APLICACIÓN DE UN MODELO DE TIPO PREDICTIVO PARA CUANTIFICAR EL TRANSPORTE LITORAL DE ARENAS EN DOS PLAYAS DE LA COSTA SUR DE SINALOA

Trabajo recibido el 9 de mayo de 1984 y aceptado para. su publicación el 22 de octubre de 1984.

RESUMEN

INTRODUCCIÓN

Las playas arenosas del sur de Sinaloa atraen a miles de visitantes anualmente, lo cual ha generado un acelerado desarrollo de la infraestructura turística, principalmente en Mazatlán y sus proximidades. Este crecimiento requiere del conocimiento de los procesos litorales que afectan a esas áreas, específicamente de los concernientes con la erosión de las playas, cuya principal causa es la pérdida de material no cohesivo por el transporte de arenas normal y a lo largo de la costa. Este último tipo de movimiento parecer ser la mayor causa de la erosión cuando el hombre interfiere con la zona litoral. El objetivo fundamental de este trabajo es evaluar en dos playas de la región el transporte de arenas a lo largo de la costa utilizando datos de oleaje de aguas profundas recopilados de barcos que navegaron frente al área de estudio.

En la región de interés se han efectuado pocos trabajos relacionados con el transporte litoral de arenas. Freemont (1935) efectuó observaciones concernientes al movimiento de sedimentos y corrientes en las proximidades de Mazatlán, Sin., que suministraron criterios para el diseño de las estructuras de protección del puerto. Currayet al. (1969) realizaron estudios sobre las planicies de están en las costas de Nayarit y sur de Sinaloa. Phleger y Ayal a- Castañares (1972) efectuaron investigaciones sobre la historia del desarrollo de las lagunas costeras de Huizache y Caimanero. La Compañía Oceanografía, S. A. por encargo de la Secretaría de Marina (1974), realizó estudios de oleaje y de transporte litoral en una playa de la Laguna de las Cabras, Sinaloa. Montaño (1984), efectuó mediciones directas del transporte litoral utilizando trazadores fluorescentes en el área de la Isla de la Piedra.

En este trabajo se seleccionaron dos playas de la costa sur del Estado de Sinaloa, ubicadas 30 km al N. E. y 25 km al S. E. del puerto de Mazatlán. La figura 1 muestra el mapa del área entre la boca de Teacapán y Punta Gruesa, así como la ubicación de las dos secciones seleccionadas para el estudio. La línea de costa en esta zona es casi recta, tiene una orientación aproximada NW-SE y se caracteriza por la presencia de una serie de lagunas costeras separadas del mar por barreras constituidas por sedimentos principalmente arenosos. El origen y desarrollo de estas lagunas ha sido descrito por Curray et al. (1969), Phleger y Ayala- Castañares (1972) y Lankford (1977).

El clima del área es tropical y subtropical, tipo cálido subhúmedo (García, 1973), con una temperatura media anual de 25º C y un régimen de lluvias predominantes durante el verano.

Los vientos dominantes son del oeste y noroeste con una velocidad promedio de 2.6 a 3.5 m/seg. Las olas más frecuentes provienen del noroeste, norte, oeste y suroeste. Estas últimas ocasionalmente son generadas por tormentas tropicales, que normalmente se presentan de julio a octubre y son las que mayores daños causan en las áreas costeras (Montaño, 1984).

En este trabajo se aplicó un modelo de tipo predictivo para calcular el transporte litoral de arenas. Para la aplicación de la metodología se siguió el análisis efectuado por Walton y Chiu (1979).

La información de oleaje utilizada en esta investigación se obtuvo del "Summary of Synoptic Meteorological Observations" publicado por el U. S. Naval Weather Service Command (1981) y referido como SSMO. Los datos son observaciones meteorológicas y del estado del mar efectuadas desde barcos que navegaron en la zona indicada en la figura 2. El centroide del total de las observaciones está localizado a 22.6° N y 107.9º W.

La información se recabó durante el período comprendido entre 1963 a 1979.

La cantidad del transporte de arenas en peso sumergido (I₁) se obtuvo aplicando el modelo utilizado por Komar e Inman (1970) que expresa I₁ como una función del flujo de energía (P1) a lo largo de la costa.

I₁ = 0.77 P1 (1)

El transporte litoral de la arena usualmente se expresa como transporte en volumen, por lo cual se efectuó la conversión descrita en el Shore Protection Manual (1973):

donde: Q₁ = Cantidad volumétrica del transporte litoral de arenas, ρ = Porosidad del sedimento, ρ_s = Densidad del sedimento, ρw = Densidad del agua, g = Aceleración de gravedad

La ecuación 2, representa el transporte litoral de arenas en términos de la dirección, peróodo y altura de una ola determinada. Walton y Chiu (1979) consideran que para un estado cambiante de las condiciones del oleaje en aguas profundas, el transporte litoral total deberá consistir del transporte promedio de arenas evaluado de acuerdo con los valores de Ql para alturas, periodos y direcciones representativas de olas. El transporte total de arenas a lo largo de la costa promediado para un intervalo de tiempo t* puede expresarse como:

Fig. 1. Localización del cuadro de datos del SSMO adyacente a la costa de Sinaloa.

Fig. 2. Ubicación de los dos transectos seleccionados.

El término dt/t* se considera como la fracción de tiempo durante la cual una ola con características específicas de altura, período y dirección se genera durante el período t*. Esto se puede expresar en intervalos finitos como:

donde:

El ángulo Θ representa el azimut de la dirección de propagación de la ola y se relaciona a αo mediante la ecuación: αo = Θn - 9 donde Θn es el azimut de una perpendicular a la línea de costa (Fig. 3).

La suma de las frecuencias de olas se efectuó con valores de 9 dentro del rango Θ = Θn ± a o donde αo = 90°. Esto elimina el oleaje que no incide o no llega a la costa.

Por lo tanto el transporte total de arenas se puede calcular de:

Fig. 3. Relación entre la dirección de propagación del oleaje y 1 dirección del transporte litoral de arenas.

El valor ^f₁₈, = ^f₁₈, (Ho, θ) representa la frecuencia de una ola de altura Ho y dirección 0. Similarmente ^f₁₉, = ^f₁₉, (Ho, T) es la frecuencia correspondiente a una ola de altura Ho y periodo T.

El proceso utilizado para computar el transporte total de arenas a lo largo de la costa se puede resumir en la forma siguiente:

1 . Se obtuvieron los valores de ^f₁₈ y ^f₁₉ de las Tablas 18 y 19 del SSMO y se calculó ^f (Ho, T, 9) = ^f₁₈ · ^f_19. Las frecuencias resultantes se filtraron para eliminar las direcciones menores que θn - 90 y mayores que θn + 90.

2. Se encontraron valores representativos Ho de los rangos de alturas dados en los datos del SSMO, en tablas diseñadas por Walton y Chiu (1979). En forma similar se procedió con los períodos. La dirección de la ola fue toma da como la del punto medio de cada uno de los ocho sectores del compás de los datos del SSMO. Cuando una ola representativa con una frecuencia dada era paralela a la costa del sector correspondiente de olas se dividió en dos partes, una de las cuales se eliminó de las computaciones y la otra se utilizó considerando la mitad de la frecuencia inicial (Fig. 4).

Fig. 4. Modificaciones de los datos de oleaje para olas paralelas a la línea de costa.

3. Se determinó un coeficiente de disipación de energía K_fque representa el efecto de la fricción del fondo utilizando el método de integración numérica de Breatschneider (1954). Los cálculos se llevaron a cabo desde aguas profundas hasta una profundidad de 10 pies a lo largo de los transectos indicados en la figura 2.

4. El transporte de arenas Q₁ = Q₁ (Ho, T, αo )·^f (Ho, T, θ) a lo largo de la costa para condiciones representativas de oleaje se obtuvo combinando las siguientes relaciones:

Eo=ΥHo²/8 (10)

donde:

Eo= Energía del oleaje en aguas profundas

Υ = Gravedad específica del agua de mar

Ho= Altura de las olas de aguas profundas

donde:

αb = Angulo de incidencia de olas en la zona de rompientes

Lo = Longitud de la onda en aguas profundas

αo= Angulo de incidencia de olas en aguas profundas

Pi= Kf²(EoCgocosαo) senαb (12)

donde:

Cgo = Velocidad de grupo de olas de aguas profundas

La relación 10 está basada en la teoría lineal de ondas. La ecuación 11 fue postulada por LeMehaute y Koh (1967) basándose en la Ley de Snell. La expresión 12 evalúa el flujo de energía a lo largo de la costa. Combinando las relaciones 10, 11 y 12, se obtiene el flujo de energía P, en función de condiciones representativas de oleaje (Ho, T, αo).

P1=Kf²[20.63Hotcosαo]sen[αo(0.25+1.07Ho/T] (13)

Substituyendo P, en las ecuaciones 1 y 2, y multiplicando la expresión para Q1 por la frecuencia f se obtiene:

Q1=.77fckf²[20.63 HoTcosαo] sen [αo (0.25+1.07 Ho/T)] (14)

dodne: c=1/(1-ρ/÷100)(ρs-ρw)g (15)

5. El valor total del transporte litoral de arenas se calculó de acuerdo a la fórmula anterior por adición de los valores parciales de transporte correspondientes a cada frecuencia considerada.

Las suposiciones implicadas en la aplicación del método son las siguientes:

1. La teoría lineal es válida para los procesos de transformación de olas y para los cálculos de energía.

2. El coeficiente de fricción K, se calculó de acuerdo al procedimiento de Bretschneider (1954).

3. La topografía del fondo está compuesta de contornos rectos y paralelos.

4. Ningún cambio drástico se encuentra en el perfil que va desde la zona de las rompientes hasta una profundidad h = Lo/2.

5. Se considera que existe una cantidad adecua da de arena para ser transportada.

La Tabla 1 presenta un ejemplo de los parámetros utilizados en el cálculo de los valores parciales del transporte litoral Q₁. Ilustrativamente se considera un período de 8.5 seg, para diferentes alturas y direcciones del oleaje.

Los resultados finales se presentan en la Tabla 2. Las diferencias en los valores calculados del transporte litoral entre los dos transectos seleccionados se deben principalmente a la variación en la orientación de la línea de costa v a los cambios topográficos del fondo, lo cual determina los ángulos de incidencia del oleaje y los valores de los coeficientes de fricción respectivamente.

TABLA 1. PARÁMETROS UTILIZADOS EN EL CÁLCULO DE LOS VALORES PARCIALES DEL TRANSPORTE LITORAL Q1

TABLA 2. RESULTADOS FINALES DEL TRANSPORTE LITORAL DE ARENAS EN LOS DOS TRANSECTOS SELECCIONADOS.

Los resultados obtenidos en este trabajo son comparables con los calculados en otras zonas, para períodos mayores de 10 años, por algunos investigadores e instituciones (Tabla 3). Johnson (1956, 1957) recopiló estimaciones del transporte litoral neto en varias localidades. Estas evaluaciones se basaron en registros volumétricos periódicos, de los sedimentos acumulados en rompeolas y espigones durante largos períodos de tiempo. La tabla 3 también presenta comparaciones entre los resultados obtenidos, por Walton y Chiu (1979) utilizando datos del SSMO y las estimaciones del "U. S. Army Corps of Engineers" (1971), efectuadas por varios métodos, entre los cuales se incluyen: registros de dragado, estimaciones volumétricas y datos de plantas de bombeo.

TABLA 3. COMPARACIÓN DE LOS VALORES DEL TRANSPORTE LITORAL NETO CALCULADOS EN DIFERENTES ÁREAS POR OTROS INVESTIGADORES.

Independientemente de la diferencia en la metodología aplicada para la evaluación del transporte litoral de arenas, por los investigadores mencionados, sus resultados son comparables entre sí, así como con los obtenidos en este trabajo, lo cual reafirma la confiabilidad del método utilizado.

Las direcciones del movimiento de las arenas determinadas en este estudio coincide con las predicciones efectuadas con anterioridad para lugares cercanos a los dos transectos seleccionados.

Freemont (1935) basado en las observaciones de acumulación de arenas durante y posteriormente a la construcción del muro Este que protege al puerto de Mazatlán del oleaje del sur, dedujo que los principales volúmenes de arenas en la zona se mueven hacia el norte. La Secretaría de Marina (1974), reporto un transporte litoral neto anual hacia el sur en una playa frente a la Laguna de las Cabras.

Más hacia el sur en la costa de Nayarit y sur de Sinaloa, Curray et al. (1969) infieren que el transporte litoral neto de las arenas en la porción norte de la costa de Nayarit y sur de Sinaloa es actualmente hacia el norte. Esta deducción está basada en criterios geomorfológicos tales como: la dirección del crecimiento de la barra arenosa de Teacapán y del sitio de erosión de la boca, así como en los regímenes actuales de oleaje y viento que afectan a la zona. En un estudio posterior Phleger y Ayala-Castañares (1972) al explicar la historia del desarrollo de la laguna costera Huizache-Caimanero consideran que la barrera exterior formada por sedimentos procedentes del sur derivaron del Río Baluarte.

El transporte de arenas calculado en este estudio es de magnitud considerable en ambas direcciones tal como lo indican los resultados presentados en la Tabla 2. Mediciones de transporte litoral realizadas por Montaño (1984) y Peraza (1983), utilizando trazadores fluorescentes revelan inversión en el sentido de las corrientes y en el movimiento de las arenas.

El transporte neto de arenas evaluado en el área 1 fue de 53,700 yd³/año, mientras que en el área 2 fue de 234,700 yd³/año. Esta diferencia se debe principalmente a la variación en la orientación de la línea de costa y a los cambios topográficos del fondo, lo cual determina los ángulos de incidencia del oleaje y los valores de los coeficientes de fricción respectivamente.

El transporte predominante fue hacia el norte en el transecto I y hacia el sur en el II. En ambas áreas se presentan inversiones en la dirección del movimiento de las arenas asociadas a los cambios en el régimen de oleaje.

La comparación de los resultados obtenidos en esta investigación con estudios previos reafirma la confiabilidad del método utilizado en este trabajo.

Aviso de Privacidad

Cerrar esta ventana