Respuesta multianual de la playa en la costa de Rosarito, Baja California, México

Multiannual shoreline response along the coast of Rosarito, Baja California, Mexico

JR Lizárraga-Arciniega^*, A Martínez-Díaz-de-León, CR Torres-Navarrete, LA Galindo-Bect

Instituto de Investigaciones Oceanológicas, Universidad Autónoma de Baja California, Km 107 Carretera Tijuana-Ensenada, Ensenada, CP 22830, Baja California, México. E-mail: jroman@uabc.mx

Recibido en febrero de 2008.
Aceptado en octubre de 2008.

Resumen

La tasa de cambio de una playa en el largo plazo se puede estimar analizando las posiciones históricas de la línea de playa derivada de fotografías aéreas y mapas. Sin embargo, en algunos casos es preferible el levantamiento sistemático de perfiles de playa debido a que éste permite la observación particularizada de la evolución de la misma. Con esta técnica se levantaron 925 perfiles mensuales de playa entre junio de 1997 y diciembre de 2006 en la zona de Rosarito, Baja California, construyendo así la serie de tiempo de perfiles de playa más larga que se conocen para alguna playa de México. Se estimó el volumen de arena mensual para determinar los cambios multianuales. Al sobreponer estos cambios multianuales con los estacionales en el periodo de medición se encontraron los siguientes patrones distintivos de erosión/acreción: en las playas del norte no se encontró una tendencia de largo plazo detectable, o los bajos valores obtenidos indicaron una condición relativamente estable; en las playas del sur la tendencia de largo plazo fue acrecional en todos los puntos de control (excepto en uno) alcanzando un promedio de 9.1 m³ m^-1 año^-1, con incrementos de volumen de arena desde 22% a 78% con respecto al volumen inicial, lo cual puede estar asociado a las descargas de sedimento por los arroyos que desembocan en la parte sur del área de estudio y potencialmente a variaciones en la distribución espacial de la energía de las olas.

Palabras clave: Baja California, erosión/acreción de playa, perfiles de playa, tendencia de largo plazo.

Abstract

The long-term rate of beach change can be estimated by analyzing historical shoreline positions deduced from aerial photographs and maps, though in some cases a systematic beach profile survey is preferable because it allows the detailed observation of its evolution. Between June 1997 and December 2006, 925 beach profiles were surveyed monthly in the area of Rosarito, Baja California, thus constructing the longest time series known for any beach in Mexico. Monthly sand volume was estimated to determine the multiannual changes. When these multiannual changes were superimposed on the seasonal changes during the study period, distinct erosion/accretion patterns were found: in the northern segment of the shoreline surveyed, the long-term trend was not detectable or showed low values, indicating a condition of relative stability; in the southern segment, the long-term trend was accretional at all except for one of the control points, with a mean value of 9.1 m³ m^-1 year^-1 and an increase in sand volume of 22% to 78% relative to the initial volume, which could be associated with the sediment discharged by streams flowing into the southern part of the study area and with variations in the spatial distribution of wave energy.

Introducción

Resulta de particular interés para los ingenieros y administradores de la zona costera conocer y entender los cambios morfológicos de las playas. Para anticipar el comportamiento de las playas y mejorar su potencial de aprovechamiento como recursos costeros, es necesario mantener una constante observación y medición de su variabilidad. Mientras más puntos de medición se tengan y mayor sea el periodo de medición, mayor será la posibilidad de describir adecuadamente los patrones de cambio de la playa en las diversas escalas temporales y espaciales.

Una de las características más importantes a determinar en una playa es su tasa de cambio en el largo plazo, la cual se puede estimar analizando las posiciones históricas de la línea de costa mediante mapas o más comúnmente en fotografías aéreas. Este tipo de análisis presenta algunas desventajas: por un lado se dificulta ser consistente en seleccionar el indicador que define la posición de línea de playa y, por otro, también es difícil escoger la técnica para obtener los datos y el tipo de análisis a utilizar para estimar la tendencia de largo plazo, ya que el cambio de la posición de la línea de playa usualmente no es gradual (Crowell et al. 1991).

Para estimar la tendencia del cambio de una playa en el largo plazo conviene considerar las variaciones naturales en periodos relativamente cortos (e.g. mes a mes), ya que las fluctuaciones de gran magnitud en el volumen de arena de playa ocasionadas por tormentas individuales hacen difícil evaluar y distinguir entre los cambios de carácter estacional o multianual (Fenster et al. 2001). A partir del análisis de perfiles de playa medidos periódicamente por periodos de una o más décadas, se ha determinado que los cambios de corto plazo pueden ser de igual o mayor magnitud que los cambios a largo plazo (Bokuniewicz 1981, Eliot y Clarke 1989); sin embargo, es preferible el uso de perfiles de playa aunque su obtención durante largos periodos de tiempo pudiera resultar mucho más costosa.

Son pocos los países costeros del mundo que operan programas permanentes para medir la evolución de sus playas. En México es común la falta de información sobre los cambios de las playas a lo largo de sus extensos litorales y pocos sitios disponen de registros subanuales o anuales. En un esfuerzo por iniciar un programa de monitoreo de largo plazo, en Rosarito, Baja California, se ha llevado a cabo el levantamiento mensual de perfiles de playa durante los últimos 10 años, con el objeto de reconocer y documentar sus patrones de cambio. Para el conocimiento de los autores, esta base de datos es la más completa y larga para una playa mexicana y por lo tanto resulta de gran importancia por su carácter único. El objetivo de este trabajo fue cuantificar los cambios de playa de carácter multi-anual y determinar la tendencia de largo plazo de la playa en Rosarito, Baja California.

Área de estudio

Rosarito se localiza en la costa noroeste de Baja California, 15 km al sur de la frontera México-EUA. El litoral de estudio tiene una extensión de aproximadamente 11 km, en cuya parte central se localizan varios espigones de enrocamiento que conforman la toma de agua para el sistema de enfriamiento de una planta termoeléctrica. Debido a que los espigones interrumpen el transporte litoral de sedimento y la morfología litoral tiene características notablemente diferentes, las playas a ambos lados de estas estructuras se consideraron de manera independiente para este estudio (fig. 1).

Al norte de las estructuras (segmento norte), la playa es relativamente angosta, compuesta por una mezcla variable de arena, grava y cantos rodados, con una plataforma rocosa subyacente que queda expuesta durante condiciones de erosión intensa. Presenta, además, cantiles sobre los que se asientan instalaciones residenciales que se encuentran protegidas con muros costeros (fig. 2).

En el segmento sur (al sur de las estructuras) la playa tiende a ser más ancha y los cantiles se desvanecen. Los muros costeros son aislados y protegen directamente las propiedades interactuando ocasionalmente con el oleaje. A diferencia del segmento norte, en este segmento el material sedimentario es exclusivamente arenoso. En el extremo sur de este segmento desembocan dos arroyos (Guaguatay y Rosarito) cuyos flujos son principalmente invernales.

A 14 km al oeste de la costa de Rosarito se encuentran las Islas Coronados (tres islas, la mayor de 3.3 km de longitud y la menor de tan sólo 1 km). Estas islas presentan una orientación N-NW de cara al oleaje de mar abierto, el cual proviene dominantemente del NW y W-SW. El fondo marino entre las islas y el bloque continental es de pendiente relativamente baja. Presenta un arreglo de isobatas que se asemeja a un tómbolo, indicando que las islas transforman significativamente el oleaje en cuanto a altura y dirección, creando una zona protegida al oleaje de mar abierto (Martínez-Díaz-de-León 2002) (fig. 1, recuadro).

Métodos

Para el levantamiento mensual de los perfiles de playa se fijaron nueve monumentos como puntos de control, los cuales se usaron como puntos de partida en los perfiles de playa (fig. 1). Las mediciones iniciaron en junio de 1997 en los puntos de control 1, 3, 5 y 9 y en enero de 1998 en los puntos de control 2, 4, 6, 7 y 8, continuando en todos los casos hasta la actualidad; sin embargo, en este trabajo sólo se analiza la información generada hasta junio de 2006.

Para el análisis de la respuesta multianual de la playa se utilizó la variación mensual del volumen de arena relativo al volumen de arena inicial del perfil inicial, ya que éste es un atributo más confiable que el ancho de playa (Zimmerman y Bokuniewicz 1987, Hicks et al. 1999). La tendencia mínima detectable (TMD), definida como el cambio de volumen mínimo que puede ser atribuible a la tendencia erosional/acrecional de largo plazo, se calculó mediante la razón del promedio de los cambios absolutos de volumen en perfiles sucesivos dividido entre el lapso total de mediciones. Para establecer la tendencia de largo plazo (TLP) de erosión o acreción de la playa se utilizó un modelo de regresión lineal en el que la pendiente de la recta que mejor se ajustó a los datos representa la tasa de cambio anual.

Resultados

Segmento norte

En el segmento norte de playa se instalaron cuatro puntos de control (1 al 4) sobre los que se levantaron un total de 416 perfiles de playa. El comportamiento del volumen de arena presentó cambios marcadamente estacionales en todos los puntos de control (fig. 3).

En la tabla 1 se indican los valores que caracterizan los cambios del volumen de arena a lo largo de la zona de estudio. El volumen de arena medio (Vm) en toda la playa varió entre 65.1 y 86.5 m³ m^-1. El promedio del cambio mensual de volumen de arena ganado o perdido (ΔVmt) para cada uno de los puntos de control fue entre 12.7 y 21 m³ m^-1 mes^-1. La TMD de erosión/acreción de la playa varió entre 1.4 y 2.3 m³ m^-1 año^-1, con un promedio de 1.9 m³ m^-1 año^-1.

La TLP fue de -0.3 y -0.6 m³ m^-1 año^-1 en los puntos de control 1 y 4, respectivamente, que representan una condición erosional poco significativa. Por contraste, en los puntos de control 2 y 3, las TLP fueron acrecionales y ligeramente detectables con tasas de acumulación de arena de 4.1 y 2.4 m³ m^-1 año^-1, respectivamente. Los valores máximos de los coeficientes de correlación (r² = 0.1) que resultaron para estos dos puntos de control indican que la TLP puede estar enmascarada por otros procesos de corto plazo.

En el segmento sur de playa se levantaron 509 perfiles en cinco puntos de control (5 al 9). Con excepción del punto de control 5, el volumen de arena mostró un patrón estacional menos marcado que en el segmento norte de playa (fig. 4).

El promedio de arena contenida en la playa subaérea para todo el segmento de playa fue de 165.2 m³ m^-1. El ΔVmt del volumen de arena ganado o perdido en perfiles sucesivos para cada uno de los puntos de control varió entre 18.5 y 20.9 m³ m^-1 mes^-1, con un promedio de 19.9 m³ m^-1 mes^-1. La TMD de erosión/acreción de la playa varió entre 2.2 y 2.5 m³ m^-1 año^-1, con un promedio de 2.3 m³ m^-1 año^-1.

La TLP fue positiva en todos los puntos de control lo que indica una tendencia acrecional, con tasas de acumulación de arena que variaron entre 8.8 y 13.9 m³ m^-1 año^-1; aunque en el punto de control 5 la tendencia resultó ser de sólo 1.4 m³ m^-1 año^-1 (fig. 4, tabla 1). Los coeficientes de correlación variaron entre 0.31 y 0.61, con excepción del punto de control 5 cuyo valor fue de sólo 0.01. La tasa media de acumulación para todo este segmento de playa fue de 9.1 m³ m^-1 año^-1, pero al considerar solo la parte sur del segmento (puntos de control 6 al 9) la tasa de acumulación se incrementa a 11.1 m³ m^-1 año^-1.

Discusión

De la serie de tiempo de perfiles de playa más larga de la que se tenga conocimiento para playa mexicana alguna, aquí analizada, se documenta que el comportamiento interanual del volumen de arena muestra un patrón marcadamente estacional. En los dos segmentos de línea de costa aquí considerados el mayor volumen de arena contenido en la playa se observa durante verano-otoño y el menor en invierno-primavera. Esta variación del volumen contenido en la playa entre verano e invierno coincide con la variabilidad observada en el clima del oleaje que arriba a las playas de Rosarito en dichas épocas. Marichal-González (2001) analizó registros de oleaje obtenidos entre junio de 1994 y enero de 1999 frente a las estructuras de protección de la toma de agua de la termoeléctrica, encontrando que la climatología del oleaje es fuertemente estacional, con los mayores niveles energéticos en invierno-primavera y los menores en verano-otoño. Más aún, la variabilidad observada en el volumen de arena corresponde igualmente con el patrón observado en la mayoría de las playas alrededor del mundo (Sheppard 1950, Winant et al. 1975, Larson y Kraus 1994, Lacey y Peck 1998, Eliot y Clarke 1982, Anfuso et al. 2006).

En los puntos de control 2 y 3 se observó un resultado interesante, ya que mostraron una variación estacional de volumen invertida, esto es, menor volumen en verano-otoño y mayor volumen durante invierno-primavera. Este ciclo invertido en la variación estacional ha sido poco observado en playas expuestas y podría estar siendo inducido por cambios drásticos en la morfología local, como son la presencia de salientes y afloramientos rocosos que modifican la orientación de la línea de costa y, en consecuencia, inducen cambios en la dirección de rompiente del oleaje (Lizárraga-Arciniega 2005). Masselink y Pattiaratchi (2001) señalan que los cambios en la morfología de la costa, aunque sean de pequeña magnitud, pueden ser responsables del desfase temporal en las variaciones del volumen de arena con periodicidad estacional o de mayor escala.

En el segmento norte las TLP no resultaron detectables en los puntos de control 1 y 4, y fueron apenas detectados en los puntos 2 y 3 ya que presentaron cambios de volumen de arena menores que las TMD correspondientes (tabla 1). Estas condiciones indican que las contribuciones y pérdidas de sedimentos del sistema litoral están balanceadas y dan lugar a playas dinámicamente estables en el largo plazo, y que los cambios estacionales inducidos por el transporte perpendicular tienen mayor influencia que las tendencias erosionales/acrecionales de largo plazo. Este comportamiento se puede deducir también al observar que el volumen de arena que se mueve debido a la influencia del ciclo estacional (40 m³ m^-1) (Lizárraga-Arciniega et al. 2007) es mayor que el volumen total de arena (17 m³ m^-1) que se añadiría a la playa conforme la TLP estimada en este estudio

En las playas del segmento sur la TMD es de 2.3 m³ m^-1 año^-1 y el promedio de la TLP acrecional es de 11.2 m³ m^-1 año^-1, excluyendo el punto de control 5 (tabla 1). Esta tendencia es una respuesta a la contribución de aproximadamente 8000 m³ año^-1 de sedimento que ingresan al sistema litoral por los arroyos Guaguatay y Rosarito (Appendinni-Albretchsen 1998). La redistribución de este material es principalmente en dirección noroeste ya que el oleaje en esta zona proviene persistentemente del suroeste (Marichal-González 2001, Lizárraga-Arciniega 2005) lo que produce una corriente litoral en esa dirección. En general, la tendencia acrecional en este segmento de playa pareciera indicar que el transporte de arena paralelo a la playa es más importante aquí que en el segmento norte debido a la cercanía de los arroyos como principales contribuyentes de arena, lo que da como resultado la formación de playas más anchas y no limitadas por muros costeros ni plataformas rocosas en la zona de rompiente.

En general, las TLP acrecionales/erosionales estimadas para las playas de Rosarito pudieran estar asociadas a la variabilidad del transporte litoral. No obstante algunos autores (Jiménez y Sánchez-Arcilla 1993, Fenster y Dolan 1994, Morton et al. 1994, Lacey y Peck 1998) señalan que en costas arenosas no sólo las variaciones en la tasa de transporte litoral pudieran influir la TLP, sino que también la inversión en la dirección del transporte litoral. Sin embargo, este último caso no parece ser relevante en la zona de Rosarito puesto que el oleaje arriba persistentemente del suroeste a lo largo del todo el año (Marichal-González 2001).

La presencia de las Islas Coronado 14 km al oeste de Rosarito, y la compleja batimetría entre éstas y el continente, son rasgos morfo-topográficos que pueden incidir en las TLP de la playa. Su influencia puede estar asociada a cambios en los patrones de distribución de la energía del oleaje como resultado de procesos como la refracción y la difracción del mismo (Martínez-Díaz-de-León 2002,) como se ha observado en otras regiones (Hicks et al. 1999, Schawb et al. 1999, Cipriani y Stone 2001). Para Rosarito, sin embargo, es necesario generar mayor información para analizar patrones del oleaje de largo plazo.

Agradecimientos

Este estudio fue realizado con los apoyos financieros del Instituto de Investigaciones Oceanológicas de la Universidad Autónoma de Baja California (proyecto 8495) y la Secretaría de Educación Pública (convenio SEP-2004-C01-47656). Los autores agradecen a E Gil-Silva y a estudiantes de la Facultad de Ciencias Marinas de la UABC por su invaluable apoyo en el trabajo de campo y en el procesado inicial de los registros.

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