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Anexo I
Transporte de Sedimentos Dentro de la Zona de
Rompientes
Con formato: Numeración y
viñetas
TRANSPORTE DE SEDIMENTOS
DENTRO DE LA ZONA DE ROMPIENTES
Introducción
El cálculo del volumen transportado de sedimentos dentro de la zona de
rompientes se realiza para la evaluación de impacto sobre la geometría de la línea
de costa debido a la presencia de la obra de paso elevado que interrumpirá dicho
transporte.
Importancia del cambio de la configuración de la línea de costa
La principal actividad de la zona es la pesquera industrial, donde se puede
observar gran cantidad de chatas para el desembarque directo del pescado y la
toma de agua, así como la instalación de boyas de amarraderos, muelles, ductos
de descargas y emisor submarino de aguas residuales de la industria pesquera
como el implantado en playa Lobería de 12 km de largo (Estudio de
Prefactibilidad, Evaluación de Alternativas para la Ubicación de un Puerto en la
Costa Sur del Perú, Pluspetrol S.A., 2001). Esto hace que, actualmente la zona se
encuentre relativamente saturada de instalaciones en el mar.
Al lado norte de la Bahía de Paracas se ubica la ciudad de Pisco cuyos habitantes
se dedican principalmente a actividades de pesca. Específicamente en los
alrededores se ubican a todo lo largo de la playa, fábricas de pescado, por lo que
la atracción recreativa o turística del área ha disminuido notoriamente. Sin
embargo, la gente lugareña la utiliza, durante los meses de verano, como zona de
esparcimiento y recreo.
En consecuencia, la posible erosión (pérdida de material) de la costa puede
comprometer instalaciones comerciales e industriales, principalmente aquellas
vinculadas a la pesca artesanal y caminos.
Los procesos de erosión-acumulación por efectos de la implantación de
estructuras requieren del conocimiento de los materiales que forman las playas,
el clima de olas cercano, la naturaleza de la obra a construir, entre otros.
La configuración de la línea de costa y el material de las playas
El Mozaico 1., muestra la costa en la zona elegida para la implantación del
muelle. La orientación de la misma en playa Lobería es norte-sur,
aproximadamente, girada unos 10o en sentido horario, desde el norte. Se pueden
ver algunas ondulaciones de la línea de costa producto de acciones antrópicas
como rellenos e instalaciones.
El material de las playas es granular con una gran variedad de diámetros desde
finos hasta canto rodado grueso. Específicamente, Playa Lobería tiene cantos
rodados de unos 10-12 cm de diámetro. Inmediatamente después, existe una
berma de aproximadamente 1 a 4 m de altura a todo lo largo de la playa y a unos
10 m de la orilla. Así mismo, se pueden apreciar pequeños parches de conchas
desmenuzadas de una granulometría de arenas en la orilla.
Las Fotografías 1 a 7 muestran distintas vistas de las playas del lugar. Pueden
verse pequeñas estructuras para facilitar el movimiento de botes y pequeñas
embarcaciones, una gran variedad granulométrica de los materiales de las playas,
desde materiales muy finos hasta bolos, el terraplén, entre otros aspectos.
Generalidades sobre el transporte de sedimentos
Los sedimentos de las playas son movilizados fundamentalmente por las
rompientes de las olas y por las corrientes que las propias olas generan, tanto a lo
largo de la costa como en forma perpendicular a la misma. Estas corrientes,
dentro de la zona de rompientes, son usualmente más importantes que las
corrientes marinas y, consecuentemente, tienen una mayor capacidad para
transportar sedimentos.
Es posible identificar dos formas de transporte de sedimentos, debido a las olas,
en las costas:
Transporte de sedimentos normal a la costa debido a olas
El perfil de playa en equilibrio es producto de fuerzas "constructivas" y
"destructivas" que actúan sobre los granos de arena ubicado en la zona de
acción de la rompiente de olas.
Las fuerzas constructivas se ponen en evidencia si se observa que la playa
es más alta cerca de los médanos que cerca del mar y por lo tanto dichas
fuerzas actúan contra la gravedad.
Las fuerzas destructivas manifiestan su existencia al observar una playa
luego de una tormenta severa caracterizada por la elevación del nivel de
mar y olas de gran tamaño. Durante estas condiciones el sedimento es
sacado de la playa, transportado hacia el mar y depositado en forma de una
barra característica (perfil de playa de "invierno").
En ausencia de tormentas, las olas restituyen el material erosionado
haciendo desaparecer la barra y definiendo un perfil más suave o de
"verano".
Es posible afirmar que para cierto tamaño de granos de arena, cierto nivel
del mar y clima de olas existe un único perfil de playa. Cualquier cambio
en los elementos antes citados desencadenaría otro perfil de playa que
estaría en equilibrio con la nueva situación.
Dado que las condiciones oceanográficas que interesan las playas
dependen fuertemente de la meteorología es correcto decir que "las playas
cambian tanto como lo hace el tiempo".
La Figura 1 muestra un esquema de estos procesos de construcción y
destrucción de la playa.
En síntesis, las olas generan corrientes en dirección hacia la costa y hacia el
mar, que también transportan sedimentos en lo que se denomina como
"On-Offshore Sediment Transport" o transporte de sedimentos normal a la
costa
Transporte de sedimentos a lo largo de la costa debido a olas
La experiencia indica que las olas se acercan a la costa luego de
transformarse (altura y longitud de onda) en la plataforma interior y
rompen transfiriendo cantidad de movimiento a la columna de agua
y disipando energía.
La transferencia de cantidad de movimiento produce un cambio en el
nivel medio del mar dentro de la zona de rompientes. Esta
sobreelevación o "wave setup" es proporcional a la altura de la ola
por lo que es más intenso durante tormentas.
La disipación de energía genera corrientes paralelas a la costa en la
medida que las olas rompan formando un ángulo con la línea de
costa. Estas corrientes o "longshore currents" arrastran sedimentos en
gran cantidad y son responsables de cambios importantes de las
costas en la medida que su ciclo natural sea alterado de alguna
manera.
Figura 1 Evolución de un perfil de playa genérico (Shore Protection
Manual, 1984)
Las rompientes ponen en movimiento los sedimentos finos pero también
arena y hasta cantos rodados, debido a la turbulencia propia de las olas
cuando rompen. Las corrientes asociadas a las olas, paralelas a la costa,
transportan, por arrastre principalmente, los sedimentos en los que se
denomina "Longshore Sediment Transport" o transporte litoral de
sedimentos.
Por lo tanto, las consecuencias de la alteración del campo de olas, corrientes
y/o la naturaleza del material, en forma directa o indirecta, que puebla los
fondos marinos o playas, ya sea por acciones propias de las obras
marítimas como muelles, rellenos, escollerados, entre otras, generará
cambios en el medio ambiente costero y marina.
La Figura 2 muestra un esquema de los efectos de una estructura sobre la
línea de costa
Figura 2. Esquema del efecto de una estructura sobre la configuración
de la línea de costa. Se puede observar una zona de acumulación y
otra de erosión a la derecha.
Estos cambios de la línea de costa, para el caso de Playa Lobería, lugar de
emplazamiento de la obra marítima serán evaluados, en el marco de la
información disponible.
Características del Medio Ambiente costero y marino relevantes al transporte
de sedimentos dentro de la zona de rompientes
Se resumirán a continuación, aspectos relevantes que influyen sobre el
movimiento de sedimentos, dentro y fuera de la zona de rompientes, en la zona
de proyecto en la Bahía de Paracas.
Eventos Oceanográficos Extraordinarios
Dado que los temas en cuestión en esta parte, no tratan de la estabilidad
estructural o compromiso de las embarcaciones en operación durante la
construcción, los eventos extraordinarios no serán considerados. Se asume,
por lo tanto, que las estructuras sobrevivirán a estos eventos y su operación
no será comprometida como tampoco el medio ambiente.
Mareas
Las mareas en la zona son del tipo semidiurno (período: 12.4 h). Las
amplitud media de la onda de marea (que se propaga de norte a sur) es de
0.58 m, mientras que la amplitud en sicigias (luna llena y/o nueva) es de
0,76 m, (Dirección de Hidrografía y Navegación de la Marina para el Puerto
de Pisco). Durante la presencia del fenómeno de "El Niño", los valores del
nivel medio del mar se incrementan entre 30 a 40 cm.
Olas
En el área de estudio no se tienen mediciones de olas disponibles. Se
efectuaron observaciones visuales (en zona de rompientes) durante los
trabajos de campo que indicaron alturas significativas de 0.6 m y períodos
asociados de 12 s. La altura máxima observada fue de 1,20 m. La altura de
ola promedio fue de 0.45 m. La dirección del oleaje no fue medido en la
oportunidad. Las observaciones se realizaron dos veces durante 20 minutos
en la mañana y dos veces 20 minutos durante la tarde. El número de olas
observado fue de 408.
Entre los 10° y 15° Sur existe información offshore de olas (Sailing
Directions for South America). Dicha información fue obtenida de 6.907
observaciones y se refieren a olas Swell que son olas que se originan en alta
mar y viajan grandes distancias. Este tipo de oleaje es la fuente principal de
las alturas de olas cuya incidencia determina la dinámica de la costa de
Pisco.
Dado que estos datos representan condiciones offshore, se ha realizado un
cálculo para conocer las condiciones del oleaje frente a Playa Lobería (ERM,
Línea de Base). Los resultados son los siguientes:
Tabla 1. Resultados del análisis de olas en el sitio a partir de las
información históric a presentada en Sailing Directions for South America.
Altura de la
Dirección del
Ola Offshore (*)
Oleaje Offshore
(m)
Frecuencia
(%)
Profundidad de
cálculo (m)
Altura de la
Ola (m)
Oeste
1.8
0.7
20
1.8
Oeste
3.6
0.3
20
3.6
Oeste
1.8
0.7
10
1.8
Oeste
3.6
0.3
10
3.4
Suroeste
1.8
9.7
20
1.7
Suroeste
3.6
6.7
20
3.3
Suroeste
1.8
9.7
10
1.5
Suroeste
3.6
6.7
10
1.5
(*) valor máximo del intervalo de alturas indicado en Sailing Directions for South
America
El informe citado indica..."En el área de estudio, en aguas profundas, la
dirección predominante es del Sur y Suroeste, las olas del Sur pasan y no
penetran dentro de la zona de estudio y las del Suroeste llegan aunque
muy difractadas. Cabe resaltar, que la incidencia de olas que proceden del
Oeste es muy baja, pero sin embargo, son las que alcanzan mayor altura,
debido a que en su paso hacia el área de interés, no encuentran mayores
obstáculos que produzcan procesos de refracción y difracción importantes
que le resten energía, y por lo tanto altura; así mismo, hay que tener en
cuenta sólo los pequeños islotes que de alguna manera influyen en la
deformación de esta a su paso".
El informe "Sandwell - Chevron Texaco, NAWC LNG Receiving Terminal
142552, Metocean Report, April 2002, Draft Report" presenta un cálculo del
clima de olas en el sitio. Los datos de olas offshore fueron obtenidos a partir
de datos de vientos (GROW2000) provenientes de una base de datos
desarrollada por Oceanweather Inc. Estos datos fueron usados para estimar
el clima de olas offshore por medio de la técnica del hindcasting.
Una vez obtenida la base de datos de olas offshore se estimó el clima de
olas en el sitio por medio de la modelación matemática del clima de olas
utilizando el modelo SWAN (Simulating Waves Nearshore.
Los resultados se incluyen en la tabla siguiente:
Tabla 2. Clima de olas en el sitio en base a datos provistos por modelo
global de vientos (Sandwell, 2002)
Hs (m)
calma
0-0.5
0.5-1
1-1.5
1.5-2
Total Obs
Total %
N
NE
E
SE
S
SW
W
NW
15
1005
7453
13051
8
14103
157
3339
14
13059
5
14260
5
3339
1
156138
70258
3820
80
230296
85
5
15
0
1005
0
7458
3
14
0
Total Obs.
2283
195118
70423
3825
80
271729
100
Total %
1
72
26
1
0
100
NOTA: Es importante aclarar que para el cálculo del transporte litoral en
instancias de diseño es recomendable la instalación de un olígrafo direccional para
conocer con precisión, el clima de olas cercano a la costa.
Tampoco se encuentran disponibles mediciones directas de olas fuera de la bahía.
Por lo tanto, se ha utilizado la información provista por los estudios de proyecto de
obra marítima (estimaciones del clima de olas cercano a la costa en base a modelos
globales de vientos), que no tuvieron por objeto ser confeccionados para el cálculo
del transporte l itoral
En consecuencia, los cálculos incluídos en este informe deberán ser revisados en
vista de mediciones de olas direccionales o con la corroboración directa en el campo
una vez construída la obra de paso elevado.
Estimación Transporte Litoral de Sedimentos (en la zona de rompientes)
Dada la necesidad de contar con estimaciones del transporte de arena a lo largo
de la costa para evaluar el impacto que produciría la interrupción del mismo por
la construcción de la obra marítima, se realizaron cálculos por medio de una
metodología aceptada universalmente.
A partir de los datos de olas en el sitio calculado por Sandwell, se estima el
volumen de sedimentos transportados por las olas dentro de la zona de
rompientes. Este cálculo se realiza debido a que se planea construir una
estructura no transparente de material granular de unos 500 m de longitud,
transversal a la costa que atraviesa la zona de rompientes.
Se asume que las condiciones de olas en el sitio son representativas para
profundidades de 15 m, aproximadamente. Dado que los contornos batimétricos
pueden considerarse como rectos y paralelos, se realizará el siguiente
procedimiento para el cálculo del transporte litoral:
a) Se seleccionarán las condiciones de olas que efectivamente aporten las
condiciones para que se produzca transporte de sedimentos dentro de la zona de
rompientes,
b) Se transformarán las condiciones del oleaje desde la profundidad de 15 m al
punto de rompiente, y se hará el cálculo del transporte litoral para cada dirección
y altura o alturas asociadas, considerando su frecuencia de ocurrencia.
a) Selección de las condiciones de oleaje capaces de generar transporte de
sedimentos dentro de la zona de rompientes .
Las direcciones de olas del NE, E, SE y S no contribuyen al transporte de
sedimentos dado que esas olas, si bien pueden alcanzar el muelle, no rompen
sobre la costa. Por lo tanto, las situaciones de oleaje a considerar son las
siguientes:
Tabla 3. Clima de Olas en el Sitio que Generan Transporte de Sedimentos dentro
de la Zona de Rompientes
Hs (m)
calma
0-0.5
0.5-1
1-1.5
1.5-2
N
SW
W
NW
0.006%
1.23%
57.46%
25.86
1.41%
0.029%
0.005%
b) Transformación del clima de olas y cálculo del transporte litoral.
La transformación del clima de olas por medio de lo indicado en el Shore
Protection Manual (1984), considerando que la normal a la costa en el lugar
previsto para la instalación de la obra marítima ( forma un ángulo de 85o con el
norte medido en sentido anti-horario (Carta Náutica, Perú Hidronav 2262), el
cálculo del transporte de sedimentos dentro de la zona de rompientes resulta de
32500 m3/año hacia el N, habiéndose aplicado el Método del Flujo de Energía
incluído en el Shore Protection Manual (1984). La altura de ola considerada
resultó aquella promedio del intervalo indicado en la tabla.
Este volumen de sedimentos lo aportan principalmente las olas que vienen del
W, que representan un 85% del total de las todas las direcciones de oleaje. El
resto de las direcciones no alcanzan la costa o son infrecuentes.
Debe notarse que este método presume sedimentos no cohesivos como las
arenas. Dado que las playas tienen una variada granulometría, desde arenas
hasta cantos rodados, el transporte será selectivo. Esto es, las corrientes debidas a
las olas podrá movilizar con mayor facilidad los sedimentos más finos hasta las
arenas gruesas, pero con menor facilidad los cantos rodados.
La transformación de la línea de costa por el efecto de la implantación de la
estructura
Una vez estimado el volumen de sedimentos transportado por las olas dentro de
la zona de rompientes, se estima a continuación los cambios que experimentará,
como consecuencia, la línea de costa.
Se ha calculado el perfil de la línea de costa a partir de los lineamientos
presentados en el Coastal Engineering Manual (2000). Se han calculado esos
perfiles a 1 año, 5 y 10 años de construída la obra hasta una distancia de 5 km de
la costa y se incluyen en las Figuras 3, 4 y 5.
Evolución de la Línea de Costa
Tiempo: 1 año después de construída la estructura
100
Distancia desde la costa (m)
90
Estructura
Bahía de Paracas
80
70
60
50
40
Línea de Costa Posterior a la Construcción de la Estructura
30
20
Línea de Costa Anterior a la Construcción de la estructura
10
TRANSPORTE
0
-5000
-4500
-4000
-3500
-3000
PLAYA
-2500
-2000
-1500
-1000
-500
0
Distancia (hacia el sur) desde la Estructura, (m)
Figura 3. Configuración de la línea de costa luego de 1 año de construída la
obra. El transporte litoral, se dirige hacia el norte y es del orden de 32500
m 3/año
Evolución de la Línea de Costa
Tiempo: 5 años después de construída la estructura
100
Distancia desde la costa (m)
90
80
Estructura
Bahía de Paracas
70
60
50
40
30
20
Línea de Costa Posterior a la Construcción de la Estructura
TRANSPORTE
Línea de Costa Anterior a la Construcción de la estructura
PLAYA
10
0
-5000
-4000
-3000
-2000
-1000
0
Distancia (hacia el sur) desde la Estructura, (m)
Figura 4. Configuración de la línea de costa luego de 5 años de construída
la obra. El transporte litoral, se dirige hacia el norte y es del orden de 32500
m 3/año
Evolución de la Línea de Costa
Tiempo: 10 años después de construída la estructura
100
Distancia desde la costa (m)
90
Estructura
Bahía de Paracas
80
70
60
Línea de Costa Posterior a la Construcción de la Estructura
50
40
TRANSPORTE
30
20
Línea de Costa Anterior a la Construcción de la estructura
PLAYA
10
0
-5000
-4500
-4000
-3500
-3000
-2500
-2000
-1500
-1000
-500
0
Distancia (hacia el sur) desde la Estructura, (m)
Figura 5. Configuración de la línea de costa luego de 10 años de construída
la obra. El transporte litoral, se dirige hacia el norte y es del orden de 32500
m 3/año
Los resultados anteriores merecen los siguientes comentarios:
Ø
Ø
Sobre la estructura el avance de la línea de costa alcanza 14 m luego de 1 año
de construída y a unos 1000 m de distancia de la estructura no se observa
modificación alguna.
Ø
Ø
A los 5 años de construída la línea de costa, sobre la estructura, se ha
desplazado unos 32 m y la influencia alcanza unos 2000 m.
Ø
Ø
Al cabo de 10 años, la línea de costa sobre la estructura se desplaza unos 45 m
y la influencia alcanza a los 3000 m.
Ø
Ø
No hay información disponible sobre estimaciones y corroboraciones
anteriores del transporte de sedimentos, por lo tanto, los resultados aquí
presentados deben considerarse como estimaciones y sujetos a verificación en
el campo.
Errores en el cálculo del transporte de sedimentos
La metodología aplicada depende del origen de los datos y a cierta subjetividad
en cuanto a la interpretación de datos y formulaciones. Los valores obtenidos
pueden contener errores importantes debido a que la formulación que estima el
transporte es altamente sensible a la altura de la ola y al ángulo de ataque de la
misma.
Con el objeto de tener una magnitud de los errores en el transporte puede
imaginarse el siguiente escenario: si la altura de la ola real es de 1 m, pero se la
estima en 0.8 m, el error en el transporte es de -43%. Si en cambio, se la estima
como de 1.2 m el error en el transporte será de 58%.
Conclusiones
La acumulación de sedimentos ocurrirá del lado sur de la estructura dado que el
transporte es de sur a norte. Lo opues to ocurrirá del lado norte de la estructura,
donde habrá erosión de la playa. Este fenómeno de erosión se identifica como un
impacto a considerar sobre el medio ambiente costero. La erosión, que se
manifiesta como el retroceso de la línea de costa, puede comprometer la
integridad de la playa y afectar posibles instalaciones a construir si acciones de
monitoreo y mitigación no son puestas en marcha.
El volumen de arena transportado, estimado en párrafos anteriores, es
moderado, por lo tanto el impacto -retroceso de la línea de costa - es también
moderado. La velocidad de retroceso es moderada de modo que es posible
implementar el seguimiento de la evolución de la línea de costa y aplicar las
medidas de mitigación adecuadas.
Dado que las playas tienen una variada granulometría, desde arenas hasta cantos
rodados, el transporte será selectivo. Esto es, las corrientes debidas a las olas
podrá movilizar con mayor facilidad los sedimentos más finos hasta las arenas
gruesas, pero con menor facilidad los cantos rodados. En consecuencia, es posible
que al norte de la estructura, además de producirse un retroceso de la línea de
costa, se produzca una selección del material, quedando los más gruesos, como
los cantos rodados. Este impacto es leve dado que no compromete la estabilidad
de la playa y que naturalmente las playas tienen materiales muy gruesos .
Fotografía 1. Mosaico parcial de la zona costera de la Bahía de Paracas.
Fotografía 1. Vista de la playa y terraplén, botes e instalaciones de
pesca artesanal .
Fotografía 2. Vista de la playa, terraplén y pequeños espigones.
Fotografía 3. Vista de los pequeños espigones.
Fotografía 4. Vista de los pequeños espigones, playa botes e
instalaciones de pesca artesanal.
Fotografía 5. Vista de la playa. Puede observarse la variedad de
tamaños de material que pueba la playa.
Fotografía 6. Vista de la zona cercana a la costa.
Fotografía 7. Panorámica y vista de la zona cercana a la costa.