Chapoteo

El oleaje , o forewash en geografía , es una capa turbulenta de agua que llega a la playa después de que una ola entrante haya roto. La acción del oleaje puede mover los materiales de la playa hacia arriba y hacia abajo, lo que resulta en el intercambio de sedimentos transversal a la costa. ^{[ 1 ]} La escala de tiempo del movimiento del oleaje varía de segundos a minutos dependiendo del tipo de playa (ver Figura 1 para tipos de playa). Generalmente, se produce un mayor oleaje en playas más planas. ^{[ 2 ]} El movimiento del oleaje juega un papel principal en la formación de características morfológicas y sus cambios en la zona de oleaje. La acción del oleaje también juega un papel importante como uno de los procesos instantáneos en la morfodinámica costera más amplia .

Hay dos enfoques que describen los movimientos de oleaje: (1) oleaje resultante del colapso de ondas de alta frecuencia (${\displaystyle f>0,05\,\mathrm {Hz} }$) en la cara de la playa; y (2) oleaje caracterizado por olas estacionarias de baja frecuencia (${\displaystyle f<0,05\,\mathrm {Hz}}$) movimientos. El tipo de movimiento de resaca que predomina depende de las condiciones de las olas y la morfología de la playa, y esto se puede predecir calculando el parámetro de similitud de la rompiente.${\displaystyle \epsilon _{b}}$(Guza & Inman 1975):

$${\displaystyle \epsilon _{b}={\frac {4\pi ^{2}H_{b}}{2gT^{2}\tan ^{2}{(\beta )}}}}$$

en el cual${\displaystyle H_{b}}$es la altura del interruptor,${\displaystyle g}$es la gravedad,${\displaystyle T}$es el período de la onda incidente y${\displaystyle \tan {(\beta )}}$es la pendiente de la playa. Valores${\displaystyle \epsilon _ {b}>20}$Indican condiciones disipativas donde el oleaje se caracteriza por un movimiento de onda larga estacionaria. Valores${\displaystyle \epsilon _ {b}<2.5}$indican condiciones reflectantes donde el oleaje está dominado por ondas de marea. ^{[ 3 ]}

El oleaje consta de dos fases: la corriente ascendente (flujo hacia la costa) y la corriente descendente (flujo hacia mar abierto). Generalmente, la corriente ascendente tiene mayor velocidad y menor duración que la corriente descendente. Las velocidades hacia la costa son máximas al inicio de la corriente ascendente y luego disminuyen, mientras que las velocidades hacia mar abierto aumentan hacia el final de la corriente descendente. La dirección de la corriente ascendente varía con el viento predominante , mientras que la corriente descendente siempre es perpendicular a la línea de costa. Este movimiento asimétrico del oleaje puede causar tanto deriva litoral como transporte de sedimentos transversal a la costa . ^{[ 4 ] [ 5 ]}

La zona de rompiente es la parte superior de la playa entre la zona de resaca y la zona de rompiente , donde se produce una intensa erosión durante las tormentas (Figura 2). La zona de rompiente se encuentra alternativamente húmeda y seca. La infiltración (hidrología) (por encima del nivel freático ) y la exfiltración (por debajo del nivel freático ) tienen lugar entre el flujo de rompiente y el nivel freático de la playa. La cara de playa, el berma, el escalón de playa y las cúspides de playa son las características morfológicas típicas asociadas al movimiento de rompiente. La infiltración (hidrología) y el transporte de sedimentos por el movimiento de rompiente son factores importantes que rigen la pendiente de la cara de playa. ^{[ 4 ]}

cúspides de playa

La cúspide de playa es una acumulación de arena o grava en forma de media luna que rodea una depresión semicircular en la playa. Se forman por la acción del oleaje y son más comunes en playas de grava que en playas de arena. El espaciamiento entre las cúspides está relacionado con la extensión horizontal del movimiento del oleaje y puede variar de 10  cm a 50  m. Los sedimentos más gruesos se encuentran en los "cuernos de cúspide" de pendiente pronunciada que apuntan hacia el mar (Figura 3). Actualmente existen dos teorías que proporcionan una explicación adecuada para la formación de las cúspides de playa rítmicas: las ondas de borde estacionarias y la autoorganización . ^{[ 4 ]}

modelo de onda de borde estacionario

La teoría de las ondas estacionarias de borde, introducida por Guza e Inman (1975), sugiere que el oleaje se superpone al movimiento de las ondas estacionarias de borde que viajan a lo largo de la costa. Esto produce una variación en la altura del oleaje a lo largo de la costa y, en consecuencia, genera patrones regulares de erosión . Las bahías en forma de cúspide se forman en los puntos de erosión y los cuernos de cúspide aparecen en los nodos de las ondas de borde. El espaciamiento de las cúspides de playa se puede predecir utilizando el modelo de ondas de borde subarmónicas.

$${\displaystyle \lambda ={\frac {g}{\pi }}T^{2}\tan(\beta ),}$$

en el cual${\displaystyle T}$es el período de onda incidente y${\displaystyle \tan {(\beta )}}$es la pendiente de la playa.

Este modelo solo explica la formación inicial de las cúspides, pero no su crecimiento posterior. La amplitud de la onda de borde disminuye a medida que crecen las cúspides, por lo que se trata de un proceso autolimitante. ^{[ 4 ]}

Modelo de autoorganización

La teoría de la autoorganización fue introducida por Werner y Fink (1993) y sugiere que las cúspides de playa se forman debido a una combinación de retroalimentación positiva operada por la morfología de la playa y el movimiento de la resaca, que fomenta la irregularidad topográfica, y retroalimentación negativa que desalienta la acreción o erosión en cúspides de playa bien desarrolladas. Es relativamente reciente que los recursos computacionales y las formulaciones de transporte de sedimentos estén disponibles para demostrar que las características morfológicas estables y rítmicas pueden ser producidas por tales sistemas de retroalimentación. ^{[ 4 ]} El espaciamiento de las cúspides de playa, basado en el modelo de autoorganización, es proporcional a la extensión horizontal del movimiento de la resaca S usando la ecuación

$${\displaystyle \lambda =fS,}$$

donde la constante de proporcionalidad f es c . 1.5.

La zona de rompiente es altamente dinámica, accesible y susceptible a las actividades humanas. Esta zona puede estar muy cerca de propiedades urbanizadas. Se estima que al menos 100  millones de personas en el mundo viven a menos de un metro del nivel medio del mar . ^{[ 7 ]} Comprender los procesos de la zona de rompiente y gestionarla adecuadamente es vital para las comunidades costeras que pueden verse afectadas por peligros costeros , como la erosión y las marejadas ciclónicas . Los procesos de la zona de rompiente no pueden considerarse de forma aislada, ya que están estrechamente vinculados con los procesos de la zona de rompiente. Muchos otros factores, incluidas las actividades humanas y el cambio climático, también pueden influir en la morfodinámica de la zona de rompiente. Comprender la morfodinámica en su conjunto es esencial para una gestión costera exitosa.

La construcción de diques ha sido una herramienta común para proteger propiedades urbanizadas, como carreteras y edificios, de la erosión costera y el retroceso. Sin embargo, en la mayoría de los casos, la protección de la propiedad mediante la construcción de un dique no logra la retención de la playa. La construcción de una estructura impermeable, como un dique, dentro de la zona de rompiente puede interferir con el sistema morfodinámico de dicha zona. La construcción de un dique puede elevar el nivel freático , aumentar la reflexión de las olas e intensificar la turbulencia contra el muro. Esto, en última instancia, provoca la erosión de la playa adyacente o el fallo de la estructura. ^{[ 8 ]} Los terraplenes de cantos rodados (también conocidos como revestimientos o escolleras) y los tetrápodos son menos reflectantes que los diques impermeables, ya que se espera que las olas rompan sobre estos materiales para producir resaca y contrarrestada que no causen erosión. A veces se colocan escombros rocosos delante de un dique en un intento de reducir el impacto de las olas , así como para permitir que la playa erosionada se recupere. ^{[ 9 ]}

Comprender el sistema de transporte de sedimentos en la zona de rompiente es fundamental para los proyectos de regeneración de playas . La rompiente desempeña un papel importante en el transporte y la distribución de la arena que se añade a la playa. En el pasado, se han producido fracasos debido a una comprensión insuficiente. ^{[ 9 ]} Comprender y predecir los movimientos de sedimentos, tanto en la zona de rompiente como en la de oleaje, es vital para el éxito del proyecto de regeneración.

Se dice que la realización de investigaciones morfológicas y mediciones de campo en la zona de rompiente es desafiante debido a que es un entorno poco profundo y aireado con flujos de rompiente rápidos e inestables. ^{[ 5 ] [ 10 ]} A pesar de la accesibilidad a la zona de rompiente y la capacidad de tomar mediciones con alta resolución en comparación con otras partes de la zona cercana a la costa, la irregularidad de los datos ha sido un impedimento para el análisis así como para comparaciones críticas entre la teoría y la observación. ^{[ 5 ]} Se han utilizado varios y únicos métodos para mediciones de campo en la zona de rompiente. Para mediciones de ascenso de olas, por ejemplo, Guza y Thornton (1981, 1982) utilizaron un cable de doble resistencia de 80 m de largo extendido a través del perfil de la playa y sostenido a unos 3  cm por encima de la arena por soportes no conductores. Holman y Sallenger (1985) llevaron a cabo una investigación de ascenso tomando videos de la rompiente para digitalizar las posiciones de la línea de agua a lo largo del tiempo. Muchos de los estudios involucraron estructuras de ingeniería, incluyendo malecones , espigones y rompeolas , para establecer criterios de diseño que protejan las estructuras del desbordamiento por mareas altas extremas. ^{[ 2 ]} Desde la década de 1990, la hidrodinámica del oleaje ha sido investigada más activamente por investigadores costeros, como Hughes MG, Masselink J. y Puleo JA, contribuyendo a una mejor comprensión de la morfodinámica en la zona de oleaje incluyendo turbulencia, velocidades de flujo, interacción con el nivel freático de la playa y transporte de sedimentos . Sin embargo, aún persisten lagunas en la comprensión de la investigación del oleaje incluyendo turbulencia, flujo laminar, transporte de sedimentos de fondo e hidrodinámica en playas ultradisipativas. ^{[ 5 ]}