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ESTUDIO DE LA DINÁMICA HIDRO-SEDIMENTOLÓGICA

DEL RÍO DE LA PLATA: OBSERVACIÓN Y MODELACIÓN NUMÉRICA

DE LOS SEDIMENTOS FINOS

PROYECTO FREPLATA RLA 99/G31

CONVENIO DE FINANCIAMIENTO N° CZZ 1268.01 Entre el CONSORCIO CARP-CTMFM Comisión

Administradora del Río de la Plata - Comisión Técnica Mixta del Frente Marítimo, el FONDO FRANCES PARA EL MEDIO AMBIENTE MUNDIAL y la AGENCIA FRANCESA

DE DESARROLLO.

PROYECTO FREPLATA RLA 99/G31CONVENIO DE COOPERACION N° CZZ 1268.01

CONVENIO DE FINANCIAMIENTO N° CZZ 1268.01 Entre el CONSORCIO CARP-CTMFM Comisión

Administradora del Río de la Plata - Comisión Técnica Mixta del Frente Marítimo, el FONDO FRANCES PARA EL MEDIO AMBIENTE MUNDIAL y la AGENCIA FRANCESA

DE DESARROLLO.

ESTUDIO DE LA DINÁMICA HIDRO-SEDIMENTOLÓGICA

DEL RÍO DE LA PLATA: OBSERVACIÓN Y MODELACIÓN NUMÉRICA

DE LOS SEDIMENTOS FINOS

In memorian del Dr Luis Oterobatallador por la causa del Tratado del Rio de la Platae impulsor abnegado del Proyecto FREPLATA

Autoridades

Comisión Administradora del Río de la Plata (CARP):

Delegación Argentina: Embajador Guillermo Enrique González

Delegación Uruguaya: Embajador Francisco Bustillo

Secretario Técnico: C/N Ángel Humberto Antoniello

Comisión Técnica Mixta del Frente Marítimo (CTMFM):

Delegación Argentina: Embajador Carlos Alfredo Carrasco

Delegación Uruguaya: C/N (CP) Julio Suárez

Secretario Técnico: Dr. Hebert Nion

Coordinación General:

Antonio P. Federico (Argentina) y Hugo Eguía (Uruguay)

Administración:

Adriana Leone

Contaduría: Carina Criado

Comité editor

Directora de Redacción: Claudia G. Simionato (CIMA/CONICET-UBA,DCAO-FCEN, UMI

IFAECI-CNRS),

Redactores: Diego Moreira (CIMA/CONICET-UBA,DCAO-FCEN, UMI IFAECI-CNRS),

Mariano Re (INA) y Mónica Fossati (IMFIA UdelaR)

Coordinadora de comunicaciones: Victoria Matamoro

Diseño: Ricardo Cáceres

Coordinador general:

Percy Nugent (FREPLATA)

ESTUDIO DE LA DINÁMICA HIDRO-SEDIMENTOLÓGICADEL RÍO DE LA PLATA: OBSERVACIÓN Y MODELACIÓN NUMÉRICA DE LOS SEDIMENTOS FINOS

CONVENIO DE COOPERACION N° CZZ 1268.01

PROYECTO FREPLATA PNUD RLA 99/G31

MODELACIÓN NUMÉRICA, ANÁLISIS DE DATOS E INFORMES

RESPONSABLES DE LAS CAMPAÑAS OCEANOGRÁFICAS

Instituciones participantes

Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera CIMA, Argentina Intendente Güiraldes 2160 - Ciudad Universitaria, Pabellón II - 2do. Piso (C1428EGA) Ciudad Autónoma de Buenos Aires Dra. Claudia G. Simionato, Lic. Diego Moreira, Dr. Mario N. Nuñez

Instituto Francés de Investigación para la Explotación del Mar IFREMER, FranciaZ.I. Pointe du Diable B.P. 70, 29280 Plouzané Dra. Florence Cayocca

Instituto de Mecánica de los Fluidos e Ingeniería Ambiental IMFIA/UR, UruguayJulio Herrera y Reissig 565, CP 11300, Montevideo Dr. Ing. Ismael Piedra-Cueva e MSc. Ing. Mónica Fossati

Instituto Nacional de Investigación y Desarrollo Pesquero INIDEP, ArgentinaPaseo Victoria Ocampo N° 1, Escollera Norte, B7602HSA, Mar del Plata Lic. Raúl Guerrero y Tec. Oc. Martín H. Veccia.

Departamento de Ciencias de la Atmósfera y los Océanos (DCAO), FCEN,Universidad de Buenos Aires, ArgentinaDra. Claudia G. Simionato, Lic. Diego Moreira.

Instituto Nacional del Agua INA, ArgentinaAU Ezeiza-Cañuelas, Tramo J. Newbery Km 1,620 (1804), EzeizaDr. Angel Menéndez e Ing. Mag. Mariano Re

Instituto Nacional de Investigación y Desarrollo Pesquero INIDEP, ArgentinaPaseo Victoria Ocampo N° 1, Escollera Norte, B7602HSA, Mar del Plata Lic. Raúl Guerrero y Tec. Oc. Martín H. Veccia.

Servicio de Hidrografía Naval SHN, ArgentinaAvda. Montes de Oca 2124, C1270ABV Ciudad Autónoma de Buenos Aires C.C. Aldo Firpo, Lic. Carlos F. Balestrini y Lic. Graziella Bozzano

Servicio de Oceanografía, Hidrografía y Meteorología de la Armada SOHMA,Uruguay Rambla 25 de Agosto de 1825 S/N y Maciel, MontevideoLic. Tabaré de los Campos

Los contenidos de este trabajo están basados en los Informes presentados por la Dra. Caroline Tessier y los Informes de Avance presentados por los Organismos participantes del Proyecto, además del informe final del mismo generado en conjunto por todos los investigadores participantes. Estos involucraron la participación del siguiente equipo técnico:

1. Informes de Avance del Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera (CIMA/CONICET-UBA) producidos por: Dr. Mario Nuñez, Dra. Claudia Simionato, Dra. Adriana Fernández, Dra. Marcela González, Lic. Diego Moreira y C.C. Alfredo Rolla.2. Informes de Avance del Instituto Nacional del Agua (INA): producidos por: Dr. Angel N. Menendez, Ing. Mariano Ré, Ing. Alejo Sarubbi y Martín Sabarots Gerbec.3. Informes de Avance del Instituto de Mecánica de los Fluidos e Ingeniería Ambiental (IMFIA/UR): MSc. Ing. Mónica Fossati y Dr. Ing. Ismael Piedra-Cueva.4. Informes de Avance y de Campaña del Instituto Nacional de Investigación y Desarrollo Pesquero (INIDEP) producidos por: Lic. Raúl Guerrero y Martín Veccia.5. Informes de resultados de las Campañas 1, 2, 3, 4 y 5 realizadas por el Servicio de Hidrografía Naval (SHN) de Argentina y el Servicio Oceanográfico, Hidrográfico y Meteorológico de la Armada (SOHMA) de Uruguay producidos por: Lic. Carlos F. Balestrini y Lic. Graziella Bozzano

Participaron de las campañas oceanográficas del Proyecto: Abigail Capeluto, Aldo Firpo, Alejandro Barrios, Álvaro Cubiella, Álvaro Demicheli, Analía Díaz, Andrés Pescio, Ángel Rodríguez, Ariel Rodolfo Cabrera, Ariel Tejerina, Bruno Casimiro Bruno, Carlos Alejandro López, Carlos Balestrini, César Acevedo , Christian Díaz, Christian Tolaba, David Le Piver, Diego Giberto, Diego Moreira, Dirney Vega, Emmanuel Zelarrayán, Esteban López, Federico Cortes, Federico Zas , Francisco Pedocchi, Gabriel Sierra , Gonzalo Pastor, Hervé Chamley, Jandira Genovese, Javier Draper, Javier Pardiñas, Julián Lorenzo, Leonardo Monteros, Loïc Quemener, Marcelo Rodríguez, Mariana Escolar, Mariana Rubial, Matías Lugo, Michel Repecaud, Mónica Fossati, Pablo Santero, Pablo Zorzoli, Pedro Rodríguez, Ramiro Ferrari, Raúl Guerrero, Roque Yurquina, Sergio Cruz y Tabaré De los Campos

Nuestro agradecimiento a:1. A los buzos, técnicos y miembros de las tripulaciones de los buques ARA Ciudad de Rosario y Cromorán, ROU Sirius y Maldonado e INIDEP Capitán Cánepa por su colaboración durante las Campañas del Proyecto.2. A los técnicos de IFREMER Hervé Chamley, David Le Piver, Loïc Quemener y Michel Repecaud por su colaboración en la instalación del instrumental, la capacitación de recursos humanos a nivel local y su buena predisposición.3. A los Drs. Francis Gohin, Pierre Le Hir, Valerie Garnier, Caroline Le Bian y Caroline Tessier por el dictado de los cursos de capacitación en el marco del Proyecto y su excelente predisposición para la colaboración con los actores locales.

Autoría

Agradecimientos

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El Río de la Plata y su Frente Marítimo constituyen uno de los principales sistemas fluvio-marítimos del mundo; en las orillas del Río de la Plata se sitúan las capitales de Argentina y Uruguay y también se concentran las actividades industriales principales que generan el 65% y 87% del PBN industrial de los respectivos países. La población en el área del proyecto supera los 17 millones de habitantes que representan el 35% de la población total de Argentina y el 75% de Uruguay.

La comprensión de la dinámica hidro-sedimentológica del RPFM es relevante para comprender los procesos de erosión costera, la deposición y puesta en biodisponibilidad de los contaminantes y los ciclos biológicos de los peces y el fitoplancton que influyen en las pesquerías, así como en el mantenimiento y dragado de los puertos y vías navegables.

El tratado del Río de la Plata y su Frente Marítimo de 1973 define el marco jurídico para la administración de la zona. El tratado encomienda a dos comisiones binacionales, la Comisión de Administración del Río de la Plata (CARP) y la Comisión Técnica Mixta del Frente Marítimo (CTMFM) adoptar y coordinar los planes y medidas para la protección de este ambiente acuático y sus recursos . En este marco, las comisiones del Tratado crearon un Consorcio como marco de cooperación y de coordinación institucional para ejecutar el Proyecto del Fondo Mundial por el Ambiente (GEF por sus siglas en inglés) RLA 09 G31 “Protección Ambiental del Río de la Plata y su Frente Marítimo: Prevención y Control de la Contaminación y Restauración de Hábitats”, conocido como FREPLATA.

El proyecto FREPLATA implicó llevar adelante un proceso participativo de largo plazo que identificó los problemas transfronterizos prioritarios del RPFM y permitió a una serie de instituciones clave a nivel internacional, binacional y nacional, unirse para coordinar esfuerzos y hacer frente a los problemas ambientales.

Un ejemplo de ello ha sido la cooperación entre el Consorcio Comisión Administradora del Río de la Plata – Comisión Técnica Mixta del Frente Marítimo (CARP/CTMFM) y el Fondo Francés para el Medio Ambiente Mundial (FFEM), que permitió abordar la problemática de la dinámica hidro-sedimentológica en el Río de la Plata en el marco del Proyecto FREPLATA. La Agencia de Cooperación Francesa para el Desarrollo y el Programa de Naciones Unidas para el Desarrollo asistieron a este proceso facilitando su implementación.

El presente estudio, cuyo objetivo fue contribuir a mejorar el conocimiento de del RPFM, estuvo basado en la combinación de modelado numérico y adquisición de datos, en un importante esfuerzo, que involucró la instalación de dos estaciones fijas, una boya oceanográfica, siete campañas oceanográficas específicas, la adquisición y calibración de imágenes satelitales diarias de material en suspensión y clorofila-a de alta resolución y experimentos de laboratorio.

Participaron del mismo dos centros académicos, dos institutos nacionales, los servicios hidrográficos de ambos países y un centro de investigaciones francés, lo que permitió además de y la adquisición de un conjunto de datos excepcional, la formación de recursos humanos y la instalación de nuevas capacidades en la región.

Con este aporte, entre otros muchos desarrollados FREPLATA ha generado un enfoque integral de la gestión sostenible del RPMF, que concluyó en un análisis de diagnóstico transfronterizo (ADT) y en la propuesta de un Plan de Acción Estratégico (PAE). En el presente, los gobiernos de Argentina y Uruguay están involucrados al más alto nivel, a través de las comisiones binacionales y a las respectivas autoridades ambientales, para asegurar la continuidad de este proceso con el Proyecto “Reducción y Prevención de la contaminación de origen terrestre en el Río de la Plata y su Frente Marítimo mediante la implementación del Programa de Acción Estratégico de FREPLATA”.

Prólogo

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Para encarar la gestión medioambiental del Río de la Plata de modo eficiente, se debe involucrar a la ciencia, en particular en lo vinculado con los procesos hidro-sedimentológicos. Esto se debe a que los sedimentos intervienen en los procesos de erosión costera y avance del Delta del Paraná, el mantenimiento y dragado de los puertos y vías navegables, la deposición y puesta en biodisponibilidad de los contaminantes y en los ciclos biológicos de los peces y el fitoplancton, con los consecuentes impactos en las pesquerías. Muchos de estos procesos aún no son bien entendidos. La comprensión de la dinámica hidro-sedimentológica, a su vez, está fuertemente condicionada por la disponibilidad de observaciones in situ, requiriéndose de las mismas para la caracterización de los procesos físicos (que, para los sedimentos, dependen específicamente del sitio en cuestión) y para la calibración y validación de los modelos numéricos que representan esos procesos.

La problemática de la dinámica hidro-sedimentológica en el Río de la Plata, desde el ingreso de los tributarios y hasta la región marítima, fue abordada por el Proyecto FREPLATA con la colaboración del IFREMER’ (Instituto Francés para la Explotación del Mar, Francia) y financiamiento del Fondo Francés para el Medioambiente Global (Proyecto FREPLATA-FFEM). Las tareas de recolección de datos iniciadas en 2009 se prolongaron hasta fines de 2010 comprendiendo la instalación de dos estaciones fijas y una boya oceanográfica, la realización de siete campañas oceanográficas específicas, la adquisición y calibración de imágenes satelitales diarias de material en suspensión y clorofila-a de alta resolución y experimentos de laboratorio. Estas acciones se llevaron a cabo con la contribución científico-técnica de Instituciones de los países de la cuenca. Dichas instituciones son el CIMA (Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera, CONICET-UBA, Argentina), el INIDEP (Instituto Nacional de Investigación y Desarrollo Pesquero, Argentina), el INA (Instituto Nacional del Agua, Argentina), el IMFIA (Instituto de Mecánica de los Fluidos e Ingeniería Ambiental, UdelaR, Uruguay), el SHN (Servicio de Hidrografía Naval, Argentina) y el SOHMA (Servicio Oceanográfico, Hidrológico y Meteorológico de la Armada, Uruguay). Este plan fue complementado por un programa de capacitación de recursos humanos mediante el dictado de cursos en la Universidad de Buenos Aires por reconocidos especialistas franceses, lo que permitió incorporar al proyecto jóvenes universitarios recién graduados. El objetivo fue propender a paliar el problema de la escasez de recursos humanos formados en la temática y contribuyendo a la instalación de capacidades científico-técnicas a nivel regional. Se llevaron a cabo tareas de modelado numérico, incluyendo la instalación del modelo hidro-sedimentológico MARS-3D (Model for Applications at Regional Scale) de IFREMER en el CIMA/CONICET-UBA, el INA y el IMFIA/UdelaR, y su implementación mediante un conjunto de modelos regionales anidados de alta resolución.

Este trabajo resume los avances realizados en el marco del Proyecto. Más allá de la formación de recursos humanos, la instalación de nuevas capacidades al nivel del estado del arte en instituciones de la región y la adquisición de un conjunto de datos excepcional, los resultados de la aplicación del modelo numérico al estudio de la dinámica hidrosedimentológica del Río de la Plata ha contribuido significativamente a mejorar el conocimiento de los procesos que ocurren en este importante sistema costero.

Los resultados más relevantes, relacionados con la dinámica de los sedimentos son:

1. Los datos in situ permitieron, por primera vez, estudiar la variabilidad temporal de numerosos parámetros oceanográficos en la región y su co-variabilidad. Dichos parámetros y la turbidez exhiben gran variabilidad en todas las escalas de tiempo observadas, desde la estacional a la sub-anual (intra-estacional, sinóptica atmosférica y diurna). La asociación de esta gran variabilidad con la de la atmósfera sugiere que este sistema responde rápida e intensamente a cambios en sus forzantes. En este sentido, es esperable que en otras escalas no observadas en este conjunto de datos (escala inter-

Resúmen Ejecutivo

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RESÚMEN EJECUTIVO

anual o mayores) se produzcan cambios importantes, cuyo estudio sólo será posible a través de un monitoreo continuo a lo largo de varios años.

2. Los resultados del análisis de las imágenes satelitales de material inorgánico en suspensión en superficie indican que su concentración es máxima a lo largo de la costa argentina del Río de la Plata Superior y Medio, lo que está vinculado con la mayor carga de sedimentos del río Paraná respecto del Uruguay y con las corrientes de marea más intensas. La concentración de sedimentos exhibe un máximo en invierno y un mínimo en verano, que estaría relacionado con el período de aporte de sedimentos desde los tributarios y con un aumento de la intensidad media del viento y, consecuentemente, de la altura y frecuencia de las olas que resuspenden el sedimento. La concentración de material inorgánico suspendido se reduce drásticamente aguas abajo de la Barra del Indio, en asociación con la región del frente de salinidad, probablemente influido por los procesos de floculación y consecuente decantación que ocurren en esa región.

3. Los resultados del análisis de las imágenes de clorofila-a sugieren que esta variable está condicionada por los sedimentos y estrechamente ligada con la hidrodinámica. En efecto, en la zona de la Barra del Indio, la reducción de la concentración de material inorgánico es acompañada por un marcado incremento de la concentración de clorofila-a, lo cual se vincula con la mayor disponibilidad de luz. Las concentraciones de clorofila-a y material inorgánico aumentan a lo largo de la costa uruguaya del Río de la Plata exterior en invierno y disminuyen en verano, mientras que lo recíproco ocurre a lo largo de la costa argentina en la mencionada región exterior. Esto parece vincularse con el desplazamiento medio de la pluma de agua dulce a lo largo de esas estaciones, que se mueven hacia el sur en verano y hacia el norte en invierno, en respuesta a la variabilidad del viento. Finalmente, la concentración de clorofila-a en el Río de la Plata maximiza en verano, mientras que en la Plataforma Continental lo hace en primavera. Una explicación posible es que en este ecosistema los nutrientes no constituyen un limitante al desarrollo de algas, sino que más probablemente la temperatura y la cantidad de horas de luz sean los condicionantes principales. En verano, la temperatura es alta, favoreciendo el desarrollo de la vida y la cantidad de horas de luz aumenta por efectos astronómicos. Al mismo tiempo, durante esta estación y en todo el Río de la Plata, la concentración de material inorgánico en suspensión también disminuye, constituyendo un factor favorable adicional.

4. En relación con la dinámica de los sedimentos, la interpretación de los datos disponibles muestra que las texturas de sedimentos de fondo predominantes son consistentes con la hidrodinámica de los corredores de flujo y la concentración de sedimentos en suspensión.

5. Se desarrolló una metodología para la obtención de series temporales diarias de descarga sólida para material fino y grueso en los ríos Paraná de las Palmas y Paraná Guazú que se basa en datos continuamente accesibles, lo que la torna de gran utilidad para estudios de gestión del recurso a través de simulaciones numéricas simplificadas de la dinámica sedimentológica forzada por la descarga continental, el viento local y la marea astronómica.

6. La comparación de las soluciones numéricas obtenidas con los datos colectados durante las campañas oceanográficas muestra que el modelo reproduce adecuadamente el orden de magnitud y el rango de variabilidad exhibido por las observaciones.

7. La comparación de la solución numérica con observaciones satelitales MODIS indica que, con el grado de desarrollo alcanzado durante el proyecto, el modelo reproduce razonablemente las zonas de máxima concentración de sedimentos suspendidos en el Río de la Plata Superior, en las proximidades y el norte de Punta Piedras, y en Punta Rasa. A lo largo de la costa norte, entre Colonia y Montevideo, y a lo largo de la costa sur, en proximidades de Buenos Aires, el modelo subestima la concentración de sedimentos. La

RESÚMEN EJECUTIVO

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inclusión de olas, aún no consideradas en las simulaciones, incrementará la resuspensión de los sedimentos en las zonas someras del Río de la Plata, dando lugar a un aumento generalizado de la concentración.

8. El análisis de las simulaciones permitió hacer inferencias acerca de los procesos físicos que determinan la dinámica sedimentológica en el Río de la Plata. En este sentido, se concluye que éste puede dividirse en cuatro regiones fundamentales en términos de dichos procesos:

a. En el Río de la Plata Superior la dinámica está dominada por la deposición de sedimentos provenientes de los tributarios y, en menor medida, por la marea. En esta región el viento impacta como tercer forzante en orden de magnitud, advectando el sedimento junto con el agua.

b. En el Río de la Plata Medio la concentración de los sedimentos en suspensión se reduce significativamente sobre la costa uruguaya, como consecuencia de que los sedimentos decantan mayoritariamente en la región precedente.

c. En proximidades y al norte de Punta Piedras, en condiciones hidro-meteorológicas moderadas, los sedimentos son resuspendidos por efectos de la marea, que incrementa su magnitud significativamente hacia la Punta. En cambio, durante las grandes tormentas esta región probablemente se rellene, de modo de conducir al relativo equilibrio morfológico observado en la naturaleza. En esta zona se observa una fuerte vinculación entre la concentración de los sedimentos suspendidos y los ciclos de sicigias y cuadraturas de la marea.

d. En la región comprendida entre Punta Piedras y Montevideo y la Barra del Indio, en condiciones hidro-meteorológicas moderadas se produce la deposición del sedimento resuspendido en la zona anterior. Aquí el efecto del viento es máximo y el de la marea mínimo. Durante las grandes tormentas se genera la erosión del material depositado en el fondo.

A futuro pueden avizorarse numerosos temas de interés científico-práctico a explorar, para los cuales las tareas desarrolladas en el marco del Proyecto servirán de base. En particular, temas de gran importancia por su impacto socio-económico y ambiental son el modelado de los procesos biogeoquímicos (interrelaciones entre el sistema físico, químico y los organismos que habitan el mismo) y el modelado operacional. El sistema de monitoreo hidro-sedimentológico proporcionado por los instrumentos adquiridos durante el Proyecto FREPLATA-FFEM y los modelos numéricos que resultan de estas investigaciones servirán de base a la generación de un programa de monitoreo y alerta ambiental y calidad de agua, clave como parte del Plan de Acción Estratégica propuesto por FREPLATA.

Teniendo en cuenta la importancia ecológica, social y económica de la Cuenca del Plata, y que las limitaciones en las observaciones adquiridas (tanto en cantidad, en calidad, como en período observado) condicionarán a futuro, de modo inexorable, la calidad y profundidad de la investigación científica que puede realizarse con los mismos y el grado de impacto sobre los distintos sectores productivos y/o campos de aplicación, se recomienda el mantenimiento de las estaciones de observación medioambiental instaladas en el Río de la Plata en el marco del Proyecto FREPLATA-FFEM durante un período de tiempo inicial de no menos de tres años. Sería deseable, durante ese período, prever los mecanismos para el mantenimiento de dichas estaciones durante por lo menos los próximos diez años, para el monitoreo de la variabilidad climática y el cambio climático y propender al desarrollo de un sistema de modelado operacional en la región.

FUNDAMENTACIÓN Objetivos del proyecto

FUNDAMENTACIÓN

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La gestión ambiental del Río de la Plata debe incluir la comprensión de la dinámica de los sedimentos finos debido a que éstos intervienen en una gran cantidad de procesos. Entre los más significativos se encuentran:

a_La productividad primaria: Los sistemas fluvio-marinos son áreas favorables al desarrollo de fitoplancton, dado que constituyen las regiones donde los nutrientes provenientes de los ríos encuentran condiciones adecuadas de iluminación. La turbidez es el mayor factor en la atenuación de la luz en la columna de agua y, consecuentemente, gobierna la productividad primaria. Por lo tanto, la predicción de la dinámica de las poblaciones pertenecientes a niveles tróficos más altos depende de la adecuada predicción de los niveles de turbidez.

b_Las pesquerías: Las condiciones ambientales (salinidad, turbidez) tienen la mayor influencia sobre la distribución y estructura poblacional de las especies y sobre la estructura de la ictiofauna del Río de la Plata. En este sistema fluvio-marino, la ictiofauna es una combinación de especies dulceacuícolas y marinas, que tienen ciclos de vida íntimamente relacionados con la oceanografía. Es la principal área de desove y cría de muchas especies que son explotadas comercialmente y soportan las pesquerías costeras de Argentina y Uruguay. Dentro de estas especies, la corvina rubia micropogonias furnieri (Figura 2) es el principal recurso pesquero del Río de la Plata.

En la desenfrenada carrera por la supervivencia tiene lugar en los océanos los organismos que conforman el microplancton, y más concretamente el fitoplancton, son unos incansables fabricantes de biomasa que constituye la base de la red trófica de todo el ecosistema marino. Fuente: http://zco1999.wordpress.com/2010/05/18/pero-%C2%BFque-es-el-plancton/

Corvina rubia micropogonias furnieri. Fuente: Acha y Mianzan, Ciencia Hoy, 13(73) 10-20.

Figura 1

Figura 2

Los juveniles ocupan las aguas someras asociadas al frente salino de fondo (Figura 3), coincidente con la zona de máxima turbidez (ZMT, Figura 4), mientras que los adultos son comunes hacia las aguas de la plataforma costera durante el invierno, y realizan migraciones hacia la ZMT durante la temporada reproductiva. Aún no se comprenden los motivos de la relación de los individuos inmaduros con la ZMT, pero podría estar asociada a beneficios para la alimentación a través del incremento en la abundancia de las presas (promueve la agregación) mientras que al mismo tiempo reduce el riesgo de predación aviar (refugio provisto por la condiciones de turbidez), además de conectar las dos áreas principales de cría del Río de la Plata, Bahía Samborombón y Río Santa Lucía. La asociación de los adultos a la ZMT durante la época reproductiva podría estar asociada a la prevención de la advección (exportación) de huevos y larvas a aguas marinas costeras adyacentes al Río de la Plata a través de mecanismos de retención horizontal.

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FUNDAMENTACIÓN

Las variaciones espacio temporales de las condiciones ambientales (salinidad, turbidez) son de gran relevancia en la determinación del uso de hábitat de la corvina rubia, y por consiguiente en la determinación de la interacción de los distintos estadios de la especie con las pesquerías. Concordante con el comportamiento de esta corvina, existe un conjunto de especies de recursos costeros de menor biomasa que soportan una pesquería constante a lo largo del año de los asentamientos de pescadores artesanales de la región. Entre ellos se puede mencionar la lisa, la corvina negra, la pescadilla real y el pejerrey cuyo comportamiento es menos conocido, y donde el aporte del conocimiento de procesos físicos en esta escala contribuiría a generar mejor predictabilidad en las capturas de este sector pesquero. La presión humana sobre los recursos costeros está aumentando rápidamente. En este sentido, es importante entender la relación entre el ambiente y las pesquerías, a través del uso de hábitat de la especies, para la sugerencia de planes de protección y conservación dentro de un manejo ecosistémico. Por ello, entender los procesos que determinan la turbidez y sus cambios espacio-temporales, es de gran relevancia para la determinación de la variación espacio temporal de las áreas esenciales (desove, cría) a ser conservadas, favoreciendo el desarrollo regional, la conservación de la biodiversidad y una explotación sustentable de los recursos.

Figura 3 Distribución de la salinidad en superficie (izquierda) y fondo (derecha) para el período frío (arriba) y cálido (abajo) en el Río de la Plata y la plataforma continental adyacente en base a observaciones, para caudales normales de los tributarios. Adaptado de Guerrero et al., 2003.

FUNDAMENTACIÓN

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c_La ecología bentónica: Una fuente importante de biodiversidad se encuentra en los organismos bentónicos (aquellos que habitan en el fondo) cuya presencia está muy vinculada con los hábitats bentónicos. La distribución de sedimentos, por lo tanto, condiciona el tipo de ecosistema que puede encontrarse en la región. La evolución morfológica, ya sea debido a cambio climático como a actividades antropogénicas puede tener, en consecuencia, un impacto en la biodiversidad del Río de la Plata.

d_La contaminación: Los sedimentos finos acarreados por el Río de la Plata son la principal fuente de transporte de diversos tipos de contaminantes, fundamentalmente metales pesados, hacia el ambiente estuarial. En la zona de la ZMT se produce la acumulación en el fondo de los sedimentos y, consecuentemente, de sus contaminantes, asociados por procesos físico-químicos de floculación. Estos sedimentos son resuspendidos por procesos turbulentos inducidos principalmente por las corrientes de marea, las olas y el viento, y entran en las diferentes cadenas tróficas de los organismos vivos a través de un proceso conocido como biodisponibilidad, con potencial impacto sobre la población humana que consume dichos animales.

Imagen satelital de la turbidez en el Río de la Plata. Las zonas más oscuras corresponden a aguas menos turbias (el océano se ve azul oscuro y las aguas del Río Uruguay, menos turbias, se ven marrones) mientras que las más claras corresponden a las aguas altamente turbias impactadas por el Paraná.En blanco se observan las ciudades de Buenos Aires y Conurbano Bonaerense, La Plata y Montevideo.

Berberecho de laguna Erodona mactroides. La fauna bentónica del Río de la Plata es menos diversa y abundante que la fauna bentónica de la costa oceánica, debido a la turbidez de sus aguas, ya que las partículas de arcilla que flotan en dicho río limitan la alimentación de los organismos bentónicos. Fuente: http://www.nuestracosta.com.uy/component/content/article/913-biodiversidad-en-la-zona-costera-uruguaya/59-ficha-informativa-qbentosq

Derrame de petróleo en el Río de la Plata. Fuente: http://www.conae.gov.ar/WEB_Emergencias/Links_de_la_Izquierda/Contaminacion_Ambiental/Galeria_de_Imagenes/Derrame_Petroleo_Rio_de_la_Plata/Derrame_Petroleo_Rio_de_la_Plata.html

Figura 4

Figura 5

Figura 6

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FUNDAMENTACIÓN

e_El dragado: El continuo dragado de los canales de acceso a los puertos de Buenos Aires y Montevideo ilustra uno de los aspectos de la gestión medioambiental vinculados con el transporte de los sedimentos finos. Un mejor conocimiento del transporte a través del Río de la Plata y de las áreas de deposición y erosión, ayudaría a comprender cómo optimizar las operaciones de dragado en la cuenca. También, contribuiría-a entender y gestionar el avance del Delta del Paraná. El dragado puede producir cambios en la dinámica de los sedimentos transportados por el agua, en ocasiones con impactos sobre la distribución de los contaminantes y, por lo tanto, sobre las pesquerías.

f_La degradación de las costas y humedales:El Río de la Plata contiene en la Bahía Samborombón (Figura 8) uno de los humedales de mayor importancia del cono sur de Sudamérica. El mismo alberga un rico ecosistema en el que conviven numerosas especies de peces, tortugas, cangrejos y aves migratorias. Estudios y proyectos en ejecución muestran que se están evidenciando tasas erosivas en la costa de la bahía con guarismos nunca antes registrados. Esta región es zona de cría para numerosas especies pescadas comercialmente. El transporte de los sedimentos se vincula directamente con el mantenimiento de estas zonas bajas. Asimismo, las costas bajas de la parte interior del Río de la Plata, en las que se ubica la ciudad de Buenos Aires, están siendo sometidas a intensa erosión y presión ambiental por efecto antropogénico. El Frente del Delta del río Paraná avanza de manera persistente sobre el Río de la Plata. A las tasas actuales de crecimiento, estará muy próximo a los límites de la ciudad de Buenos al final de este siglo. Esta evolución morfológica causará, progresivamente, impactos significativos sobre los usos de esa zona del Río de la Plata. Las consecuencias de tal cambio podrán ser mitigadas en la medida que exista una adecuada planificación, es decir (plan de desarrollo, plan de producción industrial, plan de dragado, plan de pesca etc.) lo cual necesita, como dato primario, una comprensión y predicción confiable del proceso del transporte de sedimentos.

Draga en el Canal Mitre. Foto de Martin Erikson. Fuente: www.histarmar.com.ar/

Punta Rasa, extremo de la Bahía Samborombón. La punta está siendo fuertemente erosionada, cuando por largo tiempo había sido zona de acreción. Fuente: http://www2.medioambiente.gov.ar/bases/areas_protegidas/detalles.asp

Figura 7

Figura 8

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Objetivos del Proyecto

El principal objetivo fue contribuir a mejorar el conocimiento de la dinámica hidro-sedimentológica en el Río de la Plata, en base a una combinación de modelado numérico y obtención de datos. Las tareas de observación iniciadas en 2009 constituyeron un enorme y costoso esfuerzo, que involucró la instalación de dos estaciones fijas, de una boya oceanográfica, de siete campañas oceanográficas específicas, la adquisición y calibración de imágenes satelitales diarias de material en suspensión y clorofila-a de alta resolución y experimentos de laboratorio. Este plan fue acompañado por la capacitación de recursos humanos, incorporando al proyecto jóvenes recién graduados -mediante el dictado de cursos en la Universidad de Buenos Aires por reconocidos especialistas franceses. Esta capacitación fue dirigida a resolver el problema de la escasez de recursos humanos formados en la temática y a la instalación de capacidades científico-técnicas al nivel del estado del arte en la región. Se realizaron, además, tareas de modelado numérico, incluyendo la instalación del modelo hidro-sedimentológico MARS-3D (Model for Applications at Regional Scale o Modelo para Aplicaciones a Escala Regional) de IFREMER en el CIMA, el INA y el IMFIA.

CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL RÍO DE LA PLATA Y ANTECEDENTES


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El Río de la Plata tiene una geometría y batimetría complejas (Figura 10). Sobre la base de la morfología y de lo que se conoce o se ha inferido de su dinámica, el sistema ha sido dividido clásicamente en dos regiones, separadas por la Barra del Indio, una barra sumergida de forma convexa y con profundidades de 6,5 a 7 m, que cruza el Río entre Punta Piedras y Montevideo. La región superior está ocupada mayormente por agua dulce y está caracterizada por bancos someros con profundidades de entre 1 y 4 m (Playa Honda y Banco Ortiz), que se encuentran separados de las costas por canales más profundos, con profundidades que varían entre los 5 y los 8 m (canales Norte, Oriental e Intermedio). Al este de la Barra, el Canal Marítimo, una depresión ancha con profundidades de 12 a 14 m al norte y 20 m al sur, separa la Bahía Samborombón (al oeste) de una región de bancos conocida como Alto Marítimo (al este). El Alto Marítimo está formado por los bancos Arquímedes e Inglés, con profundidades de entre 6 y 8 m, y el Banco Rouen, con una profundidad de 10 a 12 m. Al norte de estos bancos, el Canal Oriental, el más profundo del sistema, con profundidades de hasta 25 m, se extiende a lo largo de la costa uruguaya.

El agua dulce del Río de la Plata proviene de varios tributarios, siendo los dos más importantes los ríos Paraná y Uruguay, con descargas medias históricas de 16.000 y 6.000 m3 s-1 lo que pone a este sistema fluvio-marino en 5° y 4° lugar en el mundo en descarga fluvial y área

Batimetría

Descarga continental

Figura 10

Arriba: características batimétricas del Río de la Plata (de Simionato et al., 2004a). Abajo: imagen satelital MODIS mostrando los tributarios al sistema fluvio-marítimo (de Simionato et al., 2009).

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de drenaje, respectivamente. El río Paraná confluye al Río de la Plata formando un gran delta; sus dos brazos principales son el Paraná Guazú, que transporta aproximadamente el 77% de la descarga, y el Paraná de las Palmas, que transporta el 23% restante (Figura 10). El transporte de los tributarios menores es varios órdenes de magnitud inferior y aporta solamente a la dinámica local, por lo tanto, la descarga continental media puede ser evaluado como el resultado del transporte de los dos tributarios mayores. El río Paraná muestra una marcada estacionalidad, con descarga máxima en marzo/abril y mínima en septiembre. La estacionalidad del río Uruguay es menos importante, mostrando dos máximos, en octubre y entre mayo y julio, y un mínimo en enero. El régimen de flujo mostró gran variabilidad inter-anual durante el último siglo. Se observó gran variabilidad inter-decádica, con un ciclo de descarga normal entre 1931 y 1943, un período seco en 1944-1970 y un período húmedo que comenzó en 1971. La descarga muestra una componente cuasi-decádica y picos de variabilidad inter-anual en las escalas temporales asociadas al fenómeno de El Niño-Oscilación del Sur (ENOS). La componente cuasi-decádica, en la cual se asocia una alta descarga con temperaturas superficiales del mar anómalamente frías sobre el Atlántico Norte tropical es más marcada en el Paraná. En cambio, la variabilidad en las escalas del ENOS (con picos en bandas centradas a aproximadamente 2,5 y 3,5 años) es más pronunciada en el río Uruguay, con El Niño (La Niña) asociado con mayor (menor) descarga. Adicionalmente, otro pico de variabilidad, centrado en 6,5 años, fue registrado para este río, relacionado con un patrón de grandes anomalías de la temperatura superficial del mar sobre el Pacífico y el Atlántico tropical. Picos tan grandes como 80.000 m3 s-1 y tan bajos como 8.000 m3 s-1 se han registrado en asociación con los ciclos mencionados.

El Río de la Plata es un sistema micromareal, es decir, la marea presenta amplitudes bajas, generalmente menores a 1 m. Las ondas de marea alcanzan la plataforma continental mientras se propagan de sur a norte. A medida que avanzan a lo largo de la plataforma, las condiciones geográficas modifican la propagación, de modo que la energía ingresa al Río principalmente por el sudoeste; la onda se propaga por el Río de la Plata como una onda libre (de Kelvin) forzada en su boca. La baja profundidad acorta la longitud de onda después de que la marea ingresa al sistema; debido a este efecto y a la considerable longitud del Río de la Plata, las componentes semidiurnas tienen la inusual característica de presentar casi una longitud de onda completa dentro del Río todo el tiempo (Figura 11). Las amplitudes de marea generalmente no se amplifican hacia la parte superior. El Río de la Plata es largo y converge sólo en su parte más interna, donde es extremadamente somero y la fricción juega un rol fundamental en el control de la amplitud de la onda. Como consecuencia de la fricción, la amplitud de la marea decae en la costa uruguaya comparada con la costa argentina. El régimen de marea es mixto, dominantemente semidiurno, siendo la componente lunar semidiurna principal (M2) la más significativa. Las máximas velocidades de las corrientes de marea ocurren en los límites norte y sur de la Bahía Samborombón (Punta Piedras y Punta Rasa), mientras que en el interior sus valores son mucho menores.

Marea astronómica

Figura 11

elipses de marea para la componente M2, derivadas de observaciones numéricas.


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El viento es el principal forzante de la circulación en el Río de la Plata, particularmente en su parte exterior y afecta la dinámica en todas las escalas. La circulación general de la atmósfera en la región del Río de la Plata está controlada por la influencia del sistema de alta presión semi-permanente del Atlántico Sur. La circulación antihoraria asociada a este centro advecta aire cálido y húmedo de regiones subtropicales sobre el Río. Por otro lado, sistemas atmosféricos fríos que viajan desde el sur traen masas de aire frío sobre la región con una periodicidad dominante de alrededor de 4 días. El pasaje de esos frentes fríos se asocia en ocasiones con tormentas convectivas que se conocen como “Pamperos”. Como resultado de estas características, la circulación en la región está dominada por una alternancia de los vientos del noreste al sudoeste en una escala de pocos días (Figura 12). En escala intra-estacional, los vientos son modulados por un patrón alternante de variabilidad que se asocia con variabilidad de la precipitación y cambios de los vientos de superficie del noreste al sudoeste. Adicionalmente, el Río de la Plata está localizado en una de las regiones más ciclogenéticas del mundo, como consecuencia de ondas que se mueven a lo largo de latitudes subtropicales del Pacífico Sur y América del Sur, con máxima variabilidad en períodos de 10 a 12 días. Estas ondas interactúan con las masas de aire subtropical sobre el noreste de Argentina, Uruguay y el sur de Brasil. Se observan aproximadamente ocho ciclones por año, con mayor frecuencia en verano. Cuando los mismos se desarrollan sobre Uruguay, pueden originar vientos muy intensos del sudeste, con velocidades que fácilmente exceden los 15 m s-1. Estas tormentas, conocidas como “Sudestadas” producen inundaciones en el Río de la Plata Superior y tienen una frecuencia de ocurrencia de 2 a 3 eventos por año.

Circulación barotrópica o media vertical

La componente barotrópica (o media vertical) del flujo es muy importante dado que domina la variabilidad de la elevación del nivel del mar y determina el transporte neto de masa. Para el Río de la Plata, ésta ha sido estudiada mediante simulaciones numéricas y observaciones directas de corrientes. La componente submareal (en períodos mayores que el de la marea)

Vientos

Circulación

Figura 11 Vectores flujo de energía de la componente de marea M2 en W m-1 (panel izquierdo) y contornos de la tasa de disipación energética de la componente M2 de marea por fricción de fondo en W m-2 (panel derecho). De Simionato et al. (2004).

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del flujo (ver Figura 13) está fuertemente influenciada por la geometría y la batimetría, la rotación de la Tierra y, particularmente, los vientos. En el Río de la Plata superior, después de la descarga, el flujo se concentra a lo largo de los canales profundos Norte e Intermedio. A medida que la pluma de agua dulce alcanza la parte central del Río, la rotación de la Tierra (efecto de Coriolis) se comienza a sentir y el transporte se concentra por el norte. Aunque los bancos Arquímedes e Inglés dividen el flujo en dos ramas, en la parte exterior del Río de la Plata en ausencia de vientos (panel izquierdo de la Figura 13), ellas se encuentran nuevamente. Independientemente de que el transporte se incremente (reduzca) bajo condiciones de descarga alta (baja), los patrones descriptos se preservan.

Figura 13 3 Vectores viento a 10 m de altura para el Río de la Plata durante el año 1995, de arriba para abajo, verano, otoño, invierno y primavera. Reanálisis de NCEP/NCAR. De Simionato et al., 2008.


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Figura 13 Izquierda: función corriente del transporte de masa residual en escala submareal (en miles de m3 s-1) en el Río de la Plata (izquierda) y un detalle para la Bahía Samborombón para una descarga continental de 20.000 m3 s-1 en ausencia de vientos. La magnitud del transporte entre dos isolíneas es igual a la diferencia entre sus valores asociados. Adaptado de Simionato et al. (2004b). Derecha: trayectoria de partículas neutras boyantes liberadas aleatoriamente en un modelo numérico del Río de la Plata. De Piedra-Cueva y Fossati (2007). Nótese la concordancia entre las diversas simulaciones.

Los patrones de circulación en respuesta al viento parecen estar más determinados por la dirección del viento que por su intensidad y se desarrollan rápidamente, en una escala de entre 3 y 9 horas. Tanto las observaciones como los modelos indican que la circulación barotrópica forzada por el viento en el Río de la Plata puede explicarse en términos de dos modos. El primero ( estructuras espaciales características) de circulación asociadas a vientos ya sea con una componente dominante a través del eje del canal o a lo largo del mismo. De esta manera, la circulación del Río de la Plata puede esquematizarse en forma de cuatro patrones asociados a cada una de las fases (positiva y negativa) de los modos (ver Figura 14). Los patrones correspondientes al primer modo (paneles b y c de la Figura 14) están relacionados con un ingreso/egreso de agua en la parte exterior del sistema y explica la señal estacional observada en, por ejemplo, el campo de salinidad (Figura 3). El segundo modo (paneles a y d de la Figura 14) domina cuando el viento sopla a lo largo del eje del Río, es decir, del sudeste al noroeste y tiene un patrón muy distintivo de incremento o reducción significativos de la elevación del nivel en el Río de la Plata Superior, respectivamente. Este modo explica dos situaciones extremas que tienen importantes implicancias sociales: la “Sudestada”, causante de inundaciones, y los vientos persistentes del noroeste, que producen niveles bajos, que en ocasiones, colapsan el abastecimiento de agua potable a la ciudad de Buenos Aires. Las escalas de variabilidad de la circulación barotrópica forzada por el viento fueron estudiadas mediante modelos numéricos. La variabilidad inter-anual explica el 10% de la varianza. Estos modos son importantes, especialmente si actúan en fase, ya que proporcionan un background para ondas de tormenta más severas. En contraste con los campos de temperatura y salinidad, la variabilidad de la elevación del mar en escala estacional explica un porcentaje muy bajo de la varianza y es la combinación de una señal anual y una semi-anual forzadas por el calentamiento radiativo, los vientos y la descarga continental. Aproximadamente el 90% de la varianza en la circulación barotrópica es debida a la variabilidad del viento en escala sub-anual. Las anomalías de la elevación del mar más significativas están asociadas con eventos ciclogenéticos en la atmósfera que ocurren sobre Uruguay o la Plataforma Patagónica, mientras que el debilitamiento o intensificación del anticiclón del Atlántico Sur juega un rol menor.

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Figura 14 Principales patrones de circulación residual en el Río de la Plata asociados a la dirección del viento, expresado como función corriente del transporte de masa en miles de m3s-1. De Simionato et al. (2004a).

La circulación baroclínica (o variable en la vertical) y sus efectos en la estructura de densidad

El estudio de la circulación baroclínica en el Río de la Plata, ha estado limitado por la falta de observaciones directas, por largo tiempo. En el marco del proyecto FREPLATA se midieron perfiles verticales de corrientes ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler o Perfilador Acústico Doppler de Corrientes) en dos sitios del Río de la Plata. Los datos obtenidos, junto con perfiles de salinidad colectados en y alrededor de los mismos sitios fueron analizados, proporcionando el primer cuadro del flujo baroclínico en el área frontal del Río de la Plata. Los resultados indican que, aunque se pensaba que las mareas dominan la dinámica del sistema, las mismas sólo explican el 25% de la varianza en la zona frontal. El otro 75% de la energía está relacionada con ondas internas en frecuencias de marea (25%, al menos en verano) y corrientes tridimensionales forzadas por el viento (50%).

Corrientes baroclínicas forzadas por el viento y su impacto en la estructura de densidad

Debido a la baja profundidad del Río de la Plata, las corrientes en la parte estratificada responden rápidamente a los cambios en el viento en todos los niveles, con un tiempo de respuesta de entre 3 y 9 horas. La estructura vertical de las corrientes depende fuertemente de la dirección de los vientos y puede explicarse en términos de dos modos (o dos patrones de corrientes en la vertical), cuya estructura de correlación con el viento es similar a la encontrada para la componente promediada verticalmente. Las corrientes decaen verticalmente para vientos con una componente dominante perpendicular al eje del Río, y muestran una inversión en su dirección entre los niveles superiores e inferiores para vientos con una componente dominante paralela al eje del Río (panel izquierdo de la Figura 15). Esta característica es consecuencia de la geometría y batimetría de este sistema fluvio-


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marino. Para vientos con una componente dominante perpendicular al eje del Río, el flujo no está inhibido por la batimetría. En cambio, para vientos con una componente dominante paralela al eje, la presencia de la costa en el Río de la Plata Interior exige una compensación del ingreso (egreso) de agua en las capas superiores por un egreso (ingreso) de agua en las inferiores, dando lugar al patrón de inversión observado en las corrientes.

La ocurrencia de diferentes estructuras verticales de la corriente para diferentes direcciones del viento tiene implicancias en la estructura vertical de densidad que, consistentemente, se pueden advertir en perfiles observados in situ de la salinidad así como en soluciones numéricas con modelos baroclínicos. Vientos del noreste (sudoeste) producen un cambio en el campo de salinidad consistente con una extensión hacia la costa sur (norte) del frente de superficie y un incremento de la estratificación a lo largo de dicha costa. Cuando el viento sopla paralelo al eje del Río, la ocurrencia de una inversión en la dirección de la corriente entre las capas inferior y superior, incrementa o debilita la estructura vertical de salinidad. El debilitamiento, y eventualmente quiebre de la estratificación ocurre más favorablemente como consecuencia de vientos intensos y/o persistentes del sector sudeste. Como la alternancia de los vientos de nordestes a sudoestes es la característica dominante de la variabilidad del viento de superficie en escalas sinóptica a intra-estacional en la región, los vientos son en general favorables al mantenimiento de una cuña salina en el Río de la Plata. Aunque los vientos del noroeste normalmente no son ni intensos ni persistentes en la región, su efecto es también la intensificación de la estratificación. Más aún, los sudestes intensos que pueden destruir la estructura vertical no son frecuentes, sino que ocurren unas pocas veces al año en relación con eventos ciclogenéticos (Sudestadas). PPor lo tanto, la combinación de la geometría del Río de la Plata y la variabilidad prevaleciente de los vientos hace que el sistema sea en si mismo eficiente en mantener la estructura de cuña salina. El hecho de que la estratificación esté altamente afectada por la variabilidad de escala corta del viento indica que el ciclo estacional puede explicarse no como el resultado de los vientos medios durante cada estación, sino como una consecuencia de que el verano (invierno) está caracterizado por una mayor frecuencia de vientos del noreste (sudoeste). En realidad, las condiciones clásicamente definidas como características de verano o invierno (Figura 3) pueden ocurrir durante cualquier época del año con alta variabilidad. Para ilustrar este hecho, la Figura 16 muestra composiciones (o promedios) de observaciones históricas CTD (conductividad y temperatura en función de la presión) de salinidad para diferentes direcciones del viento. En ella se promediaron observaciones de cruceros con una distribución modal del viento dentro de 10 días de los sectores noreste, sudeste, sudoeste y noroeste. Los cuadros internos representan las distribuciones modales del viento, de la estación meteorológica de Pontón Recalada, para cada composición. Nótese que las principales características del frente de salinidad dependen más del viento local que de la estación en la cual se obtuvieron los datos.

Izquierda: perfiles característicos de las corrientes para vientos de diferentes sectores, derivadas de datos ADCP en la región frontal del Río de la Plata. Derecha: composiciones de perfiles de salinidad en la vecindad del punto donde se observaron las corrientes del panel izquierdo, para vientos de los sectores noreste, sudeste, sudoeste y noroeste. Adaptado de Simionato et al. (2007).

Figura 15

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Figura 16 Composiciones por dirección del viento de campos superficiales de salinidad. Se utilizaron datos de CTD de cruceros oceanográficos y vientos en la estación Pontón Recalada. Los cuadros interiores muestran los histogramas del viento correspondientes a los datos compuestos.

La circulación gravitacional

Una cuestión remanente es si la circulación gravitacional ocurre o no en el Río de la Plata. Las observaciones ADCP muestran que las medias temporales cambian de uno a otro período observado, son muy pequeñas y sus desvíos estándar las exceden entre 5 y 10 veces. El análisis de las observaciones no ha sido hasta el momento capaz de extraer una señal significativa que ocurra para todas las direcciones del viento. Evidentemente, la circulación gravitacional es muy pequeña en comparación con la señal dominada por el viento y la marea que ocurre en este sistema. Por lo tanto, sería necesario disponer de un período de observaciones muy largo para filtrar la variabilidad en escalas estacional, intra-estacional y sinóptica forzada por el viento para discriminar apropiadamente la circulación gravitacional.

Plumas de los tributarios o corredores de flujo

El camino de las plumas de los principales tributarios del Río de la Plata a lo largo del Río Superior y Medio ha sido estudiado mediante simulaciones numéricas. Aunque existen discrepancias menores entre los resultados de las diferentes simulaciones y su interpretación, hay consenso respecto de que para condiciones de descarga media las aguas de los tributarios mayores del Río de la Plata fluyen formando tres plumas (o corredores


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de flujo) principales. Las aguas de los ríos Uruguay y Paraná Guazú-Sauce-Bravo ocupan principalmente la costa norte (uruguaya) y la parte central del canal con alguna mezcla menor entre ellas, mientras que las aguas del Paraná de las Palmas fluyen a lo largo de la costa sur (argentina). La ocurrencia y el patrón de las plumas o corredores están controlados por la descarga, la geometría y la batimetría del Río de la Plata. De este modo, la costa uruguaya está mayormente afectada por aguas del Río Uruguay y la costa argentina, por aguas del Paraná de las Palmas. Aunque este esquema de flujo ha sido derivado de simulaciones numéricas, es consistente con lo que puede inferirse de la conductividad, de la distribución de sedimentos de fondo y de imágenes satelitales de color.

Izquierda: perfiles característicos de las corrientes para vientos de diferentes sectores, derivadas de datos ADCP en la región frontal del Río de la Plata. Derecha: composiciones de perfiles de salinidad en la vecindad del punto donde se observaron las corrientes del panel izquierdo, para vientos de los sectores noreste, sudeste, sudoeste y noroeste. Adaptado de Simionato et al. (2007).

Figura 17

OlasConsiderando la orientación general del Río de la Plata (noroeste-sudeste) y su profundidad, sólo las olas que se propagan desde el sudeste pueden alcanzar el Río de la Plata Interior (Superior y Medio). En general, las olas de período relativamente largo, provenientes de las aguas profundas del Océano Atlántico, se amortiguan y rompen a medida que se propagan hacia el interior. Por lo tanto, se considera que la generación local de olas sobre el Río de la Plata es la causa principal del oleaje en esa zona. Mediciones realizadas en la zona de Costanera Sur de Buenos Aires mostraron que el rango más frecuente de los períodos se encuentra entre los 3 y 4 segundos, siendo poco probables aquellos mayores de 7 segundos. En cuanto a las alturas significativas, el rango más frecuente es de 0,20 a 0,60 m, siendo improbables olas de más de 1,50 m. En el Río de la Plata Exterior el clima de olas resulta de una combinación de olas de fondo (swell, no relacionadas con vientos locales) y las olas marinas (generadas por vientos locales), con alturas predominantes entre 0,5 y 1,5 m y con periodos de 4 a 6 segundos cuando prevalecen las olas marinas y 10 a 12 segundos, cuando prevalecen las olas de fondo.

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MorfologíaEl Río de la Plata se encuentra ubicado en la confluencia de dos unidades fisiográficas bien definidas: el Escudo Uruguayo-Brasileño (predominantemente granítico) y la cuenca sedimentaria de la Pampa Argentina (con una profundidad de más de 2000 m de sedimentos finos). En consecuencia, la costa del Río de la Plata presenta características contrastantes. A saber: la costa uruguaya está caracterizada por playas arenosas, barras, cordones litorales y dunas, y la costa argentina es baja, aplanada, pantanosa y con algunos cordones antiguos de playa. La evolución geológica y paleográfica del Río de la Plata está relacionada a los cambios relativos del nivel del mar ocurridos durante el Cuaternario Superior (Figura 18) a lo largo de la Plataforma Continental, involucrando procesos litorales y continentales que modelaron la costa. El lecho del Río de la Plata, dada su gran extensión, presenta una serie de geoformas asociadas a la dinámica de los sedimentos. Estos rasgos geomorfológicos consisten en bancos e islas (que encauzan las descargas fluviales y, al mismo tiempo, atrapan y/o dispersan sedimentos), en cuencas erosivas (que actúan alternativamente como receptores temporarios y como fuentes de aporte de sedimentos) y en canales (que representan las rutas de descargas fluviales). En la cabecera del Río de la Plata, en la transición con el Río Paraná, se ubica el amplio Delta del Paraná, que constituye la principal geoforma del sistema interno.

Figura 18 Evolución del sistema del Río de la Plata (de López Laborde, 1997).


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SedimentologíaPoco se conoce acerca de la dinámica y los flujos de sedimentos a través del Río de la Plata. La descripción básica de la sedimentología de la región fue realizada por diversos autores entre las décadas del ’70 y ‘80. Los sedimentos provienen fundamentalmente del río Paraná (de las Palmas y Guazú), que distribuye sus aguas de modo no homogéneo a lo largo del Río (Figura 14) y del escurrimiento de los pequeños tributarios menores a lo largo de la costa bonaerense. La turbidez en el Río de la Plata resulta de diversos procesos, cuya importancia relativa cambia de una región a otra: la descarga sólida de los ríos tributarios, la resuspensión por olas y corrientes, la resuspensión debida a la actividad antrópica (dragado, pesca de arrastre), los procesos de sedimentación, floculación y decantación. En la zona de la cuña salina, donde se produce el encuentro de las aguas de origen continental con las del mar (Figura 3), se produce el efecto de floculación de los sedimentos en suspensión. En esta región se observa una ZMT (Figura 4). Como resultado de la deposición de sedimentos la proporción de los mismos que llega efectivamente al mar es muy baja y es por eso que en el Río de la Plata los bancos se encuentran en constante proceso de crecimiento. No obstante, hasta el inicio de este proyecto no se había intentado una cuantificación de los flujos de sedimentos de una a otra área del Río. La turbulencia sobre el fondo, generada por las corrientes de marea, el oleaje y los vientos, puede ser suficiente para mezclar y homogeneizar la columna de agua y, además, resuspende el sedimento. Los materiales en suspensión oscilan alrededor de los 100 mg l-1 pero muestran concentraciones que fluctúan dependiendo principalmente de la variabilidad de los aportes del río Paraná, de la resuspensión local debida a la hidrodinámica y posibles patrones de advección altamente dependientes de las condiciones hidro-meteorológicas. Los principales antecedentes de trabajos sobre la sedimentología basados en observaciones son estudios de imágenes satelitales de la ZMT. Sin embargo, los altísimos niveles de turbidez observados en el Río de la Plata convierten en un desafío la determinación apropiada de los valores de sedimentos inorgánicos en suspensión y clorofila a partir de observaciones de turbidez. La calibración y validación de modelos e imágenes satelitales requiere de gran cantidad de observaciones in situ. Los modelos son herramientas muy útiles que reproducen procesos que de otro modo sólo serían conocidos de la teoría o de extensivas campañas experimentales. Sin embargo, mientras que la hidrodinámica obedece a leyes universales, los procesos sedimentológicos dependen específicamente del lugar. De esta manera, si no se dispone de buenos y abundantes datos de campo es imposible abordar la temática del transporte de los sedimentos finos. Algunos parámetros hidrodinámicos (por ejemplo, el nivel del mar y la salinidad) han sido monitoreados en el Río de la Plata durante varios años, pero otros parámetros (como ser, las olas y la evolución temporal de los perfiles verticales de sedimentos en suspensión) han recibido poca atención. Por ese motivo, la observación fue uno de los objetivos principales de este Proyecto.

TAREAS DE CAMPO REALIZADAS EN EL MARCO DEL PROYECTO


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Los estudios de la dinámica sedimentológica del Río de la Plata y su variabilidad espacio-temporal, requieren de diversos tipos de observaciones hidro-sedimentológicas: turbidez, temperatura, salinidad, corrientes, olas, sedimentos de fondo, material en suspensión y variables meteorológicas. Teniendo en cuenta las implicancias ecológicas de la temática del Proyecto, es importante medir, además, oxígeno y clorofila. Equipos fijos montados en puntos geográficos específicos midiendo con alta frecuencia son útiles para proporcionar información acerca de las escalas temporales de variabilidad, mientras que campañas oceanográficas a lo largo del sistema fluvio-marino son complementarias, aportando información acerca de la distribución espacial y conectando las observaciones de las estaciones fijas entre sí. Al mismo tiempo, el sensoramiento remoto proporciona la oportunidad de observar con una frecuencia relativamente alta. Aunque las observaciones satelitales de temperatura superficial del mar y turbidez están altamente contaminadas por la presencia de nubes, proveen observaciones con alta resolución espacial, que permiten complementar la vista sinóptica de las variables y analizar su variabilidad espacio-temporal, en la medida que puedan ser adecuadamente calibradas con observaciones in situ. En este sentido, en el marco del Proyecto, se instalaron estaciones fijas de observación en tres sitios del Río de la Plata, se realizaron siete campañas oceanográficas con muestreos en 26 puntos y se procesaron imágenes satelitales MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) y SeaWIFS (Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor) diarias de material en suspensión y clorofila-a de alta resolución. Las campañas fueron realizadas con gran frecuencia a lo largo del año a fin de estimar la variabilidad espacial en escala estacional y durante las mismas se realizó la instalación y el mantenimiento de los instrumentos instalados en las estaciones fijas. La Figura 19 muestra los sitios de muestreo; los círculos corresponden a las estaciones fijas, mientras que los cuadrados indican las posiciones de las estaciones oceanográficas. Los equipos fijos fueron instalados en Pilote Norden a 34° 37’ 40,01’’ S y 57° 55’ 10,56’’ W (círculo amarillo en la Figura 19) y Torre Oyarvide a 35° 6’ 0,00’’ S y 57° 7’ 48,00’’ W (círculo naranja en la Figura 19). Adicionalmente, se instaló una boya oceanográfica, que fue fondeada en la ZMT a 35° 12’ 0,00’’ S y 56° 24’ 0,00’’ W (círculo rojo en la Figura 19). Las posiciones en las que se realizaron observaciones durante las campañas oceanográficas (cuadrados negros en la Figura 16) fueron seleccionadas a fin de proporcionar una adecuada cobertura del sistema fluvio-marino, especialmente de las regiones en las que se espera que la variabilidad maximice.

Figura 19 Ubicación de las estaciones fijas de muestreo (círculos) y de las estaciones oceanográficas (cuadrados). Las líneas verdes representan las transectas a lo largo de las cuales se programó realizar las observaciones.

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Figura 20 Izquierda y centro: Pilote Norden y Torre Oyarvide durante la instalación de los equipos. Derecha: Equipo SMATCH de medición de temperatura, conductividad y presión, y SP2T y equipo de medición de turbidez (derecho arriba). El panel inferior derecho muestra las tres estacas donde se fijaron los equipos SMATCH y SP2T.

Boya oceanográficaLa boya oceanográfica monitorea variables atmosféricas (dirección e intensidad del viento, presión, temperatura del aire, humedad y precipitación) mediante una estación automática Väisälä y variables oceanográficas (temperatura, salinidad, presión, turbidez, oxígeno disuelto, fluorescencia, corrientes y olas) mediante un equipo SMATCH y un Perfilador Acústico Vertical Doppler o ADCP (Figura 21). También cuenta con un panel solar para alimentación y dos baterías que aseguran la autonomía, así como con un GPS (posicionador satelital) que registra la posición geográfica del equipo, un compás magnético que observa su rumbo u orientación y una antena que trasmite los datos vía satélite.

Estaciones fijasEn las estaciones fijas de Pilote Norden y Torre Oyarvide se instaló un equipo SMATCH (Sonda Autónoma Multiparámetro con Transmisión y Cloración) (Figura 19). La sonda posee sensores que miden la presión atmosférica, el nivel del agua, la temperatura y la conductividad. Adicionalmente, se instaló un sensor de presión para olas (SP2T) y un sensor de turbidez. Los sensores del SMATCH y el de turbidez fueron programados para medir durante 15 minutos cada hora, mientras que el del SP2T se programó para medir cada un segundo durante 10 minutos y se enciende cada 60 minutos. Se adquirió un conjunto adicional de instrumentos, de modo de permitir la calibración en tierra previa a la instalación, así como el intercambio de equipos, y como modo de garantizar las observaciones a lo largo del período del estudio en caso de falla de alguno de ellos.


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Boya oceanográfica con la estación meteorológica en la parte superior (panel izquierdo), equipo SMATCH de medición oceanográfica (panel central) y ADCP (panel derecho).que el transporte se incremente (reduzca) bajo condiciones de descarga alta (baja), los patrones descriptos se preservan.

Figura 21

El equipo SMATCH, similar al instalado en las otras estaciones fijas, mide temperatura, salinidad, presión, turbidez, oxígeno disuelto y fluorescencia y fue adquirido por duplicado. La información de corrientes y olas (procesadas a partir de la velocidad orbital) es adquirida por el ADCP. Éste es un WorkHorse Sentinel (Figura 21) que trabaja a una frecuencia de 1200 KHz. El ADCP fue programado para medir el campo de corrientes en la columna de agua bajo la boya cada 0,5 m (observando hacia abajo) y almacenar la información en dos memorias internas. Estos datos deben ser descargados manualmente durante las campañas. Este instrumento mide, además, la intensidad del eco recibido, la cual se puede calibrar para proporcionar una medida indirecta de la turbidez en la columna de agua.

La boya fue amarrada a dos muertos de 5 toneladas de peso que la mantienen en la zona de interés y evitan que derive debido a la corriente (Figura 22). El uso de dos muertos en lugar de uno tiene como objetivo, además, evitar el excesivo rolido de los instrumentos. El ajuste final de la dirección de observación se realiza utilizando la información provista por el compás magnético.

Campañas oceanográficasEn cada uno de los 26 puntos seleccionados para la realización de estaciones oceanográficas (Figura 19) se muestrearon perfiles de conductividad, temperatura y presión (mediante CTD) y se extrajeron muestras de agua y sedimentos de fondo. Los perfiles CTD fueron realizados

Esquema del fondeo de la boya oceanográfica.

Figura 22

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Análisis de turbidez con un equipo marca Hach (izquierda) y filtrado in situ de muestras de agua para el análisis del contenido de clorofila (derecha).

Figura 24

Entre los años 2009 y 2010 se realizaron las siguientes campañas, a bordo de buques de las Armadas Argentina y Uruguaya (Figura 25):

a.Del 23 al 28 de noviembre de 2009 a bordo del “ARA Ciudad de Rosario”; b.Del 17 al 20 de marzo de 2010 y 8 de abril a bordo del “ARA Ciudad de Rosario” y “ARA Cormorán”, respectivamente. c. Del 23 al 26 de junio de 2010 a bordo del “ARA Ciudad de Rosario”. d.Del 23 al 25 y del 26 al 27 de agosto de 2010 a bordo del “ROU Maldonado” “ROU Sirius”, respectivamente. e. Del 25 al 27 y el 28 de octubre de 2010 a bordo del “ROU Maldonado” y del “ROU Sirius” respectivamente. f. Del 15 al 17 de diciembre de 2010 a bordo del “ARA Ciudad de Rosario”.

Entre el 30 de septiembre y el 5 de octubre de 2010 se realizó una campaña adicional de alta resolución a bordo del “INIDEP Capitán Cánepa” (Figura 25). Durante la misma se realizaron 18 estaciones CTD en dos transectas perpendiculares al frente de salinidad del Río de la Plata (puntos negros en la Figura 26). Además en 3 puntos intermedios (rojos en la Figura 26) se realizaron perfiles yoyó (subiendo y bajando el instrumento y realizando de esta manera mediciones de la variabilidad del perfil vertical a lo largo del ciclo de marea), con un período de 30 minutos a lo largo de 12 horas. El total de los perfiles realizados fue de 24 en cada uno de los puntos.

Además se realizaron en cada uno de los puntos de muestreo análisis de turbidez con un equipo de mano marca Hach y se practicó el filtrado in situ de muestras de agua para la determinación del contenido de clorofila (Figura 24).

Draga Van Veen (izquierda), bomba de agua Flygt (centro) y CTD con turbidímetro y fluorómetro (derecha).

Figura 23

con un equipo Seabird 19 Plus (Figura 23) que registra, además de la temperatura, la conductividad y la presión, la fluorescencia (a través de un instrumento Sea Point) y la turbidez (mediante un OBS3+). El equipo fue programado para medir con una frecuencia de 2 Hz. Las muestras de agua fueron extraídas con una bomba sumergible marca Flygt y los sedimentos de fondo con una draga tipo Van Veen (Figura 23).


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Buques utilizados para la realización de las campañas oceanográficas.

Figura 25

Estaciones de muestreo CTD, muestras de fondo y agua de la campaña realizada a bordo del Capitán Cánepa en septiembre/octubre de 2010

Figura 26

ANÁLISIS DE DATOS

ANÁLISIS DE DATOS

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En el marco del Proyecto se realizó una importante tarea de recopilación y análisis de toda la información de los antecedente disponibles respecto de la dinámica de sedimentos en el Río de la Plata. Dichos datos fueron procesados, georeferenciados e incorporados a un Sistema de Información Geográfica (GIS).

Sedimentos en suspensión

Trabajos anteriores (décadas del ‘60, ‘70 y ‘80) reportaron, en el Río de la Plata Superior, valores medios de concentración de sedimentos en suspensión que oscilan entre los 60 y los 100 mg l-1, con picos de hasta 600 mg l-1. Secciones verticales de la concentración de material en suspensión en transectas transversales al Río Superior muestran valores de un mismo orden de magnitud, con una mezcla vertical prácticamente completa y un decrecimiento desde la costa argentina a la uruguaya. Secciones en transectas longitudinales muestran que las diferencias de la concentración entre el fondo y la superficie aumentan aguas abajo, sugiriendo una mezcla menor a medida que la distancia a los tributarios aumenta. Se compilaron también mediciones realizadas a lo largo de los canales de navegación del Río de la Plata Superior y Medio de la concentración total de sedimentos en suspensión y diámetro medio del sedimento (d50). Las concentraciones observadas varían entre 10 y 1.000 mg l-1, aumentando sobre el canal Punta Indio. Los valores del d50 varían entre 4 y 8 μm, para el Río de la Plata Superior y entre 3 y 17 μm, para el Río de la Plata Medio. Las observaciones en el Río de la Plata Exterior muestran valores algo mayores a los correspondientes al Río de la Plata Interior, pero también son mayormente de origen fluvial a través de la erosión del sedimento de fondo, siendo el aporte marino prácticamente despreciable. Los antecedentes sugieren que el ingreso de sedimentos al Río de la Plata se produce básicamente por los aportes de sus tributarios. El material en suspensión es limo-arcilloso, con una velocidad de caída pequeña, por lo que su concentración tiene una respuesta lenta a cambios en la velocidad de la corriente o en la batimetría.

Sedimentos de fondo

Los antecedentes también muestran que en el Río de la Plata Superior se pueden diferenciar tres áreas principales (ver panel izquierdo de la Figura 27): i) un área de arenas, que se observa en asociación a la descargas de los tributarios, producto de la deposición de los sedimentos más gruesos generalmente transportados como carga de fondo (casi exclusivamente arena con diámetros medios de 100 a 400 μm), que conforman el frente del delta subfluvial y la región de Playa Honda; ii) un área de limos, que se extiende aguas abajo de la zona de arenas; y iii) un área de fangos (sedimentos predominantemente limosos, sin arena y con poco contenido de arcilla) que se extiende hacia la costa de Buenos Aires. La distribución de sedimentos de fondo del Río de la Plata Exterior (panel derecho de la Figura 27) muestra una presencia importante de arenas, destacándose la existencia de bancos, una franja de arena de playa que bordea la costa uruguaya y porciones menores de mezclas con toscas, conchillas y fangos.

Recopilación y análisis de datos históricos de sedimentos

Figura 27

Izquierda:Composición de los sedimentos de fondo en el Río de la Plata Superior (adaptado de Urien, 1966). Derecha: Composición de los sedimentos de fondo en el Río de la Plata Exterior según Ottmann y Urien, 1966.

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ANÁLISIS DE DATOS

Esquema conceptual de la dinámica general de transporte

En base a los antecedentes disponibles sobre la temática se puede componer un esquema conceptual de la dinámica de sedimentos basado en inferencias a partir de las observaciones. En el mismo se diferencian tres regiones: i) en el Río de la Plata Superior y Medio la dispersión de los sedimentos estaría determinada por la pérdida de competencia de sus grandes afluentes, las olas y la marea; la deposición asociada da origen al delta, formado por arenas medianas a finas y limos, sin elementos arcillosos; ii) en el Río de la Plata Medio aumenta la concentración de arcillas por la remoción sobre el fondo que ejercen las corrientes de marea; iii) en el Río de la Plata Exterior, la descarga fluvial sólo tiene influencia a lo largo de la costa. Un esquema conceptual propuesto por Nagy et al. (1987), propone una morfología de fondo que resulta de la interacción de los sedimentos con las descargas de agua dulce, la intrusión marina y las características de la marea astronómica y la onda de tormenta (Figura 28).

Análisis de datos satelitales de sedimentos en suspensión y clorofila-a

En el marco del Proyecto, IFREMER se procesó y puso a disposición de las instituciones participantes imágenes SeaWIFS y MODIS diarias de alta resolución espacial (250 m y 1 km) de material en suspensión y clorofila-a. Las imágenes fueron procesadas utilizando el algoritmo OC5 desarrollado por IFREMER para aguas altamente turbias, que permite separar la señal de turbidez original (medida por el satélite) de modo de obtener observaciones de clorofila-a y material inorgánico en suspensión. Hasta ese momento la calibración de las imágenes se realizó utilizando los algoritmos desarrollados para aguas francesas, pero serán recalibradas con los datos in situ obtenidos de las campañas realizadas, en el marco del Proyecto.Por esta razón las conclusiones que se discuten a continuación deben considerarse como tentativas y preliminares. Los datos analizados corresponden al período comprendido entre el 10 de julio de 2002 y el 16 de junio de 2010. Los resultados sugieren que las concentraciones de material inorgánico en suspensión y de clorofila-a en el Río de la Plata se encuentran estrechamente ligadas entre sí y fuertemente vinculadas con la hidrodinámica. La concentración de sedimentos inorgánicos en suspensión en superficie es máxima a lo largo de la costa argentina en el Río Superior y Medio y en los extremos de la Bahía Samborombón (Figura 28). Esto podría estar vinculado con la mayor descarga sólida del Río Paraná respecto del Uruguay y las mayores corrientes de marea en la región, que actuarían resuspendiendo los sedimentos y aumentando, consecuentemente, su concentración en superficie.

Figura 28

Esquema conceptual de la morfología de fondo propuesto por Nagy et al. (1987).

ANÁLISIS DE DATOS

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La concentración de sedimentos en suspensión exhibe un máximo en invierno y un mínimo en verano (Figura 30), que podrían relacionarse, además de los ciclos de la descarga sólida, con un aumento de la intensidad media del viento y, consecuentemente, de la altura y frecuencia de las olas, que resuspenden el sedimento. La concentración de sedimentos inorgánicos suspendidos se reduce drásticamente aguas abajo de la Barra del Indio, en asociación con la región del frente de salinidad, como consecuencia de los procesos de deposición que ocurren en esa región. Acompañando esta reducción en la concentración de sedimentos inorgánicos, se observa un marcado incremento de la concentración de clorofila-a (Figura 31), lo cual parece vincularse con la mayor disponibilidad de luz. Las concentraciones de clorofila-a y sedimentos inorgánicos suspendidos aumentan a lo largo de la costa uruguaya del Río de la Plata exterior en invierno y disminuyen en verano, mientras que lo recíproco ocurre a lo largo de la costa argentina (Figura 30 y 31). Esto parece relacionarse con el desplazamiento medio de la pluma de agua dulce a lo largo de esas estaciones, que se mueve hacia el sur en verano y hacia el norte en invierno, en respuesta a la variabilidad del viento. Finalmente, la concentración de clorofila-a en el Río de la Plata, maximiza en verano, mientras que en la Plataforma Continental lo hace en primavera (Figura 31). Una explicación posible es que en este sistema fluvio-marino los nutrientes no constituyen un limitante al desarrollo de algas, sino que más probablemente la temperatura y la cantidad de horas de luz sean los condicionantes principales. En verano, la temperatura es alta, favoreciendo el desarrollo de la vida, y la cantidad de horas de luz aumenta por efectos astronómicos. Concomitantemente, durante esta estación y en todo el Río de la Plata, la concentración de sedimentos inorgánicos también disminuye, constituyendo un factor favorable adicional.

Figura 29 Valor medio (izquierda) y desvío estándar (derecha) de la concentración de material inorgánico en suspensión (arriba) y concentración de clorofila-a (abajo) para el período 10 de julio de 2002 a 16 de junio de 2010. Nótese que las escalas de las figuras son diferentes.

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ANÁLISIS DE DATOS

Figura 30 Valor medio y desvío estándar de la concentración de sedimentos inorgánicos en suspensión en el Río de la Plata para cada estación del año, estimados sobre los datos MODIS disponibles para el período 2002-2010. Nótese que las escalas de las figuras son diferentes.

ANÁLISIS DE DATOS

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Figura 31 Valor medio y desvío estándar de la concentración de clorofila-a en el Río de la Plata para cada estación del año, estimados sobre los datos MODIS disponibles para el período 2002-2010. Nótese que las escalas de las figuras son diferentes.

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ANÁLISIS DE DATOS

Figura 32 Presión atmosférica (en hPa), temperatura del aire (en °C), humedad (en %), precipitación acumulada (en mm) y vectores velocidad del viento medidos durante diciembre de 2010 en la boya oceanográfica.

ANÁLISIS DE DATOS

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Figura 32 Serie de temperatura escala sub-anual (azul), conductividad escala sub-anual (rojo) y turbidez (verde) para una porción del registro de datos adquiridos por la boya oceanográfica. Los días julianos se cuentan a partir del primer día de observación de la boya.

Análisis de datos in situ adquiridos en el marco del proyecto

Análisis del primer año de datos de la boya oceanográfica

La boya oceanográfica instalada en el marco del Proyecto midió datos meteorológicos (ver, por ejemplo, la Figura 32) y una amplia gama de variables oceanográficas. Los datos colectados permitieron, por primera vez, estudiar la variabilidad temporal de los parámetros oceanográficos en la región y su covariabilidad (ver por ejemplo, la Figura 33). Los análisis realizados muestran una gran variabilidad de dichos parámetros y de la turbidez en la región en todas las escalas de tiempo observadas, desde la estacional a la sub-anual. El impacto de la variabilidad atmosférica sobre las características de las aguas en la región es evidente. Los resultados confirman en gran medida las hipótesis acerca de la dinámica estuarina presentadas por diversos autores, sobre la base de análisis de otros conjuntos de datos menos completos y de simulaciones numéricas. Los estudios preliminares deben ser exhaustivamente evaluados y complementados con el análisis de las observaciones de olas y corrientes colectadas con el ADCP. Se espera continuar con estos estudios a partir del 2011. La gran variabilidad observada y la asociación con la variabilidad atmosférica sugieren que el Río de la Plata responde rápida e intensamente a cambios en su forzante. En este sentido, es esperable que en otras escalas no observadas en este conjunto de datos (inter-anual o mayores) se produzcan cambios importantes, cuyo estudio sólo es posible a través de un monitoreo continuo a lo largo de varios años.

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ANÁLISIS DE DATOS

Figura 34 Profundidad en metros (panel superior) y Salinidad en PSU (panel inferior) para la estación de Torre Oyarvide en el período del 24/06/10 al 26/10/10.

Datos de los sensores SMATCH en las estaciones fijas

Los instrumentos colocados en las estaciones de Pilote Norden y Torre Oyarvide, registraron datos de temperatura, conductividad (salinidad), turbidez, presión (para olas) y presión atmosférica. Como ejemplo de los resultados preliminares, las figuras 34 y 35 muestran las variables observadas durante el período comprendido entre el 24 de agosto y el 26 de octubre de 2010 en Torre Oyarvide. Se observa gran variabilidad del nivel del mar sobre el sensor de presión, con ciclos semidiurnos y diurnos, debidos a las diferentes componentes de marea, así como variabilidad de más baja frecuencia, asociada al forzante atmosférico. La salinidad tiende a ser baja durante la mayor parte del período observado, con valores próximos a cero. Sin embargo, ocurren eventos aislados en los que la salinidad aumenta a lo largo de algunos días u horas alcanzando valores de hasta 10 PSU. Durante estos eventos se observan simultáneamente aumentos en el nivel del mar, descensos de la temperatura y aumento de la turbidez, lo que sugiere que los eventos observados se vinculan con intrusión de agua marina más fría y/o mezcla producida por efecto del viento.

ANÁLISIS DE DATOS

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Figura 35

Figura 36

Temperatura en °C (panel superior), Turbidez en NTU (panel inferior) para la estación de Torre Oyarvide en el período del 24/06/10 al 26/10/10.

Presión del sensor de olas, cada 1 segundo, a un período de 10 minutos, entre las 19:28 y las 19:38 horas, del 26 de octubre de 2010.

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ANÁLISIS DE DATOS

Análisis de las muestras de sedimentos de fondo y en suspensión colectadas durante las campañas

Los análisis de laboratorio de las muestras de sedimento de fondo (ver, por ejemplo, la Figura 37) y en suspensión (ver, por ejemplo, la Figura 38) colectadas durante las campañas oceanográficas permitieron realizar una caracterización de la distribución espacial de sedimento en el Río de la Plata. La composición del sedimento de fondo muestra una predominancia de los limos, principalmente en la zona superior y media, en relación a las arcillas y a las arenas, siendo estas últimas las de menor porcentaje. En la zona exterior el porcentaje de arcilla aumenta. En las estaciones ubicadas sobre la costa uruguaya en la zona exterior se observa un pequeño porcentaje de grava.

Las muestras de sedimento en suspensión adquiridas en todas las campañas muestran una predominancia de limos respecto de las arcillas en la zona superior y media, con un aumento del porcentaje de arcillas en la zona exterior. Estos resultados sugieren que las arcillas que ingresan al sistema permanecen en suspensión y alcanzan la zona exterior, mientras que los limos decantan en la zona interior. Además, la resuspensión de arcilla (más predominante en el fondo) en la zona exterior podría estar favoreciendo la distribución observada. La concentración de sedimentos en suspensión muestra, a profundidad media, valores relativamente homogéneos, del orden de 50 mg l-1, en la zona superior, con cierta variabilidad entre las campañas. En la región media las concentraciones son mayores que en la región superior; además se observa menor concentración en la porción norte (hacia la costa uruguaya) que en la porción sur (hacia la costa argentina). En la región de la Barra del Indio se observa, en general, un aumento de las concentraciones; los valores más bajos de concentración se registran sobre la costa uruguaya. En la zona exterior del Río de la Plata se observan concentraciones mayores en el fondo que en la superficie, lo que indica una variación en la vertical de la concentración, posiblemente asociada a eventos de resuspensión.

Figura 37 Distribución espacial de la composición (en %) de las muestras de sedimento de fondo obtenidas en la primer campaña oceanográfica, noviembre de 2009.

ANÁLISIS DE DATOS

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Figura 38 Distribución espacial de la composición de las muestras en suspensión a profundidad media (panel superior) y cerca del fondo (panel inferior) obtenidas en la primera campaña oceanográfica, noviembre de 2009.

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ANÁLISIS DE DATOS

Datos de caudal (marrón) y de salinidad (azul) y temperatura (rojo) de la boya oceánica durante el período en que se realizaron las campañas oceanográficas. Las barras indican los momentos de los cruceros.

Figura 39

Campos de temperatura, salinidad y otros parámetros físicos observados durante las campañas oceanográficas

La zona muestreada por las campañas oceanográficas fue monitoreada en forma continua con la Boya Oceánica. La Figura 39 presenta la evolución temporal de la temperatura y la salinidad medida en la boya durante el período de las campañas. En la figura se superpuso la descarga continental total en la línea Tigre-Carmelo. La característica dominante en la temperatura es el ciclo anual típico de clima templado. La serie de salinidad, en relación con los valores históricos en el área de la boya (7,5 a 12,5 UPS) estuvo caracterizada por una salinidad muy baja entre noviembre de 2009 y julio de 2010 (con valores menores a 10 UPS) y concentraciones intermedias (entre 5 y 20 UPS) entre julio de 2010 y el final del registro en enero de 2011. El período de baja salinidad coincide con el período de extrema descarga continental. La segunda parte de la serie, con valores similares a los históricos se correlaciona con condiciones de caudal normal.

El área muestreada por el Proyecto durante las campañas (Figura 39) comprende una región fluvial interior con profundidades entre 1 y 5 m y una región externa con aguas salobres y profundidades entre 5 y 25 m. Estas dos regiones están separadas por la Barra del Indio, un banco sumergido que impide el ingreso de agua salobre, más densa, que penetra aguas arriba sobre el lecho marino. La distribución de los campos de temperatura y salinidad observados en las campañas realizadas muestra, a lo largo de la Barra, gradientes horizontales significativos, particularmente en salinidad. En lo que sigue se describen, como ejemplo de los resultados obtenidos durante las campañas, las condiciones observadas durante el primer crucero. Esta campaña (23 al 28 de noviembre de 2009) se realizó bajo condiciones normales de descarga continental (con el caudal observado comprendido entre los percentiles 25 y 75, Figura 39) y vientos leves (5,5 ± 1,6 m s-1) dominantes de entre los sectores norte a sudeste. El campo horizontal de temperatura de superficie y fondo (paneles superiores de la Figura 39) muestra en la zona interior del Río (al oeste de la Barra del Indio) homogeneidad térmica horizontal y vertical con valores de temperatura de entre 22 y 23° C. La región externa, al este de la barra, muestra estratificación vertical con valores en superficie de 21° C y de entre 16 y 18° C para la capa de fondo. Estas temperaturas están asociadas a aguas frías ubicadas a mayores profundidades. El campo de fondo define un frente térmico con un cambio cercano a 3° C a través de la Barra del Indio. El campo horizontal de salinidad, tanto en superficie como en fondo (paneles inferiores de la Figura

ANÁLISIS DE DATOS

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40) presenta un frente salino débil en la distribución de superficie pero intenso sobre el fondo. La presencia del Canal Oriental, con mayores profundidades, a lo largo del litoral uruguayo permite el ingreso de aguas de plataforma más salinas (salinidades superiores a 20 UPS). El frente salino de fondo, en este caso resulta más intenso. Las condiciones de viento persistente de los sectores norte, noreste y este durante la campaña forzó la descarga de las aguas del Río de la Plata a lo largo del litoral argentino, no observándose gradientes salinos significativos en superficie y sólo una débil señal en la capa de fondo.

Figura 40 Temperatura en °C (arriba) y salinidad en UPS (abajo) de superficie (izquierda) y fondo (derecha) observada durante la Campaña 1, realizada en noviembre de 2009.

La Figura 41 muestra vectores de velocidad de corriente medidos por el ADCP de la boya oceánica acumulados durante los días 27 al 30 de Noviembre, mostrando la trayectoria probable del agua en dicho punto para los niveles 3 m (puntos rojos) y 9 m (puntos azules). Los resultados confirman la deriva de agua con dirección sur-sudoeste a sur con desplazamientos acumulados de 25 km y 4 km respectivamente.

Figura 41

Trayectoria acumulada de las corrientes observadas con el ADCP de la boya oceánica a 3 m (rojo) y 9 m (azul) de profundidad durante el período de la Campaña 1, realizada en noviembre de 2009.

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ANÁLISIS DE DATOS

Campaña de alta resolución – Octubre de 2010

La campaña de alta resolución realizada entre el 1 y el 4 de Octubre de 2010 se desarrolló bajo condiciones de descarga continental normal con caudales de 23.100 y 19.500 m3s-1 durante los meses previos de agosto y septiembre, respectivamente (Figura 39). Los vientos observados en la boya oceánica (Figura 42) muestran durante los días previos, 27 y 28 de septiembre, vientos muy fuertes, con velocidades mayores que 12,5 m s-1 del este. El día 29 se observaron vientos moderados (8 m s-1) del norte y el día 30 nuevamente vientos muy fuertes (velocidades del orden de 12 m s-1) pero del sector noroeste y oeste. Durante los días de la campaña los vientos fueron débiles provenientes del oeste, sudoeste y noroeste. Estas condiciones de viento indujeron sobre la posición la boya ingreso de agua de plataforma con alta salinidad, luego restitución de aguas diluidas de origen continental, nuevamente ingreso de agua salada y finalmente una gradual dilución durante el desarrollo de la campaña.

Figura 42 Serie temporal horaria de salinidad (línea continua azul), intensidad (línea punteada) y dirección de viento (flechas) correspondiente a la campaña de alta resolución, incluyendo 4 días previos a las observaciones.

El campo horizontal de temperatura de superficie y fondo (panel superior de la Figura 42) presenta homogeneidad horizontal con valores entre 13,5 y 14,5° C para el área externa e interna respectivamente. El campo de salinidad horizontal (panel inferior de la Figura 42) muestra un frente salino moderado en superficie e intenso en el fondo, con rangos de salinidad de 4 a 14 UPS y de 3 a 16 UPS en el fondo. Las secciones de temperatura y salinidad, norte y sur (Figura 43), muestran una condición de mezcla vertical total (sin cuña salina) a excepción de las estaciones 72 y 73 que presentan una débil haloclina de 6 y 4 UPS respectivamente. Esta condición de homogeneidad vertical ha sido forzada, probablemente, por los vientos intensos del este (condición 1 en la Figura 42) y se ha mantenido por los vientos de sudoeste (condición 3).

En esta campaña se realizaron 3 series de temporales de 12 hs cada una, con perfiles CTD cada 30 minutos, 24 estaciones CTD por serie (las posiciones de muestran en la Figura 26). Las estaciones 79(1-24), 80(1-24) y 81(1-25) se realizaron desde aguas relativamente dulces (salinidades entre 0 y 6 UPS) hacia aguas salobres (salinidades entre 12 y 16 UPS), ubicándose la estación 80 sobre el frente de salinidad. En cada una de estas estaciones se monitoreó la estructura vertical de salinidad, temperatura, turbidez y fluorescencia a lo largo del ciclo dominante (semi-diurno) de la marea. La Figura 45 presenta las tres series temporales con los valores de temperatura, salinidad, turbidez y fluorescencia de superficie y la altura de marea relativa medida con la ecosonda científica en cada estación yo-yo. La Figura 46 muestra la diferencia entre el fondo y la superficie (mostrando la oscilación de la estratificación) de cada uno de estos parámetros. Las estaciones 79 y 81 responden a la onda de marea; las crecientes están acompañadas por aumento de salinidad y disminución

ANÁLISIS DE DATOS

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de temperatura, reflejando el ingreso de aguas de la zona externa. La estación central (estación 80) parece responder más a la descarga de agua dulce afectada por el viento; se observa una gradual disminución de la salinidad, con valores de 10 a 5 UPS. La evolución de la estratificación (Figura 46), a lo largo de un ciclo de marea es significativa, con dominancia en la estación frontal (estación 80) y en menor medida sobre la externa (estación 81). La estación del frente salino muestra un aumento en la estratificación de 5 a 11 UPS, pero sin cambios significativos en la temperatura. Esta oscilación es inversa a la corriente de marea, respondiendo por lo tanto al efecto de reconstrucción de la cuña salina en ausencia de viento significativo. La estación externa muestra debilitamiento de la estratificación en respuesta, posiblemente a reflujo de marea observado en esta serie temporal.

Figura 43 Temperatura en °C (arriba) y salinidad en UPS (abajo) de superficie (izquierda) y fondo (derecha) observada durante la Campaña del INIDEP, realizada en Octubre de 2010.

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ANÁLISIS DE DATOS

Figura 44 Sección Norte y Sur de temperatura y salinidad realizada durante la campaña de alta resolución.

Figura 45 Serie temporal de temperatura, salinidad, turbidez y fluorescencia de superficie y oscilación de mareas en las estaciones seriadas 79, 80 y 81.

ANÁLISIS DE DATOS

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Figura 46 Serie temporal de la diferencia entre fondo y superficie de temperatura, salinidad, turbidez y fluorescencia de superficie, como indicador de la estratificación y oscilación de mareas en las estaciones seriadas 79, 80 y 81.

MODELACIÓN NUMÉRICA


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Dominio de los modelos Rank0 y Rank1 y dominio de cálculo.

Implementación del módulo hidrodinámico

Los forzantes que determinan la hidrodinámica en el Río de la Plata, y que en consecuencia tienen una gran incidencia sobre la dinámica de los sedimentos finos son: i.- su geometría y batimetría; ii.- el ingreso del caudal fluvial continental, que interactúa con el agua de origen oceánico; iii.- la onda de marea astronómica y de tormenta que ingresa desde la Plataforma Continental y iv.- el viento local. La circulación gravitacional es prácticamente despreciable y los flujos de calor y agua dulce juegan un rol varios órdenes de magnitud menor que los factores previamente mencionados. Es una hipótesis de este trabajo que las corrientes en la plataforma y el talud no juegan un rol significativo en determinar la dinámica del Río de la Plata, por lo menos a los efectos de la dinámica sedimentológica. Los campos de velocidad y salinidad tienen una incidencia directa sobre la dinámica de los sedimentos. El campo de corrientes, su estructura vertical y la turbulencia influyen sobre la interacción del fondo y la columna de agua (dinámica de deposición-erosión), mientras que la salinidad y la estratificación influyen sobre la floculación y sobre la velocidad de caída de las partículas en suspensión. Debido a esto se deben representar correctamente estos procesos en el modelo hidrodinámico para la región. Esto implica que deben incorporarse de manera realista en las simulaciones los forzantes externos más significativos: marea, viento, descarga continental y forzante meteorológico remoto, así como la baroclinicidad. En la práctica, esto requiere que el dominio de modelado se extienda a lo largo de toda la plataforma continental para representar apropiadamente la propagación de la marea astronómica y la onda de tormenta. Además, la topografía del fondo debe ser correctamente incorporada, dado que ésta determina, en gran medida la circulación. Por la gran complejidad de la batimetría, en consecuencia, la resolución de las aplicaciones numéricas en la región del Río de la Plata debe ser muy alta.

La conjunción del gran dominio y alta resolución requeridas, trae aparejado un costo computacional muy alto, que puede reducirse significativamente por medio de la utilización de un conjunto de aplicaciones anidadas. En la implementación del modelo MARS-3D se utilizó, en consecuencia, un sistema de dos modelos anidados unidireccionalmente de resolución progresivamente mayor, que representan zonas cuyos aspectos dinámicos

Modelación hidrodinámica

Figura 47

66


interesan de modo diferente a los efectos de la aplicación al Río de la Plata. El primero, denominado Rank0 (panel izquierdo de la Figura 47), cubre completamente las plataformas continentales argentina y uruguaya, y parte de la brasileña. Se lo utiliza para proporcionar al modelo anidado subsiguiente (Rank1, panel derecho de la Figura 47) la elevación de la superficie libre debida a la marea astronómica y la onda de tormenta que ingresan al Río de la Plata desde la plataforma continental. Dado que la elevación de la superficie libre es la variable de interés que se busca obtener con este dominio, la aplicación es bidimensional y homogénea. Los forzantes considerados son la marea astronómica, que ingresa por los bordes abiertos, y los campos de viento y presión atmosférica sobre la superficie libre. La grilla elegida es regular de 0,10º en latitud por 0,12º en longitud, lo que representa una resolución de aproximadamente 10 km. Esta resolución es suficiente para representar los procesos de propagación de las ondas y su interacción y transformación en la plataforma.

La marea astronómica introducida en los bordes abiertos del Rank0 proviene de un modelo global de marea denominado FES 2004, cuya resolución es de 0,1°. Se incluyeron las 14 componentes principales de marea: M2, K1, K2, 2N2, M4, MF, MM, MSQM, MTM, N2, O1, P1, Q1, S2. Los campos de viento y presión atmosférica utilizados para forzar el modelo provienen de los reanálisis del NCEP/NCAR (National Center for Environmental Prediction / Nacional Center for Atmospheric Research), con una resolución temporal de 6 horas y una resolución espacial de 2,5º. MARS-3D interpola automáticamente los forzantes a la resolución espacial y temporal del modelo. El paso de tiempo es variable, entre 100 y 600 s, y es ajustado por el automáticamente por el modelo en función de la estabilidad numérica de modo de minimizar el costo computacional.

El Rank1 tiene por objetivo simular el flujo tridimensional y la dinámica de los sedimentos finos en todo el Río de la Plata y en su interacción con la plataforma adyacente. En este caso, debe añadirse a los forzantes incluidos en el Rank0 el aporte de los ríos Uruguay y Paraná (en sus dos brazos, Paraná Guazú y Paraná de Las Palmas), la variación de la densidad asociada y el oleaje. Adicionalmente, el dominio debe ser lo suficientemente grande como para que la extensión de la pluma de agua dulce hacia la plataforma no introduzca problemas numéricos en los bordes. Se optó por extender el dominio de modelado hasta la Laguna de los Patos por el norte y hasta Mar del Plata por el sur. Los límites del dominio de cálculo en la frontera oceánica se ubicaron perpendiculares a la costa. De esta forma los bordes este y oeste se situaron aproximadamente en forma paralela a la línea Punta Rasa – Punta del Este y el límite sur se posicionó de manera tal que la principal componente de marea (M2) ingresa al dominio de cálculo prácticamente con su frente de onda paralelo a la frontera. Adicionalmente, el dominio este se extendió hasta el borde de la plataforma continental, no más allá de los 200 m de profundidad. Esto permite reducir significativamente el paso de tiempo, haciendo el cómputo sensiblemente más eficiente al evitar la propagación de ondas externas en aguas muy profundas, las cuales son extremadamente rápidas. La grilla definida para representar el dominio de cálculo es regular de 0,027º en latitud y longitud, lo que corresponde, aproximadamente, a una resolución de 3.000 m. Esta resolución es suficiente para representar las principales variaciones topográficas del Río de la Plata, que determinan el movimiento a mayor escala. Dado que el Rank1 debe representar los procesos que ocurren en la zona de interacción entre el ambiente fluvial y el marítimo, o región del frente de salinidad, la aplicación es en este caso tridimensional con 10 niveles sigma en la dirección vertical. Las 10 capas verticales están centradas a 0,05; 0,20; 0,35; 0,50; 0,65; 0,75; 0,85; 0,90; 0,95 y 0,97 de la profundidad total en cada punto de grilla. El paso de tiempo es variable entre 50 y 300 s, determinado automáticamente por el modelo en función de la estabilidad numérica.

Los datos de caudal de los ríos Paraná y Uruguay utilizados corresponden a observaciones diarias realizadas en la ciudad de Rosario para el río Paraná y la ciudad de Concordia para el río Uruguay. Para que la configuración de los ríos tributarios resulte realista en las simulaciones, los puntos de grilla correspondientes a los mismos fueron definidos de manera diferente a los demás puntos del dominio de cálculo de modo de tener en cuenta las secciones equivalentes. Para ello se recopiló información correspondiente a las secciones


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transversales de los tributarios, que incluyen al río Uruguay y los dos brazos principales del Paraná (Guazú y Palmas).

Para las simulaciones con MARS-3D (tanto el Rank0 como el Rank1) se generó una línea de costa en escala 1:250.000, a partir de datos provistos por el National Geophysical Data Center (NGDC-NOAA). Esta línea de costa de alta resolución, permite tener una buena descripción de la complicada geometría de la región estudiada, al resolver de modo adecuado las características del Río de la Plata y de los golfos y bahías que se encuentran a lo largo de la Plataforma Continental. La batimetría (Figura 47) se generó en base a datos de distintas fuentes. Para el Río de la Plata y la Plataforma Continental se utilizaron datos provenientes de digitalización de cartas náuticas. Estos datos se completaron con información de las bases globales ETOPO y GEBCO en regiones más profundas o en regiones como la plataforma brasileña, donde no se dispone de observaciones de otra fuente. El objetivo fue obtener una batimetría de alta resolución, adaptada a los requerimientos del Proyecto. Los datos batimétricos fueron interpolados a una resolución de 500 m dentro del dominio limitado por la región comprendida entre 25° 30’ S y 55° 30’ S y 70º 00’ W y 45º 00’ W. Los resultados fueron suavizados, lo suficiente como para evitar grandes gradientes batimétricos en el talud y la Plataforma Continental que podrían inestabilizar el modelo, pero sin dejar de reproducir el fondo del modo lo más realista posible, especialmente en las regiones costeras de interés.

Datos para la calibración hidrodinámica

El conjunto de modelos hidrodinámicos anidados descrito fue calibrado para representar las amplitudes y fases de las principales componentes de la marea astronómica, la onda de tormenta, las corrientes y el campo de salinidad. El ajuste de los niveles se realizó comparando los resultados del modelo con observaciones provenientes de las estaciones mareográficas de Argentina y Uruguay. Para validar la capacidad del modelo de reproducir las corrientes observadas se utilizaron observaciones adquiridas con ADCPs en el período 2003-2004 en dos puntos de la región del frente de salinidad y en un punto ubicado aproximadamente a 3.000 m de la costa de Montevideo. Los resultados del Rank1, baroclínico, fueron comparados además con perfiles CTD de salinidad observados durante el año 2003.

Calibración de la hidrodinámica

Rank0

Dado que el Rank0 es una aplicación bidimensional, la rugosidad de fondo y el coeficiente de viscosidad turbulenta son en este caso los parámetros de ajuste. En su versión bidimensional MARS-3D utiliza la formulación de Strickler para determinar la rugosidad del fondo. Se realizaron, en consecuencia, estudios de sensibilidad al coeficiente de Strickler y al coeficiente de viscosidad turbulenta horizontal. Para ello, se llevó a cabo una serie de simulaciones de un año y medio de duración que sólo incluyeron el forzante astronómico. Las constantes obtenidas por análisis armónico de las soluciones para el último año fueron comparadas con las observadas, derivadas del análisis armónico de series anuales de altura registradas con frecuencia horaria en estaciones costeras de la Plataforma Continental (Colonia, Buenos Aires, La Plata, Montevideo, Punta del Este, La Paloma, Torre Oyarvide, Par Uno, San Clemente, Pinamar, Mar del Plata, San Blas, San Antonio, Punta Colorada, Puerto Madryn, Santa Elena, Comodoro Rivadavia, Puerto Deseado, San Julián, Punta Quilla, Río Gallegos, Punta Vírgenes, Río Grande y Bahía Thetis). El coeficiente de Strickler fue variado entre 25 y 45. El valor final óptimo fue determinado en base a estos estudios de sensibilidad en 36. La ecuación utilizada por el modelo para el cálculo de la viscosidad horizontal (ν) depende del tamaño de grilla (Δx) y de un coeficiente fvisc, de modo que . El valor final óptimo fue fijado en 5.

Como el Rank0 se corre con el fin específico de proporcionar condiciones de contorno al Rank1, los puntos de control más importantes son los más próximos a la frontera del

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dominio. Las estaciones mareográficas más próximas a los bordes abiertos del Rank1 son Mar del Plata y La Paloma. La Figura 48 muestra, como ejemplo, una comparación de observaciones directas con los resultados de la simulación de la propagación de la marea para los valores óptimos, correspondiente a la estación Mar del Plata que revela que el modelo representa satisfactoriamente la elevación del mar.

Figura 48

Figura 49

Comparación de la serie temporal de marea astronómica observada (puntos rojos) con la obtenida de la simulación con el Rank0 (línea negra) en Mar del Plata.

Comparación de las series de nivel del mar observada y simulada para Mar del Plata. Los resultados corresponden al mes de enero del año 2003.

Una vez ajustada la propagación de la marea astronómica se incorporó a las simulaciones el efecto del viento y de las presiones atmosféricas observadas (reanálisis de NCEP/NCAR). Los resultados fueron analizados comparando los niveles simulados con los medidos en las diversas estaciones costeras de la Plataforma Continental. La Figura 45 muestra, como ejemplo, una comparación para Mar del Plata, correspondiente a enero de 2003. El modelo reproduce satisfactoriamente las fluctuaciones observadas de la superficie libre. Las diferencias son probablemente más atribuibles a limitaciones en el forzante utilizado, de resolución espacio-temporal relativamente baja, que a la capacidad del modelo de representar la naturaleza.

Rank1

La calibración del modelo hidrodinámico tridimensional Rank1 requiere el ajuste de un número mayor de parámetros: la rugosidad del fondo, la parametrización de la turbulencia horizontal y vertical y la tensión de corte del viento (a través del coeficiente de arrastre). Para evaluar la sensibilidad de la solución numérica a la configuración elegida, se realizaron diversas simulaciones variando dichos parámetros. Para determinar la capacidad de representación de cada una de las configuraciones, se realizaron comparaciones entre los niveles y las corrientes observadas y simuladas en los sitios donde se dispone de datos.


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En este caso, también se compararon las soluciones numéricas con perfiles de salinidad observados. Los primeros estudios de sensibilidad fueron a la tensión de corte del viento, en la que se consideró como caso control un coeficiente de arrastre constante de 0,0016. Luego, se realizaron dos estudios de sensibilidad, uno con un valor constante de 0,0020 y otro considerando variable dicho coeficiente según la formulación propuesta por Large y Pond. A continuación se realizaron estudios de sensibilidad a la rugosidad del fondo, representada por el parámetro Z0. Este fue variado de 0,0010 a 0,0001. La sensibilidad a la viscosidad horizontal en la formulación de Smagorinsky fue estudiada reduciendo el coeficiente de 0,27 a 0,10. En general se observa muy baja sensibilidad de las soluciones numéricas a los parámetros mencionados. Finalmente se hicieron estudios de sensibilidad a la parametrización de la turbulencia vertical. Para ello, se cambió del esquema de una ecuación propuesto por Gaspard al esquema de dos ecuaciones de Mellor y Yamada con dos formulaciones diferentes. Los resultados revelan que para los niveles y las corrientes el efecto es menor, pero para la salinidad es importante, generando una disminución de los gradientes y un mejor ajuste general a las observaciones disponibles. Los resultados de la comparación punto a punto de perfiles de salinidad muestran que los dos esquemas de Mellor y Yamada aplicados conducen a resultados similares. Teniendo en cuenta la dificultad de comparar directamente una solución numérica con perfiles observados, obtenidos en puntos específicos, puede decirse que el desempeño del modelo es satisfactorio.

Figura 50 Niveles observados (azul) y simulados (negro) en varias estaciones del Río de la Plata durante diversos períodos del año 2003. Elevaciones en m.

Se realizaron comparaciones entre el nivel medio del mar observado y simulado para las diversas configuraciones en las estaciones mareográficas Mar del Plata, La Paloma, Montevideo, Torre Oyarvide, Colonia y Buenos Aires. Los resultados de la comparación para el caso control se muestra en la Figura 50, donde se observa que el modelo representa,

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en general, adecuadamente las principales oscilaciones en todo el dominio de cálculo. Las principales discrepancias se vinculan con eventos de tormenta y probablemente sean más atribuibles a limitaciones en el forzante meteorológico utilizado (de baja resolución espacio-temporal) que en la física del modelo. Finalmente, se efectuaron comparaciones de las corrientes observadas con los ADCP y las simuladas. Las observaciones muestran, en general, un aumento de la dispersión a medida que la profundidad disminuye (y el número de capa del modelo aumenta). Esto refleja el efecto del viento en las corrientes. Aunque esto se observa también en las simulaciones, la dispersión resulta menor que la observada. No obstante, el modelo reproduce adecuadamente el rango de la velocidad y su dirección. Debe tenerse en cuenta que la velocidad en un punto no es una medida integrada y que, por lo tanto, la comparación realizada es muy exigente. Se concluye que, en general, los resultados son satisfactorios y la calidad de las simulaciones suficiente como para proporcionar forzantes adecuados a los flujos de sedimentos finos, que son el objetivo primordial del estudio encarado en este Proyecto.

Modelación sedimentológicaImplementación del modelo

El módulo sedimentológico incluido en MARS-3D se compone de un modelo de múltiples capas de sedimentos, que consideran los procesos de erosión, deposición y consolidación, y de un modelo de transporte tridimensional de material particulado (advección-difusión) cuya formulación permite tener en cuenta el transporte de distintas variables y modificar la composición porcentual de los sedimentos del fondo de acuerdo a la sucesión de erosiones o deposiciones de cada una de las componentes. Para la primera implementación de MARS-3D se tuvieron en cuenta, como primera aproximación, dos tipos de variables sedimentarias: arenas finas y limos. Como condición inicial de la composición del fondo se asignó a cada celda del modelo una proporción de cada una de las variables sedimentológicas basada en observaciones previas. Se incluyo el aporte de los sedimentos finos (limos) transportados en suspensión como descarga sólida desde los tributarios, que fue calculada con una metodología desarrollada específicamente para el Proyecto. Al computar la tasa de sedimentación, el modelo calcula la concentración y la tensión de corte, pero la velocidad de caída y la tensión de corte crítica deben ajustarse como parámetros de calibración. Similarmente, cuando se computa la tasa de erosión, el modelo calcula la tensión de corte, pero la erosibilidad (relacionada con el estado de consolidación del sedimento de fondo) y la tensión crítica de erosión, también son parámetros de calibración. Se realizaron estudios de sensibilidad en los cuales se consideraron diversas formulaciones de la velocidad de caída de los sedimentos en función de la concentración y del tamaño de grano medio, se tomaron valores de las tensiones críticas de erosión y deposición de trabajos antecedentes sobre modelación sedimentológica en el Río de la Plata Interior y se adoptó un coeficiente de erosibilidad según el rango informado en la literatura.

Figura 51

Morfología del Río de la Plata. Los puntos muestran una categorización de muestras puntuales de suelo y unidades morfológicas.


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Figura 52

Distribución conceptual de sedimentos. Las líneas azules superpuestas representan esquemáticamente los corredores de flujo o plumas de los tributarios al Río de la Plata.

Modelo conceptual del transporte de sedimentos

Como referencia para el estudio de la dinámica de los sedimentos con el modelo numérico MARS-3D es importante partir de un modelo conceptual previo que sea puesto a prueba durante las simulaciones. En este caso la hipótesis inicial se basa en la evidencia morfológica del fondo del Río de la Plata, que sugiere que las texturas de los sedimentos de fondo serían consistentes con los corredores de flujo o plumas de los tributarios (Figuras 51 y 52). En ese sentido, una descripción conceptual a priori del transporte de sedimentos en el Río de la Plata Interior se puede realizar a través de los ‘corredores’ Palmas, Guazú y Uruguay y una zona de recirculación, de la siguiente manera:

1. A lo largo del corredor Palmas, la fracción gruesa de la carga transportada en suspensión por dicho tributario (arenas finas y limos gruesos) se deposita produciendo el avance del sub-frente sur del Frente del Delta del Paraná (50 a 75 m año-1); inmediatamente aguas abajo de este sub-frente ocurre una deposición relativamente alta (que disminuye marcadamente con la distancia a la desembocadura), que produce el crecimiento del Banco Playa Honda. En esta zona, la textura de los sedimentos de fondo predominante es de limos y suelos franco-limosos.2. A largo del corredor Guazú, la fracción gruesa de la carga en suspensión provista por dicho tributario mantiene el avance del sub-frente norte del Frente del Delta del Paraná, a una tasa media de aproximadamente 25 m año-1. Esta zona muestra texturas de sedimento de fondo predominantes del tipo arenas y suelos franco-arenosos. La tasa de deposición es alta en el Río de la Plata Superior, permitiendo también el crecimiento del Banco Playa Honda. En esta región, en la zona del Río de la Plata Intermedio, se mantienen naturalmente profundidades relativamente altas, lo que indica tasas de deposición bajas.3. A lo largo del corredor Uruguay, la mayor parte de las arenas finas en suspensión transportadas por dicho tributario se depositan luego de la desembocadura, por lo que en el fondo dominan las arenas y suelos franco-arenosos. Las tasas de deposición son más bajas que en otras regiones. Aguas abajo, hasta el final del Banco Grande de Ortiz, dominan como texturas de fondo los limos y los suelos franco-limosos. Luego de esta última sección, la influencia del océano se hace importante predominando los suelos franco-arcillo-limosos.4. En la zona de recirculación, dominan las texturas de arcillas, así como en una pequeña zona en la costa uruguaya, en proximidades de Montevideo.

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Análisis de sensibilidad del módulo sedimentológico de MARS-3D

Se realizó un ajuste preliminar del modelo sedimentológico a partir de datos históricos (observaciones colectadas durante campañas realizadas en 1966 e información recabada a lo largo de los canales de navegación en 1992) y las observaciones adquiridas durante las primeras campañas del Proyecto. Un análisis de todas las observaciones muestra una tendencia decreciente de la concentración de sedimentos desde la costa argentina hacia la uruguaya. La similitud generalizada de los valores de fondo y superficie en el Río de la Plata Superior sugiere que la mezcla vertical es significativa. Los datos de las tres campañas iniciales del Proyecto permitieron establecer que la variabilidad temporal de la concentración de sedimentos suspendidos aumenta desde el Río de la Plata Interior hacia el Exterior y es máxima aguas abajo de la Barra del Indio.

Simulaciones

Durante el Proyecto se realizaron una serie de simulaciones que tuvieron como objetivo precalibrar el modelo numérico con las observaciones disponibles en ese momento y contribuir a mejorar la comprensión de la dinámica sedimentológica en el Río de la Plata. Como primera aproximación sólo se consideró la descarga de sedimentos finos sin tener en cuenta el proceso de consolidación. Se modelaron dos tipos de variables sedimentológicas (arenas finas y limos) y se generaron condiciones iniciales para la composición del material de fondo en función de la interpretación de antecedentes. Así, los parámetros sedimentológicos que debieron ser especificados en las simulaciones fueron: la velocidad de caída del sedimento en suspensión, la constante de erosibilidad, la tensión crítica de deposición, la tensión crítica de erosión y la capa inicial de sedimentos de fondo. Se realizaron dos tipos de simulaciones en condiciones simplificadas. En la primera serie, sin viento, se incluyó como forzante del modelo hidrodinámico únicamente a la marea astronómica. En la segunda serie, con viento, se incluyó el efecto atmosférico local en el dominio de simulación. En ambos casos la simulación tiene un año de duración con el objetivo de evaluar los efectos de la estacionalidad en la descarga de los tributarios (particularmente del Paraná) y de los vientos. En ninguna de estas series de simulaciones se incluyo el oleaje como forzante.

Figura 53 Resultados de un ensayo con velocidad de caída de 0,025 mm s-1, tensión crítica de erosión de 0,15 N m-2 y tensión crítica de deposición de 0,10 N m-2. Las líneas muestran la solución del modelo a lo largo de los canales de navegación para cada mes del año, mientras que los puntos corresponden a observaciones realizadas entre marzo y abril de 1992.


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Resultados e interpretación preliminar

Simulaciones sin viento

El primer grupo de ensayos tuvo por objetivo comprender las diferencias en el mecanismo de deposición que resultan de considerar diferentes velocidades de caída del sedimento; por esa razón en estos ensayos no se consideró el proceso de erosión. Los resultados de las simulaciones reproducen de manera satisfactoria las observaciones realizadas durante 1992 a lo largo de los primeros 120 km de los canales de navegación cuando se considera una velocidad de caída relacionada con un d50 de 5 μm. Cuando se incorporó el mecanismo de erosión, el modelo produce una zona de erosión observada en la naturaleza entre los kilómetros 130 y 200 del canal de navegación, que origina un aumento de la concentración de sedimento. En los ensayos resulta evidente la sensibilidad de los resultados a la velocidad de caída del sedimento y a la tensión crítica de erosión. La mejor correspondencia con las observaciones ocurre cuando se considera una velocidad de caída de 0,025 mm s-1 y una tensión crítica de erosión de 0,15 N m-2 (Figura 53). Los diferentes ensayos sugieren que la hipótesis de que en este tramo del Río de la Plata se puede suponer que la mezcla vertical es muy abundante, es correcta. Una comparación de los resultados de este ensayo numérico con las observaciones adquiridas durante la primera campaña del Proyecto se resume en la Figura 54. El desempeño cuali-cuantitativo es adecuado, aún cuando no se completó el ajuste de los parámetros de calibración. Los valores relativamente altos de concentración registrados en la zona exterior del Río de la Plata no son explicados por el modelo en su actual configuración. Una hipótesis es que los mismos estarían asociados a sedimentos provenientes del Océano o a eventos de resuspensión de sedimentos de fondo generados por forzantes no representados en estas simulaciones (por ejemplo oleaje o efecto del viento en las corrientes y el nivel del mar). Otra hipótesis es que correspondan al porcentaje de material fino en suspensión (arcilloso) no incluido en esta configuración.

Concentración de sedimentos en suspensión en los puntos de la campaña primera del Proyecto (noviembre de 2009). En amarillo se muestran los valores observados. Los colores rojo, verde y azul corresponden, respectivamente, a los valores mínimo, medio y máximo derivados de la simulación.

Figura 54

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A pesar de la relativa simplicidad de la configuración del modelo sedimentológico, los resultados obtenidos permiten comprender los mecanismos básicos que intervienen en la dinámica de los sedimentos suspendidos en el Río de la Plata Interior. Cuando el efecto del viento es menor se produce disminución en la concentración por la deposición de una gran parte del material en el tramo superior del río y cuando la erosión se da en la parte inferior (Río de la Plata Intermedio) conduce al incremento de la concentración.. Para complementar esta descripción, la Figura 55 muestra las regiones en las cuales, durante el período simulado, sólo actuó el mecanismo de deposición (en azul), el de erosión (en celeste), ambos (en blanco) o ninguno de ellos (en verde). Se observa una amplia zona de deposición que se desarrolla aguas abajo del Frente del Delta. Además, se observan zonas definidas de erosión en el Río de la Plata Intermedio, acompañadas de zonas de deposición de ese material aguas abajo, en la región de la Barra del Indio. Este patrón de erosión/deposición es consistente con las inferencias de estudios previos en base a observaciones.

Zonas en las que actúan mecanismos de erosión (en celeste), deposición (en azul), ambos (en blanco) o ninguno de ellos (en verde) para los distintos ensayos numéricos realizados.

Figura 55

La evolución del espesor de la capa de fondo (inicialmente de 0,15 m) a lo largo de la ruta de navegación (Figura 56) muestra agradación en la zona superior. A lo largo del resto de la ruta predomina la erosión, aunque se observan zonas con efectos combinados. Los resultados indican que, con el tiempo, se afianzan las zonas de deposición y erosión netas, por lo cual es evidente que este patrón de evolución no es sustentable, ya que implica una erosión sostenida en el Río de la Plata Intermedio que no se observa en la naturaleza. Dado que las simulaciones se realizaron sin considerar el efecto del viento, se especula con que durante las grandes tormentas (asociadas a Sudestadas y/o Pamperos) se produce una redistribución de material de fondo, que rellena las zonas de erosión. La Figura 57 muestra las envolventes de los valores concentración de sedimentos para el año de simulación a lo largo del canal de navegación para un nivel intermedio del modelo, conjuntamente con las observaciones colectadas en 1992. El hecho de que los valores medidos tiendan a ser algo superiores a la envolvente de máximos puede atribuirse a una diferente descarga de sedimentos durante el año de observación (1992), durante el cual el caudal del Río de la Plata era mayor que durante el año simulado (2002). La pequeña diferencia entre las envolventes de fondo, profundidad media y superficie es consistente con la idea de mezcla casi completa en la vertical en el Río de la Plata Superior.


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Figura 56

Figura 57

Evolución temporal del espesor de la capa de fondo de sedimentos en la ruta de navegación de Royal Boskalis y Ballast Ham Dredging (1992) para cada mes de simulación entre marzo de 2002 y diciembre de 2003.

Envolventes de la concentración de sedimentos en suspensión para un nivel intermedio en la vertical de la simulación numérica de 2002. Los puntos corresponden a las observaciones de Royal Boskalis y Ballast Ham Dredging (1992).

Simulaciones con viento local

En el caso de las simulaciones con viento local, la observación global de los resultados indica que, excepto en algunas regiones puntuales, el modelo proporciona valores de concentración de sedimentos que respetan tanto el orden de magnitud como el rango de los valores observados (ver, por ejemplo, la Figura 58). Nótese que tanto el rango observado como el simulado son grandes.

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Resultados de la simulación con viento para la concentración de sedimentos en suspensión en superficie para la estación 13 de muestreo. Las líneas azul, roja y verde muestran los valores observados en ese punto durante las tres primeras campañas del proyecto.

Figura 58

Los valores medios de concentración de sedimentos en suspensión para el año completo de simulación (Figura 59) muestran cuatro regiones en las cuales esta variable maximiza tanto en el fondo como en la superficie. Ellas son: el Río de la Plata Superior, en proximidades del Frente del Delta del Paraná; en la zona de Punta Piedras y en proximidades de Punta Rasa. La concentración de sedimentos en el fondo siempre es superior a la de superficie, aunque no cambia el orden de magnitud, y ambos campos muestran un marcado gradiente de concentración en la región de la Barra del Indio. La simulación presenta un mínimo de concentración entre los máximos asociados a las regiones del Río de la Plata Superior en proximidades del Delta y la región de Punta Piedras, lo que indicaría que los extremos en la concentración no están directamente vinculados. En el Río de la Plata Superior el máximo se debe mayormente al aporte de los tributarios. En la región de Punta Piedras las corrientes de marea aumentan significativamente, lo cual produce la resuspensión de los sedimentos. El patrón de variabilidad para el año simulado (desvío estándar) es consistente con el de las observaciones, así como el mínimo de concentración a lo largo de la costa uruguaya, entre Colonia y Montevideo. Sin embargo, también en esta última región, las observaciones muestran concentraciones de sedimentos mayores que las simulaciones.

Paneles superiores: media sobre el la simulación con viento para el año 2003 (en gr l-1) de la concentración de sedimentos en suspensión en la capa de superficie (derecha) y de fondo (izquierda) de modelo. Paneles inferiores: desvío estándar del mismo parámetro (en gr l-1).

Figura 58

Media Anual Fondo

Desvío Estándar Anual Fondo

Media Anual Superficie

Desvío Estándar Anual Superficie


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55. Campos medios mensuales de la concentración de sedimentos en suspensión en el fondo (en gr l-1) derivados de la simulación numérica.

Figura 60

Febrero

Agosto

Enero

Julio

Marzo

Septiembre

Mayo

Nomviembre

Abril

Octubre

Junio

Diciembre

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Se observa, además, abundante variabilidad inter-mensual en las siguientes regiones: i) en el Río de la Plata Superior en proximidades de los tributarios, donde la dinámica está fuertemente afectada por la descarga sólida y la sedimentación; ii) en Punta Rasa y Punta Piedras, donde la dinámica está fuertemente vinculada con la marea; en efecto, la distribución de la concentración de sedimentos en suspensión mostrada por el modelo en estas regiones coincide con las regiones en las que la corriente de marea y la disipación energética de la marea por fricción de fondo maximizan (ver Figura 11); y iii) en Punta Piedras-Montevideo y la Barra del Indio donde la dinámica parece asociarse en alguna medida con el efecto del viento (Figura 60). Para confirmar lo antedicho, la Figura 61 muestra ejemplos de series de tiempo de la solución numérica a lo largo del año para distintos puntos del Río de la Plata, que caracterizan las regiones mencionadas. Entre el Río de la Plata Superior y Medio, el efecto de la descarga continental es importante, con un aumento de la concentración de sedimentos suspendidos entre los meses de marzo y mayo (ver por ejemplo, Colonia en la Figura 61). En estas regiones la variabilidad de alta frecuencia asociada a la marea tiene un efecto en la concentración de los sedimentos suspendidos; éste aumenta claramente a medida que el punto considerado se encuentra progresivamente más lejos de la desembocadura de los tributarios. En las regiones próximas a Punta Piedras y Punta Rasa, la variabilidad a lo largo del año de la concentración de sedimentos, tanto en la superficie como en el fondo, se asocia fundamentalmente a los ciclos de sicigias a cuadraturas de la marea, con algunos picos esporádicos que, según sugiere la elevación de la superficie libre, se deben al efecto del viento. Finalmente, en el Río de la Plata exterior (sitios tales como Montevideo, Punta del Este, Boya Oceánica y Banco Inglés) la concentración de sedimentos tanto en el fondo como en la superficie es mucho más irregular a lo largo de la simulación y se vincula en mayor medida con el efecto del viento que con la marea.

Series de tiempo de la concentración de sedimentos en la capa de fondo (izquierda), capa de superficie (centro) y elevación de la superficie libre (derecha) para distintos puntos del Río de la Plata, que caracterizan las diferentes regiones según sus forzantes.

Figura 61

Sedimentos capa de fondo Sedimentos capa superficial Elevación de la superficie libre


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Vectores de viento (paneles superiores) y series de tiempo de la elevación de la superficie libre (verde), la concentración de sedimentos en la capa de fondo (rojo) y en la capa de superficie (negro) en distintos puntos del Río de la Plata.

Boya Oceanográfica

Figura 62

Para observar mejor la relación entre la concentración de sedimentos en suspensión, el viento y la marea, se observó el comportamiento conjunto del viento, la elevación de la superficie libre y la concentración de sedimentos en la capa de fondo y en la superficie a lo largo de diversos períodos de tiempo. Como ejemplo, se observa en la Figura 62 que el viento juega un rol menor en la determinación de la concentración de los sedimentos en el Río de la Plata Superior y Medio. En la parte exterior (por ejemplo, en la posición de la boya oceanográfica) la concentración, en cambio, está mayormente condicionada por las condiciones meteorológicas.

Para analizar en más detalle el efecto del viento sobre la concentración de sedimentos en suspensión se calcularon composiciones de los campos simulados para cuatro direcciones características del viento, noroeste, noreste, sudoeste y sudeste, según sectores de 45° centrados en los mismos, que, acorde con trabajos anteriores determinan la dinámica de las corrientes en el Río de la Plata.

Colonia

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Los resultados se muestran en las Figuras 63 y 64, que representan promedios de las

soluciones numéricas para los momentos en los cuales (punto a punto) el viento soplaba de

las direcciones mencionadas. Los resultados revelan que los vientos sólo parecen afectar la

concentración de sedimentos suspendidos en la superficie en las regiones de la Barra del

Indio, en el Río de la Plata Superior en proximidades de la desembocadura de los tributarios

y en Punta Rasa. Se observan mayores anomalías de la concentración de sedimentos en

superficie para vientos con una componente del norte, con un aumento (disminución) de

la concentración en las regiones mencionadas para vientos del noroeste (noreste). Vientos

con componente sur parecen tener un efecto menor, con una disminución aguas arriba (un

aumento aguas abajo) de la Barra del Indio de la concentración. El comportamiento de los

sedimentos en suspensión en la capa de fondo es algo diferente. Para vientos del noreste se

produce una disminución generalizada de la concentración, que maximiza en la Barra del

Indio y Montevideo y parece vincularse con el desplazamiento de la pluma de agua dulce

hacia la costa sur asociado a estos vientos. Para vientos del sudoeste, la advección de la

pluma hacia la costa uruguaya se manifiesta como un aumento de la concentración de

los sedimentos en proximidades de Montevideo y una disminución en Punta Piedras. Para

vientos del noroeste (sudeste) se observa un aumento (disminución) de la concentración en

el Río de la Plata Superior, la Barra del Indio y Punta Rasa.

Composiciones de la anomalía de la concentración de sedimentos respecto de la media anual en función de la dirección del viento para la capa de superficie del modelo.

Figura 63

Según esta simulación, entonces, la variabilidad de la concentración en la costa uruguaya está mayormente vinculada a la rotación del viento del sector sudoeste al noreste que caracteriza la variabilidad atmosférica en la región.


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Composiciones de la anomalía de la concentración de sedimentos respecto de la media anual en función de la dirección del viento para la capa de fondo del modelo.

Figura 64

Los diversos forzantes de la simulación impactan de manera diferente en los procesos de erosión/deposición. El efecto de la descarga continental es evidente en la desembocadura del principal tributario, el Río Paraná Guazú, que transporta la mayor parte del agua y los sedimentos que ingresan al sistema y, en menor medida en la desembocadura del Paraná de las Palmas y Colonia. En el resto de los sitios se observa un crecimiento o decrecimiento monótono del espesor que, en ocasiones, erosiona completamente la capa establecida inicialmente. El efecto de la marea y, particularmente, del viento, se hace más evidente a medida que los puntos se encuentran más alejados de los tributarios. Para observar mejor el efecto del viento, la Figura 65 muestra el espesor de la capa de fondo (en m) y los vectores viento en un punto localizado en la porción sur de la Barra del Indio a lo largo de la segunda mitad del año de simulación. Más allá del crecimiento monótono asociado a la deposición semipermanente de sedimentos en este punto, el efecto del viento se manifiesta como episodios de intensa erosión, como los que ocurren alrededor del 10 de agosto o el 20 de noviembre.

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Espesor de la capa de fondo (en m) y vectores viento en un punto localizado en la porción sur de la Barra del Indio a lo largo de la segunda mitad del año de simulación.

Figura 65

Finalmente, se calcularon composiciones del espesor de la capa de fondo y su anomalía para diferentes direcciones del viento (Figura 66). Para vientos con una componente norte (noroeste y noreste) se observa un aumento de la deposición en el Río de la Plata Superior y un aumento de la erosión en la costa sur del Río de la Plata Medio. En la porción externa del Río y la región de la barra, así como en proximidades de Montevideo, se observan patrones opuestos de erosión/deposición para estas direcciones del viento. Para vientos del sudoeste el patrón es casi inverso al observado para vientos del sector noreste. Para vientos del sudeste el patrón es más homogéneo, con una deposición generalizada a lo largo de toda la costa sur. Para esta dirección del viento la Barra del Indio es erosionada en su porción exterior, mientras que se acreciona en su parte interior.


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Composiciones del espesor de la capa de fondo (arriba) y de su anomalía respecto de la media anual (abajo) en función de la dirección del viento.

Figura 66

Composición de la anomalía del espesor de la capa de fondo para diferentes direcciones del viento

Composición del espesor de la capa de fondo para diferentes direcciones del viento

En el marco del Proyecto se realizaron ensayos de laboratorio de columnas de sedimentación-consolidación de sedimento fino. El objetivo de dichos ensayos es conocer las características de estos procesos y determinar la variación temporal de los mismos. Debido a que los procesos de deposición y consolidación generalmente ocurren en la dirección vertical, con un movimiento descendente del sedimento y ascendente del agua, se considera razonable simular estos procesos con condiciones 1D en laboratorio. Para realizar los ensayos se cuenta con muestras de sedimento de fondo extraídas en las campañas 4 y 5 del proyecto.

Para realizar los ensayos se construyó un dispositivo formado por 3 columnas de 2 metros de altura de PVC (transparente) y 88 mm de diámetro (Figura 67). El dispositivo consiste de una base de hierro donde se apoya cada columna y una parte superior donde se enganchan las mismas de forma de permanecer verticales. Se adosaron a las columnas cintas métricas para realizar las mediciones. La metodología general del ensayo consiste en verter una cantidad determinada de una muestra de barro en suspensión bien mezclada y medir la variación temporal de la interfase.

Se realizaron dos series de ensayos, cuyos objetivos específicos son: 1- Determinar la influencia de la concentración inicial del depósito en las curvas de consolidación para el sedimento del Río de la Plata, y 2- Determinar la influencia de las características del depósito en las curvas de consolidación para el sedimento del Río de la Plata.

Los ensayos realizados variando la concentración de sedimento en la columna muestran una modificación en los tiempos de consolidación en función de la misma pero un comportamiento igual en todos los casos. Por otro lado, los ensayos realizados utilizando materiales de diversa composición muestran una variación en la forma de sedimentación decantación en función de la composición, siendo muy rápidos los procesos cuanto más material limoso haya en la columna y más lentos a medida que los materiales finos aumentan su proporción (arcillas). Si bien hay diferencias entre las condiciones de laboratorio y las condiciones reales, los procesos simulados en los ensayos permiten prever ciertos comportamientos en la realidad, principalmente a lo que se refiere a los procesos de sedimentación consolidación del sedimento en suspensión en una capa cercana a la de fondo en situaciones posteriores a un evento de resuspensión. En ese caso, los resultados muestran procesos diferentes según la zona del Río de la Plata, que sirven como guía a los trabajos de modelación numérica de la dinámica de sedimento fino en el Río de la Plata y aportan al conocimiento general de dicha dinámica.

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Figura 67

Dispositivo utilizado para realizar los ensayos de laboratorio de columnas de sedimentación-consolidación de sedimento fino extraído del fondo del Río de la Plata. Primera serie de ensayos.

Ensayos de laboratorio

La colección de datos remotos e in situ conjuntamente con la aplicación de modelos numéricos al estudio de la dinámica hidro-sedimentológica del Río de la Plata en el marco del Proyecto FREPLATA-FFEM ha contribuido significativamente a mejorar nuestro conocimiento de los procesos que ocurren en este importante sistema costero. Se presentan a continuación las principales conclusiones sustantivas del Proyecto, es decir, las asociadas a una mejora en el conocimiento de la dinámica hidro-sedimentológica del Río de la Plata.

Los datos in situ permiten, por primera vez, estudiar la variabilidad temporal de numerosos parámetros oceanográficos en la región y su covariabilidad. Los resultados muestran que dichos parámetros y la turbidez exhiben gran variabilidad en todas las escalas de tiempo observadas, desde la estacional a la sub-anual. La asociación de esta gran variabilidad con la de la atmósfera sugiere que este sistema responde rápida e intensamente a cambios en sus forzantes. En este sentido, es esperable que en otras escalas no observadas en este conjunto de datos (inter-anual o mayores) se produzcan cambios importantes, cuyo estudio sólo es posible a través de un monitoreo continuo a lo largo de varios años.

Los resultados del análisis de las imágenes satelitales de sedimentos inorgánicos suspendidos en superficie indican que su concentración es máxima a lo largo de la costa argentina del Río de la Plata Superior y Medio, lo que está vinculado con la mayor carga de sedimentos del río Paraná respecto del Uruguay y con las corrientes de marea más intensas. La concentración de sedimentos exhibe un máximo en invierno y un mínimo en verano, que está relacionado con el período de aporte de sedimentos desde los tributarios y con un aumento de la intensidad media del viento -y, consecuentemente, de la altura y frecuencia de las olas que resuspenden el sedimento-. La concentración de sedimentos inorgánicos suspendidos se reduce drásticamente aguas abajo de la Barra del Indio, en asociación con la región del frente de salinidad, donde influyen los procesos de floculación y consecuente decantación que ocurren en esa región.

Los resultados del análisis de las imágenes de clorofila-a sugieren que esta variable está condicionada por los sedimentos y estrechamente ligada con la hidrodinámica. En efecto, en la zona de la Barra del Indio, la reducción de la concentración de sedimentos inorgánicos es acompañada por un marcado incremento de la concentración de clorofila-a, lo cual se vincula con la mayor disponibilidad de luz. Las concentraciones de clorofila-a y sedimentos inorgánicos aumentan a lo largo de la costa uruguaya del Río de la Plata exterior en invierno y disminuyen en verano, mientras que lo recíproco ocurre a lo largo de la costa argentina del Río Exterior. Esto parece vincularse con el desplazamiento medio de la pluma de agua dulce a lo largo de esas estaciones, que se mueven hacia el sur en verano y hacia el norte en invierno, en respuesta a la variabilidad del viento. Finalmente, la concentración de clorofila-a en el Río de la Plata es máxima en verano, mientras que en la Plataforma Continental lo es en primavera. Una explicación posible es que en este sistema fluvio-marino los nutrientes no constituyen un limitante al desarrollo de algas, sino que más probablemente la temperatura y la cantidad de horas de luz sean los condicionantes principales. En verano, la temperatura es alta, favoreciendo el desarrollo de la vida y la cantidad de horas de luz aumenta por efectos astronómicos. Al mismo tiempo, durante esta estación y en todo el Río de la Plata, la concentración de sedimentos inorgánicos también disminuye, constituyendo un factor favorable adicional.

En relación con la dinámica de los sedimentos, la interpretación de los datos disponibles muestra que las texturas de sedimentos de fondo predominantes son consistentes con la hidrodinámica de los corredores de flujo y la concentración de sedimentos en suspensión.

Se efectuaron simulaciones numéricas de la dinámica sedimentológica forzada por la descarga continental, el viento local y la marea astronómica. Con ese fin se desarrolló una metodología para la obtención de series temporales diarias de descarga sólida para

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Conclusiones

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CONCLUSIONES

material fino y grueso en los ríos Paraná de las Palmas y Paraná Guazú que se basa en datos continuamente accesibles, lo que la torna de suma utilidad para estudios de gestión del recurso. La comparación de las soluciones numéricas obtenidas con los datos adquiridos durante las campañas oceanográficas y datos históricos muestra que el modelo reproduce adecuadamente el orden de magnitud y el rango de variabilidad exhibido por las observaciones. La comparación de la solución numérica con observaciones satelitales MODIS indica que con el grado actual de desarrollo, el modelo reproduce razonablemente las zonas de máxima concentración de sedimentos suspendidos en el Río de la Plata Superior, las proximidades y el norte de Punta Piedras y Punta Rasa. A lo largo de la costa norte, entre Colonia y Montevideo, y a lo largo de la costa sur, en proximidades de Buenos Aires, el modelo subestima la concentración de sedimentos. La inclusión de olas en la simulación, aún no consideradas, incrementará la resuspensión de los sedimentos en las zonas someras del Río de la Plata, dando lugar a un incremento generalizado de la concentración.

El análisis de las simulaciones permitió hacer inferencias acerca de los procesos físicos que determinan la dinámica sedimentológica en el Río de la Plata. En este sentido, se concluye que éste puede dividirse en cuatro regiones fundamentales en términos de dichos procesos:

1. En el Río de la Plata Superior la dinámica está dominada por la deposición de sedimentos provenientes de los tributarios y, en menor medida, por la marea. En esta región el viento impacta como tercer forzante en orden de magnitud, advectando el sedimento junto con el agua.

2. En el Río de la Plata Medio la concentración de los sedimentos en suspensión se reduce significativamente, como consecuencia de que los sedimentos decantan mayoritariamente en la región precedente.

3. En proximidades y al norte de Punta Piedras, en condiciones hidro-meteorológicas moderadas, los sedimentos son resuspendidos por efectos de la marea, que incrementa su magnitud significativamente hacia la Punta. En cambio, durante las grandes tormentas esta región probablemente se rellene, de modo de conducir al relativo equilibrio morfológico observado en la naturaleza. En esta zona se observa una fuerte vinculación entre la concentración de los sedimentos suspendidos y los ciclos de sicigias y cuadraturas de la marea.

4. En la región comprendida entre Punta Piedras y Montevideo y la Barra del Indio, en condiciones hidro-meteorológicas moderadas se produce la deposición del sedimento resuspendido en la zona anterior. Aquí el efecto del viento es máximo y el de la marea mínimo. Durante las grandes tormentas, se resuspende el material depositado, generando erosión la erosión de los depósitos.

La buena dinámica grupal de los participantes del Proyecto augura fructíferas colaboraciones futuras y se está trabajando en la redacción de nuevas propuestas para proyectos de investigación. Es posible que alguna de ellas pueda prosperar en el marco de la UMI-IFAECI (Unidad Mixta Internacional “Instituto Franco-Argentino para el estudio del clima y sus impactos”). Las tareas posibles para el futuro incluyen:

1. El análisis exhaustivo de las observaciones remotas e in-situ adquiridas en el marco del Proyecto FREPLATA-FFEM durante 2009-2011 para incrementar la comprensión de la dinámica de los sedimentos finos en el Río de la Plata y su variabilidad. Esta tarea puede involucrar muchos meses (y hasta años) de trabajo para un equipo de investigadores calificados y, dada la riqueza de los datos, se espera que concluya en por lo menos una Tesis Doctoral.

2. Completar/ajustar la calibración del modelo MARS-3D en base a dichos datos y los resultados del análisis mencionado, a fin de disponer de una herramienta de estudio, pronóstico y gestión de la dinámica de los sedimentos finos en el Río de la Plata.

3. Incorporar, en los modelos, procesos más complejos vinculados con la dinámica sedimentológica, no incluidos en las investigaciones iniciales.

4. Estudiar la sensibilidad del sistema a la variabilidad observada de los diversos forzantes (vientos, mareas, olas).

5. Explotar las herramientas desarrolladas para estudiar escenarios de variabilidad climática natural y cambio climático.

6. Desarrollar algoritmos específicos de calibración de los datos satelitales de turbidez para el Río de la Plata, que permitan obtener observaciones confiables de la turbidez y concentración de sedimentos.

Las observaciones realizadas en el marco del Proyecto cubren más de un año, lo cual permitirá obtener valiosa información acerca de los procesos hidro-sedimentológicos que ocurren en el Río de la Plata fundamentalmente en las escalas de tiempo cortas, dominadas por la variabilidad de escala sinóptica del viento (escala de las tormentas) o menores. Pese a los grandes esfuerzos observacionales realizados, la determinación de los impactos del ciclo estacional no será adecuada, debido a que el mismo se encuentra fuertemente modulado por ciclos de variabilidad natural en escalas más largas, denominada variabilidad interanual. La variabilidad en estas últimas escalas no habrá sido muestreada en sólo un año. En este sentido es importante notar que el Río de la Plata se encuentra fuertemente afectado por el fenómeno conocido como El Niño-Oscilación del Sur o ENSO (las fases cálida y fría del fenómeno son conocidas como El Niño y La Niña, respectivamente), con escalas de variabilidad del orden de 3 a 4 años. En gran medida como consecuencia de este proceso, aunque la descarga media de los tributarios al sistema es del orden de los 22.000 m3 s-1 se observan picos de descarga superiores a los 80.000 m3 s-1 e inferiores a 8.000 m3 s-1. Los impactos de esta variabilidad sobre todas las demás variables físicas y sedimentológicas del sistema y su biota es muy significativo y su monitoreo requiere de varios años continuos de observaciones directas. La variabilidad estacional e interanual en las condiciones oceanográficas influencia varios comportamientos de los peces (por ejemplo, migración, desove, apareamiento y fidelidad al fondo) e influencian el uso de hábitat en las mismas escalas, lo cual determina la capturabilidad y susceptibilidad de las especies. La salinidad, la temperatura y, se cree, la turbidez son los principales factores relacionados a los cambios a lo largo de la historia de vida y en las asociaciones de hábitat de los ensambles de peces y su variación espacial, como consecuencia de la descargas continentales y del viento predominante, y afecta la disponibilidad de los mismos a la pesquerías artesanales a lo largo de la costa. Los impactos de estos ciclos sobre el transporte de sedimentos, la

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Prospectiva

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PROSPECTIVA

contaminación y la erosión costera no son conocidos.Asimismo, es de dominio público que el planeta se encuentra enfrentando un cambio climático, en gran medida como consecuencia de acciones antropogénicas. Los cambios observados incluyen el aumento del nivel medio del mar (con gran impacto en las regiones bajas, como el Río de la Plata particularmente en la Bahía Samborombón y la Ciudad de Buenos Aires), cambios en la temperatura del agua y del aire, cambios en el régimen de precipitaciones y por lo tanto de la descarga continental, cambios en el régimen de tormentas y ondas de tormenta (sudestadas), en la marea y en el régimen de olas. Estos cambios tienen el potencial de afectar la estructura y posición del frente de salinidad del Río de la Plata, con impacto directo en las pesquerías. El cambio climático tiene, por lo tanto, un impacto potencialmente profundo sobre las tasas de sedimentación y erosión, la calidad de las aguas y las pesquerías regionales y su determinación a fin de realizar las acciones necesarias para la mitigación de los potenciales efectos negativos requiere, nuevamente, de observaciones continuas durante períodos prolongados de tiempo.

Así, la información adquirida con los instrumentos que actualmente se encuentran en el agua es de vital importancia para el desarrollo de investigación oceanográfica, biológico-pesquera y ambiental y para la gestión sustentable del Río de la Plata y su Frente Marítimo.

El sistema de monitoreo hidro-sedimentológico proporcionado por los instrumentos adquiridos durante el Proyecto FREPLATA-FFEM y los modelos numéricos que resultan de estas investigaciones servirían además de base a la generación de un programa de monitoreo y alerta ambiental y calidad de agua, clave como parte del Plan de Acción Estratégica propuesto por FREPLATA.

Además, hoy en día en el mundo se tiende a la llamada ‘oceanografía operacional’ cuyo fin es, por un lado, proporcionar descripciones continuas del estado presente de los océanos y, por otro lado, proporcionar pronósticos continuos de su estado futuro, tal como se realiza con el pronóstico del tiempo. Esto se consigue asimilando, o integrando, observaciones en los modelos numéricos, lo que contribuye a que los mismos sean más realistas en su representación de los procesos que ocurren en la naturaleza. Las aplicaciones prácticas de estos desarrollos, desde la navegación deportiva y comercial y el dragado hasta las pesquerías, son evidentes. No obstante, para lograr dicho propósito se requiere no sólo de modelos numéricos debidamente implementados y de observaciones satelitales, sino también de observaciones in situ continuas, como las que se adquieren con la boya instalada en el Río de la Plata en el marco del Proyecto, para alimentar y validar el modelo. El desarrollo y la sustentación de un sistema de este tipo a nivel regional, no sólo sería de fuerte interés para las naciones involucradas, sino que sería solidario a importantes iniciativas internacionales, como GOOS (Global Ocean Observing System) y lograr el mismo sólo es posible a través de un importante esfuerzo conjunto por parte de ambos países a lo largo de varios años.

En función de lo antedicho, se recomienda el mantenimiento de las estaciones de observación medioambiental instaladas en el Río de la Plata en el marco del Proyecto durante un período de tiempo inicial de no menos de tres años. Sería deseable, durante ese período, prever los mecanismos para el mantenimiento de dichas estaciones durante por lo menos los próximos 10 años, para el monitoreo de la variabilidad climática y el cambio climático y propender al desarrollo de un sistema de modelado operacional en la región.

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PRÓLOGO 8RESÚMEN EJECUTIVO 9FUNDAMENTACIÓN - Objetivos del proyecto 13CARACTERISTICAS GENERALES DEL RIO DE LA PLATA Y ANTECEDENTES 21Batimetría 23Descarga continental 23Marea astronómica 24Vientos 25Circulación 25 Circulación barotrópica o media vertical 25 La circulación baroclínica (o variable en la vertical y sus efectos en la estructura de densidad 28 Plumas de los tributarios o corredores de flujo 30Olas 31Morfología 32Sedimentología 33TAREAS DE CAMPO REALIZADAS EN EL MARCO DEL PROYECTO 35Estaciones fijas 38Boya oceanográfica 38Campañas oceanográficas 39ANÁLISIS DE DATOS 43Recopilación y análisis de datos históricos de sedimentos 45 Sedimentos en suspensión 45 Sedimentos de fondo 45 Esquema conceptual de la dinámica general de transporte 46Análisis de datos satelitales de sedimentos en suspensión y clorofila-a 46Análisis de datos in situ adquiridos en el marco del proyecto 51 Análisis del primer año de datos de la boya oceanográfica 51 Datos de los sensores SMATCH en las estaciones fijas 52 Análisis de las muestras de sedimentos de fondo y en suspensión colectadas durante las campañas 54 Campos de temperatura, salinidad y otros parámetros físicos observados durante las campañas oceanográficas 56 Campaña de alta resolución – Octubre de 2010 58MODELACIÓN NUMÉRICA 63Modelación hidrodinámica 65 Implementación del módulo hidrodinámico 65 Datos para la calibración hidrodinámica 67 Calibración de la hidrodinámica 67Modelación sedimentológica 70 Implementación del modelo 70 Modelo conceptual del transporte de sedimentos 71 Análisis de sensibilidad del módulo sedimentológico de MARS-3D 72ENSAYOS DE LABORATORIO 85CONCLUSIONES 87PROSPECTIVA 91Bibliografía 97

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