Condiciones oceanográficas en Junquillal, Pacífico norte de Costa Rica.

CONDICIONES OCEANOGRÁFICAS

EN JUNQUILLAL PACÍFICO NORTE DE COSTA RICA

Daniel Ballestero Sakson Juan Pablo Salazar Ceciliano Rebeca Quesada Céspedes José Ángel Vega VegaGustavo Murillo Zumbado

Coordinador técnico por WWF:Ana Fonseca

DICIEMBRE

2010

REPORTE

Universidad Nacional de Costa RicaDepartamento de FísicaLaboratorio de Oceanografía y Manejo Costero (LAOCOS)

CONTENIDOSIntroducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Materiales y Métodos . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Batimetría . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Oleaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Perfiles de Playa y Sedimentos . . . . . . . . 11

Hidrografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Corrientes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Discusión y Recomendaciones . . . . . . . . . . . 19

Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

CONDICIONES OCEANOGRÁFICAS EN JUNQUILLAL

PACÍFICO NORTE DE COSTA RICA3

Junquillal es un tramo de costa de 6 km de longitud donde se localizan cuatro playas sedimentarias are-nosas encajadas entre puntas rocosas. Ubicada en la costa del Pacífico norte de Costa Rica, provincia de

Guanacaste, distrito de Santa Cruz, está limitada en su flanco sur por un man-glar asociado al Río Nandamojo (figura 1). La costa se encuentra expuesta a la influencia de mar abierto, con una plataforma continental estrecha, donde el borde del talud se encuentra a una distancia de entre 10 y 15 km de la orilla, a

una profundidad de 100 m. Desde el Río Nandamo-jo al sur y moviéndose hacia el norte, se encuentran las playas Estero, Honda, Junquillal y Blanca. playa Estero, contigua a la desembocadura del Río Nan-damojo, tiene una longitud de 1500 m, sedimentos oscuros y finos, rocas expuestas en algunos sectores del centro de la playa, y muestra evidencia de intru-siones salinas hasta la trasplaya donde se ubica el manglar. playa Honda, encajada entre formaciones rocosas, tiene forma de herradura, 500 m de longi-tud, sedimentos muy oscuros, pendiente pronun-ciada y sedimentos marinos (conchas) acumulados cerca de la berma. playa Junquillal se extiende 3 km, tiene sedimentos gris oscuros y finos, algunas formaciones rocosas afloradas en puntos del cen-tro, una berma única y piedras sueltas cerca de la línea de rompientes en el encaje rocoso del flanco

sur, donde también se observan fragmentos de conchas y coral. playa Blanca está formada por sedimentos biogénicos blancos de origen marino, se extiende 500 m, y está encajada por formaciones rocosas en sus extremos y en dirección paralela a la línea de costa.

Junquillal es un importante sitio de anidación de tortugas y en los últimos años ha sido objeto de acciones para evitar la depredación de nidos. Durante las úl-timas décadas el nivel relativo del mar en la zona ha aumentado notablemente como resultado del acoplamiento tectónico entre las placas Caribe y Cocos en la subducción de la segunda debajo de la parte continental de la primera (Balles-tero y Pacheco 2010), en tanto que el nivel eustático del mar en esta parte del globo está disminuyendo levemente, a una taza de 1 mm/año (Aviso 2009). El aumento (relativo) del nivel del mar ha causado preocupación sobre el futuro de esta playa y los posibles cambios que eventualmente experimentaría.

Los cambios morfológicos que experimenta un tramo de costa son resultado de la acción de varios factores en varias escalas espaciales y temporales que dan lugar a diversas respuestas morfológicas. Aislar el efecto del aumento del nivel del mar es posiblemente el mayor reto para discernir su impacto. Jiménez et al. (1993) y Sánchez-Arcilla y Jiménez (1994) clasifican los cambios morfológicos de playas en los siguientes cuatro grupos.

Cambios de largo plazo: Son cambios de la costa tanto en planta (paralelo a la orilla) como en perfil (transversal a la orilla) que determinan el balance de sedi-mentos producidos por varios agentes: aporte de sedimentos por ríos, variaciones del nivel relativo del mar, intercambios de sedimentos entre el perfil activo de la

INTRODUCCIÓN

Figura 1 Vista aérea del estero,

Junquillal



playa y la parte más interna de la plataforma continental inducidos por el oleaje y las corrientes, e incluso intercambios de sedimentos en la playa emergida (por ejemplo causados por el viento), en cuyo caso la escala temporal puede ser de décadas o más.

Cambios de mediano plazo: Experimentados por la costa de forma sistemá-tica, pueden considerarse como la tendencia evolutiva de un tramo costero en escala de kilómetros y varios años. El principal agente es el transporte longitudi-nal de sedimentos por el oleaje y, más específicamente, sus variaciones a lo largo de la costa. Se evalúa considerando el oleaje dominante o anual.

Cambios de corto plazo: Son cambios en la zona más activa del perfil (zona de rompientes) que se traducen en avances y retrocesos de la orilla, así como en modificaciones del sistema surco/barra. Los agentes son el oleaje y el viento en escalas de tiempo estacionales o cíclicas (por ejemplo la alternancia de oleaje de baja energía y tormentas en verano e invierno respectivamente). La escala tem-poral es inferior a un año, pudiendo registrarse variaciones del orden de horas.

Cambios episódicos: Son originados por agentes altamente energéticos con período de retorno largo, evidenciados como modificaciones (por ejemplo ero-sión durante una tormenta) muy importantes y de mayor magnitud que la de cambios a corto plazo. El principal agente es la combinación de nivel del mar elevado (marea meteorológica) y temporales de oleaje. Estos cambios no tienen escalas de tiempo definidas, se consideran aleatorios y aparecen localizados en tiempo y espacio, ya que sólo algunos tramos de la costa, debido a su morfología, son sensibles a estas condiciones.

La evolución costera es resultado de la acción de agentes de los cuatro tipos descritos más arriba, y en general los cambios son difíciles de caracterizar. Los cambios en planta son consecuencia de la existencia de un gradiente longitudi-nal en el transporte de sedimentos a lo largo de la línea de orilla, de modo que un gradiente positivo produce erosión y un gradiente negativo resulta en acu-mulación de sedimentos e incrementa la superficie de la playa. Los cambios en el perfil se producen en dirección normal a la costa, generalmente por el transpor-te transversal de sedimentos. Suelen ser estacionales o cíclicos ya que dependen de la energía del oleaje, que suele tener carácter estacional, y se identifican dos tipos de cambios o perfil: (a) El Perfil de erosión o de tormentas, que se produce durante la acción de tormentas con oleaje de alta energía y corrientes de retorno muy intensas, produce erosión en la parte interna del perfil y retroceso en la línea de orilla, transportando sedimentos mar adentro y depositándolos gene-ralmente como barras sumergidas, lo que suaviza la pendiente del perfil (las barras funcionan como filtros energéticos y a modo de reservorio de sedimen-tos). El perfil de acreción se produce durante la acción de oleaje de baja energía o reconstructor. Bajo estas condiciones el sedimento depositado como barra es transportado hacia la costa hasta llegar a la orilla produciendo su avance. Las escalas de tiempo a las que se producen ambos perfiles son distintas. El perfil erosivo puede formarse en horas, mientras que el de acreción puede tardar me-ses y puede ser interrumpido por un nuevo temporal.

Wright y short (1983, 1984) clasifican los tipos de playa en base a los regímenes de marea y oleaje en una gama que va desde el estado disipativo al estado reflectivo por medio del parámetro conocido como surf similarity parameter, determinado por la pendiente de la playa y el oleaje. El estado disipativo se caracteriza por una



pendiente suave, zona de rompientes ancha (con barras paralelas a la playa) y co-rresponde a un perfil de playa erosivo. El estado reflectivo tiene un perfil de playa de gran pendiente, ausencia de barras sumergidas y zona de rompientes estrecha. Esta clasificación, muy utilizada en morfodinámica de playas, ha sido cuestionada (eg. Jackson and Cooper 2009) en su aplicación práctica.

Dada la complejidad de la evolución de playas y el alto costo involucrado en la obtención de datos para caracterizarla, se utilizan ampliamente modelos como herramientas para estimar el efecto que tendrán sobre la playa los cambios en su situación evolutiva. Existen modelos físicos que involucran modelos de laboratorio (de pequeña o gran escala) y mediciones de campo. Los modelos numéricos basados en la física son muy utilizados por su economía y rapidez, pero pueden requerir simplificaciones que en ocasiones resultan poco realistas. Los modelos estadísticos utilizan funciones empíricas basadas en conjuntos de datos para aislar los modos de evolución del tramo de costa analizado. Los mo-delos analíticos son más sencillos de aplicar y pueden producir una estimación aceptable del comportamiento de la costa. Existen formulaciones analíticas en planta para predecir la forma de playas y modelos del perfil

MODELOS EN PLANTABahías de equilibrio: son de los más usados para predecir la forma de equilibrio de playas encajadas y asume que en el equilibrio el transporte neto de sedimen-tos a lo largo de la costa es nulo. La condición es que la playa esté encajada entre barreras impenetrables sin intercambio de sedimentos a través de sus extremos y que no existan aportes ni sumideros de sedimentos en la playa. Si el balance sedimentario variara en el tiempo, la forma de equilibrio variaría también. Estos modelos son difíciles de generalizar y existen numerosas formulaciones de la forma de la curva de playa.

Modelos basados en la ecuación de difusión: se basan en la física del modelo que se quiere simular y son más generales y aplicables que los anteriores. La ecuación de difusión puede resolverse como un problema de valores iniciales o de condi-ciones de contorno (por ejemplo estudiar la deformación de la costa en el tiempo partiendo de una condición inicial, o la evolución de la costa en las proximidades de un río). Larson et al. (1987) revisan las posibles soluciones analíticas y discuten más de 25 soluciones para diferentes formas iniciales y condiciones de contorno.

MODELOS DEL PERFILPerfil de equilibrio: se considera como perfil de equilibrio aquel que disipa toda la energía incidente de modo que no hay cambios de morfología. Esto asume un equilibrio estático solo posible con un oleaje monocromático y altura de ola constante, que no es verificable en la realidad. Sin embargo, a corto plazo se pueden utilizar los modelos de perfiles de erosión y acreción o disipativos y re-flectivos. A largo plazo se define como el perfil que disipa la mayor parte de la energía que incide en el oleaje en un año típico, con una forma promedio alrede-dor de la cual hay oscilaciones. Bruun (1954) propuso un perfil de equilibrio de largo plazo y existen numerosas variaciones de esa formulación, algunas de las cuales utilizan dos perfiles diferenciados a ambos lados de la zona de rompiente.



Los modelos de perfil de erosión predicen la recesión de la línea de orilla bajo la acción de una tormenta caracterizada por un ascenso en el nivel del mar (Storm surge) y un oleaje muy energético (Bruun 1962, Edelman 1970, Dean 1982). El modelo de Bruun se desarrolló para estimar la erosión debida a un ascenso del nivel del mar y ha sido extrapolado al caso de un ascenso repentino por tormenta, y todavía es utilizado ampliamente para evaluar la erosión y el retroceso de la línea de costa en playas arenosas. Sin embargo, el modelo o regla de Bruun no parece resistir la comparación con mediciones reales (Cooper and Pikley 2004).

La utilización de un modelo específico para evaluar los cambios que po-dría experimentar la costa en Junquillal ante un ascenso del nivel del mar requerirá, necesariamente, de información oceanográfica de campo tan-to para su formulación como para su calibración y evaluación. El objetivo de este estudio es recabar datos oceanográficos para generar los primeros insumos necesarios para la formulación e implementación de un modelo predictivo para Junquillal. La información que se requiere para ese fin de-bería cubrir por lo menos un año, e idealmente varios años, para obtener información climática, especialmente del oleaje. El alcance de este estudio está por debajo de los requerimientos mínimos, pero constituye el primer paso en la formulación de un potencial programa de observaciones oceano-gráficas para la implementación de modelos predictivos específicos para el sistema de interés.

En 2010 se llevaron a cabo 4 campañas en la zona de Junquillal para la obtención de datos de bati-metría, perfil de playa, sedimentos, hidrografía, co-rrientes y oleaje los días 6 al 8 de marzo, 13 al 15 de marzo, 3 al 19 de julio y 22 de julio al 9 de agosto. En la primera gira, además de obtener datos de per-fil de playa y muestras de sedimentos en las cuatro playas, se realizó un sondeo batimétrico hasta 50 m de profundidad. Los datos de batimetría obtenidos en la primera expedición se utilizaron para definir el sitio de ubicación del correntímetro acústico de efecto Doppler (ADCP por sus siglas en inglés), que se instalaría posteriormente para la obtención de datos de corriente y oleaje. En la segunda visita se hicieron perfiles de playa (figura 2) y se instaló el ADCP durante poco más de 24 horas para el entre-namiento del equipo científico participante y eva-luación del instrumento, utilizado por primera vez en este estudio. Por un error de programación ins-trumental, durante el anclaje de la primera quince-na de julio, el ADCP sólo registró datos de velocidad

del agua, por lo cual se realizó un nuevo anclaje del perfilador del 23 de julio al 8 de agosto. Durante esta última campaña se completaron además 3 transep-tos hidrográficos perpendiculares a la costa de playa Junquillal, se realizaron perfiles de playa, se completó el levantamiento batimétrico del área y se llevó

MATERIALES Y MÉTODOS

Figura 2 Mediciones para determinar

el perfil de playa en playa Junquillal



a cabo el entrenamiento de un grupo voluntario en Junquillal para la determinación periódi-ca de perfiles de playa.

El levantamiento bati-métrico se realizó con un Sonar-GPS Garmin, modelo GPSMAP 421S, instalado en la embar-cación perteneciente a un navegante local uti-lizada durante todas las campañas de este es-tudio. Las medidas de profundidad del fondo fueron corregidas por la variación mareal del nivel del mar y regis-tradas en un mapa de la zona de estudio.

Corrientes y oleaje direccional fueron medidos con un ADCP marca Teledyne RD Instruments, modelo Workhorse de 1200 khz, anclado al fondo a una pro-fundidad de 12 m y dirigido hacia arriba (figura 3), frente a la parte central de playa Junquillal, en la posición (10.159 °N, 85.813 °O). Las mediciones se obtu-vieron en toda la columna de agua en 28 capas de 0.5 m de espesor, en intervalos de 20 minutos por hora con una frecuencia de muestreo de 2 hz, siguiendo las recomendaciones de WMO (1998). El ADCP mide el corrimiento Doppler de la señal sonora dispersada por el seston en movimiento en el agua para determinar la velocidad a la que esas partículas se mueven con la corriente. Determina los parámetros no direccionales del oleaje utilizando las velocidades orbitales del oleaje como método primario, y el sensor de presión y rango a la superficie como medidas redundantes, en tanto que la dirección del oleaje se determina por el método de máxima probabilidad a un conjunto de 12 velocidades orbitales.

Temperatura y salinidad se midieron en toda la columna de agua desde la em-barcación con un CTD (conductivity-temperature-depth) marca Falmouth Scientific, con una frecuencia de muestreo de 2 hz, en 15 estaciones distribuidas en 3 transeptos perpendiculares a la costa hasta una profundidad de 50 m.

Se utilizó equipo topográfico para determinar el perfil de playa en varios sectores de las cuatro playas de Junquillal y se obtuvieron muestras de arena para análisis de sedimentos en 4 transeptos en playa Junquillal. Las mues-tras se recogieron a 60 cm de profundidad en 3 puntos de cada transepto: en la arena intermareal, en la parte media de la playa y en el borde entre la berma y la playa. En el laboratorio se secaron las muestras a 100 ºC, se filtraron en un juego de cribas para clasificación por tamaño y se pesaron las clases obtenidas para obtener la composición porcentual y el sustrato dominante en cada punto. El mismo procedimiento se utilizó para clasificar las muestras de sedimento marino obtenidas utilizando una draga a lo largo de un transepto entre el Estero y Callejones.

Figura 3Fondeando el ADCP

en playa Junquillal.



BATIMETRÍA La figura 4-a muestra las isobatas obtenidas de los levantamientos batimétricos realizados durante 3

campañas entre marzo y agosto de 2010 entre la orilla y 50 m de profundi-dad, donde se muestran también las estaciones hidrográficas realizadas en

julio-agosto a lo largo de 3 segmentos perpendi-culares a playa Junquillal. Las figuras 4-b, c y d muestran los perfiles de batimetría a lo largo de los 3 transeptos hidrográficos en la parte interna de la plataforma continental, con una pendiente media en la zona de 0.6 º. La figura 5 muestra la cobertura espacial de la exploración batimétrica lograda durante las expediciones. Las zonas don-de la densidad espacial de mediciones es relati-vamente baja debido a problemas de cavitación durante la navegación podrían ser revisitadas en el futuro si el modelo utilizado para investigar po-tenciales cambios morfológicos así lo requiriera.

RESULTADOS

Figura 5cobertura espacial de datos batimétricos .

Figura 4Isobatas en la costa de Junquillal (a) y perfiles batimétricos

(b, c y d) a lo largo de 3 transeptos perpendiculares a la orilla hasta 50 m de profundidad. La figura 4-a muestra las

estaciones perfiladas con CTD en agosto.

Pendiente del Transecto 1

-50.8

-40.8

-30.8

-20.8

-10.8

-0.8 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

Distancia (m)

Prof

undi

dad

(m)

Pendientes del Transecto 1

Lineal (Pendientes delTransecto 1)

Pendiente media , m = -11.19 e-3 Pendiente 2, m2 = -6.26 e-3 Pendiente 3, m3 = -18.57 e-3 Pendiente 4, m4 = -11.29 e-3 Pendiente 5, m5 = -20.00 e-3

m1

m2

m3

m4

m

Pendiente del transecto 2

-49.4

-44.4

-39.4

-34.4

-29.4

-24.4

-19.4

-14.4

-9.4

-4.40 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Distancia (m)

Prof

undi

da (m

)


Lineal (Pendientes delTransecto 2 )


m1

m2

m3

m4

m

Pendiente del Transecto 3

-48.6

-43.6

-38.6

-33.6

-28.6

-23.6

-18.6

-13.6

-8.6

-3.60 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Distancia (m)

Prof

undi

dad

(m)


Lineal (Pendientes delTransecto 3)


m1

m2

m3

m4

m

A

C

B

D



OLEAJESe obtuvieron series de tiempo de parámetros de oleaje direccional incluyendo altura significativa (Hs), período medio (Tm) para cada intervalo de medición y por día, período pico (Tp), altura del 10 % de olas de mayor amplitud (H1/10), dirección (Dm) y dirección de la ola pico (Dp) entre el 14 y 15 de marzo y entre el 23 de julio y el 8 de agosto.

Mediciones de marzo 2010

El campo de oleaje durante esta observación estuvo dominado por oleaje de fon-do con períodos de entre 10 y 15 segundos (figura 6-b), con un evento el día 14 de marzo a las 15:25 hs (figura 6-a) asociado a oleaje con período de 4 segundos (figura 6-b). Hs aumentó en forma sostenida desde el inicio del fondeo hasta alcanzar su valor máximo de casi 1.3 m a las 15:15 hs del 14 de marzo, corres-pondiente a un período Tp de 13.3 segundos, y luego se mantuvo entre 0.8 m y 1 m. Mientras que el oleaje de períodos altos provino del oeste, el evento de pe-ríodo 4 s provino del sur (figura 6-c). La figura 6-d ilustra la capacidad del ADCP utilizado para distinguir entre dos señales de amplitud similar provenientes de direcciones distintas. La tabla 1 sintetiza los resultados de la campaña de marzo.

Tabla 1

Figura 6Parámetros del oleaje en

playa Junquillal, 14-15 de marzo 2010: (a) altura

significativa, (b) período pico, (c) dirección de ola pico y (d) espectro direccional obtenido

el 14 de marzo a las 16:25 hs. en un intervalo de 20 minutos.

A

C

B

D



TABLA 1Parámetros de oleaje 14-15 de marzo 2010

Hs (m) H 1/10 (m) Tp (s) Tm (s) Dp (grados) Dm (grados)Promedio 0,917 1,165 12,474 6,488 263,816 260,987

Desviación 0,110 0,140 2,085 1,495 18,254 13,786Máximo 1,260 1,600 14,8000 8,800 327,000 300,000Mínimo 0,590 0,760 3,900 3,900 178,000 190,000

Mediciones de julio-agosto 2010

La serie de tiempo obtenida en julio-agosto, de 15 días de duración, muestra un nivel de energía superior a la serie de marzo (valores promedio y máximo de Hs de 1.4 m y 2.8 m respectivamente, figura 7-a), asociado principalmente a oleaje de fondo con Tp > 12 s y un componente importante con 6 s < Tp < 10 s (figura 7-b). La dirección dominante del oleaje incidente es del SO (figuras 7-c,d), pero las señales de mayor amplitud registradas, con alturas mayores a 2 m, fueron de oleaje de fondo proveniente del NO y del O-NO. La tabla 2 sintetiza las observa-ciones obtenidas en julio-agosto.

A

C

B

D

Figura 7Parámetros del oleaje en

playa Junquillal julio-agosto 2010: (a) altura significativa,

(b) período pico, (c) dirección de ola pico y (d) espectro direccional obtenido el 7

de agosto a las 9 hs. en un intervalo de 20 minutos.



TABLA 2 Parámetros de oleaje 23 de julio - 18 de agosto 2010

Hs (m) H 1/10 (m) Tp (s) Tm (s) Dp (grados) Dm (grados)Promedio 1,339 1,701 12,137 6,427 236,734 236,922

Desviación 0,22 0,279 3,227 0,841 18,855 14,913Máximo 2,180 2,770 19,500 8,800 300,000 306,000Mínimo 0,940 1,200 6,200 4,300 132,000 185,000

PERFILES DE PLAYA Y SEDIMENTOSSe llevaron a cabo mediciones topográficas para la determinación del per-fil en las cuatro playas (figura 8) en seis giras obteniéndose un acervo de información que, dada su extensión, se discute detalladamente en el apén-dice 1. Se presentan acá los resultados más significativos obtenidos en pla-ya Junquillal.

Figura 8Algunos de los sitios

(sectores) visitados en diferentes oportunidades en

(a) playa Estero, (b) playa Honda, (c) playa Junquillal y (d) playa Blanca para la

determinación del perfil de playa. S: sector, G: gira.

A

C

B

D



La figura 9 muestra perfiles de playa en playa Junquillal determinados en el mismo sector en dos oportunidades: el 15 de marzo (línea azul) y el 7 de agosto (línea roja). El sector 1 (10° 9,385 N, 85° 48,475 O), en la parte sur de la playa, muestra un perfil de acreción con una acumulación de sedimentos de 84 cm de altura entre las fechas de observación. Los otros sectores en cambio mues-tran cambios morfológicos de signo opuesto entre las fechas de observación, con erosión resultante en un descenso del nivel sedimentario de 93 cm cerca de la trasplaya en el sector central (10° 9,778333 N, 85° 48,578333 O) y de 1.1 m en el sector norte (10° 10,13666 N, 85° 48,814 O), cerca de las formaciones rocosas que encajan la playa.

La composición sedimentaria en playa Junquillal está dominada, en la mayo-ría de los sectores evaluados (7 de 11), por arenas medio gruesas (0.25 – 0.5 mm) que constituyen el 50 % o más del sustrato, en tanto que en dos de los sectores la arena fina (0.125 – 0.250 mm) fue el principal sustrato. La arena muy fina (< 0.125 mm) fue inferior al 10 % de la composición en todos los ca-sos, en tanto que la arena gruesa (0.5 – 2 mm) llegó al 40 % de la composición en dos sectores y al 20 % en otros dos.

Figura 9Perfiles medidos el 15 de marzo (línea

azul) y el 7 de agosto (línea roja) en playa

Junquillal.



El sustrato marino está compuesto principalmente por arenas finas y muy finas en el área ocupada por las estaciones M1, M2, M3, M5 y M7, en tanto que en las estaciones M6, M8, M9, M10 y M11 la arena gruesa y medio gruesa constituye más del 50 % de la composición sedimentaria. La figura 10 sintetiza los resulta-dos del análisis de composición sedimentaria en la playa y en el lecho marino.

0%

20%

40%

60%

80%

100%

1A 1B 1C 1D 2A 2B 2C 2D 3B 3C 3D

Identificación

Porc

enta

je arena muy fina (<0,125 mm)arena fina (0,25-0,125 mm)arena medio gruesa (0,5-0,25 mm)arena gruesa (2-0,5 mm)

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

100%

M1

M2

M3

M5

M6

M7

M8

M9

M10

M11

Identificación

Porc

enta

je

arena muy fina (<0,125 mm)

arena fina (0,25-0,125 mm)

arena medio gruesa (0,5-0,25mm)

arena gruesa (2-0,5 mm)

HIDROGRAFÍALa figura 11 muestra secciones transversales de temperatura, salinidad y densi-dad a lo largo de los tres transeptos perpendiculares a playa Junquillal señala-dos en la figura 4-a hasta una profundidad de 50 m.

Figura 10Composición del

sustrato en (a) playa Junquillal y (b) el lecho

marino.

A

B



Figura 11Secciones transversales de (a) temperatura, (b) salinidad y (c) densidad medidas durante la campaña del 7 de agosto en

playa Junquillal a lo largo de los 3 transeptos indicados en la figura 4-a.

A

B

C



Figura 12Componentes

zonal (trazo rojo) y meridional (trazo azul)

de la corriente en el fondo (A), a media

columna de agua (B) y en la superficie (C).

(Continúa en la siguiente página)

La parte superior de la columna de agua está ocupada por una capa costera cálida de temperatura superior a 27 °C y salinidad inferior a 34 unidades prácticas de salinidad (ups). La capa superficial, de entre 5 y 10 m de espesor, es considerablemente homogé-nea en temperatura pero la estratificación salina se extiende desde la superficie hasta el fondo. Las isolíneas se inclinan hacia arriba cerca de la orilla en los transeptos 1 y 2 sugiriendo circulación divergente y afloramiento, en tanto que el transepto 3 muestra hundimiento de las isolíneas en la costa.

Se observa una termoclina local, somera e intensa entre 5 y 15 m de profundidad, con gradientes de hasta 0.5 °C/m, que determina una picnoclina, mejor definida en el transepto 1, que se hunde desde 7 m de profundidad en la costa hasta 13 m mar adentro. En el transepto 3 la picnoclina es muy difusa y prácticamente ausente, con un gradiente vertical de densidad casi uniforme desde la superficie hasta el fondo. La isoterma de 20 °C, que identifica el centro de la termoclina regional en el Pacífico Tropical Este, se localiza entre los 30 m (transepto 1) y los 40 m (transepto 3) de profundidad. No se logró determinar la extensión completa de la capa costera de baja salinidad, que claramente se extiende en esta época del año más allá de los 5 km de distancia de la orilla.

CORRIENTESLa figura 12 muestra la serie de tiempo de las componentes zonal (u) y meridional (v) de la velocidad de la corriente, medida en julio-agosto, en 3 niveles de la columna de agua: en el fondo, 1 m arriba del ADCP (A), en la mitad de la columna de agua, 6.5 m arriba del ADCP (B) y casi en la superficie, 12.5 m arriba del ADCP (C). La magnitud de la velocidad es máxima en la capa superficial, disminuyendo hasta un orden de magnitud en las capas subsuperficiales.

A



B

C

Se aplicó la Transformada Rápida de Fourier (FFT) a las series de tiempo de u y v (figura 12) para identificar las señales de mayor potencia presentes en los datos. Para u se encontró la máxima amplitud en la señal de período Tu = 12,65 horas (promediando en los 3 niveles analizados), en tanto que para v la señal dominante tiene período Tv = 12,25 horas (promedio de los 3 niveles mostrados). Debido a que las componentes u y v son proyecciones de la corriente cuya variabilidad tiene un período único, y asumiendo que la pequeña diferencia encontrada entre Tu y Tv es resultado de pequeñas diferen-cias aleatorias en las mediciones y procedimientos del cálculo, se tomó el período de la señal dominante como T = (Tu+ Tv)/2 obteniéndose T = 12,45 hs, valor muy cercano al de la señal de la marea astronómica M2 que domina en el Pacífico centroamericano (Flemming 1937, Murillo 1997).

Una vez identificada la frecuencia dominante en la serie de tiempo de la velocidad del agua se aplicó un filtro para aislar esta señal, obteniéndose así las componentes zonal y meridional de la corriente mareal mostradas en la figura 13 para la capa superficial



solamente. Estos datos se utilizaron para graficar los vectores de velocidad de la corriente mareal en el plano u-v. La figura 14 muestra un ejemplo para un ciclo de 13 horas (sólo se muestran las puntas de los vectores de velocidad), donde se observan elipses de marea bastante bien definidas con rotación anticiclónica del vector velocidad en los 3 niveles de la columna de agua mostrados. Nótese que la orientación del semieje mayor cambia entre los niveles mostrados y que los ciclos mareales entre las capas están desfasados.

Figura 13Componentes zonal

(rojo) y meridional (azul) de la corriente

mareal en la superficie.

Figura 14Elipses mareales

obtenidas en el fondo, a 2 m sobre el ADCP (A), a media columna

de agua, 6 m arriba del ADCP (B) y en

la capa superficial, a 12 m sobre el ADCP

(derecha), para el ciclo mareal de 12.4 hs.

desde el 30 de julio a las 22 hs. Nótese el

cambio de escala en la capa superficial.

(Continúa en la siguiente página)

A



B

C



Se logró obtener un acervo de datos e información que constituyen una línea base de conocimientos para iniciar un estudio de los posibles cambios que podría experimentar Junquillal en respuesta a cam-bios climáticos y sus consecuencias, particularmen-te un eventual aumento del nivel del mar. El cálculo de balances y transporte de sedimentos está más allá

del alcance de este estudio, y un análisis detallado de los datos ahora disponi-bles, gran parte de los cuales está todavía siendo procesado, debería realizarse en una próxima fase. Se discuten a continuación, en forma preliminar, algunos aspectos de los resultados presentados en la sección anterior.

El levantamiento bati-métrico realizado en la parte interna de la pla-taforma continental, desde la costa hasta 50 m de profundidad, re-veló una pendiente re-marcablemente grande de 0.6 º, la existencia de canales y algunas eleva-ciones submarinas (fi-gura 15). La evaluación del carácter permanen-te o transitorio de estas formaciones submari-nas debería llevarse a cabo con nuevos levan-tamientos batimétricos en intervalos de un año.

Las pendientes de los perfiles de playa mos-traron valores de mode-rados a elevados, siendo playa Junquillal la de menor pendiente entre las cuatro playas investi-gadas. Promediando las

pendientes de los perfiles realizados en cada playa (ver apéndice) se obtuvieron va-lores de 5.4 º en playa Estero, 7.9 º en playa Honda, 4.8 º en playa Junquillal y 9.1 º en playa Blanca. El valor relativamente bajo de la pendiente de playa Junquillal su-giere que está sometida a la acción de olas de considerable amplitud, aunque la ber-ma parece estar asociada a la acción de oleaje de baja amplitud. Alternativamente, la berma podría ser resultado de erosión por oleaje de tormentas de gran amplitud.

La comparación entre los perfiles de playa de marzo y los perfiles de agosto (fi-gura 9) no sólo demuestra los notables cambios morfológicos (del orden de 1 m de altura de sedimentos) que experimenta esta playa durante el cambio de estación. Vale la pena remarcar también que distintos sectores experimentaron cambios de signo opuesto, obteniéndose para este período un perfil de acreción en el sector sur de playa Junquillal y perfiles de erosión en los sectores central

DISCUSIÓN Y RECOMENDACIONES



y norte. El oleaje incidente durante julio-agosto provino principalmente del SO (dirección 236 º), compuesto por oleaje de fondo de período 12 s (tabla 2). Estas condiciones prevalecen durante el invierno del hemisferio sur (junio-julio-agos-to), cuando las tormentas del Océano Sur (Southern Ocean) producen oleaje que incide eventualmente en la costa Pacífica centroamericana como oleaje de fondo (“swell”) de períodos largos. Este tipo de oleaje, si es de baja amplitud, tiende a construir playas moviendo sedimentos hacia arriba a lo largo de la pendiente de la playa y podría explicar el perfil de acreción observado en el sector sur de playa Junquillal, así como la berma ubicada en el borde de la trasplaya. La ero-sión observada hacia el norte, en cambio, podría ser explicada por a) eventos de oleaje de tormentas cercanas capaces de erosionar rápidamente los sedimentos acumulados durante la acción del “swell” de baja amplitud, o b) por la incidencia de “swell” de gran amplitud, que ocasionalmente impacta las costas del Pacífico centroamericano y, si estos eventos coinciden con mareas vivas, pueden ocasio-nar fuerte erosión y daños a las estructuras en la zona costera.

El aspecto remarcable de los resultados anteriores es la respuesta diferenciada de distintos sectores de la misma playa a un mismo campo de oleaje. El eventual desarrollo de un modelo predictivo para esta playa debería incorporar estas ob-servaciones, que a su vez necesitan ser confirmadas con la repetición periódica de mediciones para estudiar la evolución anual del perfil de playa en varios sectores.

Otro aspecto importante para la eventual formulación de un modelo es el aporte de sedimentos provenientes, principalmente, de la pluma del Río Nandamo-jo. Las secciones verticales de temperatura y salinidad de la figura 11 muestran claramente que en el transepto sur, el más cercano a la desembocadura del río Nandamojo, las isolíneas se inclinan hacia el fondo cerca de la orilla. Esta confi-guración podría ser resultado de dos causas: a) circulación convergente y hundi-miento del agua en la costa como resultado de forzamiento del viento soplando paralelamente a la orilla, con la orilla a la derecha del viento o b) apilamiento de agua en la costa originado en la descarga de agua dulce de origen continental, con el consiguiente hundimiento de las isolíneas. La explicación basada en el

forzamiento del viento debe ser descartada en vista de que las isolí-neas en los transeptos 1 y 2 se inclinan hacia arriba cerca de la costa, contrariamente a lo que ocurriría si existiera el forzamiento discutido en (a). La tercera co-lumna de la figura 11 re-vela, además de la incli-nación hacia el fondo de las isolíneas en el tran-septo 3, una capa cálida superficial más ancha y de menor salinidad que en los transeptos 1 y 2, lo que indica un mayor volumen de agua del río. La figura 16 muestra la

Figura 16Distribución de salinidad en la

superficie el 7 de agosto



distribución superficial de salinidad, obtenida durante el levantamiento hidro-gráfico del 7 de agosto, evidenciando una zona frontal entre el agua de menor salinidad relativa en el costado sur y el agua más salina hacia el norte, evidencia de la influencia del agua descargada por el Río Nandamojo en el flanco sur. La deposición diferenciada de sedimentos de sur a norte, transportados por la plu-ma del río Nandamojo, podría ser un elemento a tener en cuenta para explicar el perfil de acreción obtenido en el flanco sur de playa Junquillal (figura 9).

Adicionalmente, la descarga y apilamiento de agua en la costa producen una inclinación de la superficie del mar, ascendente desde el interior del mar hacia la orilla, y estas condiciones podrían generar una corriente costera en balance geostrófico a lo largo de la orilla y dirigida hacia el norte. La magnitud y exten-sión hacia el interior del océano de esta corriente, así como su posible rol en el transpore de sedimentos a lo largo de la costa, deberían ser objeto de un próxi-mo estudio. Finalmente, la extensión de la capa costera de baja salinidad hacia el interior del océano debe ser medida realizando transeptos hidrográficos que se extiendan más allá del bode de la plataforma continental.

Debe señalarse en este punto que los valores de temperatura de 28 ºC en la su-perficie, medidos en la campaña del 7 de agosto, son consistentes con los valores climatológicos reportados en la literatura (eg. Conkright et al. 2002), pero la sa-linidad observada en las capas subsuperficiales, con valores superiores a 34 psu, está por encima del valor máximo esperado en esta parte del Pacífico tropical, de 34 psu. El CTD utilizado en este estudio será sometido próximamente a revisión y recalibración, y si fuera necesario se aplicará una corrección a los valores de salinidad medidos en esta campaña.

Las mediciones de corriente en la columna de agua mostraron que la señal do-minante es la marea astronómica semi-diurna de período 12.45 horas, fuerte-mente atenuada por fricción con el fondo (figura 12). Los vectores de corriente en cada ciclo de 13 horas muestran una bien definida elipse mareal, muy simé-trica, en los distintos niveles de la columna de agua, con una amplitud un orden de magnitud menor en el fondo respecto a la superficie. La orientación espacial del semieje mayor de las elipses mareales cambia a lo largo de ambas series de tiempo de 15 días de duración, así como el sentido de la rotación del vector de velocidad (datos no mostrados), alternando entre rotación ciclónica y antici-clónica. La fricción con el fondo también produce desfase en el ciclo mareal de corriente entre la superficie y el fondo (figura 14), pero la turbulencia inducida por la fricción parece no suprimir la fuerte estratificación de la columna de agua (figura 11). Las corrientes de largo plazo, obtenidas promediando las velocida-des de cada serie de tiempo de 15 días, también mostraron diferencias entre la superficie y el fondo. Las mediciones del 4 al 19 de julio arrojaron una velocidad de 1.27 cm/s paralela a la costa hacia el norte en la superficie, y de 2.37 cm/s paralela a la costa hacia el sur en el fondo. Las mediciones del 23 de julio al 8 de agosto arrojaron velocidades de 7.72 cm/s paralela a la costa hacia el norte en la superficie y de 0.74 cm/s paralela a la costa hacia el sur en el fondo. La variabi-lidad de estas corrientes residuales, determinantes del balance de transporte de sedimentos, debe ser objeto de análisis tomando en cuenta la variabilidad de la descarga del río Nandamojo, del forzamiento del viento y del oleaje.

La información recabada en este estudio documenta algunas variables oceano-gráficas medidas en tres cortos intervalos de tiempo: a) dos días de mediciones de parámetros de oleaje direccional con un ADCP fondeado a 12 m de profundi-



dad en marzo de 2010, a finales de la estación seca; b) 15 de días de mediciones de corrientes en la columna de agua medidas con un ADCP fondeado a 12 m de profundidad en julio 2010, durante la estación lluviosa y c) 15 días de medicio-nes de parámetros de oleaje direccional y corrientes con un ADCP fondeado a 12 m de profundidad en julio-agosto 2010, junto a un levantamiento hidrográfico entre la orilla de playa Junquillal y 50 m de profundidad realizado el 7 de agosto de 2010 en plena estación lluviosa. Los datos anteriores, junto a la información batimétrica y topográfica de las playas, puede ser utilizada para iniciar la formu-lación de un modelo predictivo específico para el sitio.

Debe remarcarse una vez más, sin embargo, que los datos obtenidos son in-suficientes para caracterizar climáticamente las condiciones oceanográficas de Junquillal. En particular, es indispensable al menos repetir las observaciones durante el pico de la estación seca en enero-febrero, cuando las condiciones at-mosféricas y oceanográficas son completamente distintas. Por un lado, durante la estación seca de Centroamérica el hemisferio sur se encuentra en verano y disminuye la intensidad del oleaje proveniente de los mares del sur. Al mismo tiempo, la intensificación de los vientos del NE en Centroamérica entre diciem-bre y marzo modifica profundamente las condiciones regionales y locales. La ca-nalización del viento a través del Lago de Nicaragua y el borde Nicaragua-Costa Rica conduce a la formación del jet de viento de Papagayo (Ballestero and Coen 2004), perpendicular a la costa y extendiéndose cientos de kilómetros hacia el interior del Pacífico, con intensidades de 10-20 m/s y ráfagas que pueden alcan-zar los 50 m/s. Sobre el flanco ciclónico (sur) del jet se produce afloramiento y levantamiento de la termoclina a escala regional, que probablemente modifique las propiedades del agua en Junquillal. Es de esperar que el oleaje incidente sobre Junquillal incluya en esta época componentes con altura significativa de mayor magnitud provenientes del NO. Finalmente, la escasa precipitación que caracteriza al Pacífico norte costarricense en la estación seca debería traducirse en una importante disminución del volumen de agua dulce descargado por el río Nandamojo y el consiguiente cambio en la hidrografía de la zona costera.



REFERENCIAS

Aviso 2009: http://www.aviso.oceanobs.com

Ballestero, D. and Coen, 2004: Generation and propagation of anticyclonic rings in the Gulf of Papagayo, Costa Rica, International Journal of Remote Sensing, 25, 1, 1-8.

Ballestero, D. y Pacheco, J., 2010: Variabilidad y cambio del nivel del mar en el Pacífico norte de Costa Rica, Informe Técnico-Científico, WWF Costa Rica, 11 pp.

Conkright, M.E. et al. 2002: World Ocean Atlas 2001: Objective Analyses, Data Statistics, and Figures, CD-ROM Documentation. National Oceanographic Data Center, Silver Spring, MD, 17 pp.

Cooper, J.A. and Pilkey, O.H., 2004: Sea-level rise and shoreline retreat: time to abandon the Bruun Rule, Global and Planetary Change, 43, 157-171.

Flemming, R.H., 1937: Tides and tidal currents in the Gulf of Panamá, Journal of Marine Research, 1 (3).

Jiménez, J.A., Sánchez-Arcilla, A. and Stive, M.,1993: Discussion on Prediction of storm/normal beach profiles. J. of Waterway, Port, Coastal and Ocean En-gineering, 119, 4, 466-468.

Murillo, L.M., 1997: Ondas estacionarias en el Pacífico Tico y sus aplicaciones a la ingeniería de costas, Tecnología en Marcha, 13,1, 3-12.

Sánchez-Arcilla, A. y Jiménez, J., 1994: Ingeniería de playas (I): conceptos de morfología costera, Ingeniería del Agua, 1, 2, 97-114.

WMO, 1998: Guide to Wave analysis and Forecasting, Geneva, 159 pp.

Condiciones oceanográficas en Junquillal, Pacífico norte de Costa Rica.

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