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CENTRAL PATACHE S. A.
PROYECTO CENTRAL PATACHE III REGIÓN DE IQUIQUE
INFORME TÉCNICODETERMINACIÓN Y PROPOSICIÓN DE ANCHO DE LA
ZONA DE PROTECCIÓN LITORALNº O0814IT14 Rev. 0
AprobóRev. Fecha Por Revisó Proconsa Cliente Descripción
A 12/03/09 RR TEV JRL Emitido para Revisión Interna0 13/03/09 RR TEV JRL Emitido para Aprobación
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ÍNDICE
Pág.
1.0 INTRODUCCIÓN ..........................................................................................21.1 Objetivo....................................................................................................31.2 Localización del Proyecto.........................................................................31.3 Concesión Marítima .................................................................................4
2.0 METODOLOGÍA DE CÁLCULO DE ANCHO DE ZPL............................52.1 Registros de Olas Satelitales .....................................................................52.2 Transferencia de Oleaje a la Costa............................................................62.3 Pendiente del Fondo Marino .....................................................................72.4 Altura de Ola Rompiente ..........................................................................72.5 Zona de Protección Litoral........................................................................8
3.0 RESULTADOS ...............................................................................................93.1 Datos de Oleaje Costa Afuera ...................................................................93.2 Transferencia de Oleaje a la Costa............................................................103.3 Pendiente del Fondo Marino .....................................................................123.4 Altura de Ola Rompiente ..........................................................................133.5 Zona de Protección Litoral........................................................................13
4.0 RESUMEN ......................................................................................................145.0 BIBLIOGRAFÍA.............................................................................................15
ANEXOS
ANEXO A : FIGURAS
ANEXO B : BATIMETRÍA EXPLORATORIA
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1.0 INTRODUCCIÓN
Central Patache S.A., proyecta la construcción y operación de una nueva unidad degeneración termoeléctrica denominada “Central Patache II”, con el propósito decontribuir a largo plazo con un suministro de electricidad económica y confiable,que será entregada al SING.
La unidad de generación a proyectar, de potencia nominal de 110 MW, descargaráal mar el agua del sistema de enfriamiento de la Central, a razón de 4,7 m3/s.
En este contexto, Central Patache S.A. requiere determinar la Zona de ProtecciónLitoral (ZPL) según los criterios de los estándares de emisión establecidos en elD.S. Nº 90/2000 MINSEGPRES “Norma de Emisión para la Regulación deContaminantes Asociados a las Descargas de Residuos Líquidos a Aguas Marinas yContinentales Superficiales”.
La ZPL es un ámbito territorial de protección ambiental vinculado al D.S. N°90/2000, que corresponde a la franja de playa, agua y fondo de mar adyacente a lacosta continental o insular, delimitada por una línea superficial imaginaria, medidadesde la línea de baja marea de sicigia, que se orienta paralela a ésta y que seproyecta hasta el fondo del cuerpo de agua, fijada por la Dirección General delTerritorio Marítimo y de Marina Mercante en conformidad a la siguiente fórmula:
[ ] 6.1H28.1 b ××
=m
A
En que,
A = Ancho zona de protección litoral medido desde la traza NRS (cota cero, m)Hb = Altura media de la rompiente (m), determinada con la metodología
hindcasting u otro equivalente autorizado por la Autoridad Marítima.m = Pendiente del fondo marino
El presente informe ofrece una estimación del ancho de la Zona de ProtecciónLitoral del área de proyecto, con la finalidad de ser presentado a la AutoridadMarítima para su análisis y revisión.
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Para la elaboración de este informe se ha consultado el Manual de Aplicación delDecreto Supremo Nº 90, elaborado por la Comisión Nacional del Medio Ambiente(CONAMA) y la Directiva DGTM Y MM, ORDINARIO A53/004, que establecedisposiciones y procedimientos científicos técnicos para Fijar el Ancho de la Zonade Protección Litoral (ZPL).
1.1 ObjetivoLos objetivos de este informe, son:
§ Determinar y proponer el ancho de la Zona de Protección Litoral del proyecto.§ Disponer de antecedentes técnicos para solicitar a la Autoridad Marítima la
aprobación y fijación de la ZPL.
1.2 Localización del Proyecto
El proyecto se localizará entre Punta Patache y Caleta Patillos, aproximadamente a60 km al sur de la ciudad de Iquique (Figura 1), y en el sector costero definido porlas siguientes coordenadas geográficas:
Coordenadas geográficasUbicación descarga de agua Central Termoeléctrica
Coordenadas UTM Coordenadas geodésicas
Este Norte Longitud Latitud
375738 7703074 070° 11’ 37.5“ W 20° 46’ 04.6“ S
375852 7702753 070° 11° 33.6“ W 20° 46’ 15.1“ S
Datum: WGS84
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Figura Nº 1.Imagen satelital del Área de Proyecto
1.3 Concesión Marítima
La concesión marítima del sector en el cual se emplazarán las obras será solicitadaen paralelo con los estudios ambientales del proyecto.
Teniendo totalmente definida la ubicación de las obras, se procederá a latramitación antes señalada.
Sector deProyecto
Punta Patache
Caleta Patillos
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2.0 METODOLOGÍA DE CÁLCULO DE ANCHO DE ZPL
La determinación de ancho de ZPL se realizó de acuerdo con la siguiente pauta:
§ Preliminarmente, se reúne y analizan datos satelitales de olas§ Se realiza la transferencia de olas al sitio de proyecto, para lo cual se analiza la
propagación de los trenes de olas mediante la aplicación de un modelo numéricode refracción de oleaje
§ En función de la altura y pendiente del fondo marino se evalúa la altura de la olarompiente (Hb).
§ Finalmente, se aborda el cálculo de la ZPL según D.S. N° 90/2000MINSEGPRES.
2.1 Registros de Olas Satelitales
El agente forzante de las olas de gravedad es el viento, ya que este proporciona laenergía primaria para el desarrollo y generación del oleaje. Su efecto específico, entérminos de transferencia de energía al océano está determinado por las condicioneslocales, las que pueden ser modificadas por la topografía del área, la estación delaño, distancia que recorre y número de horas que actúa.
En este contexto, y para reunir información de oleaje del área de estudio, serecopilaron los registros de olas satelitales medidos por el satélite GFO para laregión costa afuera de Patache, con información disponible entre octubre 2001 ajulio 2006. Los datos de oleaje fueron obtenidos desde el sitio público“www.7300.nrlssc.navy.mil/altimetry”.
Los satélites entregan mediciones de alturas de olas en intervalos cada 1 segundo (ocada 7 km) a lo largo de su superficie de barrido. Dependiendo del satélite, hay unregistro puntual de Hs cada 5 o 15 días.
La Figura 2 muestra la trayectoria de barrido del satélite GFO, y las regionesgeográficas analizadas en este estudio.
La información de oleaje fue organizada estacionalmente, con la finalidad dedeterminar las condiciones de verano, otoño, invierno y primavera.
Se debe consignar que los satélites entregan como resultado de condición de oleajeen mar abierto, el valor de altura significativa (Hs). Este es un parámetro estadísticoque se obtiene al promediar el tercio superior del espectro total de olas, sinembargo, como en un evento cualquiera ocurren simultáneamente una gama de
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alturas de olas, el parámetro Hs representa la fracción de las olas más altas presentesen un determinando instante.
La altura media de oleaje (Hm) se determinó con la siguiente relación propuesta porla teoría Rayleigh de olas:
sm HH ×= 63,0
En que:
Hm = altura media del oleajeHs = altura significativa del oleaje
2.2 Transferencia de Oleaje a la Costa
Los registros satelitales representan las condiciones de olas en mar abierto. Esteoleaje al propagarse a sectores de baja profundidad, queda afecto al fenómeno derefracción o deflexión de los trenes de olas que van adquiriendo una posiciónparalela a la geometría de la línea de costa, y en consecuencia, su dirección y alturacambiará, de acuerdo con la siguiente relación:
ror KHH ×=
Ho = Altura de ola en mar abiertoHr = Altura de ola refractada en el sitio de proyecto (costa)Kr = Coeficiente de refracción o de transferencia de oleaje
Para efectos de determinar las alturas de olas en el sector del proyecto, se estimaronlos coeficientes de transferencia (Kr), aplicando la ley de Snell y la teoría lineal deoleaje, de acuerdo con los siguientes supuestos:
§ Profundidad a la cual hacer la transferencia: 10 metros de profundidad§ Direcciones de olas NW, W, WSW y SW§ Período de olas 11 segundos (valores modales)§ Nivel de marea 0 metros (NRS)
Como elemento esencial de cálculo, se prepararon diagramas de refracción deoleaje, y en base a estos, de determinaron los valores de los coeficientes detransferencia Kr, de acuerdo con la siguiente relación:
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AAK o
r =
Donde:
Ao = Separación inicial de dos rayos de olas costa afueraA = Separación final de dos rayos de olas en el sitio del proyecto
Para el trazado de los frentes de olas se usó la siguiente información cartográfica:
§ Carta náutica SHOA N° 1231, Aproximación a Caletas Patillos y Patache, escala1:15000
§ Levantamiento de Líneas de Playa (actualmente en revisión por parte de laAutoridad Marítima)
La información cartográfica fue georreferenciada al sistema UTM WGS84,utilizando para este efecto programas comerciales, y luego a través de unainterpolación kriging, se preparó una grilla batimétrica, que se usó después para elanálisis de la refracción. La Figura 3 presenta el relieve submarino del área deestudio.
El análisis de la refracción se realizó con un programa de simulación numéricadesarrollado por AQUACIEN, el cual analiza el comportamiento de un tren de olasque se propaga sobre el fondo marino.
Los resultados del análisis numérico de refracción consisten en alturas de olasoceánicas transferidas al sector del proyecto (aguas someras), considerando losefectos de la batimetría del área.
2.3 Pendiente del Fondo Marino
La pendiente de fondo marino se determinó en función del levantamientobatimétrico realizado para el proyecto de ingeniería.
Del plano batimétrico adjunto al final de este informe, se determinó a que distanciade la costa (NRS) se localizan las isóbatas de 10 y 15 metros de profundidad.
2.4 Altura de Ola Rompiente
Las olas de diferente altura sólo pueden persistir como tales dependiendo de laprofundidad del mar. En general, las olas rompen cuando la relación de su altura a
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la profundidad del mar está en el rango entre 0,8 y 1,2, aproximadamente. Así, unaola de 1.0 m de altura rompe a profundidades entre 0,8 y 1,2 metros.
Para determinar las alturas de olas rompientes (Hb) se empleó la relación sugeridapor la DIRECTEMAR, de acuerdo con Komar y Gaughan (1972) y lasmodificaciones introducidas por Rattanapitikon y Shibayama (2000):
Hb = (10,02 m3 – 7,46 m2 + 1,32 m + 0,55) x Hr (Hr / Lo) 1/5
En que:
Hb = Altura de ola rompiente, m m = Pendiente del fondo marino donde ocurre el rompimiento de olaHr = Altura de la ola transferida a costa (refractada), mLo = Longitud de ola en agua profunda, m
2.5 Zona de Protección Litoral
El cálculo de la ZPL se realizó con la ecuación descrita en el artículo primero,párrafo 3.13 del D.S. N° 90/2000 MINSEGPRES.
Como el valor de anchura de ZPL depende de la pendiente de fondo marino, la quetiene rangos de variación entre lugares diferentes de la costa, estos cálculos serealizaron para el sector de proyecto.
Además, y en consideración a que el ancho de la ZPL fluctúa según la estación delaño, se empleó el valor de ola rompiente que determina un mayor ancho de ZPL, yasí se asegura de proteger siempre la flora y fauna litoral y tener una zona deseguridad para el baño y contacto directo (DGTM Y MM ORDINARIO A.53004).
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3.0 RESULTADOS
3.1 Datos de Oleaje Costa Afuera
La Tabla 1 presenta el resumen estadístico de los registros satelitales de olas, y laFigura 4 muestra las series de tiempo de alturas de olas.
Tabla Nº 31Datos de oleaje de percepción remota
Promedios estacionales de alturas de olas costa afuera Caleta Patache
Hs: Altura significativa de olas, metrosHm: Altura media, metrosHStd: Desviación estándar, metrosFuente: Elaboración propia en base a datos de percepción remota
Los datos presentados entregan un indicio de las condiciones de oleaje en marabierto. Se evidencia que las alturas significativas de olas varían entre las distintasregiones nodales, con un promedio general anual de 1,59 m a 1,71 m. Por su parte,las condiciones medias quedan representadas por alturas de olas entre 1,00 m (nodoNº 3) y 1,08 m (nodo Nº 1).
Se destaca que el D.S. N° 90/2001 solicita la determinación de la ZPL en función dela altura media del oleaje, y por lo tanto, para efectos de este informe, se tendrá enconsideración los valores medios (Hm) informados en la región nodal N° 1.
Direcciones de olas
Los datos satelitales no contienen información respecto de la dirección del oleajeincidente. Para determinar la condición media direccional se recurrió a un estudioprevio realizado por el consultor que suscribe, con motivo de un proyecto portuarioen la región.
La Tabla 2 presenta una estimación direccional de oleaje basado en el análisis decartas sinópticas de superficie (hindcasting).
Región nodal Nº1 Región nodal Nº2 Región nodal Nº3Estación
N° Hs Hm Std N° Hs Hm Std N° Hs Hm StdVerano 92 1.61 1.02 0.39 98 1.65 1.04 0.36 94 1.42 0.90 0.27Otoño 88 1.77 1.11 0.66 96 1.76 1.11 0.54 100 1.71 1.08 0.56Invierno 72 1.88 1.19 0.63 75 1.71 1.07 0.53 72 1.71 1.08 0.63Primavera 85 1.62 1.02 0.43 84 1.66 1.05 0.34 77 1.54 0.97 0.41Año 337 1.71 1.08 0.54 353 1.70 1.07 0.45 343 1.59 1.00 0.50
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Tabla Nº 32Frecuencia direccional de oleaje
S – SW W NWMES% % %
Verano 82.3 11.9 5.8Otoño 73.1 12.4 14.5Invierno 56.5 19.6 24.0Primavera 77.6 10.6 11.8
Año 72.4 13.6 14.0Fuente: Adaptado de SEMAR (1993)
Este antecedente evidencia que el clima de oleaje proviene mayoritariamente del Sy SW, lo cual es consistente con la condición climática anticiclónica casipermanente que caracteriza a la zona geográfica del norte de Chile.
3.2 Transferencia de Oleaje a la Costa
3.2.1 Diagramas de Refracción
Las Figuras 5 a 8 ilustran el resultado de la refracción de los trenes de olasoceánicas que se propagan al área de proyecto.
Estos diagramas nos entregan una representación generalizada del comportamientoy propagación del oleaje en el área de estudio. En efecto, cuando los rayos de olasdivergen en la costa, la energía del oleaje se disipa, y por lo tanto las alturas de lasolas disminuirán en esos sectores. Contrariamente, en promontorios rocosos ypuntas se produce convergencia de ortogonales, resultando alturas de olas mayores.
3.2.2 Oleaje del NW
Al examinar el diagrama presentado en la Figura 5, se advierte que los rayos de olasdel NW divergen levemente, y en consecuencia, este oleaje llegará con algún gradode atenuación al sector de proyecto.
3.2.3 Oleaje del tercer cuadrante (W, WSW y SW)
Los diagramas de refracción mostrados en las Figuras 6, 7 y 8, evidencian que losrayos de olas llegan con similar separación a la costa, y en consecuencia, el sitio deproyecto es vulnerable al oleaje incidente del tercer cuadrante.
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3.2.4 Coeficientes de transferencia
Los valores de los coeficientes de refracción (Kr) se indican en Tabla 3.
Estos coeficientes Kr, permiten cuantificar el fenómeno de la refracción: valorescercanos a la unidad (Kr =1,0), indican poca influencia en la modificación de lasalturas de olas. Un valor mayor a Kr =1,0 indica que las alturas de olas aumentarán,en cambio, un valor menor a Kr =1,0 significa que la ola oceánica disminuirá sualtura en ese sector.
Tabla 33Coeficientes de transferencia, Kr
DirecciónOleaje Kr
NW 0.80W 0.99
WSW SW 0.96Fuente: Elaboración propia
Con estos coeficientes de transferencia se determinan las siguientes condiciones deoleaje:
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Tabla 34Alturas de olas transferidas a costa
Hm: Altura media de olasHt: Altura transferida a costaf: FrecuenciaFuente: Elaboración propia
De acuerdo con la tabla anterior, se determina una altura media transferida a costaentre 0,96 m y 1,10 m, con un promedio anual de 1,02 m. Estos valores sonlevemente superiores a los registrados por el SHOA en el sector costa afuera deIquique, con una altura media anual de 0,84 m (Semar, 1998).
3.3 Pendiente del Fondo Marino
La Tabla 5 entrega las pendientes medias del fondo marino en el rango de 0 a 15metros de profundidad.
Tabla 35Pendiente del fondo marino
TramoProfundidad
(m)Distancia a la
costa(m)
Pendiente(%)
1 0 10 165 6.06%
2 0 – 15 200 5.00% Fuente: Elaboración propia
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3.4 Altura de Ola Rompiente
En la Tabla 6 se indican las alturas de olas rompientes calculadas para cadacondición de oleaje especificada.
Tabla 36Alturas de olas rompientes
EstaciónAltura
oceánica(m)
Alturatransferida
a costa (m)
Alturaola rompiente
(m)
Verano 1.02 0.97 1.68
Otoño 1.11 1.04 1.78
Invierno 1.19 1.10 1.86
Primavera 1.02 0.96 1.67
Año 1.08 1.02 1.75 Fuente: Elaboración propia
Para efectos de la evaluación de la ola rompiente, se asumió la pendiente de fondomarino del tramo 0 a 10 metros de profundidad (6,06%, según Tabla 5).
De acuerdo con este análisis, se evidencia que las alturas de olas rompientesfluctúan entre 1,67 m y 1,86 m, según la estación del año.
3.5 Zona de Protección Litoral
En esta sección se determina el ancho de la ZPL, en función de los resultadosinformados en las secciones precedentes.
Se asume la rompiente media de la estación de invierno igual a Hb =1,86 m. Lapendiente de fondo marino es 6,06% (tramo de 0 a 10 m, según manual deaplicación DS Nº 90)
[ ] [ ] mm
A 636,10606,0
86,128,16,1H28,1 b =××
=××
=
Este criterio indica que el ancho de ZPL mide 63 metros.
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4.0 RESUMEN
En Caleta Patache, las alturas de olas son comparativamente similares a las medidasen mar abierto, ya que el sector de proyecto queda expuesto al oleaje reinante deltercer cuadrante.
De acuerdo con los antecedentes presentados en este informe, se determina unaaltura media transferida a costa entre 0,96 m y 1,10 m, con alturas de olasrompientes entre 1,67 m y 1,86 m, siendo levemente mayor la ola rompiente de laestación de invierno.
Respecto de la Zona de Protección Litoral, el ancho de ésta es muy sensible a lapendiente de fondo marino. En el sector de Proyecto, se evidencian altos valorespara la pendiente batimétrica (6%), lo cual incide significativamente en la anchurade 63 metros calculado para la ZPL. Valores relativamente similares se handeterminado en otros sectores rocosos y abruptos expuestos al oleaje, como porejemplo, en Caleta La Chimba, Antofagasta, donde se determinó un ancho de ZPLde 50 m (AQUACIEN, 2004).
En síntesis, teniendo en consideración los antecedentes técnicos y científicosexpuestos en las secciones precedentes, se propone fijar el ancho de la Zona deProtección Litoral en 63 metros, en el sector de emplazamiento de la descarga deagua de refrigeración de la Central Patache II, en comuna de Iquique.
Azpl = 63 metros
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5.0 BIBLIOGRAFÍA
AQUACIEN. 2004. Determinación y Proposición de Ancho de Zona deProtección Litoral del sector de trazado del Emisario Submarino de la PlantaDesaladora de Agua de Mar, La Chimba, Antofagasta, II Región. DESALANTS.A.
AQUACIEN, 2008. Batimetría exploratoria Proyecto Central Patache II.AQUACIEN AQ200822, Revisión A, Escala 1:1000, Diciembre 2008.
CERC. 1984. Shore Protection Manual, Coastal Engineering Research Center, USArmy, 2°Edition.
CONAMA. Manual de Aplicación Decreto Supremo Nº 90/2000 del MinisterioSecretaría General de la Presidencia.
DIRECTIVA DGTM. Y MM. ORDINARIO A53/004. “Disposiciones yProcedimientos CientíficosTécnicos para Fijar el Ancho de la Zona de ProtecciónLitoral (ZPL).
Rattanapitikon, W., and Shibayama, T. 2000. “Verification and Modification ofBreaker Height Formulas”. Coastal Engineering Journal 42 (4). World ScientificPublishing, Singapore.
SEMAR. 1998. Estudio de las condiciones de Vientos y Olas, Caleta Patillos, IRegión. Informe elaborado para Proconsa Ingeniería.
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ANEXO A
FIGURAS
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CENTRAL PATACHE S. A. Informe Técnico Nº PIO0814IT14 Rev. 0/ Anexo A / 18
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CENTRAL PATACHE S. A. Informe Técnico Nº PIO0814IT14 Rev. 0/ Anexo A / 19
Proconsa Ingeniería
CENTRAL PATACHE S. A. Informe Técnico Nº PIO0814IT14 Rev. 0/ Anexo A / 20
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CENTRAL PATACHE S. A. Informe Técnico Nº PIO0814IT14 Rev. 0/ Anexo A / 21
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CENTRAL PATACHE S. A. Informe Técnico Nº PIO0814IT14 Rev. 0/ Anexo A / 22
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CENTRAL PATACHE S. A. Informe Técnico Nº PIO0814IT14 Rev. 0/ Anexo A / 23
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CENTRAL PATACHE S. A. Informe Técnico Nº PIO0814IT14 Rev. 0/ Anexo B / 24
ANEXO B
PLANO BATIMETRÍA EXPLORATORIA
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