Gestión costera

La fuente fundamental en ingeniería costera es el Código Europeo de Conducta para las Zonas Costeras, publicado por el Consejo Europeo en 1999. Este documento fue elaborado por el Grupo de Especialistas en Protección Costera y constituye la base de la legislación y la práctica nacionales.

El Grupo de Especialistas se creó en 1995, a raíz de una decisión del Comité de Ministros del Consejo de Europa. Subrayó la necesidad de una gestión y planificación integradas, pero señaló que las zonas costeras seguían deteriorándose. El Grupo afirmó que esto se debía a las dificultades para implementar el concepto de «gestión integrada». El Grupo propuso que el Consejo de Europa cooperara con la Unión Costera y Marina (EUCC) y el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA).

Los espigones son muros o estructuras perpendiculares a la línea de costa que atrapan la sedimentación de la deriva litoral para crear gradualmente una playa y brindarle protección continua al eliminar la erosión costera. Suelen estar hechos de madera, hormigón, roca o madera. El material se acumula en el lado de sotavento, donde la deriva litoral se dirige predominantemente en una dirección, creando una playa más ancha y abundante, protegiendo así la costa, ya que la arena filtra y absorbe la energía de las olas. Sin embargo, se produce una pérdida correspondiente de material de playa en el lado de barlovento, lo que requiere la construcción de otro espigón en esa zona. Los espigones no protegen la playa contra las olas provocadas por las tormentas y, si se colocan demasiado cerca unos de otros, crean corrientes que arrastran el material mar adentro. La forma de los espigones puede ser recta o curvada hacia afuera en dirección opuesta a la de sotavento.

Los espigones son rentables, requieren poco mantenimiento y son una de las defensas más comunes. Sin embargo, cada vez se consideran más perjudiciales para la estética del litoral y encuentran oposición en muchas comunidades costeras. ^{[ 12 ]}

Los espigones pueden considerarse una solución "suave" debido a la mejora que proporcionan a la playa.

La construcción de espigones genera un problema conocido como síndrome del espigón terminal. El espigón terminal impide que la deriva litoral transporte material a otras zonas cercanas. Este problema se presenta a lo largo de la costa de Hampshire y Sussex en el Reino Unido; por ejemplo, en Worthing .

Los muros de hormigón y mampostería se utilizan para proteger un asentamiento contra la erosión o las inundaciones. Suelen tener entre 3 y 5 metros de altura. Los antiguos diques verticales reflejaban toda la energía de las olas de vuelta al mar, y para ello a menudo se les añadían crestas curvas que aumentaban la turbulencia local y, por consiguiente, la acumulación de arena y sedimentos. Durante las tormentas, los diques ayudan a frenar la deriva litoral. 

Los modernos diques buscan redirigir la mayor parte de la energía incidente mediante revestimientos inclinados, lo que resulta en olas reflejadas bajas y una turbulencia mucho menor. Los diseños emplean estructuras porosas de roca, armaduras de hormigón ( Tetrapods , Seabees , SHEDs, Xblocs , etc.) y escaleras para el acceso a la playa.

La ubicación de un dique debe tener en cuenta el prisma barrido del perfil de la playa, las consecuencias de la erosión costera a largo plazo y el nivel de la cresta de la playa, incluyendo las implicaciones económicas.

Los diques pueden provocar la desaparición de las playas. Su presencia también altera el paisaje que pretenden proteger.

Ejemplos modernos se pueden encontrar en Cronulla (NSW, 1985–6), ^{[ 13 ]} Blackpool (1986–2001), ^{[ 14 ]} Lincolnshire (1992–1997) ^{[ 15 ]} y Wallasey (1983–1993). ^{[ 16 ]} En Sandwich, Kent, el muro de contención Seabee está enterrado en la parte posterior de la playa bajo la grava, con la cresta al nivel del bordillo de la carretera.

Los diques costeros suelen costar 10.000 libras esterlinas por metro (dependiendo del material, la altura y el ancho), o 10.000.000 de libras esterlinas por kilómetro (dependiendo del material, la altura y el ancho).

Los revestimientos son barreras inclinadas o verticales, construidas paralelas a la costa, generalmente hacia la parte posterior de la playa para proteger el área circundante. Los revestimientos más básicos consisten en tablones de madera inclinados con un posible relleno de roca. Las olas rompen contra los revestimientos, que disipan y absorben la energía. La línea costera queda protegida por el material de la playa retenido tras las barreras, ya que los revestimientos atrapan parte de este material. Pueden ser impermeables, cubriendo la pendiente por completo, o porosos, permitiendo que el agua se filtre una vez disipada la energía de las olas. La mayoría de los revestimientos no interfieren significativamente con el transporte de la deriva litoral. Dado que el muro absorbe energía en lugar de reflejarla, el oleaje erosiona y destruye progresivamente el revestimiento; por lo tanto, el mantenimiento es continuo, según lo determine el material estructural y la calidad del producto.

La protección rocosa consiste en grandes rocas colocadas en la orilla del mar con material local. Generalmente se utiliza para absorber la energía de las olas y retener el sedimento de la playa. Si bien es eficaz, esta solución no es popular por razones estéticas. No impide la deriva litoral. La protección rocosa tiene una vida útil limitada, no es eficaz en condiciones de tormenta y reduce el valor recreativo de la zona.

Los geotubos son grandes sacos de geotextil colocados en la orilla del mar y rellenos con lodo de arena local. Se utilizan generalmente para absorber la energía de las olas y retener el material de la playa, al igual que las escolleras. A menudo se les denomina tubos de titanio, ya que son fabricados por Flint Technical Geosolutions. No obstaculizan la deriva litoral.

Se colocan rocas y cantos rodados en jaulas de malla metálica frente a zonas vulnerables a la erosión: a veces en los bordes de los acantilados o perpendiculares a la playa. Cuando el mar llega al gavión, el agua drena dejando sedimentos, mientras que la estructura absorbe una cantidad moderada de energía de las olas.

Los gaviones deben estar bien sujetos para proteger la estructura.

Entre sus desventajas se incluyen el desgaste y su carácter visualmente intrusivo.

Se hunden bloques de hormigón y/o rocas mar adentro para modificar la dirección de las olas y filtrar su energía, tanto de las olas como de las mareas. Las olas rompen más lejos de la costa y, por lo tanto, pierden poder erosivo. Esto da lugar a playas más anchas, que absorben aún más la energía de las olas. Dolos ha sustituido el uso de bloques de hormigón porque es más resistente a la acción de las olas y requiere menos hormigón para obtener un resultado superior. Otros objetos de hormigón similares a Dolos son A-jack , Akmon , Xbloc , Tetrapod y Accropode .

La estabilización de los acantilados se puede lograr mediante el drenaje del exceso de agua de lluvia o mediante la construcción de terrazas, la plantación de árboles y el uso de cables para mantener los acantilados en su lugar.

Los muros de contención se construyen para controlar el caudal de un río o arroyo a medida que desemboca en una costa arenosa. Estos muros estabilizan y profundizan el cauce, lo que beneficia la navegación, la gestión de inundaciones, la erosión fluvial y la calidad del agua, pero pueden provocar erosión costera al interrumpir la deriva litoral. Una solución consiste en un sistema de desvío de arena que bombea arena por debajo o alrededor de los muros de contención.

Las barreras contra marejadas ciclónicas, o compuertas , se instalaron tras la inundación del Mar del Norte de 1953 y previenen los daños causados ​​por marejadas ciclónicas o cualquier otro tipo de desastre natural que pudiera perjudicar la zona que protegen. Habitualmente permanecen abiertas, permitiendo el libre paso, pero se cierran ante la amenaza de una marejada ciclónica. La Barrera del Támesis es un ejemplo de este tipo de estructura.

La regeneración de playas consiste en importar arena de otras zonas y añadirla a la playa existente. La arena importada debe ser de una calidad similar a la del material de playa actual para que se integre con los procesos naturales locales sin efectos adversos. La regeneración de playas puede combinarse con la construcción de espigones. El programa requiere solicitudes periódicas, ya sea anuales o plurianuales.

El drenaje de la playa o el deshielo de la playa reduce el nivel freático localmente debajo de la misma. Esto provoca la acumulación de arena por encima del sistema de drenaje. ^{[ 20 ]}

Los niveles freáticos de la playa tienen una influencia importante en la sedimentación/erosión a lo largo de la zona intermareal. ^{[ 21 ]} En un estudio, un nivel freático alto coincidió con una erosión acelerada de la playa, mientras que un nivel freático bajo coincidió con una marcada agradación de la zona intermareal. Un nivel freático más bajo (cara de playa no saturada) facilita la sedimentación al reducir las velocidades de flujo durante el reflujo y prolongar el flujo laminar. Con la playa en estado saturado, la velocidad del reflujo se acelera por la adición de la filtración de agua subterránea fuera de la playa dentro de la zona de efluente.

Sin embargo, ningún estudio de caso aporta pruebas irrefutables de resultados positivos, aunque en algunos casos se informó de un desempeño general positivo. El seguimiento a largo plazo no se realizó con la frecuencia suficiente para detectar la respuesta a eventos erosivos de alta energía.

Una ventaja adicional del sistema es que el agua de mar recolectada es relativamente pura gracias al efecto de filtración de la arena. Esta agua puede descargarse o utilizarse para oxigenar lagunas o puertos deportivos estancados, o bien como alimento para bombas de calor, plantas desalinizadoras, acuicultura terrestre, acuarios o piscinas.

Se han instalado sistemas de drenaje de playas en muchos lugares del mundo para detener y revertir la erosión en las playas de arena. Entre 1981 y 2015, se instalaron veinticuatro sistemas de drenaje de playas en Dinamarca, Estados Unidos, Reino Unido, Japón, España, Suecia, Francia, Italia y Malasia. ^{[ 22 ]}

Los ecosistemas costeros y estuarinos actúan como zonas de amortiguación contra peligros naturales y perturbaciones ambientales, como inundaciones, ciclones, marejadas ciclónicas y tormentas. Su función es absorber una parte del impacto y, por lo tanto, disminuir su efecto en la tierra. ^{[ 23 ]} Los humedales (que incluyen pantanos de agua salada , marismas , etc.) y la vegetación que albergan (árboles, esteras de raíces, etc.) retienen grandes cantidades de agua (agua superficial, deshielo, lluvia, agua subterránea) y luego la liberan lentamente, disminuyendo la probabilidad de inundaciones. ^{[ 24 ]} Los manglares protegen las costas de la erosión mareal o por corrientes; un proceso que se estudió tras el ciclón de 1999 que azotó la India. Los pueblos rodeados de manglares sufrieron menos daños que otros pueblos que no contaban con esta protección. ^{[ 25 ]}

Los costos de instalación y operación varían debido a:

• Longitud del sistema (elementos de coste no lineales)
• Caudales de bombeo (permeabilidad de la arena, costos de energía)
• condiciones del suelo (presencia de roca o estratos impermeables)
• Sistema de descarga / utilización de agua de mar filtrada
• Diseño de drenaje, selección de materiales y métodos de instalación
• Consideraciones geográficas (logística de ubicación)
• Consideraciones económicas regionales (capacidades/costos locales)
• Requisitos del estudio / proceso de consentimiento.

La elección del indicador de la línea de costa es una consideración primordial. Los indicadores deben ser fácilmente identificables en el campo y en la fotografía aérea . ^{[ 30 ]} Los indicadores de la línea de costa pueden ser características morfológicas como la cresta del terraplén , el borde del escarpe, la línea de vegetación , el pie de la duna , la cresta de la duna y el acantilado o la cresta y pie del risco. Alternativamente, se pueden utilizar características no morfológicas como el nivel del agua (línea de marea alta (HWL), línea de marea alta media) límite húmedo/seco y la línea de agua física. ^{[ 31 ]} La Figura 1 proporciona un esquema de las relaciones espaciales entre los indicadores de la línea de costa de uso común.

La HWL (H en la Figura 1) es el indicador de línea de costa más utilizado porque es visible en el terreno y puede interpretarse tanto en fotografías aéreas en color como en escala de grises. ^{[ 30 ] [ 32 ]} La HWL representa la extensión tierra adentro de la marea alta más reciente y se caracteriza por un cambio en el color de la arena debido a inundaciones periódicas y repetidas por mareas altas. La HWL se representa en fotografías aéreas mediante el cambio de color o tono de gris más cercano a la costa. ^{[ 27 ]}

La ubicación de la línea costera y su posición cambiante a lo largo del tiempo es de fundamental importancia para los científicos, ingenieros y gestores costeros. ^{[ 27 ] [ 31 ]} Las campañas de monitoreo de la línea costera proporcionan información sobre la ubicación y el movimiento históricos de la línea costera, y sobre las predicciones de cambios futuros. ^{[ 33 ]} Más específicamente, la posición de la línea costera en el pasado, en el presente y donde se prevé que esté en el futuro es útil para el diseño de la protección costera, para calibrar y verificar modelos numéricos para evaluar el aumento del nivel del mar , mapear zonas de riesgo y regular el desarrollo costero. La ubicación de la línea costera también proporciona información sobre la reorientación de la línea costera adyacente a estructuras, el ancho de la playa , el volumen y las tasas de cambio histórico. ^{[ 27 ] [ 31 ]}

Se dispone de diversas fuentes de datos para examinar la posición de la línea costera. Sin embargo, la disponibilidad de datos históricos es limitada en muchos sitios costeros, por lo que la elección de la fuente de datos se limita en gran medida a lo que esté disponible para el sitio en un momento dado. ^{[ 27 ]} Las técnicas de cartografía de la línea costera se han automatizado cada vez más. Los frecuentes cambios tecnológicos han impedido el surgimiento de un enfoque de cartografía estándar. Cada fuente de datos y método asociado tiene capacidades y limitaciones. ^{[ 34 ]}

Fotografías aéreas

Las fotografías aéreas comenzaron a utilizarse en la década de 1920 para proporcionar datos topográficos . Constituyen una buena base de datos para la elaboración de mapas de cambios en la línea de costa. Son la fuente de datos más utilizada debido a la amplia cobertura fotográfica aérea de muchas zonas costeras. ^{[ 34 ]} Generalmente, las fotografías aéreas ofrecen una buena cobertura espacial. Sin embargo, la cobertura temporal depende del lugar. La interpretación de la posición de la línea de costa es subjetiva dada la naturaleza dinámica del entorno costero. Esto, sumado a las diversas distorsiones inherentes a las fotografías aéreas, puede generar niveles de error significativos . ^{[ 34 ]} La minimización de estos errores se analiza más adelante.

desplazamientos en el espacio de objetos

Las condiciones externas a la cámara pueden provocar que los objetos de una imagen aparezcan desplazados de su posición real en el terreno. Dichas condiciones pueden incluir el relieve del terreno, la inclinación de la cámara y la refracción atmosférica .

El desplazamiento por relieve es prominente al fotografiar diferentes elevaciones . Esta situación provoca que los objetos por encima del nivel del mar se desplacen hacia afuera del centro de la fotografía y los objetos por debajo del nivel del suelo se desplacen hacia el centro de la imagen (Figura 2). La gravedad del desplazamiento se asocia negativamente con la disminución de la altitud de vuelo y con el aumento de la distancia radial desde el centro de la fotografía. Esta distorsión se puede minimizar fotografiando múltiples franjas y creando un mosaico de las imágenes. Esta técnica crea un punto focal en el centro de cada fotografía donde la distorsión se minimiza. Este error no es común en el mapeo de la línea costera, ya que el relieve es bastante constante. Sin embargo, es importante tenerlo en cuenta al mapear acantilados. ^{[ 34 ]}

Idealmente, las fotografías aéreas se toman de manera que el eje óptico de la cámara sea perfectamente perpendicular a la superficie del suelo, creando así una fotografía vertical . Desafortunadamente, esto no suele ser así y prácticamente todas las fotografías aéreas presentan una inclinación de hasta 3°. ^{[ 37 ]} En esta situación, la escala de la imagen es mayor en el lado superior del eje de inclinación y menor en el lado inferior. Muchos investigadores costeros no tienen esto en cuenta en su trabajo. ^{[ 34 ]}

Distorsión radial de la lente

La distorsión de la lente varía en función de la distancia radial desde el isocentro de la fotografía, lo que significa que el centro de la imagen está relativamente libre de distorsión, pero a medida que aumenta el ángulo de visión, la distorsión se incrementa. Esta es una fuente importante de error en las primeras fotografías aéreas. Es imposible corregir dicha distorsión sin conocer los detalles de la lente utilizada para capturar la imagen. La superposición de imágenes puede utilizarse para resolver errores. ^{[ 32 ]}

Delimitación de la línea costera

La naturaleza dinámica de las costas compromete el mapeo de la línea costera. Esta incertidumbre surge porque en cualquier momento dado la posición de la línea costera está influenciada por los efectos inmediatos de las mareas y una variedad de efectos a largo plazo, como el aumento relativo del nivel del mar y el movimiento de sedimentos litorales a lo largo de la costa . Esto afecta la precisión de la posición histórica calculada de la línea costera y las predicciones. ^{[ 33 ]} La línea de marea alta (HWL) se usa comúnmente como indicador de la línea costera. Muchos errores están asociados con el uso de la línea húmeda/seca como aproximación de la HWL y la línea costera. Los errores de mayor preocupación son la migración a corto plazo de la línea húmeda/seca, la interpretación de la línea húmeda/seca en una fotografía y la medición de la posición de la línea interpretada. ^{[ 30 ] [ 34 ]} Los errores sistemáticos, como la migración de la línea húmeda/seca, surgen de los cambios mareales y estacionales . La erosión puede causar la migración de la línea húmeda/seca. Las investigaciones de campo han demostrado que estos cambios se pueden minimizar usando solo datos de verano. ^{[ 34 ] [ 30 ]} Además, el margen de error puede reducirse significativamente utilizando el registro más extenso de datos fiables para calcular las tasas de erosión. ^{[ 30 ]} Pueden surgir errores debido a la dificultad de medir una sola línea en una fotografía. Por ejemplo, donde la línea del bolígrafo tiene un grosor de 0,13 mm, esto se traduce en un error de ±2,6 m en una fotografía a escala 1:20000.