema de referencia fijo que utiliza el modelo JETLAG. Se ilustra la evolución del chorro y su distribución de Gauss.

28

II. CONDICIONES DEL MEDIO AMBIENTE

El campo de densidad en la zona de descarga es calculado empleando los valores de temperatura y salinidad de la climatología contenida en la base de datos “World

Ocean Atlas” (Locarmini et al., 2005; Antonov et al., 2005) que compila la información

histórica de observaciones hidrográficas mundiales. La base de datos está disponible

en una malla global de 1° geográfico de resolución horizontal para los niveles

estándar de profundidad. Se tomaron los valores mensuales de esta base

climatológica para definir la distribución de densidad en cada mes del año, así como

la distribución promedio anual. La distribución del campo de velocidad empleada

corresponde a la base de datos (MARIANO) de deriva de barcos del servicio de

Guardacostas de los Estados Unidos descrita por Mariano et al. (1995),

complemetanda con observaciones de corrientes en el sitio empleando flotadores de

deriva equipados con instrumentos de posición global (GPS).

De acuerdo con la información disponible, en la región están presentes distintas masas de agua superficiales: Agua Superficial Ecuatorial (ASE), Agua del Golfo de

California (AGC), Agua de la Corriente de California (ACC) [Griffiths, 1963; Torres-

Orozco, 1993].

El ACC transporta aguas de origen subártico que son frías y de baja salinidad (comparativamente pesadas) y las dos restantes transportan agua liviana de mayor

temperatura (Griffiths, 1968; Roden, 1972 y Torres-Orozco, 1993). El ASE se

caracteriza por temperaturas mayores a los 18°C y salinidades menores a 35 ppm

(partes por mil). El AGC se distingue por su alta salinidad (>35ppm) y amplio rango

de temperaturas. Su presencia en el área de estudio es muy limitada por su

interacción con la ASE. La más fría de todas corresponde al ACC cuya temperatura

varía entre los 12 y 18°C y se caracteriza por salinidades menores a 34.5 ppm. La

presencia de estas masas de agua tiene un comportamiento estacional modulado por

el patrón de circulación superficial del Pacífico oriental e interanual modulado por el

fenómeno del Niño principalmente (Robles y Marinone, 1987, Torres-Orozco, 1993).

En la Tabla II.1 se presenta la composición promedio de agua de mar con una salinidad de 34 ppm, así como la composición típica de las aguas de rechazo de la

29

AGUA DE RECHAZO AGUA DE MAR AGUA DE RETROLAVADO

ION ppm ION ppm

Ca 706.2 Ca 410.0

Mg 2,256.5 Mg 1.272 Mg 1,30.00

Na 18,707.2 Na 10.556 Na 10,900.0

K 668.6 K 0.380 K 390.0

NH4 0.0 NH4 0.0

Ba 0.086 Ba 0.050

Sr 8.61 Sr 0.013 Sr 5.0

CO3 0.0 CO3 0.0

HCO3 260.1 HCO3 0.140 HCO3 152.0

SO4 4719.3 SO4 2.649 SO4 2,740.0

Cl 33,826.9 Cl 18.980 Cl 19,700.0

F 2.4 F 0.001 F 1.4

NO3 1.2 NO3 0.7

B 0.0 B 0.0

SiO2 3.4 SiO2 2.0

CO2 1.8 CO2 1.8

TDS 61,160.6 TDS 35,611.2

pH 8.2 pH 7.65 pH 8.0

NTU 5.0

planta desalinizadora y de las denominadas aguas de retrolavado, que resultan de la mezcla de la salmuera con las aguas residuales tratadas de la planta de tratamiento.

Como se puede observar en la tabla, los iones que incrementan considerablemente

su concentración en las aguas de rechazo (salmuera) en comparación con su

contenido en el agua de mar, son: calcio, magnesio, sodio, potasio, estroncio,

bicarbonato de calcio, sulfatos, cloro y fluor. En cuanto a las aguas de retrolavado,

los iones que incrementan su concentración son: potasio, estroncio, bicarbonato de

calcio, sulfatos y fluor. Los iones sodio y cloro, responsables de la salinidad, no se

incrementan debido a que estas aguas se mezclan con agua de mar y con agua

dulce residual de la planta de tratamiento.

Tabla II.1. Composición química de las aguas de rechazo y retrolavado de la planta desalinizadora y el agua de mar promedio.

30

III. CÁLCULOS DE LA DESCARGA

El difusor consiste de un ducto de 12 pulgadas de diámetro perpendicular a la línea de costa, que transporta la descarga hasta alcanzar los 15 m de profundidad

(aproximadamente 500 m mar adentro, la posición de la descarga se señala en la

figura III.1. En el extremo del difusor más alejado de la costa se encuentran seis

puertos elevados de descarga (raisers) con un diámetro de 4 pulgadas. Los raisers

se elevan 2 m sobre el ducto del difusor, por lo que la descarga se hace a 13 m de

profundidad, y se encuentran colocados a distancias de 0, 5, 10, 15, 20 y 25 m del

extremo del ducto (Fig. III.2 y III.3).

Figura III.1. Localización del difusor (línea azul), instalaciones de la planta desalinizadora (polígono café en forma de L). Contornos del fondo (líneas amarillas) a cada metro de

profundidad en la zona de estudio; el punto de descarga se ubica en la isobata de -15 m; el círculo azul indica el área de influencia de la descarga de salmuera (imagen Google Earth

®).

31

Figura III.2. Vista tridimensional del fondo y el sistema del difusor; las curvas de nivel a cada metro se señalan con líneas blancas

Figura III.3. Vista tridimensional del fondo y el sistema del difusor; se muestra el detalle de la zona del difusor, las curvas de nivel a cada 0.25 m se señalan con líneas blancas.

32

IV. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Se realizaron simulaciones de la descarga para seis condiciones de velocidad del medio ambiente: 0.05, 0.10, 0.25, 0.50, 0.75 y 1.00 m/s, que cubren el rango de

corrientes esperado en la región. Las observaciones de deriva de barcos muestran

que en la zona de estudio la corriente durante primavera y otoño se dirige al sureste

con magnitudes entre 0.1 y 0.3 m/s, mientras que durante verano y otoño el flujo es

en sentido opuesto, dirigiéndose al noroeste, con magnitudes entre 0.05 y 0.15 m/s.

Las magnitudes de las velocidades promedio de las corrientes superficiales y a 10 m de profundidad varían de 0 a 0.35 y son congruentes con las obtenidas de la base de

datos, que oscilan entre 0.1 y 0.5 m/s.

En cada caso se calcularon las condiciones de la descarga para direcciones cada 30° respecto del difusor, es decir que una corriente con dirección de 0° está

orientada hacia la costa a lo largo del difusor; 90° corresponde a una orientación

hacia el noroeste, a lo largo de la costa; 180° es hacia fuera de la costa; y 270° es

hacia el sureste, a lo largo de la costa.

La información histórica y las observaciones en la zona de estudio muestran que las direcciones predominantes son a lo largo de la costa, a 90° (noroeste) y 270°

(sureste), con magnitudes típicas de 0.1 a 0.5 m/s. Es posible esperar magnitudes

alrededor de 1 m/s durante eventos extremos como el paso de ciclones por la región;

debido a la cercanía de la costa la orientación de la corriente en estos casos será

también a lo largo de la costa, orientada por la pendiente del fondo.

Se empleó la distribución promedio de densidad mostrada en la sección de hidrografía y un gasto máximo de 478.75 m3/h en todos los casos, gasto máximo

esperado. En todas las simulaciones la pluma de la descarga se hunde hasta llegar

al fondo con diferentes valores de dilución y a diferentes distancias de la fuente.

Como ya se mencionó anteriormente, debido a que en la zona de influencia de la

descarga, la mínima velocidad de corriente esperada es de 0.15 m/s, la cual, según

el modelo, asegura que la descarga se impactará sobre el fondo con la misma

33

Caso

Gasto

por

Elemento

(raiser) 3

[m /h]

Velocidad

Ambiente

[m/s]

Altura

Máxima

de la

Pluma

sobre

Raiser

[m]

Dilución

Promedio

en Altura

Máxima

Distancia

de

Contacto

con el

Fondo

[m]

Radio

Máximo

de la

Pluma

[m]

Dilución

en

Contacto

1 75 0.050 3.1 17 2.3 1.2 39

2 75 0.100 2.6 25 6.6 2.6 131

3 75 0.250 1.7 36 25.0 3.2 398

4 75 0.500 1.1 45 54.5 2.8 577

5 75 0.750 0.9 51 87.0 2.5 725

6 75 1.000 0.8 56 122.2 2.4 863

concentración que el agua de mar. La dilución y la distancia de contacto aumentan con la velocidad de la corriente como es de esperarse.

Las descargas de cada elemento del difusor (raiser) son independientes unas de otras en la mayoría de los casos; solo interactúan cuando la corriente es paralela o

dentro de un ángulo de ±15° de la línea del difusor y tiene magnitud mayor a 0.1 m/s.

Estos casos corresponden a una corriente con dirección perpendicular a la costa,

situación poco esperada. Debido a que las plumas de cada elemento del difusor son

independientes, sus características son las mismas en cada caso de magnitud de la

corriente para todas las direcciones de ésta, por lo que se presentan los valores de

un solo elemento (raiser) a lo largo de la dirección de su propagación y en forma

gráfica los resultados del sistema completo en cada caso.

La Tabla IV.1 resume algunos de los parámetros resultantes de las simulaciones para cada valor de magnitud de la velocidad ambiente.

Tabla IV.1. Resultados de las simulaciones del modelo de difusión para las velocidades ambientes en el rango 0.05 a 1.0 m/s

34

En todos los casos el diámetro de la pluma es menor de 5 m. La dilución al hacer contacto con el fondo es menor a 100 solo para velocidades ambiente menores a 0.1

m/s y a distancias menores a 5 m de la fuente.

Empleando los resultados de la Tabla IV.1 podemos hacer una estimación de la zona de impacto de la descarga. Definimos una zona máxima de impacto en el fondo que

se extienda, en todas direcciones, hasta una distancia igual a la distancia máxima a

que la pluma alcanza el fondo dentro del rango de velocidades ambiente, esto es

aproximadamente 125 m.

La distribución de la dilución con que la descarga alcanza el fondo es presentada en la figura IV.1. Esta distribución representa todas las condiciones probables, más que

las condiciones que encontraríamos en un tiempo dado, pues está construida con los

valores obtenidos para todas las magnitudes y direcciones de velocidad ambiente

dentro del rango analizado. La zona de menor dilución está cercana al difusor y

corresponde a condiciones de corriente débil, su extensión para una dilución menor

de 100:1 es menor a 5 m del perímetro del difusor. Como se puede observar, la

salmuera se diluye a la salinidad normal del agua de mar dentro de un radio máximo

de 125 m.

Figura IV.1. Distribución de la dilución con que la descarga alcanza el fondo. La línea negra indica el tubo del difusor.

35

Como se mencionó anteriormente, el modelo de difusión se corrió para el rango de velocidades de 0.05 a 1.0 m/s y para un espectro de direcciones a cada 30° con

respecto al difusor.

Con el objeto de simplificar la discusión de los resultados, en este trabajo se presentan únicamente las condiciones promedio, extremas y aquellas dentro del

rango de velocidades promedio observadas, es decir, se discutirán los resultados

para las velocidades los casos 1, 3, 4 y 6, que corresponden a las condiciones

ambientales en las que las magnitudes de las corrientes son: 0.05 m/s, 0.25 m/s, 0.5

m/s y 1.0 m/s con direcciones de 270° (sureste) y 90° (noroeste) que corresponden a

las corrientes paralelas a la costa y a las velocidades y direcciones esperadas para la

zona. Los resultados de los casos 2 y 5, así como los restantes de estos casos se

pueden consultar en el apéndice II de este trabajo.

El modelo de simulación considera las condiciones de densidad promedio calculada a partir de la base de datos climatológica y una descarga total de 431.55 m3/h en

todos los casos (gasto normal esperado). Cada dos semanas se incorporarán al

efluente de rechazo 237.35 m3/h por un lapso de 2 horas, lo que nos arroja un gasto

total de 474.7 m3/h.

Debido a que el modelo utiliza la variable densidad para simular la dilución de las aguas de rechazo, la salinidad es convertida a unidades de densidad, de tal forma

que la densidad de entrada al modelo es de 1044.20 kg/m3 para la salmuera y 1024

kg/m3 para el agua de mar del ambiente circundante a la descarga.

Como se puede ver en la Tabla II.1, los iones cuya concentración se incrementa considerablemente en la salmuera, en comparación con su contenido normal en el

agua de mar son: magnesio, sodio, potasio, estroncio, bicarbonato de calcio,

sulfatos, cloro y fluor. En cuanto a las aguas de retrolavado, en virtud de que estas

son diluidas con las aguas residuales tratadas del drenaje sanitario, así como los

efluentes neutralizados de la limpieza química del sistema de ósmosis inversa; es por

ello que el contenido de los iones potasio, estroncio, bicarbonato de calcio, sulfatos y

fluor, se incrementan en forma notable.

36

En cada uno de los casos simulados por el modelo que se presentan a continuación, es importante aclarar que intervienen tres flujos con velocidades diferentes, el

primero se refiere a la velocidad de la corriente en el medio marino (masa de agua);

el segundo a la velocidad de la descarga (tubo difusor) y el tercero es la velocidad

inicial a la que sale el efluente por los tubos difusores de 4” (0.1016 m) (chorro del

difusor).

37

Condiciones Ambientales

Parámetros de la descarga

Profundidad

[m]

Sigma-T 3 [Kg/m -

1000]

Velocidad

[m/s]

Descarga 13.00 47.10 2.569 Gasto Total 0.01998 3 m /s

Ambiente 0.00 23.90 0.050 Profundidad 13.00000 m

2.00 23.90 0.050 Diámetro 0.10106 m

4.00 23.90 0.050 Velocidad Efluente

2.56970 m/s

6.00 23.90 0.050 Velocidad Ambiente

0.05000 m/s

8.00 23.90 0.050 Razón de Densidad

-0.01973

10.00 23.90 0.050 Densidad Descarga

1044.200000 3 kg/m 12.00 23.90 0.050 Densidad

Ambiente 1024.000000 3 kg/m

14.00 23.90 0.050 Ángulo Vertical 90.000000

15.00 23.90 0.050 Ángulo Horizontal

0.000000

No. Froude 18.330000

Razón de Velocidad

51.390000

IV.1 Caso 1: Velocidad ambiente 0.05 m/s con direcciones noroeste (90°) y sureste (270°)

El caso 1 que se simula, corresponde a las condiciones extremas en las que la velocidad de la corriente en el medio marino (masa de agua), es prácticamente nula

0.05 m/s, es decir, esta situación representaría las condiciones críticas para la

difusión de la salmuera, debido a que en presencia de corrientes débiles la pluma de

la salmuera tiende a precipitarse e impactar el fondo marino cercano la descarga.

En el lado izquierdo (sombreado en gris) de la Tabla IV.2, se presentan las condiciones ambientales entre los 0 y los 15 m de profundidad, así como los valores

de densidad y velocidad, tanto de la descarga como del ambiente (masa de agua).

En el lado derecho de la tabla se presentan los parámetros de la descarga (velocidad

inicial de la descarga de salmuera por el difusor; velocidad del ambiente, razón de

densidad, razón de velocidad, etc.).

Tabla IV.2. Valores de entrada al modelo de difusión

38

Distancia de la

Fuente

[m]

Elevación Sobre la Fuente

[m]

Radio de

la Pluma [m]

Dilución

Promedio

Diferencia de

Densidad 3

[Kg/m - 1000]

Velocidad de la

Pluma [m/s]

0.000 0.000 0.051 1.00 -20.2000 2.570

0.003 0.318 0.102 2.00 -10.2179 1.281

0.030 0.991 0.206 3.93 -5.2473 0.615

0.181 2.301 0.464 7.48 -2.7987 0.230

0.488 3.055 1.385 14.83 -1.4132 0.051

1.059 2.403 0.944 17.47 -1.2001 0.130

2.128 -1.307 1.113 34.96 -0.5328 0.187

2.321 -2.024 1.179 39.06 -0.4769 0.186

Elevación Máxima de la Pluma sobre el Puerto de Descarga: 3.0708 m Dilución Promedio 16.5682

Dilución Promedio al Contacto con el Fondo 38.92

En la Tabla IV.3 se presentan los datos de salida del modelo de difusión. En esta tabla se observa que para el caso 1, la distancia máxima que recorre la pluma del

efluente en la dirección de la corriente es de 2.3 m; la pluma alcanza una elevación

máxima de 3.07 m sobre el puerto de descarga. La dilución promedio del efluente es

de 16.56 y la dilución promedio al contacto con el fondo es de 38.92.

El radio de la pluma se incrementa de 0.051 m en el puerto de salida a 1.38 m en el punto en que alcanza su elevación máxima y después disminuye a medida que

desciende hasta hacer contacto con el fondo en un radio de 1.17 m. La diferencia de

densidad disminuye de -20.20 (1044.20 (de la descarga) -1024.0 (del ambiente)

kg/m3) a -0.47 al contacto con el fondo, en donde la salmuera prácticamente se ha

diluido a la salinidad del agua de mar del ambiente. La salmuera tiene una velocidad

inicial de 2.57 m/s, la cual disminuye gradualmente a 0.051 m/s a medida que la

pluma asciende través de la columna de agua hasta alcanzar su máxima elevación y

a partir de este punto, la pluma desciende hacia el fondo, incrementando

gradualmente su velocidad hasta impactarse con éste a una velocidad de 0.186 m/s.

Tabla IV.3. Resultados del modelo de difusión para velocidad ambiente de 0.05 m/s

39

En la figura IV.2, se ilustra el comportamiento de la elevación de la pluma sobre el puerto de salida (los valores positivos indican que la pluma va hacia arriba y los

negativo que va hacia abajo del puerto). Así mismo, se observa como disminuye la

concentración de la salmuera a medida que esta asciende y continúa disminuyendo a

medida que esta desciende hasta impactar el fondo.

En la gráfica, el cero de la escala horizontal corresponde al punto de descarga, donde se observa que, tanto la concentración promedio como la concentración

máxima alcanzan los valores más altos, los cuáles disminuyen conforme la pluma

asciende y desciende sobre la columna de agua.

Figura IV.2. Parámetros de la pluma en la dirección de propagación. Elevación sobre el puerto de descarga (línea Negra, escala izquierda). Concentración promedio (línea roja,

escala derecha). Concentración máxima (línea verde, escala derecha).

En las figuras IV.3 y IV.4 se representan los resultados del modelo de difusión en gráficas tridimensionales y en planta para el caso 1. Obsérvese que la única

diferencia entre ellos es el sentido de la corriente (90° y 270°), que nos indica las

corrientes predominantes en la zona, paralelas a la costa, dirigiéndose al noroeste y

sureste, respectivamente.

40

Figura IV.3. Simulación de la descarga para una velocidad ambiente de 0.05 m/s con dirección 90° respecto del tubo de alimentación del difusor (línea negra sobre el fondo). La escala de color indica la dilución de 1 parte de descarga por partes de agua del medio ambiente. Arriba: vista tridimensional del fondo, detalle del difusor, las curvas de nivel cada 0.25 m se señalan con líneas blancas sobre el fondo. Abajo: vista de planta, detalle del difusor, las curvas de nivel cada 0.25 m se señalan con líneas blancas sobre el fondo.

41


42



Profundidad

[m]

Sigma-T 3

[Kg/m - 1000]

Velocidad

[m/s]



2.00 23.90 0.250 Diámetro 0.10106 m


2.56970 m/s


0.25000 m/s


-0.01973


1044.200000 3 kg/m 12.00 23.90 0.250 Densidad


14.00 23.90 0.250 Ángulo Vertical 90.000000


0.000000


Razón de Velocidad

10.280000


El caso 3 que se simula corresponde a las condiciones extremas en las que la velocidad de la corriente en el medio marino (masa de agua), es prácticamente nula

0.25 m/s, es decir, esta situación representaría las condiciones esperadas en el sitio

para la difusión de la salmuera debido a que esta velocidad se encuentra dentro del

rango esperado y observado para la zona.





densidad, razón de velocidad


43

Distancia de la

Fuente

[m]


[m]

Radio de

la Pluma [m]

Dilución

Promedio

Diferencia de

Densidad 3

[Kg/m - 1000]

Velocidad de la

Pluma [m/s]

0.000 0.000 0.051 1.00 -20.2000 2.570 0.013 0.278 0.101 2.00 -10.2061 1.288 0.085 0.658 0.203 4.01 -5.1254 0.648 0.258 1.015 0.384 8.05 -2.5748 0.363 0.566 1.272 0.632 16.09 -1.2991 0.267 1.661 1.587 0.918 31.10 -0.6837 0.245 5.628 1.404 1.140 48.75 -0.4276 0.249 9.410 0.620 1.600 97.63 -0.1852 0.253

14.997 -0.449 2.264 195.13 -0.0737 0.252 24.666 -1.949 3.204 389.90 -0.0370 0.252 25.045 -2.002 3.238 398.08 -0.0363 0.252




efluente en la dirección de la corriente es de 25.045 m; la pluma alcanza una

elevación máxima de 1.6817 m sobre el puerto de descarga. La dilución promedio del

efluente es de 36.19 y la dilución promedio al contacto con el fondo es de 397.77.











44














45


46


47



Profundidad

[m]

Sigma-T 3

[Kg/m - 1000]

Velocidad

[m/s]



2.00 23.90 0.500 Diámetro 0.10106 m


2.56970 m/s


0.50000 m/s


-0.01973


1044.200000 3 kg/m

12.00 23.90 0.500 Densidad Ambiente

1024.000000 3 kg/m 14.00 23.90 0.500 Ángulo Vertical 90.000000


0.000000


Razón de Velocidad

5.140000



0.50 m/s, es decir, esta situación representaría las condiciones esperadas en el sitio

para la difusión de la salmuera debido a que esta velocidad se encuentra dentro del

rango esperado y observado para la zona.







48

Distancia de la

Fuente

[m]


[m]

Radio de

la Pluma [m]

Dilución

Promedio

Diferencia de

Densidad 3

[Kg/m - 1000]

Velocidad de la Pluma

[m/s]

0.000 0.000 0.051 1.00 -20.2000 2.570 0.017 0.193 0.101 2.00 -10.1915 1.309 0.084 0.381 0.191 4.03 -5.1018 0.735 0.212 0.516 0.316 8.06 -2.5591 0.535 0.601 0.688 0.466 16.06 -1.2922 0.490 2.137 0.960 0.659 31.91 -0.6611 0.487 8.963 1.071 0.824 50.24 -0.4236 0.490

16.321 0.534 1.160 100.78 -0.1916 0.497 25.951 -0.219 1.637 201.46 -0.0781 0.499 42.087 -1.283 2.312 402.59 -0.0396 0.500 54.468 -2.000 2.767 577.04 -0.0272 0.500

















49














50


51


52



Profundidad

[m]

Sigma-T 3 [Kg/m -

1000]

Velocidad

[m/s]



2.00 23.90 1.00 Diámetro 0.10106 m


2.56970 m/s


0.50000 m/s


-0.01973


1044.200000 3 kg/m 12.00 23.90 1.00 Densidad


14.00 23.90 1.00 Ángulo Vertical 90.000000


0.000000


Razón de Velocidad

2.57000



1.0 m/s, es decir, esta situación representaría las condiciones extremas que pudieran

presentarse en el caso de que un huracán se aproximara a la zona.






Tabla IV.8 Valores de entrada al modelo de difusión

53

Distancia de la

Fuente [m]


[m]

Radio de la Pluma

[m]

Dilución Promedio

Diferencia de Densidad

3 [Kg/m - 1000]

Velocidad de la Pluma [m/s]

0.000 0.000 0.051 1.00 -20.2000 2.570 0.016 0.098 0.098 2.01 -10.1611 1.380 0.057 0.157 0.165 4.04 -5.0818 0.985 0.205 0.233 0.240 8.08 -2.5594 0.930 0.789 0.367 0.335 16.03 -1.2911 0.949 2.852 0.570 0.467 31.94 -0.6559 0.970

11.656 0.797 0.613 55.66 -0.3864 0.982 28.118 0.467 0.824 101.29 -0.1990 0.990 44.781 -0.065 1.162 202.55 -0.0831 0.995 71.595 -0.817 1.640 404.80 -0.0421 0.998

116.279 -1.881 2.217 808.93 -0.0203 0.999 122.173 -2.009 2.399 866.91 -0.0190 0.999

















54








Figura IV.11. Parámetros de la Pluma en la dirección de propagación. Elevación sobre el puerto de descarga (línea Negra, escala izquierda). Concentración promedio (línea roja, escala derecha). Concentración máxima (línea verde, escala derecha).





55


56


57

V. CONCLUSIONES

En el caso extremo bajo condiciones de corrientes débiles (0.05 m/s), la pluma alcanza la máxima elevación sobre la columna de agua con 3.07 m. El radio máximo

de la pluma es de 1.38 m, con una dilución promedio de 16.56 y una dilución

promedio al contacto con el fondo de 38.92.

Para una velocidad ambiente de 0.25 m/s (velocidad dentro del rango esperado para la zona de estudio), la elevación máxima de la pluma a través de la columna de agua

es de 1.68 m. El radio máximo de la pluma es de 3.23 m al contacto con el fondo,

con una dilución promedio de 36.19 y una dilución promedio al contacto con el fondo

de 397.77. La distancia máxima que recorre la pluma en el sentido de la corriente es

de 25 m.

Con velocidad ambiente de 0.5 m/s (velocidad esperada para la zona de estudio), la elevación máxima de la pluma es de 1.14 m. El radio máximo de la pluma es de 2.76

m al contacto con el fondo, con una dilución promedio de 44.90 y una dilución

promedio al contacto con el fondo de 577. La distancia máxima que recorre la pluma

en el sentido de la corriente es de 54.46 m.

En el caso extremo (velocidades muy fuertes) que pudiera presentarse bajo la influencia de un huracán aproximándose a la zona (velocidad ambiente de 1.0 m/s),

la pluma alcanzaría una elevación máxima de 0.79 m; su radio máximo sería de 2.39

m al contacto con el fondo, con una dilución promedio de 55.81y una dilución

promedio al contacto con el fondo de 862.62. La distancia máxima que recorre la

pluma en el sentido de la corriente es de 122 m.

Como se puede ver, la elevación máxima de la pluma disminuye con el incremento de la velocidad del ambiente, la distancia máxima que recorre la pluma aumenta con

el incremento de la velocidad al igual que la dilución promedio y la dilución al

contacto con el fondo.

58

Lo anterior es razonable debido a que la pluma es arrastrada en el sentido de la corriente, por lo que su elevación dentro de la columna de agua disminuye con el

incremento de velocidad.

El radio de la pluma tiende a disminuir con el incremento de velocidad.

La zona de menor dilución está cercana al difusor y corresponde a condiciones de corriente débil, su extensión para una dilución menor de 100:1 es menor a 5 m del

perímetro del difusor. Como se puede observar, la salmuera se diluye a la salinidad

normal del agua de mar dentro de un radio máximo de 125 m.

Los resultados del modelo de difusión indican que la zona de afectación de la descarga de salmuera es muy localizada y la dilución muy rápida, por lo que su

afectación ambiental es mínima.

59

VI. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Antonov, J. I., R. A. Locarnini, T. P. Boyer, A. V. Mishonov, and H. E. Garcia, 2006. World Ocean Atlas 2005, Volume 2: Salinity. S. Levitus, Ed. NOAA Atlas NESDIS 62, U.S. Government Printing Office, Washington, D.C., 182 pp.

Griffiths, R. C. 1963. Studies of oceanic fronts in the mounth of the Gulf of California,

an area of tuna migrations. F.A.O. Fish. Rep.1583-1609 6 (3)

Griffiths, R. C. 1968. Physical, chemical and biological oceanography of the entrance to the Gulf of California, spring of 1960, Spec. Sci. Rep. Fish. 573, 47 pp., U. S. Fish and Wildlife Serv., Washington D. C.

Lee, J.H.W. and Cheung, V. (1990) Generalized Lagrangian model for buoyant jets in

current. Journal of Environmental Engineering, ASCE, 116(6), 1085-1105.

Lee, J.H.W., Cheung, V., Wang, W.P. and Cheung, S.K.B. (2000). " Lagrangian modeling and visualization of rosette outfall plumes", Proceedings of the Hydroinformatics 2000, University of Iowa, Jul. 2000.

Lee, J.W.W. and Chu, V.H. (2003). Turbulent Jets and Plumes - a Lagrangian

Approach. Kluwer Academic Publishers, Boston.

Locarmini, R. A., A. V. Mishonov, J. I. Antonov, T. P. Boyer, and H. E. Garcia, 2006. World Ocean Atlas 2005, Volume 1: Temperature. S. Levitus, Ed. NOAA Atlas NESDIS 61, U.S. Government Printing Office, Washington, D.C., 182 pp.





Robles, J.M. and Marinone, S.C. 1987. Seasonal and interannual termohaline

variability in the Guaymas basin of the Gulf of California. Continental Shelf Research, 7(7): 715-733.

Roden, G.I. 1972. Thermohaline structure and baroclinic flows across the Gulf of

California entrance and in the Revillagigedo Island region. J. of Phys. Ocean. 2(2): 177-183.

Torres-Orozco E. 1993. Análisis volumétrico de las masas de agua del Golfo de

California. Tesis de Maestría. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE). 80pp

60

PARTE III: BATIMETRÍA

I. BATIMETRÍA

I.1. Levantamiento batimétrico

Con el fin de conocer la configuración del fondo marino en la zona de estudio, se realizó un levantamiento batimétrico desde una embarcación menor. Las mediciones

de profundidad fueron hechas con una ecosonda SI-TEX modelo Pro-Fish II con

transductor dual de 120 kHz y sistema de posicionamiento global por satélite (GPS-

WAAS). Las mediciones se realizaron continuamente al recorrer el área,

obteniéndose un valor de profundidad cada dos segundos (Fig. I.1). Las

profundidades obtenidas fueron procesadas para eliminar el efecto del oleaje y

referirlas al nivel Medio del Mar. El efecto del oleaje se elimina filtrando las

observaciones mediante un filtro de promedios corridos que quita oscilaciones

menores a 15 segundos en los datos. Se utilizó la predicción de la marea de la

estación mareográfica Cabo San Lucas para referir las profundidades observadas al

nivel Medio del Mar, obteniéndose la altura de la marea para cada tiempo de las

observaciones y restando algebraicamente ésta a la observación de profundidad.

El área cubierta por el levantamiento batimétrico fue de aproximadamente 1.92 km2

dentro de un rectángulo de 1.6 por 1.2 km. Los datos de profundidad corregidos

fueron interpolados a una malla regular con celdas de 5 m de lado con la cual se

generaron las isobatas a cada metro para la zona de estudio (Fig. I.2).

La batimetría fue ligada con el levantamiento topográfico realizado para configurar el predio donde se pretende desarrollar el proyecto.

61

Figura I.1. Recorrido realizado durante el levantamiento batimétrico (se ilustra la ubicación del polígono del predio donde se pretende llevar a cabo el proyecto de la planta

desalinizadora).

I.2. Configuración del fondo marino

Es importante señalar que debido a que los datos de las mediciones de profundidad se encuentran aproximadamente en el rango de -6 a -30 m. Lo anterior se debe a

que la franja comprendida entre los -6m y la orilla de la playa, corresponde a la zona

de transición para la rompiente del oleaje, sobre la cuál es imposible obtener

mediciones directas de profundidad.

Es posible que en esta zona la configuración del fondo no sea completamente plana ya que por lo regular, el oleaje genera morfologías conocidas como barras y canales

62

longitudinales, con diferencias de elevación entre la cresta y el valle de aproximadamente un metro.

Como se puede observar en la figura I.2, la configuración del fondo es muy regular, observándose tres zonas que muestran inclinaciones ligeramente diferentes, la

primera se encuentra entre los cero y los -10 m de profundidad, la segunda entre los

-10 y los -23 y la tercera entre los -23 y los -30 m. La inclinación del fondo es

ligeramente menor en la parte central en comparación con la inclinación de la

primera y la tercera zona.

Los contornos batimétricos son prácticamente paralelos a la línea de costa y muestran que la configuración del fondo es muy regular. La inclinación del fondo es

ligeramente mayor cerca de la orilla y disminuye hacia el mar. Las isobatas de los 10

y de los 20 m se ubican aproximadamente a 280 y 900 m de la orilla,

respectivamente.

Figura I.2. Se ilustra la configuración del fondo marino dentro del área de estudio (rectángulo rojo). En tierra se muestra el polígono del predio del proyecto de planta desalinizadora.

63

La configuración batimétrica se presenta en plano en formato DWG (anexo 1). Con el propósito ilustrar en este trabajo la configuración batimétrica de la zona de estudio,

se inserta la figura I.3 que ilustra el contenido del plano batimétrico y su liga con el

levantamiento topográfico del predio.

Figura I.3. Plano batimétrico del área de estudio frente al sitio del proyecto de la planta desalinizadora

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