La nutrición de la playa (también conocida como renutrición de la playa , [2] reposición de la playa o reposición de arena ) describe un proceso mediante el cual los sedimentos , generalmente arena , perdidos por la deriva costera o la erosión se reemplazan 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 oleaje , protegiendo las estructuras e infraestructura de las tierras altas de marejadas ciclónicas , tsunamis y mareas inusualmente altas . [ cita requerida ] La nutrición de las playas suele ser parte de una gestión integrada más amplia de la zona costera destinada a la defensa costera . La nutrición 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 de protección costera común utilizada por entidades públicas y privadas. [3] [4]
El primer proyecto de alimentación en Estados Unidos se construyó en Coney Island , Nueva York, en 1922-1923. [5] [6]
Antes de los años 1970, la alimentación consistía en colocar directamente arena en la playa y las dunas . Desde entonces se han llevado a cabo más alimentaciones 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 dunas. [7] [8]
El número y tamaño de los proyectos de alimentación ha aumentado significativamente debido al crecimiento demográfico y al aumento relativo previsto 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 [ ortografía? ] de la recesión moderna de las playas , debido principalmente a un gradiente en la deriva costera y 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 barras de arena que protegen la playa. La inmersión es sólo una parte del ciclo. Durante el tiempo en calma, olas más pequeñas devuelven la arena de las barras 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 naturalmente 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 las actividades humanas. Las razones pueden incluir: diques que bloquean dunas de arena , estructuras costeras como puertos que impiden el transporte costero , represas y otras estructuras de gestión fluvial. Los esfuerzos de renovación continuos y a largo plazo, especialmente en las costas del cabo cúspide, pueden desempeñar un papel en la inhibición del transporte costero y la erosión a la deriva. [10] Estas actividades interfieren con los flujos naturales de sedimentos, ya sea mediante la construcción de presas (reduciendo así las fuentes de sedimentos fluviales) o la construcción de barreras litorales como embarcaderos , o mediante la profundización de las ensenadas; evitando así el transporte de sedimentos a lo largo de la costa. [11]
La ingeniería costera para la protección del litoral implica:
La nutrición suele ser un proceso repetitivo, ya que mitiga los efectos de la erosión, pero no elimina las causas. Un entorno benigno aumenta el intervalo entre proyectos de alimentación, reduciendo los costos. Por el contrario, las altas tasas de erosión pueden hacer que la alimentación sea financieramente impracticable. [14] [15]
En muchas zonas costeras, los impactos económicos de una playa amplia pueden ser sustanciales. Desde 1923, Estados Unidos ha gastado 9 mil millones de dólares para reconstruir playas. [16] Uno de los ejemplos más notables es la costa de 10 millas (16 km) de largo frente a Miami Beach , Florida, que se repuso durante el período 1976-1981. El proyecto costó aproximadamente 86 millones de dólares y revitalizó la economía de la zona. [17] Antes de la alimentación, 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 mejora de playas conocidos en EE.UU. (418 proyectos). El volumen total de todos estos alimentos fue de 648 millones de yardas cúbicas (495 m 3 ) con un costo total de 3387 millones de dólares (ajustado al nivel de precios de 1996). Esto equivale a 6,84 dólares EE.UU. 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 la zona del Mar del Norte los precios son mucho más bajos. En 2000, el Grupo de Gestión Costera del Mar del Norte realizó un inventario. [23]
Hay datos más detallados disponibles de los Países Bajos; véase más adelante en la sección sobre estudios de casos holandeses.
El precio de los alimentos en zonas sin una flota de dragado disponible suele oscilar entre 20 y 30 euros por metro cúbico.
Una playa ancha es un buen absorbente de energía, lo cual es importante en áreas bajas donde las tormentas severas pueden afectar las estructuras de las tierras altas. La eficacia de las playas amplias para reducir los daños estructurales ha sido demostrada mediante estudios de campo realizados después de tormentas y mediante la aplicación de principios aceptados de ingeniería costera. [12]
La nutrición de las playas tiene impactos significativos en los ecosistemas locales. La alimentación puede causar mortalidad directa a los organismos sésiles en el área objetivo al enterrarlos bajo la arena nueva. El hábitat del fondo marino tanto en las zonas de origen como en las de destino se ve alterado, por ejemplo, cuando se deposita arena 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 las del entorno de destino. La disponibilidad de luz puede verse reducida, afectando a los arrecifes cercanos y a la vegetación acuática sumergida . La arena importada puede contener material tóxico para las especies locales. La extracción de material de entornos cercanos a la costa puede desestabilizar la costa, en parte al aumentar la 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 proporcionarles más y mejor hábitat, así como también para las aves marinas y la flora de las playas. Florida abordó la preocupación de que las tuberías de dragado succionaran tortugas hacia las bombas añadiendo una rejilla especial a las tuberías de dragado. [25]
La selección del material adecuado para un proyecto particular depende de las necesidades de diseño, factores ambientales y costos de transporte, considerando implicaciones tanto a corto como a 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) versus la turbidez natural en el área de alimentación descalifica algunos materiales. Los proyectos con tamaños de grano incomparables tuvieron un desempeño relativamente pobre. La arena nutritiva que es sólo un poco más pequeña que la arena nativa puede dar como resultado anchos de playa seca equilibrados significativamente más estrechos en comparación con arena del mismo tamaño (o más grande) que la arena nativa. La evaluación del ajuste del material requiere un estudio de arena que generalmente incluye perfiles geofísicos y muestras de superficie y núcleos. [26]
Algunas playas se nutrieron con una arena más fina que la original. El monitoreo por termoluminiscencia revela que las tormentas pueden erosionar esas playas mucho más rápidamente. Esto se observó en un proyecto de alimentación en Waikiki , Hawaii . [27]
Beach Profile Nourishment describe programas que nutren el perfil completo de la playa. En este caso, "perfil" significa la pendiente de la playa no erosionada desde encima del agua hasta el mar. El programa de nutrición del perfil de Gold Coast colocó el 75% de su volumen total de arena por debajo del nivel bajo del agua. Algunas autoridades costeras nutren en exceso la playa submarina (también conocida como "alimentación cercana a la costa") de modo que con el tiempo la playa natural aumenta de tamaño. Estos enfoques no protegen permanentemente las playas erosionadas por la actividad humana, lo que requiere mitigar esa actividad. [ cita necesaria ]
Los proyectos de alimentación suelen implicar objetivos físicos, ambientales y económicos.
Las medidas físicas típicas incluyen el ancho/alto de la playa seca, el volumen de arena posterior a la tormenta, las evaluaciones para evitar daños posteriores a la tormenta y el volumen de arena acuosa.
Las medidas ambientales incluyen la distribución de la vida marina, el hábitat y el recuento de población.
Los impactos económicos incluyen recreación, turismo, inundaciones y prevención de "desastres".
Muchos proyectos de alimentación se promueven a través de estudios de impacto económico que dependen de gastos turísticos adicionales. Sin embargo, este enfoque es insatisfactorio. En primer lugar, nada prueba que estos gastos sean incrementales (podrían desplazar 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 lo hace el análisis de costos-beneficios . [28] Las técnicas para incorporar proyectos de alimentación en los costos del seguro contra inundaciones y la asistencia en casos de desastre siguen siendo controvertidas. [29]
El desempeño de un proyecto de restauración de playas es más predecible para 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 necesaria ]
La alimentación puede afectar la elegibilidad para el Programa Nacional de Seguro contra Inundaciones de EE. UU . y la asistencia federal por desastre. [ cita necesaria ]
La alimentación puede tener la consecuencia no deseada de promover el desarrollo costero , lo que aumenta el riesgo de otros peligros costeros. [24]
La alimentación no es la única técnica utilizada para abordar la erosión de las playas. Otros pueden usarse solos o en combinación con alimentos, según consideraciones económicas, ambientales y políticas.
Las actividades humanas, como la construcción de represas, pueden interferir con los flujos naturales de sedimentos (reduciendo así las fuentes de sedimentos fluviales). La construcción de barreras litorales, como embarcaderos y la profundización de las ensenadas, pueden impedir el transporte de sedimentos a lo largo de la costa.
El enfoque estructural intenta prevenir la erosión. El blindaje consiste en la construcción de revestimientos , diques , espigones separados , espigones , etc. Las estructuras que discurren paralelas a la orilla (diques o revestimientos) evitan 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 oscila entre meses y décadas. [ cita necesaria ]
Los espigones y espigones que discurren perpendicularmente a la orilla la protegen de la erosión. Llenar un rompeolas con arena importada puede evitar que atrape arena del arroyo 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 allí. [30]
El blindaje puede restringir el acceso a la playa/océano, aumentar la erosión de las costas adyacentes y requerir mantenimiento a largo plazo. [31]
La retirada gestionada traslada estructuras y otras infraestructuras hacia el interior a medida que la costa se erosiona. La retirada se elige más a menudo en áreas de rápida erosión y en presencia de un desarrollo escaso u obsoleto.
Las playas crecen y se reducen dependiendo de las mareas, las precipitaciones, el viento, las olas y las corrientes. Las playas húmedas tienden a perder arena. Las olas se infiltran fácilmente en las playas secas y depositan sedimentos arenosos. Generalmente una playa está mojada durante la marea baja, porque el mar se hunde más rápido de lo que la playa drena. 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 mojada se traducen en menos erosión. Los tubos permeables de PEM insertados verticalmente en la playa 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 fila desde la duna hasta la línea de bajamar media. La distancia entre filas suele ser de 91 m (300 pies), pero esto depende del proyecto. Los sistemas PEM vienen en diferentes tamaños. Los módulos conectan capas con conductividad hidráulica variable . El aire/agua puede entrar e igualar la presión. [ cita necesaria ]
Los PEM son mínimamente invasivos y normalmente cubren aproximadamente el 0,00005% de la playa. [ cita necesaria ] Los tubos están debajo de la superficie de la playa, sin presencia visible. Se han instalado instalaciones de 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 muy significativamente el nivel freático, pero otros efectos morfodinámicos generalmente superan cualquier efecto estabilizador de la deshidratación de sedimentos finos, [34] [35] [36] [37] aunque algunos resultados mixtos sobre la acreción de la parte superior de la playa asociada Se han reportado erosión en zonas medias y bajas. [38] Esto está en línea con el conocimiento actual de la dinámica de los sedimentos de aguas subterráneas de vaivén, que establece que los efectos de los flujos de entrada/exfiltración a través de lechos de arena en la zona de vaivén asociados con la modificación de la capa límite de vaivén y el peso relativo del sedimento y el volumen total. La pérdida de la lengua de lavado es generalmente menor que la de otros impulsores, al menos para sedimentos finos como la arena [39] [40].
Las vallas construidas y ubicadas adecuadamente pueden capturar la arena que sopla el viento, construir/restaurar dunas de arena y proteger progresivamente la playa del viento y la orilla de la arena que viene. [ cita necesaria ]
Otro enfoque es crear un revestimiento dinámico , una berma utilizando rocas sin mortero y sin clasificar ( adoquines ). Las semillas esparcidas entre los adoquines pueden germinar para fijar los adoquines en su lugar. La arena se puede recoger y recrear una playa de arena. Dejar las rocas sueltas les permite migrar y asentarse en un lugar estable. Por otra parte, cerca de la línea de flotación media más alta, una segunda berma de aproximadamente un metro de altura puede acelerar la recuperación. Este enfoque se empleó en Washaway Beach en North Cove, Washington . Una vez colocadas las bermas, en un año la playa se amplió unos 15 metros y siguió creciendo. Proyectos en Washington, California, Europa y Guam han adoptado aspectos de estas técnicas. [41]
La configuración de un proyecto de nutrición de playas es clave para el diseño y el desempeño potencial. Los posibles escenarios incluyen una playa larga y recta, una ensenada que puede ser natural o modificada y una playa pequeña . Las costas rocosas o cercadas por el mar , que de otro modo no tendrían sedimentos, presentan problemas únicos. [ cita necesaria ]
El huracán Wilma azotó las playas de Cancún y la Riviera Maya en 2005. El proyecto de alimentación inicial no tuvo éxito con un costo de $19 millones, 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. millón. [42] Los diseñadores del proyecto y el gobierno se comprometieron a invertir en el mantenimiento de las playas 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 proporcionara 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 severa erosión. 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 (Países Bajos) para que los asesoraran. El Informe Delft de 1971 describió una serie de obras para las playas de Gold Coast, incluida la nutrición de las playas y un arrecife artificial. En 2005, la mayoría de las recomendaciones se habían implementado.
La Estrategia de Protección de Playas de la Costa Dorada del Norte (NGCBPS) fue una inversión de 10 millones de dólares australianos. NGCBPS se implementó entre 1992 y 1999 y las obras se completaron entre 1999 y 2003. El proyecto incluyó dragar 3.500.000 metros cúbicos (4.600.000 yd cúbicos) de arena compatible de Gold Coast Broadwater y entregarla a través de una tubería para nutrir 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 sacos de arena geotextiles . El nuevo arrecife fue diseñado para mejorar las condiciones de las olas para la práctica del surf. Un programa de seguimiento clave para el NGCBPS es el sistema de cámaras costeras ARGUS.
Más de una cuarta parte de los Países Bajos se encuentra bajo el nivel del mar. [43] La costa a lo largo del Mar del Norte (aprox. 300 kilómetros (190 millas)) está protegida contra inundaciones por dunas de arena naturales (sólo en los estuarios y detrás de las islas barrera no hay dunas). Esta costa se está erosionando durante 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 alimentación de las playas tuvo más éxito, pero hubo dudas 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 sería compensada mediante la alimentación artificial de las playas. [44]
La costa se controla 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 erosión a largo plazo, se utiliza dragas de succión de alta capacidad para alimentar las playas. En 1990, el gobierno holandés decidió compensar en principio toda la erosión costera mediante alimentación. Esta política todavía está en marcha y tiene éxito. Todos los costos están cubiertos por el Presupuesto Nacional. [45] [46] [47]
Se implementó una novedosa estrategia de nutrición de playas en el sur de Holanda , donde se creó una nueva forma de playa utilizando grandes cantidades de arena con la expectativa de que la arena se distribuyera mediante procesos naturales para nutrir la playa durante muchos años (ver Motor de arena ).
La línea costera 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 tomar medidas si es necesario. En el Memorando sobre las costas, [44] el Gobierno holandés decide mantener la línea costera de 1990 alimentando las playas. La línea de costa en cuestión es la línea de bajamar. Para una aplicación práctica, la definición de esto no parece ser inequívoca, razón por la cual 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 se determina la línea de costa a analizar (TKL) basándose en el MKL y, si amenaza con desplazarse hacia el interior desde el BKL, se realiza una alimentación de arena.
El problema con la línea de bajamar mencionada en el Memorando Costero de 1990 es que la altura de la marea baja promedio está bien definida, pero la posición en la dirección horizontal no. Vea 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 estiaje (glw) y la altura del pie de duna (dv). La altura del pie dunar se determina básicamente encontrando la intersección de la fuerte pendiente del frente dunar y de la playa seca. En general, este punto teórico de pie de duna estará ligeramente por debajo de la arena. Es muy difícil redefinir cada año la altura del pie de la duna. Algunos administradores definen la línea de pie de duna como una determinada línea de elevación, sobre la que normalmente se encuentra el pie de 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 la duna está determinada 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 costera administrativa (Xdv). Esta línea administrativa no tiene ningún significado físico, sino que es simplemente la base para el trabajo de encuesta.
La receta para calcular la posición del MKL es: [48]
La base de este método es que el espesor de la capa de arena a tomar debe ser función de la altura de la ola medida; sin embargo, se desconoce. Pero debido a que la elevación del pie de la duna también es función de la altura de las olas medida, el valor h es una buena representación del efecto de las influencias de las mareas y las olas. Para determinar los perfiles de las playas se miden a lo largo de la costa los llamados perfiles JarKus. Estos perfiles están separados por aproximadamente 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 perfil disponibles en algunos lugares, pero a menudo están ligeramente desplazados en comparación con los remo de jarkus y, por lo tanto, son más difíciles de analizar. En el caso de espigones, el sondeo se realiza exactamente en el centro 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 hay mediciones realizadas exactamente en esa fecha, es más, siempre hay variaciones en las mediciones. Por lo tanto, el BKL se determina tomando las mediciones de playa de aproximadamente 10 años antes de 1990 y determinando el MKL para cada uno de esos años. Estos valores se colocan en un gráfico, se determina una línea de regresión . Donde esta línea de regresión corta la fecha 1-1-1990 se encuentra la línea costera básica BKL. En principio, la ubicación del BKL es inmutable. En casos muy especiales, en los que la costa se vea alterada sustancialmente por una obra, se podrá decidir desplazar el BKL. Esto no se basa en un cálculo técnico o morfológico, sino en realidad en una decisión política. Un ejemplo de ello es el Hondsbossche Zeewering, un dique marítimo cerca del pueblo de Petten , donde en realidad el BKL se encontraba 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, del cual la intención es preservarlo. Entonces el BKL se desplazó hacia el mar.
En el marco de la política costera se determina anualmente si se necesita alimentación en un determinado sector costero. Esto se hace determinando la línea costera (TKL) a probar antes de la fecha de referencia. Se determina del mismo modo que el BKL, es decir, mediante un análisis de regresión de los valores del MKL de los años anteriores. Ver gráfico adjunto. En este ejemplo, se llevó a cabo una suplementación en 1990, lo que provocó que el MKL se desplazara mucho hacia el mar. Por tanto, el número de años durante los cuales se puede realizar el análisis de regresión es algo limitado. Si hay muy pocos años disponibles, generalmente se adopta 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 superior a la media debido a los efectos del ajuste. En este caso, parece que el TKL sigue siendo satisfactorio para 1995 y ya no lo es para 1996. En principio, sería necesario un suplemento en este lugar a lo largo de 1995. Ahora la decisión de complementar no depende de una excedencia única de BKL, pero solo si múltiples 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 pasar allí. Un indicador rayado en rojo significa que el TKL ha superado el BKL, pero este tramo costero tiene tendencia a acrecentarse, por lo que no se necesitan obras urgentes.
Se puede diseñar un refuerzo de playa para ampliar la playa y mantener la costa utilizando modelos de cálculo matemático o basándose en mediciones de la playa. En los Países Bajos, Bélgica y Alemania, el diseño alimentario se basa principalmente en mediciones, mientras que en otros lugares se utilizan principalmente modelos matemáticos. Un diseño de nutrición para el mantenimiento costero y la ampliación de playas puede hacerse mucho más confiable basándose en los datos de medición, siempre que estén presentes. Si no existen buenas series de mediciones a largo plazo 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), por lo que en los Países Bajos se utiliza un método muy fiable basado en mediciones para diseñar suplementos para prevenir la erosión.
Para compensar la erosión costera, el diseño de una suplementación es realmente muy sencillo, cada año se tiene que aplicar la misma cantidad de arena ya que anualmente desaparece la erosión. Se supone que no hay cambios significativos en el clima de las olas ni en la orientación de la costa. Con la mayoría de los alimentos, esta es una suposición correcta. Por lo tanto, en caso de cambios sustanciales en la orientación costera, este método no siempre es utilizable (por ejemplo, en el diseño del motor de arena). En la práctica, la longitud del alimento debe ser de 20 a 40 veces el ancho 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 se utiliza para la Línea de Costa básica. Dado que se ha medido el litoral instantáneo durante los años necesarios y, por tanto, el descenso de este litoral, determinar la pérdida de arena es bastante sencillo. Supongamos que la disminución del 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 está a 2h la altura del perfil de playa activa. 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 alimento con una longitud de 4 km y una vida útil de 5 años es, por tanto, 40*4000*5 = 80 000 m3. Debido a que hay una pérdida adicional de arena inmediatamente después de la construcción, una buena cantidad es 1,4 *80 000 = 112 000 m3. Este es un desplazamiento hacia el mar de 1,4*5*5= 35 m.
En la práctica de alimentación en la playa (a partir de 1990), este método parece funcionar muy bien. Los análisis de alimentos 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 nutritiva sea igual al de la arena de playa original. Si este no es el caso, se debe corregir. En caso de arena más fina en la zona ganada, será necesario aumentar el volumen de alimento. [51]
Modelo de línea única
Para alimentación relativamente amplia y corta (como el motor de arena), se puede utilizar un modelo de una sola línea. En este modelo, la costa está representada por una única 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 por la corriente inducida por el oleaje. Si en un perfil 1 el transporte de arena es mayor que en un perfil 2, habrá sedimentación entre el perfil 1 y 2, para detalles sobre el modelo. [52] [53] A medida que haya sedimentación, la orientación costera cambiará y, por tanto, también el transporte de arena. Esto permite calcular el cambio de costa. Un ejemplo clásico es el cálculo de una suplementación relativamente corta y ancha con ondas rectas. El modelo de línea única puede predecir muy bien cómo se desarrollará dicha suplementación con el tiempo. El modelo de cálculo Unibest de Deltares es un ejemplo de modelo unifilar.
En situaciones altamente bidimensionales, por ejemplo en una entrada de marea o en la desembocadura de un estuario, o si el alimento en sí tiene un fuerte carácter bidimensional (como en el motor de arena), no es posible un enfoque con mediciones de perfil. Un modelo unilineal suele ser inapropiado. En estos casos se realiza un modelo bidimensional de transporte de arena (normalmente con modelos como Delft3D de Deltares en Holanda o Mike 21 de DHI en Dinamarca). En dicho modelo, el lecho del área se introduce como un mapa de profundidad. Luego hay un cálculo del flujo de marea y un cálculo de la penetración de las olas. Posteriormente se calcula el transporte de arena en cada punto de malla y a partir de la diferencia de transporte de arena entre los diferentes puntos de malla se calcula la sedimentación y erosión en todas las casillas. Entonces se puede evaluar si un alimento se comporta según lo previsto. [54]
El problema con este tipo de modelo es que (aparte de los tiempos de cálculo bastante largos para la computadora) los resultados son bastante sensibles a las imprecisiones en la entrada. Por ejemplo, en el borde del modelo, se deben ingresar correctamente los niveles de agua y los caudales, y se debe conocer bien el clima de las olas. También tienen una gran influencia las variaciones en la composición de la arena (tamaño de grano). [55]
At some places along the Dutch coast tidal channels are very near to the beach. In the years from around 1990 these beaches were also nourished in the classical way, but the problem was that the width of the beach is small. So the amount of sand to be placed is limited, resulting in a short lifetime of the nourishment. It was found that in such cases it is more effective to nourish the landward wall of the channel, and in some cases uses sand from the seaward side of the channel as borrow area. This is in fact moving the tidal channel further from the coastline [56](chapter 4)
Instead of directly supplying the beach, it is also possible to supple the foreshore (underwater bank). The advantage of this is that the implementation of the nourishment is cheaper, and there is no direct effect of the work on the use of the beach. The sand is then transported over time by the waves from deeper water to the coast. A foreshore nourishment is calculated just like a beach nourishment, but the use of measurement data with beach profiles is then less easy, as a foreshore nourishment does not give a new beach line. Therefore, in those cases, a single-line model or a field model is usually used.[57]
In the period 1990-2020 in total 236 million cubic meters has been nourished, mainly as beach nourishment. However after 2004 more focus has been on foreshore nourishment.[56]
In 2006 the costs of some nourishment were analysed in detail. This resulted in:
F= Foreshore, B= Beach nourishment, B+F is combination; Price level 2006, excluding VAT.[58]
Hawaii planned to replenish Waikiki beach in 2010. Budgeted at $2.5 million, the project covered 1,700 feet (520 m) in an attempt to return the beach to its 1985 width. Prior opponents supported this project, because the sand was to come from nearby shoals, reopening a blocked channel and leaving the overall local sand volume unchanged, while closely matching the "new" sand to existing materials. The project planned to apply up to 24,000 cubic yards (18,000 m3) of sand from deposits located 1,500 to 3,000 feet (460 to 910 m) offshore at a depth of 10 to 20 feet (3.0 to 6.1 m). The project was larger than the prior recycling effort in 2006-07, which moved 10,000 cubic yards (7,600 m3).[59]
Maui, Hawaii, ilustró las complejidades de incluso los proyectos de alimentación 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 envolvió el coral, asfixiándolo y matando a los pequeños animales que vivían dentro y alrededor de él. Como en otros proyectos, la disponibilidad de arena en tierra fue 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 de su objetivo de añadir 10.000 yardas cúbicas (7.600 m 3 ) de arena. Las playas habían estado retrocediendo a un "ritmo comparativamente rápido" durante medio siglo. La restauración se vio complicada por la presencia de antiguos malecones, espigones, montones de rocas y otras estructuras. [60]
Este proyecto utilizó espigas de tubos geotextiles rellenos de arena que originalmente debían permanecer en su lugar por hasta 3 años. Una tubería debía transportar arena desde aguas más profundas hasta la playa. La tubería estaba anclada mediante bloques de hormigón sujetos mediante correas de fibra. Un video mostró los bloques rebotando 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, "planeándola hacia abajo". El mal tiempo exacerbó el movimiento dañino y acabó con el proyecto. [61] Podría resultar difícil trepar por los tubos geotextiles cilíndricos y lisos antes de que quedaran cubiertos de arena. [60]
Los partidarios afirmaron que la erosión estacional del verano de 2010 fue menor que en años anteriores, aunque la playa era más estrecha después de que terminó la restauración que en 2008. Las autoridades estaban estudiando si exigir que el proyecto elimine las espigas inmediatamente. Las posibles alternativas a los tubos geotextiles para mover arena incluían dragas flotantes y/o transporte por carretera de arena dragada en alta mar. [60]
Una última consideración fue el aumento del nivel del mar y que Maui se estaba hundiendo por su propio peso. Tanto Maui como la isla de Hawaii rodean enormes montañas ( 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]
Los Outer Banks frente a la costa de Carolina del Norte y el sureste de Virginia incluyen varias ciudades. Cinco de las seis localidades han sido objeto de renovación de playas desde 2011. Los proyectos fueron los siguientes:
Duck, Carolina del Norte : la restauración de la playa se llevó a cabo en 2017 y costó aproximadamente 14.057.929 dólares. [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 restauración de playas en Kitty Hawk se completó en 2017 e incluyó 3,58 millas de playas que van desde Southern Shores hasta Kitty Hawk y costó $18,2 millones. [sesenta y cinco]
Kill Devil Hills, Carolina del Norte : el proyecto de nutrición de la playa se completó en 2017.
Nags Head, Carolina del Norte - El primer proyecto de restauración de playas de la ciudad se llevó a cabo en 2011 y costó entre 36 y 37 millones de dólares. [66] El proyecto de renovación de alimentación en 2019 costó aproximadamente 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 tentativos de renutrición programados para 2022. [ cita necesaria ]
Florida : en febrero de 2008 se instalaron noventa PEM (módulos de ecualización de presión) en Hillsboro Beach . Después de 18 meses, la playa se había ampliado considerablemente. La mayoría de los PEM se eliminaron en 2011. El volumen de la playa se expandió en 38,500 yardas cúbicas en 3 años en comparación con una pérdida anual promedio de 21,000. [68]
Nueva Jersey - Durante décadas, el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de 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 representa el 1% de la costa de EE. UU., de 1922 a 2022, se gastaron más de 2.600 millones de dólares en proyectos de reposición de playas en el estado, aproximadamente el 20% del gasto total del país en reposición de playas. [69] Las operaciones de "dragado y relleno" comenzaron en 1989. [70] Las justificaciones de los proyectos, controvertidos dentro de Nueva Jersey, han incluido el control de inundaciones , la prevención de daños a las residencias frente al mar 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 la Surfrider Foundation , han argumentado que la renovación de las playas en el estado es un desperdicio ya que la arena a menudo se lava rápidamente; abogan por políticas alternativas para mitigar los efectos del cambio climático , las marejadas ciclónicas y el aumento del nivel del mar , y sostienen que la renutrición es efectivamente un subsidio para los propietarios de viviendas adinerados. [69] [71]
La playa de Gold Coast se construyó como playa artificial en la década de 1990 con 60 millones de dólares de Hong Kong. Se suministra arena periódicamente, especialmente después de tifones, para mantener la playa viable. [72]
En realidad, más de una cuarta parte de la superficie total del país se encuentra bajo el nivel del mar.