Efectos del oleaje en la erosión / sedimentación en Isla Canela

Abstract

La evolución de la playa de Isla Canela desde la segunda mitad del Siglo pasado ha sido objeto de numerosas intervenciones que han dado como fruto grandes retrocesos de la línea de costa. El encauzamiento de los ríos Guadiana y Carreras en los años 70 produjo una disminución en el aporte de sedimentos en la zona de estudio. Tanto la construcción del espigón de Vila Real de Sto. Antonio como la existencia del delta sumergido de la desembocadura del Guadiana provocan que el oleaje incidente en la costa se vea refractado de forma irregular, invirtiendo las direcciones naturales del transporte de sedimentos y provocando la alternancia de zonas de erosión y sedimentación a lo largo de la costa de Isla Canela. Con el fin de conocer la influencia del oleaje en la morfología de la costa, se plantea este Trabajo de Fin de Máster. Para el alcanzar dicho objetivo se desarrolla en primer lugar un estudio del clima marítimo de la zona, basándose en las variables más representativas del oleaje (alturas de ola, periodos pico y direcciones), el viento (velocidades y direcciones) y los regímenes mareales. Se desarrolla una descripción general del oleaje en aguas profundas, un análisis delrégimen medio de la zona, y otro análisis del régimen extremal. Por último, se analiza la influencia tanto del viento predominante como de la marea. El rango de alturas de ola registrado en aguas profundas comprende valores entre 0 y 7,80 m, siendo las más frecuentes aquellas entre 0,25 y 1,25 m, produciéndose en el 76% de los casos. Los periodos oscilan entre los 2 y 19,70 sg, siendo los más frecuentes entre 4 y 8 sg, produciéndose en el 63% de los casos. Las direcciones de procedencia más frecuentes para el oleaje son del O (42% del tiempo), OSO (15% del tiempo) y SE (13% del tiempo). Para el régimen medio escalar se obtiene que la altura de ola cuya probabilidad de no excedencia es del 50% es 0,80 m y la altura de ola cuya probabilidad de no excedencia es del 80%, es 1,55 m. Se han analizado las tres direcciones de oleaje más predominantes. Para la dirección O es de 0,70 m la altura de ola con probabilidad de no excedencia del 50% y 1,15 m para el 80%. Para la dirección OSO la altura de ola con probabilidad de no excedencia del 50%, es de 1,10 m y de 2,10 m para el 80%. Por último, para los oleajes de dirección SE, la altura de ola con probabilidad de no excedencia del 50%, es de 1,05 m y de 1,85 para probabilidades del 80%. En cuanto al régimen extremal, en aguas profundas, se obtiene una probabilidad de excedencia del 50% para valores de altura de ola de 4,00 m y del 75% para alturas de ola superiores a los 4,50 m. Definido el clima marítimo, se obtienen los valores de las tormentas las cuales se tiene registro contemplando dos escenarios: uno entre los años 1977 y 2009 y otro entre el año 2009 y 2015. La elección de estos escenarios se debe a un análisis comparativo con datos facilitados por la Junta de Andalucía. Para la caracterización de las tormentas se utiliza el método Peaks Over Threshold (Picos Sobre el Umbral). Este método filtra las alturas de ola de un registro que superan un determinado valor “umbral”. En este caso se toma como umbral aquella altura de ola que es superada en el 1% de los casos (3,30 m). Con el fin de garantizar la independencia entre tormentas, se toma como mínimo una separación entre picos de 36 h. Obtenidos los valores de los temporales, se implementa un modelo de propagación de oleaje de la zona a través del software Delft3D (WAVE). Este modelo permite conocer las características del oleaje en la costa. Para dar fiabilidad a los resultados obtenidos, el modelo se calibra para los valores de altura de ola, periodo pico y dirección del oleaje. De la calibración se obtiene un coeficiente de correlación medio de R2 = 0,80 y parámetro de Skill S = 0,79. Con el modelo calibrado se desarrolla la propagación de los estados de mar correspondientes a cada una de las tormentas registradas en cada uno de los escenarios. Para el cálculo de la tasa de erosión o sedimentación en cada uno de los escenarios se ha utilizado la formula del CERC (Coastal Engineering Research Center, 1984). Se trata de una formulación empírica basada en la hipótesis de que el transporte longitudinal de sedimentos de una playa es directamente proporcional al flujo de energía que se genera en la zona de rompientes. De este modo para la aplicación de la fórmula es necesario conocer los valores de altura de ola y dirección en rotura del oleaje en el perfil donde se quiera calcular. X En este trabajo se han tomado a lo largo de la costa un total de 8 perfiles en los que se ha calculado para cada una de las tormentas el valor de la tasa de erosión o sedimentación que se produce. Obtenido los valores de la tasa de transporte en cada perfil, se analiza entre cada perfil si existe déficit o superávit de sedimentos y por tanto dicho tramo se encuentra en erosión o sedimentación. Obtenido los valores discretos, se interpolan a lo largo de toda la línea de la costa y se obtienen el patrón de la playa. Una vez se tiene ese patrón, se han comparado con los que ofrece el REDIAM (Junta de Andalucía, 2010), los cuales están calculados a partir del análisis de ortofotografías. Coincidiendo con REDIAM, se diferencian en la costa dos zonas según su tasa de erosión. La parte de levante, caracterizada por altos valores de sedimentación fomentados por la contención que ofrece el espigón de Punta del Moral, y la parte de poniente, que ha visto modificada su alineación de forma más brusca a través de la formación de dos tómbolos y el retroceso considerable de la línea de costa en el tramo comprendido entre ellos. De este modo, se finaliza el trabajo mostrando unas conclusiones globales sobre el estado de la playa de Isla Canela a medio plazo.

The adjacent beachside town of Ayamonte, Isla Canela, has evolved over the last decades due to numerous engineering interventions. These mentioned interventions have controlled the water levels at the shore along with a displacement of soil for its later protection to the urban context. Back in the 1970s one of the interventions was the joinery of two rivers, Guadiana and Carreras, causing an abrupt reduction in the natural transportation of mineral sediments in the area. The construction of the breakwater in Vila Real de Sto. Antonio, along with the condition of the submerged delta at the mouth of the Guadiana river, caused over the years that the wave incident over the coast of Isla Canela to be refracted irregularly by reversing the natural direction of mineral sediment transportation. Reversing these natural transportations of sediments has caused an abrupt alternation of erosion and sedimentation zones throughout the coast line of Isla Canela. This final thesis is aiming to study the influence of waves in the morphology of the coast. In order to undertake this study, the most important meteoritical factors would be carefully taken under consideration; being the following: Research on the maritime climate conditions in the study area based on the most representative variables of the waves (heights, peak periods and directions) along with tidal regimes. There will also be a general description of the surge in deep waters, an analysis of the average regime of the area along with a study of extreme regimes. The last part of research will be based on the predominant direction and speed of the wind in the area, along with the tides. The documented range in wave heights in deep waters show values between 0 and 7.80 m, having at 76% of the studied cases the values from 0.25 to 1.25 m. The periods oscillate between 2 and 19.70 s, being the most frequent directions of origin for waves are W (42% of the time), OSO (15% of the time) and SE (13% of the time). As for the average scalar regime, it is obtained from wave heights whose probability of non-exceedance are 50% at 0.8 meters and the wave heights whose probability of non-exceedance are 80% at 1.55 m. There are three predominant directions in the study area where there has been an analysis and values obtained from it. For W direction the wave height is 0.70 m with a 50% probability of non-exceedance and 1.15 m at 80% of probability of not exceeding. For OSO direction, the wave height with probability of not exceeding 50% is 1.10 m and 2.10 m for 80% of non-exceedance. The final direction on this study case is SE, where the wave heights have a nonexceedance probability of 50% at 1.05 m and for a probability of 80% the height peaks at 1.85 m. As for the extreme regime, in deep waters the probability of exceeding at 50% is obtained from wave height values at 4.00 m and for a 75% probability the heights are greater than 4.50 m. Once we have defined the maritime climate, the values gathered from storms bring two scenarios to be taken under consideration: the first one being set between 1977 and 2009 and the second one between 2009 and 2015. This choice of the mentioned cases will be a comparative analysis between both, with the data of the analysis being provided by the Junta de Andalucía. For the characterization of storms, the Peaks Over Threshold method is used. This method filters the wave heights of record values that exceed a certain ‘threshold’ value. In our case, the wave height is taken as a threshold, which is exceeded in 1% of the cases (at 3.30 meters). In order to XII guarantee the independence between storms, a gap of at least 36 hours between peaks is taken under consideration. Once the storm values are gathered, a wave propagation model in the study area is developed through the Delft3D software (WAVE). This model allows to know the characteristics of the waves at the coast. To obtain a higher reliability to the obtained results, the model is calibrated for the values of wave heights, peak periods and direction of waves. The calibration results in a mean correlation coefficient of R2 = 0.80 and skill parameter of S= 0.79. With the calibrated model, the propagation of the sea conditions corresponding to each of the storms under study in each of the scenarios developed and analysed. As for the calculation of erosion and sedimentation rates in each scenario, the CERC formula (Coastal Engineering Research Center, 1984) has been applied. This is an empirical formulation based on the hypothesis that the longitudinal transport of sediments from the beach is directly proportional to the flow of energy generated in the surf zone. With the mentioned facts under consideration, the formula is applied when the obtained values of wave heights and directions in breakage of the waves depending on the scenario that is meant to be defined. In this Final Thesis, a total of 8 cases have been analysed along the coast where the values of erosion or sedimentation rates have been calculated for each of the mentioned storms or scenarios. Once these values have been obtained, the transport rate on each case has been studied and compared with one another to check if there is a deficit or surplus of sediments and therefore this section would be classified to be suffering from erosion or sedimentation. When the values are obtained, they are interpolated along the whole coast line and the beach pattern is achieved. Finally, once the pattern is present, it is then compared with those offered by REDIAM (Junta de Andalucía, 2010), which are obtained from the analysis of orthophotos. After the careful analysis and studies, this Thesis aims to conclude showing global conclusions about the state of Isla Canela beach in medium term.