Risk assessment of water quality degradation based on hydrodynamics. Application to a micro-tidal harbour

Resumo

Les autoritats portuàries tenen un conjunt de responsabilitats relacionades amb la gestió ambiental dels ports. A més, un baix índex de la qualitat de l'aigua pot tenir efectes negatius en les activitats de lleure que es desenvolupen en l'àrea portuària i el seu entorn. En aquest sentit, l'objectiu d'aquesta tesis és desenvolupar un mètode per avaluar el risc de degradació de la qualitat de l'aigua considerant el comportament hidrodinàmic del port. Per tal d'assolir aquest objectiu, les característiques hidrodinàmiques i els mecanismes de renovació de l'aigua en el port han estat estudiats a través de l'anàlisi de dades i la modelització numèrica. En aquest procés és fa especial èmfasis en el caràcter operacional del sistema resultant, per tal de millorar la gestió ambiental del port i minimitzar l'impacte en la qualitat de l'aigua degut a les activitats oridinàries del port. El conjunt de metodologies analitzades i proposades han estat aplicades al Port de Barcelona (Mar Mediterrani Noroccidental) que és de caràcter micro-mareal. Inicialment s'ha estudiat el comportament hidrodinàmic del Port de Barcelona a partir d'un conjunt de dades oceano- meteorològiques obtingudes en dues campanyes de camp, realitzades l'hivern de 2003 i l'estiu de 2004. De l'anàlisi de dades, s'han observat diferents patrons de circulació de caràcter estacional. De forma complementaria, s'ha observat com la circulació deguda al vent no explica completament el comportament hidrodinàmic del port. Per últim es remarca l'ús d'un model numèric tridimensional que consideri les variacions de la densitat de l'aigua ja que poden tenir un pes determinant en la hidrodinàmica. D'acord amb les conclusions anteriors, el pas següent ha estat la implementació del model hidrodinàmic ROMS al Port de Barcelona amb l'objectiu d'estudiar els patrons de circulació en el domini portuari. En aquest sentit, s'ha dissenyat un conjunt d'experiments numèrics per tal de caracteritzar el comportament hidrodinàmic en dos aspectes bàsics. Per un costat, s'ha demostrat que els forçaments principals en el cas del port de Barcelona són el vent i les corrents exteriors. Les corrents exteriors tendeixen a generar un patró de circulació ben definit a la zona central del port, mentre que el vent estableix una recirculació vertical de flux en tot el domini. Per altra banda, s'han determinat els requisits d'un sistema operacional de predicció de corrents en un port. En aquesta direcció, s'ha observat una elevada dependència de les condicions inicials de densitat en els resultats, una elevada memòria hidrodinàmica del sistema i la sensibilitat del camp de velocitats respecte a variacions espacials de vent i corrents exteriors. Un cop analitzat el comportament hidrodinàmic s'ha investigat el procés de renovació i mescla de l'aigua en el port de Barcelona. S'han utilitzat mètodes basats en la descripció lagrangiana del flux amb l'objectiu d'entendre la renovació i el mecanisme de mescla per tal de determinar les condicions més favorables des del punt de vista de la degradació de la qualitat de l'aigua. Finalment, en aquesta tesis es proposa una metodologia per avaluar el risc de degradació de la qualitat de l'aigua. La metodologia presentada permet obtenir un índex normalitzat de risc (IR) associat a cada activitat del port. L'IR pretén ser una eina útil per el gestor portuari en el marc de la presa i execucions de decisions. La novetat d'aquesta metodologia és que es té en compte el comportament físic del port (per exemple, els patrons de circulació i renovació de l'aigua) en càlcul de l'IR. A més a més, s'ha obtingut un índex integrat de risc (IIR), que presenta un bona correlació amb mesures de la qualitat de l'aigua obtingudes en el Port de Barcelona. Tot i que la majoria del treball s'ha centrat en el Port de Barcelona, el sistema i les tècniques utilitzades es consideren adequades per ser aplicades en altres dominis costaners.