Aproximación metodológica al estudio de la dinámica eólica y sedimentaria en playas de mallorca y menorca



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APROXIMACIÓN METODOLÓGICA AL ESTUDIO DE LA DINÁMICA EÓLICA Y SEDIMENTARIA EN PLAYAS DE MALLORCA Y MENORCA (ILLES BALEARS)

Miquel Mir-Gual1, Guillem X. Pons1, Francesc X. Roig-Munar1, José Ángel Martín-Prieto1, Antonio Rodríguez-Perea1, Irene Delgado-Fernández2


1 Grupo de Investigación BIOGEOMED. Dep. de Ciencias de la Tierra, Universitat de les Illes Balears. Cra. de Valldemossa, km. 7,5, Palma. E-mail: miquel.mir@uib.es

2 Department of Geography. Edge Hill University. Ormskirk, Lancashire, UK.

Resumen

El presente trabajo propone establecer una aproximación metodológica a los estudios de dinámica eólica y sedimentaria realizados en sistemas playa-duna de las islas de Mallorca y Menorca (Islas Baleares). La utilización de sensores de viento 2D en períodos de 24h permitirá establecer los patrones de comportamiento del viento que, complementada por un conjunto de trampas de sedimento verticales (Leatherman), dará la oportunidad de establecer una relación entre el comportamiento eólico y el transporte sedimentario bajo unas condiciones atmosféricas determinadas. La aplicación de estos métodos permitirá mejorar el conocimiento de los sistemas playa-duna en las Islas Baleares, a la par que servirán para acotar con mayor precisión los severos problemas de erosión sufridos.


Abstract

Methodological approach to the study of aeolian dynamics and sediment transport in beaches of Mallorca and Menorca (Balearic Islands): The present work aims to establish a methodological approach to the studies of aeolian and sediment dynamics carried out in some beach-dune systems of Mallorca and Menorca (Balearic Islands). The use of 2D anemometers will allow to better understand the wind behaviour which, complemented by using vertical sediment traps (Leatherman), will give the chance to compare aeolian dynamics with patterns of sediment transport under a determined atmospheric conditions. This method can increase the knowledge about the beach-dune systems in the Balearic Islands, furthermore to help at the time to reduce the important erosion processes suffered by wind.



  1. INTRODUCCIÓN

Los procesos eólicos son característicos tanto de ambientes continentales áridos, donde interactúan principalmente con los procesos aluviales y gravitacionales, como de ambientes costeros, donde su acción se combina con la de oleaje, mareas y corrientes. La ocurrencia de procesos sedimentarios en ambientes litorales deposicionales es un hecho tan palpable como importante en tanto a su formación, evolución y configuración. La magnitud e importancia de los procesos de erosión, transporte y sedimentación eólica en ambientes playa-duna dependen a priori del tamaño y génesis del sedimento, y de la velocidad de fricción del viento (Alcántara et al., 2011). Los ambientes litorales sedimentarios arenosos, debida su fragilidad, presentan una vulnerabilidad especial a los episodios eólicos incidentes sobre ellos, que a lo largo de las últimas décadas, y motivados por la presión antrópica que sufren, incrementan recurrentemente sus procesos erosivos (Mir-Gual et al., 2013).

A lo largo de las últimas décadas, y en el si de la geomorfología litoral como disciplina científica, los estudios sobre el comportamiento del viento y su relación con los patrones sedimentarios en ambientes playa-duna han ayudado a incrementar el conocimiento sobre su comportamiento. Las interacciones entre el flujo del viento, la morfología de la duna y los patrones de transporte de sedimentos son complejas, variando notablemente tanto a escala temporal como espacial, y suponiendo factores claves en el control de la geomorfología de dunas. En ese sentido varios son los trabajos que relacionan positivamente el comportamiento del viento con factores tales como la topografía de duna (Hesp and Walker, 2012; Smyth et al. 2012).

El contexto socioeconómico desarrollado en espacios insulares tales como las Islas Baleares, basado en la explotación de la franja costera a expensas de los intereses de la industria turística, ha hecho que ésta se haya vista notablemente alterada. Dentro de los mecanismos de degradación sin duda los sistemas playa-duna, por sus características, han sido uno de los espacios más castigados por dicha actividad. En este contexto, tal y como concluyen Mir-Gual et al. (2013), el estado de fragmentación mostrado por la primera línea de dunas en muchos de los sistemas actuales es significativo de su estado integral de degradación. La degradación del frente de dunas en algunos sistemas de las Islas Baleares a partir de procesos tales como la abolición de morfologías dunares o foredunes, o la desaparición de la vegetación herbácea existente en la primera línea (Mir-Gual y Pons, 2011; Mir-Gual et al. 2013) han acelerado los procesos erosivos condicionados por el flujo del viento como agente mecánico responsable. La degradación del frente de dunas condiciona la existencia de plataformas erosivas conocidas como blowouts. En ambientes de dunas litorales éstos son definidos como “cubetas” o “corredores” de deflación condicionados por la acción del viento (Hesp, 2002).

En el contexto insular de las Islas Baleares existe hasta el momento un cierto desconocimiento sobre los procesos de erosión eólica en ambientes de dunas litorales. Recientemente algunas campañas de campo se han llevado a cabo en diferentes sistemas de las islas de Mallorca y Menorca con el objetivo principal de incrementar el conocimiento sobre todos estos procesos y a la par, ver sus connotaciones a nivel erosivo. En este sentido, el presente trabajo se centra en exponer una aproximación a la metodología usada para llevar a cabo dichos experimentos y, comparándola con otras variantes, establecer de forma ilustrativa algunos resultados preliminares a nivel de ejemplo.


  1. EL VIENTO Y EL SEDIMENTO

Dentro del abanico de agentes mecánicos que dan lugar a la formación y evolución de los sistemas playa-duna el viento es el que mayor relevancia tiene en su parte emergida. Éste tiene la importante función de poner en movimiento las partículas de arena previamente depositadas por la acción marina y redistribuirlas espacialmente formando el sistema de dunas propiamente dicho. No obstante, a parte de su capacidad de formación también puede convertirse en un agente erosivo a tener en cuenta. La simbiosis entre la incidencia del viento y la caracterización sedimentaria será clave para entender y explicar los procesos existentes en ambientes litorales sedimentarios.

La velocidad del viento y de arrastre determinarán unas condiciones de flujo bajo, estableciéndose una velocidad umbral de fluido para una superficie arenosa particular. La velocidad umbral es la velocidad a la que las partículas de arena comienzan a moverse (Alcántara et al. 2011). Una vez que las partículas de sedimento ha sido removida de la superficie ésta puede moverse por vía de distintos procesos tales como suspensión, saltación o reptación. Bagnold (1941) sugirió que una vez alcanzado el umbral crítico de velocidad las partículas en superficie pueden empezar a rodar por la misma debido a la presión directa del viento. Otros autores tales como Bisal y Nielsen (1962) constataron que los granos de arena, antes de ponerse en movimiento comienzan a oscilar hacia delante y hacia atrás, y después son elevados directamente al interior del flujo.

De cualquier modo son muchos los trabajos que evidencian una relación directa entre fuerza del viento y transporte. La tasa de transporte sedimentario, según la formulación de Bagnold (1941), es proporcional a la velocidad del viento elevada a la tercera potencia. No obstante, las condiciones específicas que cada lugar puede conllevar ha hecho que con el paso del tiempo otras formulas hayan salido a la luz (Tabla 1). Recientemente nuevas técnicas basada en la modelización de fluidos tales como la Computational Fluid Dynamics (CFD) han aparecido como una técnica útil y precisa a la hora de estudiar el comportamiento del viento en sistemas de dunas (Smyth et al. 2012).


Tabla 1. Ecuaciones de transporte eólico de sedimentos según Alcántara et al. (2011).

AUTOR

ECUACIÓN

Bagnold (1941)

q= 1.8 (pa/g) (d/0.25)1/2 U*3

Chepil (1945)

q= B (pa/g) U*3

Kawamura (1951)

q= K (pa/g) (U*+U*c)2 (U*-U*c)

Zingg (1953)

q= 0.83 (pa/g) (d/D)3/4 U*3

Williams (1964)

q= 0.17 (pa/g) U*3.42

Hsu (1971)

q= 10-4 e4.97·d-0.47 U*3 (g d)-3/2

Lettau y Lettau (1978)

q= 4.2 (d/0.25)1/2 (pa/g) U*2 (U*-U*c)

White (1979)

q= 2.61 (pa/g) U*3 (1-U*c/U*)(1+U*c/U*)

Alcántara y Alonso (2002)

q= 1,97 (pa/g) (d/D)1/2 (U-U*c)2 U*


3. ESTUDIO DE CASO: ISLAS DE MALLORCA Y MENORCA (I. BALEARES). UNA APROXIMACIÓN METODOLÓGICA

A pesar de los modelos teóricos ya formulados, el presente trabajo se centra en una aproximación metodológica basada en potenciar el conocimiento sobre la influencia espacial del flujo de viento incidente en la primera línea de dunas en superficie, y del efecto que elementos tales como la topografía existente o la presencia de vegetación herbácea tienen en tanto a los patrones de transporte sedimentario. Para tal fin se utiliza la presencia de blowouts en el frente de dunas como parcela de experimentación y modelización.


3.1. Diseño del experimento y modelización de la zona de estudio
Se llevaron a cabo campañas de campo de 24 h de duración en sistemas playa-duna de las islas de Mallorca (sistema d’es Comú de Muro) y Menorca (Cala Tirant) (Figura 1). En el primero de los casos el experimento se realizó bajo condiciones de viento débiles, mientras que en el segundo caso se llevo a cabo bajo condiciones medias-altas.
Figura 1. Localización de las zonas de estudio experimentales


Los experimentos se llevaron a cabo dentro de dos blowouts. En el caso d’es Comú de Muro (Mallorca) se trata de un blowout mixto, de acuerdo a la clasificación establecida por Mir-Gual y Pons (2011) y Mir-Gual et al. (2013), mientras que en el caso de Cala Tirant (Menorca), se aproxima a un bowl blowout (Mir-Gual et al. in press). La modelización 3D de dichos blowouts se llevó a cabo a partir de perfiles topográficos realizados con pantómetros de 1.5 x 1.5 m y 0.5 x 0.5 m respectivamente (Fig. 2a1) con el fin de establecer perfiles bidimensionales sobre su longitud (x) y su altura (y) de acuerdo con el método ya utilizado anteriormente por autores tales como Emery (1961), Delgado-Fernández y Lloyd (2004) y Mir-Gual et al. (2013). Para medir con exactitud la pendiente de cada perfil se utilizó un clinómetro de precisión. En el caso d’es Comú de Muro se llevaron a cabo un total de 25 perfiles, mientras que en el caso de Cala Tirant fueron 46, siempre desde el margen exterior del blowout, en el límite con la playa alta, hasta la parte interior (ver ejemplo de Cala Tirant en la Fig. 2a2). Para obtener la tercerda dimensión requerida (z) se estableció una línea guía como punto de partida (0 m) a partir de la cual a cada metro se desarrolló un perfil (Fig. 2a2). La base de datos topográficos obtenidos (x,y,z) se trató con los software AutocadTM y Cinema4DTM.

Figura 2. Representación gráfica de la metodología utilizada. El caso de Cala Tirant (Menorca)


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