La seguridad y eficiencia de las actividades portuarias están ligadas a las condiciones océano-meteorológicas. El objetivo del proyecto es aumentar el conocimiento del medio físico y facilitar la información al gestor portuario, reduciendo el riesgo asociado. Se basa en tres elementos: una densa red de medidas, modelos predictivos de alta resolución y una plataforma de acceso a los datos. Además, crea el certificado de Puerto Seguro Oceáno-Meteorológico y define la metodología para su obtención.
Candidatura
Algeciras SafePort. Gestión de Riesgos Océano-Meteorológicos en Entornos Portuarios
Antecedentes
La evolución del negocio marítimo-portuario (incremento del tráfico marítimo, globalización, mayor capacidad de buques y terminales, etc) hace que los puertos deban ser cada vez más eficientes y competitivos. La ley de Puertos del Estado y de la Marina Mercante señala como elemento clave del negocio la integración de puertos eficaces, y baratos, en la cadena de transporte. Para ello, se adoptan medidas que mejoren la calidad del servicio que prestan, garantizando unos requisitos mínimos de funcionalidad y seguridad.
Debido a la ubicación de los puertos, en la interfaz tierra-mar, los agentes del medio físico influyen de un modo determinante en la planificación y gestión portuaria. Cuando estos agentes (viento, oleaje, corrientes, etc) superan cierta intensidad umbral, pueden dar lugar a una pérdida de fiabilidad, funcionalidad y operatividad que deriva, finalmente, en pérdidas económicas debidas a la disminución de los niveles de servicio y de la eficiencia en las operaciones portuarias, o incluso paradas operativas. Este hecho es cada vez más relevante teniendo en cuenta el aumento del tamaño de los buques y el desarrollo de áreas operacionales cada vez más expuestas a la acción del mar.
Se pone de manifiesto, por tanto, la necesidad de disponer de información océano-meteorológica adaptada al entorno portuario de forma precisa con herramientas que faciliten esta información al usuario portuario y sirvan de apoyo a la toma de decisiones, tanto para el corto plazo (marco operacional) como en el medio y largo plazo (planificación y diseño).
El estudio del medio físico se realiza a partir de la toma de medidas con medios instrumentales, combinado con modelado predictivo que resuelve las ecuaciones que lo gobiernan. Permiten proporcionar datos en tiempo real, históricos (de reanálisis) y de predicción. El Organismo Público de Puertos del Estado (OPPE), apoyado por los Puertos de Interés General del Estado, lleva años trabajando en el desarrollo de sistemas avanzados de medida y predicción de variables del medio físico con aplicaciones portuarias. Fruto de la colaboración entre OPPE y la Autoridad Portuaria de la Bahía de Algeciras (APBA) es el proyecto SAMPA (Sistema Autónomo de Medición, Predicción y Alerta). SAMPA permitió implantar un sistema de monitorización y predicción océano-meteorológica en el Estrecho de Gibraltar y la Bahía de Algeciras. La intensidad y diversidad del tráfico marítimo, los complejos fenómenos físicos que tienen lugar en la zona y el fuerte esfuerzo por parte del Puerto de Algeciras en la potenciación de la innovación para el aumento de la competitividad, le han convertido en un escenario ideal para el desarrollo de este tipo de iniciativas.
Con SAMPA se puso en marcha un nuevo sistema de apoyo a la planificación y gestión portuaria, con la puesta a disposición de información océano-meteorológica personalizada y adaptada al usuario portuario. Incluyó una serie de herramientas de valor añadido que facilitaban la información proporcionada por la red de medida (boyas oceanográficas, estaciones de nivel del mar y estaciones meteorológicas) y los modelos de predicción.
Sin embargo, a pesar del avance realizado, no se había conseguido trasladar la información oceáno-meteorológica a zonas específicas del Puerto, dónde se desarrollan las operaciones portuarias.
Retos
Partiendo de la base consolidada de SAMPA, y para poder proporcionar una información de detalle y particularizada al usuario portuario, surge el proyecto “Algeciras SafePort: Gestión de Riesgos Océano-Meteorológicos en Entornos Portuarios”. El principal objetivo de este proyecto ha sido dar un salto cuantitativo en la resolución espacial de la medida y el modelado de variables océano-meteorológicas, empleando modelos numéricos de alta resolución tanto para la obtención de series históricas (hindcast), como para la creación de un sistema operacional (forecast). Con el aumento de resolución, y con el foco puesto en el usuario en un entorno digital, surge una nueva escala para la prestación del servicio océano-meteorológico en un puerto, el Área Operativa de Interés (AOI). La AOI se define como un área, terrestre o marítima, en la que los agentes del medio físico inciden con una intensidad semejante, que comparte la tipología estructural, en la que opera el mismo tipo de buque, con la misma mercancía y los mismos medios de manipulación, y en la que los umbrales operativos son particulares. Se adjunta una imagen dónde se representan las diferentes AOI en el Puerto de Algeciras.
Fases
Siguiendo el esquema previo planteado en SAMPA, “Algeciras SafePort” se ha estructurado en torno a tres módulos principales:
● La monitorización, ampliando la red de medida existente hasta convertir a la Autoridad Portuaria de Bahía de Algeciras en una de las más monitorizadas del mundo
● El modelado de la alta resolución de variables océano-meteorológicas
● y, finalmente, el desarrollo de herramientas TI para la explotación de la información por parte de los usuarios: herramientas para el apoyo a la toma de decisiones
● La elaboración de una propuesta metodológica para la creación y aplicación de un Sistema de Gestión de Riesgo dirigido a la Certificación como Puerto Seguro Oceáno-Meteorológico.
Nuevos Servicios
1. MONITORIZACIÓN
Monitorizar en el mar es un reto. Las condiciones ambientales y la dificultad de acceso a los puntos de medida hacen del mar uno de los emplazamientos más difíciles de observar. En este proyecto se ha dado un salto de escala. Con la nueva red de medida se dispone de información climática representativa de cualquier parte del puerto en tiempo real. Para ello, se ha ampliado la red de medida de la APBA con 3 estaciones meteorológicas, alcanzando un total de 10, añadiendo 1 sensor de visibilidad más al existente, 2 correntímetros, con un total de 3, 10 sensores de agitación más a los 2 existentes y 2 cámaras de monitorización de rebases. Además de una mayor cobertura geográfica, se registran nuevas variables de interés para la operativa portuaria, como la visibilidad, las corrientes en toda la columna de agua, la agitación en las líneas de atraque y amarre, y el rebase. Toda esta información se envía en tiempo real para que sirva de apoyo en la toma de decisiones. Se adjunta una tabla explicativa donde se ilustra la ampliación en la red de medidas realizada por “Algeciras SafePort”.
Esta información es de vital importancia y supone poder contar con datos reales sobre las variables océano meteorológicas en el entorno portuario, de gran utilidad para la validación de los modelos numéricos, así como para la caracterización general del entorno y el control de umbrales de operación segura en tiempo real.
2. MODELADO DE ALTA RESOLUCIÓN
Uno de los grandes retos en este proyecto ha sido predicción. Saber qué va a suceder, dónde y con qué intensidad marca la diferencia entre que existan pérdidas humanas y económicas o no las haya. Para ello, se han desarrollado nuevos modelos numéricos de alta resolución, anidados a los ya existentes a escala local, que permiten, por un lado, conocer el clima marítimo, mediante la reconstrucción de series temporales históricas de 36 años de duración (1979-2014), y por otro, proporcionar predicciones de viento, oleaje y corrientes en las AOIs, donde se desarrolla la actividad portuaria. A partir de los modelos de predicción regionales existentes, los nuevos modelos numéricos resuelven la propagación del viento y el oleaje a muy alta resolución en la zona del Estrecho de Gibraltar, la Bahía de Algeciras y Tarifa, con una resolución de metros en las AOIs. Los modelos han sido correctamente calibrados y validados con la nueva instrumentación instalada y campañas de medida temporales. Veamos los detalles técnicos del avance realizado en este capítulo en cada variable.
2.1 Viento
Se parte del modelo Harmonie-AROME (2.5km), ejecutado dos veces al día (a las 08:00 y 20:00) por la Agencia Estatal de Meteorología (AEMET). A partir de ahí, se realiza una interpolación a 1 km que, a su vez, alimenta un catálogo de simulaciones realizadas con el modelo Fluent, que proporciona la predicción del viento a escala portuaria (Bahía de Algeciras y Puerto de Tarifa) con una resolución de 50m en las áreas operativas y un horizonte de predicción de 48 horas y cadencia de representación de 1 hora. Se adjunta una imagen con el modelo de viento en el Puerto de Algeciras.
2.2 Oleaje
Para el modelado de oleaje se parte de los modelos de oleaje WAM, que proporciona las predicciones en el Atlántico y en el Mediterráneo, y el WaveWatch III, que da las predicciones en el Estrecho de Gibraltar; los modelos de viento Hirlam/Harmonie; y el nivel de mar del sistema NIVMAR. A partir de ahí, una combinación de los modelos SWAN y MSP proporciona el oleaje a escala regional (Estrecho de Gibraltar), con resolución espacial entre 300m a 20m, y la agitación del oleaje a escala portuaria (Bahía de Algeciras y Puerto de Tarifa) con resoluciones medias entre 10m y 1m. El sistema tiene un horizonte de predicción de 72 horas y cadencia de representación de 1 hora, con dos ciclos de predicción diarios. Se adjunta una imagen con el modelo de agitación en la Bahía de Algeciras.
3. HERRAMIENTAS TI
El proyecto ha permitido el desarrollo de nuevas herramientas que ponen en valor la información proporcionada por los módulos anteriores y sirven de apoyo en el diseño y explotación portuaria. Se ha dado especial importancia en este apartado a dar una adecuada presentación a la información histórica, en tiempo real y predictiva en las AOIs de la Bahía de Algeciras y Tarifa. De esta manera, el usuario (gestor portuario, concesionario, miembro de la APBA) puede disponer de información relevante para la toma de decisiones. En los siguientes apartados se describen las herramientas TI que ponen en valor dicha información y sirven de apoyo en el diseño y explotación portuaria.
3.1 Cuadro de Mando Ambiental (CMA)
Dentro de las herramientas TI desarrolladas en el proyecto Algeciras SafePort, destaca el Cuadro de Mando Ambiental (CMA). Permite visualizar la información en tiempo real y las predicciones en el Estrecho de Gibraltar, Tarifa y la Bahía de Algeciras. El nuevo CMA se convirtió en una aplicación web escalada a nivel nacional (ver https://cma.puertos.es) que, además de proporcionar los datos en tiempo real registrados por la red de medida y las predicciones de viento, oleaje y corrientes, proporcionadas por los modelos de alta resolución, en las AOIs, en el caso del Puerto de Algeciras, aglutina herramientas adicionales desarrolladas en el proyecto que sirven de apoyo al diseño y explotación portuaria:
● Atlas de Clima Marítimo (información histórica)
● Predicción del Riesgo Operativo
● Sistema de Alerta por Rebase en el Puerto de Tarifa
● Atlas del Oleaje Generado por Buques
El CMA tiene una orientación clara al usuario portuario, el cual, tras un breve proceso de registro, puede acceder a la información océano-meteorológica. Esta información se puede consultar a través de vistas que muestran las diferentes áreas portuarias del Puerto de la Bahía de Algeciras. Para cada una de las vistas, la información se estructura en tres horizontes temporales: Tiempo real (presente), Predicciones (futuro) y Atlas (pasado). La aplicación ofrece al usuario la posibilidad de establecer sus preferencias (unidades de medida, idioma, vista por defecto…), la configuración de los umbrales para alertar de la superación de las magnitudes de las variables del medio físico, así como la particularización y envío diario de informes de predicción y alertas operativas por condiciones océano-meteorológicas adversas. Se trata pues de una aplicación que se adapta y particulariza para cada usuario del sistema portuario español. Se adjunta una imagen del Cuadro de Mando Ambiental en el apartado “ Tiempo Real”.
Además de este servicio web, la APBA envía un informe dos veces al día con un resumen de las condiciones de viento y oleaje para los próximos 3 días en el Estrecho, la Bahía de Algeciras y Tarifa a todos los usuarios del CMA mediante los canales que elija adicionales (SMS, e-mail, etc.).
3.2 Nuevas Herramientas para el Diseño y Explotación Portuaria
El proyecto Algeciras SafePort también ha permitido el desarrollo de nuevas herramientas TI que ponen en valor la información océano-meteorológica en las AOIs. y se pueden consultar también a través del CMA.
3.2.1 Atlas de Clima Marítimo
Esta herramienta permite consultar la caracterización del clima marítimo en la zona de la Bahía de Algeciras, del Puerto de Tarifa y del Estrecho de Gibraltar, empleando fuentes de datos históricos basadas en el reanálisis de viento y oleaje empleando los modelos de alta resolución que han sido desarrollados en el marco del proyecto SAFEPORT.
Las series históricas de 36 años, obtenidas mediante reanálisis se post-procesan para proporcionar la información al usuario a través de una serie de fichas de clima marítimo. El usuario puede conocer así cómo afectan las variables climáticas en el lugar concreto donde opera o proyecta. Se han definido una serie de puntos de consulta, donde el usuario tiene acceso a información de oleaje, de oleaje/viento o de viento, dependiendo de la localización del punto y del origen de la información analizada. Se adjunta una imagen donde muestra un ejemplo de una ficha de información de oleaje. El usuario puede consultar/descargar estas fichas en formato pdf con la caracterización del clima marítimo en cada uno de esos puntos. Esta información de carácter gratuito de alta resolución, mediante este proyecto sólo se suministra en la actualidad en la Autoridad Portuaria de Bahía de Algeciras. Se adjunta una ficha ejemplo. Este sistema hace uso de servicios y máquinas virtuales integradas en la nube (AWS) para la adecuada gestión del dato en comunicación con los servidores de Puertos del Estado y puesta a disposición del propio CMA.
3.2.2 Predicción del Riesgo Operativo
El usuario requiere de una simplificación en el acceso a la información. Si esta simplificación también permite combinar los datos con su interpretación de la realidad, nace una herramienta útil para la gestión y la toma de decisiones. Es el caso del módulo de Predicción de Riesgo Operativo; se trata de una herramienta de gestión del riesgo operacional que permite asociar 3 niveles de riesgo (bajo, medio y alto) a las AOIs identificadas en el Puerto de la Bahía de Algeciras y Tarifa. Combina la predicción de viento, oleaje y corrientes con la percepción de la intensidad que es admisible para el usuario de esas variables para operar con seguridad y confort.
Está basada en la consulta de la predicción de variables océano-meteorológicas (corrientes, viento y oleaje) para cada uno de los Puntos Operativos de Interés (POIs) asociados a cada AOI. Para evaluar el riesgo asociado a la presencia de estos agentes océano-meteorológicos en cada AOI, es necesario conocer el nivel de vulnerabilidad que ésta presenta. Para ello, se han asignado por defecto una serie de umbrales operativos en función del tipo de actividad característica de la AOI, tipo de operación, buque tipo y dirección de acciones más desfavorables, de acuerdo a los valores establecidos en las recomendaciones para obras marítimas (ROM 0.0-01. Procedimiento general y bases de cálculo en obras marítimas y ROM 2.0-11. Obras de Atraque y Amarre).
Una vez identificadas las AOIs y los umbrales asociados a la actividad que se realiza en cada una de ellas, se puede establecer el nivel de riesgo operativo para cada AOI en función de las predicciones de las variables océano-meteorológicas de interés. El producto final es un visor web, integrado en el CMA, que muestra a modo de semáforo el nivel de riesgo (bajo, medio o alto) para cada AOI según la predicción de viento, oleaje y corriente. Se adjunta una imagen que presenta la Predicción del Riesgo Operativo en CMA.
3.2.3 Predicción de Rebases
Anidado al sistema operacional de oleaje, se ha establecido un sistema de predicción de rebase a lo largo del dique de abrigo del Puerto de Tarifa (Dique Sagrado Corazón). El oleaje, cuando impacta con los diques de abrigo puede sobrepasarlos afectando a personas, vehículos, mercancías, buques, etc. Para lograr gestionar estos eventos se ha desarrollado el primer sistema de modelado y observación de rebases con técnicas de visión artificial. Con base en las predicciones de oleaje y nivel del mar, el modelo de predicción de rebase aporta, de forma particularizada para cada tramo de dique los siguientes parámetros: caudal medio, porcentaje de olas que rebasan, volumen medio, volumen máximo y espesor medio de la lámina de agua.
La segmentación espacial va acompañada de la definición de características tipológicas y geométricas para cada uno de los tramos. Además, la información de salida que se proporciona al usuario va asociada también a estos tramos, indicando el nivel de riesgo para peatones y vehículos mediante un código simple de colores (verde=sin riesgo, amarillo=riesgo medio y rojo=riesgo alto). En este caso, el nivel de riesgo va asociado a un único parámetro de control: el caudal medio de rebase. Los resultados del modelado numérico de predicción se comparan, no sólo con los umbrales de riesgo, sino también con los resultados obtenidos por la herramienta instrumental de monitorización de rebases (basada en técnicas de visión artificial). La activación de esta herramienta está relacionada con la predicción de un cierto umbral de caudal medio de rebase y sus resultados permiten la verificación de los resultados numéricos de rebase. Esto, ha permitido desarrollar un sistema de alerta híbrido para la predicción y seguimiento de rebases en el dique.
Esta herramienta, también integrada en el CMA, permite la obtención temprana (operacional) de caudales de rebase, identificación de eventos, sus magnitudes y duraciones, teniendo en cuenta la oblicuidad del oleaje y las características propias de los estados de mar incidentes (magnitudes, direcciones, frecuencias y formas espectrales). De esta forma se garantiza un acceso seguro, tanto público como privado. Nuevamente, se adjunta una imagen ilustrativa de la herramienta.
3.2.4 Atlas del Oleaje Generado por Buques
El oleaje generado por el paso de embarcaciones en un puerto puede mermar la operatividad de los buques atracados en los muelles. Por este motivo, se ha simulado el oleaje y la agitación generados en distintos puntos de control por el paso de las 40 embarcaciones más representativas del Puerto de la Bahía de Algeciras, teniendo en cuenta la base de datos AIS (Automatic Identification System). Una vez caracterizadas las propiedades, trayectorias y velocidades de los 40 barcos representativos del tráfico marítimo en la Bahía de Algeciras, se ha evaluado la agitación que genera cada una de las trayectorias en 84 puntos de control.
La información de las trayectorias seleccionadas y los resultados de agitación se han plasmado en una serie de fichas y se puede descargar en diferentes formatos (png, xls, xml y dat) desde la sección Atlas del CMA. Con todo ello, las embarcaciones sabrán el impacto que están generando en las actividades que realizan en los buques, y se logra una concienciación entre los navegantes en el área portuaria.
4. CERTIFICACIÓN PUERTO SEGURO OCÉANO-METEOROLÓGICO
“Algeciras SafePort” establece una metodología para la creación y obtención de la “Certificación de Puerto Seguro Oceáno Meteorológico”. Esta certificación será de gran valor para los puertos que la alcancen, puesto que les ayudará a acotar costes operativos y optimizar tasas de eficiencia en la gestión y planificación.
La certificación exige del adecuado conocimiento del medio físico y, por ello, fue necesaria la implantación de nuevos modelos de alta resolución de viento y oleaje.
Se elabora una guía que presenta una metodología para la creación y aplicación de un Sistema de Gestión de Riesgos Oceáno-Meteorológicos en el ámbito portuario y para promover un esquema de certificación que reconozca la buena gestión en este ámbito. Esta metodología incorpora de manera directa el concepto de la gestión del riesgo frente a los agentes del medio físico en la gestión y planificación portuaria.
Conclusiones
El proyecto “Algeciras SafePort” ha permitido aproximar el medio físico a las áreas dónde se desarrolla la actividad portuaria, Áreas Operativas de Interés, con nueva instrumentación y sensórica adaptada al entorno portuario. Se registran nuevas variables, y modelos numéricos de muy alta resolución, que proporcionan información histórica y predicciones de alta calidad. A su vez, cimentado en una potente gestión del dato, se han desarrollado nuevas herramientas TI orientadas al usuario, de apoyo el diseño y explotación portuaria. El proyecto “Algeciras SafePort” avanza en la línea de trabajo de evaluación, cuantificación e indexación del riesgo océano-meteorológico asociado a la actividad portuaria. El aumento de resolución en la medida y el modelado de variables océano-meteorológicas, y su puesta en valor a través de herramientas TI, proporciona un mejor conocimiento del medio físico en los puertos, reduciendo así la incertidumbre en el diseño y explotación portuaria, lo que se traduce en una gestión más eficaz, segura y sostenible de los puertos.
