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Introducción La laguna de Sontecomapan se localiza a 20 km de la cabecera municipal Catemaco, Veracruz, dicha laguna desemboca en el Golfo de México, y está confinada por las cuestas del volcán San Martín Tuxtla y la sierra de Santa Martha con aproximadamente 900 Ha y con una profundidad variable de 0.70 a 2.5 m, tiene conexión con el Golfo de México, a través de una boca natural, la cual al Oriente presenta una formación rocosa, y al Poniente una barra de arena, de aproximadamente 900 m de longitud (ver figura 1). Durante los últimos años la barra de Sontecomapan ha presentado acreción y erosión en su línea de costa, generando el azolvamiento de la boca, y riesgos a las edificaciones asentadas en la misma (casas o negocios locales), la población en su mayoría son familias que dependen de la pesca. La hidrodinámica que se presenta en el Sistema lagunar de Sontecomapan, que incluye la boca y la desembocadura al Golfo de México, se torna cada vez menos eficiente, provocando con ello un proceso de deterioro del sistema, de acuerdo a la experiencia de los habitantes del lugar, lo cual también afecta las actividades pesqueras.
Figura 1. Imagen de la barra de Sontecomapan, y la boca que conecta la laguna con el Golfo de México. (Imagen obtenida de Google Earth, diciembre 2017).
La presente investigación tuvo como objetivo, caracterizar los efectos del incremento del nivel del mar debidos al cambio climático en la posición de la línea de playa y en secciones transversales seleccionadas en la zona de estudio, así como determinar los valores del transporte litoral con los diferentes escenarios planteados tomando en cuenta el aumento del nivel medio del mar por efecto del cambio climático. Se propuso realizar la detección de los agentes inductores que generan esta problemática tomando en cuenta los efectos del incremento del nivel del mar debido cambio climático en la línea de playa, por tal motivo se realizó con una serie de estudios que permitieron evaluar el estado actual de la zona de estudio y compararla con escenarios propuestos tomando en cuenta dicho incremento. Para playas y dunas se pronostica que, el aumento en la frecuencia e intensidad de tormentas, afectará en el incremento de la erosión y pérdida de hábitats de playa para flora y fauna propias de estas zonas (Brown y McLachlan, 2002). Los procesos costeros como la formación de dunas, su migración, la formación de bocas, el transporte litoral, las zonas de erosión por oleaje, se dan a lo largo de toda la costa, en diferente magnitud y frecuencia, estos procesos dependen de las condiciones climáticas y oceánicas generales y locales. El incremento del nivel del mar incidirá en un nivel más alto de la playa lo que ocasionará que una mayor superficie esté sujeta al impacto del oleaje. Al incrementarse la frecuencia e intensidad de huracanes las playas estarán sujetas a un oleaje con mayor energía, favoreciendo los procesos de erosión. Cambio climático en el estado de Veracruz En el Capítulo “Escenarios de riesgo para el territorio veracruzano ante un posible cambio climático”, del Libro Inundaciones 2005 en el Estado de Veracruz, de la Universidad Veracruzana, se identificaron las zonas del territorio veracruzano más expuestas a los efectos del cambio climático, así mismo se identificaron las zonas más vulnerables en función de las condiciones sociales, económicas y ambientales y con ello se generaron los escenarios de riesgo. En esta fuente se analizó la amenaza del incremento del nivel del mar con escenarios de 1 y 2 m para evaluar el impacto en la población de la franja costera. De acuerdo a la investigación realizada en la bibliografía consultada, se pronostica que en el Golfo de México y el Mar Caribe se intensificarán dichos eventos asociados a escenarios donde se duplica el bióxido de carbono atmosférico. La investigación citada presenta como referencia a Tejeda (2003), que pone especial énfasis en la alta vulnerabilidad de las zonas costeras bajas arenosas situadas a menos de 1 m del nivel del mar en un escenario con un incremento del nivel del mar debido al efecto del cambio climático el cual se estima que será en el periodo entre los años 1990 y 2100 de entre 0.09 y 0.88 m (IPCC,2003). El autor estimó que debido al incremento del nivel del mar por efecto del cambio climático habrá una pérdida de 600 Km de playa que impactará a la industria turística principalmente a las zonas de Boca del río, Costa Esmeralda y el puerto de Veracruz; adicionalmente estima que se afectarán 200 Km de caminos y carreteras y aproximadamente 20 Km de puertos así como 3,000 hectáreas de zonas urbanas están en peligro de inundación al igual que 200,000 hectáreas de pastizales y zonas de cultivo y que para los escenarios de 1 y 2 m de incremento del nivel del mar debidos al efecto del cambio climático el impacto afectará a 305 localidades que se ubican a una altitud de 4 m o menos y a aproximadamente un total de 40,884 habitantes en el estado de Veracruz. Metodología RIVAMP El Proyecto de Desarrollo de Metodologías de Evaluación de Riesgos y Vulnerabilidades (RIVAMP) es una colaboración entre la División de Alerta Temprana del Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente y Evaluación (DEWA) y la División de Implementación de Políticas Ambientales (DEPI) y tiene como objetivo identificar y cuantificar el papel de los ecosistemas en la Reducción del Riesgo de Desastres (RRD) y la adaptación al cambio climático (CCA). Dicha metodología se puede aplicar en diferentes ecosistemas, esta se adapta al rol de los ecosistemas costeros y marinos en la mitigación de la erosión de las playas, reduciendo así los oleajes de tormenta generados por ciclones tropicales y los impactos del aumento del nivel del mar. Retroceso en la línea de playa Las playas se encuentran entre los entornos más dinámicos en términos morfológicos, y están controlados por mecanismos complejos y procesos de respuesta que operan en varias escalas temporales y espaciales (Van Rijn, 2003). La erosión de las playas se puede diferenciar en: (i) erosión a largo plazo, un retroceso irreversible de la posición de la línea de playa debido al incremento del nivel del mar y / o la pérdida de los volúmenes sedimentarios costeros (Nicholls et al., 2007) que forzan la migración del playas o la erosión; y (ii) la erosión a corto plazo, causada por tormentas y marejadas ciclónicas, que pueden no necesariamente dar lugar a retrocesos costeros permanentes, pero pueden crear una devastación a gran escala (Niedoroda et al., 2009). El incremento del nivel del mar puede tener un impacto significativo en la geomorfología de las playas, ya que las playas se verán obligadas a retroceder (Figura 2).
Figura 2. Representación de la respuesta de la playa al incremento del nivel del mar.
Proyecciones de los retrocesos de la línea de playa Los modelos que se utilizan para crear la base de datos son: 3 estáticos (Edelman, Bruun, Dean) (Edelman, 1972; Bruun, 1988; Dean, 1991); y 2 modelos dinámicos (SBEACH y Leont'yev) (Larson y Kraus, 1989). Leont'yev, 1996). Los modelos Leont'yev, SBEACH y Edelman principalmente estiman los cambios a corto plazo de la línea de playa y los modelos de Bruun y Dean estiman cambios a largo plazo. En la metodología es posible utilizar condiciones específicas (es decir, un valor para cada parámetro) y obtener (si estas condiciones se encuentran en la base de datos) el retroceso de playa (para una pequeña escala espacial, por ejemplo, una playa) para los cinco modelos (Leont'yev, SBEACH, Edelman, Bruun y Dean) y para los 14 escenarios del nivel del mar (0.038, 0.05, 0.10, 0.15, 0.22, 0.30, 0.40, 0.50, 0.75, 1, 1.25, 1.50, 2 y 3 m) y la ecuación polinómica que describe la relación entre el incremento del nivel del mar y el retroceso de la playa. Información de oleaje Para llevar a cabo las simulaciones es necesario conocer el oleaje que se presenta en la zona de estudio, para este caso se utilizó la información del Atlas de Oleaje Oceánico Mexicano (ATLOOM), el cual define condiciones de oleaje medio y extremal, con información de campos de viento publicadas por la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), cuenta con una base de datos de 23 estaciones en el Golfo de México y Mar Caribe y 38 nodos en el litoral del Pacifico mexicano. Las series de tiempo contienen datos a cada hora, con periodo de 44 años comprendido del 1 de enero de 1958 al 31 de diciembre de 2001. El nodo con información más cercano a Sontecomapan, Ver, es el GOL08MX, localizado en la latitud 19° 00’ 00’’ y longitud -95° 00’ 00’’, dicho nodo se encuentra aproximadamente a 50 km a la entrada de la laguna de Sontecomapan. Con la Información antes mencionada, se determinaron las características del clima medio del oleaje representativo en la zona de estudio, para el régimen anual. En la Tabla 1, se muestra las alturas y períodos que actúan en dichas direcciones.
Tabla 1. Resumen estadístico por dirección del oleaje.
Información del incremento del nivel medio del mar De acuerdo a los informes y reportes revisados para el análisis del estado del arte, se obtuvo que el incremento anual del nivel medio del mar esperado es de 1.79 mm para Sontecomapan, Ver., los escenarios de incremento del nivel medio del mar son los que se presentan en la Tabla 2. Tabla 2. Niveles de incremento del nivel medio del mar (m) utilizados en los escenarios para la modelación numérica.
Metodología aplicada La metodología que se utilizó en esta investigación, consistió en los siguientes trabajos: realizar el análisis de las condiciones de oleaje para la zona de estudio, posteriormente se analizó la información de líneas de playa e información batimétrica obtenida de planos y de los levantamientos realizados en marzo y julio de 2017; a continuación se obtuvieron secciones transversales a la línea de playa; así como el análisis estadístico de regresión múltiple con los modelos estáticos de la metodología propuesta, utilizando como variables la pendiente promedio de la sección, la altura, el período y las direcciones del oleaje seleccionados para la zona de estudio para los escenarios del incremento del nivel del mar que se determinaron en base al estado del arte.
Además se desarrolló una herramienta que permitió determinar las líneas de playa en cada uno de los escenarios planteados; con lo que se determinó la línea de playa base de la zona de estudio y con ello se realizó el análisis comparativo con las líneas de playa obtenidas para cada uno de los escenarios propuestos, así como las modelaciones numéricas de transporte litoral para cada uno de los escenarios propuestos y se realizó un análisis de acuerdo a los escenarios de incremento del nivel medio del mar. Con base a información satelital y geográfica disponible en línea, se obtuvieron los modelos de elevación de la zona de estudio a partir de la elevación 0.00 m de la zona de estudio y utilizando toda la información que se describió anteriormente, se construyó un Sistema de Información Geográfica, donde se incluyó la topografía, la batimetría de la zona de estudio, así como las líneas de playa base y las obtenidas del análisis numérico y estadístico que se realizó para los escenarios propuestos. Con ello se desarrolló un mapa de riesgos de zonas de inundación donde se pueden determinar las zonas con mayor vulnerabilidad, así como las zonas de mayor impacto de acuerdo a los escenarios que se analizaron en este estudio y un Sistema de información, para determinar los grados de vulnerabilidad, los principales riesgos detectados, así como los impactos debidos al incremento del nivel medio del mar por efecto del cambio climático.
Se determinaron las zonas de erosión y depósito de la playa, en condiciones actuales y con los escenarios de incremento del nivel del mar por efecto de cambio climático de acuerdo con las proyecciones obtenidas de las diferentes fuentes de información que se investigaron, con los resultados obtenidos, se determinaron por zonas, los riesgos de inundación; se estableció la caracterización de los procesos de erosión en el corto y en el largo plazo utilizando 3 modelos numéricos estáticos y los 2 modelos dinámicos, los cuales son parte de la metodología utilizada por RIVAMP, utilizando las pendientes calculadas para cada una de las secciones. Las simulaciones numéricas se llevaron a cabo usando condiciones variables de oleaje altura y periodo de acuerdo a la Tabla 2. Para todos los casos, se probaron 10 escenarios de aumento del nivel del mar (0.1, 0.15, 0.20, 0.30, 0.50, 1.00, 1.50, 2.00, 2.50 y 3.00 m) como se indica en la Tabla 3.
Tabla 3. Comportamiento de retroceso promedio.
Presentación de resultados La información antes señalada fue procesada para su visualización en la plataforma Google Earth Pro, la cual se integró en un archivo digital. Dicho archivo se estructuró tal como se muestra en la figura 3.
Figura 3. Estructura del SIG (IMT 2018).
Los resultados que aquí se presentan, se realizaron en un Sistema de Información Geográfica, adicionalmente y para facilidad de usuarios que no cuenten con la herramienta del Google Earth, se realizó una presentación en formato Geo PDF, el cual contiene las mismas capas y atributos que el Sistemas de información Geográfica y permite la portabilidad del archivo con los resultados de este estudio como se muestra en la Figura 4. Análisis de resultados Se realizó el análisis de los resultados que se obtuvieron con la aplicación de la metodología descrita con anterioridad, poniendo énfasis en la caracterización de la dinámica litoral relacionada con los efectos del incremento del nivel del mar por efecto del cambio climático. Para llevar a cabo las modelaciones numéricas, se calcularon 113 pendientes de las secciones trasnversales a la línea de playa que se encuentran hasta la entrada de la laguna de Sontecomapan. Con los datos de las pendientes, la altura, el período y la dirección de oleaje, se llevaron a cabo las modelaciones numéricas de cada una de las secciones y de sus condiciones de oleaje, este proceso se calculó con el RIVAMP. Se determinó el retroceso tomando en cuenta los criterios de Dean, Brunn, Edelman, con los cualesse definió el comportamiento del retroceso de la línea de playa con los valores minimos, máximos y promedio que se muestran en la tabla 3.
Figura 4. Visualización del Sistema de Información Geográfica en archivo Geo PDF para el sitio de Sontecomapan, Ver.
Transporte litoral Para determinar el transporte litoral a lo largo de la costa, se realizaron modelaciones numéricas con el software GENESIS (Generalized Model for Simulating Shoreline Change), considerando la posición media de la playa obtenida del cálculo del retroceso por el incremento del nivel del mar. De los resultados de dichas modelaciones se obtuvo el gasto del transporte de sedimentos en 7 secciones de control. De los resultados obtenidos, se realizaron gráficas que relacionaron los cambios en el transporte de sedimentos por efecto del incremento del nivel del mar. Para las secciones 1 y 2 (ver figura 5), las cuales son las más cercanas a la bocana, el incremento del nivel medio del mar influye en el aumento de volumen del transporte litoral, el cual es de aproximadamente 20,000 m3/año en un rango de incremento de nivel de 0.10 a 3m, cabe señalar que la diferencia de volumen corresponde al escenario de 3m y los escenarios menores tienen una diferencia menor. En las secciones 3 y 4 se observa que en el mismo rango de incremento del nivel medio del mar el volumen de transporte litoral es menor con un aumento de aproximadamente 10,000 m3/año para el escenario de 3m que es el máximo del rango, en los rangos menores las diferencia es proporcional. Para las secciones 5,6 y 7 se puede observar que es mínima la influencia del incremento del nivel del mar en el volumen de transporte de sedimentos, lo que nos indica que el mayor grado de influencia para el movimiento de volumen de transporte litoral se encuentra cercano a la bocana y al rompeolas.
Figura 5. Ubicación de las secciones de control para el cálculo del transporte litoral. Fuente: Elaboración propia.
Figura 6. Líneas de playa históricas para la punta Poniente de la Barra de Sontecomapan, Ver.
Determinación de los impactos Se identificaron los principales riesgos, las amenazas, las zonas de vulnerabilidad, así como el impacto de cada uno de ellos en la zona de estudio; con ello se determinaron las zonas de inundación con los escenarios de los incrementos del nivel del mar que se plantearon. Detección de Amenazas Las principales amenazas detectadas debido al incremento del nivel del mar por efecto del cambio climático son: el retroceso en la línea de playa en la zona de la boca; se observan importantes cambios en la configuración de la costa debidos a eventos hidrometeorológicos extremos, los cuales se observan como el retroceso de la línea de playa, el cual se hace evidente en la comparación que se muestra en la figura 4, la cual pudo hacerse mediante el uso de Vehículos Autónomos No Tripulados (VANT’s). La principal amenaza en la zona ubicada en la punta de la Barra de Sontecomapan, se observa que es en la zona comercial y turística cercana al empotramiento del rompeolas, donde se observa que hay un importante retroceso de la línea de playa, lo cual afectó a los pobladores que ocupaban dicha zona. Identificación de zonas Vulnerables Derivado de las modelaciones numéricas y la proyección del retroceso de la línea de playa debida al incremento del nivel del mar por efecto del cambio climático, se prevé que la zona con mayor vulnerabilidad a daños en la zona de estudio es la punta Poniente de la Barra de Sontecomapan, Ver. Identificación de riesgos Los principales riesgos que se identificaron para la zona de estudio fueron los riesgos debidos a fenómenos naturales, ocasionados por eventos hidro-meteorológicos extremos; la erosión costera e inundaciones por el retroceso en la línea de playa debido al incremento del nivel medio del mar; el incremento del nivel medio del mar debido a la sobre elevación por tormenta, así como el incremento en la magnitud de los vientos debido a eventos hidro-meteorológicos extremos y los riesgos debido al incremento de actividades antropogénicas en la zona de estudio, al realizar desarrollos inmobiliarios, comerciales, turísticos o de infraestructura que queden dentro de la zona vulnerable al retroceso de la línea de playa, misma que se estimó en el presente estudio. Existe un riesgo en la preservación de las dunas costeras debido al retroceso de la línea de playa y riesgo de daño en zonas de cultivo sujetas a inundación por el incremento del nivel medio del mar por efecto del cambio climático, así como una alteración de las desembocaduras en la boca de Sontecomapan debidas al incremento del nivel medio del mar por efecto del cambio climático. Determinación de los impactos En tabla 3 se muestra el resumen de los retrocesos de la línea de playa obtenidos para todos los escenarios del cambio de la elevación del nivel del mar. Conclusiones Con los resultados que se obtuvieron en el desarrollo de ésta investigación, se establecieron las siguientes conclusiones. · Derivado del análisis del estado del arte y de la aplicación de la metodología RIVAMP, se concluye que para los escenarios en los que se aplicaron las modelaciones numéricas, uno de los principales efectos del incremento del nivel medio del mar por efecto de cambio climático en la zona de estudio es el retroceso de la línea de playa, y debido a que la mayor parte de la zona de estudio tiene zonas comerciales y turísticas, la afectación en estos sectores es de alto impacto en la zona donde está construido el rompeolas, ya que se presenta un grado de afectación. · Los retrocesos de la línea de playa que se calcularon tienen un tiempo esperado para que se presenten tomando en cuenta que la tendencia del incremento del nivel medio del mar pronosticado para la zona de Alvarado, que es la más cercana a la zona de estudio, es de 1.79 mm/año, por ello es necesario monitorear si dicha proyección corresponde al incremento real que se presenta en la zona de estudio y comparar si dicho valor corresponde a las proyecciones. · El valor promedio de los retrocesos esperados en la línea de playa con los modelos estáticos de Bruun, Dean y Edelman para un incremento del nivel del mar de 2.0m varía de 96 a 136 m y con los modelos dinámicos de Leont’yev y Sbeach se observa que los retrocesos son del orden de 329 a 344 m. · Los movimientos de la línea de playa que se pueden observar en el módulo de líneas recopiladas de agosto 2012, marzo 2014 con un retroceso de 60 m, de 2014 a marzo de 2015 hubo una recuperación de 50 m, de ésta fecha a marzo de 2016 la playa retrocedió nuevamente 50 m pero a ambos lados de la punta y de marzo de 2016 a marzo de 2017, el retroceso fue de 20 m y de marzo de 2017 al julio del mismo año el retroceso fue de 70 a 90 m en algunas partes, el retroceso total de agosto de 2012 a julio de 2017 es de 95 m aproximadamente; estos cambios no pueden asociarse directamente al incremento del nivel del mar por efecto de cambio climático ya que no se tienen elementos de monitoreo o mediciones con los que puedan atribuirse los cambios a este fenómeno, sin embargo la tabla 3, se puede observar que los cambios son muy parecidos a los resultados para los modelos estáticos.
Se agradece la colaboración en este trabajo al M. en C. Etelberto Dionisio Serrano Flores, El M. en C. Jonatan Omar González Moreno, al Oc. Camilo Sergio Rendón Valdez y al Dr. José Miguel Montoya Rodríguez.
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OCAÑA Karina RAMÍREZ Rodolfo MENDOZA Manuel ÁVILA D. Luz PORRES Adriana |
