Módulo 1: Mareas.

Capacitación Oceanográfica DOP.

Francisco Molteni Pérez.

Ingeniero Civil Oceánico.

Mareas

• Generalidades

• Marea astronómica

– Efecto gravitacional de la luna.

– Efecto combinado del sol y la luna.

– Predicción de marea: análisis armónico.

– Tablas de marea.

• Marea meteorológica (89

– Efecto de las tormentas.

– Factores climáticos.

• Sistemas de medición de mareas

– Equipos de medición.

– Red mareográfica nacional.

• Normativa existente.

– Pub 3201 y 3202

Mareas: Generalidades.

Las mareas son creadas por el efecto gravitacional de la luna y el sol sobre la tierra.

La visión más familiar para un observador en la costa es la de ascensos y descensos del

nivel del mar dos veces al día.

Las mareas también generan corrientes de marea que interactúan con el fondo para

producir turbulencia.

La luna domina la principal componente de la marea, la cual se manifiesta en un período

de 12.42 horas.

La marea es una onda larga que se propaga en aguas poco profundas.

La marea se refleja (no rompe), excepto en “bore”. La onda de marea está afecta a

efectos de resonancia, interferencia de masas de tierra, fondo y Coriolis

Mareas: Generalidades.

Mareas: Marea Astronómica.

La marea astronómica es aquella producida por la luna y el sol, astros

principales que interactúan con nuestro planeta.

Es posible predecir su comportamiento a partir del análisis armónico de una

serie de datos de mareógrafo de entre 1 mes y 1 año.

Mediciones mareográficas de menor extensión no son recomendables

El análisis armónico produce un conjunto de constantes armónicas

características del puerto.

Deben recalcularse cada cierto número de años.

Estas componentes son utilizadas para confeccionar las tablas de marea

oficiales del Servicio Hidrográfico y Oceanográfico de la Armada de Chile.

Producida por la acción conjunta de las fuerzas de los astros que interactúan con

nuestro planeta, específicamente el sol y la luna.

Las fuerzas que interactuan en el sistema son :

Fuerza Centrífuga (Tierra – Luna).

Fuerza de atracción Gravitacional (Tierra-Luna – Sol).

Mareas: Marea Astronómica.

Fuerza Centrífuga (FC):

Fuerza Gravitacional (FG):

Mareas: Marea Astronómica.

Fuerza Productora de Mareas (Ft):

R

r

A B

r cos

CFt = Fg - Fc

FT= G m1 m2 - G m1 m2

(R-r)2 R2

FT= G m1 m2 r (2R-r)

R2 (R-r)2

FT= G m1 m2 2r

R3

“r” << R

Mareas: Marea Astronómica.

Efecto Gravitacional de la luna

Mareas: Marea Astronómica.

Explicación del período de 12.42 Hrs.

Mareas: Marea Astronómica.

Efecto conjunto de la luna y el sol:

– Mareas de Sicigias (máxima amplitud).

– Mareas de Cuadraturas (mínima amplitud).

Mareas: Marea Astronómica.

Efectos de la luna y el sol:

– Sicigia: cuando la luna y el sol están en línea recta, coinciden en alineamiento

sus fuerzas gravitatorias sobre la tierra.

– Se producen las mareas

más altas y más bajas del mes

(mayores rangos de marea).

– Ocurren cada 14.76 días.

– Luna llena y luna nueva.

Mareas: Marea Astronómica.

Efectos de la luna y el sol:

– Cuadratura: la atracción de la luna y el sol se encuentran en un ángulo de 90º

entre ellas.

– Se producen las menores

variaciones.

– Luna en fase cuarto creciente

y cuarto menguante.

Mareas: Marea Astronómica.

Efectos de la declinación de la luna:

28º N

28º S

27.2 días

marea mixta

marea semi diurna

marea diurna

marea semi diurna

marea mixta

Mareas: Marea Astronómica.

Mareas: Marea Astronómica.

• Predicción de Marea: se puede realizar mediante el ANÁLISIS ARMÓNICO de

marea, el cual considera que ésta es una suma de componentes de mareas

parciales, cuyos períodos coinciden con el período de uno de los movimientos

astronómicos relativos entre la Tierra, la Luna y el Sol.

con

:

:

:

:

:

:

2)cos()(

i

i

i

ii

o

i

i

ii

n

i

iio

T

z

a

Taztz

w

d

dw

pwdw

+

=++= å t+

nivel medio local

amplitudes locales

fase

desfase

rapidez de cambio de fase de datos astronómicos

período

Mareas: Marea Astronómica.

Principales componentes armónicas:

Name of partial

tides

Name Coefficient

ratio

Equilibrium

Amplitude

Period

M2= 100 (m) (hr)

Semidiurnal

Principal lunar M2 100.0 0.242334 12.4206

Principal solar S2 46.6 0.112841 12.0000

Lunar elliptic N2 19.2 0.046398 12.6584

Lunisolar K2 12.7 0.030704 11.9673

Diurnal

Lunisolar K1 58.4 0.141565 23.9344

Principal lunar O1 41.5 0.100514 25.8194

Principal solar P1 19.4 0.046843 24.0659

Elliptic linar Q1 7.9 0.019256 26.8684

Long Period

Lunar fortnightly Mf 17.2 0.041742 327.85

Lunar monthly Mm 9.1 0.022026 661.31

Solar semiannual Ssa 8.0 0.019446 4383.05

Mareas: Marea Astronómica.

Coeficiente determinante del régimen de mareas: Courtier

K1+ O1

M2+ S2F =

Name of partial

tides

Name Coefficient

ratio

Equilibrium

Amplitude

Period

M2= 100 (m) (hr)

Semidiurnal

Principal lunar M2 100.0 0.242334 12.4206

Principal solar S2 46.6 0.112841 12.0000

Lunar elliptic N2 19.2 0.046398 12.6584

Lunisolar K2 12.7 0.030704 11.9673

Diurnal

Lunisolar K1 58.4 0.141565 23.9344

Principal lunar O1 41.5 0.100514 25.8194

Principal solar P1 19.4 0.046843 24.0659

Elliptic linar Q1 7.9 0.019256 26.8684

Long Period

Lunar fortnightly Mf 17.2 0.041742 327.85

Lunar monthly Mm 9.1 0.022026 661.31

Solar semiannual Ssa 8.0 0.019446 4383.05

Mareas: Marea Astronómica.

Tipos de Marea: Definiciones

– Marea Diurna: cuando predomina la onda diurna y se produce una sola pleamar y

una sola bajamar en cada día durante la mayor parte del mes.

– Marea Semidiurna: predomina la onda semidiurna y se producen dos pleamares y

dos bajamares cada día con una desigualdad relativamente pequeña entre sus

alturas.

– Marea Mixta: resultan importante la onda diurna como la semidiurna,

caracterizándose por una desigualdad de las alturas de las pleamares y

bajamares.

Mareas: Marea Astronómica.

Análisis No Armónico: Valores no armónicos

– Corresponde al conjunto de parámetros que permiten describir el

comportamiento de la marea en una localidad específica, siendo inferidos de las

observaciones realizadas en el sitio de interés.

– Sirven para el cálculo de planos mareales y permiten al ingeniero la

determinación de planos de referencia.

Mareas: Marea Astronómica.

Análisis No Armónico: Planos de marea

– Nivel Medio del Mar: Promedio aritmético de la serie de datos registrada.

– Nivel Medio de la Marea: Promedio de todas las pleamares y bajamares de la

serie de datos registrada

– Altura Media de la Bajamar: Promedio de todas las bajamares de la serie de

datos registrada.

Mareas: Marea Astronómica.

Análisis No Armónico: Planos de marea

– Bajamar Mínima: Promedio de las bajamares más baja de la serie de datos

registrada.

– Altura Media de la Pleamar: Promedio de todas las pleamares de la serie de

datos registrada.

– Pleamar Máxima: Promedio de las pleamares más altas de la serie de datos

registrada.

Mareas: Marea Astronómica.

Análisis No Armónico: Planos referenciales

Mareas: Marea Astronómica.

Análisis No Armónico: Planos de marea

– Nivel de Reducción de Sondas: Plano determinado por la mayor bajamar en

sicigias estando la Luna en Perigeo.

– Cotas de Marea: Punto fijo de referencia instalado en una superficie estable.

Mareas: Marea Astronómica.

Determinación del NRS:

Mareas: Marea Astronómica.

Análisis No armónico: Planos mareales

Mareas: Marea Astronómica.

La presión atmosférica, el viento y el oleaje producen variaciones de nivel del mardurante un temporal:

• Duración: horas a días.

• Magnitud: decenas de cm a varios metros.

• Mayores en latitudes altas y aguas someras.

Mareas: Marea Meteorológica.

Mareas: Marea Meteorológica.

Storm Surge Barriers

Mareas: Marea Meteorológica.

Mareas: Mediciones de Marea.

Como la marea es una variable local, su caracterización exige mediciones in-situ. En

general, la ingeniería preliminar puede proceder con estimaciones de las tablas de

marea.

Como es un fenómeno determinístico, generalmente basta con un mes de medición

continua (mejor 2 meses). En casos en que se requiere mayor precisión (navegación) se

deben tener registros de larga extensión (>10 años) a objeto de capturar las

componentes estocásticas (marea residual).

Para un proyecto marítimo es relevante establecer los niveles de referencia. El SHOA y

DIRECTEMAR exigen usar el NRS.

También se requiere para establecer la correlación viento-marea-corrientes.

Tipos de Mareógrafos:

– Mareógrafos de Presión.

– Mareógrafos Acústicos.

– Mareógrafos de Radar.

Mareas: Mediciones de Marea.

Primer mareógrafo (siglo XIX)

– Transmisión del movimiento de un flotador por medio de un sistema de poleas.

– Originalmente sólo registro gráfico de la curva de nivel.

– Hoy con codificador y modem para transmisión de datos digitales.

– Ventajas: sencillos y muy probados.

Mareas: Mediciones de Marea.

Mareógrafos de presión:

– Sensores de presión absoluta: Requieren Barómetro

– Sensores de presión autocompensados: Posible condensación cable de

ventilación

– Sensibles a la densidad

– Difícil mantener estable la referencia

– Adecuados para campañas

Mareas: Mediciones de Marea.

Mareógrafos de presión por burbujeo:

– Requieren mucho mantenimiento.

– No son precisos en presencia de fuerte oleaje.

Mareas: Mediciones de Marea.

Mareógrafos acústicos:

– Nivel del tiempo invertido por los ecos de ultrasonidos.

– Fáciles de instalar y mantener.

– Sensibles a un gradiente de temperatura a lo largo del tiempo.

Mareas: Mediciones de Marea.

Mareas: Red Mareográfica Chile.

Mareas: Normativa.

• Pub SHOA Nº 3201: Instrucciones Oceanográficas Nº1, Especificaciones Técnicas

para mediciones y análisis oceanográfico.

• Pub SHOA Nº 3202: Instrucciones Oceanográficas Nº2, Método oficial para el cálculo

de los valores no armónicos de la marea.

• Pub SHOA Nº3013: Glosario de Marea y Corrientes.

• Pub SHOA Nº3009: Tablas de Marea de la Costa de Chile.

GENERALIDADES

Mareas: Normativa.

Mareas: Normativa.

Mareas: Normativa.

Mareas: Normativa.

Mareas: Normativa.

Mareas: Normativa.

Mareas: Normativa.

Mareas: Normativa.

Mareas: Normativa.

Cotas Fijas de Marea

Mareas: Análisis de una serie de marea.

X(t) = Z0(t) + M(t) + R(t)

Análisis armónico deestas componentes: predicción de marea

Diferencia nivel medido y marea. Predecible a

corto plazo con modelo hidrodinámico

Medida

mareógrafo

X(t): nivel del mar en el instante t

Z0(t): nivel medio (variación lenta)

M(t): variación periódica (marea astronómica)

R(t): variación no periódica: residuo meteorológico

El registro de una serie de marea se describe mediante la siguiente ecuación:

Serie de datos completa del registro cada 5 minutos

Mareas: Análisis de una serie de marea.

Obtenida la serie en bruto, se realiza el análisis armónico, separando la serie cada 5

minutos en una serie horaria.

Del análisis armónico realizado, se obtienen las constituyentes de la marea.

Mareas: Análisis de una serie de marea.

Obtenidas las constituyentes armónicas, se puede establecer el régimen de mareas en

base al factor de Courtier F:

F > 31.5 < F < 3

0.25 < F < 1.5F < 0.25

Marea diurna

Marea diurna mixta

Marea semidiurna mixta

Marea semidiurna

K1+ O1

M2+ S2F =

Mareas: Análisis de una serie de marea.

Una vez clasificado el rango de mareas, se puede obtener el NRS mediante la siguiente

formulación:

Mareas: Análisis de una serie de marea.

Obtenido el NRS, se puede continuar con el análisis no armónico, para poder determinar

los planos mareales sobre el cero del sensor.

Mareas: Análisis de una serie de marea.

Se debe realizar una comparación entre las series observada y pronosticada, para

obtener un coeficiente de correlación y ver que el comportamiento de ambas sea

adecuado.

Se deben analizar los residuales

entre las series comparadas.

Mareas: Análisis de una serie de marea.

El método armónico utilizado para la generación de pronósticos de marea, no considera

efectos meteorológicos de presión atmosférica local.

En la Pub. S.H.O.A. Nº 3009 “Tablas de Marea de la Costa de Chile, 2011” en lo

referente a las correcciones que deben ser aplicadas a las alturas de pleamares y

bajamares pronosticadas, producto del efecto de la presión atmosférica

Por lo tanto es recomendable, que para el mismo período de tiempo en que se realizan

las mediciones de alturas el nivel del mar, se registren datos de presión.

Las variaciones en la presión atmosférica provocarán que se alcancen mayores alturas

de marea que las estimadas cuando la presión atmosférica sea menor que el promedio,

en tanto que altas presiones (respecto del promedio) provocarán menores valores de

alturas de marea que los pronosticados.

Mareas: Análisis de una serie de marea.

Análisis de la serie de presión atmosférica en el sector de estudio.

1060

1080

1100

1120

1140

1160

1180

1200

1220

1240

12-17-14 0:0012-22-14 0:0012-27-14 0:001-1-15 0:001-6-15 0:001-11-15 0:001-16-15 0:001-21-15 0:001-26-15 0:00

Pre

sió

n [

mb

ar]

Tiempo

Presión atmosférica en Chaihuin

Mareas: Análisis de una serie de marea.

Cotas Fijas de marea:

– Se realizan mediante la nivelación

diferencial de tres puntos establecidos

en tierra.

– Estos se encontrarán referidos

al NRS obtenido anteriormente

– Estos se encontrarán referidos

al NRS obtenido anteriormente.

Mareas: Análisis de una serie de marea.

Cotas fijas de marea:

Mareas: Análisis de una serie de marea.

Correlación con Limnímetro.

– Realizar lecturas comparativas

– Correlacionar las series observadas.

Mareas: Análisis de una serie de marea.

FIN