anejo no 4. clima maritimo

Proyecto de Refuerzo del Dique Abrigo del Puerto de los Cristianos

Anejo Nº 4. Clima marítimo y propagaciones

ANEJO Nº 4

CLIMA MARÍTIMO Y

PROPAGACIONES



G:\pry210100 Cristianos\revisión 1-4-2011\PROYECTO SEGURO\Documento nº 1 memoria y anejos\Anejos\Anejo nº 4. Clima marítimo\J1001104.doc

I

REFUERZO DEL DIQUE ABRIGO DEL PUERTO DE LOS CRISTIANOS

ANEJO Nº 4. CLIMA MARÍTIMO Y PROPAGACIONES

ÍNDICE

1. INTRODUCCIÓN............................................................................................................................ 2

2. CLIMA MARÍTIMO....................................................................................................................... 2

2.1. FUENTES DE DATOS ................................................................................................................... 3 2.2. DISTRIBUCIÓN SECTORIAL DEL OLEAJE...................................................................................... 3 2.3. CLIMA EXTREMAL DEL OLEAJE EN AGUAS PROFUNDAS.......................................... 7

3. PROPAGACIÓN DEL OLEAJE HASTA EL DIQUE DE ABRIGO DEL PUERTO DE LOS CRISTIANOS .......................................................................................................................................... 10

3.1. PROPAGACIÓN DEL OLEAJE HASTA LOS CRISTIANOS ................................................................ 11

4. TEMPORAL 1-2 DE FEBRERO DE 2010 .................................................................................. 14

4.1. CARACTERÍSTICAS DEL TEMPORAL EN AGUAS PROFUNDAS...................................................... 14 4.2. CARACTERÍSTICAS DEL TEMPORAL EN LA COSTA..................................................................... 14

5. RESUMEN...................................................................................................................................... 15

ANEXO 1: INFORME: RÉGIMEN EXTREMAL EN EL PUERTO DE LOS

CRISTIANOS,. REALIZADO POR: IH CANTABRIA




2

REFUERZO DEL DIQUE DE ABRIGO DEL PUERTO DE LOS CRISTIANOS

ANEJO Nº 8. PROGRAMA DE TRABAJOS

ANÁLISIS DEL OLEAJE EXTREMAL EN EL DIQUE DE LOS CRISTIANOS (TENERIFE)

1. INTRODUCCIÓN

El objetivo principal del presente estudio es determinar la altura de ola de diseño para reparar las estructuras del Puerto de los Cristianos. La metodología seguida ha sido:

• Análisis del régimen extremal direccional de una fuente de datos fiable. Para

ello se han analizado los datos de la boya exterior de Tenerife Sur, situada en

aguas profundas, y se han comparado sus datos con los de los nodos SIMAR

situados al NW y al SW de la zona de proyecto (nodos 1012013 y 1012012).

• Propagación de los oleajes asociados a los períodos de retorno de proyecto hasta

las alineaciones de las estructuras a dimensionar. Esta propagación se ha

realizado con el modelo numérico OLUCA.

• Informe de regimen extremal realizado por IH Cantabria (anexo 1 del presente

anejo).

Otro de los objetivos de este estudio es analizar las condiciones del temporal que se

produjo entre el 1 y el 2 de febrero de 2010 y que produjo daños en el dique de los Cristianos. Para ello, se han seleccionado los datos de las fuentes de datos disponibles y se han propagado hasta la localización del dique.

2. CLIMA MARÍTIMO

El objetivo de este apartado es la descripción del clima marítimo extremal del oleaje en las proximidades de Los Cristianos, en aguas profundas.




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2.1. FUENTES DE DATOS

Para la caracterización del oleaje en Los Cristianos se ha utilizado 3 fuentes de datos: la boya exterior de Tenerife Sur y los nodos SIMAR 1012013, situado al NW de la zona de proyecto y SIMAR 1012012 situado al W. En la siguiente figura se puede ver la posición de todas las fuentes de datos.

Figura 1. Posición de las fuentes de datos utilizadas.

La boya de Tenerife cuenta con un total de 10 años de registro, pero hasta el año

2003 era una boya escalar. Los nodos SIMAR cuentan con 44 años de registro, desde 1958 hasta 2001. En general, los datos instrumentales tienen mayor precisión en la variable altura de ola que los datos de hindcast, pero en este caso no es posible utilizar los datos de la boya de Tenerife para calibrar los datos SIMAR, ya que el período en la que las 3 fuentes tienen datos, la boya de Tenerife no registraba direcciones.

2.2. DISTRIBUCIÓN SECTORIAL DEL OLEAJE

La distribución sectorial del oleaje queda caracterizada mediante las rosas de oleaje, que discretizan los datos en clases de direcciones y alturas de ola. Cada sector se representa con un brazo en la rosa. Su longitud es proporcional a la probabilidad de presentación de cada sector, calculada como la frecuencia relativa muestral. De esta forma se puede apreciar visualmente cuáles son los sectores que predominan. La discretización en alturas de ola permite determinar cuáles son los sectores más energéticos. En las siguientes figuras se muestran las rosas de oleaje anual para las 3 fuentes de datos analizadas.




4

Figura 2. Rosa de olaje anual. Boya de Tenerife Sur.

Dirección Hs, m TOTAL

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 >5 N 6 3 1 0 0 0 0 0 0 0 0 10 0.0%NNE 4 5 1 0 0 0 0 0 0 0 0 10 0.0%NE 15 16 3 0 0 0 0 0 0 0 0 34 0.1%ENE 443 3441 1903 307 10 0 0 0 0 0 0 6104 13.4%E 785 10309 6168 1385 125 8 0 0 0 0 0 18780 41.2%ESE 230 843 242 63 9 0 0 0 0 0 0 1387 3.0%SE 157 460 138 7 5 0 0 0 0 0 0 767 1.7%SSE 128 258 68 12 6 0 0 0 0 0 0 472 1.0%S 347 368 56 16 5 0 0 0 0 0 0 792 1.7%SSW 2304 3859 442 40 2 0 0 0 0 0 0 6647 14.6%SW 1853 4007 639 186 41 9 2 0 0 0 0 6737 14.8%WSW 662 1768 398 134 36 15 5 4 0 0 0 3022 6.6%W 151 569 77 10 0 0 0 0 0 0 0 807 1.8%WNW 6 12 0 0 0 0 0 0 0 0 0 18 0.0%NW 5 6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 11 0.0%NNW 3 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4 0.0%TOTAL 7099 25925 10136 2160 239 32 7 4 0 0 0 45602 % 15.6% 56.9% 22.2% 4.7% 0.5% 0.1% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0%

Tabla 1. Altura de ola significante (Hs, m) – Dirección. Boya de Tenerife Sur.




5

Figura 3. Rosa de oleaje anual. Nodo SIMAR 1012013.

Dirección Hs, m TOTAL 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 >5

N 5 4939 18544 11499 5382 2538 1114 472 206 88 21 44808 34.9%NNE 0 1291 10394 9551 3170 1011 284 91 29 10 1 25832 20.1%NE 0 96 308 188 78 30 17 0 0 0 0 717 0.6%ENE 0 15 35 15 3 1 0 0 0 0 0 69 0.1%E 0 6 25 7 2 1 0 0 0 0 0 41 0.0%ESE 0 5 17 3 4 1 0 0 0 0 0 30 0.0%SE 0 0 12 5 2 1 0 0 0 0 0 20 0.0%SSE 0 5 22 3 4 1 0 0 0 0 0 35 0.0%S 0 4 21 9 3 1 0 0 0 0 0 38 0.0%SSW 0 4 17 21 25 9 3 8 5 0 0 92 0.1%SW 0 4 45 47 38 22 14 12 6 2 2 192 0.1%WSW 0 58 91 94 97 61 45 22 20 6 13 507 0.4%W 0 107 395 427 282 178 89 44 33 14 5 1574 1.2%WNW 0 489 1682 1562 822 422 188 101 56 26 23 5371 4.2%NW 0 1541 5096 4449 2161 1186 602 287 187 96 138 15743 12.2%NNW 14 2945 10412 8544 5040 3057 1598 893 469 224 260 33456 26.0%TOTAL 19 11509 47116 36424 17113 8520 3954 1930 1011 466 463 128525 % 0.0% 9.0% 36.7% 28.3% 13.3% 6.6% 3.1% 1.5% 0.8% 0.4% 0.4%

Tabla 2. Altura de ola significante (Hs, m) – Dirección. Nodo SIMAR 1012013.




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Figura 4. Rosa de oleaje anual. Nodo SIMAR 1012012.

Dirección Hs, m TOTAL

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 >5 N 15 8235 20570 10638 4421 1646 690 263 87 8 9 46582 36.2%NNE 3 1905 11331 7356 2000 516 111 32 5 0 0 23259 18.1%NE 1 308 966 491 139 48 16 0 0 0 0 1969 1.5%ENE 0 93 270 125 37 4 3 0 0 0 0 532 0.4%E 0 56 132 78 8 1 0 0 0 0 0 275 0.2%ESE 0 52 90 37 12 1 0 0 0 0 0 192 0.1%SE 0 22 71 27 13 5 2 0 0 0 0 140 0.1%SSE 0 30 61 27 15 6 0 0 0 0 0 139 0.1%S 0 21 42 28 6 2 0 0 0 0 0 99 0.1%SSW 0 36 70 29 14 10 3 7 7 3 0 179 0.1%SW 0 152 197 95 78 48 24 19 21 8 6 648 0.5%WSW 3 410 582 302 211 154 81 48 28 16 19 1854 1.4%W 5 957 1423 825 422 183 99 63 23 12 1 4013 3.1%WNW 9 1784 2883 1386 548 223 125 64 35 7 2 7066 5.5%NW 21 3276 5567 2429 919 404 172 76 55 26 36 12981 10.1%NNW 65 5399 10813 6240 3201 1515 742 310 162 102 48 28597 22.3%TOTAL 122 22736 55068 30113 12044 4766 2068 882 423 182 121 128525 % 0.1% 17.7% 42.8% 23.4% 9.4% 3.7% 1.6% 0.7% 0.3% 0.1% 0.1%

Tabla 3. Altura de ola significante (Hs, m) – Dirección. Nodo SIMAR 1012012.




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Como se puede ver, la distribución sectorial de los datos de la boya de Tenerife y los nodos SIMAR son muy diferentes. Esto es debido a que la boya de Tenerife está al sur de la isla y, por lo tanto, protegida de los oleajes procedentes del W y NW. Teniendo en cuenta que Los Cristianos está en el SW de Tenerife y que estos oleajes inciden directamente sobre la zona de proyecto, se ha considerado necesario utilizar los datos SIMAR para caracterizar el oleaje extremal, ya que la boya no registra estos sectores. Teniendo en cuenta la posición de cada uno de los nodos SIMAR utilizados y la Isla de la Gomera, se ha considerado que el nodo situado más al norte (1012013) es la mejor fuente de datos para caracterizar los sectores NNW, NW y WNW, mientras que el nodo situado más al sur (1012012) es el que se utilizará para caracterizar los sectores W, WSW y SW. El resto de los sectores no se han tenido en cuenta para el análisis extremal del oleaje, ya que o bien incidirían de forma muy oblicua sobre la zona de proyecto (p.ej: el sector N) o bien no tienen prácticamente ningún dato registrado (p.ej: sectores SSW y S).

2.3. CLIMA EXTREMAL DEL OLEAJE EN AGUAS PROFUNDAS

La caracterización de los valores extremos es muy importante desde el punto de vista de la ingeniería porque está relacionada con la definición de las acciones externas que tienen que resistir las estructuras que se diseñan. El problema para poder caracterizar estas acciones es que los sucesos peligrosos suceden con muy poca frecuencia. Por lo tanto, se debe utilizar una teoría que permita estimar el comportamiento de los niveles altos a partir de los bajos. Esto se consigue con la teoría de valores extremos.

En función de los datos que se utilizan para extrapolar el comportamiento de la

cola superior de la distribución se distinguen los siguientes métodos: distribución de tamaños, que utiliza todos los datos disponibles y extrapola el resultado a la cola superior, distribución de extremos, que divide el tiempo de registro en intervalos y sólo utiliza el máximo de cada uno, y distribución de excesos, que calcula la distribución de los excesos sobre un umbral.

Según el teorema de Fisher-Tippett, si la distribución que se quiere caracterizar tiene la cola superior regular y el número de datos es suficientemente grande, la distribución del máximo de éstas se aproxima a uno de los siguientes modelos: Fréchet, Gumbel o Weibull.




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Para caracterizar el régimen extremal, se ha utilizado la distribución de Gumbel. Para poder estimar los parámetros de este modelo se requiere tener datos fiables y con un período de registro largo. El método para seleccionar los datos a analizar ha sido el de excesos sobre un umbral. Cuanto más alto sea el umbral, más probable es que los datos analizados se distribuyan según una distribución de máximos, pero menos datos quedan para estimar los parámetros. Se ha definido un umbral, de forma que el número de datos a analizar sea coherente con el tiempo de registro y suficientemente grande como para hacer la estimación.

El régimen extremal define las características del oleaje en el emplazamiento

donde se encuentra cada fuente de datos, que en el caso de los datos SIMAR es aguas profundas. En la Tabla 4, se presenta para cada sector la altura de ola umbral utilizada para seleccionar los temporales, el número de borrascas seleccionadas y los parámetros estimados de la distribución de Gumbel.

Sector Humbral, m nº Borrascas a b NNW 4.8 57 5.359 1.713 NW 4.2 54 4.7603 1.3992

WNW 3.4 47 4.0744 2.0513 W 2.7 48 3.3833 1.9327

WSW 2.3 36 3.2609 1.0374 SW 2 14 3.7991 1.2196

Tabla 4. Altura de ola umbral, número de borrascas seleccionadas y parámetros estimados de la distribución de Gumbel para determinar los RED. Datos SIMAR.

En la siguiente tabla se muestran los oleajes asociados a la banda de confianza

del 90% para los períodos de retorno de 50, 112 y 500 años.

τ = 50 años τ = 112 años τ = 500 años Sector Hs, m Tp, s Hs, m Tp, s Hs, m Tp, s NNW 8.44 20 9.03 20 10.11 21 NW 8.47 18 9.19 18 10.51 19

WNW 6.57 15 7.07 15 7.98 16 W 6.00 12 6.52 12 7.49 13

WSW 7.98 14 9.01 14 10.86 15 SW 7.28 12 8.27 12 10.11 13

Tabla 5. Características de los oleajes asociados a la banda de confianza del 90 % para los períodos de retorno de 50, 112 y 500 años. Aguas profundas.




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Los períodos asociados a las alturas de ola extremales que aparecen en esta tabla se han determinado a partir de los diagramas de dispersión de las variables Hs-Tp en cada uno de los sectores analizados. Se ha ajustado un modelo del tipo Tp = a • (Hs)c a todos los datos para determinar una relación entre las variables Tp y Hs. Utilizando este modelo se han asociado los valores de Tp a las alturas de ola del régimen extremal. En las siguientes figuras se muestran los diagramas de dispersión Hs-Tp y los ajustes realizados.

NNW

NW

WNW

W

WSW SW

Figura 5. Diagrama de dispersión Hs – Tp sectorial y ajuste Tp = a · (Hs)c. Datos SIMAR




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3. PROPAGACIÓN DEL OLEAJE HASTA EL DIQUE DE ABRIGO DEL PUERTO DE LOS CRISTIANOS

Las características del oleaje descritas en el apartado anterior hacen referencia a las

condiciones existentes en aguas profundas. Con el objetivo de analizar las condiciones de operatividad, será necesario propagar todos los oleajes en condiciones medias desde aguas profundas hasta las inmediaciones del dique.

Para realizar las propagaciones de oleaje, se ha utilizado el modelo OLUCA-SP,

que pertenece al Sistema de Modelado Costero desarrollado por la Universidad de Cantabria. Éste es un modelo parabólico de propagación espectral del oleaje, que considera los fenómenos de asomeramiento, difracción, refracción, disipación de energía por rotura del oleaje y fricción con el fondo y reflexión lateral. El dominio completo donde se han realizado las propagaciones se muestra en la siguiente figura, donde se incluye la configuración de la malla utilizada para propagar los oleajes WSW y SW. Los datos de batimetría se han extraído de las cartas náuticas nº 515 “De Punta de la Fajan a Punta Rasca” y nº 514 “De Punta San Juan a Punta Honduras” del Instituto Hidrográfico de la Marina y de la batimetría de detalle.




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Figura 6. Batimetría interpolada en el dominio computacional.

Con las mallas de propagación anteriormente descritas, se ha propagado los oleajes para cada sector, discretizando el espectro frecuencial (espectro TMA) en 8 componentes y el espectro direccional (Borgman, 1984) en 10 componentes. Para las correspondientes propagaciones desde aguas profundas, se ha definido mallas rectangulares discretizadas en diferencias finitas. Para cada sector se ha utilizado una malla con la misma oritentación que el oleaje a propagar. Todas las mallas están discretizadas en diferencias finitas de 25 m x 25 m, siendo el tamaño de éstas de unos 10 Km x 10 Km.

3.1. PROPAGACIÓN DEL OLEAJE HASTA LOS CRISTIANOS

Los casos considerados para realizar la propagación en condiciones extremales han sido los oleajes asociados a la banda de confianza del 90%. Una vez simulados todos los oleajes descritos anteriormente, se ha extraído la altura de ola propagada y la dirección de incidencia del oleaje a lo largo de 3 alineaciones paralelas al dique de Los Cristianos. Las alineaciones L50, L100 y L150 están situadas a 50 m, 100 m y 150 m del dique, respectivamente. En la siguiente figura se muestran dichas alineaciones.

Figura 7. Alineaciones en planta utilizadas para extraer la altura de ola propagada a

lo largo del dique principal




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En la siguiente tabla se muestra la altura de ola significante máxima en la alineación

de control, para cada uno de los oleajes simulados, para los períodos de retorno de 50, 112 y 500 años. Como se puede ver, los sectores que proporcionan mayores alturas de ola en el dique son WSW y SW.


WNW 2.82 15 3.02 15 3.37 16 W 3.75 12 4.06 12 4.64 13

WSW 6.69 14 7.45 14 8.61 15 SW 6.95 12 7.68 12 8.80 13

Tabla 6. Características de los oleajes asociados a la banda de confianza del 90 % para los períodos de retorno de 50, 112 y 500 años. Oleaje propagado hasta L50


WNW 2.73 15 2.93 15 3.29 16 W 3.68 12 3.99 12 4.58 13

WSW 6.67 14 7.46 14 8.72 15 SW 6.95 12 7.73 12 8.96 13





13


WNW 2.72 15 2.92 15 3.22 16 W 3.62 12 3.93 12 4.51 13

WSW 6.64 14 7.45 14 8.78 15 SW 6.92 12 7.75 12 9.08 13





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4. TEMPORAL 1-2 DE FEBRERO DE 2010

En este apartado se pretende analizar las características del temporal que provocó daños en el dique del Puerto de Los Cristianos en febrero de 2010. Dicho temporal se produjo entre los días 1 y 2.

4.1. CARACTERÍSTICAS DEL TEMPORAL EN AGUAS PROFUNDAS

Las fuentes de datos disponibles que tienen datos del mes de febrero de 2010 son: la boya de Tenerife Sur y los nodos WANA 1012012 y 1012013. Los otros datos con los que se ha trabajado en el presente estudio, los datos SIMAR, únicamente tienen datos hasta el año 2001, por lo que no sirven para analizar las condiciones de oleaje durante el episodio que provocó daños en el dique del Puerto de Los Cristianos en el presente año. La Boya de Tenerife Sur registró unas alturas de ola significantes de más de 3 m entre las 2h y las 9h del día 2 de febrero, alcanzando máximos de 4 m. Las direcciones de estos oleajes estaban comprendidas entre los 240º y los 250º, con períodos de pico entre 13 s y 15 s. Este valor de altura de ola se ha superado una sola vez en todo el registro de la boya de Tenerife Sur, que tiene datos desde 1998. Dicho temporal se dio en enero de 1999, pero no se tienen datos sobre su dirección, ya que esta boya sólo tiene datos direccionales desde el año 2003. En el registro de los datos WANA, en los días 1 y 2 de febrero de 2010 no aparece ningún temporal excepcional, ya que las alturas de ola significantes máximas son de 2.3 m y de 1.9 m para los nodos WANA 1012012 y 1012013, respectivamente. Debido a que los datos WANA proceden de un modelo numérico, con menor precisión que los datos de boya, y que desde Puertos del Estado advierten que “en el Sur del Archipiélago Canario pueden no reproducirse bien condiciones procedentes del SurOeste” con estos datos, se ha considerado que los datos más fiables para caracterizar el temporal de febrero de 2010 son los procedentes de la boya.

4.2. CARACTERÍSTICAS DEL TEMPORAL EN LA COSTA

Para analizar el efecto de este temporal sobre el dique del Puerto de Los Cristianos, se ha propagado con el modelo numérico OLUCA dos oleajes: el primero con una Hs de 4.0 m, Tp = 13s y dirección de 240º y el segundo con una Hs de 4.0 m, Tp = 15 s y dirección de 250º.

Se ha calculado el perfil de altura de ola que llega hasta la posición del dique a lo

largo de las mismas alineaciones de control que las definidas en el apartado de “oleaje




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de diseño” (Figura 7). En las 3 alineaciones, la máxima altura de ola se da para el oleaje de 13 s de período y con una dirección de incidencia en aguas profundas de 240º. Estas alturas de ola máximas son: 3.67 m, 3.61 m y 3.59 m para las alineaciones situadas a 50, 100 y 150 m del dique, respectivamente.

5. RESUMEN

De la información de oleaje obtenida y de las propagaciones realizadas se

obtiene:

a. Según propagaciones realizadas a partir de los nodos SIMAR 1012013 y

SIMAR 1012012, a una distancia de 50 m del dique de abrigo de los

Cristianos se obtiene que la característica de los oleajes asociados a la

banda de confianza del 90% para los periodos de retorno de 50, 112 y

500 años son:

τ = 50 años τ = 112 años τ = 500 años Sector

Hs, m Tp, s Hs, m Tp, s Hs, m Tp, s

NNW 1.49 20 1.63 20 1.68 21

NW 1.95 18 2.08 18 2.39 19

WNW 2.82 15 3.02 15 3.37 16

W 3.75 12 4.06 12 4.64 13

WSW 6.69 14 7.45 14 8.61 15

SW 6.95 12 7.68 12 8.80 13

b. Según el estudio realizado por IH CANTABRIA, utiliza la datos DOW

calibrado con la boya de Tenerife, se ha obtenido para el puerto de los

Cristianos con los oleajes más energéticos (15.7 m de profundidad) en la

dirección SW con un periodo de retorno de 100 años: Hs =3.7 a 3.2 m,

valores que se incrementan en 2 m debido a la incertidumbre del método

elegido (Hs = 5.7 a 5.2 m); Tp = 6-8 segundos.

Vista la disparidad de datos de las dos fuentes utilizadas para obtener la altura de

ola se decide utilizar un valor medio de los resultados, con ello se obtiene:




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70.669.62

7.568.7≈=

+=sH metros

=pT 10 segundos




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ANEXO 1: INFORME: RÉGIMEN EXTREMAL EN EL PUERTO

DE LOS CRISTIANOS. REALIZADO POR: IH CANTABRIA

anejo no 4. clima maritimo

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