Investigación científica en procesos costeros para la protección de las instalaciones costeras

INVESTIGACION CIENTIFICA EN PROCESOS COSTEROS PARA LA PROTECCION DE INSTALACIONES COSTERAS.
Capitán de Corbeta Ricardo Molares Babra
Centro de Investigaciones Oceanograficas e Hidrográficas

Las zonas costeras son las áreas geográficas mas frágiles ya que estas se enfrenta a diversas amenazas tales como la contaminación generada por las ciudades que albergan y por las del interior del país que con un inadecuado manejo de aguas residuales, que tradicionalmente se ha limitado a evacuar sus desechos empleando como cinta transportadora los ríos cercanos, entregan su carga a la costa, generando procesos de eutrofización donde el oxigeno necesario para a supervivencia de las especies se acaba, evidenciado por la muerte de gran cantidad de peces.

Como esa amenaza, podríamos extendernos a otras tales como la contaminación por pesticidas, metales pesados y las derivadas del incontrolado crecimiento urbanístico. Así como las zonas costeras y los ecosistemas que allí habitan se ven amenazados, igualmente los
pobladores de esas regiones están en una continua lucha de supervivencia contra los elementos naturales tales como huracanes, inundaciones generadas por ascensos del nivel del mar debidos a mares de leva o por el calentamiento global.

Uno de los problemas más graves que experimenta el litoral es causado por fenómenos de acreción que podrían imposibilitar el acceso de los buques mercantes a los puertos y generar problemas ambientales o de salud pública cuando las bocas de cuerpos de agua (bahías, lagunas costeras) se cierran, impidiendo el intercambio de aguas.

Cuando el problema es contrario, la erosión toma su lugar ocasionando la pérdida de grandes extensiones de playas indispensables para la protección de la zona costera, y en el peor de los casos, ocasionando grandes pérdidas económicas en las poblaciones de la región.

Los procesos acrecivos o erosivos están relacionados con fenómenos naturales pero en la gran mayoría de los casos sus causales son antrópicos debido a la urgencia de particulares para proteger sus propiedades. Así entonces, la medida reactiva que normalmente se adopta es la construcción de espolones sin un estudio previo que permita conocer si las estructuras tienen la longitud y orientación adecuada, o si estas afectaran la estabilidad futura de la línea de costa en el área cercana.

Diversas herramientas para diseñar estructuras de protección costera han sido implementadas por varios institutos y universidades, siendo entre las más conocidas el Manual de Protección Costera desarrollado por el Cuerpo de Ingenieros de los Estados Unidos en el año 1970, donde los ingenieros de costas encuentran una serie de ecuaciones empíricas, desarrollas sobre la base de experimentos en grandes tanques de prueba. A ese desarrollo le siguieron, empleando la misma base, dos modelos o programas computacionales empíricos (SBEACH- Shore induced BEAch CHange y GENESIS – GENEralized model for SImulating Shoreline change) que simulan los procesos perpendiculares y longitudinales a la línea de costa respectivamente.

Figura 1. Distribución real de espolones en el sector del Club de la Fuerza Aérea en el Golfo de Morrosquillo.

Figura 2.Altura de la ola simulada para el sector Club de la Fuerza Aérea en el Golfo de Morrosquillo.

De esa manera se puede conocer el comportamiento de las playas, detectando procesos de acreción o erosivos y simular el empleo de estructuras costeras tales como espolones, rompeolas o enrocados. Sin embargo, además de que esa metodología solo da una aproximación puntual, los conocimientos ganados con la experiencia de la aplicación del modelo no pueden ser implementados debido a la falta de disponibilidad de los códigos de programa. En resumen, son cajas negras que permiten la introducción de determinados parámetros de entrada pero que en ningún caso son transparentes al usuario para reconfigurar métodos de cálculo, inclusión o exclusión de procesos a calcular o mejoramiento del modelo.

Desde el año 2000 el Centro de Investigaciones Oceanograficas, conocedor de los problemas de erosión costera en el Caribe colombiano y de la falta de herramientas propias que permitieran el mejoramiento las ecuaciones e implementación de los diferentes procesos físicos que intervienen en la erosión o acreción de playas, inició el desarrollo de un modelo numérico Litodinámico de la Zona Costera (LIZC).

El modelo LIZC experimenta con un nuevo concepto, estudiado y desarrollado en otros países, donde se interrelacionan diferentes procesos físicos evitando el empleo de ecuaciones empíricas donde esos procesos son dejados de lado. El modelo numérico implementado fue validado, empleando como área de estudio Manzanillo del Mar, en cercanías a la ciudad de Cartagena, donde por fenómenos naturales y construcción de espolones se generaron grandes procesos de acreción y por otra parte, de erosión que ocasionaron la perdida de algunas viviendas y daños en otras construcciones.

Figura 4. Corrientes de deriva simuladas con la alternativa de reorganizar los espolones y efectuar un relleno entre los mismos.

LIZC es un sistema de códigos de programa que describen procesos físicos separados en tres grandes bloques como son el hidrodinámico, el litodinámico y el de oleaje, que es solucionado mediante el empleo del modelo de olas SWAN (Simulating WAves Nearshore) desarrollado por la Universidad Tecnológica de Delft (Holanda) y mejorado continuamente por científicos alrededor del mundo. Los bloques litodinámico e hidrodinámico fueron enteramente implementados por el CIOH para calcular las corrientes inducidas por las olas, corrientes de deriva de origen eólico, corrientes de gradiente e incluso para determinar la influencia cinemática de ríos. El bloque litodinámico hace los cálculos necesarios para lograr mapear zonas de erosión y sedimentación asi como de zonas de transporte de sólidos suspendidos totales y por arrastre. La herramienta permite conocer los cambios morfológicos de las playas y de la línea de costa sujeta a procesos de erosión y acreción.

Para el estudio de los procesos dinámicos de las playas es necesario tener en cuenta el entorno batimétrico y de régimen de olas de un gran sector sin limitar los cálculos al área de interés. Lo anterior significa que para efectuar un estudio litodinámico en una playa específica del golfo de Morrosquillo, será necesario conocer como se comporta el oleaje en el área total del golfo. Para solucionar ese problema, LIZC emplea una metodología denominada de nidos, mediante la cual los resultados de los cálculos de algunos parámetros pasan de la escala grande al área específica de interés en varios ciclos intercalados.

Siguiendo esa metodología y atendiendo los problemas de erosión que ponían en peligro las instalaciones del Club de la Fuerza Aérea en el golfo de Morrosquillo, el CIOH evaluó diferentes alternativas de solución partiendo de la situación encontrada (Figura 1) en la que se identificaban una serie de espolones que no efectuaban el trabajo de protección de la línea de costa, para el cual supuestamente habían sido diseñados. El análisis de la batimetria, así como el comportamiento del oleaje simulado (Figura 2), mostró algunas características irregulares que comparadas con el régimen de corrientes determinadas por el modelo (Figura No.3), mostró que la deriva se alteraba por los espolones presentes, produciendo una disminución notable del flujo en los sectores de la costa donde los espolones se encontraban mas cercanos (Espolones 2-3 y 3-4). Así entonces, se simularon diferentes alternativas encontrándose como la mas eficiente, efectuar una redistribución de los espolones y relleno con arena entre los mismos. Como resultado del cálculo de la alternativa, las corrientes inducidas causantes de la erosión desaparecieron (Figura 4) y el pronóstico, simulando oleaje durante 100 días con la alternativa propuesta, mostró una línea de costa estable bajo las condiciones del oleaje más adversas (Figura 5).

Figura 5. Los puntos azules muestran la línea de costa pronosticada empleando LICZ después de 100 días del embate de las olas contra la línea de costa propuesta con el relleno.

Recientemente, estudios similares fueron realizados en el marco del convenio de cooperación científica entre el CIOH y la empresa Promigas, brindando a las poblaciones costeras del Departamento del Magdalena diferentes alternativas de solución a la problemática de erosión, que amenaza la seguridad de viviendas y la calidad ambiental de la Cienaga Grande de Santa Marta, sustento económico de las comunidades de pescadores.