anexo c - estudio de modelacion dinamica de la pluma termica

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07287-07-03-SGMA-DIA-001-13 Versión B Nov-11 ANEXO C ESTUDIO DE MODELACIÓN DINÁMICA DE LA PLUMA TÉRMICA

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07287-07-03-SGMA-DIA-001-13 Versión B Nov-11

ANEXO C

ESTUDIO DE MODELACIÓN DINÁMICA DE LA PLUMA TÉRMICA

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

I N F O R M E T É C N I C O

ESTUDIO DE MODELACIÓN DINÁMICA DE PLUMA TERMICA

COMPLEJO TERMOELÉCTRICO BOCAMINA

PRIMERA Y SEGUNDA UNIDAD

Preparado por:

Para

ENDESA CHILE S.A.

Noviembre, 2011.

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

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TABLA DE CONTENIDOS

1.0 INTRODUCCION ....................................................................................................... 2

1.1 Ámbito normativo ...................................................................................................................... 2 1.2 Definición de surgencia (del inglés “upwelling”) y hundimiento (“downwelling”) ............ 2 1.3 Antecedentes del área de estudio (Golfo de Arauco) ........................................................... 5

2.0 METODOLOGÍA ........................................................................................................ 7

2.1 Modelo y características ........................................................................................................... 7 2.2 Dominio de modelación ............................................................................................................ 8 2.3 Forzantes .................................................................................................................................. 10

3.0 RESULTADOS ........................................................................................................ 16

3.1 Pluma térmica en la situación actual (20.000 m3/h de la Unidad I de CT Bocamina) ....... 17

3.1.1 Verano ....................................................................................................................... 17 3.1.2 Invierno ..................................................................................................................... 22

3.2 Pluma térmica en la situación con proyecto y caudal de 65.000 m3/h .............................. 26

3.2.1 Verano ....................................................................................................................... 26 3.2.2 invierno ..................................................................................................................... 30

3.3 Pluma térmica en la situación con proyecto y caudal total de 70.000 m3/h. ..................... 33

3.3.1 Verano ....................................................................................................................... 33 3.3.2 Invierno ..................................................................................................................... 36

4.0 SINERGIA ................................................................................................................ 39

4.1 Verano ...................................................................................................................................... 39 4.2 Invierno ..................................................................................................................................... 46

5.0 DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES ............................................................................ 53

6.0 PROFESIONALES RESPONSABLES .................................................................... 57

7.0 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................................ 58

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

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1.0 INTRODUCCION

ENDESA CHILE S.A., requiere evaluar el alcance y extensión de la pluma térmica de las

descargas de aguas de refrigeración producto de la operación de la segunda unidad de la

central térmica Bocamina. En este ámbito se ha encargado a Costasur Ltda., la evaluación

del comportamiento de la pluma de dispersión térmica mediante un estudio de modelación

dinámica.

Para estos efectos se empleó el modelo MIKE 3 en su versión FM (Malla Flexible), el cual

permite evaluar la evolución espacio temporal de la pluma en función de la dinámica física

del área y de las características propias que tendrá la descarga (exceso de temperatura

del efluente, caudales, etc.). A continuación se entrega una descripción de los aspectos

más relevantes del estudio desarrollado.

1.1 Ámbito normativo

Un criterio importante de considerar respecto de descargas que involucran el aumento de

la temperatura en el cuerpo receptor, es el considerado por el Ministerio del Medio

Ambiente en su documento “Guía para el establecimiento de las normas secundarias

de calidad ambiental para aguas continentales superficiales y marinas”

(www.mma.gob.cl), en cuyo numeral IV se establecen los criterios nacionales específicos

para la protección de aguas marinas aptas para la conservación de la comunidades

marinas. Según este documento, cuando el delta o variación de temperatura respecto del

rango natural presente en el área de medición no es mayor a 2 ºC (temperatura promedio

mensual ± 2 ºC), entonces es posible clasificar el cuerpo de agua como “Clase 1”, es decir

“de muy buena calidad”, lo que indica que el agua es apta para la conservación de

comunidades acuáticas, entre otros usos.

Para efectos del presente estudio, se estima pertinente y necesario considerar estos

criterios a objeto de determinar y evaluar los alcances de la pluma térmica producto de la

modelación dinámica.

1.2 Definición de surgencia (del inglés “upwelling”) y hundimiento

(“downwelling”)

Se ha estimado pertinente incluir una breve definición y explicación acerca de los procesos

oceanográficos conocidos como “surgencia” y “hundimiento”, a objeto de proporcionar un

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

- 3 -

mejor entendimiento de los alcances y resultados del presente estudio de modelación

dinámica.

En el sistema de la corriente Perú-Chile, la surgencia costera es uno de los procesos que

dominan la dinámica de las aguas costeras. Este proceso es el que mantiene la

productividad primaria que sustenta la pesquería en las costas de Perú y Chile. La

surgencia no es un proceso que ocurra en forma continua a lo largo de la costa, sino que

se presenta con intensidades, duraciones y extensiones variables. Su contraparte es el

proceso de hundimiento, el cual es dominante al sur de Chiloé, no obstante, también se

expresa hacia el norte del país principalmente en condiciones de mal tiempo, por lo que su

presencia se ve limitada a ciertos períodos del año, dependiendo de la duración del frente

de mal tiempo.

Se define como upwelling (surgencia), un movimiento ascendente de aguas

subsuperficiales (ascenso que puede tener una duración y extensión mínima) a la

superficie en donde éstas son removidas del área de surgencia por flujos horizontales. En

tanto que se define como downwelling (hundimiento) el movimiento descendente de aguas

superficiales hacia el fondo producto de la acumulación en superficie de aguas por flujos

horizontales. Smith (1968), indica que los movimientos verticales son una parte relevante

de la circulación del océano, siendo importantes los movimientos ascendentes ya que

como resultado de éstos se produce el intercambio de aguas profundas con las aguas

cercanas a la superficie. La surgencia es el resultado de la divergencia horizontal en la

capa superficial, usualmente las aguas que ascienden provienen de profundidades que no

superan algunos cientos de metros, y es un fenómeno claramente visible a lo largo de la

costa oeste de los continentes, donde los vientos llevan el agua superficial lejos de la

costa, produciendo el ascenso de agua desde el fondo (Figura 1). El hundimiento en tanto

es producto de la convergencia horizontal en la capa superficial lo que produce un

movimiento descendente para compensar el gradiente de presión.

El ascenso de agua a la superficie induce anomalías horizontales en la distribución de las

propiedades físicas y químicas que normalmente tienen marcados gradientes verticales.

Tales anomalías a menudo son útiles indicadores de la surgencia, pero los efectos de la

surgencia y el proceso físico de la surgencia no deben ser confundidos. Efectos similares

a los producidos por la surgencia pueden ser causados por la mezcla turbulenta del agua

inducida por el viento, o también por ajustes baroclínicos del campo de densidad

asociados a incrementos en el transporte geostrófico de una corriente, sin embargo, la

persistencia en el tiempo y el espacio de los efectos sólo es posible de ser asociada al

proceso de surgencia.

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

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Figura 1. Esquema del proceso de surgencia en una costa oeste producida por el

viento, En el lado izquierdo se ve una vista desde arriba, donde un viento

paralelo a la costa produce el transporte hacia afuera de la masa de agua

superficial lo que genera el ascenso de otra masa de agua desde el fondo. En

el lado derecho se muestra una corte vertical donde se representa el ascenso

del agua desde profundidad. (Esquema tomado de Stewart, 2003).

Físicamente, el proceso de surgencia y de hundimiento corresponden a un balance entre

el estrés del viento y Coriolis, lo que genera el transporte de aguas desde la costa hacia el

océano (transporte de Ekman) en el caso de la surgencia, y desde el océano a la costa en

el caso del hundimiento. De acuerdo con esto, en la surgencia la cantidad de agua

transportada fuera de la costa, así como la que asciende por continuidad, depende del

viento (dirección y magnitud) y de Coriolis, mientras que en el hundimiento la intensidad y

dirección del viento en conjunto con Coriolis, dan cuenta de la cantidad de agua

transportada hacia la costa, y en qué cantidad se hunde en la costa.

Otro elemento que incide en la extensión que cubre la pluma de surgencia (agua

transportada fuera de la costa), es la topografía del fondo y la forma de la línea de costa.

Costas con plataforma angosta (costa oeste de los continentes), y con pendientes

marcadas facilitan el ascenso de aguas de mayor profundidad, mientras que en los

sectores de la costa en donde existen puntas prominentes, la surgencia es incrementada

por la concentración de energía produciéndose centros de surgencia activa y que

permanecen la mayor parte del año, como por ejemplo, Punta Lengua de Vaca (IV región),

Punta Curaumilla (Región de Valparaíso), Punta Lavapie (Región de Biobío), entre otras.

Una buena medida de la capacidad del viento para generar surgencia y/o hundimiento, es

el índice de surgencia (IS), el cual considera el estrés del viento y Coriolis. Debido a que

Coriolis depende de la latitud, resulta constante para una localidad en particular, por lo

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

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tanto, en este caso la surgencia dependerá de las variaciones del viento (dirección e

intensidad) y, por supuesto, de que la topografía costera sea favorable a la surgencia. En

la costa de Chile, los vientos del SW y S son generadores de surgencia, mientras que los

vientos del N y NW generan acumulación de agua en la costa y por ende hundimiento de

agua.

1.3 Antecedentes del área de estudio (Golfo de Arauco)

El área de estudio se encuentra en la Bahía de Coronel, que está inserta al interior del

Golfo de Arauco (Figura 2), por lo que la dinámica del sector se encuentra sujeta a los

procesos oceanográficos y meteorológicos que ocurren en el Golfo de Arauco.

Geográficamente, este golfo se encuentra limitado al norte por el cañón submarino del

Biobío, y al oeste por la Isla Santa María y la Punta Lavapie, la mayor parte del golfo

presenta profundidades menores a 100 m.

Figura 2. Área de estudio en el Golfo de Arauco. Se muestra sector de emplazamiento de

CT Bocamina. Las profundidades mayores de 500 m son mostradas en azul y

representan el cañón submarino Biobío, y las zonas más someras se aprecian

en color rojo.

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

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El comportamiento dinámico de este cuerpo de agua marino ha sido estudiado por

diversos autores, entre los que destacan Valle-Levinson et al. (2003), Sobarzo (1998),

Sobarzo & Djurfeldt (2004), Sobarzo et al. (2007) y Rosales (2010). Las principales

conclusiones de estos estudios coinciden en destacar el importante efecto de la

geomorfología costera local (forma de la línea de costa), batimetría y la relación directa del

efecto del viento (magnitud y dirección) sobre la dinámica de flujos en el sector del Golfo

de Arauco y, por extensión, en Bahía de Coronel.

De acuerdo con antecedentes meteorológicos, esta zona se caracteriza por presentar un

activo centro de surgencia en Punta Lavapie (Fonseca y Farías, 1987), con una fuerte

variación estacional, en el cual la surgencia se intensifica durante la época de primavera-

verano (Shaffer et al., 1999), mientras que durante el invierno prevalecen vientos del norte

favoreciendo el hundimiento de las aguas cerca de la costa. El centro activo de surgencia

forma al interior del Golfo de Arauco una zona de sombra de surgencia, por lo que los

aportes de aguas de surgencia a través del cañón submarino representan una importante

bomba de aguas ricas en nutrientes hacia el golfo, así como a la plataforma continental al

norte del cañón.

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2.0 METODOLOGÍA

2.1 Modelo y características

El Modelo MIKE 3 se basa en la solución de las ecuaciones tridimensionales

incompresibles de Reynolds promediadas de las ecuaciones de Naiver-Stokes, invocando

las asunciones de Boussinesq y presión hidrostática. La ecuación de continuidad local es

escrita de la forma:

Y las dos ecuaciones horizontales de momentum para las componentes x e y

respectivamente son:

donde t es el tiempo; x, y, z son las coordenadas cartesianas; η es la elevación de la

superficie; h es la profundidad total; d = h-η; u, v y w son las componentes de la velocidad

en las direcciones x, y, z; es el parámetro de Corioles (Ω es la velocidad

angular de rotación de la Tierra, y es la latitud); g es la aceleración de gravedad; es la

densidad del agua; Sxx, Sxy, Syx, y Syy son las componentes del tensor de estrés; νt es la

viscosidad turbulenta vertical; pa es la presión atmosférica; es la densidad de referencia

del agua; S es la magnitud de la descarga de los emisarios y us, vs es la velocidad del

agua descargada; Fu y Fv son los términos de estrés horizontal.

El transporte y difusión de temperatura (T) y salinidad (s) está dado por las ecuaciones:

donde Dv es el coeficiente vertical de difusión turbulenta, es el intercambio de calor con

la atmósfera (en el caso de la presente evaluación no se dispone de información relativa a

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

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radiación solar, precipitaciones, humedad del aire, etc., razón por la cual no se consideró

esta variable en la modelación), Ts y Ss son la temperatura y salinidad de las descargas. Ft

y Fs son los términos de difusión turbulenta de temperatura y salinidad. La turbulencia es

modelada utilizando un esquema de clausura, y la viscosidad vertical es calculada por la

expresión:

donde ; son las velocidades de fricción asociadas con el estrés

de superficie y fondo, c1 y c2 son dos constantes que dan él perfil parabólico.

La viscosidad turbulenta horizontal en muchas aplicaciones puede ser considerada

constante, o se puede usar una viscosidad turbulenta relacionada a la longitud de escala

característica (Smagorisky, 1963). La viscosidad turbulenta de escala de sub grilla está

dada por la siguiente fórmula,

donde cs es una constante, l es la longitud característica y Sij es la tasa de deformación.

Estas ecuaciones son resueltas usando la transformación sigma en la vertical ,

la cual varía entre 0 en el fondo y 1 en superficie. La discretización de las ecuaciones

primitivas es realizada usando el método de volumen finito centrado en la celda, es decir,

por la subdivisión del espacio en elementos que no se sobreponen. En el plano horizontal

se usa una malla no estructurada, y en la vertical una estructurada, los elementos pueden

ser prismas o cubos cuyas caras horizontales son triángulos o cuadriláteros

respectivamente.

2.2 Dominio de modelación

El área de estudio corresponde a la zona de emplazamiento de la primera y segunda

unidad de CT Bocamina de ENDESA CHILE S.A. en Bahía de Coronel (Figura 2). Por

razones de estabilidad numérica y de representación de los principales procesos

oceanográficos, así como de las características topográficas del sector, se seleccionó un

dominio que cubre un área mayor a la zona de influencia del proyecto (Figura 3), esto

permite que las simulaciones representen de manera adecuada las influencias

topográficas sobre el patrón local de circulación, y que el “ruido” o distorsión que se

genera al inicio en las fronteras se reduzca y no se intensifique al llegar a costa. Para la

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

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creación de la malla flexible se utilizó la línea de costa y las sondas de la carta náutica del

Golfo de Arauco y de Bahía de Coronel, complementada con batimetría exploratoria

realizada por Costasur en el sector de interés.

Con esta información se generó una malla flexible de 2040 nodos y 4486 elementos,

contemplando elementos de menor tamaño en el lugar de la futura descarga (Figura 4a),

mientras que en la vertical se utilizaron 17 capas. A esta malla flexible se le interpoló la

información batimétrica, obteniéndose después de los ajustes necesarios para la

estabilidad numérica, la batimetría que se muestra en la Figura 4b.

Figura 3. Dominio de modelación. Imagen tomada de Google Earth.

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a) Malla flexible b) Batimetría

Figura 4. a) Malla flexible y b) batimetría, se indica posición de la descarga.

2.3 Forzantes

Para forzar el modelo en la frontera abierta se utilizó el nivel del mar registrado por

Costasur mediante mediciones instrumentales en el área de estudio entre febrero y marzo

de 2008 (Figura 5a) en período de verano, y entre mayo y junio de 2006 (Figura 5b) para

invierno. En todo el dominio evaluado, se impuso un viento variable en el tiempo y

constante en el espacio, empleándose registros de vientos (Figura 5 a y b) medidos por

Costasur en los mismos periodos de medición de marea antes mencionados.

Como se puede observar en estas figuras, en el período de verano el viento fue variable

en su dirección con algunos periodos de mayor intensidad (la máxima intensidad fue de

8,7 m/s, Figura 5a), en tanto que en el período de invierno el viento fue más constante,

siendo la situación promedio de baja intensidad (<4 m/s), presentándose tres períodos con

vientos más intensos. La máxima intensidad registrada en este período fue cercana a 17

m/s.

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Las condiciones de viento registradas en verano e invierno se reflejan en los índices de

surgencia1 y turbulencia2 calculados.

En verano (Figura 5 c y d) estos índices muestran un predominio en el área de Bahía de

Coronel de la condición de relajación (bajos índices de turbulencia, y valores del índice de

surgencia en torno a cero, con algunos eventos de surgencia y hundimiento de corta

duración y no muy intensos.

En invierno (Figura 6 c y d) los índices también muestran que la condición de relajación es

la predominante, pero se registraron tres períodos con índices que indican vientos locales

intensos favorables a la surgencia (índice de surgencia mayores de 1000 m3/s 1000 m de

costa) que pueden generar una mezcla turbulenta importante en la columna de agua.

Además, inmediatamente después del segundo evento de surgencia, el 9 de junio de

2006, se observa un evento corto y de baja intensidad de vientos favorables al

hundimiento (índice de surgencia < 0).

Las condiciones de viento registradas en verano e invierno, y empleadas en este estudio

como uno de los agentes forzantes, se encuentran dentro de la variabilidad normal del

área de estudio indicada por varios estudios que analizan registros locales e información

satelital (Saavedra, 1980; Sobarzo et al 2007; Rosales 2010), por lo que son

representativos de cada época del año evaluada. En estos trabajos se indica que

normalmente el viento presenta un marcado ciclo anual en el cual predominan en invierno

y otoño los vientos del N y NW, mientras que en el verano y la primavera los vientos son

del S y SW producto del predominio en estas estaciones del anticiclón del Pacifico Sur.

Además de esta variabilidad estacional, se registra la variabilidad diurna, que muestra una

rotación del viento de acuerdo con la diferencia de calentamiento entre el mar y la tierra, y

aquella que produce la brisa marina.

1El Índice de Surgencia (IS) corresponde a donde cd

coeficiente de arrastre, que es función de la intensidad del viento; ρa densidad del aire; ρw densidad del

agua; U viento, su magnitud y su componente vectorial paralela a la costa; y f Coriolis. (Bakun & Parrish,

1982), 2 El índice de Turbulencia (IT) corresponde a IT=w

3 (m

3/s

3) y Representa la mezcla turbulenta generada por

el viento (Elseberry y Garwood, 1978).

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a)

b)

c)

d)

Figura 5. a) Nivel del mar horario, b) viento horario, la dirección de cada línea indica la

procedencia del viento, c) Índice de surgencia y, d) índice de turbulencia en

Coronel. Línea de base de verano.

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

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a)

b)

c)

d)

Figura 6. a) Nivel del mar horario, b) viento horario, la dirección de cada línea indica la

procedencia del viento, c) Índice de surgencia y, d) índice de turbulencia en

Coronel. Línea de base invierno.

Tal como se mencionó anteriormente, el Golfo de Arauco (y por extensión, Bahía de

Coronel) está dentro de la zona de sombra de surgencia que se produce en Punta

Lavapie, por lo que el registro de vientos local y sus índices asociados nos dan cuenta de

la acción forzante del viento en el sector, pero no de la surgencia ni del hundimiento que

ocurre en el sector de Pta. Lavapie. En otras palabras, como el viento modifica la dinámica

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

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costera en Bahía de Coronel, en el caso de vientos favorables a la surgencia la tendencia

es que se acumule agua en el área del proyecto, mientras que con vientos favorables al

hundimiento el agua es transportada fuera de la zona del proyecto, produciéndose en

ambos casos un balance entre la topografía y el patrón de circulación del golfo. Es decir,

cuando el agua se acumula en la orilla, ésta por continuidad es transportada hacia el área

del puerto, mientras que cuando el viento es favorable al hundimiento, por continuidad el

agua es transportada fuera del sector del proyecto.

Los campos tridimensionales de temperatura y salinidad en verano e invierno, fueron

obtenidos de las salidas promedio del modelo regional OCCAM (Ocean Circulation and

Climate Advanced Modelling Project) de resolución 1/12 grado (Gwilliam, 1995), para las

mismas fechas en las cuales se dispone de registros instrumentales de los agentes

forzantes marea y viento. Con los campos promedios se generaron las condiciones

iniciales y las condiciones de borde para el periodo de estudio. Se optó por usar estos

campos ya que cubren la variación tridimensional existente en el dominio de modelación,

mientras que los estudios disponibles consultados (Valle-Levinson et al. (2003), Sobarzo

(1998), Sobarzo & Djurfeldt (2004), Sobarzo et al. (2007) y Rosales (2010)), se encuentran

espacialmente limitados de manera específica a la zona en la que se desarrollaron dichas

investigaciones.

Para cada período (verano e invierno) se realizaron tres simulaciones de 30 días cada

una, considerando una descarga de orilla (que estará posicionada en la coordenada

663006E y 5900730N (Datum WGS84, zona 18S)), y un exceso de temperatura de 9°C, la

primera simulación contempló un caudal de 20.000 m3/h (~5,56 m3/s) que corresponde a la

condición actual con la operación de la Unidad I de CT Bocamina; se realizó también una

simulación con la descarga de la unidad actual más la descarga de un caudal de 45.000

m3/h (~12,5 m3/s) informado en el EIA del proyecto presentado al SEIA (2006), lo que

suma una descarga total de 65.000 m3/h (~18,06 m3/s); y finalmente se simuló una tercera

condición donde se agrega 5.000 m3/h adicionales respecto de la segunda condición,

totalizando 50.000 m3/h (~13,89 m3/s) de descarga de la segunda unidad de CT

Bocamina, con un exceso de temperatura de 8.17°C, que sumada a la descarga actual de

la primera unidad, da un total de 70.000 m3/h (~19,44 m3/s).

En consecuencia, se realizaron seis modelaciones para simular el comportamiento teórico

de la pluma térmica en condiciones estivales e invernales:

Condición actual sin proyecto (20.000 m3/h de la Unidad I). Verano e invierno;

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

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Condición con proyecto y caudal de 65.000 m3/h. Verano e invierno, y un exceso de

temperatura de 9°C (condición actualmente aprobada por RCA del proyecto);

Condición con proyecto y caudal de 70.000 m3/h, unidad I con un exceso de 9°C y

Unidad II con exceso de temperatura de 8.17°C. Verano e invierno.

Para evaluar la sinergia entre las descargas de central Bocamina (Unidad I y II) y el

proyecto Complejo Termoeléctrico Coronel de la empresa Colbún S.A., se repetirán los

experimentos anteriores incluyendo la descarga al mar que tendrá la Central Coronel de

90.000 m3/h por medio de una tubería que descarga directamente en profundidad.

Conforme a los antecedentes técnicos contenidos en el expediente del proceso de

evaluación ambiental de este proyecto (http://seia.sea.gob.cl/seia-

web/ficha/fichaPrincipal.php?id_expediente=1707131&idExpediente=1707131&modo=ficha),

la descarga de la pluma térmica del Complejo Termoeléctrico Coronel se realizará en el

cuerpo receptor marino aproximadamente a 200 m de la costa en las coordenadas: UTM E

664801.9799 N 5899144.4705 (Datum WGS 84, Zona 18S) y con un exceso de

temperatura de 10°C.

Adicionalmente, para evaluar la influencia en la vertical en las seis simulaciones antes

descritas (sin sinergia), se analizó el comportamiento en la sección vertical entre la

descarga y la succión de la Unidad II de CT Bocamina (ver Figura 7, línea verde), y para

evaluar la sinergia entre ambas centrales se utilizó la sección paralela a la costa que se

indica con línea amarrilla de la Figura 7.

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

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Figura 7. Secciones para el análisis temporal del efecto de la descarga en la sección

vertical. La línea verde corresponde a la sección entre la descarga y succión de la unidad

II de CT Bocamina, y la línea amarilla corresponde a la sección vertical paralela a la costa

para evaluar la sinergia entre CT Bocamina Unidad II y el Complejo Termoeléctrico

Coronel.

3.0 RESULTADOS

Los resultados producto de las simulaciones desarrolladas se analizan en el plano

horizontal de superficie, y en sección perpendicular a la costa para explicar el

comportamiento vertical de la pluma térmica a través de la columna de agua (variación

superficie – fondo).

Como se explicó anteriormente, durante el periodo de verano el área de interés estuvo

sometida a un predominio de vientos débiles o en condición de calma (relajación),

presentando algunos eventos débiles y de corta duración de vientos favorables a la

surgencia y al hundimiento. Por esta razón, se seleccionaron estas tres condiciones en

función del viento con el objeto de representar y analizar lo más fielmente posible el

comportamiento de la pluma térmica bajo las diferentes condiciones oceanográficas

predominantes en el área de estudio. Para efectos de la modelación de verano, y

conforme a los campos de masa promedios entregados por OCCAM, se considerará que

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

- 17 -

una temperatura sobre 18.8ºC es producto del exceso de temperatura generado por la

descarga de aguas de refrigeración.

En tanto, en el período de invierno el viento registrado muestra tres eventos de vientos

favorables a la surgencia, un evento débil de vientos favorable al hundimiento y el resto

del registro, vientos que corresponden a una condición de relajación, en tanto que los

valores promedio de temperatura y salinidad del modelo OCCAM indican que la

temperatura fluctúa entre 13 y 14ºC, por lo que para este período toda temperatura sobre

los 14º C, será considerada como un exceso térmico generado por la descarga de la

central.

3.1 Pluma térmica en la situación actual (20.000 m3/h de la Unidad I de CT

Bocamina)

3.1.1 Verano

Al modelar una descarga con exceso de 9ºC y un caudal de 20.000 m3/h (5,56 m3/s)

proveniente de la primera unidad de CT Bocamina, el máximo registro puntual de

temperatura que experimenta el cuerpo receptor marino en el punto de descarga es

24,4ºC, lo que representa 5,6ºC por sobre temperatura del cuerpo de agua en condiciones

sin descarga.

Los resultados obtenidos muestran que la pluma térmica tiene un comportamiento que

varía en función de la dinámica del viento, así por ejemplo, bajo la condición de relajación

del viento el área cubierta por el exceso de temperatura sobre 2ºC (representada por la

isoterma de 21ºC) abarca un total de 0,071 km2 (Figura 8 a,b,c; Tabla I) y está limitada

espacialmente entre las instalaciones de Portuaria Cabo Froward por el W y el sector de

las pesqueras por el Este.

Tabla I. Área de influencia de la isoterma de 21°C, y distancia lineal máxima desde el

punto de descarga, según la condición de viento reinante y descarga de 20.000

m3/h de la Unidad I de CT Bocamina.

Condición de viento Área (km2) isoterma 21°C Distancia máxima (m)

Relajación 0,071 387

Surgencia 0,060 388

Hundimiento 0,056 510 Nota: la isoterma de 21ºC representa un exceso de 2ºC respecto de una condición sin descargas térmicas.

Fuente: Elaboración del Consultor.

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

- 18 -

Según se puede apreciar en la Figura 8 (a,b,c), que la máxima distancia lineal de

influencia de la pluma térmica medida entre el punto de descarga de aguas de

refrigeración y la isoterma de 21ºC, se registra en la condición de vientos favorables al

hundimiento (Figura 8 c), y alcanza 510 metros.

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

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a)

b)

c)

Figura 8. Análisis en superficie (plano horizontal) de la distribución de la pluma térmica

con un caudal de 20.000 m3/h y un exceso de 9°C, en función de la condición

de vientos: a) relajación; b) favorables a la surgencia; c) favorables al

hundimiento. Verano.

A B

Línea de costa Punto de descarga Central T. Bocamina

Bahía de Coronel

Bahía de Coronel

Bahía de Coronel

Línea de costa Punto de descarga Central T. Bocamina

Línea de costa Punto de descarga Central T. Bocamina

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

- 20 -

Al analizar el comportamiento de la pluma térmica en condiciones de vientos favorables a

la surgencia (Figura 8b), se aprecia que las isotermas se distribuyen más apegadas a la

costa (acercándose a la línea de playa), donde el área de mezcla delimitada desde la

isoterma de 21ºC hacia la línea de costa, mantiene un comportamiento similar al descrito

para la condición de relajación cubriendo una superficie de 0,060 km2 (Tabla I). Bajo una

condición de vientos favorables al hundimiento (Figura 8c), la isoterma se aleja de la

descarga produciendo un incremento de la zona afectada, en consecuencia, la zona

afectada crece desde el punto de descarga hacia el W en dirección a la Pta. Puchoco

(punto A, Figura 8c). En esta condición el área de mezcla con exceso de 2°C (isoterma

21ºC) cubre un área de 0,056 km2.

Por otra parte, el análisis de la sección perpendicular a la costa (Figuras 9a, 9b, y 9c), es

decir, el comportamiento de las isotermas en la sección vertical a través de la columna de

agua muestra, en términos generales, una mayor amplitud de extensión o distribución en

superficie en comparación con el fondo de la columna de agua, es decir, se concentra

preferentemente en superficie lo que se debe a la menor densidad del agua de

refrigeración descargada por CT Bocamina en comparación con el agua de mar del cuerpo

receptor, lo que en algunos casos (condición de relajación y vientos favorables al

hundimiento) genera estratificación en la columna de agua.

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

- 21 -

a)

b)

c)

Figura 9. Análisis vertical de la distribución de la pluma térmica con un caudal de 20.000

m3/h y un exceso de 9°C en función del viento. a) relajación del viento; b)

favorables a la surgencia; c) favorables al hundimiento. Verano.

Bahía de Coronel

Bahía de Coronel

Bahía de Coronel

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

- 22 -

3.1.2 Invierno

La modelación de la descarga en condición de invierno, con exceso de 9ºC y un caudal de

20.000 m3/h (5,56 m3/s), indica que el máximo registro puntual de temperatura que

experimenta el cuerpo receptor marino en el punto de descarga es 20,0ºC, lo que

representa 6.0ºC por sobre temperatura del cuerpo de agua sin descarga.

Los resultados obtenidos evidencian que al igual que lo acontecido durante verano, la

pluma térmica tiene un comportamiento que varía en función de la dinámica del viento, así

por ejemplo, bajo la condición de relajación el área cubierta por el exceso de temperatura

sobre 2ºC (representada por la isoterma de 16ºC) abarca un total de 0,056 km2 (Figura 10

a,b,c; Tabla II) y está limitada espacialmente entre las instalaciones de Portuaria Cabo

Froward por el W y el sector de las pesqueras por el Este.

Según se puede apreciar en la Figura 10 (a,b,c), la máxima distancia lineal de influencia

de la pluma térmica medida entre el punto de descarga de aguas de refrigeración y la

isoterma de 16ºC, se registra en la condición de vientos favorables al hundimiento (Figura

10c), y alcanza 225 metros.

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

- 23 -

a)

b)

c)

Figura 10. Análisis en superficie (plano horizontal) de la distribución de la pluma térmica

con un caudal de 20.000 m3/h y un exceso de 9°C, en función de la condición

de vientos: a) relajación; b) favorables a la surgencia; c) favorables al

hundimiento. Invierno.

A B

Línea de costa Punto de descarga Central T. Bocamina

Bahía de Coronel

Bahía de Coronel

Bahía de Coronel

Línea de costa Punto de descarga Central T. Bocamina

Línea de costa Punto de descarga Central T. Bocamina

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- 24 -

Tabla II. Área de influencia de la isoterma de 16°C, y distancia lineal máxima desde el

punto de descarga, según la condición de viento reinante y descarga de 20.000

m3/h.

Condición de viento Área (km2) isoterma 16°C Distancia máxima (m)

Relajación 0,056 218

Surgencia 0,008 88

Hundimiento 0,022 225 Nota: la isoterma de 16ºC representa un exceso de 2ºC respecto de una condición sin descargas

térmicas. Fuente: Elaboración del Consultor.

Al analizar el comportamiento de la pluma térmica en condiciones de vientos favorables a

la surgencia (Figura 10b), se aprecia que las isotermas se concentran en la costa, donde

el área de mezcla delimitada desde la isoterma de 16ºC hacia la línea de costa es de

0,008 km2 (Tabla II). Bajo una condición de vientos favorables al hundimiento (Figura 10c),

el comportamiento de la isoterma de 16°C se mantiene en torno a la descarga y cubre un

área de 0,022 km2 (punto A, Figura 10c).

Por otra parte, el análisis de la sección perpendicular a la costa (Figuras 11 a, b, y c),

muestra que la extensión que cubre la pluma térmica es mayor en extensión o distribución

en superficie en comparación con el fondo de la columna de agua, lo que se produce

debido a que el agua de la descarga se concentra preferentemente en superficie por su

menor densidad en comparación con el agua de mar del cuerpo receptor, lo que en

algunos casos (condición de relajación y vientos favorables al hundimiento) genera

estratificación en la columna de agua.

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

- 25 -

a)

b)

c)

Figura 11. Análisis vertical de la distribución de la pluma térmica con un caudal de 20.000

m3/h y un exceso de 9°C en función del viento. a) relajación del viento; b)

favorables a la surgencia; c) favorables al hundimiento.

Bahía de Coronel

Bahía de Coronel

Bahía de Coronel

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

- 26 -

3.2 Pluma térmica en la situación con proyecto y caudal de 65.000 m3/h

3.2.1 Verano

La modelación de la descarga con un caudal de 65.000 m3/h, que representa la suma de

la primera (20.000 m3/h) y segunda unidad de CT Bocamina, esta última con 45.000 m3/h

conforme a lo informado en el EIA del proyecto, muestra un incremento de la temperatura

en la descarga que alcanza un máximo puntual de 25,8°C, lo que corresponde a un

exceso de 7ºC en relación con la máxima temperatura promedio considerada para el

período, y un incremento del exceso de temperatura de 1,4°C respecto a la situación o

condición actual con descarga de 20.000 m3/h de la primera unidad de CT Bocamina.

Nuevamente, se aprecia que el comportamiento de la pluma térmica varía en función de la

dinámica del viento, así por ejemplo, el área de mezcla desde la isoterma de 21°C hasta la

línea de costa (que representa toda aquella superficie de mar con un exceso de 2ºC),

abarca en condición de relajación y de hundimiento un área de 0,308 km2 en torno a la

descarga (Tabla III), lo que representa la condición más desfavorable en términos

ambientales para la dispersión de la pluma térmica (Figura 12a,c).

Con vientos favorables a la surgencia, el área limitada por esta isoterma es de 0,268 km2,

por lo que esta última condición representa la menor área de influencia en superficie de la

pluma térmica (Tabla III; Figura 12b).

Tabla III. Área de influencia de la isoterma de 21°C, y distancia lineal máxima desde el

punto de descarga, según la condición de viento reinante y descarga de 65.000

m3/h.

Condición de viento Área (km2) isoterma 21°C Distancia máxima (m)

Relajación 0,308 854

Favorable a surgencia 0,268 729

Favorable a hundimiento 0,308 925 Nota: la isoterma de 21ºC representa un exceso de 2ºC, respecto de una condición sin descargas térmicas.

Fuente: Elaboración del Consultor.

Independiente de la condición oceanográfica evaluada, el área delimitada por la isoterma

de 21º C queda restringida espacialmente dentro de Bahía de Coronel entre las

proximidades del muelle mecanizado de Portuaria Puchoco y el muelle pesquero artesanal

Caleta Lo Rojas.

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

- 27 -

Según se puede apreciar en la Figura 12 (a,b,c), la máxima distancia lineal de influencia

de la pluma térmica medida entre el punto de descarga de aguas de refrigeración y la

isoterma de 21ºC, se registra en la condición de vientos favorables al hundimiento (Figura

12 c), y alcanza 925 metros.

La sección vertical (Figuras 13 a, b, y c), muestra un comportamiento térmico en que el

agua con mayor temperatura se ubica preferentemente en superficie, lo que en algunos

momentos se refleja en una estratificación de la columna de agua, especialmente en las

condiciones de relajación de los vientos y favorables al hundimiento. En términos

espaciales, se verifica que el alcance de las isotermas no aumenta linealmente conforme

al aumento de caudal descargado al cuerpo receptor marino.

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

- 28 -

a)

b)

c)

Figura 12. Análisis en superficie (plano horizontal) de la distribución de la pluma térmica

con un caudal de 65.000 m3/h y un exceso de 9°C, en función de la condición

de vientos: a) relajación; b) favorables a la surgencia; c) favorables al

hundimiento.

Línea de costa Punto de descarga Central T. Bocamina

Bahía de Coronel

Bahía de Coronel

Bahía de Coronel

Línea de costa Punto de descarga Central T. Bocamina

Línea de costa Punto de descarga Central T. Bocamina

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

- 29 -

a)

b)

c)

Figura 13. Análisis vertical de la distribución de la pluma térmica con un caudal de 65.000

m3/h y un exceso de 9°C en función del viento: a) relajación del viento; b)

favorables a la surgencia; c) favorables al hundimiento.

Bahía de Coronel

Bahía de Coronel

Bahía de Coronel

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

- 30 -

3.2.2 invierno

La modelación de la descarga con un caudal de 65.000 m3/h en condición de invierno,

muestra un incremento de la temperatura en el sector de la descarga con un máximo

puntual de 21,9°C, lo que corresponde a un exceso de 7,9ºC en relación con la máxima

temperatura promedio considerada para el período, y un incremento del exceso de

temperatura de 1,9°C respecto a la condición actual (con descarga de 20.000 m3/h de la

primera unidad de CT Bocamina). Nuevamente se aprecia que el comportamiento de la

pluma térmica varía en función de la dinámica del viento. Así, el área de mezcla desde la

isoterma de 16°C hasta la línea de costa, abarca en condición de relajación un área de

0,268 km2 en torno a la descarga (Tabla IV), lo que representa la condición más

desfavorable en términos ambientales de dispersión de la pluma térmica (Figura 14 a y c).

Con vientos favorables a la surgencia el área limitada por esta isoterma es de 0,037 km2,

por lo que esta última condición representa la menor área de influencia en superficie de la

pluma térmica (Tabla IV; Figura 14b).

Tabla IV. Área de influencia de la isoterma de 16°C, y distancia lineal máxima desde el

punto de descarga, según la condición de viento reinante y descarga de 65.000

m3/h.

Condición de viento Área (km2) isoterma 16°C Distancia máxima (m)

Relajación 0,268 794

Favorable a surgencia 0,037 179

Favorable a hundimiento 0,209 935 Nota: la isoterma 16ºC representa un exceso de 2ºC, respecto de una condición sin descargas térmicas. Fuente:

Elaboración del Consultor.

Independiente de la condición oceanográfica evaluada, el área delimitada por la isoterma

de 16º C queda restringida espacialmente dentro de Bahía de Coronel entre las

proximidades del muelle mecanizado de Portuaria Puchoco y el muelle pesquero artesanal

Caleta Lo Rojas. Según se puede apreciar en la Figura 14 (a,b,c), la máxima distancia

lineal de influencia de la pluma térmica medida entre el punto de descarga de aguas de

refrigeración y la isoterma de 16ºC, se registra en la condición de vientos favorables al

hundimiento y alcanza 935 metros (Figura 14 c). La sección vertical (Figuras 15 a, b, y c),

muestra el mismo comportamiento observado en las condiciones anteriores de simulación,

donde la isoterma de 16ºC se mantiene en el entorno próximo al punto de descarga de

aguas de refrigeración, con una tendencia a la estratificación superficial solo en la

condición de relajación de vientos.

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

- 31 -

a)

b)

c)

Figura 14. Análisis en superficie (plano horizontal) de la distribución de la pluma térmica

con un caudal de 65.000 m3/h y un exceso de 9°C, en función de la condición

de vientos: a) relajación; b) favorables a la surgencia; c) favorables al

hundimiento.

Línea de costa Punto de descarga Central T. Bocamina

Bahía de Coronel

Bahía de Coronel

Bahía de Coronel

Línea de costa Punto de descarga Central T. Bocamina

Línea de costa Punto de descarga Central T. Bocamina

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

- 32 -

a)

b)

c)

Figura 15. Análisis vertical de la distribución de la pluma térmica con un caudal de 65.000

m3/h y un exceso de 9°C en función del viento: a) relajación del viento; b)

favorables a la surgencia; c) favorables al hundimiento.

Bahía de Coronel

Bahía de Coronel

Bahía de Coronel

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

- 33 -

3.3 Pluma térmica en la situación con proyecto y caudal total de 70.000 m3/h.

3.3.1 Verano

Los resultados de la modelación de la descarga con exceso de temperatura de 9,0ºC y un

caudal de 20.000 m3/h en la primera unidad, y un exceso 8,17°C con un caudal de 50.000

m3/h en la segunda unidad de CT Bocamina, es decir, 5.000 m3/h adicionales respecto de

lo informado en el EIA del proyecto, muestra un incremento de la temperatura en la

descarga al cuerpo receptor que alcanza un máximo puntual de 25,8°C, lo que equivale a

un exceso de 7ºC en relación con la temperatura del cuerpo de agua sin descargas

térmicas (18,8ºC), que corresponde al mismo exceso de temperatura obtenido en la

simulación con una descarga total de 65.000 m3/h. El comportamiento de la pluma térmica

obtenido en esta simulación es semejante al obtenido en las simulaciones previas,

determinándose que el área de mezcla desde la isoterma de 21°C hasta la línea de costa

(que representa un exceso de 2ºC), abarca en condición de relajación y con vientos

favorables al hundimiento un área de 0,316 km2 en torno a la descarga (Tabla V), lo que

representa la condición más desfavorable en términos ambientales para la dispersión de la

pluma térmica (Figura 16a). Con vientos favorables a la surgencia el área de afectación

disminuye a 0,275 km2, por lo que esta última condición representa la menor área de

influencia en superficie de la pluma térmica (Tabla V; Figura 16b-c).

Tabla V. Área de influencia de la isoterma de 21°C, y distancia lineal máxima desde el

punto de descarga, según la condición de viento reinante y descarga de 70.000

m3/h.

Condición de viento Área (km2) isoterma 21°C Distancia máxima (m)

Relajación 0,316 863

Favorable a surgencia 0,275 730

Favorable a hundimiento 0,316 937 Nota: la isoterma de 21ºC representa un exceso de 2ºC, respecto de una condición sin descargas térmicas.

Fuente: Elaboración del Consultor.

.

Independiente de la condición oceanográfica evaluada, el área delimitada por la isoterma

de 21º C queda restringida espacialmente dentro de Bahía de Coronel entre las

proximidades del muelle mecanizado de Portuaria Puchoco y el muelle pesquero artesanal

Caleta Lo Rojas. Según se puede apreciar en la Figura 16 (a,b,c), la máxima distancia

lineal de influencia de la pluma térmica medida entre el punto de descarga de aguas de

refrigeración y la isoterma de 21ºC, se registra en la condición de vientos favorables al

hundimiento (Figura 16c), y alcanza 937 metros.

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

- 34 -

a)

b)

c)

Figura 16. Análisis en superficie (plano horizontal) de la distribución de la pluma térmica

con un caudal de 70.000 m3/h (20.000 m3/h modelados a 9°C correspondiente

a Bocamina I y 50.000 m3/h modelados a 8,17°C correspondiente a Bocamina

II), en función de la condición de vientos: a) relajación; b) favorables a la

surgencia; c) favorables al hundimiento.

Línea de costa Punto de descarga Central T. Bocamina

Bahía de Coronel

Bahía de Coronel

Bahía de Coronel

Línea de costa Punto de descarga Central T. Bocamina

Línea de costa Punto de descarga Central T. Bocamina

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

- 35 -

a)

b)

c)

Figura 17. Análisis vertical de la distribución de la pluma térmica con un caudal de 70.000

m3/h (20.000 m3/h modelados a 9°C correspondiente a Bocamina I y 50.000

m3/h modelados a 8,17°C correspondiente a Bocamina II), en función de la

condición de vientos: a) relajación; b) favorables a la surgencia; c) favorables

al hundimiento.

Bahía de Coronel

Bahía de Coronel

Bahía de Coronel

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

- 36 -

La sección vertical (Figuras 17 a, b, y c), muestra un comportamiento térmico en que el

agua descargada permanece preferentemente en superficie debido a que posee menor

densidad, mostrando algún grado de estratificación en la condición de relajación y

hundimiento, mientras que en la condición de surgencia en el sector de influencia de la

descarga de la columna se presenta homogénea en la vertical y con el gradiente térmico

en la horizontal.

3.3.2 Invierno

Para este período, los resultados de la modelación de la descarga muestran un

incremento puntual de la temperatura con un máximo de 22,0°C, lo que corresponde a un

exceso de 8ºC en relación con la temperatura del cuerpo de agua sin descargas térmicas

(14ºC), y equivale a un exceso de 0,1°C en comparación al exceso obtenido en la

simulación con una descarga total de 65.000 m3/h. El área de mezcla desde la isoterma de

16°C hasta la línea de costa (que representa un exceso de 2ºC), abarca en la condición de

relajación del viento un área de 0,270 km2 en torno a la descarga (Tabla VI), lo que

representa la condición más desfavorable en términos ambientales de dispersión de la

pluma térmica (Figura 18a). Con vientos favorables al hundimiento, el área cubierta por

esta isoterma es de 0,220 km2, y con vientos favorables a la surgencia 0,038 km2, por lo

que esta última condición representa la menor área de influencia en superficie de la pluma

(Tabla VI; Figura 18b-c).

Tabla VI. Área de influencia de isoterma de 16°C, y distancia lineal máxima desde el punto

de descarga, según la condición de viento reinante y descarga de 70.000 m3/h.

Condición de viento Área (km2) isoterma 16°C Distancia máxima (m)

Relajación 0,270 798

Favorable a surgencia 0,038 179

Favorable a hundimiento 0,220 937 Nota: la isoterma de 16ºC representa un exceso de 2ºC, respecto de una condición sin descargas térmicas.

Fuente: Elaboración del Consultor.

De manera similar a las simulaciones previas, el área delimitada por la isoterma de 16ºC

permanece restringida espacialmente dentro de Bahía de Coronel entre las proximidades

del muelle mecanizado de P. Puchoco y Caleta Lo Rojas. Según se puede apreciar en la

Figura 18 (a,b,c), la máxima distancia lineal de influencia de la pluma térmica medida entre

el punto de descarga de aguas de refrigeración y la isoterma de 16ºC, se registra en la

condición de vientos favorables al hundimiento (Figura 18c), y alcanza 937 metros.

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

- 37 -

a)

b)

c)

Figura 18. Análisis en superficie (plano horizontal) de la distribución de la pluma térmica

con un caudal de70.000 m3/h (20.000 m3/h modelados a 9°C correspondiente

a Bocamina I y 50.000 m3/h modelados a 8,17°C correspondiente a Bocamina

II), en función de la condición de vientos: a) relajación; b) favorables a la

surgencia; c) favorables al hundimiento.

Línea de costa Punto de descarga Central T. Bocamina

Bahía de Coronel

Bahía de Coronel

Bahía de Coronel

Línea de costa Punto de descarga Central T. Bocamina

Línea de costa Punto de descarga Central T. Bocamina

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

- 38 -

a)

b)

c)

Figura 19. Análisis vertical de la distribución de la pluma térmica con un caudal de 70.000

m3/h (20.000 m3/h modelados a 9°C correspondiente a Bocamina I y 50.000

m3/h modelados a 8,17°C correspondiente a Bocamina II), en función de la

condición de vientos: a) relajación; b) favorables a la surgencia; c) favorables

al hundimiento.

Bahía de Coronel

Bahía de

Coronel

Bahía de Coronel

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

- 39 -

La sección vertical (Figuras 19 a, b, y c), muestra un comportamiento térmico en que el

agua de la descarga por ser menos densa permanece en superficie, mostrando algún

grado de estratificación en la condición de relajación y hundimiento, mientras que en la

condición de surgencia, en el sector de influencia de la descarga la columna se observa

una leve inclinación inversa de las isotermas sin mostrar una condición que indique una

inestabilidad en la columna.

4.0 SINERGIA

4.1 Verano

La primera simulación realizada considera una descarga en orilla de 20.000 m3/h con un

exceso de 9°C de CT Bocamina, Unidad I, más la descarga de 90.000 m3/h con un exceso

de 10°C en el fondo marino del Complejo Termoeléctrico Coronel (Figura 20). De esta

simulación se desprende que la zona de influencia superficial determinada por el exceso

de 2°C (isoterma de 21°C) del Complejo es aproximadamente tres veces mayor que la

respectiva zona de influencia de CT Bocamina Unidad I, no apreciándose unión de las

plumas, pero sí una influencia del Complejo T. Coronel sobre el área de operación de CT

Bocamina Unidad I a nivel de la isoterma de 20°C. En efecto, esto se aprecia de mejor

manera al analizar la temperatura de la columna de agua en la sección paralela a la costa

(definida en la Figura 7 de este informe), ya que al incluir en la simulación de la condición

actual (20.000 m3/h) la descarga del Complejo T. Coronel se observa como el agua más

cálida descargada por este complejo se aproxima a la zona de influencia de la descarga

de la Unidad I de CT Bocamina, variando de acuerdo con la intensidad y sentido del

viento. Según los resultados de esta simulación, la mayor influencia de las descargas del

C.T. Coronel se registra en la condición de relajación del viento (Figura 21).

Al incrementar la descarga de CT Bocamina con la inclusión de la Unidad II y el caudal

actualmente aprobado por la Resolución de Calificación Ambiental del proyecto (65.000

m3/h y exceso de 9°C; Figuras 22 y 23), tampoco se aprecia una influencia directa de esta

descarga sobre el Complejo Coronel, pero sí se mantiene la influencia de este último

sobre Bocamina. Lo mismo se aprecia al incrementar la descarga de Bocamina a 70.000

m3/h (Figuras 24 y 25).

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

- 40 -

Sin Sinergia Con Sinergia

Rela

jació

n

Su

rgen

cia

Hun

dim

ien

to

Figura 20. Influencia de la pluma térmica de la descarga de CT Bocamina en la condición

actual (20.000 m3/h) en superficie, con y sin los aportes de la descarga del

Complejo Termoeléctrico Coronel. Periodo de verano.

CT BOCAMINA

CT CORONEL

CT BOCAMINA

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

- 41 -

Sin Sinergia Con Sinergia

Rela

jació

n

Su

rgen

cia

Hun

dim

ien

to

Figura 21. Influencia de la pluma térmica de la descarga de CT Bocamina en la condición

actual (20.000 m3/h) en la sección paralela a la costa, con y sin los aportes de

la descarga del Complejo Termoeléctrico Coronel. Periodo de verano.

CT BOCAMINA

CT BOCAMINA

CT CORONEL

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

- 42 -

Sin Sinergia Con Sinergia

Rela

jació

n

Su

rgen

cia

Hun

dim

ien

to

Figura 22. Influencia de la pluma térmica de la descarga de CT Bocamina (Unidades I y II

65.000 m3/h) en superficie, con y sin los aportes de la descarga del Complejo

Termoeléctrico Coronel. Periodo de verano.

CT BOCAMINA CT BOCAMINA

CT CORONE

L

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

- 43 -

Sin Sinergia Con Sinergia

Rela

jació

n

Su

rgen

cia

Hun

dim

ien

to

Figura 23. Influencia de la pluma térmica de la descarga de CT Bocamina (Unidades I y II

65.000 m3/h) en la sección paralela a la costa, con y sin los aportes de la

descarga del Complejo Termoeléctrico Coronel. Periodo de verano.

CT BOCAMINA

CT BOCAMINA

CT CORONEL

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

- 44 -

Sin Sinergia Con Sinergia

Rela

jació

n

Su

rgen

cia

Hun

dim

ien

to

Figura 24. Influencia de la pluma térmica de la descarga de CT Bocamina (Unidades I y II

70.000 m3/h) en superficie, con y sin los aportes de la descarga del Complejo

Termoeléctrico Coronel. Periodo de verano.

CT BOCAMINA CT BOCAMINA

CT CORONEL

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

- 45 -

Sin Sinergia Con Sinergia

Rela

jació

n

Su

rgen

cia

Hun

dim

ien

to

Figura 25. Influencia de la pluma térmica de la descarga de CT Bocamina (Unidades I y II

70.000 m3/h) en la sección paralela a la costa, con y sin los aportes de la

descarga del Complejo Termoeléctrico Coronel. Periodo de verano.

CT BOCAMINA

CT BOCAMINA

CT CORONEL

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

- 46 -

4.2 Invierno

Para el invierno se obtuvieron resultados similares a los obtenidos para la condición

estival, es decir, la descarga del Complejo Termoeléctrico Coronel incrementa la zona de

influencia del exceso de 1°C (isoterma de 15°C) y de 2°C (isoterma de 16°C) en

comparación a las áreas de influencia obtenidas al modelar sólo con la descarga de CT

Bocamina. También se aprecia que la descarga del Complejo influye sobre el área donde

opera CT Bocamina, mientras que la descarga de la Central Bocamina no tiene influencia

en el área de operación del complejo Termoeléctrico Coronel (Figuras 26 a 31).

Una situación que no se observó en el período de verano es que con vientos intensos

favorables a la surgencia, el agua más caliente descargada por el Complejo

Termoeléctrico Coronel no alcanza a llegar a superficie, ya que a medida que asciende es

transportada y dispersada hacia el puerto de Coronel manteniendo su influencia sobre el

área de operación de la Central Bocamina (Figuras 27, 29 y 31).

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

- 47 -

Sin Sinergia Con Sinergia

Rela

jació

n

Su

rgen

cia

Hun

dim

ien

to

Figura 26. Influencia de la pluma térmica de la descarga de CT Bocamina (Unidad I,

20.000 m3/h) en superficie, con y sin los aportes de la descarga de C.

Termoeléctrico Coronel. Periodo de invierno.

CT BOCAMINA CT BOCAMINA

CT CORONEL

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

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Sin Sinergia Con Sinergia

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Figura 27. Influencia de la pluma térmica de la descarga de CT Bocamina (Unidad I,

20.000 m3/h) en la sección paralela a la costa, con y sin los aportes de la

descarga de C. Termoeléctrico Coronel. Periodo de invierno.

CT BOCAMINA

CT BOCAMINA

CT CORONEL

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Sin Sinergia Con Sinergia

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Figura 28. Influencia de la pluma térmica de la descarga de CT Bocamina (Unidades I y II

65.000 m3/h) en superficie, con y sin los aportes de la descarga de C.

Termoeléctrico Coronel. Periodo de invierno.

CT BOCAMINA CT BOCAMINA

CT CORONEL

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

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Rela

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Figura 29. Influencia de la pluma térmica de la descarga de Bocamina (Unidades I y II

65.000 m3/h) en la sección paralela a la costa, con y sin los aportes de la

descarga de C. Termoeléctrico Coronel. Periodo de invierno.

CT BOCAMINA

CT BOCAMINA

CT CORONEL

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

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Figura 30. Influencia de la pluma térmica de la descarga de Bocamina (Unidades I y II

70.000 m3/h) en superficie, con y sin los aportes de la descarga de C.

Termoeléctrico Coronel. Periodo de invierno.

CT BOCAMINA CT BOCAMINA

CT CORONEL

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Rela

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Figura 31. Influencia de la pluma térmica de la descarga de CT Bocamina (Unidades I y II

70.000 m3/h) en la sección paralela a la costa, con y sin los aportes de la

descarga de C. Termoeléctrico Coronel. Periodo de invierno.

CT BOCAMINA

CT BOCAMINA

CT CORONEL

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

- 53 -

5.0 DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES

Las simulaciones desarrolladas muestran que el comportamiento de la pluma térmica está

directamente influenciado por la variación temporal del viento local en conjunción con la

forma de la línea de la costa y la batimetría de Bahía de Coronel y sus alrededores. En

efecto, al comparar los resultados obtenidos en este estudio en todo el dominio de

modelación, con la información relativa a dinámica costera del área de interés disponible

en publicaciones y literatura científica especializada, es posible concluir que el dominio

implementado con el modelo MIKE 3 HD FM presenta buena correspondencia con lo

informado por diferentes autores respecto de la estrecha relación entre la circulación

costera del Golfo de Arauco y Bahía de Coronel con los rasgos topo-batimétricos y

geomorfológicos de la costa (Sobarzo, 1998; Sobarzo & Djurfeldt, 2004; Sobarzo et al.

2007; Valle-Levison et al. (2003), Rosales, 2010).

Según el modelo empleado, los máximos excesos de temperatura registrados en el cuerpo

receptor para la condición actual (20.000 m3/h provenientes de la Unidad I de CT

Bocamina) son de 6,0º C en invierno y 5,6º C en verano (ver Tabla VII), valores que se

condicen con lo observado en los diferentes monitoreos del Plan de Vigilancia Marino

desarrollado en el borde costero aledaño a esta descarga. En efecto, al analizar el periodo

operativo 2009 (sobre la base de información periódicamente informada a Gobernación

Marítima de Talcahuano), el máximo exceso de Tº que se verifica en el cuerpo receptor en

estaciones cercanas a la descarga es, según la data recolectada en terreno, de 5,43º C en

invierno (julio, 2009), y 5,5º C en verano (febrero, 2009), por lo que los resultados del

modelo pueden ser considerados conservadores y con buena aproximación con la

realidad.

Por otra parte, conforme a los resultados obtenidos el máximo puntual de excedente de

temperatura que se verificará en el cuerpo receptor marino con una descarga de 70.000

m3/h en condiciones operativas de la segunda unidad de CT Bocamina, será de 8,0ºC en

invierno, valor similar al máximo puntual obtenido para una descarga de 65.000 m3/h

también en invierno con 7,9ºC (Tabla VII). Cualquiera sea el volumen del caudal

descargado, el máximo exceso puntual de temperatura siempre se registrará en el sector

mismo de entrega al cuerpo receptor, a partir del cual se evidencia una importante

atenuación de la energía calórica descargada al mar, condición que se explica por una

serie de procesos entre los que destacan la mezcla turbulenta, intercambio de energía con

la atmósfera, entre otros. En efecto, el viento produce un traspaso de energía a la

superficie del océano generando movimiento horizontal y vertical de las partículas de

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

- 54 -

agua, este traspaso de energía depende de la intensidad del viento, así, a medida que el

viento aumenta su intensidad se incrementa también el movimiento vertical, lo que genera

mezcla turbulenta de la columna de agua y, consecuentemente, una pérdida de calor y

reducción de la temperatura en la columna de agua. Por otra parte, el calentamiento por

radiación solar genera un aumento de la temperatura de la superficie del mar, lo que a su

vez produce un incremento del gradiente de temperatura entre superficie y fondo de la

columna de agua, generando estratificación o “termoclina”, la que puede disiparse por un

aumento en la intensidad del viento y la mezcla turbulenta que esto genera,

homogeneizando la columna de agua.

Por otra parte, las simulaciones en la sección vertical entre el punto de descarga al mar y

el punto en que se realizará la succión de agua de la segunda unidad de la CT Bocamina,

indican que el gradiente horizontal de temperatura predomina sobre el gradiente vertical,

como se puede apreciar en las figuras Nº 9, 11, 13, 15, 17 y 19. Sólo en determinadas

ocasiones se verifica una leve estratificación de la columna de agua en el frente de la

pluma, producto de que el agua menos densa de la pluma permanece en superficie al

alejarse de la zona de mezcla en torno a la descarga.

Al comparar la condición más desfavorable de dilución y dispersión de la pluma térmica y

el incremento del área afectada, bajo las distintas condiciones oceanográficas y de caudal

evaluado en este estudio (ver Tabla VII), se observa que en la condición actual (20.000

m3/h) el área de mezcla entre la descarga y la isoterma que define el exceso de

temperatura de 2°C (criterio del documento “Guía para el establecimiento de las normas

secundarias de calidad ambiental para aguas continentales superficiales y marinas”,

del Ministerio del Medio Ambiente que permite clasificar el cuerpo de agua en Clase 1 “de

muy buena calidad”), abarca en verano y en la condición de relajación del viento, una

superficie de 0,071 km2, y en la misma condición oceanográfica pero durante el invierno el

área de mezcla cubre una superficie de 0,056 km2. Por otra parte, con ambas unidades

operando y con un volumen total de descarga de 65.000 m3/h, el área cubierta en verano

incrementa a 0,308 km2 en las condiciones de relajación y hundimiento, y en invierno a

0,268 km2 en relajación y a 0,209 km2 con vientos favorables al hundimiento.

Si la operación del complejo termoeléctrico Bocamina descarga un caudal de 70.000 m3/h,

el área con exceso de 2ºC incrementa desde 0,308 km2 (superficie informada para un

caudal de 65.000 m3/h) hasta 0,316 km2 en condición de verano en relajación del viento y

hundimiento, lo que corresponde a un incremento en el área de 2,59%. Con este mismo

caudal (70.000 m3/h) pero durante el invierno, el área de mezcla aumentó desde 0,268

km2 (superficie informada para un caudal de 65.000 m3/h) hasta 0,270 km2 en la condición

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

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de relajación y a 0,220 km2 en la condición favorable al hundimiento, es decir, un 0,75% y

5,26% más respecto del área cubierta con descarga de 65.000 m3/h, respectivamente. En

consecuencia, el incremento de 5.000 m3/h adicionales de caudal descargado, produce un

aumento máximo de 5,26% del área afectada por el exceso de 2°C.

Tabla VII: Comparación entre resultados del modelo numérico para el escenario actual y con ampliación de la capacidad de la central, en condiciones de invierno y verano.

Condición

evaluada

Caudal

[m3/h]

Área con exceso

>2ºC en

condición de

relajación [km2]

Distancia lineal en condición

de hundimiento [m]

Máximo exceso temperatura en cuerpo receptor

[ºC]

MODELACIÓN INVIERNO

Actual (Unidad I) 20.000 0,056 225 6,0

Proyecto Unidad II 65.000 0,268 935 7,9

Proyecto Unidad II 70.000 0,270 937 8,0

MODELACIÓN VERANO

Actual (Unidad I) 20.000 0,071 510 5,6

Proyecto Unidad II 65.000 0,308 925 7,0

Proyecto Unidad II 70.000 0,316 937 7,0

Fuente: Elaboración del consultor.

En conclusión, considerando que las simulaciones realizadas son conservadoras debido a

que se usaron campos promedios de temperatura y salinidad para cada periodo del año

analizado, y que no se incluyeron los efectos de pérdida de calor por oleaje, aporte de

escurrimiento desde la costa como tampoco los efectos de evaporación por calentamiento,

es posible sugerir que los efectos sobre el medio receptor, del incremento de caudal del

agua descargada de la operación de la central de Bocamina serán menores a los

estimados en estas simulaciones (las cuales representan un peor escenario ambiental de

dilución y dispersión de la pluma térmica), ya que todos esto elementos mencionados

incrementarán la perdida de calor en la columna de agua del cuerpo receptor en torno a la

descarga, limitando aún más el alcance de la pluma con exceso de temperatura.

Del análisis de sinergia entre CT Bocamina (Unidades I y II) y el Complejo Termoeléctrico

Coronel, se puede concluir que bajo cualquier condición de caudal descargado por CT

Bocamina, la respectiva pluma térmica que se genera en el cuerpo receptor no tiene

influencia directa sobre el área de operación del Complejo Termoeléctrico Coronel, pero

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

- 56 -

este último si tiene una influencia directa por incremento de la temperatura de la columna

de agua en el área costera de operación de CT Bocamina.

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

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6.0 PROFESIONALES RESPONSABLES

Este estudio ha sido desarrollado por un equipo multidisciplinario de profesionales con

amplia trayectoria y experiencia en este tipo de evaluaciones, los que participaron desde el

levantamiento en terreno de las líneas de base marina desarrolladas por Costasur para

alimentar los programas y software empleados en estas modelaciones, hasta las

evaluaciones de los diferentes escenarios o condiciones ambientales descritas en este

documento. En particular, estas últimas evaluaciones fueron desarrolladas por el siguiente

equipo de profesionales:

Pablo Mackenney Urzúa: Licenciado en Ciencias del Mar, Biólogo Marino.

Sergio Rosales Gallardo: Magíster en Oceanografía, Oceanógrafo.

Mauricio Bravo Robles: Licenciado en Ciencias Físicas y Oceanográficas,

Físico y Oceanógrafo.

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7.0 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Costasur, 2006. Modelación numérica pluma de descarga de temperatura central

termoeléctrica bocamina primera y segunda unidad coronel, VIII Región.

Fonseca TR, M Farías. 1987. Estudio del proceso de surgencia en la costa chilena

utilizando percepción remota. Investigaciones Pesqueras 34: 33-46.

Gwilliam, C.S, A. C. Coward, B. A. de Cuevas, D. J. Webb, E. Rourke, S. R.

Thompson, K. Döös. 1995. The OCCAM Global Ocean Model. 2nd UNAM-Cray

Supercomputing Conference on Numerical Simulations in the Envionmental and Earth

Sciences.

Rosales, S. 2010. Dinámica espacio-temporal de los procesos que afectan la dispersión,

transporte y retención planctónica frente a Concepción, Chile. Tesis para obtener el grado

de Magister en Oceanografía. Programa de Magister en Oceanografía Pontificia Católica

de Valparaíso y Universidad de Valparaíso. 106 pp.

Saavedra, N. 1980. La presión y la dirección del viento en Concpeción. Tralka 1:153-162.

Shaffer, G, S Hormazabal, O Pizarro, S Salinas. 1999. Seasonal and interannual

variability of currents and temperature off central Chile. Journal of Geophysical Research

104 (C12), 29,951-29,961

Smagorinsky. 1963. General circulation experiment with the primitive equations. Monthly

weather review 91(3): 99-164.

Smith, RL. 1968. Upwelling. Oceanogr. Mar. Ann. Rev. 6:11-46.

Sobarzo, M, 1998. Surgencia costera sobre una plataforma continental limitada por

cañones submarinos, Concepción Chile Central. Tesis para el grado de Doctor en

Oceanografía, Universidad de Concepción.

Sobarzo M, L Djurfeldt, 2004. Coastal upwelling process on a continental shelf limited by

submarine canyons, Concepción, central Chile. Journal of Geophysical Research, 109,

C12012, doi:10.1029/2004JC002350, 2004.

OCEANOGRAFÍA APLICADA ESTUDIOS AMBIENTALES HIDROGRAFÍA

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Sobarzo M, L Bravo, D Donoso, J Garces-Vargas, W Schneider. 2007. Coastal

upwelling and seasonal cycles that influence the water column over the continental shelf off

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Valle-levinson A, LP Atkinson, D Figueroa, L Castro. 2003. Flow induced by upwelling

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Research, 108(C2), 3054, dpi:10.1029/2001JC001272.