ANALES DEL INSTITUTO DE CIENCIAS DEL MAR Y LIMNOLOGÍA


DINÁMICA DE PLAYAS DEL DELTA DEL RÍO BALSAS, MÉXICO

Trabajo recibido el 15 de enero de 1988 y aceptado para su publicación el 22 de abril de 1988.

Yovani Montaño Ley

Mario Gutiérrez-Estrada

Instituto de Ciencias del Mar y Limnología, UNAM, "Estación Mazatlán" apartado Postal 811, Mazatlán, 82000, Sinaloa, México.

Javier Aldeco-Ramírez

Colegio de Ciencias y Humanidades, Unidad académica de los Ciclos Profesionales y de Posgrado, Ciudad Universitaria, México 04510. Contribución No. 641 del Instituto de Ciencias del Mar y Limnología, UNAM.

RESUMEN

Se efectuaron mediciones de perfiles de playa en la porción sub-aérea del delta del Río Balsas, utilizando equipo topográfico convencional. Adicionalmente se realizaron observaciones de parámetros de oleaje y determinaciones granulométricas. Los resultados indican alto grado de erosión en algunos sectores playeros, debido a la acción del oleaje. El mayor valor de erosión fue de 37 m³ por metro de longitud de playa, mientras que la acreción más alta fue de 5 m³ por metro. La pendiente de la cara de la playa parece relacionarse al tamaño del sedimento. La mayoría de las arenas fueron de grano fino. La configuración curva de la línea de costa, el relieve submarino y la presencia de estructuras costeras tales como un campo de espigones parecen afectar el patrón de distribución de alturas de olas. La raíz media cuadrada de las alturas de las olas fluctuó entre 0.4 y 1.6 m.


ABSTRACT

Subaerial beach profiles in the vecinity of Balsas River Delta have been surveyed by mean of standard topographic devices. Additionally, measurements of wave parameters and grain size have been done. It has been found that some profiles are eroded to a large degree by the wave action. The maximum erosion value was 37 m³ per meter of beach length. The larger accretion was 5 m³ permeter of beach length. The beach face slope appears to depend of the grain size. Most of the sand was fine grained. The pattern distribution of wave height seems to be associated to the curving shoreline, submarine relief and some coastal structures like a groin field. The root mean square value of wave height fluctuated between 0.4 and 1.6 m.


INTRODUCCIÓN

En la última década la demanda de la zona costera para el desarrollo industrial y turístico ha crecido considerablemente. El manejo correcto de esa zona implica un conocimiento amplio de los procesos resultantes de la interacción del viento, olas, corrientes, mareas, sedimentos y otros fenómenos de la zona litoral.

Las costas se erosionan, acrecientan o permanecen estables dependiendo de las velocidades a las cuales los sedimentos son aportados o removidos de las playas. La acreción o erosión excesiva puede poner en peligro la integridad estructural o funcional de las obras costeras.

Muchos esfuerzos se han realizado tratando de comprender el comportamiento de las playas: Bagnold (1947) efectuó experimentos de perfiles en laboratorio utilizando diferentes medidas de materiales. Krumbein (1947) estudió la interacción de las variables implicadas en la transformación de una playa de la costa de California. Watts (1954) realizó estudios bidimensionales de las relaciones entre playas arenosas y olas. Eagleson y Dean (1959) efectuaron investigaciones teóricas y experimentales de las relaciones entre características de las olas, tamaños de las partículas y pendientes de fondos. Inman y Rusnak (1956) midieron cambios de niveles en fondos arenosos de playas de La Joya California, por un intervalo de tres años.

Winant et al (1975) lograron algunos avances con la aplicación de funciones empíricas de Eigen en el análisis estadístico de los cambios en los perfiles de playa.

En los perfiles perpendiculares, a la línea de playa se manifiestan rasgos morfológicos característicos que reflejan la acción de los diversos procesos litorales de erosión-transporte-depositación, que norman el comportamiento sedimentológico de esos rasgos morfológicos.

La zona litoral deltaíca del Río Balsas se ha modificado ampliamente desde hace más de un siglo (Brand, 1958). A partir del inicio de operación de las presas El Infiernillo y José María Morelos y Pavón, el litoral deltáico ha retrocedido debido a la supresión del aporte de materiales gruesos hacia el ámbito marino.

Este estudio forma parte del proyecto académico titulado Evolución Geomórfica del Delta del Río Balsas, Michoacán, México, auspiciado económicamente por el CONACyT. Su objetivo primario fue medir los cambios morfológicos de las playas en sectores selectos del delta del Río Balsas. Adicionalmente, se obtuvo información relacionada con la textura de los sedimentos y con los parámetros del oleaje. Para dar cumplimiento a lo anterior se programaron dos visitas al área de estudio, a realizarse, la primera, durante el mes de febrero de 1985 y, la segunda, en septiembre del mismo año.


ÁREA DE ESTUDIO

El área de estudio está situada en la costa del Pacífico Mexicano en la zona litoral del delta del Río Balsas entre las puntas Peñas, Michoacán, al noroeste (18ºO1'N y 102º30'W) y Peñitas, Guerrero, al sureste (17º59.5'N y 102º02.5' W) (Fig. 1). La zona de investigación es una costa abierta, expuesta a la acción del oleaje procedentes de casi todos los cuadrantes. Las mareas son de tipo mixto.





Figura 1. Mapa de localización de los perfiles topográficos realizados en las playas del Delta del Río Balsas.





El clima de la región, de acuerdo a la clasificación modificada de Köppen es tropical húmedo, caracterizado por un período lluvioso en verano y una temporada seca en invierno (García, 1973).

Las modificaciones en la morfología de las playas se determinaron mediante la comparación de los perfiles topográficos realizados en áreas selectas del litoral, entre las puntas Peñas y Peñitas (Fig. 1); al considerar las características geomórficas y dinámicas de la zona así como su disponibilidad de acceso; se procuró cubrir áreas de interés específico dado su alto grado de erosión.

La nivelación se efectuó haciendo uso de cinta, estadal y un tránsito modelo Sokkisha TM6. Se utilizaron puntos de referencia fijos situados en el límite anterior de la playa y cada perfil fue localizado físicamente mediante dos puntos señalados por estacas de madera de 1.5 m de largo.

En cada perfil se colectó una muestra superficial se sedimento de la cara de la playa. Los análisis granulométricos se efectuaron de acuerdo a los procedimientos descritos por Krumbein (1932).

Se construyeron curvas de granulometría acumulativa, determinándose los parámetros estadísticos según los criterios de Folk (1965) y Folk y Ward (1957).

Para estimar la altura de las olas se utilizó un dispositivo visual, del tipo utilizado por Kumbein (1947) en estudios costeros realizados en California, EUA., con el cual la altura del oleaje se midió al momento de romper la ola sobre la playa. La conversión de las lecturas obtenidas en alturas de olas, se efectuó aplicando conceptos trigonométricos básicos. Las alturas se transformaron a la forma de Hrms o raíz media cuadrada de N alturas de olas (Hi) utilizando:












RESULTADOS

Del análisis comparativo de la información obtenida durante las dos etapas de medición y en el laboratorio, se tiene que los cambios morfológicos de las playas investigadas fueron importantes y estuvieron relacionados, esencialmente, con los procesos erosivos a que está sometido el frente deltáico, del Río Balsas.

Las secciones topográficas del perfil playero I, aledaño a Punta Peñas, señalan intenso desgaste por remoción de los sedimentos (Fig.2). Gran parte de la doble berma existente en el mes de febrero fue erosionada. Se originó un marcado corte vertical o escarpe de erosión de poco más de un metro de altura (Fig.3) separando a la cara de la playa de la berma, ya reducida, la cual retrocedió aproximadamente 20m hacia la llanura deltáica. La amplitud de la playa, desde la barda utilizada como referencia hasta el límite de la berma (Fig.4), se redujo a escasos 8m. En esta playa se reflejó la mayor pérdida de arena, 37.0 m³/ml (Tabla 1). Las olas incidentes tuvieron un Hrms de 0.6m y una altura significante de 0.9m, con período de 14.7 seg. Las arenas de la cara de la playa variaron de grano fino, bien clasificadas, en febrero, a medio y moderadamente bien clasificadas, en septiembre. En ambos muestreos los sedimentos mostraron ligero predominio de partículas gruesas (Tabla 2).

El control topográfico II, efectuado en la playa Calabazas (Fig 5) indicó la presencia de una berma bien formada, con pendiente hacia la playa de 15º (Fig.6). De febrero a septiembre de 1986, la acumulación de arena fue leve en la porción más distante del la playa sub-aérea e intensa en la zona superior de la cara de la playa. El material acumulado fue de 1.70 m³, aproximadamente, por metro de longitud de playa (Tabla 1).

El oleaje presentó valores de 0.6m para la raíz media cuadrada de las alturas observadas y de 0.9m para la ola significante; el período medido fue de 15.5 seg. Las arenas colectadas en la cara de la playa fueron de grano fino, variando de muy bien a bien clasificadas, con predominio de partículas finas (Tabla 2).

En playa azul, perfil III (Fig. 1), la playa no mostró cambios importantes (Fig. 7). La berma, bien definida, se mantuvo sin alteraciones notables y en la cara de la playa hubo ligera pérdida de arena, equivalente a 1.2 m³ por cada metro de longitud de playa (Tabla 1).

Las olas presentaron un Hrms de 0.8m; la altura de la ola significativa fue de 1.0 m, con período de 14.7 seg.

El perfil IV (Figs. 1 y 8), realizado en las cercanías del Estero Santa Ana, presentó, entre la berma plana y la amplia cara de la playa, un corte vertical cuya altura fue de aproximadamente 0.30m. En esta zona se determinó leve erosión en gran parte de la cara de la playa; sin embargo, el área continuó caracterizándose por la presencia de una berma extensa y de escaso relieve. El valor para Hrms fue de 0.7 m y para la ola significativa de 1.0 m.

Los sedimentos colectados en febrero correspondieron con arenas de grano fino (Mø = 2.92ø), muy bien clasificadas ( δ ø =0.32) y predominio de partículas finas (coeficiente de asimetría positivo); la arena muestreada durante le mes de septiembre fue de grano muy fino (Mø = 3.19ø), bien clasificada y con predominio de partículas finas (Fig. 8, Tabla 2).





Figura 2. Perfiles topográficos playeros en la Punta Peñas y curvas acumulativas de los sedimentos.









Figura 3. Punta Peñas, Michoacán. Escarpe de erosión de poco más de un metro de altura, que separa la cara de la playa de la berma.





Las playas de Eréndira, perfil V de las figuras 1 y 9, son de amplitud moderada y de suave pendiente; presentaron una berma de dimensiones pequeñas. No mostraron cambios notables en su morfología y éstos se relacionaron con una leve pérdida de material, (2.0 m³ ) en los primeros 20 m del perfil y depósito de arena, (3.0 m³) entre los 30 y 40 m. La arena de la cara de la playa fue de grano fino, bien clasificada, con ligero predominio de partículas gruesas (Tabla 2). El perfil VI (Figs. 1 y 10), correspondiente a Punta Burras, no mostró cambios importantes en su morfología. En algunos puntos se tuvo escasa erosion, 1.2 m³ que fue compensada por acreción, 1.8 m³ por metro de longitud de playa, hacia el mar. La altura de la ola significante fue de 1.0 m y la Hrms de 0.7 m. Los sedimentos de la playa fueron arenas de grano fino, bien clasificadas y con predominio de partículas gruesas (Tabla 2).





Figura 4. Punta Peñas, Michoacán. La erosión por 3 oleaje de tormenta redujo la amplitud de la playa, habiéndose propiciado la remoción de 37 m por metro de longitud de playa.









TABLA1 CAMBIOS VERTICALES Y VOLUMÉTRICOS EN LAS PLAYAS DEL DELTA DEL RÍO BALSAS, MICHOACÁN









TABLA 2 PARÁMETROS GRANULOMÉTRICOS ESTADÍSTICOS





El área comprendida en el perfil topográfico VII realizado frente al Faro (Fig. 1), reflejó cambios interesantes en la morfología de la playa. Gran parte de la zona que, en febrero, estuvo cubierta por vegetación, en septiembre no lo estuvo. La porción distante de la playa así como la parte baja de la berma fueron erosionadas habiéndose removido 2.6 m³ de arena por metro de longitud de playa. Asimismo, se notó acreción superficial de la playa de, aproximadamente 0.10m, que motivó la acumulación de 1.2 m³ de arena por metro de longitud de playa (Fig. 11, Tabla 1). La Hrms fue de 0.6m la ola significante de 0.8m. Las arenas muestreadas resultaron ser de grano fino (Mø: 2.12 y 2.34ø), bien clasificadas y con predominio de partículas finas.





Figura 5. Perfiles topográficos en la playa Calabazas y curvas acumulativas de los sedimentos.









Figura 6. Playa Calabazas, Michoacán. Playa sujeta a procesos de acumulación sedimentaria. Obsérvese la berma bien formada, con pendiente de 150 hacia la playa. La acumulación de arena se apreció leve en la porción distante de la playa e intensa en la parte superior de ella









Figura 7. Perfiles topográficos en Playa azul.









Figura 8. Perfiles topográficos en la Playa Santa Ana.









Figura 9. Perfiles topográficos en la playa Eréndira y curvas acurnulativas de los sedimentos.









Figura 10. Perfiles topográficos en la playa Burras y curvas acumulativas de los sedimentos









Figura 11. Perfiles topográficos en la playa del Faro y curvas acumulativas de los sedimentos.









Figura 12. Perfiles topográficos en la playa Cayacal, a la derecha del espigón.









Figura 13. Perfiles topográficos en la playa Cayacal, a la izquierda del espigón.





Los perfiles topográficos VIII A y B, realizados en febrero y septiembre en la playa de la Isla Cayacal, cercanos a los flancos de un espigón, se muestran en las figuras 12 y 13, respectivamente.

En ambos se tienen pendientes bien definidas, con bermas formadas por guijarros (Fig. 14). Durante las observaciones la rompiente del oleaje fue de tipo "surging"; la erosión es evidente, en el perfil A (Fig. 13), la remoción de arena de febrero a septiembre fue de hasta 2.0 m³ por metro de longitud de playa (Tabla 1). En la Bahía de Petacalco (Fig. 1) se realizó el perfil IX (Fig. 15), que no presentó erosión importante; la actividad observada en el oleaje fue escasa, habiéndo sido de muy baja energía durante las dos etapas de observación y de medición. La altura del oleaje fue siempre menor a 0.20 m.

El perfil X (Fig. 16), realizado en Las Peñitas (Fig. 1) se mantuvo sin modificaciones aparentes. En la zona, la playa es amplia y de pendiente muy suave (Fig. 17). La cantidad de sedimentos removidos fue compensada por los acumulados en la cara de la playa (Tabla 1). Las olas presentaron un valor para Hrms igual a 0.4m y la altura de la ola significativa fue de 0.6m.

Los sedimentos fueron arenas de grano fino, bien clasificadas y, en febrero, con predominio de partículas gruesas.


DISCUSIÓN

La obtención del conocimiento de los procesos de erosión del delta del Río Balsas ha dado lugar a diversos estudios científicos. Gutiérrez Estrada (1971), Lankford et al (1975) y Reinmitz (1968) han reportado cierto grado de desgaste en algunos sectores del litoral del delta del Río Balsas debido a la acción mecánica de olas y de corrientes litorales. Mencionan asimismo, que el equilibrio que existía fue alterado debido a la disminución del volumen de las gravas y arenas aportadas por el Río Balsas y que, con la construcción de las Presas Villita e Infiernillo, quedan retenidos en ellas. En general en el área de estudio se detectó cierto grado de erosión. Los perfiles registrados en septiembre de 1986 presentaron bermas planas o cortadas por la acción del oleaje semejándose a los perfiles típicos de tormenta (invierno) descritos por Komar (1976), por lo que es probable que con la incidencia del oleaje tipo Swell, la berma sea reconstruída dando lugar al desarrollo del perfil típico de Swell con cima plana.

La erosión de la doble berma observada en Las Peñas durante el mes de febrero, se atribuyó a la incidencia de oleaje de tormenta. Las mayores pendientes observadas en las playas deltícas correspondieron a las de los perfiles Faro y Cayacal, que reciben oleaje del W y SW, refractado por el cambio de orientación de la línea de costa en la Isla de Burras o del Mar. Lo anterior, concuerda ampliamente con lo señalado por Bascom (1964), quien demostró que el frente de playas dispuestas en áreas protegidas usualmente Presentan pendientes pronunciadas y, además correlacionó la pendiente de la cara de la playa con el tamaño de los granos de arena. Sus estudios demostraron que a mayor tamaño del grano de los materiales, corresponde una pendiente de playa más pronunciada.





Figura 14. Isla Cayacal, Guerrero. Playa formada porguijarros, dispuesta en el flanco izquierdo de un espigón.La erosión. evidente. motivó la erosión de 2.0 m³ por metro lineal de playa.









Figura 15. Perfiles topográficos playeros en la Playa Petacalco.









Figura 16. Perfiles topográficos playeros en la playa Peñitas y curvas acumulativas de los sedimentos.





En esta investigación se observó que el perfil con pendientes más pronunciadas correspondió a la playa Cayacal (perfil VIII) constituída por gravas (perfil VIII). La mayoría de las playas investigadas en el litoral del delta del Río Balsas se mostraron formadas por arenas de grano fino y bien clasificadas, con valores promedio para el diámetro promedio (Mø) y el coeficiente de clasificación de 2.45ø y 0.43ø respectivamente (Tabla 2).

Nordstrom, e Inman (1975) en un estudio de los cambios de nivel de la playa de Torres Pines en California determinaron que, después de una tormenta acompañada de mareas vivas, la erosión había sido drástica en gran parte de la playa, con pérdidas de arena de 49m³ por metro de longitud de playa en la porción subaérea del perfil hasta una profundidad de 2.1 m. Posteriormente, los perfiles fueron afectados en menor escala por tormentas invernales menos intensas, conservando aproximadamente la misma configuración. La cantidad total de arena erosionada de la playa fue de 82 m³ por metro de longitud de playa entre los niveles de 2.1 m y -2.1 m.

Las playas de algunas áreas responden a las características energéticas, del oleaje de invierno erosionando la berma y moviendo el sedimento mar adentro. Las olas de mayor energía, típicas de condiciones de verano, mueven el sedimento hacia la playa construyendo la berma. Aparte de estos cambios estacionales a gran escala, las playas responden a eventos en una escala de tiempo menor tales como tormentas y olas de largo período u oleaje de muy baja energía.

En este estudio el perfil más erosionado durante el período febrero- septiembre, fue el de Las Peñas (Fig. 4) en el que la mayor parte de la berma fue desgastada. La cantidad total de arena erosionada, fue de 37 m³ por metro de longitud de playa, menor que la cuantificada por Nordstrom (1975), para un período similar. Cabe destacar que los perfiles se extendieron hasta la cara de la playa.

La intensa erosión observada en este perfil puede atribuírse a la incidencia del oleaje de tormenta y a la presencia del promontorio rocoso que se interna en el mar (Fig. 4) y que propicia turbulencia y reflexión del oleaje dando lugar a la concentración de energía. Esta punta rocosa puede impedir el flujo del transporte litoral, procedente del N, favoreciendo el depósito de sedimentos en su flanco norte o desviándo los materiales hacia mar adentro.





Figura 17. Punta Peñitas, Guerrero. Playa arenosa, amplia y de pendiente suave, que no se mostró cambios morfológicos notables.





En los perfiles restantes la erosión fue menor y en algunos de ellos el balance neto entre erosión y acreción fue positivo. Las modificaciones determinadas en las playas Santa Ana (perfil IV) se relacionan probablemente con el estero de igual nombre, que puede estar actuando como interruptor del transporte litoral de arena por lo que, el área dispuesta hacia el S de su desembocadura puede presentar un deficit en cuanto al aporte y depósito de arenas procedentes de N. Este comportamiento puede invertirse según acceda oleaje proveniente del S que genere corrientes de litoral dirigidas hacia el N. Los sedimentos acumulados en la boca del estero que dan lugar a la acreción de bancos inestables, tienden a ser removidos y expulsados por el prisma de marea, originado durante el reflujo de marea, incorporándose el transporte de litoral.

En la playa de el Faro (perfil VII) parece ser que el agente causante de la erosión observada en la porción distante de la playa y en la porción inferior de la berma, fueron las lluvias relacionadas con las perturbaciones meteorológicas.

El campo de espigones construido en la Isla Cayacal no ha captado suficiente arena para acrecentar la playa (Fig. 14) y, al parecer, los materiales de grano menor que las gravas, que son depositados en ella, son fácilmente desplazados por el oleaje.

La morfología del litoral de la plataforma continental interna afecta la distribución del oleaje. En la playa de Petacalco, la disposición de la bahía y del cañón submarino actúan como dispersores de energía por lo que el oleaje incidente es divergente y de escasa altura.

En el área investigada los cambios más severos parecen estar relacionados al afecto de las tormentas, las cuales se presentan normalmente en verano y otoño. Un perfil intensamente erosionado puede presentarse a fines de verano o en los primeros meses de otoño, adoptando una configuración que correspondería con el típico de tormenta propuesto por Komar (1976) en función de las condiciones de oleaje.

La zona en estudio está expuesta a los efectos de perturbaciones tropicales. Después del reconocimiento del Delta del Balsas, realizado en febrero de 1986, las playas resintieron el impacto del oleaje generado o influenciado por los huracanes Estelle y Frank, del 19 y 30 de julio, respectivamente. El 21 y 22 de agosto se formó el huracán Javier con vientos máximos de 90 nudos, el cual también afectó a las costas de Michoacán. Adicionalmente la tormenta tropical Isis y algunas depresiones tropicales generaron oleaje que afectó el área de estudio. Consecuentemente los perfiles de playa medidos del 12 al 15 de septiembre de 1986, presentaron rasgos característicos de erosión, algunos perfiles ya eran los típicos de tormenta descritos por Komar (1976). El oleaje ciclónico siguió actuando con los huracanes Newton y Orlene el 23 de septiembre. La tormenta tropical Paine y el huracán Roslyn, se presentaron el 1 y 20 de octubre respectivamente, con vientos máximos de 85 nudos. Es probable que el efecto de estos últimos eventos haya causado una erosión adicional en los perfiles del área de estudio.


Conclusiones

La dinámica de las playas del delta del Río Balsas está normada, esencialmente, por el oleaje de tormenta. Influyen así mismo las perturbaciones meteorológicas, que propician precipitación pluvial y la morfología litoral y de la plataforma continental. Los cañones submarinos, en especial el de Petacalco, actúan como dispersores de energía.

En el área de estudio se detectaron problemas de erosión. Los casos más severos se rcflejaron en los perfiles I, VI, VII, y VIII los cuales presentaron pendientes pronunciadas y bermas cortadas por la acción del oleaje. Algunas playas como Petatalco, Peñitas y Calabazas se caracterizaron por bermas extensas y bien definidas lo que refleja áreas de mayor estabilidad.

Todas las playas estudiadas consistieron de material arenoso de grano muy fino bien clasificado, exceptuando las de la Isla Cayacal formadas básicamente de gravas con diámetro comprendido entre 6 y 18 mm.

La raíz media cuadrada de altura de olas fluctuó entre 0.4 y 1.6 m, mientras que el período medio entre 9.6 y 15.5 seg. Las estructuras costeras, tales como el campo de espigones parece que afectan significativamente la distribución de alturas de olas a lo largo de la costa.


Agradecimientos

Los autores desean hacer patente su agradecimiento al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, por haber auspiciado económicamente el proyecto académico del que esta investigación forma parte, y al Ing. Alfredo Galavíz Solís de Instituto de Ciencias del Mar y Limnología de la Universidad Nacional Autónoma de México.


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