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PROPUESTA METODOLÓGICA PARA
DIAGNOSTICAR Y PRONOSTICAR
LAS CONSECUENCIAS DE LAS
ACTUACIONES HUMANAS EN EL
ESTUARIO DEL GUADALQUIVIR
Diciembre 2010
Capítulo 10: Morfodinámica de playa y desembocadura
Grupo de Dinámica de Flujos Ambientales
(Centro Andaluz de Medio Ambiente — Universidad de
Granada)
1
2
Antecedentes
El 24 de Mayo de 2007 se firmó el contrato de adjudicación del procedimiento
negociado sin publicidad entre la Autoridad Portuaria de Sevilla y el Consejo Superior
de Investigaciones Científicas para el estudio titulado “PROPUESTA METODOLÓGICA
PARA DIAGNOSTICAR Y PRONOSTICAR LAS CONSECUENCIAS DE LAS
ACTUACIONES HUMANAS EN EL ESTUARIO DEL GUADALQUIVIR” coordinado
por D. Javier Ruiz Segura (Instituto de Ciencias Marinas de Andalucía – Consejo
Superior de Investigaciones Científicas) y D. Miguel Á. Losada (Grupo de Dinámica de
Flujos Ambientales – Universidad de Granada).
Con fecha 17 de enero de 2008, fueron firmados sendos Convenios de
Colaboración entre el Consejo Superior de Investigaciones Científicas
(CSIC) y las Universidades de Granada y Córdoba para la participación
del Grupo de Dinámica de Flujos Ambientales y del Grupo de Dinámica
Fluvial e Hidrología, respectivamente, en la realización del citado
estudio
Inscrito en dicho marco de colaboración se encuentra el presente Informe que describe la
dinámica litoral en el entorno de la Flecha de Doñana, realizado por el Grupo de
Investigación de Dinámica de Flujos Ambientales (GDFA). En este trabajo han
participado por el GDFA David Navidad, Alejandro López, Inmaculada Oliver y la
doctora Simona Bramato, actuando como ponente redactor el Dr. Miguel Ortega, y de
director del trabajo el Prof. Miguel A. Losada.
3
4
Índice
Índice ................................................................................................................................ 1
Lista de Figuras............................................................................................................. 6
Lista de Tablas............................................................................................................. 10
Resumen........................................................................................................................ 11
12.1
Introducción ..................................................................................................... 11
12.2. Zona de estudio .............................................................................................. 12
12.2.1.
Sistema costero Doñana ........................................................................... 12
12.2.2.
Flecha de Doñana ...................................................................................... 14
12.2.3.
Tramo de costa ........................................................................................... 15
12.2.3.1.
Tramo 1..................................................................................................... 16
12.2.3.2.
Tramo 2..................................................................................................... 17
12.2.3.3.
Batimetría de la desembocadura.......................................................... 17
12.2.4.
Sedimento .................................................................................................... 20
12.2.5.
Clima marítimo ............................................................................................ 20
12.2.5.1.
Borrascas.................................................................................................. 21
12.2.5.2.
Temporales .............................................................................................. 23
12.2.5.3.
Nivel del mar ............................................................................................ 24
12.2.5.3.1.
Marea astronómica.............................................................................. 24
12.2.5.3.2.
Marea meteorológica .......................................................................... 26
12.2.5.3.3.
Ejemplos de niveles máximos con temporales............................... 26
12.2.5.3.4.
Variación a largo plazo del nivel medio del mar: variabilidad
climática
27
12.2.5.4.
Oleaje ........................................................................................................ 27
12.2.5.4.1.
Régimen medio en profundidades indefinidas................................ 27
12.2.5.4.2.
Régimen medio del oleaje cerca de la costa .................................. 31
12.3. Formulación del problema............................................................................. 35
12.3.1.
Motivación .................................................................................................... 35
12.3.2.
Cálculo de la tasa de transporte de sedimentos longitudinal .............. 37
12.3.3.
Cota de inundación..................................................................................... 37
12.3.3.1.
Metodología de cálculo .......................................................................... 38
12.3.4.
Morfodinámica del tramo de costa ........................................................... 40
12.3.4.1.
Modelo de una línea ............................................................................... 40
12.3.4.1.1.
Transporte de sedimentos en el modelo de una línea .................. 42
12.3.4.2.
Aplicación al tramo de costa de la Flecha de Doñana...................... 43
12.3.4.2.1.
Hipótesis básicas................................................................................. 43
12.3.4.2.2.
Condiciones de contorno.................................................................... 44
12.3.4.3.
Ondas de arena en la línea de costa ................................................... 45
12.3.4.3.1.
Planteamiento de la formulación....................................................... 46
12.4. Tasas de transporte de sedimentos longitudinal....................................... 47
12.5. Cota de inundación ........................................................................................ 50
12.5.1.
Selección de temporales ........................................................................... 50
12.5.2.
Propagación del oleaje con el modelo SWAN ....................................... 52
12.5.3.
Estimación de la cota de inundación ....................................................... 53
12.5.4.
Resultados ................................................................................................... 54
12.5.4.1.
Oleaje ........................................................................................................ 54
12.5.4.2.
Distribuciones de probabilidad de CI ................................................... 56
12.6. Aplicación del modelo de una línea............................................................. 63
12.6.1.
Propagación de oleaje (modelo Ref-Dif)................................................. 64
5
12.6.2.
Implementación en la zona de estudio.................................................... 65
12.6.2.1.
Implementación hasta la zona del perfil activo................................... 65
12.6.2.2.
Implementación en la zona del perfil activo ........................................ 66
12.6.3.
Cálculo de la rotura del oleaje .................................................................. 68
12.6.4.
Resultados y análisis.................................................................................. 70
12.6.4.1.
Rotura del oleaje ..................................................................................... 70
12.6.4.2.
Transporte de sedimentos ..................................................................... 73
12.6.4.3.
Evolución de la línea de costa durante un temporal ......................... 76
12.6.4.3.1.
Condición de contorno tipo 1 ............................................................. 76
12.6.4.3.2.
Condición de contorno tipo 2 ............................................................. 78
12.6.4.3.3.
Condición de contorno tipo 3 ............................................................. 81
12.7. Evolución de la punta de Doñana................................................................ 82
12.7.1.
Aplicación de la formulación a playas curvilíneas . ¡Error! Marcador no
definido.
12.7.2.
Aplicación de la formulación a puntas de flechas litorales................... 82
Conclusiones ............................................................................................................... 85
Lista de Figuras
Figura 10.1. Situación del estuario del río Guadalquivir. Se incluyen las
desembocaduras de los ríos Piedras, Tinto y Odiel y Guadalete-San Pedro..... 13
Figura 10.2. Estuario del Guadalquivir. ..................................................................... 14
Figura 10.3. Evolución de la línea de costa en el extremo de la flecha de
Doñana. La imagen corresponde al año 2006, la línea verde representa la
situación de la línea de costa según el vuelo de 2004 y el trazo en rojo al vuelo
de 1956. .......................................................................................................................... 15
Figura 10.4. Zona de estudio para el análisis de la deriva litoral en la zona
costera de la desembocadura del río Guadalquivir. ................................................ 16
Figura 10.5. Ejemplo de una playa con acantilados blandos en el tramo I. ........ 17
Figura 10.6. Batimetría de detalle de la desembocadura del río Guadalquivir... 18
Figura 10.7. Disposición en planta de perfiles batimétricos de la desembocadura
del Guadalquivir............................................................................................................. 19
Figura 10.8. Perfiles batimétricos en las proximidades de la desembocadura del
río Guadalquivir. ............................................................................................................ 19
Figura 10.9. Distribución granulométrica del sedimento en la desembocadura. 20
Figura 10.10. Borrasca Noratlántica tipo................................................................... 21
Figura 10.11. Borrasca Suratlántica tipo. .................................................................. 22
Figura 10.12. Borrasca Alisia tipo. ............................................................................. 22
Figura 10.13. Borrasca Mediterránea tipo. ............................................................... 23
Figura 10.14. Niveles de referencia en la zona de estudio [fuente: atlas de
inundación, MMA] ......................................................................................................... 25
Figura 10.15. Armónicos de marea en el exterior de la desembocadura. ........... 25
Figura 10.16. Ubicación del punto WANA seleccionado para el estudio del clima
marítimo .......................................................................................................................... 28
Figura 10.17. Rosa de oleaje en el punto WANA seleccionado............................ 28
Figura 10.18. Rosa de viento en el punto WANA seleccionado............................ 29
Figura 10.19. Rango de direcciones de procedencia del oleaje que
mayoritariamente afectarán a la zona de estudio.................................................... 29
Figura 10.20. Gráfico de dispersión en el punto WANA seleccionado. ............... 30
6
Figura 10.21. Histograma de alturas de ola en el punto WANA seleccionado. .. 30
Figura 10.22. Histograma de periodos en el punto WANA seleccionado............ 30
Figura 10.23. Histograma de direcciones en el punto WANA seleccionado....... 31
Figura 10.24. Configuración de las mallas para el tramo 1.................................... 32
Figura 10.25. Configuración de las mallas para el tramo 2.................................... 32
Figura 10.26. Ubicación de los puntos de control a lo largo de la Flecha de
Doñana. .......................................................................................................................... 34
Figura 10.27. Régimen de oleaje en el tramo de costa de la flecha de Doñana.
Se incluye la rosa de oleaje en profundidades indefinidas. ................................... 34
Figura 10.28. Líneas de costa de los años 1956 (verde) y 2002 (rojo)................ 36
Figura 10.29. Esquema de la metodología a seguir para la estimación de la cota
de inundación. ............................................................................................................... 40
Figura 10.30. Esquema de las variables usadas para la definición de las
ecuaciones del modelo de una línea. ........................................................................ 41
Figura 10.31. Esquema de definición de variables del modelo de una línea...... 41
Figura 10.32. Valor de la curvatura a lo largo de la línea de costa. ..................... 43
Figura 10.33. Definición de los ejes de coordenadas para el modelo en la zona
de estudio. En blanco: tramo de línea de costa a estudiar. ................................... 44
Figura 10.34. Definición de ejes y variables para la nueva formulación de
transporte de sedimentos. ........................................................................................... 46
Figura 10.35. Definición de las variables θ(s,y), α(y) y ϕ(s) y del criterio de signos
empleado........................................................................................................................ 46
Figura 10.36. Puntos de control seleccionados para estimar el régimen medio en
profundidades reducidas y la tasa de sedimentos longitudinal. ............................ 48
Figura 10.37. Tasas de transporte de sedimentos longitudinal según la
formulación del CERC (columna de la izquierda) y Bayran (columna de la
derecha) en los diferentes puntos de control. .......................................................... 49
Figura 10.38. Series temporales de los parámetros de estado durante el año
2003................................................................................................................................. 50
Figura 10.39. Estados de mar del temporal seleccionado (séptimo evento). ..... 51
Figura 10.40. Datos de altura de ola significante y marea meteorológica para el
temporal 63. ................................................................................................................... 51
Figura 10.41. Correlación entre la altura de ola significante y la marea
meteorológica. ............................................................................................................... 52
Figura 10.42. Mallas empleadas para la aplicación del modelo SWAN en el
Guadalquivir. .................................................................................................................. 53
Figura 10.43. Esquema gráfico de la zona de rompientes, runup total (R) y setup
(S) .................................................................................................................................... 53
Figura 10.44. Altura de ola significante en las mallas de detalle (Estado de mar
del 31/10/2003 15h, Temporal del WSW)................................................................. 55
Figura 10.45. Dirección media en las mallas de detalle (Estado de mar del
31/10/2003 15h, Temporal del WSW). ...................................................................... 56
Figura 10.46. Perfiles seleccionados en cada una de las mallas de detalle....... 57
Figura 10.47. Función de densidad de la Cota de Inundación respecto al NMMA
del Temporal 63 en la zona Guadalquivir. ................................................................ 58
Figura 10.48. Función de densidad de la Cota de Inundación respecto al NMMA
del Temporal 63 en la zona Matalascañas. .............................................................. 58
Figura 10.49. Función de densidad de la Cota de Inundación Total respecto al
NMMA en la zona Guadalquivir. ................................................................................. 59
7
Figura 10.50. Función de densidad de la Cota de Inundación Total respecto al
NMMA en la zona Matalascañas................................................................................ 59
Figura 10.51. Función de distribución acumulada de la Cota de Inundación Total
en la zona Guadalquivir. .............................................................................................. 60
Figura 10.52. Función de distribución acumulada de la Cota de Inundación Total
en la zona Matalascañas. ............................................................................................ 60
Figura 10.53. Nivel que alcanza la cota de inundación calculada en la zona
Matalascañas (gráficos superiores) y en la zona del Guadalquivir (gráficos
inferiores)........................................................................................................................ 61
Figura 10.54. Función de densidad de la longitud de playa inundada en la zona
Matalascañas................................................................................................................. 62
Figura 10.55. Función de densidad de la longitud de playa inundada en la zona
Guadalquivir. .................................................................................................................. 62
Figura 10.56. Función de distribución acumulada de la Longitud de playa
inundada en la zona Matalascañas............................................................................ 63
Figura 10.57. Función de distribución acumulada de la Longitud de playa
inundada en la zona Guadalquivir.............................................................................. 63
Figura 10.58. Representación de las mallas definidas para el modelo Ref-Dif en
la zona de estudio. Se ha incluido la ubicación del punto WANA, cuyos datos
sirven de entrada al modelo, así como los diferentes instrumentos instalados en
la zona de estudio en el marco del proyecto. ........................................................... 64
Figura 10.59. Definición de las mallas usadas para la propagación hasta la zona
de perfil activo................................................................................................................ 66
Figura 10.60. Batimetría real de la zona de estudio. El trazo blanco discontinuo
los límites del dominio del modelo. ............................................................................ 67
Figura 10.61. Batimetría sintética de la zona de estudio creada para la
propagación sobre la zona de perfil activo. El blanco discontinuo los límites del
dominio del modelo....................................................................................................... 68
Figura 10.62. Ejemplo de perfil transversal de altura de ola para el cálculo del
punto de rotura [estado de mar 10]............................................................................ 69
Figura 10.63. Ejemplo de altura de ola propagada sobre el perfil de equilibrio y
línea de rotura (en negro) [estado de mar 10].......................................................... 69
Figura 10.64. Altura de ola propagada y línea de rotura seleccionada para el
estado de mar 1. ........................................................................................................... 70
Figura 10.65. Perfil de altura de ola, índice de rotura por profundidad y punto
seleccionado en el perfil x=400m para el estado de mar 1.................................... 71
Figura 10.66. Altura de ola propagada y línea de rotura seleccionada para el
estado de mar 16. ......................................................................................................... 71
Figura 10.67. Perfil de altura de ola, índice de rotura por profundidad y punto
seleccionado en el perfil x=4375m para el estado de mar 1. ................................ 72
Figura 10.68. Perfil de altura de ola, índice de rotura por profundidad y punto
seleccionado en el perfil x=2275m para el estado de mar 16. .............................. 72
Figura 10.69. Altura de ola propagada y línea de rotura seleccionada para el
estado de mar 22. ......................................................................................................... 73
Figura 10.70. Altura de ola propagada y línea de rotura para el estado de mar 16
calculada con índice de rotura γ=0.78........................................................................ 73
Figura 10.71. Transporte longitudinal de sedimentos, ángulo de rotura y línea de
costa para el estado de mar 1 (Hs=3m, dirección 227º [240º = incidencia
normal])........................................................................................................................... 74
8
Figura 10.72. Transporte longitudinal de sedimentos, ángulo de rotura y línea de
costa para el estado de mar 16 (Hs=4.3m, dirección 240º [240º = incidencia
normal])........................................................................................................................... 74
Figura 10.73. Transporte longitudinal de sedimentos, ángulo de rotura y línea de
costa para el estado de mar 22 (Hs=2.8m, dirección 262º [240º = incidencia
normal])........................................................................................................................... 75
Figura 10.74. Comparación del transporte longitudinal de sedimentos entre las
tres condiciones de contorno y línea de costa para el estado de mar 22
(Hs=2.8m, dirección 262º [240º = incidencia normal]). ........................................... 75
Figura 10.75. Comparación del transporte longitudinal de sedimentos entre las
tres condiciones de contorno y línea de costa para el estado de mar 16
(Hs=4.3m, dirección 240º [240º = incidencia normal]). ........................................... 76
Figura 10.76. Comparación del transporte longitudinal de sedimentos entre las
tres condiciones de contorno y línea de costa para el estado de mar 16
(Hs=4.3m, dirección 240º [240º = incidencia normal]). ........................................... 76
Figura 10.77. Línea de costa y avance de playa tras la simulación de los
estados de mar seleccionados con la condición de contorno tipo 1. ................... 77
Figura 10.78. Línea de costa en la zona cercana a la desembocadura tras la
simulación de los estados de mar seleccionados con la condición de contorno
tipo 1................................................................................................................................ 77
Figura 10.79. Línea de costa y avance de playa tras la simulación de los
estados de mar seleccionados con la condición de contorno tipo 2. ................... 78
Figura 10.80. Línea de costa en la zona cercana a la desembocadura tras la
simulación de los estados de mar seleccionados con la condición de contorno
tipo 2................................................................................................................................ 79
Figura 10.81. Línea de costa en la zona cercana a la desembocadura tras la
simulación del estado de mar 10 con la condición de contorno tipo 2. ................ 79
Figura 10.82. Línea de costa en la zona cercana a la desembocadura tras la
simulación del estado de mar 10 con la condición de contorno tipo 2 mixta. ..... 80
Figura 10.83. Línea de costa y avance de playa tras la simulación de los
estados de mar seleccionados con la condición de contorno tipo 2 mixta.......... 80
Figura 10.84. Línea de costa en la zona cercana a la desembocadura tras la
simulación del estado de mar 10 con la condición de contorno tipo 2 mixta. ..... 81
Figura 10.85. Línea de costa y avance de playa tras la simulación de los
estados de mar seleccionados con la condición de contorno tipo 3. ................... 81
Figura 10.86. Línea de costa en la zona cercana a la desembocadura tras la
simulación de los estados de mar seleccionados con la condición de contorno
tipo 3................................................................................................................................ 82
Figura 10.87. Estudio del transporte en una playa curvilínea (caso 1). Arriba:
transporte longitudinal (azul) y dQ/ds (verde). Centro: anchura de la zona de
rompientes (azul) y forma de la línea de costa (verde). Abajo: transporte
longitudinal total (azul), P1(b) (rojo) y P2(b) (verde). Líneas discontinuas:
separación entre zonas de erosión (E) y sedimentación (S). ¡Error! Marcador no
definido.
Figura 10.88. Estudio del transporte en una playa curvilínea (caso 2). Arriba:
transporte longitudinal (azul) y dQ/ds (verde). Centro: anchura de la zona de
rompientes (azul) y forma de la línea de costa (verde). Abajo: transporte
longitudinal total (azul), P1(b) (rojo) y P2(b) (verde). Líneas discontinuas:
separación entre zonas de erosión (E) y sedimentación (S). ¡Error! Marcador no
definido.
9
Figura 10.89. Estudio del transporte en una flecha litoral con la punta circular.
Arriba: transporte longitudinal (azul) y dQ/ds (verde). Abajo: anchura de la zona
de rompientes (azul), forma original de la línea de costa (negro) y forma final de
la línea de costa (trazo discontinuo). ......................................................................... 83
Figura 10.90. Estudio del transporte en una flecha litoral la punta elíptica. Arriba:
transporte longitudinal (azul) y dQ/ds (verde). Abajo: anchura de la zona de
rompientes (azul), forma original de la línea de costa (negro) y forma final de la
línea de costa (trazo discontinuo). ............................................................................. 84
Figura 10.91. Estudio del transporte en una flecha litoral la punta elíptica. Arriba:
transporte longitudinal (azul) y dQ/ds (verde). Abajo: anchura de la zona de
rompientes (azul), forma original de la línea de costa (negro) y forma final de la
línea de costa (trazo discontinuo). ............................................................................. 85
Lista de Tablas
Tabla 1. Principales características de los temporales que inciden sobre la zona
de estudio ....................................................................................................................... 24
Tabla 2. Armónicos de marea en el mareógrafo de bonanza (situado en el
interior de la entrada al cauce). .................................................................................. 25
Tabla 3. Efecto de la borrasca en la variación del nivel del mar ........................... 26
Tabla 4. Niveles máximos con temporal ................................................................... 27
Tabla 5. Casos a propagar para la obtención del régimen medio. ....................... 33
Tabla 6. Casos a propagar definidos para las simulaciones del modelo de una
línea [los ángulos se miden en sentido horario desde el Norte=0º]...................... 65
10
Resumen
La flecha de Doñana y el tramo de costa colindante (limitado al Norte por la desembocadura de
los ríos Odiel y Tinto y al Sur por la desembocadura del río Guadalquivir) constituyen uno de los
principales componentes del estuario del río Guadalquivir. Este entorno se encuentra forzado
como agente principal por el oleaje, si bien su interacción con la marea, las descargas fluviales o
el viento tiene gran influencia en el comportamiento morfodinámico de la zona.
El oleaje predominante, procedente del sector W, tiene capacidad para erosionar el sedimento
existente en los acantilados blandos y las playas de arena del entorno y transportarlo hacia la
desembocadura. Cuando la deriva litoral alcanza la desembocadura, la corriente longitudinal
cesa y el sedimento se deposita produciendo el avance de la flecha de Doñana y la punta de
Malandar. Este efecto se ve contrarrestado por la acción de la marea y las descargas fluviales;
cuando tienen la suficiente magnitud son capaces de limpiar la desembocadura e impedir el
crecimiento de la flecha hacia el interior. Sin embargo, la reducción de ambos agentes por las
acciones humanas que se ha producido durante la segunda mitad de siglo ha permitido el
crecimiento hacia el interior de la flecha, con la consiguiente pérdida de anchura en la
embocadura.
En este informe se estudia la dinámica marina que actúa sobre el tramo de costa de Doñana. Se
caracteriza el régimen medio y extremal del oleaje y se evalúan las tasas de transporte de
sedimentos longitudinal responsables del crecimiento de la flecha. Se ha caracterizado y
cuantificado la cota de inundación del litoral y se ha desarrollado e implementado un modelo de
una línea que permite el estudio a largo plazo de la evolución de la línea de costa. Finalmente,
se presenta una mejora de las formulaciones de transporte de sedimentos habituales para
modelar el crecimiento de las ondas de arena en la flecha de Doñana.
10.1 Introducción
El río Guadalquivir, por sus dimensiones, morfología y agentes que lo fuerzan, constituye un
entorno único cuya correcta modelización resulta ser una tarea de gran complejidad. En el
marco del presente proyecto se está avanzando de forma sólida y consistente para implementar
un modelo que permita conocer la respuesta en tiempo real del entorno frente a cambios en los
forzamientos, tanto naturales como artificiales.
La dinámica tanto del tramo final del río Guadalquivir como de la desembocadura se encuentran
en gran medida controlados por los agentes marinos y, especialmente, por el oleaje y la marea.
La influencia de la marea ha sido analizada en el Capítulo 3 de la Parte I, por lo que este
Capítulo se centra en el estudio del clima marítimo exterior debido al oleaje y su propagación e
interacción con la costa.
Cuando el oleaje se acerca a la costa, se asomera hasta que finalmente colapsa y rompe.
Asociada a la rotura se produce, según la alineación relativa entre el oleaje y la línea de costa
en cada punto, una circulación de agua longitudinal y transversal. Bajo ciertas condiciones,
dicha circulación es capaz de movilizar sedimento y producir cambios morfológicos tanto en la
planta como en el perfil de la costa. Asimismo, bajo condiciones energéticas extremas
(tormentas) el oleaje es capaz de alcanzar las partes altas del perfil (cota de inundación).
Sobre el tramo de costa de Doñana los oleajes predominantes proceden del sector W y generan
una deriva litoral con capacidad de transportar sedimento hacia la desembocadura. Al llegar a
ella, cesa su capacidad de transporte y el sedimento se deposita, siendo éste el mecanismo
fundamental que produce el crecimiento de la flecha de Doñana. El sedimento procede tanto de
la desembocadura de los ríos Odiel y Tinto como de las playas y acantilados blandos del
entorno. El proceso de depósito y su evolución espacial y temporal dependen de la interacción
entre los agentes oleaje, marea y descargas fluviales en el entorno de la desembocadura.
11
La pérdida de prisma de marea durante las últimas décadas, junto con la regulación de las
descargas fluviales, ha reducido la capacidad de limpieza de la desembocadura, lo que ha
derivado en un crecimiento de la flecha hacia el interior de la desembocadura y una reducción
de la sección útil. Teniendo en cuenta lo anterior, una gestión adecuada del estuario requiere
conocer y evaluar los diferentes procesos responsables de la evolución morfodinámica del tramo
de costa.
Este capítulo se centra en caracterizar el clima marítimo asociado al oleaje, estimar la capacidad
potencial de transporte de sedimentos, calcular la cota de inundación en condiciones de
temporal e implementar y aplicar un modelo de una línea para el estudio de la línea de costa en
la zona de estudio. Finalmente, se analizan las ondas de arena presentes en la punta de la
flecha de Doñana y cómo este conocimiento puede ser aplicado para mejorar la gestión del
entorno.
10.2.
Zona de estudio
10.2.1.
Sistema costero Doñana
El sistema costero de Doñana se encuentra limitado al Oeste por la desembocadura de los ríos
Odiel y Tinto y al Este por los acantilados de Chipiona. Es un sistema dinámico influenciado
tanto por la desembocadura del Guadalquivir como por los agentes viento, marea, oleaje,
corrientes, descargas fluviales y sus interacciones.
En la actualidad la costa define, por el lado del mar, el límite del Espacio Natural Doñana. Sin
embargo, los procesos morfodinámicos y el desarrollo de los ecosistemas estuarinos y de la
plataforma continental están íntimamente vinculados, de tal forma que sin el conocimiento de
unos no es posible conocer la evolución del otro y, por tanto, gestionar adecuadamente el
espacio Natural (Figura 10.1).
Las actividades humanas que se realizan en el entorno repercuten directamente en el sistema
litoral. La actividad náutica, tanto comercial como de recreo, condiciona la evolución morfológica
y sedimentológica del estuario, así como la calidad de sus aguas, repercutiendo negativamente
en la dinámica. Lo mismo sucede con las operaciones de dragado que se realizan para
mantener los dos canales navegables que existen en la desembocadura, uno de los cuales está
confinado por la flecha del espacio natural Doñana y que lleva a episodios de considerable
turbidez y variabilidad de la salinidad, además de repercutir en los volúmenes de sedimentos,
materia orgánica y compuestos nitrogenados exportados a toda la plataforma continental del
golfo de Cádiz. Además, no se debe olvidar la exposición de la zona a los elevados riesgos de
marea negra, debido al intenso tráfico de petroleros en las costas de Cádiz que pueden afectar
a las costas de Huelva y en particular a las del espacio natural Doñana.
12
Figura 10.1. Situación del estuario del río Guadalquivir. Se incluyen las desembocaduras de los ríos Piedras,
Tinto y Odiel y Guadalete-San Pedro.
El estuario del Guadalquivir se puede dividir en tres sistemas morfodinámicos distintos: litoral,
estuarino y eólico (Figura 10.2). El litoral está formado por los distintos cordones litorales y la
barrera arenosa que se prolonga hasta la punta de Malandar, cuyo crecimiento afecta a la
estabilidad morfológica de la desembocadura. El sistema estuarino comprende la gran extensión
tras la barrera/flecha litoral formado por marismas limoso-arcillosas. Por último, en el sistema
eólico se encontrarían los cordones dunares. De todos estos en este informe se atiende
principalmente a la evolución de la flecha litoral y los procesos hidrodinámicos y morfológicos
que se producen en su entorno, y que son responsables tanto de su evolución como del tramo
de costa colindante.
13
Figura 10.2. Estuario del Guadalquivir.
10.2.2.
Flecha de Doñana
La flecha se encuentra en la margen derecha del estuario (Figura 10.2), y según la información
disponible ha tenido una tendencia progradante hacia el E-SE intercalada por periodos erosivos
que continua en la actualidad, y cuya formación comenzó de forma intensa tras la subida y
estabilización del nivel del mar después de la última glaciación. A partir de entonces, el oleaje y
la deriva litoral asociada, la marea y el viento pasaron a dominar el comportamiento de la flecha.
El clima marítimo medio en profundidades indefinidas muestra como la dirección principal de
aproximación del oleaje a costa es WNW, aunque también existe oleaje de gran contenido
energético proveniente del cuadrante SW. Pese a que la refracción va reduciendo la oblicuidad
del oleaje conforme se acerca a la costa, se mostrará posteriormente que ésta sigue siendo
suficiente para favorecer un transporte longitudinal de sedimentos en dirección NE-SE, principal
causante de la progradación de la flecha litoral de Doñana.
En la actualidad los mayores cambios en la morfología de la flecha se producen en el entorno
conocido como punta de Malandar, situado en la desembocadura, que ha sufrido erosión en la
zona central y deposición en los dos extremos, en el lado expuesto hacia el mar y hacia dentro
del cauce en el otro extremo (Figura 10.3).
14
Figura 10.3. Evolución de la línea de costa en el extremo de la flecha de Doñana. La imagen corresponde al año
2006, la línea verde representa la situación de la línea de costa según el vuelo de 2004 y el trazo en rojo al vuelo
de 1956.
Entre el trazo rojo que marca la línea de costa en 1956 y la imagen, que corresponde a 2006, se
ha favorecido la sedimentación y acreción, formando 441 metros de playa nueva en la cara
expuesta en 10 años y 496 m aproximadamente en la zona con forma de delta. Este último
crecimiento ha supuesto una reducción de la anchura del cauce en este punto del 50% (de 1042
metros a 531).
Se aprecia que tanto la línea de costa de 1956 como la de 2004 presentan suaves ondulaciones
con espaciamientos del orden de centenares de metros, que se conocen como ondas de arena.
Como se mostrará posteriormente, este tipo de morfologías se asocian a transiciones de tramos
de costa rectos a curvos debido a los procesos de transformación del oleaje.
10.2.3.
Tramo de costa
Según la evolución que ha sufrido la desembocadura del Guadalquivir durante los últimos siglos,
el tramo de costa al Norte de la desembocadura está sufriendo un intenso transporte
longitudinal. Dicho tramo de costa se encuentra limitado al Norte por la ría de Huelva, y al Sur
por la propia desembocadura del Guadalquivir (Figura 10.4). El tramo de costa es rectilíneo,
presentando una curvatura suave y hacia el mar conforme nos aproximamos a la
desembocadura, tiene una alineación media casi NW-SE y una longitud próxima a los 53kms. La
configuración de la costa al sur de la desembocadura hace que esta zona no tenga que ser
considerada para el estudio del transporte de sedimentos longitudinal.
A su vez, la zona se puede dividir en dos tramos tal y como se recoge en la Figura 10.4 y que se
describen a continuación.
15
Figura 10.4. Zona de estudio para el análisis de la deriva litoral en la zona costera de la desembocadura del río
Guadalquivir.
10.2.3.1.
Tramo 1
El tramo 1 (Figura 10.4), con una extensión próxima a los 30kms y una alineación media NWSE, se encuentra limitada por la desembocadura de la ría de Huelva (al norte) y por la población
de Matalascañas (al sur). Desde un punto de vista morfológico, si se analiza la sección
transversal de un perfil de playa se observa la presencia de acantilados blandos (Figura 10.5)
con cárcavas y superficies de deslizamiento, y zonas de dunas con distintos nivel de vegetación
en la zona de playa seca; la línea de costa suele mostrar morfologías rítmicas de distintas
dimensiones y características; el nivel de ocupación humana es bajo a excepción de los
extremos, de forma que la acción continuada de los agentes marítimos sobre el tramo de costa
puede erosionar sedimento. Las playas tienen, como media, perfiles disipativos caracterizados
por suaves pendientes (1/80), sedimento fino-medio (D50 aprox. 0.2mm) y zonas de rompientes
de gran anchura.
16
Figura 10.5. Ejemplo de una playa con acantilados blandos en el tramo I.
Diferentes trabajos previos han puesto de manifiesto la intensa erosión del tramo de costa,
sobre todo de la zona de acantilados blandos. En concreto, las estimaciones hablan de un
retroceso de 170m en los últimos 240 años. El sedimento que ha sido erosionado en esta zona
ha sido transportado hacia la zona de la desembocadura, lo que ha ido produciendo un avance
de la misma de unos 180m durante el mismo periodo, así como una traslación del punto neutro
que separaba erosión de sedimentación hacia el este.
10.2.3.2.
Tramo 2
Este tramo de costa es lo que comúnmente se denomina flecha de Doñana, es decir, el sistema
litoral que comenzó tras el último periodo de glaciación, y que alcanzó una configuración que a
grandes rasgos se puede considerar similar a la actual al comienzo de nuestra era. Es, por
tanto, la zona en la que se ha producido un mayor nivel deposicional debido tanto a aportes
fluviales como marítimos. Dado que en la actualidad los aportes fluviales están muy regulados
(durante las últimas décadas las regulaciones fluviales han hecho que el flujo medio del río se
haya reducido de 5000 a 2000m3/s), el crecimiento o avance de la flecha se debe
fundamentalmente al transporte de sedimentos longitudinal.
10.2.3.3.
Batimetría de la desembocadura
En la Figura 10.6 se muestra una batimetría de detalle de la zona de la desembocadura, que se
utilizará para obtener aquellos parámetros necesarios para el análisis de la evolución de la línea
de costa. Cabe destacar los siguientes aspectos:
•
•
Se observa que la mayor complejidad batimétrica se presenta en la zona de la
desembocadura, debido a la presencia de bajos y al canal de navegación. Igualmente,
resulta compleja la zona del bajo de Salmedina, aunque está alejada de la
desembocadura.
El tramo de costa frente a la flecha de Doñana es más regular, con pendientes suaves y
en general sin presencia de barras.
17
Figura 10.6. Batimetría de detalle de la desembocadura del río Guadalquivir.
Se han representado diferentes perfiles de playa a lo largo de la punta de Doñana (Figura 10.7).
Se aprecia que los perfiles son cóncavos y hacia arriba (Figura 10.8), sin presencia de barras y
que puede ser divididos, de forma aproximada, en dos tramos: (1) el primer tramo llega desde la
zona de la costa hasta la profundidad de entre 4 y 5m, momento en el que se produce un suave
cambio en su curvatura y la pendiente se hace más suave; (2) el segundo tramo considerado
llega hasta una profundidad próxima a los 10m (profundidad de cierre). Aproximando que el
transporte de sedimentos longitudinal se producirá, de forma predominante, en el primer tramo,
la pendiente toma unos valores de entre 1/100 y 1/200.
Los valores son muy bajos y característicos de playas disipativas en las que es de esperar que
predomine la rotura en decrestamiento, con números de Iribarren inferiores a 0.5. Dadas las
características anteriores, es de esperar que las corrientes que se desarrollen sean intensas y
ocupen una amplia parte de la zona de rompientes.
18
Figura 10.7. Disposición en planta de perfiles batimétricos de la desembocadura del Guadalquivir
Figura 10.8. Perfiles batimétricos en las proximidades de la desembocadura del río Guadalquivir.
19
10.2.4.
Sedimento
La Figura 10.9 muestra la distribución espacial del tamaño D50 del sedimento en la
desembocadura. En particular, en la zona de playa sobre la que se quiere estudiar el transporte
de sedimentos los tamaños se mueven en el entorno de D50 = 0.16-0.19mm. Se trata de una
arena fina que, nuevamente, facilitará por su tamaño tasas elevadas de transporte de
sedimento.
Figura 10.9. Distribución granulométrica del sedimento en la desembocadura.
10.2.5.
Clima marítimo
El oleaje es el principal agente modelador en tramos de costa arenosos. Tanto su contenido
energético como su oblicuidad respecto a la costa controlan las tasas de transporte de
sedimentos longitudinal (deriva litoral). Su gradiente permite identificar las zonas con tendencia
al retroceso o a la sedimentación.
El término “clima marítimo” hace referencia a la caracterización del oleaje en la zona de estudio,
dentro del cual se diferencia el régimen medio (comportamiento medio del oleaje en la costa) del
régimen extremal (comportamiento extremo del oleaje). A su vez, dado que las características
del oleaje varían durante su propagación desde aguas profundas hasta aguas someras, es
necesario estudiar el clima según la profundidad relativa considerada. En particular, para
estimar el transporte de sedimentos longitudinal en la costa es necesario caracterizar el clima
marítimo medio en la zona de rompientes, así como analizar el régimen de temporales y su
posible influencia sobre la morfología costera.
Los mayores cambios en la línea de costa se producen durante los temporales asociados al
paso de una borrasca, cuyos efectos principales son inducir un campo de viento y un gradiente
de presiones sobre la masa de agua. Ambos procesos implican la generación de un oleaje de
gran contenido energético, así como una sobreelevación del nivel medio cerca de la costa. Por
ello, la siguiente sección se estructura caracterizando en primer lugar las borrascas,
posteriormente los temporales y finalmente las variaciones de nivel, el oleaje y el viento que
generan.
20
10.2.5.1.
Borrascas
Se distinguen 4 tipos principales de borrascas que afectan a la zona de estudio, y que por que
por su dirección de entrada sobre la Península se clasifican, desde norte a sur y desde oeste a
este, en:
1.
2.
3.
4.
Noratlántica
Sudatlántica
Alisia
Mediterránea
Las borrascas Noratlánticas se caracterizan por ser episodios muy importantes que se
desarrollan en el atlántico norte, entre 40N y 60N aproximadamente. Son borrascas bastante
profundas, que suelen durar desde 4 o 5 días hasta 2 semanas, y que normalmente se
desplazan de oeste a este. Pueden aparecer en cualquier época del año, aunque más
frecuentemente se presentan en otoño y primavera, y suelen llevar asociados eventos de
precipitación homogéneos.
Figura 10.10. Borrasca Noratlántica tipo.
Las borrascas sudatlánticas se desarrollan en el atlántico norte, entre 30N y 50N
aproximadamente. Son borrascas muy variables, que suelen durar varios días y que,
normalmente, se desplazan de oeste a este. Aparecen en cualquier época del año, y se
caracterizan porque desplazan hacia la Península la masa de aire conocida como tropical
marítimo. Las borrascas sudatlánticas son las que más frecuentemente afectan al sur de la
Península. Los eventos de precipitación característicos de estas borrascas pueden tener una
intensidad y duración muy variables, si lo habitual es que tengan una duración media, de 3 a 4
días, y una intensidad moderada. Se presentan más frecuentemente en invierno, por
encontrarse el Frente Polar en sus latitudes más bajas, con una dirección predominante del
viento Sur-Suroeste.
21
Figura 10.11. Borrasca Suratlántica tipo.
Las borrascas alisias se desarrollan en las costas occidentales de África. En general, se
considera que estas borrascas se originan por el contacto entre el aire tropical continental
sahariano y el aire tropical marítimo de Azores, o, como una discontinuidad entre el aire tropical
continental sahariano y el aire polar marítimo. Los eventos de precipitación asociados a estas
borrascas son parecidos a los generados por las sudatlánticas, pero suelen ser más cortos y
menos intensos. En verano, pueden dar lugar a nubes de desarrollo vertical, un elevado nivel de
condensación y, por ello, escasa precipitación aunque sean inestables. Cuando el aire polar
marítimo interviene, en invierno, da lugar a fuertes lluvias y grandes avenidas de los ríos y
ramblas de la Andalucía atlántica. De forma más excepcional, se hace sentir en la Andalucía
oriental y, en todo caso, confundiéndose con un régimen de tormentas de componente sur.
Figura 10.12. Borrasca Alisia tipo.
Finalmente, las borrascas Mediterráneas se generan en la zona comprendida entre el Mar de
Alborán y el norte de África. Son especialmente habituales en otoño y primavera y corresponden
a una entrada de aire frío procedente del atlántico o norte de Europa, que inunda la Península,
provocando un descenso considerable de las temperaturas. Los eventos de precipitación
asociados a estas borrascas se caracterizan por tener una duración media de 2 a 4 días, una
precipitación total no elevada, y una intensidad muy variable. La elevada variación en la
intensidad, tanto espacial como temporal, se debe a la proximidad del centro de la borrasca a la
22
cuenca. Esta proximidad se traduce en una gran interacción con la topografía, siendo habitual la
aparición de acusados gradientes de intensidad de precipitación.
Figura 10.13. Borrasca Mediterránea tipo.
Las borrascas tienen como efectos principales la generación de viento y gradiente de presiones
que, a su vez, inducen fuerte oleajes y sobreelevaciones de nivel por marea meteorológica
cerca de la costa.
10.2.5.2.
Temporales
Asociado al paso de una borrasca se producen temporales que implican un forzamiento extremo
por viento, gradientes de presión y oleaje. Considerando el oleaje, una tormenta se suele definir
como una secuencia continua de valores de altura de ola (habitualmente altura de ola
significante) que sobrepasan un cierto valor umbral (Hu) y que tienen una cierta duración
mínima. Se considera que dos temporales consecutivos son no dependientes entre sí cuando
entre ellos transcurre un cierto intervalo de tiempo. Todos estos valores representativos
dependen de la zona de estudio que se considere.
Para la zona de estudio se han fijado como valores representativos:
• Hs = 2m
• Duración mínima = 24h
• Intervalo de tiempo entre temporales = 36h
Se han identificado los temporales que han tenido lugar en la zona de estudio entre los años
1996 y 2009 a partir de los datos procedentes del punto WANA y que proporciona (entre otros)
los datos de altura de ola significante espectral, periodo de pico y dirección media de incidencia
del oleaje. A continuación se recogen los datos más característicos de dichos temporales:
23
Número de Temporales
79
Número de Temporales del W
55
Número de Temporales del E
24
Altura de ola significante máxima de los temporales (Hs,max)
9,2m
Hs,max (temporales del W)
9,2m
Hs,max (temporales del E)
4,8m
Altura de ola media de los temporales
3,8m
Hs,m (temporales del W)
4,0m
Hs,m (temporales del E)
3,2m
Periodo de pico máximo de los temporales
21,8s
Periodo de pico máximo (temporales del W)
21,8s
Periodo de pico máximo (temporales del E)
16,4s
Periodo de pico medio
11,7s
Periodo de pico medio (temporales del W)
12,7s
Periodo de pico medio (temporales del E)
9,4s
Dirección media (temporales del W)
217 º (SW 8ºSSW)
Dirección media (temporales del E)
121 º (SE 14ºESE)
Velocidad máxima del viento
22,6 m/s
Velocidad media del viento
14,8 m/s
Dirección media del viento (temporales del W)
256 º (SW 14ºWSW)
Dirección media del viento (temporales del E)
103 º(SE 13ºESE)
Tabla 1. Principales características de los temporales que inciden sobre la zona de estudio
Estos temporales, además de suponer un forzamiento de gran contenido energético sobre la
costa, producen unas sobreelevaciones de nivel cuyos órdenes de magnitud se exponen en la
siguiente sección.
10.2.5.3.
10.2.5.3.1.
Nivel del mar
Marea astronómica
Los niveles de referencia que habitualmente se emplean en la zona son:
24
Figura 10.14. Niveles de referencia en la zona de estudio [fuente: atlas de inundación, MMA]
Los valores habituales de la marea astronómica suelen variar entre 1.5 y 3m, característicos de
un rango mesomareal. Los armónicos de marea en el mareógrafo de Bonanza se muestran en
la siguiente tabla:
Constituyente
Amplitud (m)
Fase (g)
0.061
325.29
O1
0.064
60.50
K1
0.190
48.54
N2
0.927
64.41
M2
0.315
91.34
S2
0.089
88.40
K2
Tabla 2. Armónicos de marea en el mareógrafo de bonanza (situado en el interior de la entrada al cauce).
A partir de los datos de la instrumentación que se encuentra situada en aguas abiertas en el
marco del presente proyecto, se ha realizado el análisis de los armónicos de marea hasta con
objeto de obtener una información complementaria a la anterior (véanse informes de la Parte I).
Figura 10.15. Armónicos de marea en el exterior de la desembocadura.
Los valores medios que se obtienen en el exterior de la desembocadura son similares a los
medidos en el mareógrafo de Bonanza.
25
10.2.5.3.2.
Marea meteorológica
Los fenómenos de la dinámica atmosférica que producen sobreelevaciones de nivel son el
viento y las variaciones de presión. La acción continuada del viento sobre la lámina de agua del
mar puede provocar el arrastre de la misma. Si este arrastre se produce en la dirección de la
playa, el agua se acumula en ésta, produciendo un ascenso del nivel medio del mar. Esta
elevación del nivel medio depende de la intensidad del viento, trayectoria, duración, forma de la
costa, configuración, rugosidad del fondo, etc. Una forma simplificada de estas expresiones se
obtiene promediando verticalmente todas las ecuaciones que gobiernan el proceso, resultando:
∂ηv (τ s + τ b )
=
∂x
ρ gh
Donde ηv es la sobre elevación debida al viento, es la tensión tangencial debida al viento,
es la tensión tangencial debida a fricción con el fondo, g es la aceleración de la gravedad y H es
la profundidad. La integración de la ecuación anterior en el supuesto de profundidad variable
linealmente y expresando las tensiones tangenciales en función de la velocidad del viento arroja
como resultado:
η=
⎛h ⎞
kw2 x
ln ⎜ 0 ⎟
g (h0 + η ) ⎝ η ⎠
Donde η es la sobre elevación en la línea de costa, k es un coeficiente con valor 3.3*10-6, w es
la velocidad del viento (m/s), h0 es el calado en el que se inicia la sobre elevación debida al
viento y x es la distancia horizontal entre h0 y la línea de costa.
En relación con la presión atmosférica, sus oscilaciones son uno de los factores constantes de
variación del nivel del mar. Una disminución de la presión atmosférica sobre la superficie del
mar se verá acompañada por un aumento en el nivel de éste. Una forma de estimar dicha
variación motivada por la presencia de una borrasca es la siguiente:
− ( R−r )
⎛
⎞
Svp =9.85( pn − p0 ) ⎜ 1 − e r ⎟
⎝
⎠
donde Svp es la variación del nivel medio en metro, pn es la presión en la periferia de la
borrasca en bares, p0 es la presión en el centro de la borrasca en bares, R es el radio de la
borrasca y r es la distancia del punto de medida al centro de la borrasca. Así, por ejemplo,
considerando una borrasca de las siguientes características:
p0 = 0.97 bar
pn = 1.013 bar
R = 1000 km
Con lo que, para diferentes valores de r, obtenemos:
r (km)
Svp (m)
0
0.42
300
0.25
500
0.17
700
0.11
1000
0
Tabla 3. Efecto de la borrasca en la variación del nivel del mar
10.2.5.3.3.
temporales
Ejemplos
de
niveles
máximos
con
En la actualidad no se disponen de datos de sobreelevaciones en la zona de playa, pero sí se
cuenta con los registros máximos del mareógrafo de Bonanza desde que se encuentra
instalado. Sus registros han llegado a medir un valor máximo de 3.86m el 22 de Enero de 1996,
coincidiendo con el paso de una borrasca que generó una tormenta con alturas de ola de 5m.
Sobre la costa, teniendo en cuenta el efecto del run-up, del set-up y de la marea meteorológica,
la cota de ascenso de la lámina de agua pudo llegar a ser superior a los 6-7m.
26
Año
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
Máximo
3.62
3.62
3.81
3.61
3.86
3.78
3.73
3.69
3.49
3.68
3.65
3.66
3.44
Fecha
26 Sep
16 Oct
28 Feb
23 Dic
22 Ene
17 Sep
31 Ene
25 Oct
30 Ago
12 Ene
8 Oct
25 Oct
5 May
Mínimo
0.07
0.03
-0.03
0.16
0.11
0.10
0.11
0.09
0.30
0.12
0.27
0.23
0.32
Fecha
30 Ago
9 Ene
29 Ene
2 Ene
21 Feb
10 Feb
27 Feb
18 Feb
11 Dic
10 Feb
28 Feb
23 Dic
8 Mar
Tabla 4. Niveles máximos con temporal
10.2.5.3.4.
Variación a largo plazo del nivel medio del
mar: variabilidad climática
La tierra sufre ciclos climáticos periódicos de calentamiento y enfriamiento asociados a la
variabilidad climática. El momento actual se sitúa dentro de un periodo de calentamiento que
comenzó a mediados del siglo pasado y que se espera alcanza su máximo alrededor del 22002300, por lo que en la actualidad el nivel del mar se encuentra en ascenso. Los restos
arqueológicos que se han encontrado en las costas españolas (especialmente la zona atlántica)
han puesto de manifiesto que durante épocas pasadas el nivel del mar llegó a estar entre 2-3m
por encima del actual. Si la secuencia se repite, las estimaciones indican que para el 2050 en la
zona de estudio el nivel del mar se encontrará aproximadamente 0.5m por encima del actual.
Ello supondrá que:
- El nivel de referencia o de base sobre el que actúa el oleaje subirá, modificando la
morfodinámica de la zona.
- La cota de inundación se incrementará inundando zonas que hasta ahora estaban
protegidas y erosionando en mayor medida la parte alta del perfil.
10.2.5.4.
Oleaje
10.2.5.4.1.
indefinidas
Régimen
medio
en
profundidades
Para la estimación del régimen medio, tanto en profundidades indefinidas como en el
emplazamiento se ha seleccionado el punto WANA 1052046 (Puertos del Estado), que se
encuentra ubicado en el Golfo de Cádiz frente a la zona de estudio (Figura 10.16). El punto
seleccionado contiene datos de oleaje desde el año 1995 al 2009.
27
Figura 10.16. Ubicación del punto WANA seleccionado para el estudio del clima marítimo
La Figura 10.17 muestra una rosa de oleaje en la que se aprecian las direcciones
predominantes de procedencia (tanto por su frecuencia como por las máximas alturas de ola
que se producen). La Figura 10.18 muestra una rosa de viento. Se aprecia que la dirección
predominante de procedencia del oleaje es del W, seguida de cerca del WNW y, en menor
medida, del WSW. Se trata, en general, de oleajes generados en el atlántico que se han
propagado hasta la zona de estudio. Debido a la refracción el oleaje reduce su oblicuidad al
acercarse a la costa, aunque dado que la línea de costa no es completamente rectilínea, en
menor o mayor medida existirá una oblicuidad que posibilitará la existencia de corrientes
longitudinales.
Figura 10.17. Rosa de oleaje en el punto WANA seleccionado.
28
Figura 10.18. Rosa de viento en el punto WANA seleccionado.
Dada la alineación de la costa respecto a los oleajes predominantes en la zona, hay un abanico
de direcciones que no afectarán a la dinámica de la costa (Figura 10.19).
Figura 10.19. Rango de direcciones de procedencia del oleaje que mayoritariamente afectarán a la zona de
estudio.
Los gráficos de dispersión (Figura 10.20) muestran que los periodos del oleaje presentan una
mayor variabilidad, siendo los predominantes los que se sitúan entre los 4 y los 16s (estando los
primeros en general relacionados con oleajes generados localmente con bajos contenidos
energéticos).
29
Figura 10.20. Gráfico de dispersión en el punto WANA seleccionado.
De forma más precisa, el análisis del clima marítimo medio proporciona las frecuencias de
presentación que se muestran en los siguientes histogramas.
Figura 10.21. Histograma de alturas de ola en el punto WANA seleccionado.
Figura 10.22. Histograma de periodos en el punto WANA seleccionado.
30
Figura 10.23. Histograma de direcciones en el punto WANA seleccionado.
10.2.5.4.2.
costa
Régimen medio del oleaje cerca de la
El oleaje, durante su propagación desde profundidades indefinidas hacia la costa, sufre
diferentes procesos de transformación (refracción, difracción, disipación, asomeramiento y
rotura) que modifican sus características (altura de ola y dirección de incidencia,
principalmente). Ello hace que el régimen de oleaje cerca de la costa sea diferente al existente
en profundidades indefinidas. En este apartado se realiza la propagación del régimen medio del
oleaje en profundidades indefinidas hasta diferentes puntos de control cerca de la costa.
Para la propagación del oleaje se ha utilizado el modelo Ref-Dif. El modelo necesita para el
cálculo la definición de los dominios de cálculo. Para cubrir la extensión de la zona de estudio
(los tramos 1 y 2 superan los 50kms) ha sido necesario definir dos juegos de mallas, uno para
cada tramo. Se han comenzado las propagaciones de oleaje en las proximidades del punto
WANA, a una profundidad próxima a los 100m, sirviendo así éstos como datos de entrada para
dichas propagaciones. Las ubicaciones y características aproximadas de las mallas se recogen
en la Figura 10.24 y Figura 10.25. Para cada uno de los tramos ha sido necesario emplear dos
juegos de mallas con orientaciones diferentes con objeto de satisfacer los requerimientos del
modelo.
Haciendo uso del clima marítimo en el punto WANA, se ha elaborado una lista de casos (Tabla
5) a propagar que permita analizar de forma precia el clima marítimo medio. Para ello se han
usado los histogramas de frecuencias del régimen medio que proporcionan la probabilidad de
ocurrencia de las Hs (altura de ola significante), Tp (periodo de pico) y dirección.
31
Figura 10.24. Configuración de las mallas para el tramo 1.
Figura 10.25. Configuración de las mallas para el tramo 2.
32
Caso
00,01,02,03,04,05,06,07
08,09,010,11,12,13,14,15
16,17
18,19
20,21,22,23,24,25,26,27
28,29,30,31,32,33,34,35
36,37,38,39,40,41,42
43,44,45,46,47,48,49
50,51,52
53,54
55,56,57,58,59,60,61,62
63,64,65,66,67,68,69,70
71,72,73,74,75,76
77,78,79,80,81,82
83,74,85,86
87,88,89,90
91,92,93
94,95,96,97,98,99,A0,A1
A2,A3,A4,A5,A6,A7,A8,A9
B0,B1,B2,B3,B4,B5,B6
Dirección
WNW
WNW
WNW
WNW
W
W
W
W
W
W
WSW
WSW
WSW
WSW
WSW
WSW
WSW
SW
SW
SW
Hs (m)
1
2
3
4
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
7
1
2
3
B7,B8,B9,C0,C1,C2,C3,
SW
4
C4,C5,C6,C7
C8,C9,D0,D1
D2,D3,D4
SW
SW
SW
5
6
7
Tp (s)
5,7,9,11,13,15,17,19
5,7,9,11,13,15,17,19
7,11
7,11
5,7,9,11,13,15,17,19
5,7,9,11,13,15,17,19
7,9,11,13,15,17,19
7,9,11,13,15,17,19
11,15,19
11,19
5,7,9,11,13,15,17,19
5,7,9,11,13,15,17,19
7,9,11,13,15,19
7,9,11,73,15,19
9,11,13,15
9,11,13,15
11,13,19
5,7,9,11,13,15,17,19
5,7,9,11,13,15,17,19
7,9,11,13,15,17,19
7,9,11,13,15,17,19
9,11,13,15
9,11,13,15
11,13,9
Tabla 5. Casos a propagar para la obtención del régimen medio.
Una vez calculadas las propagaciones, para obtener el régimen de oleaje en la costa se han
escogido una serie de puntos de control en cada una de las mallas de detalle, de los que se van
a extraer los datos necesarios para la interpolación y reconstrucción del régimen medio. El
resultado final es la obtención de las distribuciones conjuntas de altura de ola, periodo y
dirección, así como las rosas de oleaje en cada uno de los puntos de control seleccionados que
permitirán el análisis detallado de la dinámica litoral.
Se han tomado 6 puntos de control, tres en el tramo 1 y otros tres en el tramo 2 (Figura 10.26),
todos a una profundidad aproximada de cinco metros. La orientación del oleaje incidente
respecto a la costa en cada punto de control permite realizar una primera estimación de la
dirección del transporte longitudinal (Figura 10.27).
33
Figura 10.26. Ubicación de los puntos de control a lo largo de la Flecha de Doñana.
Figura 10.27. Régimen de oleaje en el tramo de costa de la flecha de Doñana. Se incluye la rosa de oleaje en
profundidades indefinidas.
La propagación muestra la importancia de la refracción del oleaje y el consecuente cambio en
su dirección de aproximación desde el punto WANA hasta la zona de playa; los oleajes
procedentes del WNW van variando ésta dirección progresivamente hasta ser prácticamente
perpendiculares a la línea de costa. Los tres primeros puntos de control parecen tener
prácticamente el mismo comportamiento, con oleajes que abarcan todo el cuadrante SW, siendo
los más frecuentes de WSW. Dada la orientación de la costa en éste tramo estos oleajes
originan una deriva litoral dirigida hacia el SE. En el segundo tramo el comportamiento entre un
punto y otro no es tan homogéneo; el punto de control cuatro parece en principio tener un
balance nulo en el transporte (punto neutro), pues inciden tantos olajes que inducen una
corriente hacia el SE como los que lo harían hacia el NW, sin embargo esto no quedará claro
34
hasta no obtener los resultados numéricos, ya que como se ve en la Figura 10.el oleaje que se
presenta con dirección SSW aparece con menos frecuencia que los de WSW, pero cuándo lo
hace se caracteriza por alturas de ola significante mayores, y por lo tanto con mayor capacidad
de movilizar el sedimento y transportarlo. Los últimos dos puntos son los más interesantes para
conocer cómo se comporta el extremo de la flecha litoral, aunque únicamente con la
observación de las rosas de oleaje en estos puntos no se puede saber con precisión la dirección
del transporte de sedimentos.
10.3.
Formulación del problema
10.3.1.
Motivación
Los oleajes reinantes en la zona, procedentes del sector W, cuando inciden sobre el tramo de
costa 1 (sección 12.2.3.1) generan una deriva litoral hacia el sur con capacidad para erosionar y
transportar sedimento. Este sedimento procede tanto de la desembocadura de los ríos Tinto y
Odiel como de los acantilados blandos y playas de arena del entorno.
La continuidad en la alineación media del tramo hace que la deriva litoral no encuentra ningún
elemento de interrupción hasta la desembocadura. Al llegar a ella, la corriente longitudinal cesa
y el sedimento se deposita, produciendo el avance de la flecha.
El depósito del material en el entorno de la desembocadura (y, por tanto, de la flecha) y su
evolución espacial y temporal están determinados por el oleaje, las corrientes de marea
asociadas a llenante y vaciante, las descargas fluviales y sus interacciones. Cuando la deriva
litoral coincide con la vaciante, la corriente longitudinal tenderá a depositar el sedimento en las
zonas bajas del perfil de playa, favoreciendo el crecimiento de la flecha hacia el exterior en vez
de hacia el interior de la desembocadura. Por el contrario, la interacción con la llenante facilitará
la entrada de material transportado por la deriva litoral hacia el interior de la desembocadura. La
combinación de ambos efectos produce un tramo de costa con ondulaciones que se denominan
ondas de arena. Estas ondas se pueden propagar a lo largo de la línea de costa y su dinámica
puede influir en la gestión de la desembocadura. Superpuesto a los agentes anteriores, las
descargas fluviales intensas actúan como una “barrera” incrementando la capacidad de limpieza
de la desembocadura.
El crecimiento y la morfología de la flecha dependen, por tanto, del balance entre el oleaje y la
marea, principalmente. En la actualidad la progresiva reducción del prisma de marea ha
supuesto una disminución de la capacidad de limpieza del estuario, lo que ha incrementado el
avance de la flecha. Este efecto, conjuntamente con la progresiva reducción de las descargas
fluviales (véase Capítulo 2 de la Parte I) facilita la penetración del sedimento hacia el interior del
estuario, constriñendo la desembocadura. En la Figura 10.28 se muestran las líneas de costa de
los años 1956 y 2002 representadas sobre la ortofoto del año 56. Se aprecia cómo, debido a los
procesos anteriormente expuestos, la flecha ha incrementado sus dimensiones y ha penetrado
hacia el interior del estuario, disminuyendo la anchura de la sección en la garganta. Además, las
ondas de arena presentes en la línea de costa se han propagado hacia el interior.
35
Figura 10.28. Líneas de costa de los años 1956 (verde) y 2002 (rojo).
Las características de la marea y sus corrientes (llenante y vaciante), así como las descargas
fluviales, se han expuesto en los Capítulos de la Parte I. Por ello, este informe se centra en
caracterizar (1) las tasas de transporte de sedimentos longitudinal (responsable principal del
crecimiento y evolución de la flecha); (2) el estudio de la cota de inundación bajo condiciones de
temporal, que tiene gran influencia en la capacidad erosiva del oleaje; (3) la implementación y
aplicación de un modelo de una línea para la estimación de la evolución de la línea de costa del
tramo en estudio y, finalmente, (4) el estudio de la morfología de la flecha de Doñana. El análisis
de los resultados de este Capítulo se debe realizar de forma conjunta con los resultados de la
parte I.
36
10.3.2.
Cálculo de la tasa de transporte de sedimentos
longitudinal
Las corrientes longitudinales asociadas a la rotura del oleaje pueden transportar
longitudinalmente el sedimento que se encuentra en la costa. Ello dependerá de su intensidad y
de la disponibilidad de material. Existen varias fórmulas empíricas para el cálculo del transporte
de sedimentos longitudinal en playas; en éste trabajo se calcula el transporte potencial de
sedimentos en cada punto de control utilizando dos formulaciones que verifiquen el orden de
magnitud del resultado.
La primera formulación es la del CERC, que se usará también en la sección destinada al modelo
de una línea. Es una de las formulaciones más sencillas, pero que proporciona resultados más
contrastados. Su expresión se deriva a través del flujo medio de energía que pasa por un plano,
y se basa en tres hipótesis fundamentales:
-
EL tramo de costa debe ser suficientemente largo como para poder despreciar los
efectos de los contornos.
-
La playa debe ser rectilínea, o en todo caso con curvatura suave.
-
La batimetría del tramo de costa debe ser recta y paralela.
Dicha expresión es válida en toda la zona de estudio salvo en la punta de la flecha, en cuyo
entorno la formulación debe ser aplicada con cautela.
La fórmula del CERC se puede escribir como
Ql =
ρK
H b2Cgb sin 2α b
( ρ s − ρ )(1 − n)
12.5
Donde ρ es la densidad del agua, ρs es la densidad del sedimento, n es la porosidad, K es un
coeficiente que depende fundamentalmente del tamaño de grano, Hb es la altura de ola en
rotura, Cgb es la celeridad de grupo y αb es la oblicuidad del oleaje en rotura.
La otra fórmula que se va a emplear ha sido desarrollada recientemente, e incluye un coeficiente
de transporte, que representa la eficiencia del oleaje para mantener los granos de arena en
suspensión. La fórmula se expresa como
Ql =
ε
( ρ s − ρ )(1 − n) gws
FV
12.6
siendo ε es un coeficiente de transporte que depende de las condiciones del oleaje y del tipo de
sedimento según la siguiente expresión:
ε=
256C f
135κ
K
Los parámetros del coeficiente anterior ya fueron definidos anteriormente.
10.3.3.
Cota de inundación
La cota de inundación se define en este trabajo como la máxima cota que alcanza el agua en
condiciones de temporal. Los principales fenómenos que intervienen en ella son:
1- Marea astronómica: desplazamiento temporal de la superficie con respecto a un nivel
fijo de referencia debido a la atracción de los astros (véase Capítulo 3 de la parte I). La
cota máxima de ascenso de agua por el talud de la playa variará en función de si el pico
de la tormenta se produce bajo condiciones de marea baja o de marea alta.
37
2- Marea meteorológica: es el desplazamiento vertical de la superficie libre del mar forzado
por las variaciones de presión atmosférica y a la acción tangencial del viento sobre la
superficie. El desplazamiento vertical respecto a un nivel de referencia alcanza valores
medios del orden de 1m.
3- Run-up: es el desplazamiento vertical de la superficie libre debido a dos procesos
diferentes, el set-up y swash.
a. Set-up (sobreelevación del nivel medio): debido al proceso de asomeramiento y
rotura del oleaje se produce una sobreelevación del nivel medio cerca de la
costa que depende de la evolución transversal de la altura de ola significante
(Hs). Puede alcanzar, en condiciones de tormenta, órdenes de magnitud de 1m.
b. Swash (ascenso del nivel medio por el frente de playa): tras la rotura del oleaje,
se produce el ascenso de la lámina de agua por el talud hasta que el efecto de
la percolación y la gravedad (fundamentalmente) frenan dicho ascenso.
4- Upwelling y downwelling: en áreas en las que el viento fluye a lo largo de la costa en
grandes distancias, la fuerza del viento combinada con el efecto de la fuerza de Coriolis
provoca una corriente superficial conocida como transporte de Ekman. En el hemisferio
norte, en costas con el mar al oeste y vientos provenientes del norte, se produce una
corriente superficial hacia mar abierto. El agua de la superficie es reemplazada por
aguas más frías de debajo de la superficie (upwelling). Si el viento proviene del sur, la
corriente generada se dirige hacia la costa y el agua de la superficie se desplaza hacia
el fondo al llegar a la costa (downwelling). Estos procesos provocan una variación
vertical de la superficie libre en la costa.
5- Influencia de la descarga fluvial: el agua dulce proveniente del río descarga en el
océano atlántico. Esta agua tiene una densidad inferior al agua salada por lo que se
produce un proceso de estratificación, en el que el agua dulce permanece en las capas
superiores y el agua salada en capas inferiores. En la zona de la desembocadura se
produce, por tanto, un pequeño desplazamiento vertical de la superficie libre.
La máxima cota de inundación es un fenómeno aleatorio resultado de la interacción de los
procesos anteriores, aunque para este estudio se van a despreciar los efectos de upwelling y
downwelling y la influencia de la descarga fluvial, ya a que las variaciones que producen son de
escala muy reducida (excepto en la zona interior de la flecha de Doñana).
10.3.3.1.
Metodología de cálculo
Para la estimación de la cota de inundación se ha aplicado una metodología basada en tres
aspectos principales:
1. selección del dominio temporal y de los eventos ocurridos en este periodo a partir de un
análisis estadístico de extremos;
2. propagación del oleaje con el modelo SWAN.
3. cálculo del set-up con el modelo SWAN y posterior estimación de la cota de inundación.
TEMPORALES
Los criterios para la selección de temporales que se han aplicado sobre el registro de datos del
punto WANA son los mismos que se expusieron anteriormente, y que se resumen de nuevo en:
•
Altura de ola significante mayor o igual a 2m.
•
Duración mínima del temporal de 24h.
•
Intervalo de tiempo mínimo entre temporales de 36h.
•
Correlación entre los datos de viento y los datos de oleaje.
38
MODELO SWAN
Los temporales seleccionados se han propagado con el modelo SWAN, que se basa en la
ecuación de equilibrio de acción espectral, y que representa los efectos de propagación
espacial, refracción, asomeramiento, generación, disipación e interacción ola-ola no lineal. La
ecuación expresada en coordenadas cartesianas viene dada por:
∂N ∂cx N ∂c y N ∂cσ N ∂cθ N Stot
+
+
+
+
=
∂t
∂x
∂y
∂σ
∂θ
σ
12.2
donde:
•
N es la densidad de acción espectral,
•
cx y cy son las velocidades de propagación de la energía de ola en el espacio x-y,
•
cσ y cθ son las velocidades de propagación en el espacio espectral σ-θ,
•
Stot es el término fuente/sumidero, que representa todos los procesos que generan,
disipan o redistribuyen la energía del oleaje, anteriormente mencionados.
Para la propagación se definen mallas o redes computacionales espaciales donde se estima la
variación espacial de los parámetros característicos del oleaje. Se ha usado el modelo SWAN
en vez del Ref-Dif al incluir un módulo para calcular el set-up.
SET-UP
El set-up depende, fundamentalmente, de las condiciones del oleaje y de la pendiente media de
la playa, siendo mayor cuanto mayores son las alturas de ola incidentes. Para el cálculo del setup inducido en la línea de costa se han propagado sobre la batimetría conjunta con la topografía
de la costa los distintos estados mediante SWAN.
En el cálculo del set-up sobre la línea de costa se desprecian los términos debidos a corrientes
inducidas por el oleaje, obteniendo un equilibrio entre las fuerzas inducidas por el oleaje y el
gradiente del desplazamiento medio de la superficie de agua.
En dos dimensiones se obtienen un conjunto de dos ecuaciones con solo una incógnita, el setup ζ. Se asume que las corrientes generadas por el oleaje son principalmente debidas a la parte
libre de la divergencia de las fuerzas de oleaje mientras el set-up es debido principalmente a la
parte libre del rotacional del campo de fuerzas. Por consiguiente, se toma la divergencia de la
ecuación anterior para obtener la siguiente ecuación diferencial parcial elíptica para ζ:
dFk
∂
+
dxk ∂xk
⎛
∂ς
⎜ gd
⎝ ∂xk
⎞
⎟=0
⎠
siendo:
ζ es el set-up
•
• d es la profundidad total de agua, incluyendo el set-up inducido.
• g es la aceleración de la gravedad.
• Fk son las fuerzas inducidas por el oleaje, que dependen del gradiente del flujo de energía.
CÁLCULO DE LA COTA DE INUNDACIÓN
En un instante determinado, un punto del litoral está caracterizado por un nivel (NM) que
depende de la marea (astronómica y meteorológica) y una profundidad; sobre dicho nivel de
marea actúa el oleaje. En este estudio para la determinación de la cota de inundación se usa un
método indirecto de simulación en el que los factores (marea astronómica, marea meteorológica
y oleaje) se analizan por separado y el nivel extremo se deduce a partir de ellos. Se usa este
39
tipo de método debido a que la disponibilidad de datos medidos está limitada a determinadas
ubicaciones y son, por tanto, los únicos viables.
Así pues, se puede definir la cota de inundación como la suma de tres factores (una variable
independiente, MA, y dos variables correlacionadas,
CI = MA +
ηst
y MM):
ηst + MM
12.3
donde:
•
La marea astronómica (MA) es una variable determinista.
•
El runup total es:
•
La marea meteorológica (MM) es una variable aleatoria.
η st = η s + swash
Figura 10.29. Esquema de la metodología a seguir para la estimación de la cota de inundación.
10.3.4.
10.3.4.1.
Morfodinámica del tramo de costa
Modelo de una línea
El modelo de evolución morfológica de una línea es un modelo de predicción de una de las
líneas batimétricas de un tramo de costa a partir de unas condiciones de oleaje previamente
definidas. Por su interés en la gestión de zonas costeras suele representarse la línea de costa.
La escala temporal en la que trabajan se centra en el medio plazo (del orden de años).
40
El modelo de una línea implementado se basa en las siguientes hipótesis fundamentales:
•
El transporte de sedimentos responsable de la evolución del tramo de litoral es
fundamentalmente longitudinal, siendo el transporte transversal de menor importancia.
•
Se considera que la playa ha alcanzado (y mantiene) su perfil de equilibrio, y que éste
sólo se mueve en la dirección perpendicular a la alineación de la costa sin deformarse.
•
Este perfil de playa (considerado como el de equilibrio) avanza de forma solidaria con la
línea de costa hasta la profundidad de cierre Dc. Esto implica que la evolución de la
playa puede ser determinada mediante una línea batimétrica, ya que son paralelas
(habitualmente se emplea la línea de costa).
Teniendo en cuenta lo anterior, y dados los esquemas mostrados en la Figura 10.30 y Figura
10.31, se puede definir en el balance de masa en un volumen de control de ancho Δx.
Figura 10.30. Esquema de las variables usadas para la definición de las ecuaciones del modelo de una línea.
Figura 10.31. Esquema de definición de variables del modelo de una línea.
La ecuación de conservación de la masa proporciona:
∂Q ⎞
⎛
QΔt = ⎜ Q +
Δx ⎟ Δt + ΔV
∂x
⎝
⎠
41
siendo Q la tasa de transporte longitudinal que entra en el volumen de control, Δx la anchura de
ese volumen de control, Δy el avance de la línea de costa y ΔV el incremento de volumen del
perfil, que se obtiene como:
ΔV = ΔxΔyDc
Sustituyendo esta expresión en el anterior, dividiendo por ΔxΔt y llevando la expresión al límite,
se obtiene
∂Q
∂y
+ Dc
=0
∂x
∂t
Si se consideran términos fuente o sumidero dentro del balance de masa del sedimento, se
obtendría
∂Q
∂y
+ Dc
± q ( x, t ) = 0
∂x
∂t
12.4
Para la resolución del problema anterior es necesario definir el valor de Q.
Para el cálculo de la tasa de transporte de sedimentos longitudinal se ha empleado la fórmula
del CERC, expuesta en secciones anteriores, si bien es necesario modificar algunos de sus
términos según se expresa a continuación.
10.3.4.1.1.
una línea
Transporte de sedimentos en el modelo de
Se va a emplear la fórmula del CERC, que ya se expuso en la sección 12.3.2, y que se puede
escribir como
Ql =
ρK
H b2C gb sin 2α b
( ρ s − ρ )(1 − n)
12.5
donde todos los parámetros han sido definidos con anterioridad. αb es el ángulo que forma el
frente de ondas en rotura con la batimetría, y que por lo tanto se puede expresar como:
α b = θ b − arctan
∂y
∂x
Las hipótesis de la fórmula del CERC permiten aproximar
sin α b ≈ α b , de donde la expresión
anterior se puede re-escribir
∂y ⎞
∂y ⎞
⎛
⎛
Ql = 2Q0 ⎜ θb − arctan ⎟ ≈ 2Q0 ⎜ θb − ⎟
∂x ⎠
∂x ⎠
⎝
⎝
Sustituyendo en la ecuación 12.4 obtenida en el apartado anterior, se llega a la siguiente
ecuación:
∂y ∂ ⎛ ∂y ⎞
= ⎜ ε ⎟ + ω ( x, t )
∂t ∂x ⎝ ∂x ⎠
12.6
Siendo ε el coeficiente de difusión definido como
ε=
2Q0 ( x)
Dc
Y definido el término fuente-sumidero como:
42
ω ( x, t ) =
10.3.4.2.
Doñana
10.3.4.2.1.
q
∂
− (εθb )
Dc ∂x
Aplicación al tramo de costa de la Flecha de
Hipótesis básicas
Para la implementación del modelo en la flecha de Doñana, se han asumido las siguientes
hipótesis básicas:
-
Se considera que la línea de costa tiene una curvatura suave, lo que permite aplicar la
ecuación del transporte del CERC. Esta hipótesis es válida para la gran mayoría del
dominio en la parte más alejada de la desembocadura, aunque para la zona cercana a
ella habrá que tomar los resultados con cierta cautela (Figura 10.32).
Figura 10.32. Valor de la curvatura a lo largo de la línea de costa.
-
-
Se asume que la batimetría de la zona es recta y paralela. En secciones posteriores se
describirá cómo se ha definido una nueva batimetría en la zona de perfil activo mediante
la formulación de perfil de equilibrio de Dean para que sea asumible la ecuación de
conservación de la masa
El volumen de sedimentos que se mueve en cada simulación (tres horas
correspondiente a cada estado de mar) es lo suficientemente pequeño como para que la
forma de la costa se adapte rápidamente a los cambios en las condiciones de oleaje.
La anchura de la desembocadura viene determinada por la vaciante del estuario, que
provoca cambios pequeños en ella, por lo que se considera que no hay desplazamiento
en la dirección longitudinal del modelo en el contorno x=0. En cualquier caso, las
variaciones en la anchura provocadas por la deriva litoral son restauradas por la
vaciante, en especial durante intervalos de mareas vivas.
43
10.3.4.2.2.
Condiciones de contorno
Para la resolución del problema definido por la ecuación 12.6 es necesario imponer condiciones
de contorno en los extremos del dominio donde se define la ecuación del transporte (x=0 y x=L).
Los límites del dominio se definen como se muestra en la Figura 10.33.
Figura 10.33. Definición de los ejes de coordenadas para el modelo en la zona de estudio. En blanco: tramo de
línea de costa a estudiar.
Para una ecuación en derivadas parciales genérica las condiciones de contorno se pueden
clasificar en dos tipos fundamentales: tipo Dirichlet o tipo Neumann. A continuación se describen
las que se han empleado en este trabajo.
EXTREMO ALEJADO DE LA DESEMBOCADURA (X=L)
En el extremo noroeste del dominio del problema se plantean dos posibles condiciones de
contorno:
-
No se produce movimiento de la línea de costa en ese punto:
y ( x, L) = cte
Se representa así una línea de costa fija en el extremo sin posibilidad de avance o
retroceso, manteniéndose un equilibrio dinámico entre el material que entra y sale en
esa celda del dominio.
-
La línea de costa se mantiene aproximadamente horizontal en ese punto:
⎛ ∂y ⎞
⎜ ⎟ =0
⎝ ∂x ⎠ x = L
El transporte neto en ese punto puede ser distinto de cero manteniéndose constante la
pendiente de la línea de costa.
44
La solución elegida para la resolución del problema ha sido la segunda, ya que el extremo del
dominio se ha definido lo suficientemente lejos como para que la pendiente en ese punto no
tenga influencia en la forma de la línea de costa en el resto del dominio.
EXTREMO MÁS CERCANO A LA DESEMBOCADURA (X=0)
La condición de contorno en la zona de la desembocadura es más compleja debido al efecto de
la marea y su distinción en llenante y vaciante. Por ello se han estudiado tres opciones:
-
Tipo 1. Se considera ese extremo de costa como un punto fijo dado por su valor en la
condición inicial, con lo que no se produciría avance ni retroceso de la línea de costa,
aunque sí se permitirían variaciones de la pendiente:
y ( x) = 0, t ) = y( x = 0, t = t0 )
Su inconveniente es que no se puede modelar la acreción de la flecha ni el crecimiento
que podría darse durante un evento de tormenta bajo condiciones de marea llenante.
-
Tipo 2. Teniendo en cuenta que el transporte de sedimentos en la punta de la flecha es
nulo, se puede imponer la condición de que en ese punto el ángulo entre la dirección de
incidencia del oleaje en profundidades indefinidas y la línea de costa sea cero, con lo
que la costa es paralela a la incidencia del oleaje:
⎛ ∂y
⎞
⎜ = − tan(90º −θ 0 ) ⎟
⎝ ∂x
⎠ x =0
Siendo θ0 el ángulo del oleaje incidente en profundidades indefinidas.
-
Tipo 3. Se impone la condición de equilibrio dinámico de la flecha suponiendo que el
gradiente del transporte longitudinal de sedimentos a lo largo del dominio espacial es
nulo para unas condiciones de oleaje en profundidades indefinidas dadas:
∂Q
= 0; ∀x
∂x
Dado que las condiciones de oleaje se toman para estados de mar de tres horas de
duración, se supone que durante ese intervalo y partiendo de una condición inicial la
línea de costa tenderá a una forma de equilibrio. Esa geometría será la condición inicial
para el siguiente estado de mar que tendrá unas condiciones de oleaje, y por tanto
morfología de equilibrio, distintas al estado anterior. Así, la condición de contorno se
puede re-escribir de una forma más sencilla haciendo uso de las ecuaciones de rotura,
del transporte longitudinal de sedimentos y de la refracción-asomeramiento del oleaje.
Realizando las operaciones pertinentes (véanse Anejos) se obtiene la siguiente
condición de contorno:
⎛ | θb | ⎞
⎟
⎝ cos θb ⎠ x = L
θb − y ' = cos θb ⎜
10.3.4.3.
Ondas de arena en la línea de costa
La punta de la flecha de Doñana presenta ondulaciones de la línea de costa con espaciamientos
del orden de centenares de metros. Dichas ondulaciones responden a los cambios en el
forzamiento (contenido energético y dirección de incidencia del oleaje, principalmente),
modificando tanto sus dimensiones como su posición. En este informe se presenta una mejora
de las formulaciones habituales empleadas para el cálculo del transporte longitudinal de
sedimentos que tiene en cuenta la variación en la anchura de la zona de rompientes como
consecuencia de los patrones de concentración y divergencia de energía del oleaje. Dicha
formulación, cuando se aplica sobre un tramo de costa como la Flecha de Doñana, produce
unos patrones de erosión y sedimentación que se corresponden con las ondas de arena.
45
10.3.4.3.1.
Planteamiento de la formulación
En la Figura 10.34 se muestra el esquema geométrico en el que se basa la modificación de las
formulaciones existentes. V(y) representa la velocidad de la corriente longitudinal en un perfil
cualquiera de la playa, asumiendo un perfil de velocidades lineal, s define el arco de la línea de
costa, b(s) la anchura de la zona de rompientes para cada perfil e y es el eje perpendicular a la
costa en cada punto.
Figura 10.34. Definición de ejes y variables para la nueva formulación de transporte de sedimentos.
Por otra parte, se define como α el ángulo que forma el oleaje con un eje vertical en cada punto
y ϕ el ángulo que forma con ese mismo eje la normal a la línea de costa, que coincide con el
que forma ésta con un eje horizontal. Siguiendo el esquema de la Figura 10.35 puede definirse
por tanto el ángulo que forma las crestas del oleaje con la línea de costa como θ=α-ϕ.
Figura 10.35. Definición de las variables θ(s,y), α(y) y ϕ(s) y del criterio de signos empleado.
Las hipótesis asumidas para el desarrollo de la nueva formulación son:
-
Batimetría recta y paralela, con pendiente constante tan β , con lo que para cada punto del
perfil de playa h = tan β ⋅ y , siendo h la profundidad.
-
-
Tren de ondas monocromático
Zona de rompientes saturada, con rotura lineal del oleaje en decrestamiento, por lo que
H = γ h siendo γ el índice de rotura. En particular, para las condiciones y características
de la flecha de Doñana se ha comprobado que el número de Iribarren toma valores
inferiores a 0.5.
Términos convectivos y difusivos despreciables.
46
-
Pendiente suave que permite aceptar la hipótesis de Rayleigh.
No hay mezcla lateral en la zona de rompientes.
Zona de rompientes en profundidades reducidas.
Transporte de sedimentos totalmente desarrollado.
A partir de la expresión que relaciona el transporte de sedimentos con la energía del oleaje y la
corriente longitudinal media:
I l = K ( ECg )b cos θb
V
um
Siendo Il el peso sumergido del material transportado, V la corriente longitudinal media en la
zona de rompientes, um la velocidad orbital en el fondo, K=0.28 una constante empírica y ECg el
flujo de energía del oleaje. El hecho de asignar un valor medio a la corriente longitudinal del
oleaje supone admitir que este valor se mantiene constante a lo largo de la costa, con lo que la
anchura de la zona de rompientes también se mantendría constante. Si en vez de tomar un
valor medio se acepta que esta relación también es válida para cada punto y del perfil
transversal de playa, el transporte sólido queda:
Sl ( s, y ) =
Il
K
V ( s, y )
( E ( y )C ( y ) g ) cos θ ( s, y )
=
um ( y )
( ρ s − ρ ) gp ( ρ s − ρ ) gp
Habiendo sido todas las variables de la fórmula anterior definidas previamente a lo largo del
presente informe. La expresión anterior, al ser integrada en el ancho de la zona de rompientes,
da el transporte longitudinal en cada perfil de playa s:
Q( s ) = ∫
b(s)
0
Sl ( s, y)dy
Realizando las operaciones (véanse Anejos), se obtiene la siguiente expresión:
Q( s) = P1 ( b( s) ) ⋅ cos ( 2φ ( s) ) + P2 ( b( s) ) ⋅ sin ( 2φ ( s) )
La expresión obtenida depende del ángulo de la línea de costa y del valor de la anchura de la
zona de rompientes.
10.4.
Tasas de transporte de sedimentos longitudinal
El transporte de sedimentos ha sido estimado en cada uno de los puntos de control en los que
se ha calculado el régimen de oleaje después de la propagación. A partir de las distribuciones
conjuntas del régimen de oleaje se ha reducido el rango de oleajes en los puntos de control,
transformando las direcciones del oleaje con respecto al Norte en una dirección con respecto a
la perpendicular de la línea de costa.
La Figura 10.37 muestra el transporte de sedimentos calculado mediante la fórmula del CERC y
la de Bayram en los puntos de control seleccionados (Figura 10.36), mostrando ambas distintos
valores debido a los coeficientes que incluyen en las fórmulas, pero órdenes de magnitud
similares. La cantidad indicada en los histogramas es el transporte de sedimentos acumulado
asociado a cada una de las direcciones con las que incide el oleaje en la costa; la dirección neta
del transporte de sedimentos en los puntos de control puede deducirse a partir del análisis
conjunto de estos histogramas y las rosas de oleaje en los puntos de control. Éste va dirigido
hacia la desembocadura.
47
Figura 10.36. Puntos de control seleccionados para estimar el régimen medio en profundidades reducidas y la
tasa de sedimentos longitudinal.
48
Figura 10.37. Tasas de transporte de sedimentos longitudinal según la formulación del CERC (columna de la
izquierda) y Bayran (columna de la derecha) en los diferentes puntos de control.
49
10.5.
Cota de inundación
10.5.1.
Selección de temporales
Se ha realizado una selección de temporales a partir de los datos proporcionados por el WANA
1052046. Este WANA proporciona datos desde Octubre de 1995. Mediante análisis extremal se
han seleccionado un total de 87 temporales. De ellos, se han desestimado los que presentaban
un campo de direcciones de oleaje variable y los que tenían una duración excesiva, debido a
que puede ser que hayan sido provocados por distintas borrascas. Tras esta última criba, se han
obtenido un total de 80 temporales (véanse Anejos). Por último, se han seleccionado las
tormentas ocurridas durante el año 2003, que presentan una buena correlación entre los datos
de viento y los datos de oleaje y por presentar un número total de 8 eventos. En la Figura 10.38
se pueden observar la relación de los parámetros de estado para los distintos estados de mar
del periodo seleccionado: altura de ola significante (Hs), dirección media del oleaje (Dirm),
periodo de pico (Tp), velocidad media del viento (Velv), dirección media del viento (Dirv) y nivel
medio del mar (NMM).
También se observa en esta figura, marcado con un recuadro, un temporal completo (temporal
63) mostrado con más detalle en la Figura 10.39.
Figura 10.38. Series temporales de los parámetros de estado durante el año 2003.
Los eventos seleccionados son los siguientes:
•
•
•
•
•
Primer evento: ocurrido entre los días 23 de diciembre de 2002 y 10 de enero de 2003, con
un campo de vientos procedente W y con una altura que alcanzó los 6.5m. No obstante el
campo de velocidades fue más variable debido a su larga periodicidad, alcanzando una
velocidad máxima de 17.1m/s.
Secundo evento: entre los días 18 y 23 de enero de 2003, en el que se registraron
velocidades de viento de hasta 14.6m/s y dirección WSW y una altura de ola significante de
4.2m.
Tercer evento: entre los días 16 y 18 de marzo de 2003, con vientos de hasta 20.1m/s y
dirección ESE, y alturas de ola significantes de hasta 4.8m.
Cuarto evento: entre los días 5 y 6 de mayo de 2003, con velocidades de viento de hasta
14.6m/s, dirección de viento predominante WNW y alturas de ola de hasta 3.3m.
Quinto evento: entre los días 27 y 28 de mayo de 2003, en el que el viento alcanzó una
velocidad de 12m/s con dirección ESE, y una altura de ola significante de 2.2m.
50
•
•
•
Sexto evento: entre los días 2 y 3 de octubre de 2003, con vientos de hasta 9.5m/s y
dirección WSW, y altura de ola de 2.4m.
Séptimo evento: entre los días 25 de octubre y 1 de noviembre de 2003, en el que la
velocidad del viento alcanzó los 22.6m/s con direcciones WSW, y altura de ola significante
de hasta 6.6m.
Octavo evento: entre los días 15 y 17 de noviembre de 2003, en el que la velocidad del
viento alcanzó los 18.1m/s con dirección W, y alturas de ola significante de hasta 4.6m.
En la Figura 10.39 se muestra como ejemplo los estados de mar asociados al séptimo evento.
Posteriormente se utilizará este evento para mostrar los resultados obtenidos.
Figura 10.39. Estados de mar del temporal seleccionado (séptimo evento).
Existe una correlación entre la altura de ola significante y la marea meteorológica. En la Figura
10.41 se muestra una gráfica en la que se aprecia esta correlación para los valores del
Temporal 63.
Figura 10.40. Datos de altura de ola significante y marea meteorológica para el temporal 63.
51
En la Figura 10.41 se muestra la correlación existente entre estas dos variables para el total de
los datos analizados de los ocho eventos seleccionados.
Figura 10.41. Correlación entre la altura de ola significante y la marea meteorológica.
10.5.2.
Propagación del oleaje con el modelo SWAN
Tras la selección de las tormentas se han propagado los diferentes estados de mar que las
componen mediante el modelo SWAN. Se han usado cuatro mallas (dos de ellas de detalle)
dispuestas en forma anidada. Las mallas mencionadas tienen las siguientes características
(véase Figura 10.42):
•
•
•
Malla exterior (coarse), en la que el modelo SWAN es aplicado a escala regional forzándolo
con los estados de mar y viento que han sido previamente seleccionados. Esta malla se
encuentra a una mayor profundidad y se caracteriza por tener separaciones espaciales en
su dominio mayores que las siguientes (separación entre nodos de 800m).
Malla intermedia (nest1). Los resultados obtenidos en la malla exterior sirven de entrada
para continuar la propagación en la malla intermedia, teniendo ésta separaciones menores
entre sus nodos, pasando a ser de 150m.
Malla de detalle (nest2), de mayor resolución para captar los procesos físicos del oleaje
que se desarrollan en profundidades reducidas, y donde las separaciones se reducen a los
25m. Se han dispuesto dos mallas de detalle para el presente análisis.
52
4150000
Malla Coarse
Malla Nest1
Malla Nest2 Doñana
4100000
Malla Nest2 Guadalquivir
4050000
WANA 1052046
4000000
3950000
3900000
600000
650000
700000
750000
800000
850000
Figura 10.42. Mallas empleadas para la aplicación del modelo SWAN en el Guadalquivir.
10.5.3.
Estimación de la cota de inundación
Para el cálculo de la cota de inundación se ha estimado el set-up mediante el modelo SWAN
(véase apartado 12.3.2). Las variables de aplicación en este caso van a ser (1) marea
astronómica, (2) marea meteorológica o residuo meteorológico y (3) el set-up. La marea
astronómica y la marea meteorológica para cada estado de mar se obtienen de los datos
proporcionados por el mareógrafo de Bonanza (Sevilla), por lo que son variables conocidas.
Figura 10.43. Esquema gráfico de la zona de rompientes, runup total (R) y setup (S)
53
10.5.4.
10.5.4.1.
Resultados
Oleaje
En la Figura 10.44 se muestra la altura de ola significante en el pico del temporal seleccionado
(Estado de mar del 31/10/2003 15h del temporal 63), en la zona Matalascañas (gráfico superior)
y en la zona Guadalquivir (gráfico inferior). En la Figura 10.45 se puede observar la dirección
media del oleaje también en el pico del temporal seleccionado, donde se aprecia una
concentración de energía frente a la desembocadura.
Como cabe esperar los datos relativos a la altura de ola significante y a la dirección del oleaje
representados en el curso del río no son reales, puesto que no se tienen en cuenta las
corrientes fluviales.
54
Figura 10.44. Altura de ola significante en las mallas de detalle (Estado de mar del 31/10/2003 15h, Temporal del
WSW).
55
Figura 10.45. Dirección media en las mallas de detalle (Estado de mar del 31/10/2003 15h, Temporal del WSW).
El análisis de todos los resultados muestra que para oleajes procedentes del Oeste se produce
una concentración de energía frente al bajo de Salmedina, mientras que frente a la flecha y la
zona de costa de Matalascañas la dirección del oleaje es uniforme, sufriendo de forma gradual
el proceso de asomeramiento y posterior rotura.
El comportamiento del sistema circulatorio asociado a la rotura del oleaje frente a la flecha de
Doñana indica que los oleajes del WNW tienen capacidad para transportar sedimento hacia la
desembocadura. Este oleaje es en general estable a lo largo de todo el tramo de costa.
Cuando el oleaje procede del W, al acercase a la costa no se aprecian cambios significativos de
dirección más que los debidos a la refracción. Oleajes procedentes del sector WSW producen
un sistema estable sin cambios de dirección singulares frente a la flecha ni en la zona de
Matalascañas, excepto en la zona más próxima a la embocadura del Guadalquivir.
10.5.4.2.
Distribuciones de probabilidad de CI
Una vez propagados los datos de oleaje de cada estado de mar con el modelo SWAN, se
obtiene el set-up siguiendo la metodología que se expuso en la sección 12.3.2. Conocido el nivel
de marea total, se construye el conjunto de datos de cota de inundación con respecto al Nivel
Medio del Mar en Alicante (NMMA). Este procedimiento se ha realizado para todos los estados
de mar propagados. En las tablas del Anejo correspondiente se pueden consultar para cada
estado de mar propagado los valores máximos del set-up y de la cota de inundación obtenidos.
De todos los eventos estudiados, se ha seleccionado el Temporal 63 como referencia de los
datos obtenidos para cada uno de los temporales. Se ha elegido este temporal dado que el
número de estados de mar es lo suficientemente elevado como para realizar un análisis
estadístico de sus datos. Para el análisis global de los datos obtenidos se han tomado tres
perfiles perpendiculares a la costa (Figura 10.46) en cada una de las zonas de estudio con
objeto de conocer el comportamiento medio de la cota de inundación a lo largo del tramo de
costa.
56
Figura 10.46. Perfiles seleccionados en cada una de las mallas de detalle.
Se han calculado las funciones de densidad de probabilidad de la cota de inundación para los
tres perfiles de cada zona de estudio, para el Temporal 63 (Figura 10.47 y Figura 10.48) y para
todos los datos obtenidos (Figura 10.49 y Figura 10.50). También se muestra la distribución
acumulada en el perfil 2 de cada zona de estudio (Figura 10.51 y Figura 10.52).
57
Figura 10.47. Función de densidad de la Cota de Inundación respecto al NMMA del Temporal 63 en la zona
Guadalquivir.
Figura 10.48. Función de densidad de la Cota de Inundación respecto al NMMA del Temporal 63 en la zona
Matalascañas.
58
Figura 10.49. Función de densidad de la Cota de Inundación Total respecto al NMMA en la zona Guadalquivir.
Figura 10.50. Función de densidad de la Cota de Inundación Total respecto al NMMA en la zona Matalascañas.
A partir de los resultados anteriores se observa, especialmente en relación con el total de los
estados de mar estudiados, que se alcanzan dos máximos en todos los perfiles, aproximándose
a una función bimodal. Estos máximos están relacionados con los estados de mar que se
producen en condiciones de bajamar y pleamar.
59
Figura 10.51. Función de distribución acumulada de la Cota de Inundación Total en la zona Guadalquivir.
Figura 10.52. Función de distribución acumulada de la Cota de Inundación Total en la zona Matalascañas.
De estas funciones de distribución se puede obtener el valor de la cota de inundación que sólo
es superado por un cierto porcentaje (generalmente el 2%). A partir de aquí se puede estudiar la
probabilidad de superar esta cota de inundación y hallar el periodo de retorno asociado a este
valor.
A continuación se muestra la cota que alcanzaría el agua en un estado de bajamar y otro de
pleamar del Temporal 63 para cada una de las zonas de estudio (Figura 10.53). Se aprecia una
amplia zona inundada en los alrededores del río durante la pleamar. Esta imagen no es del todo
realista puesto que la topografía utilizada en el entorno del río no es de alta resolución. Se
observa que donde el terreno es más abrupto el nivel del agua apenas modifica la línea de
costa, mientras que en zonas donde la pendiente es más suave, el área inundada es mayor.
60
Figura 10.53. Nivel que alcanza la cota de inundación calculada en la zona Matalascañas (gráficos superiores) y
en la zona del Guadalquivir (gráficos inferiores).
Finalmente, una vez obtenidos los datos de la Cota de Inundación, se ha formulado la hipótesis
de que la pendiente de playa es continua en los perfiles seleccionados, obviando la existencia
de dunas. La pendiente de cada perfil se ha tomado en función de la topografía disponible en la
línea de costa. En base a esta hipótesis se ha realizado una estimación de la longitud de terreno
que se vería inundada por estas crecidas de agua. Las pendientes estimadas son:
Pendientes Zona Matalascañas
Pendientes Zona Guadalquivir
Perfil 1
Perfil 2
Perfil 3
Perfil 1
Perfil 2
Perfil 3
0.0213
0.0521
0.1448
0.0117
0.0213
0.0088
A partir de ahora se va a notar como CIx al valor en planta del nivel alcanzado por la Cota de
Inundación, o longitud de playa inundada, en la dirección tomada por los perfiles seleccionados.
En la Figura 10.21 y la Figura 10.22 se muestran las funciones de densidad de los valores
obtenidos de CIx a partir del valor de la cota de inundación en los perfiles seleccionados. En la
Figura 10.23 y la Figura 10.24 se aprecian las distribuciones acumuladas de estos valores.
61
Figura 10.54. Función de densidad de la longitud de playa inundada en la zona Matalascañas.
Figura 10.55. Función de densidad de la longitud de playa inundada en la zona Guadalquivir.
62
Figura 10.56. Función de distribución acumulada de la Longitud de playa inundada en la zona Matalascañas.
Figura 10.57. Función de distribución acumulada de la Longitud de playa inundada en la zona Guadalquivir.
10.6.
Aplicación del modelo de una línea
Para aplicar el modelo de una línea definido en la sección 12.3.4.1 se han seguido los siguientes
pasos:
•
•
•
•
Propagación del oleaje mediante el modelo Ref-Dif.
Cálculo de la rotura del oleaje. Una vez propagado hasta la costa, se calcula la rotura
del oleaje y se almacenan los correspondientes valores de altura de ola y dirección de
incidencia.
Implementación del modelo en la zona de estudio. Se ha dividido el área de trabajo en
dos zonas: a) la zona de aguas profundas fuera del perfil activo; b) la zona de perfil
activo, en la que se satisfacen las hipótesis del modelo planteado.
Resolución del modelo.
63
10.6.1.
Propagación de oleaje (modelo Ref-Dif)
El modelo Ref-Dif es un modelo numérico que simula la propagación de oleaje a través de una
batimetría irregular y con la presencia de obstáculos (ya sean naturales o artificiales). El modelo
reproduce los procesos principales que experimentan las ondas en su propagación: refracción,
difracción, asomeramiento, disipación y rotura del oleaje.
Las principales limitaciones de este modelo son:
•
•
•
•
•
Las pendientes del fondo deben ser menores que 1:3 para garantizar la condición de
pendiente suave.
El ángulo de propagación que sirve como dato de entrada debe estar dentro del rango ±45
grados con respecto al eje de propagación principal (eje x).
En la malla de detalle, la equidistancia entre nodos en el eje x no debe ser superior a L/8,
siendo L la longitud de la onda de los estados a propagar.
La zona de estudio no se debe encontrar dentro de ángulos de propagación mayores a 55
grados con respecto al eje x.
El modelo ha sido diseñado principalmente para ser aplicado en zonas costeras y playas,
donde los fenómenos de propagación dominantes son la refracción, asomeramiento,
difracción y rotura en playas.
Este modelo trabaja con mallas encadenadas: la malla de detalle se ubica a partir del lado
opuesto al de entrada de datos de la malla exterior, con lo que los puntos en común sólo se
encuentran en la última fila de esta malla y la primera de la siguiente. Es en estos puntos donde
la malla encadenada toma los datos de partida de la propagación de la anterior. Es importante
tener cierta sensibilidad con la batimetría de la zona de estudio para elegir la posición idónea de
estas mallas, tratando de tener especial cuidado en zonas irregulares como cañones u otros
obstáculos.
Dado el rango de direcciones de procedencia del oleaje de interés para la flecha se han
dispuesto las mallas formando 30 grados con el eje horizontal (Figura 10.58). El espaciamiento
entre nodos de las mallas se va reduciendo conforme se van acercando a la costa, llegando a
25m en la malla de detalle.
Figura 10.58. Representación de las mallas definidas para el modelo Ref-Dif en la zona de estudio. Se ha
incluido la ubicación del punto WANA, cuyos datos sirven de entrada al modelo, así como los diferentes
instrumentos instalados en la zona de estudio en el marco del proyecto.
64
Para realizar las simulaciones y comprobar la validez del trabajo realizado se va a utilizar una
serie temporal de estados de mar debidos a una tormenta, ya que es en estas condiciones
donde se presentan los mayores cambios en la línea de costa. Se ha elegido el temporal
registrado en los datos del punto WANA entre el 8 de abril de 2008 a las 15 horas y el 11 de
abril del mismo año a las 6 horas. Estos datos han sido propagados mediante el modelo Ref-Dif
con cuyos datos de salida se ha calculado el transporte de sedimentos para resolver la ecuación
del problema planteado. La elección de esta tormenta se debe a que en ella el oleaje va rolando
progresivamente cubriendo casi la totalidad de las direcciones de interés de la zona de estudio.
Los estados de mar seleccionada para la propagación y posterior simulación de la evolución de
la línea de costa se muestran en la siguiente tabla.
Tabla 6. Casos a propagar definidos para las simulaciones del modelo de una línea [los ángulos se miden en
sentido horario desde el Norte=0º].
10.6.2.
Implementación en la zona de estudio
Como ya se expuso en la sección 12.3.4.1., se distinguen dos zonas:
-
La zona de aguas profundas que abarca desde el punto más alejado de la costa hasta la
zona de perfil activo, donde comienzan a observarse movimientos de las partículas del
fondo.
La zona de perfil activo, que va desde la anterior a la línea de costa.
A continuación se describe la implementación y propagación en cada una de ellas.
10.6.2.1.
activo
Implementación hasta la zona del perfil
Para la propagación hasta la zona de perfil activo se ha utilizado el modelo Ref-Dif sobre la
batimetría real de la zona, obteniendo de esta manera las amplitudes complejas necesarias para
65
seguir con la propagación en la zona de perfil activo. Se han usado las dos mallas más alejadas
de la línea de costa expuestas en la sección anterior, y que se muestran de nuevo en la
siguiente figura.
Figura 10.59. Definición de las mallas usadas para la propagación hasta la zona de perfil activo.
A partir de estas mallas se obtienen las amplitudes complejas del oleaje en la última fila de la
malla N2 o fila de solape, que serán los datos de entrada de oleaje para la propagación sobre el
perfil activo de la zona de estudio.
10.6.2.2.
Implementación en la zona del perfil activo
En la zona de perfil activo la batimetría ha de respetar las hipótesis en las que se basa la
formulación del transporte del CERC. Se ha definido por ello una batimetría sintética que,
manteniendo dentro de lo posible las características geométricas reales, permita la simulación
de la línea de costa mediante el modelo de una línea. Se han definido tres zonas (Figura 10.60):
-
La zona superior, cuya batimetría es regular y aproximadamente homogénea, y en la que la
batimetría se obtiene mediante el perfil de equilibrio de Dean.
La zona intermedia, en la que se define el modelo de una línea y que constituye el dominio
del problema, y en la que la batimetría ha de ser paralela a la línea de costa, por lo que
también en esta zona se definen perfiles de Dean.
La zona inferior, de batimetría más compleja y con la presencia del cabo de Chipiona. En
esta zona se define una batimetría con perfiles proporcionales a los de Dean pero
imponiendo que la profundidad en la línea de solape sea aproximadamente la real. De esta
manera se crea un fondo que represente mucho más fielmente los procesos reales de
propagación que tienen lugar en su camino a la costa. Asimismo, para facilitar el cálculo se
ha rectificado la línea de costa entre la desembocadura del Guadalquivir y Chipiona.
66
Figura 10.60. Batimetría real de la zona de estudio. El trazo blanco discontinuo los límites del dominio del
modelo.
Para la creación de la batimetría sintética se ha usado el perfil de equilibrio dado por la
expresión:
h =Ay 2 / 3
siendo y la distancia a la línea de costa y A una constante que depende, fundamentalmente, del
diámetro de grano. Para su cálculo se ha usado la expresión
A =Kω 0.44 = K ⎡⎣ 273( D50 )1.1 ⎤⎦
0.44
siendo ω la velocidad de caída del sedimento, K una constante de valor 0.51 y D50 el diámetro
del sedimento. Este valor de A se ha mantenido constante en las zonas superior e intermedia.
Para la zona inferior se ha creado una batimetría con profundidades proporcionales a las
establecidas por el perfil de equilibrio. Se ha calculado el valor de A para cada perfil y se ha
impuesto que la profundidad en la línea de solape sea igual a la profundidad en ese punto de la
batimetría real. Así, para cada perfil que forma la batimetría se tiene:
h =A ' y 2 / 3 = ( h0 yls−2/ 3 )
siendo h0 la profundidad real en la línea de solape e yls la distancia de la línea de solape. El
resultado de esta batimetría se muestra en la Figura 10.61.
67
Figura 10.61. Batimetría sintética de la zona de estudio creada para la propagación sobre la zona de perfil activo.
El blanco discontinuo los límites del dominio del modelo.
Para el oleaje, una vez almacenadas las amplitudes complejas de la línea de solape, las
correspondientes a los nodos comunes de la malla N2 y la definida para el perfil activo son
usadas como datos de entrada para la propagación del Ref-Dif, esta vez directamente sobre el
código fuente. Con las propagaciones realizadas se obtienen la altura de ola, dirección de
incidencia, profundidad y superficie libre en cada nodo de la malla interior.
Esta propagación del oleaje se realiza en toda la malla representada en la Figura 10.61 por lo
que las matrices de resultados deberán ser recortadas para tener sólo la zona en la que se
define el modelo de una línea (líneas blancas discontinuas).
10.6.3.
Cálculo de la rotura del oleaje
El siguiente paso es el cálculo del transporte longitudinal de sedimentos usando la expresión del
CERC, que depende de los parámetros de rotura del oleaje, siendo necesario encontrar la línea
de rotura y almacenar los valores de altura de ola, dirección y profundidad para esos puntos.
Para encontrar la línea de rotura se ha utilizado teoría lineal de oleaje, y se ha escogido el
criterio de rotura de Miche, ajustando el valor del índice de rotura con propagaciones de distinto
contenido energético y dirección de procedencia. Observando los perfiles transversales de altura
de ola se ha adoptado un valor de índice de rotura de valor γ=0.72, de tal manera que en cada
perfil transversal de altura de ola se ha obtenido el punto de rotura (Figura 10.62) como el nodo
más cercano al punto donde se satisface:
H = γ h = Hb
Los valores de dirección y altura de ola de este nodo son los considerados como parámetros del
oleaje en rotura.
68
Figura 10.62. Ejemplo de perfil transversal de altura de ola para el cálculo del punto de rotura [estado de mar
10].
La unión de los puntos de cada perfil en la que se cumple esta relación es la denominada línea
de rotura (Figura 10.63). Los valores de altura de ola, dirección y profundidad de esta línea (Hb,
θb y hb, respectivamente) se usan para el cálculo del transporte y la definición del coeficiente de
difusión de la ecuación de gobierno del modelo de una línea.
Figura 10.63. Ejemplo de altura de ola propagada sobre el perfil de equilibrio y línea de rotura (en negro) [estado
de mar 10].
69
10.6.4.
Resultados y análisis
10.6.4.1.
Rotura del oleaje
Para comprobar la efectividad del método empleado en la determinación del punto de rotura,
pueden usarse los perfiles transversales de altura de ola propagada y representaciones en
planta de su distribución. Hay que destacar tres aspectos relevantes:
-
-
-
En condiciones energéticas bajas, especialmente en la zona de sombra creada por el
cabo de Chipiona sobre la desembocadura cuando el oleaje viene del SE, la altura de
ola en rotura se subestima, encontrándose el punto de rotura real a más profundidad del
seleccionado (ver Figura 10.64 y Figura 10.65), aunque este aspecto no tiene gran
influencia en el cálculo del transporte.
En condiciones energéticas elevadas, especialmente en la zona de mayor curvatura de
la línea de costa donde hay grandes concentraciones de altura de ola, los puntos
seleccionados se encuentran a mayor profundidad de la rotura real, almacenándose sin
embargo valores muy similares a los observados (Figura 10.66, Figura 10.67 y Figura
10.68).
En condiciones moderadas, el cálculo del punto de rotura corresponde perfectamente
con el descenso brusco de altura de ola observado en los resultados de las
propagaciones (Figura 10.69).
Figura 10.64. Altura de ola propagada y línea de rotura seleccionada para el estado de mar 1.
70
Figura 10.65. Perfil de altura de ola, índice de rotura por profundidad y punto seleccionado en el perfil x=400m
para el estado de mar 1.
Figura 10.66. Altura de ola propagada y línea de rotura seleccionada para el estado de mar 16.
71
Figura 10.67. Perfil de altura de ola, índice de rotura por profundidad y punto seleccionado en el perfil x=4375m
para el estado de mar 1.
Figura 10.68. Perfil de altura de ola, índice de rotura por profundidad y punto seleccionado en el perfil x=2275m
para el estado de mar 16.
72
Figura 10.69. Altura de ola propagada y línea de rotura seleccionada para el estado de mar 22.
Figura 10.70. Altura de ola propagada y línea de rotura para el estado de mar 16 calculada con índice de rotura
γ=0.78.
10.6.4.2.
Transporte de sedimentos
Se ha calculado el transporte longitudinal de sedimentos para cada punto del dominio del
modelo estableciendo así cuál es su comportamiento durante la tormenta seleccionada, en la
que el oleaje incidente pasa de direcciones positivas a negativas con respecto a la dirección
normal a la línea de costa del modelo. Éste transporte, cuyo signo viene determinado por el
ángulo en rotura, se define positivo hacia el Norte. Durante la evolución del temporal se observa
un cambio en la distribución del transporte. Al principio, con un oleaje procedente de direcciones
SE (deriva litoral hacia el Norte), en la mayoría de los puntos del dominio existe un transporte
positivo (desde la desembocadura hacia la zona de Matalascañas), mucho mayor a la derecha
73
de la zona donde se produce el mayor gradiente de curvatura de la línea de costa (Figura
10.71).
Figura 10.71. Transporte longitudinal de sedimentos, ángulo de rotura y línea de costa para el estado de mar 1
(Hs=3m, dirección 227º [240º = incidencia normal]).
Conforme la tormenta avanza, el oleaje rola hasta incidir perpendicular a la línea de costa, fase
en la que se observa como en la parte rectilínea de la costa el transporte se vuelve más irregular
con repetidos cambios de signo, mientras que la zona de concentración de energía se intensifica
a la vez que se concentra, ocupando una longitud menor del tramo de costa (Figura 10.72). Esto
se debe a las condiciones más energéticas del oleaje y a la incidencia normal de éste, que
provoca sucesivos cambios de signo en la dirección de incidencia al propagarse a través de
pequeños gradientes en la línea de costa.
Figura 10.72. Transporte longitudinal de sedimentos, ángulo de rotura y línea de costa para el estado de mar 16
(Hs=4.3m, dirección 240º [240º = incidencia normal]).
Finalmente, en la parte final del temporal, con un oleaje del W (deriva litoral hacia la
desembocadura) el transporte se hace negativo en la zona recta de la costa, mientras que en la
zona de mayor energía, vuelve a concentrarse situándose esta vez más cerca de la
desembocadura (Figura 10.73) debido a la dirección del oleaje. La intensidad del transporte
también decae, debido al menor contenido energético del oleaje.
74
Figura 10.73. Transporte longitudinal de sedimentos, ángulo de rotura y línea de costa para el estado de mar 22
(Hs=2.8m, dirección 262º [240º = incidencia normal]).
Las diferencias observadas entre las distintas condiciones de contorno afectan a la zona de
concentración de energía y se van amplificando a medida que avanza la simulación, ya que las
diferencias entre las distintas líneas de costa de cada una de las condiciones va aumentando
(Figura 10.74 y Figura 10.76). Los cambios en la costa inducen a su vez cambios en la
batimetría, creada a partir de ésta, con lo que la propagación del oleaje también es distinta. Por
tanto, con el avance de la tormenta cambian para cada condición el ángulo de la línea de costa
y el de rotura del oleaje, y por tanto del transporte longitudinal.
Figura 10.74. Comparación del transporte longitudinal de sedimentos entre las tres condiciones de contorno y
línea de costa para el estado de mar 22 (Hs=2.8m, dirección 262º [240º = incidencia normal]).
75
Figura 10.75. Comparación del transporte longitudinal de sedimentos entre las tres condiciones de contorno y
línea de costa para el estado de mar 16 (Hs=4.3m, dirección 240º [240º = incidencia normal]).
Estas variaciones, sin embargo, no influyen en gran medida en el transporte longitudinal en el
tramo rectilíneo de la zona modelada. Por tanto, es de esperar que las variaciones de la línea de
costa entre distintas condiciones de contorno sean visibles en la zona de mayor curvatura, pero
se atenúen en el tramo rectilíneo del dominio.
Figura 10.76. Comparación del transporte longitudinal de sedimentos entre las tres condiciones de contorno y
línea de costa para el estado de mar 16 (Hs=4.3m, dirección 240º [240º = incidencia normal]).
10.6.4.3.
temporal
10.6.4.3.1.
Evolución de la línea de costa durante un
Condición de contorno tipo 1
En esta condición de contorno se impone que la línea de costa permanece fija en el extremo
más cercano a la desembocadura. El resultado obtenido tras la simulación del temporal elegido
se muestra en la Figura 10.77. En ella se puede observar como a lo largo del tramo recto no se
producen grandes cambios en la línea de costa, con avances y retrocesos inferiores a 20
metros. Sin embargo, en la zona curvilínea, se producen grandes gradientes en la línea de
costa, con una erosión en la zona de mayor curvatura de hasta 90 metros. En el otro extremo
76
del dominio, cuya condición de contorno se mantiene fija, se observa un retroceso de la línea de
costa para adaptarse a ella cuya influencia es despreciable a lo largo del tramo rectilíneo.
Además, esta condición, al permitir el transporte de sedimentos a través del contorno, no induce
inestabilidades ni oscilaciones en la línea de costa.
Figura 10.77. Línea de costa y avance de playa tras la simulación de los estados de mar seleccionados con la
condición de contorno tipo 1.
La evolución de esta zona curvilínea puede observarse de forma más detallada en la Figura
10.78. Se aprecia que se satisface la condición impuesta, ya que la línea de costa en los
instantes inicial y final de la simulación en el contorno x=0 se mantiene en el mismo punto. Por
otra parte, en la zona alrededor de x=2000 (zona de mayor curvatura) se producen
sucesivamente intervalos de erosión y sedimentación que tienden a suavizar la forma de la
costa. No se observan oscilaciones inducidas por la condición de contorno que se propaguen a
lo largo del dominio ni grandes cambios de dirección en la línea de costa.
Figura 10.78. Línea de costa en la zona cercana a la desembocadura tras la simulación de los estados de mar
seleccionados con la condición de contorno tipo 1.
Por tanto, esta condición de contorno proporciona un resultado estable y sin discontinuidades.
Sin embargo, aunque para la simulación de zonas relativamente lejanas a la desembocadura
77
esta condición es válida, en esa zona los resultados deben tomarse con cautela, ya que se ha
impuesto una condición que no responde a la situación real en la que la línea de costa no se
mantiene fija en ese punto, pudiéndose producir movimientos en la dirección del eje Y.
10.6.4.3.2.
Condición de contorno tipo 2
El resultado tras la simulación se muestra en la Figura 10.79. Se aprecia la erosión producida
por la condición de contorno impuesta en x=Lx=17000 y los movimientos menores de 20 metros
de avance y retroceso de la costa en el tramo rectilíneo.
Figura 10.79. Línea de costa y avance de playa tras la simulación de los estados de mar seleccionados con la
condición de contorno tipo 2.
En la zona del entorno de x=2000 se observa nuevamente una sucesión de erosiónsedimentación similar al caso anterior (Figura 10.80) que suaviza la línea de costa. Sin
embargo, en la zona cercana a la desembocadura sí se observan diferencias con respecto a la
condición tipo 1. Debido a la adaptación de la línea de costa con el oleaje, ésta adquiere en el
contorno x=0 distintas direcciones para cada estado de mar.
Tras la simulación completa del temporal se observa un gran avance de la costa (de hasta 200
metros) debido a que ésta forma un ángulo de 22 grados con respecto al eje Y, que corresponde
con el ángulo formado por el oleaje en profundidades indefinidas para el último estado de mar
simulado.
78
Figura 10.80. Línea de costa en la zona cercana a la desembocadura tras la simulación de los estados de mar
seleccionados con la condición de contorno tipo 2.
La condición impuesta se cumple durante la simulación; sin embargo, para estados de mar que
procedan desde direcciones contrarias a la del último estado de mar (oleaje hacia las X
positivas), la normal a la línea de costa tiende a orientarse en el sentido de las X e Y positivas.
Es el caso de la línea de costa tras la simulación hasta el estado de mar 10 de la Figura 10.81,
en la que se observa una inflexión en la línea de costa al adaptarse ésta a la orientación de ese
tipo de oleaje.
Figura 10.81. Línea de costa en la zona cercana a la desembocadura tras la simulación del estado de mar 10 con
la condición de contorno tipo 2.
Para evitar este comportamiento, que no responde a la evolución real de la flecha, se ha
aplicado una condición de contorno mixta. Así, cuando la dirección del oleaje en profundidades
indefinidas es menor de 240º (ángulo negativo respecto a la normal de la línea de costa) se
impone la condición de contorno tipo 1. Sin embargo, para las demás direcciones del oleaje se
mantiene la condición tipo 2. Con esta condición mixta se evitan las inflexiones de la línea de
costa observadas en estados de mar como el número 10 (Figura 10.82).
79
Figura 10.82. Línea de costa en la zona cercana a la desembocadura tras la simulación del estado de mar 10 con
la condición de contorno tipo 2 mixta.
Al variar la geometría de la línea de costa en estados intermedios, el estado final de la línea de
costa tras la tormenta también es diferente. El resultado final aplicando esta condición de
contorno mixta se observa en la Figura 10.83.
Figura 10.83. Línea de costa y avance de playa tras la simulación de los estados de mar seleccionados con la
condición de contorno tipo 2 mixta.
Se observa de nuevo que en el tramo rectilíneo y en la parte derecha de la costa el
comportamiento es el mismo que en los demás casos. Sin embargo, la evolución en la zona
cercana a la desembocadura sí se observan diferencias con respecto a la condición tipo 2 no
mixta (Figura 10.84). El avance alcanzado en esa zona es mucho menor, y las variaciones en
las zonas de mayor curvatura también son menores, aunque se observa que la línea de costa
en x=0 mantiene la dirección del oleaje en indefinidas, ya que los últimos estados de mar
proceden de direcciones positivas con respecto al eje Y del modelo.
80
Figura 10.84. Línea de costa en la zona cercana a la desembocadura tras la simulación del estado de mar 10 con
la condición de contorno tipo 2 mixta.
10.6.4.3.3.
Condición de contorno tipo 3
La tercera condición de contorno se aplica a través de la imposición del equilibrio dinámico del
sistema. Los resultados obtenidos para la simulación completa en todo el dominio se muestran
en la Figura 10.85, en la que se observan las mismas variaciones en la línea de costa a lo largo
del tramo recto y en el extremo más alejado del origen que en los casos anteriores.
Figura 10.85. Línea de costa y avance de playa tras la simulación de los estados de mar seleccionados con la
condición de contorno tipo 3.
En la zona de mayor curvatura se observa el mismo patrón de erosión y sedimentación
sucesivos que en los casos anteriores, tanto en posición como en magnitud. Sin embargo, en la
zona de la desembocadura (Figura 10.86), se produce una erosión de la costa con un retroceso
que llega a los 200 metros, distancia que para una tormenta de Hs,max=4.4m y 66 horas de
duración se considera excesiva. Esto puede deberse al efecto del ángulo de rotura en la
desembocadura al imponer el equilibrio del sistema. Con esta condición de contorno también se
81
observa que la solución es estable, no apareciendo grandes gradientes de curvatura en las
distintas soluciones que progresivamente se han ido obteniendo.
Figura 10.86. Línea de costa en la zona cercana a la desembocadura tras la simulación de los estados de mar
seleccionados con la condición de contorno tipo 3.
En cualquier caso, para las tres opciones de condición de contorno en x=0 se observa que el
efecto de éstas es despreciable a partir de aproximadamente x=800m, ya que desde ese punto
hasta el final del dominio se observan patrones de comportamiento muy parecidos entre las tres
simulaciones.
10.7.
Evolución de la punta de Doñana
Como se ha mostrado en apartados anteriores, el tramo de costa de Doñana se compone de
tramo de costa rectilíneo y uno curvo (punta de Doñana). En la sección anterior se ha mostrado
que la evolución temporal a largo plazo de su morfología se puede simular usando un modelo de
una línea. Estos modelos reproducen satisfactoriamente el comportamiento general de la línea
de costa, sobre todo las tendencias de erosión y sedimentación. Sin embargo, algunas hipótesis
asumidas por el modelo hacen que la morfodinámica de la punta no se reproduzca de forma
adecuada. En esta sección se aplica una mejora de las fórmulas habituales de transporte de
sedimentos (p.ej. CERC) para profundizar en el conocimiento de la morfodinámica de la punta
de Doñana.
10.7.1.
Aplicación de la formulación a puntas de flechas
litorales
Se ha aplicado la formulación anterior al caso de una flecha con una punta quasi-circular similar
a la de Doñana. La costa se ha modelado como un tramo curvo definido como un cuarto de
circunferencia seguida de un tramo recto. Para la línea de rotura que define la zona de
rompientes, se ha usado una ley creciente en el tramo curvo con un máximo en la parte donde
la costa se vuelve rectilínea, descendiendo a partir de entonces hasta alcanzar un valor
constante. Éste es el patrón observado en la propagación de oleaje en la flecha de Doñana, de
características muy similares.
Una vez definida la geometría, se ha calculado el transporte longitudinal con un ángulo en
indefinidas de 55º y la derivada de éste, determinando así las zonas de erosión y sedimentación
(Figura 10.87). Se observa un paso de erosión a sedimentación en la zona en la que la costa
pasa de ser curva a recta. Si las condiciones de oleaje se mantuviesen, la línea de costa variaría
82
su forma, avanzando en el tramo recto y retrocediendo en el curvo, produciéndose así una
irregularidad en la línea de costa. Las discontinuidades observadas en el transporte y en su
derivada están producidas por la definición de la costa mediante formas geométricas sencillas,
ya que se producen grandes gradientes de curvatura. Estos picos no alteran el comportamiento
general de erosión-sedimentación del sistema.
Figura 10.87. Estudio del transporte en una flecha litoral con la punta circular. Arriba: transporte longitudinal
(azul) y dQ/ds (verde). Abajo: anchura de la zona de rompientes (azul), forma original de la línea de costa (negro)
y forma final de la línea de costa (trazo discontinuo).
Con frecuencia la forma de la punta de Doñana no es circular, sino que tiene forma elíptica, lo
que depende de cuáles hayan sido las condiciones de forzamiento previas. A continuación se
muestran los resultados de la morfología del tramo cuando la punta tiene forma elíptica.
83
Figura 10.88. Estudio del transporte en una flecha litoral la punta elíptica. Arriba: transporte longitudinal (azul) y
dQ/ds (verde). Abajo: anchura de la zona de rompientes (azul), forma original de la línea de costa (negro) y
forma final de la línea de costa (trazo discontinuo).
Se observan patrones de comportamiento similares al caso anterior, con zonas de erosión y
depósito que reproducen las ondas de arena existentes en la flecha de Doñana. Sin embargo,
las longitudes de onda que se obtienen en este caso son mayores. Si la línea de costa
resultante vuelve a forzarse con el mismo oleaje se obtienen los patrones de erosión y
sedimentación que se muestran a continuación.
84
Figura 10.89. Estudio del transporte en una flecha litoral la punta elíptica. Arriba: transporte longitudinal (azul) y
dQ/ds (verde). Abajo: anchura de la zona de rompientes (azul), forma original de la línea de costa (negro) y
forma final de la línea de costa (trazo discontinuo).
La línea de costa final que se obtiene en este caso muestra varias ondas de arena, semejantes
a lo que se observa en la realidad en la Flecha de Doñana.
Conclusiones
En este informe se ha analizado la morfodinámica del tramo de costa de Doñana, limitado al
Norte por la desembocadura de los ríos Tinto y Odiel, y al sur por la desembocadura del
Guadalquivir. Este tramo se encuentra sometido a oleajes predominantes del Oeste que
producen la erosión y el transporte de sedimentos hacia la desembocadura. Este hecho, unido a
la progresiva reducción del prisma de marea y de los caudales de descarga del río, ha producido
un crecimiento de la punta de Malandar y una reducción de la anchura de la desembocadura.
Se han caracterizado las tasas de transporte de sedimentos, con valores que dependen tanto de
la oblicuidad del oleaje cuando llega a la costa como de su contenido energético. El transporte
real vendrá determinado, además, por la cota de inundación en condiciones de temporal, que
marcará la cota máxima a la que el oleaje será capaz de erosionar el sedimento. Los resultados
de la cota de inundación muestran que bajo condiciones de temporal el oleaje es capaz de
alcanzar y erosionar la zona de dunas.
Para la simulación de la evolución del tramo de costa a largo plazo se ha desarrollado e
implementado un modelo de una línea. Se han implementado 3 condiciones de contorno
diferentes en la punta con objeto de modelar sus particularidades. Los resultados reproducen el
85
comportamiento medio del tramo, con una tendencia al transporte de material hacia la
desembocadura cuyo depósito dependerá, también, de la interacción del oleaje con otros
agentes. En concreto, se ha simulado el efecto de una tormenta en la que se alcanzaron tasas
de transporte de sedimentos superiores a los 2m3/s.
Finalmente, se han analizado las ondas de arena presentes en la línea de costa de la punta de
Doñana. Se han mejorado las formulaciones habituales de transporte de sedimentos para incluir
el efecto de la variación en la anchura de la zona de rompientes. Los resultados muestran que la
transición de tramos rectos a curvos es el motivo principal que produce su formación. Dichas
ondas se pueden propagar hacia el interior de la desembocadura, afectando por ello a la gestión
del estuario.
86