Multiscale analysis of morphodynamic processes in estuaries and their integration into dredging projects

Resumen

Los estuarios son enclaves de un alto valor social y medioambiental, siendo la base para multitud de formas de vida, el pilar económico de muchas regiones costeras y el nexo de unión entre la tierra y el mar. Las poblaciones que habitan estos entornos necesitan del transporte marítimo para su mantenimiento, lo que implica la ejecución de canales de navegación hacia los puertos que estén en su interior. La profundización de estos canales de navegación en los estuarios normalmente conlleva una alteración del comportamiento de la marea y de distintos procesos morfodinámicos. El conocimiento de la respuesta tanto espacial como temporal de los estuarios frente a estas intervenciones de dragado es aún limitado; existiendo una necesidad real de emplear, y combinar, distintas técnicas y herramientas para conocer el efecto de dichas actividades. Por ello, el objetivo de esta Tesis es profundizar en el conocimiento de los principales procesos que se ven afectados por la actividades de dragado, implementando una amplia variedad de métodos a la hora de evaluar estos proyectos en estuarios. Para la consecución de este objetivo se han empleado datos y medidas de dos estuarios andaluces, en los que tanto el papel de los forzamientos como las estrategias de dragado difieren: el estuario del Guadalquivir y la ría de Punta Umbría. En el caso del estuario del Guadalquivir, en donde la Autoridad Portuaria que gestiona el puerto interior pertenece al Sistema Portuario Español, la presencia de multitud de agentes sociales, económicos y medioambientales hacen que la gestión del dragado sea una tarea compleja. La reciente propuesta para profundizar el canal de navegación ha supuesto un conflicto de intereses entre distintos sectores, debido al posible impacto medioambiental que ello implicaría sobre el estuario. La mayor preocupación se centra en los efectos que pueden tener la marea y la descarga de agua dulce sobre la turbidez, intrusión salina y, en general, el estado ecológico de las masas de agua. En el caso de la ría de Punta Umbría, los puertos interiores están gestionados por la Agencia Pública de Puertos de Andalucía. El estudio de todas las actividades de dragado llevadas a cabo en Andalucía durante los últimos veinte años, mediante una base de datos específicamente desarrollada para este fin, señala al de Punta Umbría como un puerto especialmente problemático. De hecho, se trata de un enclave en donde el coste medio por intervención es de los más altos de la región, y en el que el volumen dragado en el canal de acceso es el segundo mayor de toda la Comunidad. En este trabajo, se analiza la circulación estuarina y la interacción mareo-fluvial en el estuario del Guadalquivir a múltiples escalas espacio-temporales, haciendo especial énfasis en las posibles implicaciones que tendría una profundización sobre la salinidad y los sólidos en suspensión. Para ello, se discuten los distintos mecanismos que controlan el flujo de sal, caracterizando esta circulación a través del coeficiente de viscosidad turbulenta. Además, se obtienen leyes potenciales para conocer la influencia relativa de las mareas, caudal de agua dulce y regímenes de viento sobre la intrusión salina. En este trabajo también se aplican técnicas no estacionarias de análisis, como el análisis armónico a corto plazo y la transformada de ondícula (transformada walet). Estos análisis permitieron la identificación de cambios frecuenciales en distintos puntos a lo largo del estuario en las señales de elevaciones, corrientes así como de los parámetros de elipses de marea; mostrando cuáles son los principales procesos afectados, desde una perspectiva mareo-fluvial, por valores altos de descarga de agua dulce. A continuación, se emplearon ciertas relaciones empíricas entre los distintos agentes forzadores en el Guadalquivir para predecir los posibles cambios, a medio plazo, en la intrusión salina y en los niveles submareales como consecuencia de una profundización en el canal de navegación. Debido a la naturaleza estocástica de la descarga de agua dulce y de la intrusión, se emplearon métodos no-estacionarios y cadenas de Markov. Para las mareas se emplearon modelos deterministas. Métodos heurísticos y modelos de regresión se emplearon para la intrusión y las elevaciones. Las simulaciones de los distintos escenarios se basaron en métodos de Monte Carlo de cadenas de Markov. Además, se estudió el efecto que tendría sobre el estuario una disminución en el aporte de caudal de agua dulce para los próximos años. Distinta escala y procesos presenta la ría de Punta Umbría en comparación con el estuario del Guadalquivir. Durante la última década, se han diseñado y ejecutado tres canales de navegación diferentes en la desembocadura para asegurar la operatividad y seguridad a través de la misma. Debido a los altos costes económicos y medioambientales asociados, los gestores demandan alternativas más eficientes. Para ello, se emplearon medidas hidrodinámicas y dieciocho batimetrías detalladas de la zona. Así pues, se pudieron identificar y cuantificar distintos estados de la desembocadura, considerando tanto las actuaciones de dragado como la evolución del lecho. Un modelo numérico fue calibrado y validado para esta área de estudio, dada la necesidad de conocer mejor la interrelación existente entre los cambios morfológicos y la hidrodinámica. La influencia tanto de la marea como del oleaje se evaluó mediante el cálculo de sendos flujos de energía. La divergencia de estos flujos se relacionó con la actividad morfológica del lecho, encontrando que existe una correspondencia entre las zonas que presentan una mayor sedimentación y aquéllas que tienen una mayor divergencia (negativa) en los flujos. De esta manera, esta Tesis propone una alternativa a los presentes diseños cuya eficiencia radica en minimizar la divergencia de los flujos de energía.