Caracterización de la dispersión de contaminantes en la zona costera

• Main Author: Díez Rilova, Margarita
• Other Authors: Sierra, J. P. (Joan Pau)
• Format: Doctoral Thesis
• Language: Spanish
• Published: Universitat Politècnica de Catalunya 2012
• Subjects: dispersión; contaminación; imágenes; costa; video; satélite; intermitencia; análisis fractal; 624; 626; 76
• Online Access: http://hdl.handle.net/10803/96188

En nuestra sociedad los derivados del petróleo son la fuente principal de energía. Los accidentes con hidrocarburos han protagonizado episodios de contaminación trágicos para la biosfera del océano. Se analizan algunos de ellos, sus efectos y sistemas de limpieza. La complejidad de los procesos físicos, químicos o biológicos que actúan sobre el crudo en el mar, hacen difícil su estudio en laboratorio. Para ello se hacen numerosas campañas de campo con distintas escalas y procesos físicos predominantes diferentes: zonas costeras (Delta del Ebro y playa de Vilanova); en aguas confinadas (puerto de Barcelona y puerto de Recife); y en aguas abiertas (Mediterráneo Occidental), con diferentes tecnologías (foto, vídeo, satélite), para seguir trazadores eularianos (manchas de leche y fluoresceína, flotantes o hidrocarburos) y lagrangianos (boyas lastradas), se miden los agentes forzadores: viento, oleaje, marea, etc. y se correlacionan para caracterizar los diferentes escenarios. También se revisa el estado del arte. El tratamiento digital de imágenes de vídeo permite numerosas aplicaciones en el campo de la hidromorfodinámica, pues es posible controlar la evolución espacial y temporal de cualquier parámetro con evidencias visibles y es una técnica no intrusiva que ofrece datos de oleaje de una zona, en contraposición a los datos puntuales de los sensores. Las imágenes sufren numerosas alteraciones, deformaciones, ruidos, etc., que hay que depurar previamente. Los coeficientes de difusión presentan una gran variedad condicionada a la dependencia característica con la escala temporal y espacial de los fenómenos predominantes. Los coeficientes de difusión medidos se agruparon según el número de Reynolds y se hizo una clasificación: hipodifusividad, hiperdifusividad y difusión anómala. Esta caracterización de escenarios permite parametrizar el medio para modelizar su comportamiento y poder predecir su evolución. En el campo del oleaje se pueden obtener espectros de energía y otros parámetros para su caracterización, detectar la morfología de barras sumergidas, identificar corrientes de retorno, caracterizar run-up, etc. En el puerto de Barcelona se tomaron numerosos datos de velocidades de viento (Vv) y corriente (Vc) llegando a una buena correlación entre ambas (Vcx (cm/s)= 2.306 Vvx (m/s)+ 0.148) y constatando que hay una influencia de otros efectos como la marea, reflexión de los muelles o difracción que no se pueden obviar. Las imágenes de Rádar de Apertura sintética SAR permiten detectar episodios de contaminación y analizar la vorticidad a gran escala del medio. Resultó sorprendente el gran número de manchas detectadas. Se comprobó que los vertidos siguen la Ley de Zipp (distribución hiperbólica entre los accidentes y su tamaño). Se vió que los remolinos siguen la dirección de los cañones submarinos. Con el análisis fractal y multifractal del contorno de la mancha se puede caracterizar su origen (antropogénico o natural como masas de plankton) y su envejecimiento o persistencia, etc. Se comprueba que es posible que la intermitencia de la turbulencia pueda parametrizarse mediante medidas fractales y que el uso de momentos de orden superior ayuda a comparar medidas de difusión a distintas escalas mediante la Ley de Richardson Generalizada. Así se relaciona la pendiente del espectro, la intermitencia y la dependencia temporal de la difusión efectiva. Los distintos agentes que producen difusión en el mar sufren interacciones no-lineales complejas. Con todo ello, se pretende contribuir a comprender mejor los procesos de dispersión de los contaminantes en el mar y, por consiguiente, ayudar en la lucha contra este fenómeno. === In our society the derivatives of petroleum are the main source of energy. The accidents with hydrocarbons have carried out tragic episodes of contamination for the biosphere of the ocean. Some of them, their effects and systems of cleaning are analyzed. The complexity of the physical, chemical or biological processes that act on the oil in the sea, makes their study in laboratory difficult. For it numerous campaigns of field with different scales and different predominant physical processes become: coastal zones (Delta of the Ebro and beach of Vilanova); in confined waters (port of Barcelona and port of Recife); and in open waters (West Mediterranean), with different technologies (photo, video, satellite), to follow Lagrangian tracers (milk spots and fluoresceine, floating or hydrocarbons) and Euler tracers (ballasted buoys), to measure the agents: wind, waves, tide, etc. and they are correlated to characterize the different scenes. Also the state-of-the-art is reviewed. Treatment digital of images of video allows many applications in field of hydromorfodynamics, because it is possible to control the space and temporary evolution of any parameter with visible evidences and is a nonintrusive technique that offers data of a zone, in contrast to the pointing data of the sensors. The images put up with numerous alterations, deformations, noises, etc., that have to purify previously. The diffusion coefficients present/display a great conditional variety to the dependency characteristic with the temporary and space scale of the main phenomena. The measured coefficients of diffusion were grouped according to the Reynolds number and a classification became: hypo-diffusion, hyper-diffusion and anomalous diffusion. This characterization of scenes allows obtaining the waves parameters, the average one to model its behavior and power to predict its evolution. In the field of the waves run-up, etc. can be obtained spectra of energy and other parameters for their characterization, the morphology of submerged bars, identification of return currents. In the port of Barcelona numerous speed data of wind (Vv) and current were taken (Vc) arriving at a good correlation between both (Vcx (cm/s) = 2,306 Vvx (m/s) + 0,148) and stating that an influence of other effects are as the tide, reflection of the wharves or diffraction that cannot be avoided. The images of Radar of synthetic Opening SAR allow to detect episodes of contamination and to analyze the vorticity on great scale of means. Was surprising the great number of spots identifies. It was verified that the spills follow the Law of Zipp (hyperbolic distribution between the accidents and their size). Saw that the eddies follow the direction of the submarine tubes. With the analysis fractal and multifractal of the contour of the spot it is possible to be characterized its origin (human or natural like masses of plankton) and its aging or persistence, etc. It is verified that it is possible that the intermitency of the turbulence can obtain parameters by means of measures fractals and that the use of moments of superior order aid to compare measures of diffusion on different scales by means of the Generalized Law of Richardson. Thus it is related the slope of the phantom, the intermitency and the temporary dependency of the effective diffusion. The different agents who produce diffusion in the sea undergo complex not-linear interactions. It, is tried yet to contribute to include/understand better the