Artículos

 

Las playas entre Chipiona y Rota (Cádiz, SO de España): Aproximación a su clasificación y comportamiento morfodinámico

 

Approximation to the classification and morphodynamic behaviour of the beaches between Chipiona and Rota (Cádiz, SW Spain)

 

G Anfuso*, J Benavente

 

Departamento de Ciencias de la Tierra, Facultad de Ciencias del Mar y Ambientales, Universidad de Cádiz, Polígono Río San Pedro s/n, 11510 Puerto Real (Cádiz), España. * E-mail: giorgio.anfuso@uca.es

 

Recibido en julio de 2005
Aceptado en agosto de 2006.

 

Resumen

Se llevó a cabo el seguimiento morfológico mensual del litoral entre Chipiona y Rota (SO de España), desde marzo de 1996 hasta mayo de 1998, y se clasificaron las playas según los parámetros morfodinámicos clásicos. El Parámetro de Dean y el de Escala de Rompiente evidenciaron estados "intermedios" caracterizados por roturas en derrame y en voluta, según los valores del Índice de Similaridad de Surf. Además, se utilizaron el Parámetro Adimensional de Caída de Grano y el Rango Mareal Relativo para clasificar las playas según la clasificación de Masselink y Short (1993). La gran mayoría de las playas corresponden al estado "intermedio" y, en segundo lugar, al "disipativo", confirmando los valores obtenidos mediante los otros parámetros geomorfológicos y las observaciones de campo.

Palabras clave: playas, disipativo, reflectivo, erosión, basculamiento.

 

Abstract

A beach monitoring program was carried out for the littoral between Chipiona and Rota (Cádiz, SW Spain) from March 1996 to May 1998. The beaches were classified following classic morphodynamic parameters. The Dean number and the surf scaling parameter reflected intermediate beach states characterized by spilling and plunging breakers, according to the surf similarity index values. Furthermore, the Dean number and the relative tidal range were used to classify the beaches following the classification proposed by Masselink and Short (1993). Most of the beaches surveyed belonged to the intermediate and, secondarily, to the dissipative state, confirming the values obtained from the previous parameters and field observations.

Key words: beaches, dissipative, reflective, erosion, pivoting.

 

Introducción

El litoral estudiado se localiza entre las ciudades de Chipiona y Rota (Cádiz, SO de España), y a pesar de la gran erosión que ha registrado en las últimas décadas (>1 m año^-1; Muñoz y Enriquez 1998, Domínguez et al. 2005), ha sido objeto de una creciente ocupación turística. Al fin de contrarrestar el retroceso costero y ensanchar la playa seca para aumentar su atractivo turístico, se han llevado a cabo varias obras de regeneración (Muñoz et al. 2001). Estas obras han tenido un éxito limitado, en parte debido a la falta de conocimientos tanto sobre el comportamiento morfodinámico de cada una de las diferentes playas regeneradas, como de la dinámica general del área (Anfuso et al. 2001, Anfuso y Gracia 2005). Así, para una correcta gestión de la erosión costera es imprescindible conocer el comportamiento morfodinámico de las playas, es decir, su respuesta frente a los agentes dinámicos, esencialmente el oleaje.

En el presente trabajo se realizó una clasificación morfodinámica de las playas estudiadas y un estudio de su respuesta frente a los agentes energéticos. Además, se analizó la interacción entre los diferentes tipos de variables sedimento-lógicas, morfológicas e hidrodinámicas. El conjunto de resultados obtenidos condujeron a su inclusión dentro de la clasificación de Masselink y Short (1993).

Los parámetros más utilizados para la caracterización morfodinámica de playa son el índice de Similaridad de Surf (Battjes 1974) y los parámetros de Escala de Rompiente (Guza e Inman 1975) y adimensional de Caída de grano (Gourlay 1968). Estos parámetros permiten caracterizar cuantitativamente el tipo de rompiente y el estado de la playa (reflectivo, disipativo o intermedio), permitiendo de esta forma su tipificación según las clasificaciones de Wright y Short (1984), Masselink y Short (1993) y Short (1999).

El análisis de la respuesta de los diferentes tipos de playa frente a los agentes dinámicos se lleva a cabo mediante el estudio de las relaciones entre las variables morfosedimentarias y el clima marítimo, así como de una serie de índices y parámetros descriptivos y semicuantitativos clásicos que se basan en el uso de variables simples y fáciles de medir. Por un lado, las relacionadas con la energía del oleaje: la altura de ola en aguas profundas (H₀) y en rompiente (H_b), el periodo (T) y la longitud de onda del oleaje incidente (L); por otro lado las relacionadas con las características intrínsecas de la propia playa: variables texturales (tamaño de grano, clasificación, etc.) y variables morfológicas (fundamentalmente la pendiente del frente de playa). Entre estas últimas, la relación entre pendiente y granulometría ha sido analizada por varios autores (Bascom 1951, Wiegel 1964, Nordstrom y Jackson 1992, Shih y Komar 1994, Short 1999). Por otro lado, las relaciones entre las características morfosedimentarias de las playas y los parámetros energéticos han sido objeto de diferentes estudios llevados a cabo en tanques de oleaje y en el campo. Entre los primeros estudios llevados a cabo en este sentido destacan los de Rector (1954) y los de King y Williams (1949), observando estos últimos cómo las olas con peralte superior a 0.012 determinan un transporte neto hacia tierra y un aumento de la pendiente de la playa. Por otro lado, la proporcionalidad inversa entre pendiente y peralte fue también observada en playas naturales por Harrison (1969) y Doornkamp y King (1972).

Hardisty (1986) confirmó la existencia de una proporcionalidad directa entre peralte y pendiente de la playa, fijando en 0.08 el límite entre mar de viento y mar de fondo, y destacó cómo las playas de escasa pendiente cambian poco al variar el peralte. Otros parámetros tienden a predecir el comportamiento de la playa a partir de medidas efectuadas sobre el terreno o en tanques de oleaje (Dean 1973, Sunamura 1984, Hsu y Wang 1997), mientras que otros modelos predicen la forma y la evolución del perfil de la playa (Seymour y Castel 1989). Sunamura (1989) modificó un parámetro previo propuesto por Sunamura y Horikawa (1974), utilizado para diferenciar entre dos estados extremos (de erosión y de acreción) y seis intermedios.

Finalmente, Benavente y Reyes (1999) y Benavente et al. (2000) utilizaron un parámetro denominado "factor de erosividad del oleaje", producto entre la energía del oleaje y el parámetro de Dean modificado. Este factor, que tiene dimensiones de energía, es indicativo del potencial erosivo de las olas incidentes.

 

Zona de estudio

La zona de estudio se localiza en el litoral entre Chipiona y Rota (Cádiz, fig. 1) e incluye 14 km de playas arenosas constituidas por sedimentos cuarzosos. Dichos sedimentos, unimodales y moderadamente bien clasificados, presentan media granulométrica que varía entre arena media y fina, con pequeñas variaciones estacionales (0.06 mm). Las playas están respaldadas por dunas y acantilados labrados sobre depósitos pliocuaternarios.

La línea de costa presenta orientación NNO-SSE y es aparentemente homogénea: en la playa seca y en el intermareal alto y medio no hay salientes rocosos notables que interrumpan la deriva litoral. Las plataformas rocosas forman salientes al nivel medio-bajo del intermareal, muy extensos en Punta Camarón y Punta Candor.

El rango mareal, con periodicidad semidiurna, varía entre 3.22 m (mareas vivas) y 1.10 m (mareas muertas), clasificando la costa como mesomareal baja. Los vientos dominantes que soplan del ONO son vientos húmedos atlánticos denominados de "poniente", y los del ESE son vientos secos que soplan de tierra ("levante"). Las olas se aproximan a la costa preferentemente del oeste (45% de frecuencia anual), con altura media inferior a 1 m y altura de ola significativa asociada a temporales de 2 m (Reyes et al. 1996). La deriva litoral fluye hacia el SE, aunque también se puede observar un transporte contrario debido a los vientos procedentes del segundo y tercer cuadrante.

 

Metodología

Se llevó a cabo un seguimiento morfológico de las playas estudiadas desde marzo de 1996 hasta mayo de 1998, mediante el levantamiento topográfico mensual de 13 perfiles normales a la línea de costa, con el fin de estudiar las variaciones morfológicas y volumétricas que sufren las playas. Se realizaron un total de 194 perfiles a lo largo de 19 campañas. Los perfiles se midieron mediante un teodolito automático, a partir de puntos fijos en la trasplaya, prolongándose hacia el mar hasta la profundidad correspondiente a la bajamar viva. Para la caracterización sedimentaria de las playas se tomaron muestras superficiales en el intermareal y en la playa seca supramareal, y se analizaron en laboratorio mediante tamizado en seco. Los parámetros granulométricos se calcularon según la metodología de Folk y Ward (1957).

Para la caracterización morfodinámica de las playas, se utilizaron los datos de pendiente del intermareal (tan β), granulometría (D₅₀) y volumen (m³ m^-1), medidos en las diferentes campañas. Para calcular los volúmenes se utilizaron dos hojas de cálculo informáticas en lenguaje Pascal. El primer programa dividió el perfil en rodajas horizontales y el segundo calculó los volúmenes de cada rodaja.

Para caracterizar la energía del oleaje incidente se recurrió a los valores de altura de ola significativa (H_s) y peralte del oleaje (H/L), medidos por la boya oceanográfica Sevilla 1 perteneciente a la REMRO (CEDEX, Ministerio de Medio Ambiente). Se consideraron valores medios diarios del mes anterior a cada campaña topográfica (Benavente et al. 2000). Para caracterizar cuantitativamente el tipo de rompiente y el estado de la playa, se utilizó el Índice de Similaridad de Surf (Iribarren y Nogales 1949, Battjes 1974), que predice el tipo de rompiente. Su expresión es la siguiente:

donde tan β es la pendiente media de la playa en la zona inter-mareal, H_b es la altura de ola en rompiente y L₀ la longitud de onda del oleaje en aguas profundas. Este índice predice el tipo de rompiente, desde ondulado y colapso (ξ > 2), voluta (0.4 < ξ < 2), a derrame (ξ < 0.4) (Fredsoe y Deigaard 1992). Para determinar el estado morfodinámico de la playa se recurrió al Parámetro de Escala de Rompiente (Guza e Inman 1975):

donde σ es la frecuencia del oleaje en radianes, g la aceleración de la gravedad y β la pendiente de la playa. El parámetro permite diferenciar entre condiciones de zona de surf reflectivas (ε < 2.5), intermedias (2.5 < ε < 30) y disipativas (ε > 30) (Guza e Inman 1975). La altura de ola en rompiente (H_b) se obtuvo a partir de la fórmula de Komar y Gaughan (1972):

donde g es la aceleración de gravedad, T el periodo y H₀ la altura de ola en aguas profundas. Se utilizó también el parámetro adimensional de caída de grano, propuesto por Gourlay (1968), posteriormente desarrollado por Dean (1973) y Dalrymple y Thompson (1976):

donde H y T representan, respectivamente, la altura y el periodo del oleaje en aguas profundas y W_s es la velocidad adimensional de caída de grano:

donde D₅₀ es la mediana de la distribución granulométrica, en metros. Debido a que D₅₀ mostró un rango de variabilidad estacional mínimo, se utilizó un valor medio representativo para cada playa (Anfuso 2002). El parámetro diferencía entre playas reflectivas con cúspides o arcos de playa (beach cusps) (Ω < 1), playas intermedias con barras y cúspides (1 < Ω < 6) y playas disipativas (Ω > 6). Dicho parámetro se utilizó conjuntamente con el rango de marea relativo, que se obtiene por la relación entre el rango mareal y la altura de ola (Davis y Hayes 1984), para clasificar las playas estudiadas según el modelo de Masselink y Short (1993).

Finalmente, se analizó la respuesta de las playas frente los agentes dinámicos. Debido a la escasa relación proporcional entre características de pendiente y/o volumen de las playas estudiadas y peralte del oleaje - en cuanto este parámetro no permite diferenciar entre mar de fondo y mar de viento (Benavente et al. 2000, Anfuso et al. 2003), se utilizó el factor de erosividad del oleaje propuesto por Benavente y Reyes (1999) y Benavente et al. (2000):

Dicho factor enfatiza el papel de la altura de ola en costas de baja energía, reduciendo la importancia del periodo, que pasa a ser un factor modulador de la energía del oleaje, resultando de esta forma ser bastante más efectivo como indicador del potencial erosivo de las olas incidentes.

 

Resultados

Clima marítimo

En la figura 2 se observa la variación de la altura de ola, del rango mareal medio y del rango mareal relativo a lo largo del periodo de estudio.

La altura de ola presentó un comportamiento estacional marcado. Los valores más altos se registraron en los meses invernales (noviembre a enero), seguidos del periodo primaveral (abril a mayo). Los valores más bajos se registraron en verano y en febrero y marzo. Las variaciones del periodo del oleaje fueron en general poco marcadas. Finalmente, las variaciones del rango mareal medio fueron mínimas, siendo el ambiente de estudio dominado por el oleaje.

Clasificación morfodinámica

En la tabla 1 se representan los valores medios del parámetro adimensional de Caída de Grano, del Índice de Similaridad de Surf y del Parámetro de Escala de Rompiente para cada uno de los perfiles estudiados. Se han considerado valores medios para todas las campañas, valores representativos de condiciones de invierno y de verano.

En cuanto al parámetro de Dean (tabla 1), sus valores medios son típicos del estado "intermedio". Se registran pocas diferencias entre una playa y otra, aunque todas las playas presentan variaciones estacionales: se observa un comportamiento "intermedio-disipativo" en las campañas invernales y uno "intermedio" en las campañas de verano, o en las llevadas a cabo después de condiciones de buen tiempo.

El Índice de Similaridad de Surf (tabla 1) presenta valores bajos, casi siempre inferiores a 0.4, que es el límite derrame-voluta (Fredsoe y Deigaard 1992), reflejando muy bien el comportamiento morfodinámico de las playas estudiadas y las variaciones anuales del oleaje. Así, se observa cómo prevalece la rotura en derrame, mientras la rotura en voluta caracteriza sólo los meses de baja energía, es decir verano o el periodo de febrero a marzo (sobre todo de 1997), indicando un estado intermedio-reflectivo de las playas en esa temporada.

En cuanto al Parámetro de Escala de Rompiente (tabla 1), todas las playas muestran valores "intermedios" según los límites de Guza e Inman (1975), con valores más disipativos en mayo-julio y en noviembre-diciembre, reflejando las variaciones estacionales de la pendiente de la playa y del oleaje. De hecho, las playas con menor pendiente fueron las únicas que mostraron valores superiores a 30. Valores bajos se observaron en playas de mayor pendiente, sobre todo tras condiciones de buen tiempo, constructivas.

Además de los parámetros morfodinámicos clásicos descritos anteriormente, se utilizaron el Parámetro adimensional de Caída de Grano y el Rango Mareal Relativo para clasificar las playas de acuerdo con Masselink y Short (1993). La gran mayoría de los puntos obtenidos corresponden al estado "intermedio" y, en segundo lugar, al "disipativo", ambos con desarrollo de barras (fig. 3).

En concreto, el punto PIII es el que más veces presenta perfiles disipativos (fig. 3a). Los perfiles II, IV, V y X (fig. 3a, b, d) presentan principalmente estados intermedios y, solamente a veces, disipativos, sobre todo después de condiciones de tormenta; mientras que los demás perfiles (I, VI, VII, VIII, IX, XI y XII; fig. 3a, c, d) presentan casi exclusivamente estados intermedios, a pesar de los cambios estacionales del oleaje.

Relaciones entre las variables morfosedimentarias

En cuanto a las relaciones entre pendiente y volumen, las playas que presentan exclusivamente estados intermedios de la clasificación de Masselink y Short (1993), en general, muestran una buena correlación entre pendiente del intermareal alto y volumen de la parte alta de la playa, y entre pendiente y volumen total de la playa. Por otra parte, presentan una relación inversa entre pendiente y volumen de la parte baja del intermareal (fig. 4a, c, e, f). La playa que pertenece al estado disipativo (PIII), y las que presentan estados intermedios y secundariamente disipativos según la clasificación de Masselink y Short (1993), muestran esta misma relación, aunque muy poco marcada (fig. 4, b, d).

Respuesta de las playas frente los agentes energéticos

En playas con estados exclusivamente intermedios de la clasificación de Masselink y Short (1993), se observa una tendencia inversa entre pendiente y altura de ola y entre volumen y altura de ola, con coeficientes de correlación muy bajos. Se observa la misma tendencia entre volumen y peralte del oleaje. En cuanto a las otras playas, no hay una relación clara entre pendiente y altura de ola o entre volumen y peralte de oleaje. Sin embargo, se observa en general una relación algo mejor entre volumen y altura de ola en cuanto a condiciones de oleaje energéticas corresponden estados de playa erosivos.

En cuanto a las relaciones entre pendiente y/o volumen y factor de erosividad del oleaje, en general las playas que presentan predominancia de estados intermedios según la clasificación de Masselink y Short (1993) muestran un comportamiento parecido, con una buena correlación entre el factor de erosividad del oleaje y la pendiente y el volumen de la playa (fig. 5d-f). Las restantes playas, que presentan estados intermedios y disipativos (fig. 5a-c), presentan una mayor dispersión de los datos en cuanto están menos relacionadas con las variaciones estacionales del oleaje.

 

Discusión

Los datos obtenidos mediante la clasificación de Masselink y Short (1993) se ajustan bastante bien a las observaciones de campo y a los valores del Parámetro de Escala de Rompiente y del Índice de Similaridad de Surf (tabla 1) a pesar de estar basados sobre parámetros distintos pero interrelacionados, respectivamente pendiente de la zona intermareal (ecuaciones 1 y 2) y tamaño de grano (ecuaciones 4 y 5).

De hecho, el perfil III resulta ser el más disipativo utilizando también el Parámetro de Escala de Rompiente y el Índice de Similaridad de Surf que dan estados disipativos con rompientes en derrame (tabla 1). También los perfiles intermedios con casos disipativos según la clasificación de Masselink y Short (1993) muestran valores de Similaridad de Surf y de Escala de Rompiente bastante similares, con preferencia de estados intermedios próximos a disipativos y roturas en derrame.

Las playas exclusivamente intermedias según la clasificación de Masselink y Short (1993; fig. 3), presentan valores de Similaridad de Surf y de Escala de Rompiente que evidencian respectivamente roturas en voluta y estados intermedios, confirmando la buena correspondencia entre los parámetros geomorfológicos empleados y los resultados de la clasificación arriba mencionada.

Finalmente, hay que destacar las diferencias observadas en los casos de los perfiles VI y X. La clasificación de dichas playas según Masselink y Short (1993; fig. 3), respectivamente intermedia e intermedia con casos disipativos, resulta diferente de la obtenida mediante el uso de los índices morfológicos (tabla 1). Esto se debe a que la pendiente de la playa no está relacionada solamente con la granulometría sino también con otros factores, como las condiciones de contorno, por lo que la presencia de estructuras naturales o antrópicas favorecen la acumulación de arena que da lugar a una pendiente más elevada de lo normal. En lo específico, en el perfil X destaca la presencia de una plataforma rocosa en el intermareal medio y bajo que funciona como un dique sumergido, y en el perfil VI la de un acantilado que está retranqueado y funciona como una trampa sedimentaria (Anfuso et al. 2003, Anfuso y Gracia 2005).

En líneas generales aparecen dos problemas a la hora de intentar relacionar las variables dinámicas con las variables morfológicas o volumétricas. Primero, las playas o perfiles no desarrollados totalmente por la presencia de una laja rocosa en la zona de bajamar tienden a no mostrar comportamientos basculantes (Muñoz et al. 1999) lo que hace que su pendiente sea más o menos constante independientemente de las condiciones energéticas. Por otro lado, estos perfiles sólo mostrarán cambios ante los mayores temporales, al estar protegidos por el arrecife, el cual a su vez impide que dicho perfil crezca durante las épocas de buen tiempo. Segundo, las playas que presentan perfiles disipativos todo el año, evidentemente no van a mostrar cambios de la pendiente intermareal, pero por otro lado no muestran prácticamente cambios volumétricos. Esto se debe al comportamiento de invariabilidad morfodinámica, que suele ser indicativo de carencia de arena (Benavente et al. 2002).

En cuanto al comportamiento morfodinámico de las playas estudiadas, éste está estrictamente relacionado a sus características morfológicas. En general, playas que presentan exclusivamente estados intermedios según la clasificación de Masselink y Short (1993) registran un crecimiento que tiene lugar durante condiciones de buen tiempo, preferentemente mediante la formación de una berma. Este proceso lleva a un aumento de la pendiente de la parte alta del intermareal y, a veces, a un aumento de la pendiente de todo el estrán (fig. 4a, c, e, f) que da lugar a estados intermedios caracterizados por rompientes en voluta según los parámetros geomorfológicos empleados (tabla 1). Por otra parte, la erosión de la playa tiene lugar durante condiciones de alta energía (H_s > 1 m) y conlleva una disminución de los valores de la pendiente: altos valores del Factor de Erosividad se asocian a bajos volúmenes de arena (fig. 5e) y bajos gradientes de playa (fig. 5d, f), correspondientes a estados intermedios pero próximos a disipativos. Un comportamiento parecido, denominado basculamiento, fue observado en playas similares por Carter (1988), Thom y Hall (1991) y Nordstrom y Jackson (1992) y, en playas próximas, por Benavente y Reyes (1999).

Las restantes playas, que presentan tanto estados intermedios como disipativos o que pertenecen al estado intermedio pero no presentan berma, no muestran ninguna relación entre pendiente y volumen (fig. 4b, d) y entre éstos y el Factor de Erosividad del oleaje (fig. 5a-c) por la falta de cambios de pendiente significativos a lo largo del año, tal y como ha sido observado por Hardisty (1986), Hughes y Cowell (1987), Nordstrom y Jackson (1992), y Shih y Komar (1994) en playas similares.

 

Agradecimientos

Se agradece a J Doherty la traducción del presente artículo. Este trabajo es una contribución al proyecto CICYT BTE-2003-05706 y al grupo PAI RNM-328.

 

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