• TIARE PAZ ESPINOZA VARAS ESTUDIO MORFODINÁMICO DEL LITORAL EN LA DESEMBOCADURA DEL RÍO SAN JOSÉ, ARICA, XV REGIÓN. CHILE. Memoria para Optar al Título de Ingeniero Civil Oceánico. Valparaíso, Agosto 2011. TIARE PAZ ESPINOZA VARAS. Escuela de Ingeniería Civil O c e á n i c a
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• TIARE PAZ ESPINOZA VARAS
ESTUDIO MORFODINÁMICO DEL LITORAL EN LA DESEMBOCADURA DEL RÍO SAN JOSÉ, ARICA, XV REGIÓN. CHILE.
Memoria para Optar al Título de Ingeniero Civil Oceánico.
Valparaíso, Agosto 2011.TIARE PAZ ESPINOZA VARAS.
Escuela de Ingeniería CivilO c e á n i c a
OBJETIVOS.
Antecedentes Teóricos y Estado del Arte para el Transporte de
Sedimentos.
Estudio teórico y práctico de los software GENESIS y STWAVE.
Caracterización Dinámica Sedimentológica del Sector.
Implementación de un Modelo Numérico para el Transporte de
Sedimentos a Largo Plazo.
Comparación de Resultados del Transporte de Sedimentos en
situaciones sin y con proyecto.
INTRODUCCION.
Comportamiento Río San José, Arica.
Cambios en la Morfología Costera.
Análisis Transporte de Sedimentos.
Proyecto de mitigación.
CONTENIDOS DE LA PRESENTACIÓN
Conceptos Teóricos.
Caracterización Zona de Estudio.
Modelo Computacional Transporte de Sedimentos.
Modelo Computacional Oleaje.
Simulación Transporte de Sedimentos.
Conclusiones.
TRANSPORTE DE SEDIMENTOS.
Origen del Transporte de Sedimentos. Oleaje. Tipos de Transporte de Sedimentos.(Bruto / Neto). Mecanismos de Transporte (Arrastre / Suspensión).
[ ] dttQT
QT
bruto ∫=0
00
*1
[ ]dttQT
QT
neto ∫=0
00
*1
Oleaje Oblicuo Mecanismos de Transporte
C O N C E P T O S T E Ó R I C O S
MÉTODOS DE CÁLCULO DEL TRANSPORTE DE SEDIMENTOS.
Campaña Toma de Datos. Trampas de Arena.
Evidencias Morfológicas de la Costa.
Cálculo Teórico Transporte Litoral.
Evolución Línea de Costa.
( ) bbgb CEP αcos*= Flujo de Energía de Ola por Unidad de Longitud de Costa.
8** 2
bb
HgE
ρ=
Energía Zona de Rompiente Ola.
kH
gdgCg bbb ** == Celeridad de Grupo.
( ) ( )pgI
Qs
ll −−=
1**ρρ ( ) ( ) ls
ll P
pgI
Q *1** −−
=ρρ
( )bbl senHkggP αρ 2***
8*
25
=
( ) ( )( )bb
sl senH
pkg
KQ αρρ
ρ2**
1***16*
* 25
−−=
Evid
enci
as M
orfo
lógi
cas
Fluj
o d
e en
ergí
a d
e O
la
C O N C E P T O S T E Ó R I C O S
Evolución Línea de Costa.
C O N C E P T O S T E Ó R I C O S
Desembocadura del Río.
DESE
MBO
CA
DURA
ESTU
ARI
OS
DELT
A
C O N C E P T O S T E Ó R I C O S
TEORÍA RESPECTO AL OLEAJE.
Generación de Oleaje , Viento.Oleaje Regular.
Oleaje Irregular.
( ) ( )wtkxHtx −= cos2
,η LK π2= T
πω 2=
Dominio del Oleaje.
Aguas Profundas.
Aguas Intermedias.
Aguas Someras.
C O N C E P T O S T E Ó R I C O S
E c u a c i o n e s d e G o b i e r n o
S U
P U
E S
T O
S
Fluido homogéneo e incompresible igual densidad
(ρ) constante.
Tensión superficial despreciable.
Efecto de coriolis – rotación de la tierra- se puede
despreciar.
Presión de la superficie libre uniforme y constante.
Fluido ideal y sin viscosidad.
Flujo es irrotacional.
Velocidad vertical tiende a cero.
Amplitud de ola es pequeña y la forma de la ola
no es variable con respecto al tiempo y al espacio.
TEORÍA LINEAL DEL OLEAJE O DE AIRY.
C O N C E P T O S T E Ó R I C O S
( )tzx ,,φDeducción de T.L.O. Función
Potencial de Velocidad.
xu
∂∂
=φ
yw
∂∂
=φ
Vector Velocidad.
Olas resultantes de pequeña amplitud, órbitas de partículas cerradas.
( )Khkg tanh**2 =ω Dispersión. ( )khgLTL
kc tanh*
2πω
=== ( )khgTc tanh*2π
=
( )[ ]( ) ( )wtkxkhsenh
zhkTHu −
+= cos**cosh*π ( )[ ]
( ) ( )wtkxsenkhsenh
zhksenhTHw −
+= ***π
Velocidad partículas.
( )( )khsenh
zhkHAx+
=cosh*
2( )( )khsenh
zhsenhkHAz+
= *2
Desplazamientos de Partículas.
2***81 HgE ρ=
( ) cgcn EEkhsenh
khcHgP ==
+
=
221*
21*****
81 2ρ
Densidad Energía Total.
Flujo de Energía.
TEORÍA LINEAL DEL OLEAJE O DE AIRY.
C O N C E P T O S T E Ó R I C O S
FENÓMENOS DEL OLEAJE EN LA PROPAGACIÓN.Refracción.
C O N C E P T O S T E Ó R I C O S
Reflexión.
Difracción.
FENÓMENOS DEL OLEAJE EN LA PROPAGACIÓN.
Rotu
ra
C O N C E P T O S T E Ó R I C O S
Efec
tos f
ísico
s en
el P
erfil
de
Pla
ya
Criterios Rotura del Oleaje.
La ola se vuelve inestable y rompe. Supuesto de rotura, pendiente suave de playa. Criterio de rotura define tipo de rompiente y
peralte – inclinación de la ola con la pendientedel fondo-.
TIPOS DE ROMPIENTE.
Descrestamiento: Chorro de Agua Débil, afecta ala parte superior de la ola. Gran zona derompiente y reflexión mínima.
Voluta: en playas, ola rompe con cresta haciaadelante inyectando turbulencia alta, menorreflexión que la rotura colapso.
Colapso: el oleaje se aproxima a la vertical, elperalte es más alto, existe alta pérdida deenergía.
Oscilación: Olas ascienden y descienden por eltalud de playa, reflexión alta y mínimo aireatrapado en la cresta de la ola.
C O N C E P T O S T E Ó R I C O S
=
=
mLh
fLH
ó
mLh
fhH
b
b
b
b
b
b
b
b
,
,
o
bb
LHm
=ε
Formulación Matemática
CONDICIONES NATURALES. LOCALIZACIÓN.
Batimetría realizada por el INH. Cumplimiento Instrucciones SHOA Nº 5. Datum WGS84. Instrumentos utilizados: Ecosonda Sonda
Observación de derivadores. Objetivo, caracterización temporal y
espacial de las corrientes. Resultado llenante 0,21 m/s SW y
vaciante 0,35 m/s NE.
CORRIENTES EULERIANA.
Correntómetros Fijos . Objetivo, dinámica de las corrientes,
direcciones, frecuencia y velocidad. Resultado velocidad máxima 0,17 m/s,
vaciante NE y llenante SW.
MAREA. Mareógrafo, mediciones cada
10 minutos. Marea máxima 1,8 m y mínima
0,1 m. NMM es 0,84 m.
OLEAJE. Oleaje 20 años de estadística, OLAS
CHILE. H predominante 1,5 a 2,0 m dirección
SW y T de 12 a 14 seg. NW casi inexistente.
VIENTO.
CARACTERIZACIÓN ZONA DE ESTUDIO
Estación meteorológica del INH. Presencia de anticiclón subtropical sur oriental.
Predominancia S y SW. Mayor incidencia WSW = 5 a 6 nudos, máximo 8 nudos = 15
k/h provocando olas grandes. Calmas NW y NNW.
CONDICIONES NATURALES. SEDIMENTOS.
Muestras superficiales (19) y calicata. Sector Chinchorro, Desembocadura y
Fondo Río San José. Resultado, desembocadura arenas
finas y fango, playa Chinchorrosedimento fino.
Díametros Característicos Arena Fina a MediaMuestras de Playa
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
M - 2 M - 3 M - 10 M - 11 M - 12 M - 13 M - 15 M - 16 M - 17 M - 18 M - 19
Muestra
Día
met
ro m
m
D90 D84 D50 D16
CARACTERIZACIÓN ZONA DE ESTUDIO
2002
2001
CONDICIONES NATURALES. HIDROLOGÍA / HIDRÁULICA.
TAños
Caudal (m3/s)
Río LlutaRío San José
Qda. de AchaRural Urbano
2 25 13 15 25 43 45 53 8
10 65 78 91 1325 210 150 176 2650 415 220 258 38
100 600 320 375 55
Plan Maestro Aguas Lluvias. Sectores rurales y urbanos alta
inundación. Velocidades Promedio 3,0 m/s y
velocidades máximas 5,5 m/s. Problemas de socavación y erosión de
Riberas. Altos concentrados de relleno,
posibilidad alta de transporte desedimentos.
Plan Maestro Aguas Lluvias. Antecedentes DGA.
CARACTERIZACIÓN ZONA DE ESTUDIO
HIDROLOGÍA
HIDRÁULICA
MODELO PREDICCIÓN EVOLUCIÓN COSTERA.
Modelo 3D.Corto Mediano Plazo.
Modelo Multilínea.Medio Largo Plazo.
Modelo de una Línea. Largo Plazo.
Modelo Macro escalaDecenas de años.
GENESIS, Generalized Model forSimulating Shoreline Change.
POSIBILIDADES. Cálculo del transporte de sedimentos
por incidencia oblicua. Incorpora zona de rompiente. Número ilimitado de obras costeras. Datos de olas mar adentro. Amplia extensión espacial. Contempla transmisión del oleaje. Considera difracción del oleaje en las
obras costeras. Transporte Longitudinal.
LIMITANTES. No simula reflexión en obras. No desarrollo de tómbolos. Datos de olas mar adentro. No cambios de marea. No corrientes de retorno. Transporte sedimento transversal. Errores con diámetros de sedimentos
grandes, grava y bolones.
DATOS ENTRADA. Línea Costa. Oleaje mar adentro. Batimetría. Grano de sedimento. Pendiente de playa. Profundidad media zona activa transporte de sedimento. Obras costeras. Nivel de agua. Condiciones límites.
ECUACIONES DE GOBIERNO, ecuaciones de primerorden y buscan el cambio del volumen de unasección.
( )b
bsbsb xHaaCgHQ
∂∂
−= *cos*2sin*** 212 θθ
MODELO COMPUTACIONAL Transporte Sedimento
STWAVE, Steady State Spectral Wave
SUPUESTOS.i. Pendiente suave.ii. Equilibrio olas, corrientes y vientos.iii. Refracción y shoaling en forma
lineal.iv. Profundidad y corriente uniforme.v. Fricción fondo despreciable.vi. Oleaje perpendicular a la costa.vii. Espectro de olas homogéneo. 0