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Uno de los elementos básicos del diseño de un emisario submarino es el conocimiento de los perfiles de temperatura y salinidad en el punto de vertido. A partir del conocimiento de estos dos parámetros se determina el perfil de densidades, la estratificación de las aguas y el posible atrapamiento del penacho antes de llegar a la superficie.
La determinación de estos perfiles puede realizarse mediante el empleo de medidores portátiles, algunos de los cuales permiten la medida simultánea de ambos parámetros.
La precisión con que obtengan los datos deberá ser como mínimo una décima de grado para la temperatura y la centena de microsiemens/cm para la salinidad (expresada como conductividad eléctrica). Con ello se asegura una correcta determinación de la estratificación y el atrapamiento.
Si con el fin de disminuir el número de medidas se opta por modelizar la estratificación de las aguas receptoras, es necesario contar con datos de las temperaturas medias mensuales del aire en la zona, que pueden, en general, ser obtenidas de organismos oficiales.
Las medidas de perfiles de temperatura y salinidad deberán realizarse bajo distintas condiciones meteorológicas e hidráulicas con el fin de disponer de una estadística representativa.
Se realizará un estudio de corrientes con un doble fin:
Se hará previamente una estimación de la posición y características del difusor (longitud y orientación de la conducción son suficientes en esta fase) con el fin de concentrar las medidas en la zona de interés. Para dicha estimación pueden utilizarse los métodos de cálculo del apéndice B.
Respecto al primero de los fines mencionados se utilizarán las Recomendaciones Generales del programa ROM (Recomendaciones para Obras Marítimas) a medida que se vayan publicando por el Ministerio de Obras Públicas y Transportes. Mientras tanto, se considerarán las siguientes acciones debidas a las corrientes (emisarios no enterrados):
Se tomará como velocidad de cálculo «Ua» la que corresponde al 95 por 100 de no excedencia. Como valores de los coeficientes, se tomarán Ca = 0,9 y Ce = 0,5, aunque este último disminuye casi hasta 0, cuando el emisario está enterrado hasta la mitad o separado del fondo más de un diámetro. D es el diámetro del emisario y ra la densidad del agua del mar.
El resto del presente apartado se refiere a los cálculos de comprobación de los objetivos de calidad.
Para vertidos urbanos de localidades de menos de 10.000 habitantes, se podrá suponer la existencia de una corriente superficial de 0,20 m/s, cuya dirección sea la que va desde el punto de vertido hasta el punto más cercano a éste de cada una de las zonas de impacto (baños, cultivos marinos, etc.).
En aquellos casos en que sea posible el atrapamiento del efluente por debajo de la termoclina, el estudio de corrientes ha de incluir la descripción del campo por debajo de la misma.
En los vertidos importantes será necesario emplear modelos de simulación, que requieren de campañas de medidas continuas y puntuales para su calibración. En la mayor parte de los casos será, no obstante, suficiente con el desarrollo de medidas puntuales mediante el empleo intensivo de flotadores con vela de arrastre sumergida.
En el caso de emplear medidores continuos resultará conveniente el empleo simultáneo de flotadores o trazadores coloreados que permiten completar las medidas en el espacio, necesariamente reducidas a escasos puntos por el coste del instrumental, que aportan aquéllos:
Para la determinación de las corrientes, a diferentes profundidades, se emplean flotadores cuya vela de arrastre se encuentre a la profundidad de interés; medidores continuos, situados a diferentes alturas de una misma vertical y medidas puntuales con correntímetros manuales que permitan la medición casi simultánea de la corriente a lo largo del perfil. Para el empleo de estos últimos, la embarcación debe estar anclada.
En general, al dispersarse la pluma por efecto de las corrientes marinas, las concentraciones se dividen por un factor que es muy inferior al valor de la dilución inicial y, en el caso de los coliformes, también muy inferior al que se consigue por autodepuración. Por ello, la intensidad del estudio de los coeficientes de dispersión puede ser menor, en beneficio de la de otros estudios complementarios, por ejemplo, las corrientes.
Salvo cuando se trate de un emplazamiento en el que las especiales condiciones topográficas e hidrográficas hagan prever una capacidad de dispersión excepcional o una gran variabilidad espacial de dicha capacidad, que pueda ser tenida en cuenta en los modelos de cálculo a utilizar, podrán emplearse las siguientes expresiones para estimar los valores de los coeficientes de dispersión:
Ky (m2/s) = 3·10-5·B4/3
siendo B el ancho inicial de la pluma expresado en metros. Para tanteos puede tomarse Ky = 0,1 m2/s.
En ausencia de estratificación, puede usarse la expresión:
Kz (m2/s) = 4·10-3·Ua e
siendo Ua la velocidad del medio receptor y e el espesor inicial de la capa de mezcla. Para tanteos puede tomarse Kz = 0,01 m²/s.
En medios estratificados, el coeficiente de dispersión disminuye al aumentar el gradiente de densidad por lo que el transporte a través de la picnoclina es muy escaso.
El transporte dispersivo en dirección longitudinal (Kx) es muy pequeño, en comparación con el transporte convectivo, por lo que la mayoría de los modelos no lo tienen en cuenta (por ejemplo, en los métodos de cálculo del apéndice B). Si se desea utilizarlo, puede tomarse como valor para tanteos Kx = 1 m²/s.
No obstante, resulta poco costoso hacer medidas experimentales de los coeficientes de dispersión horizontal si se hacen coincidir con las medidas de corrientes. El procedimiento que se recomienda se basa en el empleo de flotadores con vela sumergida a una profundidad igual a la del centro de la capa de mezcla esperada. Se colocan flotadores en el centro y en los vértices de un cuadrado (o mejor aún, de un hexágono) con el centro sobre el punto de surgencia y con una de cuyas diagonales paralela a la dirección del difusor. La longitud de la diagonal debe ser aproximadamente la mitad de la del difusor.
Llamando lik a la distancia inicial entre cada pareja de flotadores y lfk a la distancia final entre éstos después de transcurrir un tiempo t, los coeficientes de dispersión se pueden estimar sabiendo que:
Kx+Ky = (Sk=1,N (lfk-lik)2) / 2·Nt
y suponiendo que Kx = 10 Ky. En la fórmula anterior N representa el número de parejas de flotadores consideradas y preferiblemente debe incluir los resultados de varias experiencias realizadas en condiciones similares.
También pueden emplearse trazadores químicos o radiactivos para la determinación de los coeficientes de dispersión, siendo los trazadores fluorescentes (fluoresceina o rodhamina B) los más utilizados.
El cálculo de los coeficientes de autodepuración, especialmente si se determina el T90 de los «E. coli», debe tener en cuenta el carácter marcadamente estadístico de estos parámetros, así como los factores que influyen en ellos (insolación, temperatura, salinidad, etc.).
Uno de los métodos más comúnmente utilizados para la determinación de este coeficiente consiste en marcar un volumen de agua mediante un flotador, el cual se sigue con una embarcación desde la que se realizan muestreos en instantes sucesivos, que son posteriormente analizados en el laboratorio. Para el análisis estadístico de estas determinaciones microbiológicas, se deben replicar los muestreos al menos cinco veces para cada tiempo de toma, ajustando los resultados a una distribución logarítmica normal, que podrá usarse posteriormente para calcular el valor esperado de la reducción de concentraciones utilizando métodos estadísticos clásicos.
Para coliformes fecales en aguas con salinidad superior a 30 g/l pueden servir de orientación los valores obtenidos mediante la siguiente expresión, deducida a partir de los resultados de varias investigaciones recientes:
T90 = [(a/60) (1 - 0,65 C2) . (1 - SS/800) + 0,02 . 10(Ta - 20) / 35]-1
donde T90 está expresado en horas y las restantes variables son:
Para vertidos correspondientes a localidades de menos de 10.000 habitantes para el parámetro E. coli, se podrán adoptar valores fijos del T90 que no sean inferiores a dos horas en el Mediterráneo ni a tres horas en el Atlántico.
Para la caracterización del estado ambiental, se debe proceder a un reconocimiento de las comunidades bentónicas, principalmente mediante el estudio de las comunidades infaunales (moluscos y poliquetos) y de la cobertura de algas y otras plantas marinas. Los resultados de este reconocimiento se representarán gráficamente, mediante un mapa de las poblaciones bentónicas.
Este reconocimieto biológico deberá completarse con el muestreo y análisis de sedimentos superficiales y organismos acumuladores (por ejemplo, mejillones) en un número y distribución suficientemente representativo para el tipo y tamaño de emisario que se va a controlar. Sobre estas muestras se determinarán, prioritariamente, los microcontaminantes orgánicos e inorgánicos que figuran en los objetivos de calidad establecidos en la normativa vigente con el fin de que sirvan como referencia de la situación antes de la construcción del emisario.
Asimismo, se debe proceder a la determinación de las concentraciones de microorganismos indicadores de contaminación fecal en las áreas de impacto identificadas.
Se realizará un reconocimiento y descripción de los fondos a lo largo de perfil longitudinal, analizando los materiales que lo forman y sus propiedades mecánicas hasta la profundidad necesaria para el estudio de una cimentación adecuada. Asimismo, se identificarán los elementos singulares, como barras, bajos o depresiones, que puedan influir en el funcionamiento y mantenimiento de la obra, para lo cual se recomienda el empleo de equipos de sonar de barrido lateral. Todos estos datos se reflejarán en una carta detallada del emplazamiento y alrededores del emisario.
Se llevará a cabo un estudio del clima marítimo de la zona, con objeto de determinar las solicitudes mecánicas a que se verán sometidos los distintos tramos del emisario por efecto del oleaje y la influencia que éste puede tener sobre el comportamiento mecánico de los materiales del fondo, balasto, relleno o lastrado.
Para ello se pondrán utilizar las Recomendaciones Generales del programa ROM ya mencionado. Con carácter supletorio, se dan a continuación unas expresiones para calcular las acciones debidas al oleaje sobre emisarios no enterrados:
donde «Ua» y «a» representan los componentes normales al emisario de la velocidad y aceleración máxima, calculadas de acuerdo con la teoría lineal de ondas para la altura de ola significante correspondiente al temporal de cálculo, entendiéndose por tal el de período de retorno de cien años para la fase de servicio y el de período de retorno de un año para la fase de construcción. Los significados de Fa y D se explican en el apéndice B.
Como valores de los coeficientes se tomarán Ca = 1,0, Ci = 3,3 y Ce = 1,25.
Debe tenerse en cuenta que las fuerzas de inercia y de arrastre están desfasadas 90º y que normalmente la situación más desfavorable para la estabilidad corresponde a velocidad máxima y aceleración nula.
Se realizará un estudio básico de la dinámica litoral de la zona, con el fin de evaluar tanto el efecto que ésta pueda tener sobre el funcionamiento y mantenimiento del emisario como, a la inversa, el que la presencia del emisario pudiera tener sobre aquélla.
Se prestará especial atención a las variaciones del perfil de playa y a la posible inestabilidad de la línea de costa.
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