cap09hidrografia

Navegacin Costera IX - 1 R.L.D. 2008

Captulo N 9

HIDROGRAFA El presente captulo tiene el propsito de entregarle al cadete naval, un visin general de los principales aspectos relacionados con la confeccin de una carta nutica, desde que es ideada, pasando por todo el proceso de planificacin, levantamiento y por ltimo su impresin. Se har nfasis en la actividad hidrogrfica en terreno, ya que constituye un aspecto muy importante y que eventualmente todo oficial subalterno debe estar en condiciones de apoyar al Oficial especialista en Hidrografa. I.- INTRODUCCIN

La hidrografa es la ciencia que mide y describe las caractersticas geomorfolgicas que son graficadas en una carta de nutica afectan a la navegacin, que sirven de apoyo a la navegacin, las que incluyen profundidades, caractersticas de la costa, mareas, corrientes, obstrucciones submarinas y otros detalles. La carta nutica representa los datos obtenidos en terreno por los hidrgrafos y procesados en gabinete, en datos tiles para los navegantes Un levantamiento hidrogrfico tiene por principal propsito determinar la profundidad del agua; configuracin y naturaleza del fondo; direccin y fuerzas de las corrientes; alturas y horas de los estados de las mareas; y posicin de objetos fijos cuyo objetivo sea necesario para el levantamiento y para la navegacin". Adems se incluye el levantamiento e investigacin de las caractersticas de la costa, posicin y altura de las islas, rocas y arrecifes, forma de la lnea de costa, profundidades del ocano y mares, distribucin de la caracterstica del fondo, estructura geolgica, mareas y corrientes, geomagnetismo, gravedad, etc. Adems de lo anterior se deben medir las posiciones y observar las caractersticas de los faros, balizas, boyas, radioayudas y otros de carcter artificial. El propsito de un levantamiento hidrogrfico, es que sus resultados sean compilados en cartas y otras publicaciones nuticas, de ayuda al navegante.

II.- DESCRIPCIN GENERAL DE UN LEVANTAMIENTO HIDROGRFICO La carta final debe ser la representacin real exacta y actualizada, de toda el rea que ella cubre segn la escala. En adicin a los detalles que actualmente aparecen en la carta, una gran variedad de informacin suplementaria es necesaria y ella es incluida en los Derroteros y otras publicaciones nuticas. Los requisitos de un levantamiento hidrogrfico, pueden ser brevemente establecidos como sigue: A.- El rea del levantamiento debe ser ntegramente sondada, recorrindola en forma regular, a travs de

lneas paralelas y convenientemente espaciadas, a objeto de asegurar que no hay irregularidades en las profundidades y que, cuando tales irregularidades son encontradas, el lugar sea examinado muy en detalle, tomando sondajes adicionales, y si es necesario, haciendo barridas o realizando inspecciones con buzos.

B.- La exacta posicin y la mnima profundidad sobre cada bajo, incluyendo arrecifes sumergidos, rocas,

restos de un naufragio y otras obstrucciones, deben ser definidas para asegurar la navegacin. La posicin de rompientes, escarceos de mareas, remolinos, algas, y objetos similares de inters e importancia para el navegante deben ser fijados y mostrados en la carta.

C.- El levantamiento tambin debe graficar la correcta posicin de todas las boyas, balizas, faros y otras

marcas de navegacin, incluyendo sus respectivas caractersticas como destellos, luces, colores, etc.

D.- La naturaleza del fondo marino debe ser determinada a intervalos frecuentes y regulares, especialmente en profundidades, donde los buques puedan fondear.

E.- Las rutas recomendadas de navegacin deben ser sondadas con particular acuciosidad.


F.- La lnea de costa se representar por la lnea de Nivel de Reduccin de Sondas, (Nivel del Mar ms bajo

que se observa en 29 aos, N.R.S.), o bien, cuando la marea no sea apreciable, por la lnea del Nivel Medio del Mar.

G.- Todos los rasgos topogrficos que puedan ser de valor para el navegante, para reconocer la costa y

para determinar su posicin, deben estar cuidadosamente fijados. Especial atencin debe ser puesta en los objetos conspicuos. La altura de todos esos objetos tambin debe ser determinada y registrada.

H.- Deben realizarse observaciones del comportamiento de la marea, con el propsito de referir todos los

sondajes a un nivel de referencia comn, que para las cartas nuticas nacionales es el N.R.S. Si fuese posible, las observaciones deben prolongarse de manera que su anlisis permita determinar las constantes de mareas.

I.- Mediciones de la intensidad y direccin de las corrientes, tambin deben ser hechas de modo que el

navegante considere estos parmetros en sus decisiones. Si el tiempo lo permite, suficientes observaciones deberan realizarse para permitir que los resultados sean analizados e incorporados a publicaciones apropiadas.

J.- Toma de fotografas que ayudarn a fijar la posicin del buque. Estos a menudo ayudarn al navegante

en el reconocimiento de la costa, de una zona con la cual l no est familiarizado.

K.- Descubrir alteraciones locales de la variacin magntica. L.- Indagacin de los nombres de los accidentes geogrficos prominentes e importantes de la costa. La

nomenclatura y escritura correcta, son materias de gran importancia.

M.- Recopilacin de toda la informacin que pueda ser de uso en la compilacin y correccin del Derrotero. Esta informacin debe incluir una descripcin general de la costa, de las islas y de los peligros; direcciones para entrar y salir de los puertos; caractersticas de los faros y otras ayudas a la navegacin, y las facilidades que ofrecen los puertos, condiciones predominantes de clima (viento, lluvia, nubosidad y otros).

N.- El levantamiento hidrogrfico debe ser posicionado en la superficie de la tierra, ya sea determinando su

posicin geogrfica o vinculndolo a trabajos anteriores.

O.- Los vrtices geodsicos y estaciones de posicionamiento deben quedar con marcas permanentes, objeto puedan ser usados en el futuro, para extender el trabajo o volver a realizar un levantamiento en la misma rea. Deben elaborarse las monografas o descripciones de los vrtices y estaciones de posicionamiento, lo que permitir su localizacin y uso futuro.

P.- Todas las mediciones deben registrarse en forma clara y comprensible. Ellas sern de mucho valor para

el procesamiento de los datos, la elaboracin de la carta y su respaldo tcnico.

Q.- El Hidrgrafo deber esforzarse en compilar cualquier informacin de valor para el avance del conocimiento cientfico. Las condiciones meteorolgicas, ciertos parmetros oceanogrficos, geomorfologa del fondo, son datos complementarios muy importantes, que se obtienen en el rea del levantamiento.


III.- DESCRIPCIN GENERAL DE LAS ETAPAS DE UN LEVANTAMIENTO HIDROGRFICO.

A.- PLANIFICACIN DE LA ACTIVIDAD HIDROGRFICA Los principales factores que deben tomarse en cuanta, antes de dar inicio a una actividad hidrogrfica son las que se indican. Cualquier error puede significar el fracaso de la tarea:

El para qu realizar el trabajo. El rea debe estar exactamente definida con coordenadas geogrficas (L1,L2, G1,G2). Escala a graficar. Tipo actividad hidrogrfica debe satisfacer las necesidades propias de la carta y las necesidades

oceanogrficas, cartogrficas, de Informaciones a la Navegacin, entre otras. Personal calificado y equipamiento adecuado. Plataformas considerada (buque hidrogrfico, embarcaciones de apoyo, lancha hidrogrfica, bote

de goma, helicptero, etc.). Disponibilidad de fotografas areas, que nos permite la restitucin aerofotogramtrica, base de la

carta. Factores limitantes como presupuesto, poltica hidrogrfica, dificultades geogrficos u

operacionales, limitaciones y fallas de los sistemas, entrenamiento del personal, logstica, etc. Una vez decidida la campaa a realizar, debe ser revisada y analizada toda la informacin disponible del rea. Esto incluye:

Profundidad promedio. Fotografas areas Vrtices geodsicos disponible. Mapas topogrficos Derrotero existente del rea. El ltimo Boletn de Avisos a los Navegantes Cartas nuticas, del IGM existentes del rea, mapas camineros, planos tursticos y otros.. Climatologa Ubicacin exacta de los maregrafos. Calidad esperada del fondo. Informacin de marea, que sirve para corroborar los datos de terreno sean lgicos mientras se

realizan las mediciones.. Datos relativos a la velocidad del sonido del agua. Datos del rea como poblados, apoyo logstico, comunicaciones, etc. Cualquier otra informacin de utilidad que afecta al estudio. Sondajes anteriores.

Los encargados de planificar y preparar la informacin debern ser muy acuciosos en el anlisis de cada detalle, cualquier aspecto aunque menor, no debe dejarse de lado, ya que este podra afectar a futuro la confeccin de una carta de navegacin (falta de sondas, imposibilidad de vincular un rea, etc.)

B.- FASES DEL PROCESO HIDROGRFICO

1.- Planificacin

Se define la carta a desarrollar en base a las necesidades nacionales y la disponibilidad de recursos. Las cartas a publicar se encuentran definidas en La Cubierta Cartogrfica Nutica Nacional que constituye el ideal de cartas nuticas que debera contar el pas. En esta etapa se define las dimensiones de la carta, su escala, el rea que abarca, y todos aquellos parmetros necesarios para la planificacin de detalle de la comisin .


2.- Fotogrametra y geodesia. Considera la adquisicin de las fotografas areas del rea, que mediante un proceso

especial nos permite obtener una representacin de la costa y los accidentes geogrficos del rea, constituyendo la restitucin aerofotogramtrica que es la base para la futura carta de navegacin. Tambin se definen los puntos que deben ser medidos en tierra, para georeferenciar la fotografa.

3.- Actividades de terreno.

En esta etapa se miden en terreno las profundidades mediante equipos monohaz y multihaz, las alturas, las mareas, las corrientes, etc.; se obtiene posiciones geogrfica para relacionarlas con las fotografas areas (puntos esteoroscpicos) y mediciones para vinculacin geodsica; se satisface requerimientos de informaciones para el derrotero; se verifican accidentes geogrficos; se chequean las ayudas a la navegacin como faros y balizas; se toman fotografas y videos de las reas; se realiza el pre-proceso de toda la informacin antes de ser entregada al SHOA, entre muchas otras actividades. En esta fase se debe verificar que los datos estn almacenados y catalogados al trmino de los trabajos de terreno.

4.- Proceso de la data en gabinete.

En esta etapa se procesa nuevamente toda la informacin obtenida en terreno, se corrigen las profundidades al nivel de reduccin de sondas, se ajusta las posiciones geodsicas y por ltimo todos esto se compila junto con la restitucin aerofotogramtrica, informacin que est lista para ser entregada a Cartografa para su posterior proceso.

5.- Edicin de carta nutica. A los datos ya procesados, se le incorporan los nombres, la simbologa, advertencias,

caractersticas de los faros, etc.. Luego se edita la informacin, concatenando toda la informacin que ser incluida en la carta. Posteriormente se imprime una carta preliminar para la revisin de control de calidad, donde se corrigen las observaciones y posteriormente es revisada por el Sr. Director. Finalmente se imprime y los archivos digitales son trabajados para hacer la carta nutica Electrnica

C.- FOTOGRAMETRIA Y GEODESIA

La fotogrametra es el mejor mtodo para representar extensas reas en forma precisa, fidedigna y econmica, lo que resulta muy difcil alcanzar con los mtodos clsicos de la topografa. El principio de la fotogrametra consiste en fotografiar mediante cmaras instaladas en un avin, parte de una misma zona desde dos puntos diferentes, obtenindose sobre cada fotograma una posicin relativa distinta de un mismo punto, posteriormente con la ayuda de instrumentos restituidores, se reconstituirn las reas fotografiadas tridimensionalmente y se registrarn en forma grfica, analtica y digital. 1.- El Vuelo Fotogramtrico

El vuelo se realiza por fajas, que equivale a efectuar tomas fotogrficas consecutivas mientras el avin se va desplazando en lnea recta por el rea a registrar. Entre dos fotos consecutivas, debe existir como mnimo un 60% de recubrimiento comn en el sentido longitudinal y en el lateral, debe ser de un 20% a un 30%.


60%

20% al 30%

Tamao foto

Direccin vuelo

Foto 1a Foto 2a

Foto 1b Foto 2b

Fajas de vuelo

T e r r e n o

3 2 1

60%

Fig N 1 (Registro de Fotografas areas)

Fig N 2 (Fajas de fotografas areas donde se muestra el traslapo entre ellas) En la planificacin y realizacin de un vuelo fotogramtrico deben observarse las siguientes reglas: Altura: Conservar siempre una altura de vuelo uniforme de acuerdo a lo planificado que

depender de la escala de la foto (nivel de detalle topogrfico deseado). Navegacin: La navegacin area debe ser rigurosamente planificada y luego mantenida en el

vuelo, ya que un error en direccin dejar espacios sin fotografiar. Luminosidad: La hora del vuelo debe ser aquella en que se produzca el mnimo de sombra y

sin que el sol se encuentre en la culminacin. Esto ltimo podra producir reflejo de la luz en el agua.

Clima o nubosidad: Debe estar despejado, sin humedad, etc. Estas fotografas son tomadas por aeronaves de la FACH principalmente, que cuentan con cmaras especiales para aerofotogrametra.


2.- Modelo esteoroscpico

Fig N 3 (Modelo esteoroscpico) La base o fundamento de la restitucin y aerotriangulacin fotogramtrica descansa en el

modelo estereoscpico. El modelo estereoscpico es el rea que se repite en dos fotos consecutivas de una faja de vuelo (60%). Esta rea comn en dos fotos permite determinar el relieve del terreno. Mediante instrumental adecuado, se trazan las curvas de nivel y alturas referidas al Nivel del Mar de la foto (que ser corregido al N.M.M cuando se edita la carta) u otro dtum altimtrico.

3.- Control Geodsico Debido a lo aproximado de la escala de las fotos y a las deformaciones por los movimientos del avin, se hace necesario efectuar mediciones en el terreno, tendientes a determinar las alturas y efectuar las rectificaciones al detalle que aparece en ellas. Para ello se toman dos fotos consecutivas, que deben tener tres puntos como mnimo en el rea de traslape, los cuales se medirn en terreno y se identificarn antes en las fotos, luego par con par, faja y bloque, se tendr el relieve del bloque.

4.- Aerotriangulacin Mediante esta tcnica se da control a todos los modelos estereoscpicos del vuelo. Para que exista una adecuada rigidez, cada modelo necesita como mnimo 3 puntos de control altimtrico y 2 puntos de control horizontal.

60%

Modelo esteoroscpico


Fig N 4 (Aerotriangulacin)

5.- Restitucin

Una vez obtenido el control por modelo, se procede a efectuar las correcciones a las fotos mediante instrumental. De cada modelo se va obteniendo el detalle de la costa, islotes, rocas, sargazos y curvas de nivel; cuando existan, el detalle de las reas urbanas. Una vez que se ha efectuado la restitucin de todos los modelos que conforman el bloque que cubre un rea, se procede a compilar en una sola hoja, todas las restituciones parciales.De esta forma se logra la restitucin del rea., donde se delimitar la carta de acuerdo a su escala.

Desde que se ha introducido la fotogrametra en la construccin de cartas nuticas, se ha experimentado una mejora notable en el delineamiento de la costa y detalles topogrficos cercano a costa.

De las fotos areas se obtienen los siguientes elementos de una carta nutica:

Detalle de costa: se establece con exactitud la verdadera forma de la costa. Naturaleza de la costa: mediante la fotointerpretacin es posible definir los tipos de costa, es

decir, determinar sus caractersticas geomorfolgicas. Configuracin de la costa: se puede distinguir fcilmente un canal, un seno, una baha, una

caleta, un estuario, etc. Accidentes naturales o topogrficos: se trazan en forma exacta las curvas de nivel y

acotamientos; se determinan los ros, acantilados, lagos, volcanes, etc. Accidentes artificiales: Se puede determinar tambin los elementos urbanos como

construcciones, parques, plazas, calles, etc. Tambin es posible ubicar ayudas a la navegacin como son los faros, balizas, antenas, edificaciones notables, etc.

Peligros para la navegacin: por medio de fotografas areas tambin es posible detectar bajos fondos, rocas sumergidas, bancos de arena, sargazos, rompientes etc.

Control horizontal y vertical.

Control vertical


Fig N 5 (De un fotograma a una restitucin)

Fig N 6 (Detalle que puede alcanzar una restitucin fotogramtrica)

D.- ACTIVIDADES DE TERRENO

1.- Observacin de Mareas

Las mediciones de mareas se utilizan para:

Determinar el Nivel Medio del Mar, N.R.S., y otros planos de referencia para propsitos de levantamientos hidrogrficos.

Proveer los datos bsicos para prediccin de marea y su publicacin en las Tablas de Marea. Investigar fluctuaciones del Nivel Medio del Mar. Investigar la dinmica costerade los ocanos y mares.

La observacin secuencias de la marea debe satisfacer ciertos requerimientos bsicos en cuanto a su precisin y longitud del registro. Existen dos formas bsicas de efectuar las observaciones de marea:

Fotogramas

Restitucin


Utilizando cualquier elemento que d una indicacin del nivel del mar en un instante

cualquiera. En este caso encontramos a los elementos ms simples de observacin de mareas que pueden ser reglas graduadas, tcnicamente llamadas Escala de Marea, las que pueden proporcionar informacin muy confiable y deben observarse y registrarse durante el tiempo de medicin.

Utilizando un equipo que registre continuamente y en forma automtica las variaciones del

nivel del mar.

En este grupo se emplean instrumentos denominados maregrafos, los que permiten obtener un registro continuo del comportamiento del nivel del mar. Existen con flotador, diferencia de presin del hidrgeno con la presin de la columna de agua y equipos digitales de alta tecnologa. Su forma de registro puede ser inscriptora sobre papel, perforacin de una cinta de papel y registro magntico.

a.- Equipos de medicin - El Maregrafo

En el mercado existe un sin nmero de equipos para medir la marea. Para el propsito de esta cartilla slo analizaremos el empleado por el SHOA, que constituye a la fecha el ms moderno empleado por la Armada de Chile.

En la Figura N 7 se muestra en diagrama general del maregrafo que contiene:

Registrador, el sensor de presin, antena meteorolgica, antena transmisora de data y un equipo almacenador de data. Por otra parte est el buque, con su antena receptora, la unidad almacenadora y una pantalla que muestra la informacin de mareas, en tiempo real.

Las principales bondades es su reducido tamao y peso, las mediciones de mareas

pueden ser recibidas directamente por el buque a una distancia aproximada de 10 millas (dependiendo de la altura de las antenas) y corregir la marea a las mediciones efectuadas por el ecosonda a bordo del buque. Este tipo de equipos es muy flexible en sus configuraciones (existen para mareas, corrientes y meteorologa) y puede permanecer en un lugar durante un ciclo lunar sin mayor dificultad.


Fig N 7 (El maregrafo de ltima tecnologa)

b.- Metodologa de Observacin 1) Observacin de mareas Solamente analizaremos la medicin de la marea empleando equipos digitales de alta

tecnologa actualmente empleado por el SHOA ya descrito.

a) Se elegir un sitio, para la instalacin, que rena las siguientes condiciones: Protegido del oleaje y viento reinante en el rea. Profundidad que asegure el sensor siempre sumergido y vertical. La costa adyacente debe formar una planicie tal que permita instalar el equipo, la

antena y queda al alcance del buque El lugar debe ser limpio de algas, etc..

b) El sensor debe quedar colocado e instalado verticalmente y durante el perodo de observacin no puede sufrir movimiento de ningn tipo.

c) El registro ser continuo, debiendo ser traspasado al buque de acuerdo a la capacidad de

almacenamiento.

d) La posicin del sensor debe ser vinculada a la red de cotas de mareas.

e) El registro final deber indicar la altura de la marea a intervalos de tiempo, graduables de acuerdo a la planificacin del Jefe Comisin, dependiendo de la precisin del levantamiento. Esta informacin nos permitir obtener el comportamiento de la marea en dicho lugar.

Sensor de presin

Almacenamiento de la Data

Plataforma Hidrogrfica

Lugar de medicin

Sensores meteorolgico y antena transmisora de data.

DATALOGGER 3660

Antena Receptora

Pantalla receptora


f) De las mediciones, se obtendr un resumen de altura de hora de pleamar y bajamar y la curva exacta de la fluctuacin de la marea, con la cual se calcular la altura del nivel medio del mar al momento justo que se medio la profundidad del lugar

g) A partir de los valores observados se pueden obtener los niveles de referencia bsico para un levantamiento hidrogrfico.

1) Instalacin y Nivelacin de Cotas Fijas de Marea. - Instalacin de cotas fijas.

El propsito de la instalacin de una cota fija de marea es contar con un punto estable que

permita finalmente referir tanto los planos batimtricos como los planos topogrfico y geodsicos. Al elegir un punto para la instalacin de una cota fija de marea debe considerarse lo siguiente:

- Estabilidad: una cota fija debe ser ante todo un punto cuya altura permanezca invariable. Su instalacin debe efectuarse en fundaciones de edificios o rocas de grandes dimensiones. - Permanencia: la permanencia estar dada en parte por el lugar que se elija para instalar la cota fija, debe tenerse presente que el lugar no considere futuras construcciones, destruccin o accin de erosin. - Ubicacin adecuada: este aspecto est relacionado tanto con la posicin elegida para instalar la cota, como con su identificacin. La identificacin de la cota es necesaria para no dar margen a error cuando se pretende reestablecer los valores de la marea.

- Fig N 8 (Instalacin Cota de mareas)

N.R.S.

Cota de marea (C)

Maregrafo (M)

Mira Parlante (MP)

Teodolito (T)

(MP 1)

(T)

(C) (M)

Sensor Maregrafo (S)

(S)

Altura mar durante nivelacin Cota

Sonda

A1 = Altura Regla 1; A2= Altura Regla 2; AC = Altura Cota; AM = Alt. Marea

AC = A1 - A2 + AM

(A1)

(AC) (AM)

(MP 2)

(A2)


De la figura, la cota de marea es un punto fijo en la costa, marcada con un sello de bronce (C), nivelado respecto a la altura del mar del momento, medido mediante el teodolito (T). El procedimiento ser el siguiente:

Se instala la mira parlante o regla graduada en el punto donde esta llegando en ese momento el mar; debiendo quedar la regla vertical. (MP1)

En ese momento se inicia la nivelacin viendo los nmeros y graduaciones de la regla rabes del ocular (MP1).

Se leen las tres marcas (superior, medio, inferior), debiendo el promedio del superior con el inferior dar como resultado el medio (para verificar que este bien ledo)

Se repite mismo procedimiento colocando la mira parlante (MP2) sobre la cota (C).

De esa forma se obtiene la altura o la diferencia de nivel entre el nivel del mar del momento y la cota.

Como el sensor de nivel del mar est instalado y midiendo, se sabe la distancia entre el sensor y el nivel del mar, mediante la diferencia de presin existente.

El clculo del N.R.S. se hace en gabinete y de esa forma se obtiene finalmente la altura de la cota en relacin al nivel de reduccin de sonda.

Una vez efectuados las mediciones de mareas durante un ciclo lunar se calcular, en gabinete, el N.R.S., de la siguiente manera: Determinar la marea mas baja que se produce en el lugar. El valor de la altura del mar durante la nivelacin de la cota (AM) estar

dado por la altura de la marea en el momento de la nivelacin menos la altura de la mas baja de las mareas.

El N.R.S. respecto a la cota ser: A1 - A2 + AM A modo de Ejemplo:

El 20 de noviembre de 2008, se desea instalar una cota de mareas para marcar el

N.R.S.. Se mide la altura existente entre la lnea del agua y la mira (A1) = 3.1 mts, y la

altura de la cota es de (A2) 0.5 mts. La medicin se efectu a las 12:30.

Se mide la marea durante un ciclo lunar mediante el mareografo, determinando el N.R.S.. Con este dato se calcula que la altura de la Marea para el 20 de noviembre a las 12:30 era de 2,3 mts.

Es decir entre la cota y el N.R.S.= 3.1 0.5+ 2.3 = 4.90 mts. (AC) Si se debiera volver a un rea que tenga las mismas caractersticas mareogrficas, se tienen el N.R.S. con lo cual se podra hacer el procesamiento del sondaje incluyendo la marea, en terreno.

2) Procesamiento de los Registros

Al ser procesados los registros obtenidos, podremos determinar el Nivel Medio del Mar (N.M.M.) y el Nivel de Reduccin de Sonda (N.R.S.). El N.M.M. es la media aritmtica de las alturas horarias de la marea observada durante un cierto perodo. As podremos tener un N.M.M. mensual, un N.M.M. anual, etc.


El N.R.S. es el plano al cual estn referidas las profundidades. Chile ha definido este nivel como el alcanzado por la mayor bajamar de sicigias del lugar, estando la luna en el perigeo. Otros clculos, bastante complejos y que escapan al objetivo de esta cartilla, nos permitirn conocer las constantes armnicas de la marea y con ello predecir el comportamiento de sta. A travs de comparaciones tambin podremos determinar las diferencias en altura y hora de las pleas y bajamares entre un lugar de registro permanente (puerto patrn) y otro de registro temporario (puerto secundario), posibilitando la prediccin en este ltimo.

2.- SONDAJE

La operacin de sondaje consiste en determinar las profundidades del agua, asignando a cada una de stas, su correspondiente posicin geogrfica referida al mismo datum horizontal del plano topogrfico que constituye la carta nutica.

Actualmente se emplean equipos de alta precisin en el posicionamiento del buque o de la

embarcacin y en la medicin de profundidad, por lo que se puede asegurar que prcticamente no existen errores en ellas.

a.- Equipos de medicin

1) Sistema de Posicionamiento

La posicin de la embarcacin y del buque durante un sondaje, es determinada mediante un equipo GPS con el apoyo de una GPS diferencial instalado en tierra en un lugar con posicin geodsica conocida. Como la seal satelital es recibida simultneamente en ambos equipos, es posible determinar el error entre el GPS diferencial y la posicin dada por el GPS, diferencia que puede ser corregida automticamente o posteriormente de efectuado el sondaje. Detalle de este sistema se describe ms adelante. Profundizando estos conceptos, se puede decir que tanto en la embarcacin y buque como en tierra se instala un GPS, dando el carcter de diferencial una antena VHF instalada en tierra, configurada como transmisora, y la de la embarcacin como receptora. La finalidad es realiza un sondaje en tiempo real, con un error en el posicionamiento en la escala de los centmetros, lo cual no es relevante para la escala de la carta incluso aquellas que tienen una escala menor (Mayor precisin) El modo post proceso es similar al modo diferencial, a excepcin de que el primero se desarrolla sin la transmisin en tiempo real del posicionamiento con GPS (10 a 20 mts de error), Es decir, no se utiliza la antena VHF, sino que el clculo del error de posicionamiento se realiza con posterioridad al sondaje.

2) El ecosonda (Monohaz)

El ecosonda es un sistema que mide el tiempo que demora una onda sonora en ir desde un emisor a bordo hasta el fondo y su regreso al receptor. Este tiempo convertido a distancia o profundidad es logrado conociendo la velocidad de propagacin del sonido en el agua.

El sonido se transmite a travs del agua a una velocidad casi constante, sin

embargo sta vara con la densidad del agua, la que es funcin de la temperatura, salinidad y presin. Los ecosondas en su clculo asumen una velocidad preestablecida denominada velocidad de calibracin.


El frmula para la profundidad determinada por un ecosonda es:

D = V x T

+ K + DT 2 donde D = Profundidad de la superficie del agua V = Velocidad media del sonido en la columna del agua T = Tiempo de ida y regreso del pulso K = Constante del ndice del sistema DT = Profundidad del transductor desde la superficie (que puede no ser igual al calado del

buque). Las partes que componen un ecosonda son las siguientes:

Consola Transductor Fuente de poder

La consola contiene el transmisor elctrico el que una vez amplificada la potencia la enva al transductor el cual convierte dicha energa elctrica en pulsos acsticos que se transmiten a travs de la columna de agua hasta el fondo. Parte de esta energa es reflejada y registrada por el mismo transductor, transformndola en pulsos elctricos. La seal elctrica es amplificada en la consola y procesado el tiempo que demora la seal en ir y volver. El resultado de este proceso es indicado como profundidad, ya sea en un visor, un registro impreso o digitalmente. En este ltimo caso se encuentra integrada la profundidad con las posicin obtenida por GPS. Los transductores normalmente estn diseados para operar en una frecuencia especfica, dependiendo de su aplicacin. Sus frecuencias se dividen en 3 grupos:

Baja frecuencia (bajo 15 kHz) (Aguas profundas) Frecuencia media (entre 15 y 50 kHz) Alta frecuencia (sobre 50 kHz) (Aguas someras)

Otra caracterstica de los transductores es el ancho del haz de su emisin.

Un haz angosto (2) ser usado para obtener mayores precisiones Un haz ancho (50), para asegurar un registro en sondajes ocenicos, a no ser que se

utilice un transductor estabilizado para evitar los efectos del balance y cabeceo del buque.

b.- Equipo Multihaz

Como se ha dicho anteriormente, el ecosonda, transmite la energa acstica de manera tal que se obtienen los ecos de slo una parte del piso marino, lo cual se logra dirigiendo el sonido a travs de un haz especial, que tiene una forma parecida a un cono.

Dada las dimensiones de los ocanos, la pequea rea iluminada por el sonido de

los ecosondas de haz angosto, result ser insuficiente para conocer ampliamente el fondo del mar. Para cubrir mayores reas y minimizar los costos de operacin, se desarrollaron

Fig. N 9 (Ecosonda Monohaz


sistemas capaces de mapear extensas zonas con una precisin y exactitud adecuadas. Estos sistemas emiten varios haces angostos de sonido, ordenados como un abanico, que cubren el suelo ocenico simultneamente y aumentan la cobertura espacial, permitiendo 100% de cobertura en un rea dada, sin dejar zonas del fondo marino desprovistas de informacin batimtrica, y la de obtener una cantidad de datos suficientes en un corto tiempo de medicin

Los factores que afectan a la propagacin de las seales acsticas emitidos por

los transductores, son similares a los del ecosonda.

Fig N 10 (Sistema Multihaz)

1) Descripcin general del equipo

El sistema de sonares de multihaz se compone de dos ecosondas principales: el Hydrosweep MD-2 y el Fansweep FS-20.

a) Ecosonda Hydrosweep MD-2: Este sistema esta diseado para una rango de

deteccin hasta aproximadamente 1.500 m, debido a su frecuencia de operacin (50 kHz). Este sistema funciona emitiendo en forma alternada por ambas bandas de los transductores y genera en total 320 haces, con un ngulo mximo de barrido de 152. Asimismo, tiene la posibilidad de cubrir un rea transversal de ocho veces la profundidad vertical y procesar la informacin de amplitudes acsticas para obtener imgenes tipo sonar de barrido lateral, cuya aplicacin ms directa es la deteccin e identificacin de objetos.

Barrido del MultiHaz


Fig N 11 (Ancho de barrido Lateral) b) Ecosonda Fansweep FS-20. Sus mediciones son ms exactas que las del

Hydrosweep MD-2., pudiendo alcanzada hasta 250 m, ya que opera a una frecuencia de 200 kHz. La cantidad de haces que se generan con este sistema es muy superior al Hydrosweep MD-2 y la cobertura transversal al buque puede ser de hasta 12 veces la profundidad vertical. Lo anterior es muy til para trabajos exploratorios o rebusca de bajos.

Los transductores de ambos sonares se ubican en un domo bajo la quilla, el cual

fue diseado para obtener datos de alta calidad, sin que interfiera la turbulencia (burbujas) sobre los transductores que es generada por el movimiento del buque.

Fig N 12 (Domo donde se ubican los transductores)

Para obtener la precisin y exactitud requeridas, cuenta con varios elementos perifricos constituidos por un sensor de movimiento (estabilizacin por balanceo y cabeceo) ,de velocidad del sonido, sistema DGPS (Sistema de Posicionamiento Global Diferencial) en tiempo real y giro digital. Tambin cuenta con la posibilidad de corregir en tiempo real el valor de las profundidades medidas, de acuerdo con las variaciones del nivel del mar.

2) Adquisicin y procesamiento de los datos batimtricos

Para la adquisicin de los datos batimtricos se utiliza un programa, el que captura los datos batimtricos de los equipos perifricos en tiempo real, pudindolo representar en un ploteo con latitud y longitud no cartogrfico este tipo de informacin hidrogrfica. Este programa se compone de:

8 veces la profundidad

Transductor Hydrosweep Md-5

Transductor Fansweep FS-20

Transductor DESO 2S (Monohaz)

1.5 mts.

Casco del Buque


a) Mdulo de adquisicin, el cual permite operar el sistema multihaz, planificar la navegacin y capturar los datos de los equipos perifricos. Este programa despliega la informacin de las Cartas Electrnicas de Navegacin, las cuales ayudan a la navegacin del buque y la planificacin del sondaje.

b) Mdulo de transferencia de datos para el postprocesamiento y el almacenamiento de la informacin.

c) Programa de postprocesamiento, permite editar la informacin de mareas, velocidad del sonido y perifricos, posicionamiento y profundidades. La identificacin de artificios batimtricos y datos errneos no es un proceso fcil, pero se consigue con la experiencia y el conocimiento de las capacidades y limitaciones de los equipos, as como de las posibles causas ambientales que afectaran las mediciones.

d) Mdulos que permite realizar la representacin cartogrfica. Una vez que los datos se han editados y corregidos

a. Se ingresan al mdulo principal del sistema b. Se realiza una seleccin general de sondas c. Se elabora el canevas (marco de la carta y su graticulado)

correspondiente d. Se generan contornos batimtricos e. Editan las sondas para una visualizacin ms correcta y esttica. f. Por ltimo se crea un archivo que contiene toda la informacin hidrogrfica

para la edicin final de la Carta Nutica respectiva. e) Tambin se pueden generar varios subproductos, como mapas de relieve

submarinos, mapas tridimensionales, entre otros.

3) Planificacin del sondaje

Para programar la ejecucin de un sondaje hay que considerar entre otros aspectos, los siguientes:

Plataforma (buque, lancha hidrogrfica o bote de goma). Existencia de una minuta o plano del lugar. Caractersticas y forma de la lnea de costa. Objetivo del sondaje. Personal e instrumental disponible. Informaciones o antecedentes de reconocimientos anteriores.

Del anlisis de los puntos anteriores definiremos convenientemente lo siguiente:

Intervalo entre las lneas de sondas. Intervalo entre posiciones de la embarcacin. Velocidad de la embarcacin. Densidad de las lneas de sonda de verificacin. Mtodo de posicionamiento, ubicacin de estaciones de mareas y del DGPS.

De este modo, si se trata de un sondaje normal, la escala de la minuta ser 1:50.000 a 1:10.000 en puertos, 1:10.000 a 1:50.000 en accesos a puertos y menores de 1:50.000 en aguas costeras.

La velocidad de sondaje del buque hidrogrfico es entre 10 y 14 nudos y de una embarcacin menor de 5 y 8 nudos. Las lneas de verificacin se corrern dependiendo de la profundidad y de la escala de la carta.


Fig N 13 (Planificacin de lneas del sonda para el buque y por la embarcacin.)

Se debe tener presente que el espaciamiento entre las lneas de navegacin batimtricas deben asegurar la mejor cobertura del rea de acuerdo al orden o grado del levantamiento, el cual est dado por las caractersticas del rea (puertos, canales, mar abierto, etc.). El espaciamiento entre lneas se calculo de acuerdo a la profundidad o la escala de la carta. A modo de ejemplo, en el trabajo del multihaz se considera en cobertura del 100% traslapados en un 60 % del rea cubierta.

Fig N 14 (Traslapo del 60% en las corridas del Multihaz.)

Lancha Hidrogrfica

Buque Hidrogrfico

Maregrafo

DGPS

Corrida de sondas

Lnea de Verificacin

1

3

2 Traslapo


Una vez determinado el espaciamiento entre lneas, el hidrgrafo debe calcular las millas que se navegarn para cubrir todas las lneas de sondaje y as poder obtener el tiempo requerido para el trabajo, debiendo adems considerar los factores climticos e imprevistos. Se debe asegurar que no se produzcan reas no sondadas y suficientes traslapos entre las diferentes reas previstas. Con los datos anteriores, la configuracin de la costa, la orientacin de las lneas en el rea a navegar, se determina definitivamente el track a navegar con el respectivo espaciamiento entre el buque y las embarcaciones menores.

Las lneas que son ms importantes deben ser verificadas con otras lneas que la crucen perpendicularmente. stas se llaman lneas de verificacin.

Otras tareas que se deben realizar son la toma de muestra del fondo, un perfil acstico para determinar la velocidad del sonido en el agua, entre otras.

4) Procedimiento para sondar

a) Buque Hidrogrfico.

Durante el sondaje, el buque hidrogrfico, navegar de acuerdo al track trazado

registrndose automticamente la informacin del ecosonda o multihaz y la posicin GPS, las cuales sern modificadas en tiempo real de acuerdo a la correccin que dar el GPS diferencial instalado en tierra. Durante esta navegacin se tendr en el computador una copia de la restitucin del rea, lo cual permitir llevar claramente la navegacin cubriendo toda el rea planificada evitando pasar por reas ya sondadas.

b) La embarcacin (bote de goma y lancha hidrogrfica):

Actualmente el proceso de sondaje se realiza de la siguiente manera:

Antes de iniciar el sondaje se debe hacer la prueba de la barra o plancha, que consiste en instalar bajo el transductor una plancha metlica con agujeros a diferentes profundidades objeto determinar los parmetros para calibrar el equipo..

Previamente se debe definir las lneas a navegar y la distancia entre cada lnea de sondaje, lo que nos da el tiempo entre cada observacin. Normalmente ser de 30 segundos.

Al comenzar el sondaje, se registrar en el ecograma del ecosonda el punto de partida y desde ese momento, ste automticamente registrar la hora y la profundidad desde el transductor. Ver Ecograma.


Fig N 15 (Ecograma)

Automticamente se registrar la posicin del bote (Transductor) y la hora con GPS.

Terminadas las corridas y el procedimiento a bordo. - Se verifica si fue cubierta toda el rea planificada, para eso se hace correr la informacin digital del GPS en computador que tiene la restitucin incorporada.

o - Se realiza la prueba de la barra o plancha. - Se guarda toda la informacin para trabajo posterior en gabinete.

En tierra

- Se post-procesa la informacin de la posicin obtenida por ambos GPS (mvil v/s base (tierra)).

En el SHOA.

- Se digitaliza los ecograma, es decir se mide la profundidad para cada intervalo de tiempo considerado (cada N de sonda y hora (hh.mm.ss.) le corresponde una profundidad). Durante este proceso se verifica la existencia de bajos o anomalas detectadas en el ecograma. Su valor constituye la sonda ecograma o sonda leda.

- Se corrige la marea de acuerdo a las mediciones efectuadas durante el

sondaje, la altura del transductor respecto a la superficie del mar y por ltimo la correccin por calibracin del ecosonda. (prueba de la barra).

- Se integra la informacin de posicin con la sonda calculada, es decir los

datos quedan transformados en :N sonda, Fecha, Hora, Latitud y longitud ( o en coordenadas UTM) y Sonda real.

Fecha

Hora

Profundidad


En esta figura se muestra el resumen de la actividad Hidro - Oceanogrfica en terreno. 1.- El buque efectuado sondaje con Multihaz, obteniendo la posicin mediante una

constelacin de satlites, corregida mediante el GPS diferencial tiempo real. 2.- La Lancha Hidrogrfica y botes de gomas sondando mediante un ecosonda Monohaz 3.- Mediciones de mareas para corregir el sondaje y las observaciones de corrientes para

complementar la cartografa. 4.- Obtencin de posicin geodsica en tierra para vincular la carta a la red geodsica del

SHOA o IGM y a las restituciones. 5.- El resultado final ser una carta preliminar como se muestre al lado derecho con el

sondaje obtenido por ambas naves. F.- PROCESAMIENTO EN GABINETE

Toda la informacin obtenida en terreno es procesada, validada, corregida, editada y compilada para producir los datos necesarios para producir la carta nutica. Los datos bsicos son: La topografa, el contorno de costa, las sondas ya reducidas al NRS y posicin de accidentes geogrficos y de ayudas a la navegacin tiles a para los navegantes.

Correccin

Posicin GPS lancha

Posicin GPS buque

Posicin Geodsica

Medicin de mareas

(Meregrafo)

Sondaje con Multihaz

Sondaje Monohaz

Bote / Lancha

B

1

31

4

2

5


G.- EDICIN DE LA CARTA NAUTICA

El producto final de todo el proceso Hidro Cartogrfico - Oceanogrfico es la Carta Nautica de Papel y Electrnica, cuyas etapas de produccin generales son las siguientes

1.- Compilacin y edicin.

Para la confeccin de la carta de navegacin es necesario contar con la restitucin (contorno de costa, las alturas mas significativas, las cotas de alturas, el sondaje previamente seleccionado de acuerdo a la escala de la carta, el graticulado de las coordenadas geogrficas (latitud y longitud), puntos notables de referencia como faros, balizas, estanques, etc. Todos se encuentra en formatos digitales

Posteriormente se le incorporan los nombres geogrficos, la simbologa para cada accidente geogrfico de acuerdo a la carta N 1, las caractersticas de los faros, corrientes, advertencias, datos de mareas, nombre de la carta, la roza, diseo de las escalas de medicin de la carta, etc., es decir toda la informacin adicional que contienen una carta de navegacin. Esta etapa es de aproximadamente dos meses.

2.- Control de calidad y correccin.

En esta etapa se revisa cada informacin contenida en el proyecto de carta, comparando con otros antecedentes como son los derroteros, cartografa antigua, cartografa internacional, poltica de simbologa, chequeo bajo el punto de vista del usuario, incorporacin de los ltimo avisos, que las frases no interfieran la navegacin, la ortografa, etc.

Durante este chequeo, el proyecto pasa por los diferentes departamentos tcnicos donde se verifica el sondaje, las mareas, las corrientes, los puntos de fondeo recomendado, las ayudas a la navegacin como faros, balizas, etc, los nombres geogrficos, etc.

Al trmino del este proceso de chequeo, el Sr. Director del SHOA da el visto bueno para su impresin.

3.- Obtencin originales de reproduccin

Una vez que se encuentra aprobada, la carta es transformada en cinco antecedentes cartogrficos (positivos) los cuales corresponden:

a. Negro : Planimetra, rosas, canevas, sondajes y toponimia. b. Amarillo : Representa la Tierra c. Azul : Bajos fondos, lagos y lagunas. d. Sepia : Curvas de nivel, cotas de altura. e. Magenta : Luces, fondeaderos, Ver carta, zonas de planos, zona de pesaca, entrada y

salidas de puerto.

4.- Traspaso a plancha offset. Es necesario traspasar a una plancha de impresin para offset. Para ello los cinco antecedentes ya

definidos anteriormente que corresponden a los cinco colores que componen la carta nutica, se reproduce en positivos el cual posteriormente cada antecedente es copiado a una plancha de impresin grfica.

Tendremos entonces las cinco planchas para formar la carta de navegacin.

5.- El proceso de impresin. Para imprimir se emplea una mquina de impresin offset bicolor, que permite gran exactitud en los

colores y en el calce de las cinco planchas. En la 1ra. pasada se imprime el negro y el amarillo En la 2da. pasada se imprime el azul y el magenta. En la 3ra. Pasada se imprime el color sepia.


6.- La carta Nutica, producto final.

El producto final es la carta de navegacin. La exactitud de la carta resultante depender del sistema de posicionamiento utilizado para colocar

la data obtenida por el buque, de la acuciosidad del trabajo en terreno y de la calidad de los equipos. Al utilizar las cartas de navegacin con equipos electrnicos como GPS, se debe tener la precaucin

de ajustarlo al dtum de la carta con la cual se navega. La Carta electrnica es una de las mejores ayudas al navegante, su provecho va a estar determinado por el profesionalismo del que la utilice.

La actualizacin constante y automtica de la posicin de las naves respecto a lo mostrado puede dar al navegante un falso sentido de seguridad, hacindolo confiar en la exactitud de una carta cuando los datos fuente de los cuales la carta fue hecha no pueden apoyar la escala de la carta utilizada.


Trmino Captulo N 9

cap09hidrografia

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