La alimentación de playas (también conocida como renutrición de playas , [2] reposición de playas o reposición de arena ) describe un proceso por el cual el sedimento , generalmente arena , perdido por la deriva litoral o la erosión se reemplaza a partir de otras fuentes. Una playa más amplia puede reducir el daño de las tormentas a las estructuras costeras al disipar la energía a través de la zona de rompientes , protegiendo las estructuras y la infraestructura de las tierras altas de las marejadas ciclónicas , los tsunamis y las mareas inusualmente altas . [ cita requerida ] La alimentación de playas suele ser parte de una gestión integrada de la zona costera más grande destinada a la defensa costera . La alimentación suele ser un proceso repetitivo, ya que no elimina las fuerzas físicas que causan la erosión, sino que simplemente mitiga sus efectos.
El primer proyecto de alimentación en los Estados Unidos fue en Coney Island , Nueva York, en 1922 y 1923. Ahora es una medida común de protección de las costas utilizada por entidades públicas y privadas. [3] [4]
El primer proyecto de alimentación en los EE. UU. se construyó en Coney Island , Nueva York, entre 1922 y 1923. [5] [6]
Antes de los años 70, la regeneración implicaba la colocación directa de arena sobre la playa y las dunas . Desde entonces, se han llevado a cabo más regeneraciones de la costa, que se basan en las fuerzas del viento , las olas y las mareas para distribuir aún más la arena a lo largo de la costa y sobre las playas y las dunas. [7] [8]
El número y el tamaño de los proyectos de alimentación han aumentado significativamente debido al crecimiento de la población y al aumento relativo proyectado del nivel del mar . [8]
La erosión de las playas es un subconjunto específico de la erosión costera , que a su vez es un tipo de bioerosión que altera la geografía costera a través de la morfodinámica de las playas . Existen numerosas incidencias de la recesión moderna de las playas , debido principalmente a un gradiente en la deriva litoral y a los peligros del desarrollo costero .
Las playas pueden erosionarse de forma natural o debido al impacto humano ( robo de playas / extracción de arena ). [9]
La erosión es una respuesta natural a la actividad de las tormentas. Durante las tormentas, la arena de la playa visible se sumerge para formar bancos de arena que protegen la playa. La inmersión es solo una parte del ciclo. Durante el clima tranquilo, las olas más pequeñas devuelven la arena de los bancos a la superficie visible de la playa en un proceso llamado acreción .
Algunas playas no tienen suficiente arena disponible para que los procesos costeros respondan de forma natural a las tormentas. Cuando no hay suficiente arena disponible, la playa no puede recuperarse después de las tormentas.
Muchas áreas de alta erosión se deben a actividades humanas. Las razones pueden incluir: malecones que bloquean dunas de arena , estructuras costeras como puertos y bahías que impiden el transporte a lo largo de la costa , represas y otras estructuras de gestión fluvial. Los esfuerzos continuos y a largo plazo de renutrición, especialmente en las costas de cabos cuspados, pueden desempeñar un papel en la inhibición del transporte a lo largo de la costa y la erosión descendente. [10] Estas actividades interfieren con los flujos naturales de sedimentos ya sea a través de la construcción de represas (reduciendo así las fuentes de sedimentos fluviales) o la construcción de barreras litorales como embarcaderos , o mediante la profundización de las ensenadas; impidiendo así el transporte a lo largo de la costa de sedimentos. [11]
La ingeniería costera para la protección del litoral implica:
La nutrición es un proceso típicamente repetitivo, ya que mitiga los efectos de la erosión, pero no elimina las causas. Un entorno benigno aumenta el intervalo entre proyectos de nutrición, lo que reduce los costos. Por el contrario, las altas tasas de erosión pueden hacer que la nutrición sea económicamente impráctica. [14] [15]
En muchas zonas costeras, el impacto económico de una playa amplia puede ser sustancial. Desde 1923, Estados Unidos ha gastado 9.000 millones de dólares en reconstruir playas. [16] Uno de los ejemplos más notables es la costa de 16 km de largo frente a Miami Beach , Florida, que se renovó durante el período 1976-1981. El proyecto costó aproximadamente 86 millones de dólares y revitalizó la economía de la zona. [17] Antes de la regeneración, en muchos lugares la playa era demasiado estrecha para caminar, especialmente durante la marea alta .
En 1998 se hizo un resumen de todos los proyectos de regeneración de playas conocidos en los EE.UU. (418 proyectos). El volumen total de todas estas regeneraciones fue de 648 millones de yardas cúbicas (495 m 3 ) con un costo total de US$3387 millones (ajustado al nivel de precios de 1996). Esto es US$6,84 por m 3 . [17] Entre 2000 y 2020 el precio por m 3 ha aumentado considerablemente en los EE.UU. (véase la tabla siguiente), mientras que en Europa el precio ha bajado.
En el Mar del Norte los precios son mucho más bajos. En 2000, el Grupo de Gestión Costera del Mar del Norte elaboró un inventario. [23]
Hay disponibles datos más detallados de los Países Bajos, consulte más abajo en la sección sobre estudios de casos holandeses.
El precio de los suministros en zonas en las que no hay flota de dragado disponible suele ser del orden de 20-30 euros por metro cúbico.
Una playa amplia es un buen absorbedor de energía, lo que es importante en zonas bajas donde las tormentas severas pueden afectar las estructuras de las tierras altas. La eficacia de las playas amplias para reducir el daño estructural ha sido demostrada mediante estudios de campo realizados después de las tormentas y mediante la aplicación de principios aceptados de ingeniería costera. [12]
La regeneración de las playas tiene un impacto significativo en los ecosistemas locales. La regeneración puede causar la muerte directa de organismos sésiles en el área de destino al enterrarlos bajo la arena nueva. El hábitat del fondo marino tanto en las áreas de origen como de destino se altera, por ejemplo, cuando la arena se deposita en los arrecifes de coral o cuando la arena depositada se endurece. La arena importada puede diferir en características (composición química, tamaño de grano, especies no nativas) de la del entorno de destino. La disponibilidad de luz puede verse reducida, lo que afecta a los arrecifes cercanos y a la vegetación acuática sumergida . La arena importada puede contener material tóxico para las especies locales. La eliminación de material de entornos cercanos a la costa puede desestabilizar la línea de costa, en parte al hacer más pronunciada su pendiente sumergida. Los intentos relacionados de reducir la erosión futura pueden proporcionar una falsa sensación de seguridad que aumenta la presión del desarrollo. [24]
La arena recién depositada puede endurecerse y complicar la excavación de nidos para las tortugas. Sin embargo, la alimentación puede proporcionar más y mejor hábitat para ellas, así como para las aves marinas y la flora de la playa. Florida abordó la preocupación de que las tuberías de dragado succionaran tortugas hacia las bombas agregando una rejilla especial a las tuberías de dragado. [25]
La selección del material adecuado para un proyecto particular depende de las necesidades de diseño, los factores ambientales y los costos de transporte, considerando las implicaciones a corto y largo plazo. [26]
La característica más importante del material es el tamaño del grano del sedimento, que debe coincidir estrechamente con el material nativo. El exceso de fracción de limo y arcilla (lodo) en comparación con la turbidez natural en el área de alimentación descalifica a algunos materiales. Los proyectos con tamaños de grano no coincidentes tuvieron un desempeño relativamente deficiente. La arena de alimentación que es solo ligeramente más pequeña que la arena nativa puede dar como resultado anchos de playa seca equilibrada significativamente más estrechos en comparación con la arena del mismo tamaño que la arena nativa (o más grande que ella). La evaluación de la adecuación del material requiere un estudio de arena que generalmente incluye perfiles geofísicos y muestras de superficie y de núcleos. [26]
Algunas playas fueron alimentadas con arena más fina que la original. El monitoreo por termoluminiscencia revela que las tormentas pueden erosionar dichas playas mucho más rápido. Esto se observó en un proyecto de alimentación de arena en Waikiki , Hawái . [27]
La regeneración del perfil de la playa describe programas que nutren el perfil completo de la playa. En este caso, "perfil" significa la pendiente de la playa no erosionada desde arriba del agua hasta el mar. El programa de regeneración del perfil de Gold Coast colocó el 75% de su volumen total de arena por debajo del nivel del agua bajo. Algunas autoridades costeras nutren en exceso la playa debajo del agua (también conocida como "regeneración cercana a la costa") de modo que con el tiempo la playa natural aumenta de tamaño. Estos enfoques no protegen de forma permanente las playas erosionadas por la actividad humana, lo que requiere que dicha actividad sea mitigada. [ cita requerida ]
Los proyectos de nutrición generalmente implican objetivos físicos, ambientales y económicos.
Las medidas físicas típicas incluyen el ancho y la altura de la playa seca, el volumen de arena después de la tormenta, las evaluaciones de prevención de daños después de la tormenta y el volumen de arena acuosa.
Las medidas ambientales incluyen la distribución de la vida marina, el hábitat y el recuento de poblaciones.
Los impactos económicos incluyen la recreación, el turismo, las inundaciones y la prevención de "desastres".
Muchos proyectos de alimentación se promueven a través de estudios de impacto económico que se basan en gastos adicionales de los turistas. Sin embargo, este enfoque no es satisfactorio. En primer lugar, nada prueba que estos gastos sean incrementales (podrían trasladar gastos de otras áreas cercanas). En segundo lugar, el impacto económico no tiene en cuenta los costos y beneficios para todos los agentes económicos, como sí lo hace el análisis de costo-beneficio . [28] Las técnicas para incorporar proyectos de alimentación a los costos de seguros contra inundaciones y asistencia en caso de desastre siguen siendo controvertidas. [29]
El desempeño de un proyecto de regeneración de playas es más predecible en una costa larga y recta sin las complicaciones de ensenadas o estructuras de ingeniería. Además, la previsibilidad es mejor para el desempeño general, por ejemplo, el cambio promedio de la costa, en lugar del cambio de la costa en una ubicación específica. [ cita requerida ]
La alimentación puede afectar la elegibilidad para el Programa Nacional de Seguros contra Inundaciones de los EE. UU. y la asistencia federal en caso de desastre. [ cita requerida ]
La nutrición puede tener la consecuencia no deseada de promover el desarrollo costero , lo que aumenta el riesgo de otros peligros costeros. [24]
La nutrición no es la única técnica utilizada para abordar la erosión de las playas. Se pueden utilizar otras técnicas de forma individual o en combinación con la nutrición, según consideraciones económicas, ambientales y políticas.
Las actividades humanas, como la construcción de presas, pueden interferir con los flujos naturales de sedimentos (reduciendo así las fuentes de sedimentos fluviales). La construcción de barreras litorales, como muelles, y la profundización de ensenadas pueden impedir el transporte de sedimentos a lo largo de la costa.
El enfoque estructural intenta prevenir la erosión. El blindaje implica la construcción de revestimientos , malecones , rompeolas independientes , espigones , etc. Las estructuras que corren paralelas a la costa (malecones o revestimientos) previenen la erosión . Si bien esto protege las estructuras, no protege la playa que está fuera del muro. La playa generalmente desaparece en un período que varía de meses a décadas. [ cita requerida ]
Los espigones y rompeolas que corren perpendicularmente a la costa la protegen de la erosión. Rellenar un rompeolas con arena importada puede evitar que el rompeolas atrape arena de la corriente litoral (el océano que corre a lo largo de la costa). De lo contrario, el rompeolas puede privar de arena a las playas río abajo y acelerar la erosión en ellas. [30]
El blindaje puede restringir el acceso a la playa o al océano, aumentar la erosión de las costas adyacentes y requiere mantenimiento a largo plazo. [31]
La retirada controlada desplaza las estructuras y otras infraestructuras hacia el interior a medida que se erosiona la costa. La retirada se elige con más frecuencia en áreas de rápida erosión y en presencia de poco o ningún desarrollo obsoleto.
Las playas crecen y se encogen dependiendo de las mareas, las precipitaciones, el viento, las olas y la corriente. Las playas húmedas tienden a perder arena. Las olas se infiltran fácilmente en las playas secas y depositan sedimentos arenosos. Generalmente una playa está húmeda durante la marea baja, porque el mar se hunde más rápido de lo que se drena la playa. Como resultado, la mayor parte de la erosión ocurre durante la marea baja. El drenaje de la playa (deshidratación de la playa) mediante módulos de ecualización de presión (PEM) permite que la playa drene de manera más efectiva durante la marea baja. Menos horas de playa húmeda se traducen en menos erosión. Los tubos PEM permeables insertados verticalmente en la costa conectan las diferentes capas de agua subterránea . El agua subterránea ingresa al tubo PEM permitiendo que la gravedad la conduzca a una capa de arena más gruesa, donde puede drenar más rápidamente. [32] Los módulos PEM se colocan en una fila desde la duna hasta la línea de bajamar media. La distancia entre filas es típicamente de 300 pies (91 m), pero esto es específico del proyecto. Los sistemas PEM vienen en diferentes tamaños. Los módulos conectan capas con conductividad hidráulica variable . El aire o el agua pueden entrar y equilibrar la presión. [ cita requerida ]
Los PEM son mínimamente invasivos y cubren aproximadamente el 0,00005 % de la playa. [ cita requerida ] Los tubos están debajo de la superficie de la playa, sin presencia visible. Se han instalado instalaciones PEM en playas de Dinamarca, Suecia, Malasia y Florida. [32] La eficacia de la deshidratación de playas no se ha demostrado de manera convincente en playas de tamaño natural, en particular en el caso de las playas de arena. [33] Se ha demostrado que los sistemas de deshidratación reducen de manera muy significativa el nivel freático, pero otros efectos morfodinámicos generalmente superan cualquier efecto estabilizador de la deshidratación para sedimentos finos, [34] [35] [36] [37] aunque se han informado algunos resultados mixtos sobre la acreción de la playa superior asociada a la erosión en la parte media e inferior. [38] Esto está en línea con el conocimiento actual de la dinámica de sedimentos de agua subterránea y oleaje que establece que los efectos de los flujos de entrada/exfiltración a través de lechos de arena en la zona de oleaje asociados a la modificación de la capa límite de oleaje y el peso relativo del sedimento y la pérdida total de volumen de la lengua de oleaje son generalmente menores que otros impulsores, al menos para sedimentos finos como la arena [39] [40]
Las cercas construidas y ubicadas adecuadamente pueden capturar la arena arrastrada por el viento, crear o restaurar dunas de arena y proteger progresivamente la playa del viento y la orilla de la arena arrastrada por el viento. [ cita requerida ]
Otro enfoque es crear un revestimiento dinámico , una berma utilizando rocas sin mortero ni clasificación ( adoquines ). Las semillas esparcidas entre los adoquines pueden germinar para anclar los adoquines en su lugar. La arena puede acumularse y recrear una playa arenosa. Dejar las rocas sueltas les permite migrar y asentarse en una ubicación estable. Por separado, cerca de la línea de agua promedio más alta, una segunda berma de alrededor de un metro de altura puede acelerar la recuperación. Este enfoque se empleó en Washaway Beach en North Cove, Washington . Una vez que se colocaron los bermas, en un año la playa se expandió unos 15 metros y continuó creciendo. Los proyectos en Washington, California, Europa y Guam han adoptado aspectos de las técnicas. [41]
El entorno de un proyecto de regeneración de playas es clave para el diseño y el rendimiento potencial. Entre los posibles entornos se incluyen una playa larga y recta, un entrante que puede ser natural o modificado y una playa de bolsillo . Las costas rocosas o con diques , que de otro modo no tendrían sedimentos, presentan problemas singulares. [ cita requerida ]
El huracán Wilma azotó las playas de Cancún y la Riviera Maya en 2005. El proyecto de regeneración inicial no tuvo éxito y costó 19 millones de dólares, lo que llevó a una segunda ronda que comenzó en septiembre de 2009 y estaba programada para completarse a principios de 2010 con un costo de 70 millones de dólares. [42] Los diseñadores del proyecto y el gobierno se comprometieron a invertir en el mantenimiento de la playa para abordar la erosión futura. Los diseñadores del proyecto consideraron factores como la época del año y las características de la arena, como la densidad. Se esperaba que la restauración en Cancún aportara 1.300 millones de galones estadounidenses (4.900.000 m 3 ) de arena para reponer 450 metros (1.480 pies) de costa.
Las playas de Gold Coast en Queensland , Australia, han experimentado períodos de erosión severa. En 1967, una serie de 11 ciclones eliminaron la mayor parte de la arena de las playas de Gold Coast. El Gobierno de Queensland contrató a ingenieros de la Universidad de Delft en los Países Bajos para que lo asesoraran. El Informe de Delft de 1971 describió una serie de obras para las playas de Gold Coast, incluida la regeneración de la playa y un arrecife artificial. En 2005, la mayoría de las recomendaciones se habían implementado.
La Estrategia de Protección de Playas de la Costa Norte de Oro (NGCBPS, por sus siglas en inglés) fue una inversión de 10 millones de dólares australianos. La NGCBPS se implementó entre 1992 y 1999 y las obras se completaron entre 1999 y 2003. El proyecto incluyó el dragado de 3.500.000 metros cúbicos (4.600.000 yardas cúbicas) de arena compatible del Gold Coast Broadwater y su distribución a través de una tubería para alimentar 5 kilómetros (3,1 millas) de playa entre Surfers Paradise y Main Beach . La nueva arena fue estabilizada por un arrecife artificial construido en Narrowneck con enormes bolsas de arena geotextil . El nuevo arrecife fue diseñado para mejorar las condiciones de las olas para la práctica del surf. Un programa de monitoreo clave para la NGCBPS es el sistema de cámaras costeras ARGUS.
Más de una cuarta parte de los Países Bajos se encuentra por debajo del nivel del mar. [43] La línea de costa a lo largo del Mar del Norte (aproximadamente 300 kilómetros) está protegida contra inundaciones por dunas de arena naturales (solo en los estuarios y detrás de las islas barrera no hay dunas). Esta línea de costa se erosiona desde hace siglos; en el siglo XIX y principios del XX se intentó detener la erosión mediante la construcción de espigones , lo que resultó costoso y no muy exitoso. La regeneración de playas tuvo más éxito, pero hubo preguntas sobre el método de financiación. En el Memorándum Costero de 1990, el gobierno decidió, después de un estudio muy detallado, que toda la erosión a lo largo de toda la costa holandesa se compensaría con la regeneración artificial de playas. [44]
La línea de costa se vigila de cerca mediante el registro anual de la sección transversal en puntos separados por 250 metros (820 pies), para garantizar una protección adecuada. Cuando se identifica una erosión a largo plazo, se utiliza dragas de succión de alta capacidad para alimentar la playa. En 1990, el gobierno holandés decidió compensar en principio toda la erosión costera mediante la regeneración. Esta política todavía está en curso y ha tenido éxito. Todos los costos están cubiertos por el Presupuesto Nacional. [45] [46] [47]
En Holanda Meridional se implementó una novedosa estrategia de alimentación de playas , donde se creó una nueva forma de playa utilizando grandes cantidades de arena con la expectativa de que esta se distribuiría mediante procesos naturales para nutrir la playa durante muchos años (ver Motor de arena ).
La línea de costa básica en los Países Bajos es una representación de la línea de bajamar de 1990. Esta línea se utiliza para identificar la erosión costera y el crecimiento costero y para tomar medidas en caso necesario. En el Memorándum Costero, [44] el Gobierno holandés decide mantener la línea de costa de 1990 mediante la regeneración de las playas. La línea de costa en cuestión es la línea de bajamar. Para la aplicación práctica, la definición de esta no parece ser unívoca, por lo que el Memorándum también define la línea de costa momentánea (también llamada línea de costa instantánea) (MKL) y la línea de costa básica (BKL). Cada año, la línea de costa que se debe probar (TKL) se determina sobre la base de la MKL, y si amenaza con alejarse de la BKL, se lleva a cabo una regeneración de arena.
El problema con la línea de bajamar mencionada en el Memorándum Costero de 1990 es que la altura de la marea baja promedio está bien definida, pero la posición en la dirección horizontal no lo está. Véase la figura adjunta, aquí el perfil de la playa cruza tres veces la línea de bajamar. De hecho, tampoco es importante mantener una línea, sino mantener la cantidad de arena en el perfil de playa activo. Para determinar este volumen, se utilizan dos alturas, el nivel medio de bajamar (glw) y la altura del pie de la duna (dv). La altura del pie de la duna se determina básicamente encontrando la intersección de la pendiente pronunciada del frente de la duna y de la playa seca. En general, este punto teórico del pie de la duna estará ligeramente por debajo de la arena. Es muy difícil redefinir la altura del pie de la duna cada año. Algunos administradores definen la línea del pie de la duna como una determinada línea de elevación, sobre la que suele encontrarse el pie de la duna. En secciones costeras relativamente inalterables, este es un enfoque aceptable. El método de determinación del MKL es tal que no es muy sensible a la elección precisa del valor dv. La ubicación del pie de duna se determina por tanto por la altura sobre el NAP (Datum Nacional, aproximadamente el nivel medio del mar) y la distancia desde esa línea de elevación hasta la línea de costa administrativa (Xdv). Esta línea administrativa no tiene significado físico, sino que es simplemente la base para el trabajo de topografía.
La receta para calcular la posición del MKL es: [48]
El método se basa en el hecho de que el espesor de la capa de arena que se va a medir debe ser una función de la altura de la ola de medición, pero se desconoce. Pero como la elevación del pie de la duna también es una función de la altura de la ola de medición, el valor h es una buena representación del efecto de las influencias tanto de la marea como de las olas. Para determinar los perfiles de playa, se miden los llamados perfiles JarKus a lo largo de la costa. Estos perfiles están separados por unos 250 metros y se miden anualmente desde unos 800 metros en el mar hasta justo detrás de las dunas. Estas mediciones están disponibles en toda la costa desde 1965 en adelante. Desde aproximadamente 1850 también hay sondeos de perfiles disponibles en algunos lugares, pero a menudo están ligeramente desplazados en comparación con el remo Jarkus y, por lo tanto, son más difíciles de analizar. En el caso de los espigones, el sondeo se realiza exactamente en el medio entre los espigones.
La línea de costa básica es, por definición, la línea de costa del 1 de enero de 1990. Pero, por supuesto, no se han realizado mediciones en esa fecha exacta, además, siempre hay variaciones en las mediciones. Por lo tanto, la BKL se determina tomando las mediciones de playa de los aproximadamente 10 años anteriores a 1990 y determinando la MKL para cada uno de esos años. Estos valores se colocan en un gráfico y se determina una línea de regresión . Donde esta línea de regresión corta la fecha 1-1-1990 se encuentra la línea de costa básica BKL. En principio, la ubicación de la BKL es inmutable. En casos muy especiales, cuando la costa se modifica sustancialmente por una obra, se puede decidir desplazar la BKL. Esto no se basa en un cálculo técnico o morfológico, sino en realidad en una decisión política. Un ejemplo de esto es el Hondsbossche Zeewering, como dique marítimo cerca del pueblo de Petten , donde la BKL estaba realmente en la punta del dique. Debido a la construcción de una nueva duna artificial frente a este dique (el Hondsbossche Duinen), se añadió un trozo de duna que se pretende conservar. De esta forma, el BKL se desplazó hacia el mar.
En el marco de la política costera, se determina anualmente si es necesario realizar una regeneración en un sector costero determinado. Para ello, se determina la línea de costa (TKL) que se debe analizar antes de la fecha de referencia. Esta se determina de la misma manera que la BKL, es decir, mediante un análisis de regresión de los valores de MKL de los años anteriores. Véase el gráfico adjunto. En este ejemplo, se realizó una suplementación en 1990, lo que provocó que la MKL se desplazara mucho más hacia el mar. Por lo tanto, el número de años en los que se puede realizar el análisis de regresión es algo limitado. Si se dispone de muy pocos años, se suele adoptar una línea de regresión paralela a la línea de regresión anterior (por lo que se supone que la erosión antes y después de la suplementación es aproximadamente la misma). Por cierto, el primer año después de la suplementación suele ser mayor que la media debido a los efectos de ajuste. En este caso, parece que el TKL sigue siendo apenas satisfactorio para 1995 y ya no lo es para 1996. En principio, sería necesario un suplemento en este lugar durante el transcurso de 1995. Ahora, la decisión de suplementar no depende de una sola superación del BKL, sino sólo si varios perfiles corren el riesgo de volverse negativos. Para evaluar esto, el Rijkswaterstaat publica anualmente mapas costeros. [49] Estos mapas indican si la costa está creciendo o erosionándose con un bloque verde oscuro o verde claro. Un bloque rojo indica que en ese lugar el TKL ha superado el BKL y que algo tiene que suceder allí. Un indicador rayado en rojo significa que el TKL ha superado el BKL, pero esta sección costera tiene una tendencia a la acreción, por lo que no se necesitan obras urgentes.
Un proyecto de regeneración de playas para ampliar la playa y mantener la línea de costa se puede diseñar utilizando modelos de cálculo matemático o sobre la base de mediciones de la playa. En los Países Bajos, Bélgica y Alemania, el diseño de un proyecto de regeneración se basa principalmente en mediciones, mientras que en otros lugares se utilizan principalmente modelos matemáticos. Un proyecto de regeneración para el mantenimiento de la costa y la ampliación de la playa se puede hacer mucho más fiable basándose en datos de medición, siempre que estén disponibles. Si no se dispone de series de mediciones a largo plazo y de calidad del perfil de la playa, se debe realizar el diseño utilizando modelos de cálculo. En los Países Bajos, la costa se mide anualmente desde hace años (mediciones JarKus) y, por lo tanto, en los Países Bajos se utiliza el método muy fiable basado en mediciones para el diseño de suplementos para prevenir la erosión.
Para compensar la erosión costera, el diseño de un aporte de arena es en realidad muy sencillo: cada año se debe aplicar la misma cantidad de arena que la erosión. Se parte del supuesto de que no se producen cambios significativos en el clima de olas ni en la orientación de la costa. En la mayoría de los aportes de arena, esta suposición es correcta. Por tanto, en caso de cambios sustanciales en la orientación de la costa, este método no siempre es utilizable (por ejemplo, en el diseño del motor de arena). En la práctica, la longitud del aporte de arena debe ser de 20 a 40 veces la anchura para poder aplicar este método.
En resumen, el método consta de los siguientes pasos: [50]
Para determinar la cantidad de arena en el perfil, se puede utilizar el mismo método que para la línea de costa básica. Dado que la línea de costa instantánea se ha medido durante los años necesarios y, por lo tanto, el declive de esta línea de costa, determinar la pérdida de arena es bastante simple. Supongamos que el declive de la MKL es de 5 m/año, entonces la pérdida anual de arena es de 5*(2h) m3 por año por metro lineal de costa. Aquí, 2h es la altura del perfil de playa activo. A lo largo de la costa holandesa, h está cerca de Hoek van Holland en el orden de 4 m, por lo que en el ejemplo anterior la erosión sería de 40 m3 por año por metro lineal de costa. Para un afloramiento con una longitud de 4 km y una vida útil de 5 años es, por lo tanto, 40*4000*5 = 80 000 m3. Debido a que hay una pérdida de arena adicional inmediatamente después de la construcción, una buena cantidad es 1,4 *80000 = 112 000 m3. Esto supone un desplazamiento hacia el mar de 1,4*5*5= 35 m.
En la práctica de la regeneración de playas (a partir de 1990), este método parece funcionar muy bien. Los análisis de las regeneraciones en el norte de Alemania también muestran que se trata de un método fiable. El punto de partida es que el tamaño de grano de la arena de regeneración sea igual al de la arena original de la playa. Si no es así, se debe corregir. En caso de que la arena sea más fina en la zona de la arena, será necesario aumentar el volumen de la regeneración. [51]
Modelo de línea única
Para una alimentación relativamente amplia y corta (como el motor de arena), se puede utilizar un modelo de línea única. En este modelo, la costa se representa mediante una sola línea (por ejemplo, la línea de costa instantánea) y un perfil constante a lo largo de toda la línea de costa. Para cada perfil, se da la orientación de la costa, y en cada perfil se calcula el transporte de arena mediante la corriente inducida por el oleaje. Si en un perfil 1 el transporte de arena es mayor que en un perfil 2, habrá entre el perfil 1 y 2 sedimentación, para más detalles sobre el modelo. [52] [53] A medida que haya sedimentación, cambiará la orientación costera y, por lo tanto, también el transporte de arena. Esto permite calcular el cambio de la línea de costa. Un ejemplo clásico es el cálculo de una suplementación relativamente corta y ancha con olas rectas. El modelo de línea única puede predecir muy bien cómo puede desarrollarse dicha suplementación con el tiempo. El modelo de cálculo Unibest de Deltares es un ejemplo de modelo de línea única.
En situaciones altamente bidimensionales, por ejemplo, en una entrada de marea o en la desembocadura de un estuario, o si el propio afluente tiene un fuerte carácter bidimensional (como en el caso del Sand Engine), no es posible un enfoque con mediciones de perfil. Un modelo de una sola línea suele ser inadecuado. En estos casos, se realiza un modelo de transporte de arena bidimensional (normalmente con modelos como Delft3D de Deltares en los Países Bajos o Mike 21 de DHI en Dinamarca). En un modelo de este tipo, el lecho del área se introduce como un mapa de profundidad. A continuación, se realiza un cálculo del flujo de marea y un cálculo de penetración de las olas. Después de eso, se calcula el transporte de arena en cada punto de la malla y, a partir de la diferencia en el transporte de arena entre los diferentes puntos de la malla, se calcula la sedimentación y la erosión en todos los cuadros. A continuación, se puede evaluar si un afluente se comporta como se pretende. [54]
El problema con este tipo de modelo es que (aparte de los tiempos de cálculo relativamente largos para el ordenador) los resultados son bastante sensibles a las imprecisiones en la entrada. Por ejemplo, en el borde del modelo, los niveles de agua y los caudales deben introducirse correctamente, y el clima de olas debe ser bien conocido. También las variaciones en la composición de la arena (tamaño del grano) tienen una gran influencia. [55]
En algunos lugares de la costa holandesa, los canales de marea se encuentran muy cerca de la playa. En los años a partir de 1990, aproximadamente, estas playas también se alimentaban de la manera clásica, pero el problema era que el ancho de la playa era pequeño, por lo que la cantidad de arena que se debía colocar era limitada, lo que daba como resultado una vida útil corta del alimento. Se descubrió que en tales casos es más efectivo alimentar la pared del canal que da a la tierra y, en algunos casos, se utiliza arena del lado del canal que da al mar como área de préstamo. De hecho, esto aleja el canal de marea de la costa [56] (capítulo 4).
En lugar de abastecer directamente la playa, también es posible abastecer la zona intermareal (banco submarino). La ventaja de esto es que la implementación de la alimentación es más barata y no hay un efecto directo de la obra en el uso de la playa. La arena es entonces transportada con el tiempo por las olas desde aguas más profundas hasta la costa. Una alimentación intermareal se calcula igual que una alimentación de playa, pero el uso de datos de medición con perfiles de playa es entonces menos fácil, ya que una alimentación intermareal no da una nueva línea de playa. Por lo tanto, en esos casos, generalmente se utiliza un modelo de línea única o un modelo de campo. [57]
En el período 1990-2020 se han recuperado un total de 236 millones de metros cúbicos, principalmente para la regeneración de playas. Sin embargo, a partir de 2004 se ha prestado más atención a la regeneración de zonas costeras. [56]
En 2006 se analizaron en detalle los costes de algunos alimentos, lo que dio como resultado:
F= Zona costera, B= Relleno de playa, B+F es una combinación; nivel de precios 2006, sin IVA. [58]
Hawaii planeó rellenar la playa de Waikiki en 2010. Con un presupuesto de 2,5 millones de dólares, el proyecto cubrió 520 m en un intento de devolver a la playa su anchura de 1985. Los oponentes anteriores apoyaron este proyecto, porque la arena vendría de bancos de arena cercanos , reabriendo un canal bloqueado y dejando el volumen local de arena sin cambios, al tiempo que se igualaba estrechamente la arena "nueva" a los materiales existentes. El proyecto planeaba aplicar hasta 18 000 m 3 de arena de depósitos ubicados a entre 460 y 910 m de la costa a una profundidad de entre 3 y 6,1 m . El proyecto fue más grande que el esfuerzo de reciclaje anterior en 2006-07, que movió 7600 m 3. [59]
Maui, Hawaii, ilustra las complejidades de los proyectos de nutrición incluso a pequeña escala. Un proyecto en Sugar Cove transportó arena de las tierras altas a la playa. La arena supuestamente era más fina que la arena original y contenía un exceso de limo que envolvía el coral, lo asfixiaba y mataba a los pequeños animales que vivían dentro y alrededor de él. Como en otros proyectos, la disponibilidad de arena en tierra era limitada, lo que obligó a considerar fuentes marinas más costosas. [60]
Un segundo proyecto, a lo largo de Stable Road, que intentaba frenar la erosión en lugar de detenerla, se detuvo a mitad de camino hacia su objetivo de agregar 10.000 yardas cúbicas (7.600 m3 ) de arena. Las playas habían estado retrocediendo a un "ritmo comparativamente rápido" durante medio siglo. La restauración se complicó por la presencia de viejos malecones, espigones, montones de rocas y otras estructuras. [60]
En este proyecto se utilizaron espigones de tubos geotextiles rellenos de arena que originalmente debían permanecer en su lugar hasta por 3 años. Se utilizó una tubería para transportar arena desde aguas más profundas hasta la playa. La tubería estaba anclada con bloques de hormigón unidos por correas de fibra. Un video mostró cómo los bloques rebotaban en el coral en la corriente, matando todo lo que tocaban. En algunos lugares, las correas se rompieron, lo que permitió que la tubería se moviera a través del arrecife, "planeándolo". El mal tiempo exacerbó el movimiento dañino y acabó con el proyecto. [61] Los tubos geotextiles lisos y cilíndricos podían ser difíciles de escalar antes de que quedaran cubiertos por la arena. [60]
Los partidarios del proyecto afirmaron que la erosión estacional del verano de 2010 fue menor que en años anteriores, aunque la playa era más estrecha después de que terminara la restauración que en 2008. Las autoridades estaban estudiando si era necesario exigir que el proyecto eliminara los espigones de inmediato. Entre las posibles alternativas a los tubos geotextiles para trasladar la arena se encontraban las dragas flotantes o el transporte en camiones de la arena extraída en alta mar. [60]
Una última consideración fue el aumento del nivel del mar y el hecho de que Maui se estaba hundiendo por su propio peso. Tanto Maui como la isla de Hawái rodean montañas enormes ( Haleakala , Mauna Loa y Mauna Kea ) y estaban expandiendo un hoyuelo gigante en el fondo del océano, a unos 30.000 pies (9.100 m) por debajo de las cumbres de las montañas. [60]
En los Outer Banks, frente a la costa de Carolina del Norte y el sureste de Virginia, hay varias ciudades. Cinco de las seis ciudades han sido sometidas a trabajos de regeneración de playas desde 2011. Los proyectos fueron los siguientes:
Pato, Carolina del Norte : la regeneración de la playa se llevó a cabo en 2017 y tuvo un costo estimado de $14.057.929. [62]
Southern Shores, Carolina del Norte : los costos estimados para el proyecto Southern Shores fueron de aproximadamente $950,000 [63] y se completó en 2017. Hay un proyecto adicional propuesto para ampliar las playas en 2022 con un costo estimado de entre $9 millones y $13,5 millones. [64]
Kitty Hawk, Carolina del Norte : el proyecto de regeneración de playas en Kitty Hawk se completó en 2017 e incluyó 3,58 millas de playas que se extienden desde Southern Shores hasta Kitty Hawk y costó $18,2 millones. [65]
Kill Devil Hills, Carolina del Norte : el proyecto de regeneración de la playa se completó en 2017.
Nags Head, Carolina del Norte : El primer proyecto de regeneración de la playa de la ciudad se llevó a cabo en 2011 y costó entre 36 y 37 millones de dólares. [66] El proyecto de regeneración de 2019 tuvo un coste estimado de 25 546 711 dólares. [67]
Próximos proyectos: las ciudades de Duck, Southern Shores, Kitty Hawk y Kill Devil Hills han conseguido un contrato con Coastal Protection Engineering para proyectos de recuperación provisional programados para 2022. [ cita requerida ]
Florida - En febrero de 2008 se instalaron noventa módulos de igualación de presión (PEM) en la playa de Hillsboro . Después de 18 meses, la playa se había expandido significativamente. La mayoría de los PEM se retiraron en 2011. El volumen de la playa se expandió en 38.500 yardas cúbicas en tres años, en comparación con una pérdida anual promedio de 21.000. [68]
Nueva Jersey - Durante décadas, el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los EE. UU. ha vertido millones de yardas cúbicas de lodo de arena a lo largo de la costa de Jersey . [69] Los costos del proyecto son compartidos por el Cuerpo de Ingenieros del Ejército, el estado y los municipios locales. [69] Aunque la costa de Nueva Jersey es el 1% de la costa de los EE. UU., de 1922 a 2022, se gastaron más de $ 2.6 mil millones en proyectos de reposición de playas en el estado, aproximadamente el 20% del gasto total de la nación en reposición de playas. [69] Las operaciones de "dragado y relleno" comenzaron en 1989. [70] Las justificaciones para los proyectos, controvertidos dentro de Nueva Jersey, han incluido el control de inundaciones , la prevención de daños a las residencias costeras y la protección del turismo de verano a lo largo de la costa, [69] así como el acceso público a las playas. [71] Los críticos, como el Sierra Club y Surfrider Foundation , han argumentado que la regeneración de las playas del estado es un desperdicio, ya que la arena a menudo se desgasta rápidamente; abogan por políticas alternativas para mitigar los efectos del cambio climático , las mareas de tormenta y el aumento del nivel del mar , y argumentan que la regeneración es en realidad un subsidio para los propietarios ricos. [69] [71]
La playa de Gold Coast se construyó como playa artificial en los años 90 con una inversión de 60 millones de dólares de Hong Kong. Se le suministra arena periódicamente, especialmente después de los tifones, para mantener la playa viable. [72]
Más de una cuarta parte de la superficie total del país se encuentra en realidad por debajo del nivel del mar.