Santa Fe de Bogotá, Doceanusinternacional.com/pdf/Documento Metodologico Programa Cost… · Arrecife Artificial Modulares AMA - Oceanus International ... La erosión costera en

PROGRAMA DE INVESTIGACIÓN, DESARROLLO E INNOVACIÓN

PARA PROTECCIÓN Y RECUPERACIÓN DE ZONAS COSTERAS

EN EL CARIBE COLOMBIANO

DESARROLLO DE PROGRAMA DE INVESTIGACIÓN,

DESARROLLO E INNOVACIÓN PARA PROTECCIÓN DE ZONAS COSTERAS EN LOS DEPARTAMENTOS DE LA GUAJIRA Y

MAGDALENA

DOCUMENTO METODOLÓGICO

PROPONENTE:

GOBERNACIÓN DE LA GUAJIRA GOBERNACIÓN DEL MAGDALENA

DESARROLLADORES.

FUNDACIÓN UNIVERSIDAD DEL NORTE UNIVERSIDAD DEL MAGDALENA

UNIVERSIDAD DEL GUAJIRA INSTITUTO DE INVESTIGACIONES MARINAS Y COSTERAS:

“JOSE BENITO VIVES DE ANDRÉIS” - (INVEMAR) OCEANUS SEARCH AND RECOVERY DEL SURESTE S.A –

(OCEANUS INTERNACIONAL COLOMBIA)

Mayo de 2013




CONTENIDO

1 INFORMACIÓN GENERAL DEL PROYECTO ........................................................................... 1

2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ........................................................................................ 2

3 OBJETIVOS ............................................................................................................................... 10

3.1 OBJETIVO GENERAL ........................................................................................................ 10

3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................................... 10

4 DESCRIPCIÓN DE LA ALTERNATIVA .................................................................................... 11

5 ENTIDADES PARTICIPANTES Y ACTORES DE INTERÉS ................................................... 16

6 METODOLOGÍA ........................................................................................................................ 17

6.1 COMPONENTE 1: CARACTERIZACIÓN DE LAS CONDICIONES MARINO-COSTERAS

DEL LITORAL DE LOS DEPARTAMENTOS DE LA GUAJIRA Y MAGDALENA .......................... 17

6.2 COMPONENTE 2: DISEÑAR DE SISTEMAS DE TECNOLOGÍAS ALTERNATIVAS DE

DISIPACIÓN DE OLEAJE APLICABLES A LA PROTECCIÓN COSTERA EN PLAYAS DE LOS

DEPARTAMENTOS DE LA GUAJIRA Y MAGDALENA A PARTIR DE MODELACIÓN NUMÉRICA

19

6.3 COMPONENTE 3: DESARROLLAR CONCRETOS RESISTENTES A AMBIENTES

MARINOS A PARTIR DE MATERIALES DE LA REGIÓN ............................................................. 20

6.4 COMPONENTE 4: EVALUAR TECNOLOGÍAS ALTERNATIVAS DE DISIPACIÓN DE

OLEAJE APLICABLES A LA PROTECCIÓN COSTERA EN PLAYAS DE LOS

DEPARTAMENTOS DE LA GUAJIRA Y MAGDALENA A PARTIR DE PRUEBAS FÍSICAS Y A

ESCALA ......................................................................................................................................... 22

6.5 COMPONENTE 5: DISEÑAR PROYECTOS PILOTOS Y GUÍA METODOLÓGICA PARA

PROTECCIÓN Y RECUPERACIÓN DE PLAYAS EN LOS DEPARTAMENTOS DE LA GUAJIRA Y

MAGDALENA ................................................................................................................................ 25

6.6 COMPONENTE 6: DESARROLLAR UN SISTEMA EXPERTO DE MODELADO EN ZONAS

COSTERAS COMO SOPORTE PARA ESTUDIOS, DISEÑOS Y EVALUACIÓN DE PROYECTOS

COSTEROS EN ESTA ZONA EN EL CARIBE COLOMBIANO. .................................................... 32

6.7 COMPONENTE 7: CARACTERIZAR LA AMENAZA DE FENÓMENOS DE ORIGEN

MARINO-COSTERO Y LA VULNERABILIDAD Y RIESGO DE EROSIÓN COSTERA PARA

SECTORES CRÍTICOS EN LOS DEPARTAMENTOS DE LA GUAJIRA Y MAGDALENA. .......... 33

PROGRAMA DE CIENCIA, TECNOLOGÍA E INNOVACIÓN EN MANEJO Y

APROVECHAMIENTO DE HIDROSISTEMAS ESTRATÉGICOS

DEL DEPARTAMENTO DE LA GUAJIRA

iii

6.8 COMPONENTE 8: DESARROLLAR UN SISTEMA REGIONAL PARA LA MODELACIÓN

DE CONDICIONES HIDRODINÁMICAS Y DE CALIDAD DEL AGUA MARINA PARA EL

DEPARTAMENTO DEL MAGDALENA ......................................................................................... 36

6.9 COMPONENTE 9: CARACTERIZAR LA CALIDAD AMBIENTAL DE LAS PLAYAS DEL

MUNICIPIO DE RIOHACHA EN EL DEPARTAMENTO DE LA GUAJIRA ..................................... 38

6.10 COMPONENTE 10: FORMAR Y CAPACITAR TALENTO HUMANO A NIVEL DE

MAESTRÍA Y DOCTORADO PARA DINAMIZAR Y ASEGURAR LA GENERACIÓN,

TRANSFERENCIA, APROPIACIÓN Y APLICACIÓN DE NUEVO CONOCIMIENTO EN LA

REGIÓN 39

7 RELACIÓN DE OBJETIVOS, PRODUCTOS Y ACTIVIDADES ............................................... 40

7.1 RESULTADOS/PRODUCTOS ESPERADOS Y POTENCIALES BENEFICIARIOS .......... 42

8 IMPACTO ESPERADO ............................................................................................................. 44

8.1 ESTRATEGIA DE COMUNICACIÓN .................................................................................. 50

8.2 CONFORMACIÓN Y TRAYECTORIA DEL GRUPO DE INVESTIGACIÓN (Y/O LÍNEA DE

TRABAJO) ..................................................................................................................................... 50

9 TABLAS DE PRESUPUESTO .................................................................................................. 51

10 MARCO DE REFERENCIA.................................................................................................... 52

10.1 MARCO CONCEPTUAL................................................. ¡ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO.

10.2 MARCO NORMATIVO .................................................................................................... 73

11 BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA ........................................................................................... 75

PROGRAMA DE CIENCIA, TECNOLOGÍA E INNOVACIÓN EN MANEJO Y

APROVECHAMIENTO DE HIDROSISTEMAS ESTRATÉGICOS

DEL DEPARTAMENTO DE LA GUAJIRA

iv

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Canal de oleaje de Oregon State University (OSU) ......................................................... 23

Figura 2. Canal de oleaje del ERDC del USARMY Corp of Engineers............................................ 23

Figura 3. Sector 1: Centro Cultural de Riohacha, Departamento de La Guajira. Longitud de 2340

m. ....................................................................................................................................................... 26

Figura 4. Sector 2: El Pájaro - Manaure, Departamento de La Guajira. Longitud: 600 m .............. 26

Figura 5. Sector 3: Municipio de Ciénaga, Departamento del Magdalena. Longitud 3,300 m ........ 27

Figura 6. Obras duras de defensa costera en el Caribe colombiano ............................................... 55

Figura 7. Tipos de obras de defensa costera en el Caribe colombiano.......................................... 57

Figura 8. Implementación de Geotextiles en protección costera. .................................................... 58

Figura 9. Pilotes Hidráulicos ............................................................................................................. 59

Figura 10. Modelación numérica 2D y modelación física 3D empleada por Ranasinghe, et al, 2006

........................................................................................................................................................... 60

Figura 11. Arrecife Artificial Modulares AMA - Oceanus International. ............................................ 61

Figura 12. Evolución de costa implementando arrecifes artificiales por Oceanus International. .... 62

Figura 13. Disipadores de Energía. ................................................................................................. 63

Figura 14. Drenaje de oleaje. ........................................................................................................... 64

Figura 15. Estructura del Sistema de Modelado Costero ................................................................ 71

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Clasificación de las variables que integran los índices de amenaza, vulnerabilidad y riesgo.

........................................................................................................................................................... 35

Tabla 2. Plazas de becas para estudios de Maestría y Doctorado en la Universidad del Norte para

los Departamentos de La Guajira y Magdalena ................................................................................ 40

Tabla 3. Relación de objetivos y productos ...................................................................................... 40

Tabla 4. Generación de nuevo conocimiento .................................................................................... 42

Tabla 5. Fortalecimiento de la comunidad científica ......................................................................... 43

Tabla 6. Apropiación social del conocimiento ................................................................................... 44

Tabla 7. Presupuesto general del programa ..................................................................................... 51

Tabla 8. Departamentos y municipios costeros establecidos por el DANE, Censo General 2005. . 53

Tabla 9. Extensión de la erosión costera por tipos de costas y longitud de la línea de costa (en Km).

........................................................................................................................................................... 56

PROGRAMA DE INVESTIGACIÓN, DESARROLLO E

INNOVACIÓN PARA PROTECCIÓN Y RECUPERACIÓN DE

ZONAS COSTERAS EN EL CARIBE COLOMBIANO

"Este documento contiene información confidencial que es y contiene propiedad intelectual e industrial de la Fundación Universidad

del Norte, Universidad de La Guajira, Universidad del Magdalena, Oceanus International e INVEMAR. La utilización del contenido del

documento es exclusivamente para la evaluación de la propuesta-técnico económica y debe ser mantenido en secreto y con carácter

confidencial, tomando las medidas necesarias para evitar la inspección, copia, uso o reproducción de terceros no autorizados

expresamente por las instituciones mencionadas."

1

1 INFORMACIÓN GENERAL DEL PROYECTO

Título: DESARROLLO DE PROGRAMA DE INVESTIGACIÓN, DESARROLLO E INNOVACIÓN PARA PROTECCIÓN DE ZONAS COSTERAS EN LOS DEPARTAMENTOS DE LA GUAJIRA Y MAGDALENA

Investigadores: Humberto Avila, PhD Luis Otero, PhD Andrés Guzmán, PhD Manuel Alvarado, Esp Augusto Sisa, MSc Jose Luis Ramos, PhD Juan Restrepo, MSc Juan Carlos Ortiz, PhD Margareth Dugarte, PhD Mauro Maza, PhD Wilson Nieto, PhD Ping Wang, PhD Nelson Molinares, PhD José Manga, PhD Francisco García. PhD Carlos Palacio, PhD Uriel Garcia, PhD Andrés Galindo, PhD Alcides Daza, MSc Jhonny Perez, PhD Constanza Ricaurte, PhD Nelson Rangel Buitrago, PhD Total de Investigadores (número): 22 Nombre del Grupo de Investigación: Instituto de Estudios Hidráulicos y Ambientales - IDEHA: Universidad del Norte Oceanus Search and Recovery del Sureste S.A – (Oceanus Internacional Colombia) Grupo de Investigación en Física Aplicada: Universidad del Norte Grupo de Investigación en Estructuras y Geotécnica - GIEG: Universidad del Norte Grupo de Control de la Contaminación Ambiental: Universidad del Magdalena Grupo de Investigación en Saneamiento Ambiental - GISA: Universidad de la Guajira INVEMAR Grupo de Geociencias: Instituto de Investigaciones Marinas y Costeras "José Benito Vives de Andreis"

Departamentos beneficiados: Departamento de La Guajira, Departamento del Magdalena

Duración del Proyecto (meses): 24

Tipo de Proyecto: Investigación Aplicada y Desarrollo Tecnológico o Experimental

Valor solicitado a SGR: $ 16,504,759,637 Valor Contrapartida: $ 2,050,768,694 Valor total del Proyecto: $ 18,555,528,331




2

2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La erosión costera en el Caribe colombiano presenta una condición crítica que tiende a

incrementarse con el tiempo poniendo en riesgo a miles de personas, afectando la economía

regional, el medio ambiente y el patrimonio nacional, constituyendo uno de los mayores retos para

el país, en especial para los departamentos de La Guajira, Magdalena, Atlántico, Bolívar, Sucre y

Córdoba. El litoral Caribe colombiano, con una longitud de 1700 km, tiene cerca del 500 km con

problemas de erosión, representando el 30% del litoral (INVEMAR, 2010).

Para el Departamento de la Guajira se han hecho estudios donde se presenta el panorama de

erosión de la línea de costa (Posada et al, 2008), revelando que ésta se ha extendido con

respecto al informe presentado por INGEOMINAS (1998), principalmente en las zonas de costas

bajas afectadas por los huracanes y mares de leva que ocurren cada vez con mayor frecuencia

debido al calentamiento global y posiblemente al aumento del nivel del mar; se estima que de los

789 km de línea de costa, el 21% (168 km) está afectado por procesos erosivos. Al realizar un

análisis sectorizado muestra la siguiente situación tramo por tramo.

Sector Castilletes–Punta Gallinas. Es una costa abierta con erosión fuerte entre Castilletes y

Puerto López, y en inmediaciones de Puerto Inglés, punta Chichibacoa y Puerto Estrella, que

afecta depósitos cuaternarios bajos que se sitúan al pie de las colinas del Neógeno, o

acantilados formados por las mismas rocas sedimentarias. En Puerto López las condiciones

locales favorecen la acumulación de arenas en dunas de donde proviene el material que

alimenta las playas y de esa manera es como se ha registrado acreción en este sector

(INVEMAR, 2006).

Sector Punta Gallinas–Cabo de La Vela. Aquí se presentan tres bahías muy cerradas

(Hondita, Honda y Portete), en la cuales se registra erosión en las salientes rocosas. En punta

Media Luna, y en el costado occidental de bahía Portete, la erosión sobre las formaciones

cuaternarias, así como sobre los acantilados que forman las rocas del Neógeno, es alta debido

a factores favorables como el embate directo de las olas y la debilidad de las rocas

sedimentarias presentes

Sector Cabo de La Vela–Manaure. El litoral es bajo, con depósitos cuaternarios protegidos de

los efectos marinos en el recodo del Cabo, pero de nuevo expuestos al mar abierto hasta

Manaure. Hay una tendencia a la erosión que se ha manifestado en Poportín y Manaure,

donde las playas trataron de protegerse, sin mucho éxito, con espolones. Actualmente hay




3

sectores de la vía a los patios de almacenamiento de sal de la Salina que están en peligro de

colapsar por la socavación de las olas y la escorrentía. Así mismo la ranchería localizada

Manaure Abajo y las charcas próximas al mar en ese mismo sector están expuestas al embate

directo de las olas y parte de ellas ya han sido afectadas (INVEMAR, 2006).

Sector Manaure–El Pájaro–Riohacha. Es una costa abierta afectada por procesos de erosión

alta desde punta Chuchupa hasta el área urbana de Riohacha. Es particularmente sensible la

zona de Pájaro, donde sus habitantes reportan peligro de sus viviendas y estructuras urbanas.

Afecta una playa muy larga, que incluso se prolonga como una espiga al noreste de la ciénaga

de Buenavista y cada año pierde decenas de metros durante la temporada de vientos y en los

mares de leva, sin que haya suficiente material para su recuperación. Punta la Vela y Auyama

(laguna El Buey) son también sitios de erosión intensa (INVEMAR, 2006a). En el Valle de los

Cangrejos se registra un retroceso de la línea de costa moderado a fuerte. En el casco urbano

de Riohacha se ha notado de nuevo, en los últimos años, una tendencia a la erosión que la

administración departamental aspira a detener mediante un relleno de playas respaldado con

espolones; sin embargo, la tendencia histórica indica que es una playa en equilibrio o incluso

con acrecimiento local moderado a bajo (INVEMAR, 2006).

Sector Riohacha–Río Palomino. Es un sector de costa expuesto conformado por depósitos

cuaternarios que alternan con acantilados formados por rocas del Neógeno. En la zona del

Parque Nacional Natural Los Flamencos, punta Los Remedios–Dibulla y sur del río Cañas se

presentan desprendimientos de bloques y por consiguiente el retroceso del escarpe, propiciado

por rocas altamente fracturadas y meteorizadas. Al pie de estos escarpes se desarrollan playas

estrechas, con pendientes altas que aparecen y desaparecen según sea época de vientos o de

lluvias (INVEMAR, 2006; INVEMAR, 2007).

Otro problema conexo a la erosión en las zonas costeras de La Guajira es la contaminación que

éstas reciben provenientes de las actividades antropogénicas, entre las que se destacan las

comunidades que no cuentan con un saneamiento básico o es ineficiente, llegando a las playas los

residuos sólidos y líquidos sin ningún tratamiento como es el caso específico de Riohacha que

deterioran la calidad de las mismas (agua, arena). De igual manera la agricultura, ganadería y

deforestación incrementan los sedimentos y residuos de pesticidas que luego llegan hasta las

costas.

Las situaciones antes enunciada han propiciado problemas ambientales, socioeconómicos y de la

zona costera; generando la pérdida de sus atributos estéticos, recreación, he importancia




4

económica para las comunidades costeras del Departamento de La Guajira. Como resultado se

observa un crecimiento desordenado del turismo, planificación pobre de la línea de costa,

contaminación a lo largo de los tramos más densamente poblados y fuertemente explotados,

erosión de la línea de costa, degradación y pérdida de hábitats y disminución progresiva de la

pesca. Este cúmulo de problemas se debe también a una mala planificación del uso del suelo en

los litorales y a procedimientos igualmente equivocados para el control del desarrollo, uso excesivo

o nocivo de los recursos costeros, sobrecarga de la capacidad de sustentación y a un manejo,

monitoreo y vigilancia deficientes por parte del sector público.

Los enfoques tradicionales, sectoriales, que se les ha dado al manejo de las zonas costera del

Departamento de La Guajira no han podido detener esta afectación dado que no existe información

consolidada e integral que permita direccionar acciones tendientes al establecimiento de

programas específicos que contemplen estrategias integradas de planificación y manejo acertadas,

para enfrentar los urgentes problemas que son cada vez más complejos e interrelacionados, en la

zona costera del de La Guajira.

Con el propósito de caracterizar la calidad ambiental de las playas del municipio de Riohacha en el

Departamento de la Guajira se hace necesario evaluar los impactos asociados a las actividades

antrópicas en los principales centro poblados ubicados en la franja costera del departamento de La

Guajira a través de la identificación, caracterización y evaluación de los principales focos de

contaminación, con el objeto de obtener una línea base que permita la implementación de medidas

de planificación ambiental en estas zonas.

En cuanto al Departamento del Magdalena, varios estudios han mostrado que también presenta

rasgos moderados de erosión asociados a zonas de acantilados, pero principalmente a las zonas

bajas, con playas, ciénagas y pantanos de manglar. Sin embargo, la zona costera de la barra de

Salamanca se encuentra en un estado crítico de erosión. La siguiente es la descripción, por

sectores, del estado actual del litoral (INVEMAR 2010). Al realizar un análisis sectorizado muestra

la siguiente situación tramo por tramo.

Sector margen izquierda río Palomino. Es un sector de costa baja, abierto al mar, en donde

los rasgos litorales denotan una gran dinámica con formación de barras, brazos abandonados,

depresiones pantanosas y gran acumulación de troncos y restos vegetales. A pesar de los

altos caudales y el consiguiente aporte de sedimentos durante los periodos invernales, las

playas presentan rasgos de erosión como pendientes mayores a 12°, varios escarpes de

erosión de 30 cm de alto aproximadamente, desgarramiento de árboles y pérdida de terrenos,




5

principalmente sobre las playas en ambas márgenes del río (INVEMAR, 2006a, INVEMAR

2007).

Sector Cabo San Agustín–Río Don Diego. Este es un sector acantilado, con formación de

pequeñas playas arenosas al pie del escarpe y acumulaciones de bloques y cantos de roca

desprendidos de los taludes. Estos procesos afectan la banca de la carretera y han derribado

numerosas estructuras civiles como casas, muros y cunetas. El más afectado es el sector al

occidente de Los Coquitos hasta la quebrada Quintana.

Sector Río Don Diego–Mendihuaca. Es una costa baja, expuesta al mar abierto, con aporte

Importante de sedimentos que en la desembocadura de los ríos forman barras arenosas

amplias y altas que incluso taponan las bocas. Sin embargo, se observan procesos erosivos

fuertes, representados en escarpes erosivos desde 60 cm hasta 2 m de alto, pendientes de

playa elevadas, árboles en destrucción y frecuentes desprendimientos asociados a los

escarpes; restos de construcciones se observan bajo el nivel del agua. Son especialmente

críticos los sectores a lado y lado de la boca del Buritaca, al oeste de la boca del Guachaca y

entre la boca del Mendihuaca y el Resort del mismo nombre.

Sector Mendihuaca–Ensenada del Cabo. Está constituido por acantilados con playas

estrechas al pie de los escarpes enfrentados al mar abierto. Se observa desprendimiento de

bloques favorecido por el alto diaclasamiento de la roca, la escorrentía y el golpeteo de las olas

al pie del talud. Las playas aparecen y desaparecen casi por entero, dependiendo de la marea

y de la época de vientos o lluvias. Se ha observado un mayor retroceso neto en la playa de

Cañaveral y en La Piscina, en donde un escarpe formado por una pequeña terraza ha

retrocedido considerablemente por efecto de la escorrentía.

Sector Ensenada del Cabo–Punta Betín. Es una costa acantilada que encierra bahías muy

protegidas en donde se desarrollan pequeñas playas. Los acantilados presentan

desprendimientos de bloques y flujos de escombros que se acumulan al pie de los mismos, en

la parte submarina. Las playas que se forman en las bahías y ensenadas mantienen un

equilibrio dinámico entre los periodos de vientos y de lluvias. Se destacan las playas de

Macuaca, Concha, Cinto, Neguaje, en las cuales hay indicios de erosión como pendientes altas

y manglar en la zona intermareal.

Sector Santa Marta–El Rodadero–Punta Gloria. Es una costa conformada por bahías

amplias protegidas por puntas rocosas duras. Las playas se encuentran altamente intervenidas

debido al uso turístico, pero se mantienen relativamente estables a partir de su adecuación con




6

rellenos artificiales y redistribución de arenas. Los espolones construidos en la bahía de Santa

Marta aceleraron procesos de erosión hacia el suroeste que afectaron las playas hasta el

sector de Los Cocos, inclusive. A partir de los acantilados que conforman las puntas de las

bahías, se presentan desprendimiento de bloques y pequeños flujos de escombros que cubren

las laderas y la pata del talud. En general, se advierte un retroceso de las playas al comparar el

área actual con aquella registrada en fotografías antiguas.

Sector Punta Gloria–Aeropuerto. Es una bahía amplia, bastante recta, con amplias playas

afectadas por procesos de erosión moderados, inducidos principalmente por las actividades

humanas y las construcciones cercanas al mar. Los hoteles localizados en la zona NE han

tratado de protegerse de la erosión, sin mayor resultado, colocando espolones y ella es más

intensa en el sector de Boca Salinas y en las inmediaciones de Prodeco y el aeropuerto, donde

se han construido algunas obras sobre la vía de acceso a este último. Entre punta Brava y

punta La Loma se presentan terrazas sometidas a una fuerte erosión marina con evidencias de

retrocesos mayores a 10 m en los últimos 5 años; algunas de las construcciones del sector han

sido afectadas y para asegurar su preservación ha sido necesario construir muros de

contención.

Sector Puerto Galeón–Los Alcatraces–Punta Barroblanco. Es una costa acantilada con

estrechas playas al pie de los taludes y presencia de bloques desprendidos de los acantilados.

Las playas de bolsillo existentes presentan procesos de erosión, más acentuados en el sector

hotelero del Decamerón y Los Alcatraces. Una playa larga al sur del muelle de Prodeco

presenta graves signos de erosión.

Sector Río Toribio–Río Córdoba. La llanura costera está limitada hacia el mar por terrazas y

depósitos coluviales con escarpes de altura variable. Las playas que se forman al frente de

ellos son estrechas y exhiben signos de erosión moderada como en Brisa del Mar, mientras

que erosión moderada a fuerte se observa corriente abajo de los muelles carboníferos.

Sector Barra de Salamanca. Es una costa muy recta, sometida al mar abierto, donde se

registran procesos de erosión moderada a severa al frente de los centros poblados, incluyendo

Casa Loma, Costa Verde, Palmira, Tasajera, La Bodega, Isla del Rosario, y a todo lo largo de

la barra, entre el caño Clarín y la ciénaga del Torno. La erosión es crítica y está a punto de

afectar la carretera en los kilómetros 19-20 y 53-55. Las zonas de manglar, las dunas y las

ciénagas, particularmente en el sector de Cuatro Bocas, Tangará y la Sede Parques se

encuentran muy erosionadas (INVEMAR, 2006a, Andrade, 2006).




7

Por otro lado, en la zona costera del Departamento del Magdalena se desarrolla una creciente

actividad portuaria dada la localización de los principales puertos carboníferos del país, dos

terminales para el manejo de hidrocarburos y el terminal marítimo de Santa Marta, uno de los más

importantes de la Nación, por el volumen de bienes y servicios que maneja. Por efecto del

desarrollo de las actividades navieras, estos puertos aportan residuos de hidrocarburos que se

derraman en pequeñas cantidades a causa de las actividades rutinarias o en volúmenes

considerables cuando ocurren derrames accidentales como el reportado en octubre del 2003.

Además de soportar el desarrollo de estas actividades que reportan fuentes importantes de entrada

de contaminantes a la columna de aguas y los sedimentos marinos, este cuerpo de agua recibe los

residuos líquidos de un importante asentamiento poblacional, pues las aguas residuales

producidas por cerca de medio millón de habitantes son dispuestas sin ningún tipo de tratamiento

mediante un sistema de emisario submarino, que vierte en la actualidad cerca de 1000 L/s en

santa Marta. Otra cantidad importante de aguas residuales domesticas es descargadas

superficialmente en sectores de la población que no poseen alcantarillado sanitario. A la

contaminación generada por estas descargas, se suman los escurrimientos de una importante

zona agrícola que drena a través varios ríos que llevan a la zona costera grandes cantidades de

pesticidas usados en la actividad agrícola. Los niveles de contaminación también son aumentados

por la escorrentía superficial que agrega volúmenes importantes de sedimentos arrastrados por las

aguas lluvias que se descargan en este frente costero en épocas de lluvias.

Dada la magnitud de los fenómenos de contaminación que allí se dan, es necesario estudiar de

forma sistemática y acorde a la dimensión del problema de la concentración de este tipo de

contaminantes en los sedimentos del fondo marino y en la columna de agua, se requiere

implementar, validar y calibrar un modelo numérico para modelar las condiciones hidrodinámicas y

calidad del agua en el frente costero del Magdalena, como una herramienta de gestión ambiental

que permita simular el efecto de las principales fuentes naturales y antrópicas aportantes de

contaminantes que afectan la calidad del agua marina y los sedimentos en esta zona costera,

identificar áreas críticas de calidad del agua para uso recreacional y cuantificación del riesgo

ecológico, al igual que predecir los cambios esperados en escenarios donde se implementen

medidas de manejo para disminuir los principales impacto ambientales relacionados.

Debido a esta realidad, se han hecho esfuerzos para intentar mitigar los procesos erosivos en el

litoral Caribe Colombiano. Sin embargo, la forma tradicional como se han abordado las soluciones

para resolver la erosión costera no responde a una visión integral y pertinente con las condiciones

naturales, sociales, económicas, políticas y tecnológicas que satisfagan las necesidades




8

regionales del Caribe. El uso de técnicas estructurales fijas, como espolones y muros, ha sido

predominante en Colombia, las cuales generan erosión colateral, afectan el medio ambiente y el

paisaje, e imposibilitan la reconfiguración para mitigar efectos adversos. La aplicación de

tecnologías alternativas para la protección y recuperación de playas en Colombia es incipiente, a

pesar de sus grandes ventajas y ser amables con el medio ambiente. Sin embargo, su uso debe

contar con un soporte científico-técnico para garantizar su efectividad bajo las condiciones

específicas de las playas del Caribe colombiano. De igual forma, la región Caribe carece de

instrumentos y herramientas tecnológicas estructuradas para las condiciones locales y regionales

que permitan evaluar, valorar y abordar de manera integral la toma de decisiones.

Las causas de la erosión costera pueden ser de origen natural (endógeno) o antorpogénico. En el

caso de causas naturales se contemplan la corriente de litoral, vientos, tormentas, olas, mareas, el

aumento del nivel del mar y los frentes fríos, los cuales en una escala de tiempo suficientemente

largo, la perdida de material puede ser considerado como erosión. De igual forma, el monitoreo por

parte del Instituto de Investigaciones Marinas y Costeras - INVEMAR, el Centro de Investigaciones

Oceanográficas e Hidrográficas - CIOH, el Servicio Geológico de Colombia - Ingeominas, la

Universidad Nacional, la Universidad del Magdalena y la Universidad del Norte, ente otros, han

evidenciado el proceso continuo de la erosión costera en la región. Entre las causas

antropogénicas de erosión costera se encuentran invasión de la franja costera y zona dunar para

desarrollo urbano, efectos colaterales de obras costeras en zonas intervenidas, entre otros.

A partir de los datos reportados por el INVEMAR en el documento de Diagnóstico de la Erosión en

la Zona Costera del Caribe Colombiano donde se afirma que la tasa de erosión el Caribe

Colombiano es de 2 metros por año y además que las zonas costeras que están siendo afectados

por procesos erosivos en la Guajira y el Magdalena abarcan extensiones de 168 Km y 79 Km,

respectivamente, dando un total de 247 Km de zona costera en erosión. Asumiendo el valor del 1

millón de pesos por m2 y que en total al año se erosionan 548.000 m

2, entonces se estarían

perdiendo en bienes de la nación una suma de aproximadamente 494.000 millones de pesos por

año, que comparado con el PIB de Colombia equivaldría aproximadamente al 0.07%.

Se han hecho grandes esfuerzos a nivel nacional y regional por establecer un marco político y de

planeación orientado a establecer estrategias para enfrentar el reto de la erosión costera en el

marco de la gestión y conservación del medio ambiente y los recursos naturales renovables, así

como también la creación y el fortalecimiento de programas de ciencia y tecnologías en zonas

marinas y costeras y el desarrollo de diversos proyectos de investigación por parte de

universidades e institutos de investigación. Sin embargo, a pesar de los desarrollos científicos y




9

tecnológicos para las zonas marino-costeras llevados a cabo en el ámbito nacional, aún las

alternativas de mitigación y control de erosión en Colombia se orientan solo a soluciones

convencionales de obras duras como espolones, espigones, muros, entre otros, que en muchos

casos, a pesar de la alta inversión, los resultados han sido marginales, trasladando el problema de

erosión a otros sectores con peores consecuencias, como es el caso de las playas del malecón de

la ciudad de Riohacha, en el departamento de La Guajira. Esto evidencia que no en todos los

casos las obras convencionales son la opción para la recuperación de playas o el control de

erosión, siendo necesario incorporar, evaluar, desarrollar, transferir y apropiarse del conocimiento

de nuevas tecnologías o la combinación de alternativas para el control de erosión y la recuperación

de playas a menores costo y menores impactos ambientales y paisajísticos.

Se planten entonces las siguientes preguntas:

¿Las nuevas tecnologías alternativas son aplicables y efectivas para el control de erosión

en playas intervenidas o no intervenidas en el Caribe colombiano?

¿La articulación de tecnologías con obras convencionales existentes mejoran la eficiencia

en la recuperación de las en sectores intervenidos en playas de los Departamentos de La

Guajira y Magdalena?

¿Contar con herramientas, metodologías y tecnologías orientadas a las condiciones

específicas y pertinentes a cada departamento costero permitirá mejorar la ejecución de

estudios, diseños y evaluaciones de soluciones de protección costera y control de la

contaminación en el Caribe colombiano?

La caracterización de la amenaza, vulnerabilidad y riesgo en sectores costeros críticos por

erosión costera mejorará la gestión del riesgo y la priorización en la inversión en los

Departamentos de La Guajira y Magdalena?

¿La formación de talento humano en áreas de conocimiento asociadas a la ingeniería y

gestión costera permitirá mejorar la capacidad científica y profesional para dar solución a la

problemática de erosión y recuperación de zonas costeras?




10

3 OBJETIVOS

3.1 OBJETIVO GENERAL

Desarrollar un programa orientado a la investigación, desarrollo, innovación y transferencia

tecnológica de soluciones, herramientas y estrategias para la protección y recuperación de zonas

costeras en los Departamentos de La Guajira y Magdalena con una visión integral y regional,

pertinentes con las condiciones naturales y de aprovechamiento sostenible en beneficio de las

poblaciones, la conservación del patrimonio costero y aporte a la competitividad de la región

Caribe.

3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

1. Caracterizar las condiciones marino-costeras del litoral de los Departamentos de La

Guajira y Magdalena

2. Diseñar sistemas de tecnologías alternativas de disipación de oleaje aplicables a la

protección costera en playas de los Departamentos de La Guajira y Magdalena a partir de

modelación numérica

3. Desarrollar concretos resistentes a ambientes marinos a partir de materiales de la región

4. Evaluar tecnologías alternativas de disipación de oleaje aplicables a la protección costera

en playas de los Departamentos de La Guajira y Magdalena a partir de pruebas físicas y a

escala.

5. Diseñar proyectos pilotos y quía metodológica para protección y recuperación de playas en

los Departamentos de La Guajira y Magdalena

6. Desarrollar un Sistema Experto de Modelado en Zonas costeras que integre base de datos

y modelos calibrados para condiciones de los Departamentos de La Guajira y Magdalena

7. Caracterizar la amenaza de fenómenos de origen marino-costero y la vulnerabilidad y

riesgo de erosión costera para sectores críticos en los Departamentos de La Guajira y

Magdalena.

8. Desarrollar y socializar un modelo de planificación ambiental de zonas costeras asociado

a impactos antropogénicos en centros poblados costeros del Dept. La Guajira a partir de la

caracterización y evaluación de impactos de vertimientos y focos de contaminación.

9. Desarrollar e implementar un modelo hidrodinámico y de calidad del agua y sedimento

marino para el litoral del Dept. Magdalena como soporte a las autoridades ambientales

para el ordenamiento de playas y mitigación del riesgo ambiental costero.

10. Formar talento humano a nivel de maestría y doctorado




11

4 DESCRIPCIÓN DE LA ALTERNATIVA

El programa contempla actividades de ciencia, tecnología e innovación - CTeI tendientes a la

investigación y desarrollo, la transferencia tecnológica, potencial de aplicación, evaluación de

soluciones de ingeniería alternativas para la protección costera, la recuperación y manejo de

playas en el Caribe colombiano y formación académica en el área de ciencias marinas e ingeniería

hidráulica, ambiental y costera.

En el programa participan la Universidad del Norte, Universidad de la Guajira, Universidad del

Magdalena, el Instituto de Investigaciones Marinas y Costeras - INVEMAR, la empresa Oceanus

Internacional, la Gobernaciones de La Guajira y la Gobernación del Magdalena, teniendo como

beneficiarios a poblaciones vulnerables por procesos de erosión costera y contaminación de

playas, consolidando la interacción Universidad-Empresa-Estado-Sociedad, permitiendo la

transferencia tecnológica de la investigación y desarrollo generados en el programa.

El programa está estructurado y articulado en once (10) componentes articulados y asociados con

los objetivos.

1. Caracterizar las condiciones marino-costeras del litoral de los Departamentos de La

Guajira y Magdalena

2. Diseñar tecnologías alternativas de disipación de oleaje aplicables a la protección costera

en playas de los Departamentos de La Guajira y Magdalena a partir de modelación

numérica

3. Desarrollar concretos resistentes a ambientes marinos a partir de materiales de la región

4. Evaluar tecnologías alternativas de disipación de oleaje aplicables a la protección costera

en playas de los Departamentos de La Guajira y Magdalena a partir de pruebas físicas y a

escala

5. Diseñar proyectos pilotos y guía metodológica para protección y recuperación de playas en

los Departamentos de La Guajira y Magdalena

6. Desarrollar un Sistema Experto de Modelado en Zonas costeras que integre base de datos

y modelos calibrados para condiciones del Caribe colombiano

7. Caracterizar de manera general la amenaza de fenómenos de origen marino-costero y de

manera específica la vulnerabilidad y riesgo de erosión costera para sectores críticos en

los Departamentos de La Guajira y Magdalena.




12

8. Desarrollar y socializar un modelo de planificación ambiental de zonas costeras asociado

a impactos antropogénicos en centros poblados costeros del Dept. La Guajira a partir de la

caracterización y evaluación de impactos de vertimientos y focos de contaminación.

9. Desarrollar e implementar un modelo hidrodinámico y de calidad del agua y sedimento

marino para el litoral del Dept. Magdalena como soporte a las autoridades ambientales

para el ordenamiento de playas y mitigación del riesgo ambiental costero.

10. Formar talento humano a nivel de maestría y doctorado

Inicialmente se hará una caracterización de las condiciones marino-costeras en los Departamentos

de La Guajira y Magdalena de información levantada e información secundaria disponible con el fin

de identificar variables y parámetros que permitan evaluar la aplicabilidad de tecnologías

alternativas para protección costera en distintos sectores del litoral. Se llevarán a cabo

levantamientos batimétricos a lo largo del litoral de los departamentos, perfiles de playa en

sectores seleccionados con condiciones críticas de erosión, caracterización sedimentológica

sectorizada en el lecho y playa, análisis hidrológico de cuencas aferentes, geología y

geomorfología y variación histórica de la línea costera. El componente de climatología,

oceanografía, hidrodinámica regional a partir de modelación numérica, se llevará a cabo en el

componente de Sistema Experto de Modelación Costera desarrollado en el programa.

El desarrollo de tecnologías alternativas contempla el diseño, evaluación, adaptación, validación y

transferencia tecnológica de tecnologías alternativas para la protección costera y recuperación de

playas orientadas a sistemas de atenuación de oleaje. Las tecnologías desarrolladas estarán

sujetas a procesos de patente. El diseño de nuevas alternativas y configuraciones propuestas

serán evaluadas para valorar su efecto hidrodinámico en la disipación de energía del oleaje, la

determinación de coeficientes de transmisión, el comportamiento fluido-estructura y estructura-

oleaje, efectos en procesos morfológicos asociados a la erosión, socavación local, materiales,

estabilidad estructural, métodos constructivos, adaptabilidad, costos y su efectividad general para

la protección costera, entre otros factores. Las tecnologías alternativas existentes, como arrecifes

modulares artificiales, también serán evaluados con el fin de valorar su aplicabilidad y adaptación

bajo las condiciones en los Departamentos de La Guajira y Magdalena. Esto con el fin de asegurar

su funcionalidad y efectividad en los entornos marino-costeros de los departamentos.

El diseño, evaluación y validación se llevará a cabo mediante modelación CFD en 2D y 3D,

modelación estructural, modelación física a escala, pruebas a escala en campo y modelación

numérica marino-costera; todas tendientes determinar y optimizar las geometrías y configuraciones




13

propuestas para las condiciones batimétricas, climatológicas y oceanográficas regionales,

específicamente en los Departamentos de la Guajira y Magdalena.

Teniendo en cuenta los desarrollos generados y tecnologías existentes, se diseñarán proyectos

pilotos con las tecnologías alternativas para la protección costera de playas seleccionadas por las

gobernaciones departamentales con el fin de ser implementados en una etapa posterior. Los

diseños se realizarán para dos (2) playas en el Departamentos de La Guajira y una (1) playa en el

Departamento del Magdalena, seleccionadas previamente junto con personal técnico de las

Gobernaciones Departamentales, llevado a cabo como parte de las actividades previas ejecutadas

para el desarrollo de la propuesta.

Cada diseño de playa contará con los componentes de geología y geomorfología, análisis

multitemporal de línea de costa, oceanografía y climatología, levantamientos topográficos y

batimétricos, levantamientos de perfiles de playa, muestreo sedimentológico, mediciones de

corrientes, evaluación de perfiles de equilibrio, análisis de caudales y carga sedimentaria de

cuencas aferentes, análisis de transporte de sedimento, modelación hidrodinámica y dinámica del

litoral, evaluación de amenazas por eventos extremos, análisis socio-económico de los sectores, y

evaluación de condiciones ambientales. El diseño incluirá un programa de monitoreo de 24 meses

para el seguimiento de variables climatológicas, oceanográficas, sedimentológicas y de corrientes,

levantamientos batimétricos, topográficos y perfiles de playa, y reconocimiento con registro

fotográfico aéreo.

Como parte de los objetivos y productos derivado de los estudios y diseños piloto generados, se

contempla el desarrollo de una guía metodológica cuyo propósito es servir de soporte científico-

técnico a las autoridades locales, regionales, diseñadores y personal científico y técnico regional y

nacional, para la ejecución de estudios, diseños, monitoreo y evaluaciones de obras de protección

costera y recuperación de playas pertinentes para las condiciones de los departamentos de La

Guajira y Magdalena. Esta metodología servirá de referencia regional y nacional para la realización

de estudios, diseños y evaluación de soluciones de ingeniería considerando aspectos socio-

económicos, geológicos-geomorfológicos, oceanográficos y climatológicos, hidrodinámicos y

morfológicos, soluciones de ingeniería duras y blandas, monitoreo y valoración ambiental, entre

otros aspectos pertinentes con el litoral de los Departamentos de La Guajira y Magdalena.

Como soporte a los estudios, diseños y evaluación de soluciones se incluye el desarrollo de un

Sistema Experto en Modelación Costera que consiste en un modelo de ayuda para la gestión litoral

que da respuesta a la problemática presente en los ecosistemas costeros, tanto en la fase inicial




14

de caracterización, como en los procesos de evaluación de alternativas de solución. El propósito

de este sistema es facilitar el acceso a datos claves: batimetría, olas, línea de costa, fotografías

aéreas, datos de nivel del mar, viento, a través de módulos específicos que aporten la información

requerida por el gestor y faciliten su uso en modelos numéricos. Por otra parte también tiene como

propósito el facilitar el acceso a metodologías para el diseño, ejecución y seguimiento de las obras

costeras y brindar accesibilidad a una serie de herramientas para diferentes propósitos que serán

requeridos en la aplicación de las metodologías propuestas. Este sistema se ha concebido con el

fin de brindar el soporte técnico que las instituciones, autoridades y personas involucradas en la

gestión litoral, requieren para la toma de decisiones en el manejo de determinado sector en el

borde costero. Básicamente este sistema se será estructurado en tres módulos: gestor de bases de

datos, metodologías y herramientas.

De manera articulada, se contempla el desarrollo de un sistema regional para la modelación de

condiciones hidrodinámicas y de calidad del agua marina para el Departamento del Magdalena,

para lo cual se implementará un modelo hidrodinámico que reproduzca las condiciones

hidrodinámicas y termohalinas de esta zona costera y otro modelo de transporte que pueda

representar el movimiento de los contaminantes aportados por diversas fuentes a la columna de

agua y sedimentos, se considerará la delimitación de áreas de importancia sanitaria en los que

existe riesgo de salud pública para el usos recreativo de las aguas; igualmente estas dos

herramientas permitirán plantear los escenarios que faciliten cuantificar el riesgo ecológico por la

circulación de contaminantes y establecer las medidas de manejo más recomendables para

generar un esquema de gestión ambiental de esta zona costera en la búsqueda de la reducción de

los impactos por el aporte de contaminantes que deterioran la calidad del agua y los sedimentos

marinos.

Como parte del soporte en la gestión y planeación de las autoridades locales y regionales, se

pretende llevar a cabo una caracterización preliminar de las amenazas de origen marino – costero

presentes en el área de estudio así como la adquisición de información topográfica detallada de la

costa del Departamento del Magdalena que servirá de base para posteriores etapas de modelación

de escenarios. Específicamente se trabajarían: las inundaciones por lluvias, los tsunamis y el

ascenso en el nivel del mar, contando como sustento científico la información secundaria y bases

de datos disponibles. De igual forma se llevará a cabo una caracterización de la vulnerabilidad y

riesgo de los elementos expuestos a la erosión costera de los departamentos de la Guajira y

Magdalena, con el fin de identificar aquellos sectores críticos y más vulnerables. Con esto se

pretende realizar una catalogación y zonación de la línea de costa en función de su mayor o menor

susceptibilidad a sufrir cambios asociados al proceso de erosión costera en zonas críticas. Los




15

resultados son el insumo básico para la realización de planes de adaptación de cada uno de los

departamentos, ante el cambio climático, dentro de dos ejes específicos de trabajo, a saber: a) la

integración de los lineamientos de adaptación al cambio climático en la planificación territorial y b)

el desarrollo de los lineamientos al cambio climático y su socialización con los sectores económicos

y actores sociales dentro de cada uno de los departamentos.

Así mismo se pretende caracterizar la calidad ambiental de las playas del municipio de Riohacha

en el Departamento de la Guajira, por medio de la evaluación de los impactos asociados a las

actividades antrópogénicas en los principales centro poblados ubicados en la franja costera del

Departamento de la Guajira a través de la identificación, caracterización y evaluación de los

principales focos de contaminación, con el objeto de obtener una línea base que permita la

implementación de medidas de planificación ambiental en estas zonas. Permitiendo con esto la

creación un mapa socio-económico que identifique la complejidad de estos aspectos y su

incidencia en la problemática costera, la creación de un panorama de riesgo asociado a la

presencia de residuos sólidos en la zona costera, la identificación de los riesgos asociados a los

vertimientos líquidos que llegan de manera directa a la zona costera del Departamento de La

Guajira, la elaboración un mapa de calidad que permita identificar el potencial de las playas de

acuerdo al uso, y por último estrategias de planeación de la zona costera y retroalimente los planes

de ordenamiento territorial de los municipios involucrados en el estudio.

El programa contará con la financiación de estudiantes a nivel de Maestría y Doctorado en los

programas Maestría en Ingeniería Civil, Maestría en Física Aplicada, Doctorado en Ciencias del

Mar y Doctorado en Ingeniería Civil de la Universidad del Norte. También, se contará con la

financiación en cursos de capacitación tecnológica de alto nivel para los investigadores del

proyecto.

Se realizará misiones tecnológicas a Estados Unidos, México y Europa para desarrollar procesos

de cooperación científico-tecnológica, académica y la revisión de casos de estudio y proyectos de

protección costera y recuperación de playas.




16

5 ENTIDADES PARTICIPANTES Y ACTORES DE INTERÉS

El proyecto será desarrollado por las siguientes entidades:

Fundación Universidad del Norte

Universidad de la Guajira

Universidad del Magdalena

Oceanus Search and Recovery del Sureste S.A. - Oceanus International.

Instituto de Investigaciones Marinas y Costeras “José Benito vives de Andréis “ - INVEMAR

Se contará con el apoyo y consulta de los siguientes actores, quienes también serán beneficiarios

de los productos del programa:

Corporación Autónoma Regional de La Guajira - CORPOGUAJIRA

Corporación Autónoma Regional del Magdalena - CORPAMAG

Dirección General Marítima - DIMAR

Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible - Dirección de mares, costras y recursos

acuáticos

Autoridad Nacional de Licencias Ambientales - ANLA

Comunidades ubicadas en las zonas costeras




17

6 METODOLOGÍA

La metodología propuesta está estructurada con base en los objetivos específicos del programa.

6.1 COMPONENTE 1: CARACTERIZACIÓN DE LAS CONDICIONES MARINO-COSTERAS DEL LITORAL DE LOS DEPARTAMENTOS DE LA GUAJIRA Y MAGDALENA

La caracterización de las condiciones marino-costeras en los Departamentos de La Guajira y

Magdalena se llevará a cabo a partir de información levantada en campo, información secundaria

disponible con el fin de identificar la aplicabilidad de tecnologías alternativas para protección

costera en distintos sectores del litoral. La caracterización contempla los siguientes componentes:

Levantamientos batimétricos a lo largo del litoral de los departamentos de La Guajira y

Magdalena contemplando la plataforma somera (hasta una profundad de 10 m) y sectores

seleccionados.

Perfiles de playa en sectores seleccionados con condiciones críticas de erosión

Caracterización sedimentológica del lecho y playa a lo largo del litoral (D10, D50, D90)

Mediciones puntuales de corriente y concentración de sedimento en sectores

seleccionados

Caracterización geológica y geomorfológica a partir de información secundaria

Análisis multitemporal de la variabilidad de la línea de costa a partir de imágenes satelitales

de libre descarga.

Caracterización climatología y oceanografía (Sistema Experto de Modelado Costero)

Caracterización hidrológica de descargas de caudal y estimación de aportes de sedimentos

de cuencas aferentes.

Caracterización regional hidrodinámica y transporte de sedimento a partir de modelación

numérica (Sistema Experto de Modelado Costero)

El levantamiento batimétrico se hará con líneas perpendiculares a la costa separadas entre 500 y

1,000 m a lo largo 400 m del litoral del Departamento de La Guajira y 220 m del Departamento del

Magdalena. Se desarrollarán mapas de profundidad y cota del nivel del lecho del mar con el fin de

conformar el lecho del fondo marino. Para el levantamiento batimétrico el posicionamiento se

llevará a cabo por el sistema GPS diferencial en tiempo real, con una precisión de 1.0 m en

coordenadas en planta de acuerdo con las normas y técnicas internacionales vigentes y con

equipos calibrados.




18

Se tomarán dos muestras de sedimento de aproximadamente 500 gr cada 4 Km (310 muestras)

para determinar las características granulométricas y su variación a lo largo del litoral. Las

muestras serán debidamente almacenadas y rotuladas indicando la coordenada, profundidad y

fecha, y posteriormente analizadas.

Los perfiles de playa serán llevados a cabo para 4 sectores críticos seleccionados en el

Departamento de La Guajira y 2 sectores en el Departamento del Magdalena. Los perfiles serán

levantados cada 50 m y acoplados con una batimetría detalladas del sector. De igual forma se

tomarán muestras de sedimento en cada uno de los perfiles. Estos levantamientos estarán

coordinados con los levantamientos necesarios para el desarrollo de los diseños de proyectos

piloto y el estudio de vulnerabilidad y riesgo ejecutados en el programa. Se dispondrá parte del

tiempo durante las batimetrías para realizar mediciones puntuales de corrientes y concentración de

sedimento en sectores donde las condiciones climatológicas y de oleaje lo permitan.

El análisis climatológico-oceanográfico e hidrodinámico será articulado con el componente de

Sistema Experto de Modelado Costero. En el análisis del clima de oleaje en la zona y régimen del

nivel del mar se determinarán las distintas funciones de distribución del oleaje, tanto extremal como

medio anual, partiendo de las diferentes fuentes de datos de oleaje existentes para la zona de

estudio. Las fuentes de información directa sobre oleaje disponibles en el área de estudio proceden

del programa de retroanálisis WaveWatch-III (WW3). Para propagación del oleaje hasta los

sectores críticos de interés se utilizarán dos modelos de oleaje espectral: SWAN y OLUCASP,

validado también con el Sistema Experto de Modelado Costero.

La caracterización hidrológica se llevará a cabo a partir del análisis hidrológico de cuencas

aferentes en el litoral de cada departamento mediante el modelo HEC-HMS soportado en

plataforma SIG.

La caracterización marino-costera permitirá establecer las condiciones para la evaluación y

validación de las tecnologías alternativas contempladas en la modelación numérica, física y

pruebas a escala reducida.




19

6.2 COMPONENTE 2: DISEÑAR DE SISTEMAS DE TECNOLOGÍAS ALTERNATIVAS DE DISIPACIÓN DE OLEAJE APLICABLES A LA PROTECCIÓN COSTERA EN PLAYAS DE LOS DEPARTAMENTOS DE LA GUAJIRA Y MAGDALENA A PARTIR DE MODELACIÓN NUMÉRICA

Este componente contempla el diseño de dos (2) nuevas configuraciones de sistemas de para la

disipación de la energía del oleaje considerando características marino-costeras de la región. Para

la realización de este componente se llevará a cabo la siguiente metodología:

Revisión de patentes de sistemas de atenuación de oleaje existentes para valorar ventajas,

desventajas y limitaciones de su aplicación en el entorno regional.

Diseño conceptual de sistemas de atenuación de oleaje de tipo sumergido y/o flotante.

Modelación numérica CFD (Computational Fluid Dynamics) 2D y 3D para evaluar

condiciones acopladas estructura-hidrodinámica, modificar y seleccionar geometrías

factibles para pruebas físicas a escala.

Modelación numérica hidrodinámica y morfodinámica costera para la evaluación la

efectividad de las tecnologías propuestas, efectos sobre corrientes y susceptibilidad de

erosión costa abajo o costa arriba, entre otros factores.

Materiales y método constructivo

Costos de construcción y mantenimiento

Los diseños conceptuales propuestos serán evaluados inicialmente con modelación numérica CFD

2D y 3D para evaluar las condiciones de la estructura sobre la hidrodinámica y de la hidrodinámica

sobre la estructura. Se hará uso de los modelos computacionales FLOW-3D (FlowScience),

COMSOL Multiphysics (COMSOL) y/o ANSYS. Las condiciones de frontera y otros parámetros de

configuración de escenarios serán definidos bajo las características regionales de oleaje,

batimetrías, perfiles de playa y sedimentos, entre otros.

El diseño de las 2 nuevas configuraciones incluirá el análisis del run-up del oleaje, evaluación de la

interacción fluido-estructura para diferentes alturas de ola incidente, estimación de coeficientes de

transmisión, estabilidad de las estructuras sobre el lecho para el caso de estructuras sumergidas,

socavación local, caracterización de los movimientos en Sway-Heave-Roll para el caso de

estructuras flotantes, determinación de las propiedades estructurales (desplazamientos, velocidad,

aceleración, rotación, amortiguamiento de anclajes y amarres, volumen de agua desplazada por la

estructura en estado de equilibrio, determinación de propiedades dinámicas como altura reducida

de oleaje, velocidad y aceleración reducida de partículas, coeficientes de amortiguamiento

hidrodinámico, entre otros factores.




20

Los resultados de las modelaciones numéricas permitirán reconfigurar y mejorar los diseños

propuestos para ser evaluados posteriormente con modelación física y pruebas a escala reducida

en campo. Los diseños serán sometidos a procesos de patente.

6.3 COMPONENTE 3: DESARROLLAR CONCRETOS RESISTENTES A AMBIENTES MARINOS A PARTIR DE MATERIALES DE LA REGIÓN

Para el presente proyecto se tiene contemplado el desarrollo de tres tipos de concretos:

1. Concreto convencional de 5000 psi

2. Concreto de alta resistencia (CAR) o concreto de alto desempeño (CAD) de 10000 psi

3. Concreto a base de azufre (CBA) de 6000 psi (anhidro)

Cada uno de los concretos antes mencionados cuentan con dosificaciones y metodologías de

conformación diferentes para lograr sus características a corto y largo plazo (resistencia,

plasticidad y manejabilidad, apariencia, protección de refuerzo).

El concreto convencional de 5000 psi requiere de bajas adiciones de aditivo superplastificante y se

puede diseñar de acuerdo a las normas vigentes (ASTM o NTC). El CAR o CAD requiere del uso

de agregados pétreos de tamaños nominales bajos con gradaciones específicas y el uso de

superplastificantes de última generación para garantizar bajas relaciones agua/cemento y buena

manejabilidad. Su diseño se especifica de acuerdo a las recomendaciones de la ACI (American

Concrete Institute). El CAR, por ser un concreto anhidro, requiere de una preparación minuciosa

por el control de temperaturas y fundida.

Las normas de referencias para la constitución de CAR o CAD se encuentran en la normativa de la

ACI 211.4R-93 (Guide for Selecting Proportions for High-Strength Concrete Using Portland Cement

and Other Cementitious Materials) y ACI 363.2R-98 (Guide to Quality Control and Testing of High-

Strength Concrete). Actualmente se cuenta con investigaciones exitosas en este sentido en la

Universidad del Norte. La conformación de los concretos a base de azufre obedece a los

lineamientos de las normas ASTM C1159-98(2008) (Standard Specification for Sulfur Polymer

Cement and Sulfur Modifier for Use in Chemical-Resistant, Rigid Sulfur Concrete), la guía ACI

548.2R-93 (Guide for Mixing and Placing Sulfur Concrete in Construction) y la ACI 548-3R-09

(Report on Polymer-Modified Concrete).




21

Cada ensayo contempla el uso de 3 probetas (3 probetas por ensayo); se estipulan como mínimo

10 ensayos por prueba a realizar dentro de cada edad de evaluación. Para el caso de los ensayos

de resistencia a la compresión, se deben considerar medidas de resistencia a los 7, 14 y 28 días

de curado (caso de concreto convencional, CAR o CAD) o de 1, 7 y 28 días de conformado (CBA).

Las mismas edades de contemplarán para los ensayos de tracción indirecta.

Las pruebas de corrosión se realizarán a las mismas edades de los ensayos mecánicos pero con

una prolongación hasta los 150 días de conformación de las probetas. Este tipo de estudios

prolongados en el tiempo garantizan una evaluación adecuada de la degradación del material en el

tiempo cuando se encuentra expuesta a agentes nocivos para su constitución (cloruros, sulfatos,

ácidos).

El diseño de materiales y diseño estructural de contempla la revisión de patentes de mezclas de

concreto y otros materiales para ambientes marinos, el diseño y conformación de mezclas de

concreto de alta resistencia y concreto de azufre para uso en ambientes marinos. Se llevarán a

cabo los siguientes ensayos:

Diseño de mezclas con resistencia especificada y Elaboración de especímenes (NTC 550).

Ensayos de caracterización y resistencia: Granulometría, Determinación de la resistencia a

la compresión inconfinada (NTC 673), Determinación de la resistencia a la flexión

(Viguetas) (NTC 287), Determinación de la resistencia a la tracción (Prueba brasilera)

(NTC 722).

Determinación de la consistencia (Asentamiento del concreto - Slump -cono de Abrams-)

(NTC 396).

Determinación del contenido de aire (NTC 1028 o NTC 1032).

Ensayos de durabilidad: Ataque de sulfatos, cloruros (sulfatos y sales contenidos en el

agua de mar; duración: mínimo 6 meses).

Deterioro biológico (alteración del pH).

El desarrollo incluye una revisión y valoración de las condiciones ambientales asociadas a los

diseños propuestos y tecnologías existentes como accesibilidad a la playa, condiciones estéticas,

efectos sobre el paisaje, riesgo a bañistas y el marco legal ambiental asociado. Las tecnologías

propuestas, diseñadas y evaluadas estarán sujetas a procesos de patente.




22

6.4 COMPONENTE 4: EVALUAR TECNOLOGÍAS ALTERNATIVAS DE DISIPACIÓN DE OLEAJE APLICABLES A LA PROTECCIÓN COSTERA EN PLAYAS DE LOS DEPARTAMENTOS DE LA GUAJIRA Y MAGDALENA A PARTIR DE PRUEBAS FÍSICAS Y A ESCALA

Para la evaluación de tecnologías alternativas de disipación de oleaje aplicables a la protección

costera, se requieren de un análisis que contemple la influencia de los diferentes factores que

intervienen en la fenomenología a controlar: comportamiento estructural (anclaje, materiales,

configuraciones geométricas), comportamiento hidrodinámico (corrientes, temperaturas, transporte

de sedimentos, fuerzas de arrastre) y el comportamiento ante ataques químicos (cloruros y

sulfatos). Para poder llevar a cabo este análisis se realizará:

Modelación física en laboratorio de tres (3) diseños seleccionados para la evaluación de

condiciones acopladas estructura-hidrodinámica y la determinación de parámetros de

diseño.

Ensayos a escala reducida en campo para la determinación del comportamiento

hidrodinámico y su efecto sobre el fondo marino, efecto de socavación local, y tendencias

sedimentarias y morfológicas a corto plazo.

La etapa de modelación física se llevará a cabo para la evaluación de los nuevos diseños

desarrollados seleccionados a partir de la modelación CFD. Las pruebas se llevarán a cabo en el

Engineer Research and Development Center (ERDC) del USACE (Cuerpo de Ingenieros de los

Estados Unidos) con sede en Vicksburg, Mississippi; o en las instalaciones del Laboratorio de

Investigaciones Marinas de Oregon State University (OSU). Los ensayos serán desarrollados en un

gran canal de oleaje 2D, de más de 100 m de longitud y 3 m de profundidad, con los cuales es

posible generar olas de más de 1 m de altura. El canal de la OSU es de 104 m de largo, 3.7 m de

ancho y 4.6 m de profundidad (Véase Figura 1 ). El canal de la ERDC es ligeramente de menores

dimensiones, pero ambos son capaces de generar las condiciones requeridas para los ensayos

(Véase Figura 2). Los dos canales de flujo están equipados con redes de sensores para medir la

densidad fluctuación del nivel del agua y la velocidad del flujo.




23

Figura 1. Canal de oleaje de Oregon State University (OSU)

Fuente: http://wave.oregonstate.edu/

Figura 2. Canal de oleaje del ERDC del USARMY Corp of Engineers

Fuente: http://www.erdc.usace.army.mil/

Los experimentos se llevarán a cabo sobre un lecho mixto para reducir el tiempo de prueba y su

costo asociado. Las pruebas en lecho móvil serán sustituidas por pruebas en campo a escala

reducida. Las pruebas de laboratorio serán diseñados para investigar los siguientes aspectos:

http://wave.oregonstate.edu/

http://www.erdc.usace.army.mil/




24

Run-up del oleaje: al menos tres alturas de las olas se pondrá a prueba con el fin de

verificar o desarrollar ecuaciones empíricas para cuantificar el run-up de olas rompientes.

Evaluación de la interacción fluido-estructura: por lo menos cuatro niveles de agua y tres

alturas de onda incidente serán evaluadas para cada diseño de disipador. El objetivo es

desarrollar o verificar ecuaciones empíricas para calcular la fuerza del oleaje cada diseño

estructural.

Determinación de los coeficientes de transmisión: al menos cuatro niveles de agua

diferentes y tres alturas de onda incidente se pondrá a prueba para cada diseño. El

objetivo es obtener los coeficientes de transmisión de onda para cada diseño estructural.

Estabilidad de las estructuras sobre el lecho para cada diseño.

El diseño detallado del modelo y las condiciones de las olas de prueba se basarán en las

condiciones de campo como batimetría y oleaje, en los sitios potenciales en aplicación en los

Departamentos de La Guajira y Magdalena. Las características batimétricas, climatológicas y

oceanográficas determinan la ubicación de las tecnologías propuestas a evaluar. Por ejemplo,

pendientes suaves y amplia zona de rompientes pueden favorecer la zona de rompiente de las

estructuras diseñadas; y pendientes empinadas y zona angostas de rompientes pueden favorecer

las estructuras fuera de la zona de rompientes. Estos dos diseños diferentes determinarán la

manera como se obtendrán los parámetros de interés en el laboratorio, por ejemplo run-up,

fuerzas, coeficientes de transmisión. El caso de la zona amplia de rompiente se requerirán obtener

los parámetros anteriores bajo distintas condiciones de rompimiento de olas. Para zonas angostas

de rompientes se requerirá obtener los parámetros anteriores bajo condiciones de olas no

rompientes.

Las pruebas en campo con escala reducida se llevarán a cabo en el centro-oeste de Florida,

EE.UU. Para estas pruebas se disponen de los siguientes equipos:

3 RDI ADCP (Acoustic Doppler perfiladores de corriente),

Sensores de dirección (4 Sontek ADV, 1 Nortek ADV Vector y 2 RDI Wave Monitor),

5 ADV (velocímetros Doppler acústicos) (4 ADV SonTek y 1 Nortek ADV vectoriales)

Estos equipos permitirán obtener mediciones detalladas de reducción de la energía desde las

estructuras hacia la playa, la transmisión de oleaje a través de la los espacios entre módulos de la

configuración de la estructura y la transmisión de ondas a través de los agujeros de los módulos.

Además, se medirá el cambio morfología a corto plazo asociada con la instalación de las diferentes

tecnologías valoradas, documentando el comportamiento de la erosión en las inmediaciones de las




25

tecnologías evaluadas. Varios condiciones de cimentación podrán ser probadas. Al igual que en las

pruebas de laboratorio, el diseño detallado de la modelo a escala y el diseño de la configuración de

módulos, se basa en las condiciones de campo en los Departamentos de La Guajira y Magdalena;

por lo tanto el análisis de escala y semejanza se llevarán a cabo para vincular los sitios del centro-

oeste de Florida a los sitios potenciales de campo los Departamentos de La Guajira y Magdalena.

6.5 COMPONENTE 5: DISEÑAR PROYECTOS PILOTOS Y GUÍA METODOLÓGICA PARA PROTECCIÓN Y RECUPERACIÓN DE PLAYAS EN LOS DEPARTAMENTOS DE LA GUAJIRA Y MAGDALENA

Los diseños se llevarán a cabo mediante la aplicación de los diseños desarrolladas y evaluados en

el programa y tecnologías existentes adaptadas a las condiciones naturales regionales en el litoral

Caribe de los Departamentos de La Guajira y Magdalena. El propósito de los diseños piloto es

contar con soluciones factibles con tecnologías alternativas a obras fijas que puedan ser aplicadas,

monitoreadas y reconfiguradas durante su implementación, la cual se contempla se llevada a cabo

en una etapa o proyectos posterior.

Los diseños piloto serán desarrollados en dos (2) sectores de playa en el Departamento de La

Guajira y un (1) sector en el Departamento del Magdalena teniendo en cuenta la pertinencia para

los departamentos en la solución del problema de erosión en estos sectores y la conveniencia para

el desarrollo de las pruebas piloto en cuanto a la disponibilidad de espacio, accesibilidad y cercanía

con centros poblados que permitan reducir los costos de ejecución. La ubicación de las playas

modelos para diseño son los siguientes:

Sector 1: Malecón de Riohacha, Departamento de La Guajira. Longitud: 3,000 m (Véase Figura 3)

Sector 2: El Pájaro, Manaure, Departamento de La Guajira. Longitud: 1,200 m (Véase Figura 4)

Sector 3: Costa Verde, Municipio de Ciénaga, Departamento del Magdalena. Longitud 3,300 m

(Véase Figura 5)




26

Figura 3. Sector 1: Centro Cultural de Riohacha, Departamento de La Guajira. Longitud de 3,000 m.

Figura 4. Sector 2: El Pájaro - Manaure, Departamento de La Guajira. Longitud de 1,200 m




27

Figura 5. Sector 3: Municipio de Ciénaga, Departamento del Magdalena. Longitud 3,300 m

Los estudios y diseños específicos para cada sitio incluirán los componentes de geología y

geomorfología, análisis multitemporal de línea de costa, oceanografía y climatología,

levantamientos topográficos y batimétricos, levantamientos de perfiles de playa, muestreo

sedimentológico, mediciones de corrientes, evaluación de perfiles de equilibrio, análisis de

caudales y carga sedimentaria de cuencas aferentes, análisis de transporte de sedimento,

modelación hidrodinámica y dinámica del litoral, evaluación de amenazas por eventos extremos,

diseño funcional y estructural de alternativas y su efecto sobre la protección y estabilidad de las

playas, costos, análisis socio-económico de los sectores y evaluación de condiciones ambientales,

entre otros. Se llevará a cabo el proceso de trámite de licencias y permisos bajo las

consideraciones de la ANLA, DIMAR, INVEMAR, la Corporación Autónoma Regional de La Guajira

– CORPOGUAJIRA, la Corporación Autónoma Regional del Magdalena - CORPAMAG y

autoridades departamentales y distritales.

Los estudios incluyen un diagnóstico detallado de las condiciones actuales de erosión con el fin de

establecer la línea base, sobre la cual se evaluará la efectividad de las tecnologías durante las

pruebas piloto. La caracterización de los sitios críticos comprende dos escalas temporales: el largo

plazo y el corto plazo. En el largo plazo se utilizarán los conceptos de perfil y planta de equilibrio

así como modelos de evolución morfológica de la línea de costa de largo plazo. En el análisis de

corto plazo se utilizaran modelos de evolución de perfil y planta, a partir de los regímenes medios y

extremos de oleaje. Una vez se cuente con la caracterización hidrosedimentaria de detalle, se




28

procederá a efectuar la evaluación del impacto de las nuevas estructuras en el medio ambiente

litoral, mediante el análisis comparativo de la situación actual (sin obras) y la situación futura (con

obras). Los resultados permitirán ajustar y optimizar los diseños funcionales de las obras y reducir

las incertidumbres, en cuanto el impacto de estas nuevas estructuras en la línea de costa, tanto

adyacente como vecina.

Para los diseños se recopilará información existente sobre el área en cuanto a estudios anteriores,

batimetrías, salinidad, temperatura superficial del mar, corrientes, olas, vientos, precipitación,

humedad relativa, temperatura del aire y presión atmosférica, con el fin de preparar la base

histórica de datos y establecer las necesidades de información a generar y crear una climatología

meteo-marina, bajo regímenes medios y extremos y variaciones anuales e interanuales. Se

revisarán bases de datos globales de la NOAA, CIOH, IDEAM, GEBCO, INVEMAR, entre otras.

También se recopilarán estudios previos realizados en la zona en relación con información

geológica y geomorfológica e imágenes satelitales de libre descarga, entre otros. La información

existente será completada con estudios e información de trabajos previos existentes en las bases

de datos disponibles del CIOH, IDEAM e INVEMAR, entre otras fuentes.

Para el trabajo se cuenta con bases de datos batimétricos de fuentes globales tales como General

Bathymetric Chart of the Oceans (GEBCO), National Oceanic and Atmospheric Administration

(NOAA) y Earth Topography (ETOPO), cartas náuticas producidas por la Dirección General

Marítima de Colombia, DIMAR, series de datos simulados con el modelo numérico Wavewatch III,

a partir de los datos de re-análisis de viento, datos de viento satelitales del proyecto QUIKSCAT

con resolución diaria. De igual forma será necesaria la realización de levantamientos batimétricos

en los sectores de estudio, con especial énfasis en las zonas donde se proyectan las actuaciones

costeras para la recuperación de las playas.

Para el análisis de la evolución histórica de la línea de costa se efectuará la adquisición de

aerofotografías históricas de la zona de interés, así como de imágenes satelitales, las cuales serán

procesadas, georeferenciadas y ortorectificadas con el fin de extraer la línea de costa para los

diferentes años. A partir de esta información se determinarán las zonas de acreción y erosión, así

como sus tasas de retroceso y/o avance. De igual forma, la caracterización

geológica/geomorfológica se realizará a partir de información secundaria y estudios previos

desarrollados por el INVEMAR y el Servicio Geológico de Colombia.

En el análisis del clima de oleaje en la zona y régimen del nivel del mar se determinarán las

distintas funciones de distribución del oleaje, tanto extremal como medio anual, partiendo de las




29

diferentes fuentes de datos de oleaje existentes para la zona de estudio. Las fuentes de

información directa sobre oleaje disponibles en el área de estudio proceden del programa de

retroanálisis WaveWatch-III (WW3).

Se realizará la propagación del oleaje de profundidades indefinidas hasta las zonas donde se

establecerían la regeneración de playas, mediante modelación numérica, con el fin de reconstruir

allí los regímenes de oleaje. Para la propagación de oleaje hasta la región de interés en la costa,

se utilizarán dos modelos de oleaje espectral: SWAN y OLUCASP. Para la obtención del régimen

extremal de oleaje se utilizará la aproximación de los máximos sobre un umbral (POT, por sus

siglas en ingles). Los resultados se presentan en términos de alturas de oleaje para periodos de

retorno dados.

Para el análisis de mareas se utilizará la serie histórica del mareógrafo de Cartagena y las series

de marea astronómica del modelo global de marea astronómica GRENOBLE. El análisis de marea

se efectuará separando la marea astronómica y la marea meteorológica, debido a presión y viento.

La marea meteorológica se obtendrá de la serie histórica del mareógrafo de Cartagena. Una vez

efectuado todo el análisis anterior se procederá a construir los regímenes medios y extremos de

nivel del mar (marea astronómica y marea meteorológica).

Para la evaluación morfodinámica de corto y largo plazo en la zona se efectuarán la recolección de

muestras granulométricas en distintos puntos de la playa seca y de playa sumergida a lo largo de

todo el perfil activo de la playa, con el fin de caracterizar el tipo de sedimento nativo en la zona. Se

efectuarán mediciones del perfil de playa y se aplicarán modelos numéricos de transporte de

sedimentos y evolución morfodinámica, tanto en planta como en perfil, para establecer cuál es el

funcionamiento morfodinámico de la zona, tanto en corto como en el medio plazo. Se emplearán

las salidas del modelo OLUCASP para utilizar el modelo COPLA (Corrientes en playas),

incorporados en el Sistema de Modelado Costero (SMC). Con esto resultados se caracterizarán las

corrientes en las zonas donde se proyectan la regeneración de las playas. De igual forma se

utilizará un modelo de evolución morfodinámica de corto y largo plazo, que permitirá conocer como

es el comportamiento y respuesta de la costa antes diferentes situaciones y escenarios. Para el

análisis de la morfodinámica de corto plazo es importante evaluar los eventos extremos de oleaje

de temporal con periodos de retorno asociados.

También es de interés conocer la planta y perfil de equilibrio. Con la información de oleaje en los

puntos de interés de la costa y las características de los sedimentos obtenidas del análisis

granulométrico se procederá a la evaluación de los perfiles de equilibrio que debería tener la zona




30

de interés, de acuerdo con dichas variables. Se compararán lo medido en campo con lo calculado

y se analizarán las diferencias. Lo anterior también permite establecer si el sector de costa de

interés se encuentra en equilibrio o no y hacia futuro permitirá evaluar diferentes alternativas de

relleno, si fuere del caso.

A partir de los resultados de las modelaciones numéricas en la zona de interés, se compararán las

mismas condiciones modeladas pero con las obras proyectadas en las diferentes alternativas

consideradas, con el fin de observar su incidencia en el borde costero, bajo las condiciones de

régimen medio y de régimen extremo de oleaje. Para la evaluación de las alternativas

consideradas, se contará con los parámetros de diseño específicos para cada tipo de alternativa

determinados para las tecnologías desarrolladas y establecidas para tecnologías existentes, por

ejemplo los coeficientes de transmisión, entre otros factores.

Se contará con asesoría internacional orientada al Manejo Integral de Zonas Costeras el cual

permitirá abordar los diseños hacia soluciones integrales tendientes no solo hacia los procesos de

erosión costera sino también hacia criterios de sostenibilidad con el entorno natural y social.

Los resultados del diseño funcional permitirán establecer las mejores alternativas de tecnologías y

configuraciones, sobre las cuales se llevará a cabo el análisis de estabilidad estructural

considerando los parámetros de diseño específicos.

Los diseños incluirán un informe técnico, un informe ejecutivo, planos, especificaciones técnicas y

presupuesto, valoración socio-económica y un estudio de impacto ambiental. La implementación

de los proyectos pilotos monitoreados, que se realizarán en un proyecto posterior, permitirán

evaluar y hacer uso de las tecnologías alternativas de manera permanente como solución y

permitirá su implementación en otros sectores de la región.

Como parte de los productos de los diseños de proyectos pilotos, se desarrollará una guía

metodológica para la ejecución de estudios, diseños, monitoreo y evaluaciones de obras de

protección costera y recuperación de playas en el Caribe colombiano pertinentes para las

condiciones de los departamentos de La Guajira y Magdalena.

La metodología propuesta comprende el desarrollo detallado de los pasos necesarios para atender

los problemas en la costa bajo las siguientes premisas: conocer las causas que han originado una

situación crítica, entender los procesos involucrados y el funcionamiento del sistema sin




31

intervenciones y finalmente proponer o evaluar alternativas de solución a la problemática

identificada.

La metodología incluirá la descripción del procedimiento, métodos para adquisición y análisis de

variables, análisis y diseño, métodos de medición y consideraciones para la presentación de

estudios y diseños de ingeniería teniendo en cuenta aspectos socio-económicos, geológicos-

geomorfológicos, oceanográficos y climatológicos, hidrodinámicos y morfológicos, soluciones de

ingeniería duras y blandas, monitoreo, calidad del agua, valoración económica y ambiental,

consideraciones por ascenso del nivel del mar, marco jurídico nacional, entre otros aspectos

pertinentes con el litoral del Caribe colombiano.

Estas metodologías se desarrollarán posterior a la etapa de diseño de sectores críticos piloto, dado

que buena parte de los insumos estarán basados en la recopilación de las experiencias que se

estarán adquiriendo en la ejecución del proyecto. Al final se contaran con un documento

metodológico en donde se describe paso a paso las diferentes etapas que se requieren para

abordar estos problemas. Los documentos estarán agrupados de forma temática los siguientes

capítulos:

Caracterización de las dinámicas presente en las costas (olas, corrientes, vientos y

mareas).

Estudios para determinar los procesos litorales de corto y largo plazo (transporte de

sedimentos, morfodinámica litoral)

Diseño de estructuras marítimas (diseño funcional y diseño estructural, tipología de obras)

Monitoreo y seguimiento de obras marítimas y costeras.

Aspectos socio-económicos asociados a la intervención de zonas costeras para la

protección contra erosión

Manejo integral de zonas costeras

Evaluación de variables ambientales en proyectos de control de erosión costera

Marco legal para la presentación, evaluación y aprobación de proyectos costeros

Para el desarrollo de este componente se tomara como referencia fuentes internacionales y

nacionales en contexto con las condiciones de los departamentos de La Guajira y Magdalena.




32

6.6 COMPONENTE 6: DESARROLLAR UN SISTEMA EXPERTO DE MODELADO EN ZONAS COSTERAS COMO SOPORTE PARA ESTUDIOS, DISEÑOS Y EVALUACIÓN DE PROYECTOS COSTEROS EN ESTA ZONA EN EL CARIBE COLOMBIANO.

En vista de que Colombia no cuenta en la actualidad con un documento de referencia para

estudios y diseños donde se encuentren metodologías y herramientas que suministren el soporte

técnico que las instituciones, autoridades y personas involucradas en la gestión litoral, requieren

para la toma de decisiones en el manejo de un determinado sector de la zona costera, se plantea

la necesidad de crear un Sistema Experto de Modelado en zonas Costeras cuyo propósito es:

Conocer con precisión la dinámica y la evolución de los sistemas costeros;

Establecer metodologías para el diseño, ejecución y seguimiento de las actuaciones a

realizar en las costas colombianas para la preservación del litoral;

Disponer de una serie de herramientas (modelos numéricos) para diferentes propósitos

que serán requeridos en la aplicación de las metodologías propuestas;

Desarrollo de un módulo de monitoreo de las condiciones meteo-marinas para definición

del estado actual y/o proyectado del mar como herramienta para la definición de alertas

Ofrecer a los planificadores del territorio instrumentos que permitan conocer los riesgos de

erosión de las zonas litorales, para posibilitar una gestión integral de la costa.

El Sistema Experto de Modelado costero estará conformado por tres módulos: un módulo de bases

de datos, el cual tendrá información de batimetrías, oleaje, nivel del mar y campos de vientos. La

información batimétrica se obtendrá de la digitalización de las cartas náuticas, y de la información

de las bases globales de batimetría ETOPO y GEBCO; para la información de oleaje se utilizará

datos de reanalisis generados por el modelo WaveWatch III para el Caribe colombiano, los datos

de altura de ola significante (Hs), periodo pico (Tp) y dirección pico (Dk) tienen una resolución

espacial de 10 min y un periodo de cobertura de 15 años, para estos datos se efectuara UN

PROCESO de corrección y calibración de los datos; la información del nivel del mar a utilizar será

la registrada por los mareógrafos ubicados en el Caribe (datos instrumentales) y además

información satelital que posee una cobertura temporal de más de 15 años; por último los campos

de vientos se obtendrán de datos del satélite QuickScat para el Caribe colombiano, estos datos

tienen un periodo de cobertura de más de 10 años. Es importante mencionar que toda la

información que estará disponible en el módulo de bases de datos del sistema experto de

modelado costero estará depurada, validada y calibrada, será de fácil acceso y además podrá ser

obtenida tanto en planta como en un punto.




33

El segundo módulo es el de metodologías, en este módulo se describen las metodologías a seguir

para el desarrollo de estudios y obras en el Caribe colombiano, para esto se desarrollaran una

serie de documentos de referencia y temáticos. En los documentos de referencia se recoge el

estado del arte de los conocimientos necesarios para desarrollar los fundamentos teóricos que se

utilizan en los documentos temáticos, mientras que en los documentos temáticos se desarrollan e

implementan las metodologías para el análisis de las actuaciones específicas que permitan la

correcta gestión del litoral. Dentro de las metodologías transferidas y adaptadas se pueden

mencionar las siguientes: Regeneración de Playas. Incluye la metodología y las herramientas que

permiten realizar todas las fases del estudio: diagnóstico, diseño y evaluación de la regeneración

de playas, con especial atención hacia los posibles impactos ambientales. Obras Marítimas.

Recoge la metodología necesaria para la construcción de obras marítimas (arrecifes artificiales,

diques sumergidos o espigones, paseos marítimos, tuberías submarinas, dragados y canales de

navegación, entre otros), incluyendo los criterios generales de diseño y cálculo, la ejecución del

proyecto, seguimiento y la evaluación del impacto.

El tercer modulo es el de Herramientas, este modulo consta de los modelos numéricos de oleaje

para aguas intermedias (tipo SWAN) y para aguas someras (tipo OLUCA-SP, RCP WAVES),

también tendrá modelos para corrientes en playas, modelos de transporte de sedimentos y de

evolución morfológica tanto en planta como en perfil.

6.7 COMPONENTE 7: CARACTERIZAR LA AMENAZA DE FENÓMENOS DE ORIGEN MARINO-COSTERO Y LA VULNERABILIDAD Y RIESGO DE EROSIÓN COSTERA PARA SECTORES CRÍTICOS EN LOS DEPARTAMENTOS DE LA GUAJIRA Y MAGDALENA.

En este componente se llevará a cabo la determinación de la amenaza, vulnerabilidad y riesgo por

erosión costera para sectores críticos en los Departamentos de La Guajira y Magdalena. De igual

forma se hará una caracterización preliminar las amenazas de origen marino-costero (Inundaciones

por lluvias, Tsunamis, Ascenso en el Nivel del Mar) presentes en el litoral de los Departamentos de

La Guajira y Magdalena.

Para el desarrollo de este componente se hará una revisión bibliográfica e interpretación preliminar

de fotografías aéreas y la búsqueda, adquisición y análisis de información secundaria, incluido

material cartográfico enfocado en temas como clima, geología, oceanografía, geomorfología,

fisiografía, uso de suelos, planes de ordenamiento territorial y planes de acción hechos por las

entidades con inherencia.




34

Se llevará a cabo una interpretación de fotografías aéreas que permitirá definir los rasgos

geológicos, geomorfológicos, de usos del suelo más relevantes dentro del área de estudio,

determinar los cambios sufridos a lo largo de la zona en cuanto a crecimiento de zonas urbanas,

cambios en el uso del suelo y retroceso o avance de la línea de costa a causa de la erosión litoral.

Para obtener la información geológica, geomorfológica, de procesos hidrodinámicos, condiciones

topo batimétricas y de uso del suelo de por lo menos 3 áreas críticas en las cuales se realizarán 2

salidas de campo con el fin de determinar las variaciones experimentadas entre épocas climáticas.

Se realizara un recorrido inicial para demarcar el área y definir la dirección del levantamiento de los

perfiles topo batimétricos. En cada una de las áreas se realizará un levantamiento topográfico,

altimétrico de perfiles de playa. Desde allí, mar adentro hasta empalmar con el perfil batimétrico (-

1.5 m) y tierra adentro, hasta una distancia de 250 m o hasta donde las viviendas o vegetación lo

permitieran. La distancia de separación entre los perfiles será promedio de 50 metros. En las zonas

de estudio se dejaran testigos topográficos con coordenadas plano rectangulares UTM, datum

WGS 84 para posteriores levantamientos topográficos. El levantamiento batimétrico y de perfiles se

articulará con los levantamientos requeridos para la caracterización y/o el diseño de proyectos

piloto en sectores críticos que se realizarán en el programa.

Se llevara a cabo el levantamiento geomorfológico, geológico, procesos erosivos y obras de

defensa mediante recorridos a lo largo de toda la línea de costa. En cada estación definida se

describirán geoformas y litología; se caracterizaran en forma detallada las zonas de playas, al igual

que los procesos erosivos que afectan la zona, por último se recolectara la información

concerniente al uso de la franja costera, así como de las obras de defensa existentes y su utilidad.

Para la determinación de amenaza vulnerabilidad y riesgo, se llevará a cabo un análisis de la

evolución reciente de la línea de costa se realizara a partir de la comparación de fotografías

aéreas. Dentro de estos vuelos la línea de costa más reciente será la referencia base, y con

respecto a ésta, se cotejaran las líneas de costa de los años anteriores. Una vez disponibles todas

las líneas de costa se medirán las respectivas distancias entre ellas usando el software ARCGIS y

DSAS (Digital Shoreline Analysis System) y RMAP 3.0 (Regional Morphology Analysis Package).

Dentro del trabajo se empleara el End Point Rate (EPR) que es la relación de la distancia entre la

línea de costa más antigua y la más reciente, y el lapso de tiempo en años entre ambas líneas,

como medida principal (Thieler et al., 2005).




35

Para la determinación de la amenaza, vulnerabilidad y riesgo por erosión costera, se usará una

serie de índices mediante la evaluación de los principales factores implicados en los procesos de

erosión y acreción. Para ello se analizaran y compararon las características de tramos de costa

segmentados según una cuadricula de 500 m x 500 m y se seleccionaron 17 variables

fundamentales denominadas (an) las cuales se dividen dentro de cuatro contextos: i) Físico, ii)

Social, iii) de la Conservación y iv) del Patrimonio (Tabla 1).

Tabla 1. Clasificación de las variables que integran los índices de amenaza, vulnerabilidad y riesgo.

Fuente: (Gomitz et al., 1994)

Amenaza por Erosión Costera - PHVI

Nº RANGOS FACTOR

VARIABLE Muy baja (1) Baja (2) Moderada (3) Alta (4) Muy alta (5)

1 Geomorfología Acantilados

altos de rocas ígneas

Acantilados medios rocas metamórficas

Acantilados Bajos

Plataformas de abrasión Terrazas marinas

Colinas y montañas

Llanuras aluviales Lagunas costeras

Playa Campos de

Dunas Espigas

Pantanos de Manglar Playones

1

2 Erosión Acumulación Estabilidad Erosión Baja

(menos de 0,5 m/año)

Erosión Media (0,5 - 1

m/año)

Erosión Alta (más de 1 m

/año) 1

3 Ancho de Playa Más de 50 m Entre 50 -25

m Entre 25 - 10

m Menos de 10

m Sin playa 1

4 Pendiente de

Playa (Intermareal)

Más de 8º Entre 6º y 8º Entre 4º y 6º Entre 2º y 4º Entre 0º y 2º 0.8

5 Grado de

Exposición Oleaje

Con Obstáculos -

Oleaje Indirecto

x Medianamente Resguardada

x Sin Obstáculos

- Oleaje Directo

0.8

6 Estado

Morfodinámico Reflectivo x Intermedio x Disipativo 0.8

7 Presencia de

Rasgos Geomorfológicos

Sin rasgos x 1 - 2 rasgos x 2 rasgos o más 0,6

8 Rango Mareal Micromareal x Mesomareal x Macromareal 0.6

9 Altura de Ola Entre 0 y 1

m x Entre 1 y 2 m x Mayor de 2 m 0.6

10 Aumento del Nivel del Mar

Descenso 1 mm/año

Estabilidad Relativa

Aumento de hasta 0.5 mm/año

Aumento entre 0.5 - 1

mm/año

Aumento mayor de 1

mm/año 0.6

Cada una de las variables serán calificadas conforme al grado de influencia en la amenaza y

vulnerabilidad ante la erosión costera, asignando a cada una, una puntuación de 1 (menor rango) a

5 (mayor rango) (Tabla 1). Tras la calificación de las diferentes variables, se realizara una

ponderación de las mismas según el método de Gornitz et al., (1994). Las variables se clasificaran

en tres tipos a los que se asignaron diferentes factores de ponderación (Tabla 1).




36

Se determinará la amenaza por erosión costera (PHVI) y la vulnerabilidades desde el punto de

vista social (SOVI), de la conservación (COVI) y del patrimonio (HEVI). Como un último paso se

efectuará la combinación ponderada de la amenaza por erosión costera (PHVI) y las diferentes

vulnerabilidades para obtener el riesgo. Los riesgos calculados se denominaron CVSI y se

expresan según su contexto ya sea social (CSVIsocial), de la conservación (CSVIconservacion) y

del patrimonio (CSVIpatrimonio). El riesgo total (CSVI) es el cálculo del promedio ponderado de los

tres riesgos previamente mencionados.

Se llevará a cabo la recopilación y análisis preliminar de las amenazas de origen marino-costero

(Inundaciones por lluvias, Tsunamis, Ascenso en el Nivel del Mar). Para llevar a cabo esta

actividad se emplearán los datos históricos asociados a dichas amenazas y se consultarán

diversos tipos de registros que incluirán, información secundaria, prensa local y nacional, así como

series de tiempo. De igual forma se generarán modelos de elevación digital de la costa del

Departamento del Magdalena, que permitirán la caracterización preliminar de las áreas

amenazadas y servirá de línea base para una posterior modelación de escenarios. Una vez

recopilados y obtenidos todos los datos disponibles, se compararán entre sí para caracterizar las

posibles relaciones existentes entre frecuencia e intensidad de estas amenazas.

Los mapas resultado del análisis se procesaran en ArcGis atendiendo a los parámetros explicados

y contenidos en las respectivas tablas de atributos. Se realizara el análisis de toda la información

obtenida en las fases anteriores para la elaboración de un informe final sobre el trabajo

desarrollado en este proyecto de investigación.

6.8 COMPONENTE 8: DESARROLLAR UN SISTEMA REGIONAL PARA LA MODELACIÓN DE CONDICIONES HIDRODINÁMICAS Y DE CALIDAD DEL AGUA MARINA PARA EL DEPARTAMENTO DEL MAGDALENA

La estructuración de un Sistema Regional para la Modelación Hidrodinámica y de Calidad del Agua

Marina, plantea la necesidad de desarrollar e implementar un modelo hidrodinámico para la

simulación y predicción de corrientes marinas y condiciones termohalinas y de picnoclina en el

frente costero del departamento del Magdalena, para lo cual se usará el modelo ROMS (Regional

Ocean Modeling System) (Shchepetkin et al, 2004).

El dominio de modelación será seleccionado de manera que incluya toda el área costera del

departamento del Magdalena, con especial atención la ubicación de la fronteras cercanas a la

desembocadura del rio Magdalena. El modelo será alimentado en sus fronteras abiertas con datos

de corrientes, salinidad, marea y temperatura provenientes del modelo global Hybrid Coordinate




37

Ocean Model (HYCOM) (Bleck, 2002; Halliwell, 2004; Chassignet et al., 2007). El viento actuante

sobre la superficie del mar será generado a partir del reanalysis de NCEP/NCAR, cuyos datos

serán corregidos según lo sugerido por Simionato et al., (2006). La velocidad del viento será

transformada en stress de viento según lo propuesto por García et al., 2012a,b. La calibración y

validación del modelo será llevada a cabo usando las mediciones de niveles de agua y corrientes

de 60 días para dos periodos diferentes del año, en época seca y época lluviosa. Los parámetros

usados en el ajuste durante la calibración y la validación serán, la fricción de fondo y los

coeficientes de difusión turbulenta.

Por otra parte, para desarrollar e implementar un modelo calidad del agua, se determinará el

estado de la calidad del agua en el frete costero del departamento del Magdalena efectuando un

estudio de fuentes. El análisis de la calidad fisicoquímica y bacteriológica de las agua marinas se

llevara a cabo en 40 estaciones ubicadas en los mismos sitios donde se localizan las estaciones de

la REDCAM. En todas las muestras serán analizadas siguiendo métodos estandarizados (APHA,

2006) y en los parámetros catalogados como: (1). Constituyentes generales: Solidos Suspendidos

Totales (SST), Temperatura, Oxígeno, Clorofila y salinidad; (2) Nutrientes: nitratos (NO3-N), nitritos

(NO2-N), amonio (NH3-N), Nitrógeno Total (TN), Fosforo total (TP) y ortofosfatos (PO4-P); (3)

Metales totales y trazas: Arsenico, cadmio, cromo, cobre, plata, plomo y zinc. La frecuencia de

muestreo será bimensual. Las muestras de sedimento serán tomadas en 10 estaciones, para la

distribución espacial de las estaciones se considerar los criterios presentados por Abessa (2001) y

la norma ISO 5667-19, 2004. A las muestras se les harán las determinaciones analíticas realizadas

sobre la fracción fina (metales pesados y bifenilpoliclorados (BPCs)), análisis granulométrico y

contenido de carbonato. La distribución del tamaño de grano será analizada mediante el método de

tamizado (escala de Wentworth) en seco (Suguio, 1973).

El análisis de los datos se desarrollará siguiendo lo propuesto por Schiff et al., (2011), quienes

sugieren examinar 4 etapas que permitan determinar la fuentes de contaminación antropogenica,

los picos de concentración después de tormentas, la relaciones entre variables y una etapa final

para identificar concentraciones de fondo.

Además para la cuantificación del riesgo ecológico presente o que pude ocurrir por el vertimiento,

trasporte y dispersión de contaminantes en el agua marina del frente costero del Departamento del

Magdalena se realizara usando la metodología ecological risk assessment, ERA por sus siglas en

ingles. (U,S, EPA1998), que comprende la identificación de las fuentes, la caracterización y análisis

de la exposición, análisis de la respuesta ecológica y perfil de los tensores ambientales para llegar

a la caracterización del riesgo. Se formularan diversos escenarios con diferentes medidas de




38

manejo para cuantificar en base a ellas el riesgo ecológico. Los escenarios serán comparados con

el escenario base (situación actual). Los escenarios que representen menor riesgo ecológico serán

seleccionados para recomendar las medidas de manejo Ambiental.

La delimitación de las áreas de exclusión para contacto primario y secundario se efectuara

mediante la comprobación de la afectación de la calidad del agua marina por la presencia de

contaminantes dado el vertido y disposición de aguas residuales y escurrimiento de zonas

agrícolas.

En lo referente a los sedimentos marinos se efectuaran mediante tres tipos de aproximaciones

para determinar las zonas de exclusión: La evaluación de la calidad de los sedimentos, la

constatación de las relaciones existentes entre las diferentes variables físicas y químicas, y el

análisis de los factores que condicionan la calidad actual de dichos sedimentos en el entorno de

afección. Para delimitar las áreas de exclusión en lo referente a la columna de agua se usara la

metodología propuesta por el ministerio de ambiente de nueva Zelandia (Ministry for the

Environment, 2003) que comprende la aplicación de listas de verificación de la existencia y relación

de fuentes de contaminación, la calificación de la situación sanitaria de las áreas bajo evaluación y

la evaluación de la calidad microbiológica con simulaciones de 5 años. Las áreas, una vez

delimitadas, serán catalogadas con el criterio de muy buena, buena, media, pobre y muy pobre en

lo referente a la calidad ambiental y sanitaria.

Por último la determinación de las medidas de manejo para la minimización de los efectos del

vertimiento de contaminantes se establecerá de acuerdo a la metodología recomendada por

Ascough (2008) en la cual las decisiones de la adopción de las mismas son examinadas en base a

la incertidumbre asociada a su implementación. Las alternativas de manejo serán

preseleccionadas de acuerdo a las fases previas del proyecto una vez definidas las fuentes de

contaminación, el tipo de contaminante y su peso relevante en los problemas ambientales de la

zona costera. Los modelos de simulación de la calidad del agua servirán para variar los escenarios

en la selección de las medidas de manejo.

6.9 COMPONENTE 9: CARACTERIZAR LA CALIDAD AMBIENTAL DE LAS PLAYAS DEL MUNICIPIO DE RIOHACHA EN EL DEPARTAMENTO DE LA GUAJIRA

Para llevar a cabo el desarrollo de este componente se plantea la necesidad de realizar una

caracterización socioeconómica de los principales centros poblados ubicados en la zona costera

del departamento de La Guajira, para esto se planificarán campañas de campo, se identificaran a




39

los líderes de comunidades, autoridades tradicionales y municipales para el acompañamiento en

cada zona y se recopilara información.

Se realizará un análisis causa-efecto y caracterización de los residuos sólidos que se encuentran

en la zona costeras de los centros poblados seleccionados para el estudio para esto se hará la

preparación logística necesaria para caracterización de los residuos sólidos, además se

identificaran los puntos críticos de localización del residuo en la zona costera con el propósito de

crear el mapa socio económico que identifique la complejidad de los residuos y su incidencia en la

problemática costera.

Por otro lado, se determinarán los efectos ambientales generados por los vertimientos de las

poblaciones costeras mediante la caracterización de los mismos y las aguas, suelo y sedimentos

en la zona costera, para esto se prepararan campañas de muestreo en suelo, vertido y zona de

influencia de las descargas, se analizarán estas muestras en laboratorio y junto con la visita de

expertos internacionales en el manejo de zona costera se elaborará un mapa que permita

identificar el potencial de calidad de las playas de acuerdo a su uso.

Por último se propondrán estrategias de planificación que propicie un manejo integral de zonas

costeras en el departamento de La Guajira las cuales serán divulgadas entre las alcaldías y las

comunidades de la zona costera.

6.10 COMPONENTE 10: FORMAR Y CAPACITAR TALENTO HUMANO A NIVEL DE MAESTRÍA Y DOCTORADO PARA DINAMIZAR Y ASEGURAR LA GENERACIÓN, TRANSFERENCIA, APROPIACIÓN Y APLICACIÓN DE NUEVO CONOCIMIENTO EN LA REGIÓN

El programa contará con la financiación de estudiantes a nivel de Maestría y Doctorado en los

programas Maestría en Ingeniería Civil, Maestría en Ingeniería Ambiental, Maestría en Física

Aplicada, Doctorado en Ciencias del Mar y Doctorado en Ingeniería Civil de la Universidad del

Norte. También, se contará con la financiación en cursos de capacitación tecnológica de alto nivel

para los investigadores del proyecto.

Se realizará misiones tecnológica a Estados Unidos y Europa para desarrollar procesos de

cooperación científico-tecnológica y académica y la revisión de casos de estudio y proyectos de

protección costera y recuperación de playas. Se consideran misiones al Instituto Hidráulico de

Cantabria, el U.S.Army Corp of Engineers y Deft Hydraulic, the University of South Florida, Oregon

State University, entre otras instituciones.




40

Se dispondrán de las siguientes plazas en la Universidad del Norte para realizar estudios de

postgrado articulados con el proyecto:

Tabla 2. Plazas de becas para estudios de Maestría y Doctorado en la Universidad del Norte para los

Departamentos de La Guajira y Magdalena

Programa de Postgrado Universidad del Norte Departamento

de La Guajira

Departamento

del Magdalena

Maestría en Ingeniería Civil (Ing. Recursos Hídricos) 1 1

Maestría en Ingeniería Civil (Ing. Estructural) 1

Maestría en Física Aplicada (Oceanografía) 1

Doctorado en Ciencias del Mar (Apoyo por 2 años) 1

Doctorado en Ingeniería Civil (Apoyo por 2 años) 1

Los aspirantes a las plazas de becas para cursar Maestría o Doctorado en la Universidad del Norte

deberán ser oriundos o tener el título de bachiller de algún colegio de los departamentos de La

Guajira y Magdalena para los cupos asignados a cada departamento (Tabla 2).

7 RELACIÓN DE OBJETIVOS, PRODUCTOS Y ACTIVIDADES

Tabla 3. Relación de objetivos y productos

OBJETIVOS PRODUCTOS

Caracterizar las condiciones

marino-costeras del litoral de los

Departamentos de La Guajira y

Magdalena.

Caracterización de las condiciones marino-costeras del litoral del

Departamento de La Guajira.

Caracterización de las condiciones marino-costeras del litoral del

Departamento del Magdalena.

Un artículo científico.

Diseñar sistemas de tecnologías

alternativas de disipación de oleaje

aplicables a la protección costera

en playas de los Departamentos de

La Guajira y Magdalena a partir de

modelación numérica.

Diseño de tecnologías alternativas de disipación de oleaje aplicables a la

protección costera en las playas del departamento de la Guajira y

Magdalena.

Esquemas y planos de tecnologías diseñadas

Resultados de modelación numérica

Workshop del software FLOW3D.

Workshop del software COMSOL.

Un artículo científico

Desarrollar concretos resistentes a

ambientes marinos a partir de

materiales de la región.

Diseño de tres tipos de concretos para ambientes marinos.

Dos artículos científicos

Evaluar tecnologías alternativas de

disipación de oleaje aplicables a la

Tres tecnologías de disipación de oleaje evaluadas para ser aplicadas a la

protección costera en playas del Departamentos de La Guajira y




41

OBJETIVOS PRODUCTOS

protección costera en playas de los


Magdalena a partir de pruebas

físicas y a escala.

Magdalena


Diseñar proyectos pilotos y guía

metodológica de diseño para

protección y recuperación de playas

seleccionadas en los


Magdalena.

Diseño de dos proyectos pilotos para el Departamento de la Guajira.

Diseño de un proyecto piloto para el Departamento del Magdalena

Estudio de impacto ambiental (2)

Guía metodológica de referencia regional para la realización de estudios,

diseños y monitoreo de obras de protección para el Departamento de La

Guajira y Magdalena.

Artículo científico

Desarrollar un Sistema Experto de

Modelado en Zonas costeras que

integre base de datos y modelos

calibrados para condiciones de los


Magdalena.

Base de datos (Batimetrías, oleaje, Nivel del mar, campos de viento) para

el Departamento de la Guajira.

Base de datos (Batimetrías, oleaje, Nivel del mar, campos de viento) para

el Departamento del Magdalena.

Sistema Experto de Modelado Costero.

Modulo de monitoreo meteo-marino

Workshop del SMC

Workshop del modelo MOHID

Dos artículos científicos.

Caracterizar la amenaza,

vulnerabilidad y riesgo para

sectores costeros críticos en los


Magdalena

Base de datos con datos asociados a la amenazas (pluviosidad, nivel mar,

sismicidad, etc.) para el Dept. del Magdalena

Informe de caracterización preliminar de amenaza marino-costera para el

Dept. del Magdalena

Guía metodológica para la determinación de la amenaza por erosión

costera.

Mapa de amenaza por erosión costera para sectores críticos de los Dept.

de La Guajira y Magdalena

Mapa de vulnerabilidad por erosión costera para sectores críticos de los

Dept. de La Guajira y Magdalena.

Mapa de riesgo por erosión costera para sectores críticos de los Dept. de



Desarrollar y socializar un modelo

de planificación ambiental de zonas

costeras asociado a impactos

antropogénicos en centros poblados

costeros del Depto. La Guajira a

partir de la caracterización y

evaluación de impactos de

vertimientos y focos de

contaminación.

Mapas socio económico y de calidad para identificación del potencial de las

playas de acuerdo al uso

Caracterización de riesgo asociado a la presencia de residuos sólidos y

vertimientos líquidos en la zona costera.

Estrategias de planeación para manejo de vertimientos en zonas costeras

Propuesta para la creación de un comité de Alcaldes con influencia en la

zona costera para unificar criterios, esfuerzos y políticas para el adecuado

manejo de las mismas

Un artículo científico




42

OBJETIVOS PRODUCTOS

Desarrollar e implementar un

modelo hidrodinámico y de calidad

del agua y sedimento marino para

el litoral del Depto. Magdalena

como soporte a las autoridades

ambientales para el ordenamiento

de playas y mitigación del riesgo

ambiental costero.

Sistema de modelo regional de calidad de agua y sedimento para el

Departamento del Magdalena.

Mapa del riesgo ecológico y mapa de áreas de exclusión para contacto

primario y secundario en el frente costero del Magdalena.

Medidas de manejo para la minimización de efectos del vertimiento y

disposición de aguas residuales domésticas

Workshop de modelación con ROMS.


Formar talento humano a nivel de

maestría y doctorado

Formación de talento humano a nivel de maestría (4 estudiantes).

Apoyo en la formación de talento humano a nivel del Doctorado (2

estudiantes).

7.1 RESULTADOS/PRODUCTOS ESPERADOS Y POTENCIALES BENEFICIARIOS

Estos deben ser coherentes con los objetivos específicos y con la metodología planteada. Los

resultados/productos pueden clasificarse en tres categorías:

Tabla 4. Generación de nuevo conocimiento

Resultado/Producto esperado Indicador Beneficiario

Caracterización de las condiciones

marino-costeras del litoral de los


Magdalena.

Un informe parcial incluyendo mapas.

Un informe final incluyendo mapas.

Comunidad internacional, grupos

de investigación, comunidad en

general

Diseño de dos (2) nuevas

configuraciones de tecnologías de

atenuación de oleaje a partir de

modelación numérica.

Un informe parcial

Un informe final incluyendo esquemas y/o

planos



general.

Diseño de tres tipos de concretos para

ambientes marinos.

Un informe parcial.

Un informe final



general.

Evaluación y adaptación de tres (3)

tecnologías existentes de atenuación

de oleaje para el Depto. de La Guajira y

Magdalena a partir de pruebas físicas y

a escala.

Un informe parcial.

Un informe final.



general

Sistema Experto de Modelado en

Zonas costeras que integre base de

datos y modelos calibrados para

condiciones de los Departamentos de


Modelo calibrado y validado.

Sistema de monitoreo meteo-marino

Un informe parcial.



general




43

Un informe final.

Diseño de proyectos pilotos para

protección y recuperación de playas

seleccionadas en los Departamentos

de La Guajira y Magdalena.

Informe final de diseño de dos proyectos

pilotos para el Departamento de la Guajira.

Informe final de diseño de proyecto piloto

para el Departamento del Magdalena.

Estudio de impacto ambiental de proyectos

pilotos.

Poblaciones en sectores con

pruebas piloto implementadas.



general.

Caracterización de la amenaza,

vulnerabilidad y riesgo para sectores

costeros críticos en los Departamentos

de La Guajira y Magdalena

Base de datos con datos asociados a la

amenazas en el Dept. del Magdalena

Informe de caracterización preliminar de

amenazas Marino-Costeras para el Dept.

del Magdalena

Guía metodológica para la determinación

de la amenaza por erosión costera.

Mapa de amenaza por erosión costera.

Mapa de vulnerabilidad por erosión costera.

Mapa de riesgo por erosión costera.

Un informe parcial

Un informe final

Autoridad ambiental, Comunidad

Académica y comunidad en

general.



general.

Modelo hidrodinámico, de calidad de

agua y sedimento marino para el litoral

del Depto. Magdalena

Modelo Calibrado y validado.

Informe parcial.

Informe final.



general

Tabla 5. Fortalecimiento de la comunidad científica


Formación de talento humano a nivel de maestría

(4 estudiantes).

Cuatro (4) tesis de

maestría

Profesionales del Departamento de la

Guajira y Magdalena

Apoyo en la formación de talento humano a nivel

del Doctorado (2 estudiantes).

Tres (3) anteproyectos de

tesis doctoral

Profesionales del Departamento de la

Guajira y Magdalena

Capacitación en el software FLOW3D. Workshop realizado del

software FLOW3D.

Comunidad académica regional

Capacitación en el software COMSOL. Workshop realizado del

software COMSOL


Capacitación en el software SMC Workshop realizado del

software SMC


Capacitación en el modelo MOHID Workshop realizado del

modelo MOHID.





44

Capacitación en modelación con ROMS. Workshop del modelo

ROMS


Tabla 6. Apropiación social del conocimiento


Artículo científico:

Objetivo 1: Uno (1)

Objetivo 2: Uno (1)

Objetivo 3: Uno (1)

Objetivo 4: Uno (1)

Objetivo 6: Uno (1)

Objetivo 7: Uno (1)

Objetivo 9: Uno (1)

Objetivo 10: Uno (1)

Artículos científicos sometidos a

revistas indexadas.

Comunidad científica Nacional e

internacional.

Guía metodológica de referencia

regional para la realización de estudios,

diseños y monitoreo de obras de

protección de playas para los Depto. de


Un informe parcial

Un informe final.

Actas de asistencia para la

socialización de la guía metodológica.

Oficina Nacional y Departamental de

prevención de desastres,

gobernaciones, comunidad académica

nacional, IDEAM, Corporaciones

Autónomas, Comunidad científica y

técnica

Modelo de planificación y manejo de

contaminación por vertimientos y

residuos sólidos en zonas costeras

cercanos a centros poblados del Depto.

La Guajira

Un Informe parcial.

Un informe final.

Actas de asistencia para la

socialización del proyecto

Oficina Nacional y Departamental de

prevención de desastres,

gobernaciones, comunidad académica

nacional, IDEAM, Corporaciones

Autónomas, Comunidad científica y

técnica

8 IMPACTO ESPERADO

La caracterización de las condiciones marino-costeras del litoral de los Departamentos de La

Guajira y Magdalena permitirá en primera instancia conocer cuál es el funcionamiento

oceanográfico, dinámico y climatológico, no solamente del sector de la plataforma continental de

las aguas de La Guajira y el Magdalena sino también de todo el sector litoral. Al conocerse en

detalle el funcionamiento hidrodinámico y morfológico en ese sector del borde costero, se podrá

emitir diagnóstico que permita identificar si realmente los procesos de erosión están asociados a

ciclos naturales donde se presentan avances y retrocesos de la línea de costa bajo el esquema de




45

equilibrio dinámico o si en efecto, las zonas litorales de los departamento de la Guajira y el

Magdalena se encuentra en un proceso de erosión progresivo.

Por último, esta caracterización permitirá identificar aquellos fenómenos extremos que mayor

incidencia tendrían en la zona costera y el impacto que por éstos, sufrirían las poblaciones allí

asentadas. Al identificar estos fenómenos extremos se posibilitará la implementación de planes de

mitigación, emergencia y contingencia más eficaces.

El diseño de tecnologías alternativas de disipación de oleaje aplicables a la protección costera en

las playas de los Departamentos de La Guajira y Magdalena, a partir de modelación numérica,

permitirá llevar a cabo desarrollos tecnológicos innovadores, amigables con el medio ambiente, y

con mucha flexibilidad para la protección costera puesto que en primera instancia resolverá un

problema crónico en aquellas zonas afectadas por los procesos de erosión costera. Por otro lado,

el hecho que estos diseños sean estudiados a partir de modelación numérica permitirá que sean

evaluadas diversas tecnologías y solo sean seleccionadas aquellas que representen más

beneficios sociales y ambientales para la zona.

Este proyecto contempla el desarrollo de concretos resistentes a ambientes marinos, a partir de

materiales de la región lo cual lograría un doble impacto, por una parte, la creación de nuevos

materiales los cuales sean resistentes a los efectos hidrodinámicos y a los agentes ambientales, y

por otra parte, la reducción de costos por encontrarse en la zona los materiales para la

construcción de estos elementos , y por la contratación de mano de obra de la región, lo cual

beneficiaría económica y socialmente a las poblaciones costeras de los departamentos de la

Guajira y el Magdalena.

La evaluación de tecnologías alternativas de disipación de oleaje aplicables a la protección costera

en playas de los Departamentos de La Guajira y Magdalena a partir de pruebas físicas y a escala

permitirá que, una vez se tengan los diseños estos sean probados a escala de laboratorio trayendo

consigo un doble impacto, por un lado un avance tecnológico en el cual se conocerán tecnologías

de última generación de laboratorio con instrumentación de lata precisión para poder evaluar este

tipo de diseños y por otra parte, se efectuaría un diseño previo ahorrándose costos significativos y

evitándose la incertidumbre en la instalación y construcción de estos dispositivos. Estos ensayos

permitirán realizar los ajustes requeridos en los diseños a un costo relativamente bajo, hasta lograr

un diseño óptimo el cual pueda ser llevado a escala real.




46

El diseño de proyectos pilotos para protección y recuperación de playas seleccionadas en los

Departamentos de La Guajira y Magdalena impactará enormemente desde el punto de vista

turístico, social, económico y ambiental en cada una de las regiones de los departamentos de la

Guajira y el Magdalena, ya que permitirán por una parte, llevar diseños ajustados a las condiciones

propias de cada lugar, reduciéndose los costos de implementación y además se lograrán

desarrollar alternativas viables, realistas, económica y socialmente sostenibles para las regiones de

interés.

El desarrollo de una guía metodológica de referencia regional para la realización de estudios,

diseños y monitoreo de obras de protección de playas para los Depto. de La Guajira y Magdalena,

permitirá la compilación de metodologías las cuales tienen el propósito de resolver los

interrogantes de cómo hacer los monitoreos, cómo efectuar las mediciones, cómo realizar los

diagnósticos, cómo se deben llevar a cabo las modelaciones numéricas, los diseños, las pruebas

de laboratorio y su implementación; de tal manera que los profesionales, las autoridades y las

instituciones involucradas de alguna u otra manera en cada uno de estos pasos puedan contar con

documentos temáticos y de referencias cuyo contenido permitan llevar un proceso lógico y

estructurado para poder lograr el diseño final de actuaciones en la costa, las cuales sean fiables y

cumplan con los propósitos de costos bajos, gran beneficio social y económico para las diferentes

regiones del país.

Además, se generará un gran avance en ciencia y tecnología a nivel país ya que en la actualidad

solo existen documentos metodológicos que han sido desarrollados por instituciones

internacionales en sus respectivos países y no se cuentan con documentos y metodologías que

incorporen la realidades físicas, oceanográficas, morfológicas, económicas y sociales de la región

del Caribe colombiano.

Por su parte, el impacto que traerá el desarrollo de un Sistema Experto de Modelado en Zonas

costeras se verá reflejado principalmente en las autoridades ambientales, las autoridades

marítimas y costeras y en las instituciones que llevan a su cargo parte de la gestión costera, ya que

este sistema agrupará bajo un entorno amigable, bases de datos de oleaje, batimetrías, campos

vientos, nivel del mar, módulos con los modelos numéricos, los cuales permitirán evaluar de forma

eficiente problemas en la costa. También, al encontrarse todo centralizado y gestionado bajo un

paquete informático ágil y de fácil manejo, los resultados arrojados por el sistema experto de

modelado costero proveerán a las entidades territoriales y corporaciones autónomas, los

fundamentos científicos, técnicos, ambientales y económicos para reestructurar las estrategias

para la protección costera y la recuperación de playas en el Caribe colombiano.




47

La creación de mapas de vulnerabilidad y riesgo para sectores críticos en los Departamentos de La

Guajira y Magdalena tendrá un impacto directo en las comunidades asentadas en la costa, en las

autoridades ambientales, marítimas y de gestión del riesgo regionales y locales porque

encontrarán un diagnostico detallado de amenaza, vulnerabilidad y riesgo a los cuales se

encuentran expuestos estas poblaciones costeras; estos mapas permitirán la implementación

rápida de planes de mitigación, planificación de recursos, y ejercicios de planificación detallados

para poder dar prioridad a aquellas poblaciones que estén siendo afectadas por el fenómeno de

erosión costera.

Desde el punto de vista social, el desarrollo de esta propuesta de investigación traerá beneficios

para diversos sectores y actores de la población colombiana tanto a nivel local como nacional. En

el contexto local, los resultados encontrados beneficiarán a todos los habitantes de los

Departamentos del Magdalena y La Guajira, involucrados en la explotación de los recursos

naturales ya que del buen estado zonas litorales y sus ecosistemas depende en gran medida su

subsistencia y la de las generaciones venideras.

A nivel nacional, la investigación generará nuevos conocimientos y recomendaciones sustentadas

para apoyar la política ambiental en Colombia, lo que conducirá a asegurar la conservación y

sostenibilidad en el uso de nuestros recursos.

La investigación es fundamental en el desarrollo de la sociedad, pues es la que provee las

herramientas fundamentales para la comprensión del entorno en el cual los seres humanos se

desarrollan. Con base en esto, se descubren eventos pasados desconocidos, que muchas veces

aportan a la solución de problemas reales; por lo general, no con productos directos sino ideas

estructuradas y conceptos que bien manejados llevan al desarrollo.

La actual política ambiental en Colombia pone de manifiesto que el desarrollo no sólo se basa en la

constante acumulación del capital, sino que plantea el uso adecuado de los recursos como uno de

los ejes que permiten a la sociedad en mejoramiento de su calidad de vida.

Los resultados del proyecto servirán para diferentes categorías de público. Así, por un lado,

material divulgativo, que explique los estudios llevados a cabo y sus utilidades para el medio

ambiente, estarán disponibles para su distribución en institutos de enseñanza elemental, media,

superior e universitaria tanto de los dos departamentos estudiados como de otras regiones de

Colombia. Por otro lado, la divulgación de los resultados específicos obtenidos, se llevará a cabo a




48

través de seminarios nacionales e internacionales y la publicación de artículos en revistas

indexadas.

Finalmente, la vinculación y asesoría de diversas entidades facilitará el proceso de transmisión del

conocimiento científico a la comunidad en general, haciéndolo accesible a otros sectores de la

sociedad y estableciendo un puente fundamental en el proceso de educación, concientización y

optimización de los recursos naturales del país.

El desarrollar y socializar un modelo de planificación ambiental de zonas costeras asociado a

impactos antropogénicos en centros poblados costeros del Depto. La Guajira a partir de la

caracterización y evaluación de impactos de vertimientos y focos de contaminación permitirá

identificar la complejidad de estos aspectos y su incidencia en la problemática costera por medio

de la creación de mapas socio económicos, además se tendrá una caracterización de riesgo

asociado a la presencia de residuos sólidos en la zona costera lo cual permitirá identificar los

riesgos asociados a los vertimientos líquidos que llegan de manera directa a la zona costera del

departamento de La Guajira. Por otra parte, se podrá crear un documento base que defina

estrategias de planeación de la zona costera y a su vez retroalimente los planes de ordenamiento

territorial de los municipios involucrados en el estudio.

Para el litoral del departamento del Magdalena el desarrollo e implementación de un modelo

hidrodinámico y de calidad del agua y sedimento marino dará soporte a las autoridades

ambientales para el ordenamiento de playas y mitigación del riesgo ambiental costero por medio la

implementación de una herramienta para la modelación de las condiciones hidrodinámicas,

termohalinas, de transporte y dispersión de contaminantes en el frente costero del departamento

del Magdalena. Esto posibilitará la creación de mapas con riesgo ecológico que pude ocurrir por el

vertimiento, trasporte y dispersión de contaminantes en el agua marina del frente costero del

Magdalena.

Por último, este proyecto permitirá un proceso de transferencia tecnológica y de conocimiento a

profesionales de la región en el área de ciencias del mar, ingeniería costera y gestión de playas

que redundará en futuras investigaciones orientadas incrementar la brecha de conocimiento en

esta área. Los resultados de estas investigaciones se presentarán en eventos de carácter nacional

e internacional y todos los análisis e informe final para la implementación del plan de alerta y

mitigación serán enviadas a la oficina de atención de desastres del gobierno nacional. Así mismo

se desarrollarán tesis de maestría y doctorado.




49




50

8.1 ESTRATEGIA DE COMUNICACIÓN

Las estrategias de comunicación son muy diversas y cubren medios como:

Revistas científicas.

Congresos nacionales e internacionales.

Medios masivos de comunicación.

Presentación de los resultados ante las gobernaciones locales

Socialización de los resultados a la comunidad

8.2 CONFORMACIÓN Y TRAYECTORIA DEL GRUPO DE INVESTIGACIÓN (Y/O LÍNEA DE TRABAJO)

En documentos anexos se presenta la trayectoria de cada uno de los grupos de investigación que

participan en la presentación del proyecto.

Instituto de Estudios Hidráulicos y Ambientales - IDEHA: Universidad del Norte

Oceanus International

Grupo de Investigación en Física Aplicada: Universidad del Norte

Grupo de Investigación en Estructuras y Geotécnica - GIEG: Universidad del Norte

Grupo de Control de la Contaminación Ambiental: Universidad del Magdalena

Grupo de Investigación en Saneamiento Ambiental - GISA: Universidad de la Guajira

INVEMAR Grupo de Geociencias: Instituto de Investigaciones Marinas y Costeras "José

Benito Vives de Andreis"




51

9 TABLAS DE PRESUPUESTO

A continuación se presenta el presupuesto por objetivos del programa. El presupuesto del proyecto

se presenta en el Formato: PRESUPUESTO DETALLADO del Sistema Regional de Regalías,

Fondo de Ciencia, Tecnología e Innovación.

Tabla 7. Presupuesto general del programa

Objetivo Institución SGR Contrapartida Total

Diseño de tecnologías alternativas de disipación de oleaje aplicables a la protección costera en playas de los Departamentos de La Guajira y Magdalena a partir de modelación numérica Uninorte $ 755,255,559 $ 67,352,019 $ 822,607,578

Caracterización hidrográfica y granulométrica de aguas someras para el litoral de los Departamentos de La Guajira y Magdalena Oceanus

International $ 4,779,921,719 $ 100,289,500 $ 4,880,211,219

Desarrollo de concretos resistentes a ambientes marinos a partir de materiales de la región

Uninote $ 220,407,218 $ 64,981,312 $ 285,388,530

Evaluación de tecnologías alternativas de disipación de oleaje aplicables a la protección costera en playas de los Departamentos de La Guajira y Magdalena a partir de pruebas físicas y a escala

Oceanus International $ 3,195,127,561 $ 373,526,698 $ 3,568,654,259

Diseño de proyectos pilotos y guía metodológica para protección de playas seleccionadas en los Departamentos de La Guajira y Magdalena

Uninorte $ 2,121,283,188 $ 242,495,179 $ 2,363,778,367

Oceanus International $ 2,014,689,181 $ 496,078,496 $ 2,510,767,677

Desarrollo de un Sistema Experto de Modelado en Zonas costeras que integre base de datos y modelos calibrados para condiciones del Caribe colombiano Uninorte $ 753,059,805 $ 177,747,489 $ 930,807,294

Desarrollo de mapas de vulnerabilidad y riesgo para sectores críticos en los Departamentos de La Guajira y Magdalena INVEMAR $ 888,869,253 $ 64,892,000 $ 953,761,253

Desarrollo y socialización de un modelo de planificación ambiental de zonas costeras asociado a impactos antropogénicos por vertimientos y contaminación en centros poblados costeros del Dept. La Guajira Uniguajira $ 702,825,641 $ 226,176,000 $ 929,001,641

Desarrollo e implementación de un modelo hidrodinámico y de calidad del agua y sedimento marino para el litoral del Dept. Magdalena como soporte a las autoridades ambientales para el ordenamiento de playas y mitigación del riesgo ambiental costero

Unimagdalena $ 683,320,513 $ 237,230,000 $ 920,550,513

Formación de talento humano a nivel de maestría y doctorado

Uninorte $ 390,000,000 $ - $ 390,000,000

TOTAL $ 16,504,759,637 $ 2,050,768,694 $ 18,555,528,331




52

10 MARCO DE REFERENCIA

El Caribe colombiano, localizado en el extremo noreste de Suramérica, consta de una longitud de

línea de costa de 1.760 km y un área de zona costera de 35.207 km2 (INVEMAR, 2002) el cual

abarca 8 departamentos sobre su extensión. Sobre este se presentan diversas formaciones tal

como la Sierra Nevada de Santa Marta o serranías en la península de la Guajira. Como efecto de

movimientos tectónicos y diapiros, se generan plataformas de abrasión, cuerpos arrecifales y

terrazas que sobresalen a diferentes niveles del borde costero. Mediante diferentes procesos

morfodinámicos que actúan sobre el borde costero, se pueden perfilar líneas de costa accidentada,

con los que se encuentran bahías tranquilas y ambientes de estuarios, así como salientes rocosas

y lagunas costeras entre otros.

La climatología de la zona está definida por una estación de vientos o seca y una estación húmeda

o lluviosa, respecto a la relación lluvia – temperatura existe una fuerte sequía entre diciembre y

enero, y una pluviosidad mayor entre mayo y noviembre. Las características anteriores han

permitido identificar tres épocas climáticas diferentes en el año. La primera es la época seca (del

mes de diciembre hasta el mes abril) caracterizada por fuertes vientos provenientes del NE y NNE

y escasas lluvias, durante esta época climática se presenta un fenómeno meteorológico conocido

como frentes frío el cual ejerce gran influencia en el clima de la región Caribe (Ortiz, 2012). La

segunda época denominada época de transición comprendida entre los meses de mayo y julio se

caracteriza por una disminución en la intensidad de los vientos Alisios entre mayo y junio y de

nuevo un aumento de estos vientos durante la época de julio, periodo conocido como Veranillo de

San Juan. La tercera época climática es la época húmeda, que ocurre entre los meses de agosto y

noviembre y se caracteriza por un régimen de vientos débiles de orientación variable y una

pluviosidad abundante.

En la actualidad Colombia cuenta con 46 municipios costeros, de los cuales 30 se encuentran

ubicados en el litoral Caribe. De acuerdo a los resultados del Censo General aplicado en 2005, la

población de los municipios costeros asciende a 4.2 a millones que equivale a 10.1% del total

nacional. Es importante resaltar muchos de estos municipios sustentan su economía en

actividades como la pesca y el turismo, es por esto que el darle solución a los problemas de

erosión que se presentan en las playas es de suma importancia y requiere de urgente atención.




53

Tabla 8. Departamentos y municipios costeros establecidos por el DANE, Censo General 2005.

Fuente: PNIEC, plan de acción 2009

La erosión costera se define como la invasión de la tierra por el mar, después de promediar por un

periodo suficientemente largo para eliminar los impactos del clima, las tormentas y la dinámica

local de sedimentos (PNIEC, 2009).




54

Los procesos hidrodinámicos que están involucrados en los procesos de erosión costera son los

vientos, las tormentas, el oleaje las mareas, las corrientes litorales y el aumento del nivel del mar.

Más específicamente, los vientos además de generar el oleaje superficial transportan cientos de

toneladas de material no cohesivo que a lo largo de la zona costera, pero también tierra adentro

para formar dunas (Posada & Henao, 2008). Las tormentas asociadas a los periodos invernales o a

la temporada de huracanes del Caribe, son capaces de producir oleajes extremos que aumentan

los procesos erosivos en playas, la corriente litoral tiene en la costa Caribe colombiana una

componente principal hacia el suroeste, la cual es predominante en la época seca donde se

intensifican los vientos alisios. Sin embargo, la velocidad de esta corriente depende mucho de la

orientación de la línea de costa (INVEMAR, 2003a). Por tanto la evolución del litoral costero está

dada por la interacción de las formaciones rocosas o sedimentarias que lo conforman, las

estructuras que lo afectan y los procesos hidrodinámicos anteriormente descritos.

Teniendo esto presente la naturaleza de la erosión costera es el resultado de la continua

exposición de los bordes costeros a fenómenos y fuerzas (dinámica interna de la tierra, corrientes

litorales, cambio relativo del nivel del mar, oleaje vientos y tormentas) que producen cambios en

ellos, como reacción para adaptarse a los factores alterantes y alcanzar su estabilidad (Posada &

Guzmán, 2007).

Además de esto es importante mencionar que los factores antropogénicos han contribuido en gran

medida a la transformación y destrucción de los hábitats, y a la contaminación y explotación de

recursos naturales, prácticas que aceleran los procesos erosivos, que se ven reflejados en el

retroceso de la línea de costa, en la destrucción de cientos de kilómetros de playas, en pérdidas de

ecosistemas costeros y de terrenos aptos para las actividades humanas (Posada & Henao, 2008).

En la Tabla 9 se muestra la magnitud del problema de erosión para los diversos tipos de costas en

cada uno de los departamentos, así como la magnitud de la línea de costa.

Según plan de acción del Programa Nacional de Investigación para la Prevención, Mitigación y

Control de la Erosión Costera PNIEC de 2009 hasta el momento no existen en el país programas

de prevención y mitigación de la erosión costera, solo trabajos puntuales enmarcados en la

mitigación de los problemas erosivos. Sin embargo dentro de estos trabajos puntuales de

mitigación, en Colombia se han empleado diferentes técnicas duras para proteger las costas de

problemas de erosión.




55

En la Figura 6 presenta como están repartidas las obras duras de defensa en la Costa Caribe. Se

puede ver que la Guajira el cual es el departamento con mayor exposición de erosión en costas,

tiene menos obras de protección que departamentos como Sucre o Bolívar.

Figura 6. Obras duras de defensa costera en el Caribe colombiano

(INVEMAR.2007)

Atlántico, 21

Bolívar, 158

Córdoba, 48

Guiajira, 77

Magdalena, 76

Sucre, 119

Urabá, 62




56

Tabla 9. Extensión de la erosión costera por tipos de costas y longitud de la línea de costa (en Km).

Fuente: Diagnostico de la erosión en la zona costera del Caribe colombiano. INVEMAR 2008.

En general el tipo de técnicas que se han venido usando con mayor proporción hasta el momento

se describen a continuación:

Gaviones y bolsacretos: Son jaulas metálicas que se llenan de rocas, generalmente se apilan un

grupo de estas para conformar un muro que protege el área afectada. Su vida útil es corta puesto

que son deterioradas por las olas con facilidad. Su uso está más ligado a los ríos en vez de

utilizarlos a lo largo de las costas del mar.

Rompeolas: Son estructuras de protección de las costas o zonas portuarias que son colocadas de

manera paralela a cierta distancia de la costa. Se construyen generalmente con bloques sueltos o

elementos prefabricados. Tienen como objetivo absorber la energía del oleaje antes que alcance la

orilla.

Espolones: Son estructuras que se extienden de manera perpendicular a la línea de costa con el

fin de capturar arena de la corriente de litoral. Tienden interrumpir la corriente litoral, creando

erosión aguas abajo de este. Para ser eficaz en el empleo de espolones, se deben limitar a

aquellos casos en la corriente se dé en una sola dirección, y que el suministro de sedimentos sea

tal que no se presente erosión aguas abajo.




57

Revestimientos: El revestimiento o riprap consta de coberturas protectoras, colocadas sobre la

playa o taludes inclinados. Estos absorben la energía del oleaje, su proceso de construcción son

en hormigón y bloques de piedra sobre una capa de material más fino.

Muro de contención: Generalmente se usan para evitar deslizamiento de tierras a lo largo de

taludes ubicados frente al mar. Adicional a esto los muros se utilizan en zonas donde existan obras

viales. Sin embargo en zonas donde el oleaje es significativo puede contribuir a acelerar la erosión

ya que la energía que trae la ola se ejerce sobre el pie del talud causando socavación en el

terreno.

En el Caribe colombiano la mayoría de las obras que se han elaborado para la mitigación de la

erosión costera son espolones (Figura 7), los cuales en su mayoría se han construido

perpendicularmente a la línea de costa y no con algún ángulo respecto a esta, además el análisis

de las clases de obras de protección costera, en relación con la tipología de la costa señala que

este tipo de obra es utilizada independientemente de que la costa este compuesta por acantilados,

playas o costa cenagosa. Por otra parte, se ha evidenciado que este tipo de técnicas solo ha

tenido efectos positivos a corto plazo ya que las estructuras perpendiculares en general tienden a

cortar el flujo de sedimentos llevados por la corriente litoral, lo que genera erosión aguas abajo, y

las estructuras longitudinales por otro lado, contribuyen a aumentar la turbulencia y pérdida de

sedimento generando en algunos casos socavación en sus cimientos.

Figura 7. Tipos de obras de defensa costera en el Caribe colombiano

(INVEMAR.2007)

2% 3%

71%

12%

7%4%

1%

Canalización

Enrocado

Espolón

Muelle

Muro

Rompeolas

Tajamar




58

Debido a esto, en la actualidad se han creado diferentes programas y entes internacionales que

apuntan a la utilización de sistemas alternativos (técnicas blandas) para mitigar la erosión reducir

costos, aumentar la efectividad, atenuar efectos colaterales en ecosistemas adyacentes y disminuir

el impacto paisajístico; respecto a obras convencionales. Entre estos tenemos:

Geotubos (Geotextiles)

Estas estructuras las cuales pueden instalarse de perpendicular o longitudinalmente respecto a la

costa, tienen la función de retener los sedimentos de la playa presentándose como una barrera

entre estos y el oleaje, y diferenciándose respecto a otras estructuras convencionales en el las

características material utilizado en la barrera.

Entre las principales características de las estructuras en base a geotexitles, esta su flexibilidad y

permeabilidad; heredadas del material de fabricación. Estos geotextiles, están formados por

tejidos permeables de fibras sintéticas con forma de bolsa o de espiral, los cuales son llenados

con arena bajo especificaciones pertinentes del caso de aplicación.

Entre otros cualidades, se destaca el bajo impacto visual de este sistema, debido a que pueden

ser recubiertos con una capa de arena; y su proceso de instalación puede llegar a ser más rápido

y económico que las grandes construcciones como escolleras y espolones (ACORIM, 2012; ML

Ingeniería, 2009)

En la Figura 8, se presenta un ejemplo en la zona de Las Coloradas, Yucatán en México, donde

la empresa local ML Ingeniera optó por instalar una franja de más de 4 km de Tubos-Geotextil de

polipropileno, con el fin de restituir y proteger la duna natural presente. Estos tubos, se instalaron

uno a uno en forma lineal y fueron llenados con arena de la localidad.

Figura 8. Implementación de Geotextiles en protección costera.

(Fuente: http://www.mlingenieria.com/obras_costera_01.php)

http://www.mlingenieria.com/obras_costera_01.php




59

Sin embargo es preciso mencionar que las construcciones con geotextiles pueden presentan

inconvenientes, ya que al igual que las grandes construcciones como los espigones y rompeolas;

puede generar alteraciones de la dinámica sedimentaria en las zonas próximas no protegidas; y

debido a las características del getextiel, son estructuras que requieren un mantenimiento

constante para evitar roturas en el tejido (Tensar Earth Technologies Inc., 2012; ACORIM, 2012)

Pilotes Hidráulicos

Son cordones de pilotes de madera espaciados regularmente, en perpendicular y/o longitudinal a

playa de interés. Estos elementos funcionan como disipadores de energía, restringiendo el

transporte de sedimentos y favoreciendo la estabilidad de la playa. Gracias a la permeabilidad de

los pilotes hidráulicos, la circulación de sedimentos se mantiene a pesar de ser modificada. Su

instalación resulta relativamente sencilla y poco costosa. Por su parte, la eficacia de estos

dispositivos no está garantizada sistemáticamente según los tipos de playas, de allí que es

pertinente realizar un seguimiento regular durante un periodo de tiempo suficiente para evaluar

eficacia (ACORIM, 2012). La Figura 9 exhibe los pilotes hidráulicos transversales utilizados en

cabo Ferret, Aquitania (Francia).

Figura 9. Pilotes Hidráulicos

Fuente: (ACORIM, 2012)

Arrecifes Artificiales

Los arrecifes artificiales son estructuras sumergidas construidas o colocadas deliberadamente en

el lecho del mar a fin de imitar algunas de las funciones de los arrecifes naturales. La

implementación de los arrecifes en la zona intermareal o anteplaya, reduce la acción de las olas

en las playas. Su presencia favorece el crecimiento de la playa, y disminuyen la deriva litoral

reduciendo de este modo la erosión. Aunque se les puede encontrar de diferentes materiales

(rocas grandes u hormigón) y/o geometrías dependiendo de la patente; su principio físico como

estructura de protección es similar a un rompeolas sumergidos (Convenio de Londres y

Protocolo/PNUMA, 2010; ACORIM, 2012).




60

Investigaciones referentes a estos elementos, remontan su utilización a hace 3000 años en el

Mar Mediterráneo, cuando las rocas desechadas de las “jaulas marinas” de las pesquerías de

atún se acumularon, para convertirse en sitios de agregación de peses. Asimismo, fueron

utilizados en el siglo XVII, por medio de la disposición de escombros de construcción y rocas para

el cultivo artesanal del kelp en Japón, de donde tiene el origen de “arrecife artificial”. Este

concepto se extendió a los Estados Unidos en la década de 1830, utilizándose maderos de

cabañas frente a la costa de Carolina del Sur para mejorar la pesca y posteriormente a otras

zonas del mundo (Convenio de Londres y Protocolo/PNUMA, 2010).

Partiendo de lo anterior, se emprendieron multiples investigaciones en busca de profundizar en el

conocimiento de los procesos hidrodinámicos y de transporte generados por las estructuras

sumergidas (arrecifes). Ranasinghe y colaboradores (2006), utilizaron modelación numérica

bidimensional, y modelación física 3D escalada (Figura 10).

Figura 10. Modelación numérica 2D y modelación física 3D empleada por Ranasinghe, et al, 2006

Éstos encontraron que la respuesta de la línea de costa ante los arrecifes artificiales es regulada

por los patrones de circulación desde la costa hacia la estructura (rip currents o corrientes

transversales) y las corrientes longitudinales por los gradientes de altura de ola en la cara de

sotavento del arrecife. A diferencia de los arrecifes artificiales, los rompeolas o diques exentos

regulan los estados morfodinámicos de la playa debido principalmente a la difracción del oleaje.

De los resultados más representativos de la investigación es que cuando el arrecife está muy

cerca a la costa, se presentan 2 celdas de circulación con flujo divergente en la línea de costa y el




61

sotavento del arrecife, generando erosión local, a diferencia cuando el arrecife se encuentra más

alejado de la costa, se presentan 4 celdas de circulación, con flujo convergente en la línea de

costa y el sotavento del arrecife generando acreción local.

Además de las implicaciones hidrodinámicas, esta alternativa posee como valor agregado, la

carga biológica que adquiere la obra, puesto que además de su labor de protección (principal

interés para el caso) su presencia atrae el crecimiento de la fauna y la flora sobre en la zona. Tal

situación, permite pensar en nuevos atractivos productivos tales como pesca, turismo e

investigación entre otros. Se precisa mencionar que los dichos valores agregados dependerán del

caso puntual evaluado y la gestión costera realizada por la autoridad competente (Convenio de

Londres y Protocolo/PNUMA, 2010; McKaye , 2001 & Oceanus, 2007)

Entre las formas más sobresalientes de estas estructuras se encuentran los Arrecifes Modulares

AMA (véase Figura 11), quienes han probado ser una de las mejores opciones para la creación

de sistemas de atenuación de la energía del oleaje simulando. Los elementos están fabricados en

concreto reforzado de 5000psi con resistencia a la corrosión marina y PH neutro, que garantiza

una gran durabilidad y unas condiciones de material no agresivas para el ecosistema marino.

Sin embargo, la razón que lleva a destacar este tipo particular de arrecifes, es por la forma en

que su geometría disipa la energía de la ola. Cada elemento del arrecife está compuesto por una

estructura de concreto en forma de pirámide truncada con orificios en forma triangular en sus

paredes; las cuales reciben la energía de la ola y la refractan limitando el paso a una pequeña

porción. Esta energía residual se puede reducida aún más implementando sistemas en línea de

arrecifes como se ve en la Figura 11 (McKaye , 2001).

Figura 11. Arrecife Artificial Modulares AMA - Oceanus International.

Fuente:REstauracion%20de%20Playas/Arrecifes%20Modulares%20-

%20Oceanus%20construccion%20y%20tecnologia%20marina.htm




62

En la Figura 12 la instalación de un arrecife modular y los resultados obtenidos en después de 2

años de implementación (acompañada de una buena gestión del litoral).

Figura 12. Evolución de costa implementando arrecifes artificiales por Oceanus International.

Fuente:REstauracion%20de%20Playas/Arrecifes%20Modulares%20-

%20Oceanus%20construccion%20y%20tecnologia%20marina.htm

Disipadores De Energía Flotantes

Como su nombre lo indica, son elementos flotantes que se encargan de atenuar el impacto de la

ola sobre el litoral. Uno de los pioneros en la instalación de estos dispositivos fue la empresa

americana WhisprWave, la cual desarrollo disipadores de diferentes tamaños (Según la

necesidad de marina o costa a tratar) con un coeficientes de transmisión de 0.1 y una capacidad

de disipación de olas hasta de 4pies. Estos elementos, son propicios para costas que están

sujetas e a efectos de oleaje por fuerte por tormentas y/o por pasos de grandes embarcaciones.

Una de las principales ventajas que reconoce esta compañía acerca de sus elementos son: la

alta durabilidad, la capacidad de ser transportados e instalados, los costos de instalación son

mínimos y permiten la adicción de elementos al sistema después de instalados en caso que el

área de protección aumente (p ej. ampliación de una marina) (Wave Dispersion Technologies

Inc., 2012).

Los resultados de la eficiencia de estos elementos se pueden observar en la Marina Pier Pint

ubicada en la Bahía Sous en el lago Ontario, New York. En la Figura 13 se presenta, la

2011 2009




63

disposición de los elementos sobre la bahía en genera y el comportamiento de los mismos frente

a una ola generada por el paso de una embarcación.

Figura 13. Disipadores de Energía.

Fuente: http://www.whisprwave.com/products/wave-attenuators/

Drenaje de Playa

El sistema de drenaje de las playas permite reducir el nivel freático y el agua depositada por el

ascenso-descenso de las olas, creando una zona no saturada bajo la superficie de la orilla,

próxima a la línea de costa.

Este sistema, consisten un una o varias canalizaciones filtrantes instaladas varios metros por

debajo de la superficie en paralelo a la línea de costa, las cuales tiene como objetivo drenar el

nivel freático y favorecer el depósito de sedimentos, por medio de la recolección de agua y

transporte de la misma a un punto de almacenamiento por gravedad. Una vez en el punto de

almacenamiento, una estación de bombeo regresa el agua al mar o, a ser posible, a puntos

productivos que la requieran.

http://www.whisprwave.com/products/wave-attenuators/




64

Esta alternativa una vez construida posee como ventaja que el impacto paisajístico es nulo,

que la arena se deseca con mayor rapidez, algo muy valorado para las actividades

regenerativas; y que el ecosistema litoral se ve muy poco afectado. El sistema de drenaje

resulta eficaz cuando la circulación de las aguas continentales (capas superficiales) contribuye

a la erosión. El coste energético puede amortizarse haciendo uso del agua recogida por las

instalaciones de reciclaje (abastecimiento de depósito acuícola, piscina de agua salada, etc.).

Sin embargo, el uso de este sistema dependerá las condiciones del litoral. Para evitar cualquier

tipo de taponamiento los sedimentos situados bajo la orilla deben ser permeables y densos

(Entre 0,1 y 0,5 mm), del mismo modo, que conviene que la playa que tenga poca pendiente

(entre 1/10 y 1/50). Es necesario que la zona este expuesta a las olas de forma moderada,

aunque de manera constante, y se necesitan ligeras variaciones de temporada (verano/invierno)

con respecto al perfil de la playa. El drenaje frena la erosión, aunque no resuelve el problema

de déficit sedimentario (ACORIM, 2012).

Figura 14. Drenaje de oleaje.

Fuente: (ACORIM, 2012)

Proyectos de drenaje de aguas en playas, beach dewatering que ha sido evaluado como el de

Alassio en Italia (Bowman, D., et al, 2007). Los investigadores después de monitoreas durante un

año la playa, encontraron que el sector de playa drenado ganó 0.28 m3 /m2, a diferencia de la

playa sin intervención la cual perdió 0.03 m3 /m

2. El drenaje de playas en algunos casos ha tenido

relevante éxito con acreciones hasta de 30 m3 /m2 (Dean, 1990), y en otros no se han tenido

resultados significativos (Turner, I.L., y Nielsen, P., 1997).




65

La modelación basada en procesos se emplea con creciente frecuencia en el estudio de la

dinámica de corrientes, sedimentos, batimetría en diversos ambientes: zonas costeras, ríos, lagos,

embalses, etc. Generalmente, con el fin de reducir la incertidumbre asociada con procesos

naturales o antrópicos, búsqueda de desarrollos sostenibles, diseño de infraestructura y sus

impactos socio-ambientales.

Particularmente, la modelación matemática de la hidrodinámica, el oleaje y la dinámica de

sedimentos en la región de la Guajira y el Magdalena implica la construcción de un sistema que

permita determinar los forzamientos de origen marino en el área de estudio a través de un modelo

de gran escala con cobertura del mar Caribe. Los resultados de este modelo alimentaran un

modelo local en aguas someras para cada uno de los puntos críticos en los departamentos de la

Guajira y del Magdalena que describirá con mayor resolución la dinámica oceanográfica de esta

zona.

Construyendo con la Naturaleza

El concepto de Construyendo-con-la Naturaleza se orienta a integrar soluciones de ingeniería con

las condiciones naturales del entorno costero con el fin de implementar alternativas sostenibles que

estén en armonía con los procesos marino-costeros reduciendo así los impactos negativos sobre el

medio ambiente y los usos potenciales de las playas. Este concepto ha sido utilizado en varias

países con distintas alternativas como arrecifes artificiales, regeneración de playas con arena,

reutilización de material dragado, articulación y uso inteligente de estructuras duras. En Colombia

se han identificado de manera general algunas acciones tendientes a reducir la erosión costera

como restauración del transporte natural de sedimentos, regeneración de playas, rehabilitación de

manglares, desarrollo de arrecifes de coral, uso inteligente de estructuras duras, todas dentro de

una planificación espacial costera (Deltares 2012). De igual forma, se reconoce que estas medidas

deben estar acompañadas de un proceso de aprender con la práctica (Deltares 2012), requiriendo

un apoyo en la investigación científica para el desarrollo e implementación de nuevas tecnologías

acordes con las condiciones específicas del litoral colombiano, así como también políticas de

inversión y programas de monitoreo.




66

Modelación matemática en Aguas Profundas:

Hidrodinámica: El modelo hidrodinámico resuelve las ecuaciones de Navier Stokes en

combinación con un apropiado grupo de condiciones iníciales y de frontera que resultan del

forzamiento de mareas, factores meteorológicos, densidad variable, descarga de ríos, etc. sobre

una malla curvilínea. El modelo hidrodinámico se basa en el sistema de modelación MOHID

desarrollado por el Instituto técnico Superior de Portugal. Este modelo incluye las fluctuaciones

turbulentas a través de los esfuerzos de Reynolds definidos en un modelo de cierre de

turbulencia véase Uittenbogaard et al. [1992].

Oleaje: La propagación del oleaje en el mar Caribe, el oleaje que allí se forma por acción del

viento, las interacciones entre olas y su disipación se calculan a través del modelo de tercera

generación SWAN [Booij et al., 1999, Ris et al., 1999]. Donde, la topografía del lecho marino, la

hidrodinámica, el forzamiento del viento, el oleaje en las fronteras abiertas son determinantes en el

cálculo de las características del oleaje. El modelo SWAN describe el espectro de densidad del

oleaje a través de la ecuación de balance de acción de ola [Hasselmann et al., 1973] e incluye los

términos que representan el crecimiento y decaimiento de las olas. La plataforma de modelación

MOHID y el modelo de olas SWAN se acoplan fácilmente, permitiendo así determinar la interacción

dinámica entre olas y corrientes.




67

Modelación matemática Aguas Someras:

Hidrodinámica: el campo de circulación de corrientes en los puntos críticos de la Guajira y el

Magdalena es afectado por las corrientes de marea y las corrientes inducidas por el oleaje. Para el

cálculo de las corrientes se utilizará el modelo COPLA-SP, que determina el tensor de radiación del

oleaje a partir de los resultados obtenidos de altura e incidencia del oleaje obtenidos en las

simulaciones de propagación, calculando el campo de corrientes y niveles debido a estos tensores

por medio de un modelo no-lineal que resuelve las ecuaciones integradas de Navier-Stokes. Para

analizar el sistema de corrientes de marea se utilizará el modelo numérico H2D, que resuelve las

ecuaciones no lineales de aguas someras utilizando un algoritmo en diferencias finitas implícito de

dirección alterna de doble barrido.

Oleaje: la determinación del oleaje en aguas someras implica evaluar el efecto de los procesos de

difracción, asomeramiento, disipación y rotura. Este procedimiento se realiza a través del modelo

OLUCA SP utiliza la aproximación parabólica de la ecuación de la pendiente suave y sirve para

modelar la propagación de un espectro direccional sobre una batimetría irregular considerando los

procesos de asomeramiento, refracción-difracción, disipación por fricción con el fondo y rotura del

oleaje.

Dinámica sedimentaria: Para desarrollar un análisis eficiente del transporte de sedimentos en la

zona litoral es importante conocer la dinámica asociada a la rotura del oleaje y la disipación del

bore en la zona de rompientes. Por lo tanto, se utilizará un enfoque compuesto por dos

componentes: (1) mediciones hidrodinámicas y sedimentológicas en la zona de rompientes y (2)

estimación del transporte potencial de sedimentos por medio de ecuaciones empíricas que utilizan

parámetros oceanográficos, topográficos y sedimentológicos como variables de cálculo así como

de modelos numéricos de transporte de sedimentos litoral tipo EROS (erosión - sedimentación).

El análisis y predicción de los cambios morfológicos en zonas costeras, embalses, ríos etc.

requiere la implementación de avanzados modelos matemáticos basados en procesos. La

interacción/retroalimentación entre los diferentes módulos del sistema de modelación

(hidrodinámica, transporte de sedimentos y evolución morfológica) requiere un manejo cuidadoso

de la diferencia entre las cortas escalas temporales de los procesos hidrodinámicos y de transporte

(variaciones de horas a días) con las largas escalas de los procesos morfológicos. Algunas de las

estrategias que permiten sortear este obstáculo y por ende acelerar la evolución morfológica son:

a) condiciones de frontera promediadas; b) corrección por continuidad; c) método RAM (Rapid

Assessment of Morphology); d) método "online" o del factor morfológico [Roelvink, 2006]. El




68

método "online" se destaca por permitir una mayor frecuencia en la actualización del lecho con

respecto a las otras aproximaciones y por tanto será implementado en el cálculo de la evolución

morfológica en las zonas críticas del Caribe colombiano. Este método posibilita la simulación

simultánea de los módulos de flujo, transporte de sedimentos y evolución del fondo; donde las

diferencias en las escalas temporales propias de los procesos hidrodinámicos y morfodinámicos

son tenidas en cuenta por medio de un factor morfológico [Lesser et al. 2004].

Los forzamientos externos del sistema computacional (condiciones de frontera) conformado por los

cuatro módulos descritos anteriormente; permitirán ajustar la solución del modelo matemático al

caso real de cualquier zona del Caribe colombiano a través de una solución única y bien definida.

Por lo tanto, es prioritario caracterizar de manera detallada las condiciones hidrodinámicas y de

oleaje en inmediaciones de los puntos críticos seleccionados. Estos forzamientos serán

determinados a través de estaciones hidrometeorológicas existentes, equipos de medición

oceanográficos (correntómetros AWAC ADCP, sensores de presión, oleómetros), formulaciones

teóricas y a través de modelos de meso-escala con cobertura total del mar Caribe.

La utilización de modelos numéricos de meso-escala permite complementar la información de

campo, aumentando su resolución espacio-temporal. En el área del Caribe colombiano es posible

encontrar información de oleaje generada por modelos numéricos de escala global, como el Wave

Watch III/NOAA. El Wave Watch III/NOAA es un modelo numérico de tercera generación usado en

el cálculo del oleaje, donde los procesos físicos que describen el crecimiento y decaimiento del

oleaje son estimados de manera explícita e incluyen el cálculo de las interacciones no-lineales del

oleaje individual. Este modelo fue validado utilizando datos de altimetría satelital (ERS 1) y boyas

escalares de oleaje, encontrando óptimos resultados a escala global; con errores cuadráticos

medios (relativos) del orden del 15% con respecto a la altura media del oleaje [Tolman, 1992;

Tolman y Chalikov, 1994]. Este tipo de información permite definir diferentes escenarios de clima

marítimo en aguas profundas y propagarlos hasta las fronteras del área de estudio por medio del

modelo SWAN [Booij et al., 1999; Ris et al., 1999], logrando así determinar los principales

parámetros del oleaje en la costa colombiana con una resolución menor de un kilómetro.

El uso de modelos morfológicos es frecuente en países con un alto nivel tecnológico. Donde, su

aplicación en zonas costeras, ríos, lagos, etc. se ha intensificado en la última década en una gran

variedad de aplicaciones, tales como:




69

1) Evaluar desempeño y mejorar la comprensión sobre el funcionamiento de obras de

protección costera [Rakha y Kamphuis, 1997; Leont`yev, 1999; Zyserman y Johnson, 2002;

Zanuttigh, 2007]

2) Predicción de la evolución morfológica en zonas costeras, incluyendo complejos sistemas,

tales como: estuarios, lagunas, ensenadas, etc. [van de Kreeke, 2006; Drønen y Deigaard,

2007; Petersen, et al., 2008]

3) Respuesta morfológica a intervenciones antrópicas [Kragtwijka, et al., 2004, Sterlini, et al.,

2005]

4) Prevención de desastres [Wang y Ding, 2007; Ding y Wang, 2008]

5) Manejo integral de zonas costeras [Whitehouse, 2001; Baquerizo y Losada, 2008].

6) Recuperación de playas [Johnson, et al., 2001; Larroudé, et al., 2004].

La aplicación de modelos basados en procesos para predecir los desarrollos morfológicos en las

costas colombianas es aún muy incipiente; su utilización ha obedecido a casos aislados [Lonin,

2002; Cañizares et al., 2007] y no hacen parte de la practica ingenieril-ambiental cotidiana. Esto a

pesar de su importancia en el manejo integral de zonas costeras, el proceso de toma de decisiones

y la definición de estrategias de planeación.

Los sistemas computacionales de modelación experta que más han sido utilizados se dividen en

dos grandes grupos, modelos con licencia comerciales y modelos gratuitos. Radicando su principal

diferencia en el soporte dado por unas instituciones comerciales, las cual se encarga de mantener

la versión del software actualizado, libre de fallas y con mejoras constantes. Entre los modelos más

destacados están:

MIKE DHI

Modelo europeo desarrollado por el DHI (Danish Hydraulic Institute). Sus modelos más conocidos

denominados MIKE 21 y MIKE 3, para 2D y 3D respectivamente, representan posiblemente la

alternativa comercial más difundida en la consultoría internacional. La cantidad de proyectos y su

aplicación, engloba una cantidad muy amplia de aplicaciones en la ingeniería hidráulica y marítima,

contando con cientos de estudios alrededor del mundo. DHI divide los modelos en módulos

(dependiendo de las variables de estado de interés), los que deben ser comprados

independientemente. En el caso particular, de estudios para costas y estuarios, los módulos

mínimos a considerar son:

Módulos Hidrodinámicos

Transporte advectivo y dispersivo




70

Otros módulos importantes que deben ser considerados, dependiendo de la problemática que se

desea resolver y la ubicación de la descarga corresponden a:

Oleaje

Transporte de Sedimentos Cohesivos y no-Cohesivos

Cuenta con un buen software de apoyo, y herramientas que permiten exportar la información a

distintos formatos, por ejemplo a GIS (Arc-GIS), la plataforma está limitada a Windows. Es

importante mencionar que para la utilización de este sistema de modelación costera es necesaria

la compra de su licencia.

DELFT 3D

Modelo europeo desarrollado por el instituto independiente DELTARES de Holanda. Al igual que el

modelo anterior, representa uno de las plataformas más utilizada por la consultoría internacional,

contando con cientos de estudios alrededor del mundo. Similar al caso anterior, DELFT divide los

modelos en módulos, cada uno de ellos para resolver las ecuaciones de estado correspondientes.

Para estudios de costas y estuarios se requiere como mínimo:

El modulo Hidrodinámicos (3DFLOW)

De sedimentos (SED)

Bloque de oleaje y corrientes

Además de los módulos para editar la malla e interpolar la Batimetría. Su interfaz se encuentra

disponible para Windows y Linux, cuenta con herramientas para facilitar la entrega de información

a GIS. Para su uso se requiere la compra de licencias. Existe una versión de código libre, mas sin

embargo no tiene un entorno amigable para la gestión de los modelos numéricos y la información.

RMA -4

RMA4 es un modelo hidrodinámico bidimensional cuya solución se basa en los elementos finitos.

Dado que es 2D, supone una concentración y distribución uniforme en la vertical, para hasta seis

constituyentes en forma conservativa y no-conservativa. Su código fuente fue desarrollado por el

cuerpo de Ingenieros de Estados Unidos (King, Water Resources Engineers, Corps of

Engineers.1973). La interfaz para el post y preproceso es desarrollada a la fecha por la empresa

AQUAVEOS, la última versión corresponde a una plataforma integrada de varios modelos

denominada Surface Modelling System (SMS).




71

El otro gran grupo son los modelos con licencias de dominio público, estos se caracterizan porque

el soporte está dado por una comunidad de usuarios y el respaldo una entidad sin fines de lucro

(como Universidades, o alguna entidad gubernamental). La mayor parte de la documentación de

los modelos de dominio público, corresponden a manuales que se han ido completando en el

tiempo a partir de distintas publicaciones, comentarios de usuarios, foros, etc. A continuación se

presentan un listado de los modelos públicos más destacados y utilizados en la actualidad.

SMC (Sistema de Modelado Costero)

El Sistema de Modelado Costero es un conjunto de aplicaciones y modelos numéricos

estructurados de acuerdo con las escalas espaciales y temporales de las diversas dinámicas que

afectan a la morfología de una playa. Todas las aplicaciones del Sistema de Modelado Costero

están integradas en el programa SMC; pero también pueden ser ejecutadas de forma autónoma.

En ese sentido, el SMC puede ser visto como una aplicación independiente con una función

concreta. La estructura del SMC y su relación con los documentos temático y de referencia se

resume en la Figura 15.

Figura 15. Estructura del Sistema de Modelado Costero

(Fuente: IH Cantabria http://www.smc.ihcantabria.com/es/index.asp)




72

FVCOM (Finite Volume Coastal Ocean Model)

Es un modelo relativamente nuevo (menos de 10 años), quizás a la fecha el mejor modelo

hidrodinámico para ser aplicado a distintos dominios de modelación, posee buenas herramientas y

excelentes prestaciones gráficas (con Visit), una comunidad muy activa. Se pueden acoplar

distintos modelos, para el cierre de las ecuaciones de turbulencia se puede usar el esquema del

modelo GOTM, también existen módulos acoplados para incluir estudios ecológicos y de otras

forzantes como por ejemplo oleaje. Este modelo es utilizado por instituciones prestigiosas a nivel

mundial como es el caso de la (NOAA), tiene una limitación importante en términos de licencia

respecto a que no se puede usar con fines comerciales, por lo cual su uso queda restringido a

usuarios como universidades y ministerios. Su plataforma de preferencia es Linux, en Windows

puede usarse con ciertas dificultades. Existen diferentes adaptaciones del SMC en distintos países,

como es el caso de España, Taiwán, Túnez y más recientemente en Brasil.

MOHID (Modelo Hidrodinámico)

Es un modelo desarrollado por MARETEC (Marine and Environmental Technology Research

Center) en el instituto politécnico de Lisboa. Es un modelo hidrodinámico 3D portugués, que posee

módulos para estimar desde el transporte de sedimentos hasta la calidad de las aguas. Posee una

interfaz que funciona en Windows, y su licencia no posee restricciones. Está en constante

actualización, parte de la comunidad del modelo la integran españoles, lo que hace atractivo la

cercanía del idioma.

Después de analizar todos los modelos anteriormente descritos en cuanto a características y

limitaciones, el sistema de modelado que se propone para el desarrollo de este proyecto es el

Sistema de Modelado Costero (SMC) el cual además de integrar varios tipos de módulos (flujo,

olas, transporte de sedimentos y morfodinámica) ha sido aplicado exitosamente en una gran

variedad de proyectos internacionales y ampliamente validado bajo diversos forzamientos. En el

ámbito de su implementación se hace necesaria la realización del proceso de adaptación a las

condiciones específicas del litoral Caribe colombiano, por lo cual se propone el desarrollo de un

sistema experto de modelación costera conformado por: Bases de datos (Batimetrías, Olas,

Vientos, Nivel del mar) y un paquete de modelos numéricos.

El desempeño de este sistema y el buen ajuste de sus resultados con las condiciones reales en el

Caribe colombiano también dependen en gran medida de la calidad de los datos recolectados en




73

campo. Por consiguiente, se dispondrán de equipos con tecnología de punta para la observación

de:

Corrientes: se dispone de un ADCP (fabricado por RD instruments) que opera con una frecuencia

1200Khz y cuenta con un procesador de banda ancha de la señal acústica para reducir la entrada

de ruido y por ende mejorar su desempeño. A través de este equipo es posible medir perfiles de

velocidad desde el lecho marino (autonomías de hasta 90 días), la superficie o desde un bote en

movimiento.

Oleaje: se cuenta con un sensor WHWDS-050 (RD instruments) que se acopla con el ADCP y

posibilita la medición multidireccional del oleaje a través de varias técnicas (velocidades orbitales,

rastreo acústico de la superficie y sensor de presión). La calidad de las observaciones puede

determinarse indirectamente a través de la similitud en los resultados de estas tres técnicas

independientes.

Nivel del mar: el ADCP tiene integrados sensores de presión y rastreadores de la superficie del

agua, a través de los cuales es posible determinar las variaciones del nivel del mar en forma

simultánea a las mediciones de velocidad y oleaje direccional.

Sedimentos en suspensión: el "backscatter" de la señal acústica registrada por el ADCP es

proporcional a la concentración de sedimentos en suspensión. Observaciones simultaneas de las

concentraciones a través del ADCP y de muestreos mecánicos hacen posible la definición de una

relación funcional entre el "backscatter" y la concentración de material en suspensión. Un equipo

óptico (OBS) será utilizado en las campañas de medición para determinar perfiles de

concentraciones, de tal forma que se complemente y valide la información obtenida por el ADCP.

10.1 MARCO NORMATIVO

La Política Nacional del Océano y de los Espacios Costeros (PNOEC) propende por el desarrollo

de los espacios oceánicos y las zonas costeras mediante su ordenamiento ambiental y manejo

integrado, de forma que contribuya al mejoramiento de la calidad de vida de la población

colombiana y a la conservación de los ecosistemas y los recursos marinos y costeros. Para esto,

la PNOEC plantea unas líneas de acción para estas áreas temáticas, entre las cuales se destaca

que El Estado, a través del Ministerio del Interior y de Justicia y la Dirección de Prevención y

Atención de Desastres (DPAD), en coordinación con el Ministerio de Ambiente, Vivienda y

Desarrollo Territorial (MAVDT), la DIMAR, las Corporaciones Autónomas Regionales costeras




74

(CAR), el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM), el Instituto de

Investigaciones Marinas y Costeras “José Benito Vives de Andréis” (INVEMAR) y el apoyo de los

entes territoriales y demás entidades del orden nacional que se requieran, desarrollará e

implementará herramientas que reduzcan la vulnerabilidad del océano y los espacios costeros ante

los efectos del cambio climático global, especialmente los relacionados con el aumento del nivel

medio del mar y sus efectos (PNIEC, 2009).

A pesar de estas normatividades en Colombia actualmente no se cuenta con un documento de

referencia para estudios y diseños, por lo tanto se requiere de la elaboración de una metodología

que comprenda desde la caracterización de la zona, el levantamiento de la información base, el

diseño de las diferentes alternativas, la evaluación de estas alternativas, el desarrollo de los planes

de monitoreo y control hasta el seguimiento del impacto de estas obras. Estas metodologías de

referencia se han implementado en otros países, tal es el caso de los Estados Unidos que cuenta

con el Coastal Engeniering Manual (CEM) el cual es un documento técnico único y completo que

incorpora herramientas y procedimientos para planificar, diseñar, construir y mantener proyectos

costeros. Este manual de configuración se incluye los principios básicos de los procesos costeros,

los métodos para el cálculo de la planificación costera y parámetros de diseño y orientación sobre

cómo formular y llevar a cabo estudios en apoyo de las inundaciones costeras, la protección de la

costa, y los proyectos de navegación.

Por su parte en España se implementó el programa de Recomendaciones para las Obras

Marítimas (ROM) el cual se inició en 1987 por orden del Director General de Puertos y Costas del

Ministerio de Obras Públicas y Urbanismo, mediante la constitución de una Comisión Técnica con

el mandato de redactar un conjunto de Recomendaciones, o Normas Técnicas, que reunieran la

tecnología más avanzada en el campo de la ingeniería marítima y portuaria y que se constituyeran

en instrumento técnico para proyectistas, constructores y administraciones portuarias, facilitando a

todos el acceso a la información especializada, la disponibilidad de un conjunto ordenado de

criterios que contribuyan a la optimización de sus actuaciones profesionales e institucionales, el

progresivo desarrollo del prestigio internacional de la tecnología portuaria española y asimismo a

fomentar la exportación de dicha tecnología.

A partir de amenaza de erosión costera caracterizada es necesario del desarrollo de estudios y

mapas de vulnerabilidad y riesgo para sectores críticos, El riesgo es definido como el daño o

pérdida esperado a partir de la probabilidad de ocurrencia de eventos de origen natural o humano

peligrosos y de la vulnerabilidad de los elementos expuestos en un determinado sitio y en un

período de tiempo dado. La amenaza o peligrosidad está representada por un peligro latente




75

asociado a un fenómeno físico de origen natural o tecnológico, externo al sujeto, que puede

presentarse en un sitio y en un tiempo de exposición determinados y producir efectos adversos

sobre bienes materiales y personas. Por su parte, la vulnerabilidad es definida como la

característica de una persona o grupo en base a su capacidad para anticipar, sobrevivir, resistir y

recuperarse del impacto de una amenaza natural (Blaikie et al. 1996).

Las evaluaciones del riesgo demandan un análisis de sus dos componentes, la peligrosidad y la

vulnerabilidad (Cardona, 1993; Bennett y Doyle,1997). Por un lado, deben estudiarse las

características físicas y particularidades de la amenaza o peligro y por otro, las de la población e

infraestructura expuesta al mismo (Cutter, 1996; Boruff et al., 2005; Birkmann, 2007; Del Río y

Gracia,2009). Posteriormente de la combinación de ambos, se obtiene el riesgo del área frente a

un determinado evento que se puede cartografiar (Bennett y Doyle, 1997). El método más utilizado

para la evaluación del riesgo consiste en la elaboración de un índice cuantitativo de peligrosidad y

uno de vulnerabilidad compuestos por indicadores o variables, los cuales al combinarse

constituyen el riesgo (Cutter et al., 2000; Cardona, 2001; Wu et al., 2002; Boruff et al., 2005;

Birkmann, 2007; Hegde y Reju, 2007; Del Río y Gracia, 2009).

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