AIRIS-II SYNCHRO

CÓDIGO: 2018-ES-TM-0025-S

Synchromodal traffic & transport information services

OBJETIVOS

Consorcio: Autoridad Portuaria de Sevilla (entidad afiliada: Serviport Andalucía S.L.); Sener Ingeniería y Sistemas S.A.; SiportXXI S.L.; Universidad de Sevilla y Universidad de Málaga.

El proyecto, enmarcado en el programa de financiación Connecting Europe Facility promovido por la Comisión Europea y la Agencia Ejecutiva de Innovación y Redes (INEA), aborda el estudio de la gestión de la navegación (planificación y control) en el puerto de Sevilla y en la Eurovía del Guadalquivir. Se trata de un estudio de continuación (proyecto complementario al proyecto AIRIS-I) en la digitalización de la vía navegable del Guadalquivir encuadrado en el concepto Industria 4.0, por el que se integra la sensorización en un procedimiento de gestión inteligente mediante sistemas de gestión que a su vez mejore la Intermodalidad y el nivel de seguridad en las operaciones portuarias.
Dentro del mismo, el Grupo de Oceanografía Física de la Universidad de Málaga se ocupa de desarrollar un modelo numérico hidrodinámico del río que permita proporcionar predicciones de la dinámica fluvial orientadas a la optimización de la navegación. El proyecto, desarrollado en colaboración con la Autoridad Portuaria de Sevilla (APS), contempla los siguientes objetivos:

1. Seguimiento y gestión del proyecto.
• Planificación y coordinación de las tareas previstas con las entidades colaboradoras.
• Diseminación del proyecto mediante difusión en congresos y desarrollo de páginas web.
2. Estudios preliminares.
• Análisis del régimen de mareas en ubicaciones críticas a lo largo de la vía fluvial.
• Análisis del efecto y comportamiento de las mareas por fenómenos meteorológicos, astronómicos y descarga de presas en múltiples puntos geográficos de la vía fluvial.
3. Estudios detallados.
• Identificación de mejoras en las operaciones de navegación: tablas de espesor de la lámina de agua y de las corrientes y validación / calibración del modelo numérico hidrodinámico.
• Definición de las especificaciones del sistema de navegación piloto.
4. Desarrollo de pilotos.
• Modulo interoperable para la integración del cálculo de mareas predictivas.

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RESULTADOS

OBJETIVO 1: Seguimiento y gestión del proyecto.

La APS ha facilitado el registro histórico de eventos de contacto con el fondo o encallamiento de buques que mantiene desde el año 2012 hasta la actualidad. A partir de ellos se han podido identificar las 12 zonas donde ocurren con mayor frecuencia. El registro facilita la identificación del lugar donde ha ocurrido un evento por su topónimo, así como la información relevante para la determinación de las causas, como el calado y nombre del barco, la hora exacta del suceso y las coordenadas del punto, entre otros.

OBJETIVO 2: Estudios preliminares

El aspecto más relevante que concierne a la navegación fluvial hacia o desde el Puerto de Sevilla es el espesor de la lámina de agua que se alcanza en cada localidad. El canal de navegación no tiene una profundidad homogénea, existiendo zonas más someras que sufren procesos de sedimentación importantes y que requieren actuaciones de dragado de mantenimiento periódicas para mantener la cota batimétrica autorizada. Éstas son las zonas de mayor riesgo para el tráfico marítimo, puesto que en ellas se producen los menores espesores de lámina de agua y por ello un peligro real de contacto con el fondo y/o embarrancamiento ocasional de buques. Por tanto, el conocimiento del Mínimo Espesor de la Lámina de Agua (MELA, en lo sucesivo) y de su evolución temporal a lo largo de la vía de navegación es esencial para la planificación del movimiento de buques y otras operaciones portuarias. Obviamente el espesor fluctúa con la periodicidad mareal y alcanza su mínimo en las bajamares. Dado que éstas tienen diferente valor en función de diversas causas, el MELA fluctúa a lo largo del tiempo.

La causa principal de la elevada variabilidad del MELA es el ciclo quincenal asociado al periodo rotacional de la luna (mareas vivas-muertas, ligado a las fases lunares Llena y Nueva. La marea en el Guadalquivir se comporta como una onda progresiva que recorre todo el río, del estuario al puerto, en aproximadamente 4 horas. Los barcos que entran al puerto navegan manteniéndose alrededor del máximo espesor de la lámina de agua durante todo su recorrido, ya que la dirección de propagación de la onda es hacia el interior y su velocidad es del mismo orden que la del barco. En cambio, durante su salida, cualquier barco va a encontrar al menos una bajamar, ya que la onda en este caso viaja en dirección contraria a su trayectoria. Por ello, la mayor parte de los eventos ocurre entre 1 hora antes y después de esta fase mareal. Por otra parte, las anomalías negativas máximas que ocurren en marea viva son del orden de varias decenas de cm, y pueden modificar notablemente el espesor de la columna de agua. Por esta razón, las incidencias ocurran principalmente en las horas próximas a la marea viva.

Serie temporal del nivel del mar medido en el mareógrafo de Bonanza (línea roja) y su envolvente positiva (línea azul). Las barras negras representan los eventos registrados por la APS, tanto en la gráfica principal superior como en la ampliación de abajo. En la gráfica inferior derecha se representa el histograma de la contribución quincenal para el conjunto de incidencias y su mediana (línea roja).

Las oscilaciones de la marea meteorológica por el efecto barométrico también pueden alterar el MELA de forma notable. Para estudiar la importancia de esta componente en la ocurrencia de los eventos, se ha tomado como referencia la serie completa de los datos de nivel del mar medidos en la estación mareográfica de Bonanza, debido a que ésta es la más expuesta a las perturbaciones del océano abierto y, por tanto, la más representativa de la situación atmosférica en las localidades seleccionadas para el estudio.

Histograma del residuo meteorológico horario del mareógrafo de Bonanza calculado para el conjunto de los eventos y su mediana.

Por último, las descargas de agua dulce procedentes de la presa de Alcalá del Río siempre incrementan el MELA en todo el estuario, especialmente en épocas de inundación de los arrozales. Sin embargo, las dos primeras causas difieren de ésta en que pueden producir fluctuaciones del MELA del orden de varias decenas de cm de distinto signo y, por tanto, pueden explicar las situaciones de encallamiento de los buques.

OBJETIVO 3: Estudios detallados

Dentro del OBJETIVO 3, “Estudios detallados”, la UMA ha desarrollado dos estudios: Mejoras en las operaciones de navegación y diseño de nuevas herramientas y procesos diarios.

Con referencia al primer bloque, se han elaborado tres estudios técnicos:

En la SUBTAREA UMA-3-2.0 se presenta un estudio descriptivo de la marea meteorológica y descargas de agua dulce en el Estuario del Guadalquivir. En el caso de la marea meteorológica, se ha recurrido a las series temporales del mareógrafo de Bonanza, y a las series producidas por el modelo NIVMAR. En el caso de las descargas de agua dulce, se ha consultado la información proporcionada por la Confederación Hidrográfica del Guadalquivir.

En la SUBTAREA UMA-3-2.1 se realiza un estudio de calibración y validación del modelo hidrodinámico con batimetría actualizada y mejorada, con el fin de reproducir más fielmente la dinámica estuarina. Por otro lado, se recopilan observaciones de marea meteorológica y descargas de agua dulce facilitadas por el Instituto Hidrográfico de la Marina y la Confederación Hidrográfica del Guadalquivir, y se validan satisfactoriamente con las series simuladas por el modelo hidrodinámico.

En la SUBTAREA UMA-3-2.2 se lleva a cabo una primera aplicación del modelo satisfactoriamente calibrado y validado, mediante la evaluación y cuantificación del efecto de los distintos forzamientos físicos sobre el Mínimo Espesor de la Lamina de Agua (MELA), con el fin de determinar su comportamiento en 10 localidades seleccionadas a lo largo del estuario.

Comprobados los resultados satisfactorios proporcionados por la validación del modelo, éste se emplea para estudiar la evolución del residuo meteorológico a lo largo del cauce del río en respuesta a distintos valores de amplitud de la perturbación meteorológica-oceánica y caudal definidos de forma sintetizada. Se estima una función ratio de amplitud (ganancia) y una de desfase, para poder inferir de forma continuada la propagación del residuo meteorológico en todo el dominio.

OBJETIVO 4: Desarrollo de pilotos

Como contribución final al proyecto, la UMA tiene comprometido desarrollar un algoritmo que permita añadir en tiempo real el efecto del residuo meteorológico (eventualmente, el producido por descargas) a la marea puramente astronómica simulada por el modelo numérico, proporcionando un valor final del espesor de la lámina de agua corregido por estas fluctuaciones en el estuario. Para ello se ajustarán funciones analíticas continuas a los residuos estimados a distancias genéricas x de la desembocadura para distintas amplitudes A del residuo meteorológico mediante los procedimientos desarrollados en la Actividad 3. Posteriormente, haciendo uso de las amplitudes predichas por los modelos atmosféricos de la Agencia Estatal de Meteorología en un horizonte temporal de 24-48 horas, se estimarán los mencionados residuos en los puntos que interese del estuario. El mismo enfoque se aplicará a los datos de descargas de agua dulce, siempre y cuando se dispongan de predicciones de caudales.

Una vez desarrollado el algoritmo, se deberán establecer los protocolos precisos de implementación del mismo, en términos de lenguaje de programación, interfaz con fuentes de datos en tiempo real, y hardware a usar para ejecutar la herramienta. Todo esto se establecerá de acuerdo con los otros socios del proyecto bajo la supervisión de la Autoridad Portuaria de Sevilla.

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ARCHIVOS

• Deliverable 2.2 “Report on the tidal behavior in the Guadalquivir Euroway at selected locations”
• Nota Técnica “Cálculo de los traspasos en la vía navegable”
• Subtarea 3.2.0 “Descripción y Estimación de la Marea Meteorológica”
• Subtarea 3.2.1 “Validación/calibración del modelo numérico incluyendo los efectos de las mareas astronómica, meteorológica y descargas”
• Subtarea 3.2.2 “Predicción de espesor de lámina de agua en distintos puntos del estuario y para periodos de tiempo seleccionados”
• Subtarea 3.3 “Estudio preliminar de un modelo predictivo de la respuesta en el interior del estuario a forzamientos meteorológicos y de descargas de río”