IAHR CIC

XX SEMINARIO NACIONAL DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA

BARRANQUILLA, COLOMBIA, 8 AL 10 DE AGOSTO DE 2012

PREDICCIÓN DE LAS MAGNITUDES DE RETROCESO DE ALGUNOS

SECTORES ACANTILADOS DE ANTIOQUIA EN CONDICIONES DE

ASCENSO DEL NIVEL DEL MAR – RESULTADOS PRELIMINARES PARA

EL SECTOR DE ARBOLETES

Juan F. Paniagua-Arroyave e Iván D. Correa

Área de Ciencias del Mar, Universidad EAFIT, Colombia, jpaniag2@eafit.edu.co

RESUMEN:

El estudio de los impactos de los cambios del nivel del mar es necesario para la gestión litoral, especialmente en

costas tectónicamente activas y con ecosistemas estratégicos (playas, manglares, arrecifes coralinos) como las del Caribe

sur colombiano. Los escenarios más desfavorables planteados a la fecha predicen un ascenso acelerado del nivel del mar

que podría ubicarlo ~2 m por encima de su nivel actual para finales este siglo. En este contexto, la predicción de las

magnitudes de erosión (distancias, tasas de retroceso) de los acantilados del litoral antioqueño, compuestos en muchos

sectores por rocas geotécnicamente muy pobres (arcillolitas/lodolitas meteorizadas, con tasas actuales de erosión hasta

de 3.7 m/año) es uno de los elementos básicos para la planificación a mediano-largo plazo del desarrollo de la región.

Para predecir el retroceso de sectores acantilados en condiciones de ascenso del nivel del mar se usan modelos

matemáticos que consideran diferentes escalas espacio-temporales. Dos de estos modelos, el planteado por Sunamura y

el modelo SCAPE (Soft Cliff and Platform) predicen el retroceso futuro de acantilados de rocas blandas (soft rocks) con

base en valores históricos de erosión y en las tasas esperadas de ascenso del nivel del mar. Estos modelos incluyen también

parámetros como el clima de oleajes y la fisiografía de la plataforma continental hasta la profundidad de cierre (closure

depth). En este estudio, se predicen, para 50 años, las posiciones futuras de la línea de costa y las magnitudes de erosión

(distancias, tasas) a lo largo de tres sectores acantilados críticos de la costa antioqueña (municipios de Arboletes y Turbo)

y del sector de los Córdobas- Punta Rey (departamento de Córdoba). Para el sector de Arboletes, considerado como el

más crítico en función de la densidad de población e infraestructura, los resultados preliminares indican las siguientes

proyecciones:

1) Asumiendo una tasa de ascenso constante del nivel del mar de 2.32 mm/año (valor actual), lo cual podría

considerarse como el escenario más “favorable”, las tasas de erosión históricas de 1.29 m/año no variarían y los

retrocesos (distancias promedio) de la línea de costa al 2059 serían del orden de los 64.3 m, máximo de 143 m

a lo largo de los tramos más afectados.

2) Asumiendo una tasa de ascenso del nivel del mar de 7 mm/año (escenario “medio”), las tasas de erosión podrían

alcanzar los 3.7 m/año para el año 2059 y las distancias promedio de retroceso estarían alrededor de los 184 m

(valores promedio), máximo de 260 m en los sectores más afectados.

3) Asumiendo una tasa de ascenso del nivel del mar de 22 mm/año, la cual corresponde al escenario más

“desfavorable” planteado a la fecha, las velocidades promedio de erosión podrían alcanzar los 11.4 m/año al

2059 y las distancias promedio correspondientes de retroceso de la línea de costa estarían alrededor de los 570

m, máxima de 634 m en las zonas más susceptibles.

Retrocesos promedio entre 64.3 m y 570 m de la línea de costa al 2059 plantean impactos relacionados de primera

magnitud sobre toda la infraestructura actual del sector de Arboletes (construcciones del casco urbano, vías de acceso

desde Montería y hacia Necoclí) y también la inundación marina de los drenajes naturales del sector, principalmente de

las depresiones de los causes de los ríos Jobo y Arboletes. Similares resultados pueden mostrarse para los demás sectores

considerados en este estudio.

PALABRAS CLAVE: acantilados del Golfo de Urabá, erosión costera, ascenso del nivel del mar.

INTRODUCCIÓN

Actualmente hay certeza científica acerca de la aceleración del ascenso del nivel eustático del

mar (asociado en parte al Cambio Climático Global) y de que los impactos sobre las franjas litorales

serán cada vez más importantes. A mediano-largo plazo (décadas-siglo) se predice la generalización

de las tendencias erosionales ya existentes a lo largo de muchas costas del mundo (Nicholls y

Cazenave, 2010). Geomorfológicamente, el retroceso de las franjas litorales es función de

interrelaciones múltiples entre factores geológicos, oceanográficos, biológicos, climáticos y

antrópicos operando a diversas escalas de tiempo. Los cambios relativos entre los niveles tierra-mar

son reconocidos como uno de los controles principales de la evolución costera al afectar directamente

los alcances espaciales de los oleajes, mareas y corrientes asociadas y, por lo tanto, hacer parte activa

de los balances de sedimentos litorales (Morton, 1977). Las relaciones entre los cambios relativos del

nivel del mar y otros factores involucrados en el retroceso costero, como las resistencias de la rocas,

los climas de oleajes y rangos de marea, entre otros, son temas de investigación prioritaria en la

actualidad (Walkden y Dickson, 2008).

El último informe del Panel Intergubernamental en Cambio Climático evalúa varios escenarios

de ascenso del nivel del mar con referencia al año 2100. Meehl et al. (2007), con base en modelos de

escenarios de emisiones de gases invernadero proponen niveles del mar hasta 0.6 m por encima del

nivel medio global de 1990. No obstante, otros autores (e.g. Pfeffer et al., 2008 y Jevrejeva et al.,

2009) han propuesto ascensos del nivel medio del mar de hasta 2.0 m. En esta última predicción, la

tasa de ascenso del nivel del mar sería del orden de 22 mm/año, mucho mayor si se compara con la

actual registrada entre 1993 y 2012 para el Golfo de Urabá (~2.32 mm/año en los registros de

altimetría por satélite de TOPEX/Poseidon, Figura 1).

Con el fin de evaluar la posición futura de la línea de costa ante escenarios de ascenso de nivel

del mar se utilizaron dos modelos matemáticos. En el primero, Walkden y Dickson (2008) proponen

una simplificación del modelo SCAPE, que vincula la tasa de retroceso futura con su contraparte

histórica y las tasas de ascenso del nivel del mar presente y esperada. Este modelo se ha utilizado,

entre otros lugares, para la predicción del retroceso de acantilados formados en rocas blandas (en su

mayoría depósitos glaciares) en las costas de North Norfolk y Suffolk en el Reino Unido (Walkden y

Hall, 2005; 2011; Brooks y Spencer, 2012).

Figura 1.- Tendencia del nivel del mar para el punto geográfico 77 ºW y 9 ºN desde 1993, calculada a partir

de los datos de altimetría por satélite TOPEX/Poseidon, Jason-1 y Jason-2 (datos tomados de

http://sealevel.colorado.edu/, cortesía Prof. Steven Nerem, University of Colorado at Boulder).

Por su parte, Sunamura (1992) propone una ecuación para evaluar, en retrospectiva, la erosión

de acantilados considerando el ascenso del nivel del mar. En su propuesta, se considera un nivel del

mar estacionario, a partir del cual ocurrirán los ascensos futuros. Sin embargo, Brooks y Spencer

(2012) utilizan una modificación de esta ecuación para incluir un ascenso del nivel del mar inicial y

otro final, con el cual se verifica la información histórica y se predice el retroceso futuro.

LOCALIZACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO

El litoral reconocido se localiza en la parte sur de la Costa Caribe de Colombia, entre el Municipio

de Los Córdobas (sur del departamento de Córdoba) y Turbo, costado este del Golfo de Urabá,

departamento de Antioquia (Figura 2). En función de la disponibilidad de información histórica, de

las características geotécnicas de los afloramientos acantilados, y de su interés como zonas de

desarrollo futuro, se estudiaron cuatros tramos acantilados con tendencias históricas fuertemente

erosionales: 1) desembocadura del río Córdoba-Punta Rey (departamento de Córdoba), 2) Punta Rey-

desembocadura del río Arboletes, (municipio de Arboletes, Antioquia), 3) casco urbano de Arboletes

y 4) sector de Tié, (municipio de Turbo (Antioquia).

CONTEXTO FÍSICO GENERAL

La franja litoral antioqueña y cordobesa pertenece geológicamente al denominado Cinturón

Plegado del Sinú, una secuencia sedimentaria de rocas turbidíticas y depósitos marinos hemipelágicos

y terrígenos del Oligoceno – Plioceno (Duque-Caro, 1984). Los afloramientos rocosos a lo largo de

este litoral conforman escarpes acantilados de hasta 15 m de altura y están conformados

principalmente por intercalaciones de arcillolitas y lodolitas terciarias, muy meteorizadas y

fracturadas, especialmente en los sectores con manifestaciones del diapirismo de lodos (coladas,

volcanes emergidos y sumergidos) en Arboletes, Damaquiel, Punta Caribaná. Las pobres

características geotécnicas estas rocas las hacen extremo susceptibles a la ocurrencia de movimientos

de masa (deslizamientos, flujos de derrubios, caídas de rocas), comunes durante la transición verano-

invierno (Correa y Vernette, 2004; Correa y Morton, 2010).

Los sectores acantilados en la zona corresponden al frente de erosión de un conjunto de terrazas

marinas emergidas con un amplitud de 6 km y alturas máximas de 36 m; el levantamiento de estas

superficies resulta de esfuerzos tectónicos compresionales entre las placas Caribe y Suramericana y

de la actividad del diapirismo de lodos (Page, 1982; Figura 3). El retroceso de la línea de costa, salvo

algunas zonas específicas con alta disponibilidad de sedimentos, ha sido el proceso histórico

dominante en los litorales de Córdoba y Antioquia (e.g. Aristizábal et al., 1990, Correa y Vernette,

2004; Posada y Henao, 2008). Estos autores plantean factores como el ascenso del nivel del mar, el

neotectonismo y la hidroisostacia como posibles causas a largo plazo de la erosión generalizada. A

corto plazo, se han señalado a las intervención antrópicas (explotación extensiva de arena como

material de construcción, ausencia de manejo de aguas lluvias y residuales) como controles mayores

de la erosión de playas, especialmente en los sectores poblados.

La región se encuentra bajo la influencia de la Zona de Convergencia Intertropical, cuyos

desplazamientos definen los dos periodos climáticos más típicos en el área: (1) seco, con

precipitaciones entre 40 mm/mes en Arboletes y 100 mm/mes en Turbo, caracterizado por la

ocurrencia de vientos Alisios del NE con velocidades entre 4 y 9 m/s; y (2) lluvioso o húmedo, con

precipitaciones que alcanzan los 100 mm/mes en Arboletes y 300 mm/mes en Turbo, con vientos

provenientes del sur. Estas dos épocas, sin embargo, no están asociadas con descensos de temperatura,

y la región presenta temperaturas medias diarias entre 26 y 28 ºC, con valores extremos de 19 y 40

ºC. Las precipitaciones medias están entre 2.5 y 3.0 m/año (Correa y Vernette, 2004).

El régimen de mareas en el Caribe sur de Colombia se considera semidiurno mixto, con

amplitudes máximas del orden de 0.40 m. El oleaje en la zona de estudio depende de la actividad de

los vientos Alisios del N y NE en época seca, y del S en época húmeda. La altura significativa de ola

ha sido calculada por medio de modelado numérico por F. Posada (comunicación personal), y registra

valores promedio entre 0.60 y 0.30 m (Arboletes y Minuto de Dios), máximos de 2.0 m.

Figura 2.- Localización del área de estudio. (A) Los Córdobas, departamento de Córdoba; (B) Minuto de

Dios, municipio de Arboletes; (C) casco urbano de Arboletes; (D) Tié, municipio de Turbo.

Figura 3.- Escarpes acantilados en las zonas de estudio: (A) norte de la desembocadura del río Córdoba,

secuencia subhorizontal de arcillolitas con lentes arenosos; (B) sur del barrio Minuto de Dios; arcillolitas; los

bloques en el centro de la foto han sido dispuestos como medida de protección (C) lodolitas al sur del

municipio de Arboletes, y (D) lodolitas pobremente consolidadas, corregimiento de Tié.

METODOLOGÍA

Las tasas históricas de retroceso se calcularon utilizando la aplicación DSAS v4.0 en ArcGIS

v.9.3 (Thieler et al., 2009), a partir de líneas de costa cartografiadas de mosaicos ortorrectificados de

los años 1938, 2004 y 2009 (Correa et al., 2007; Prüssmann, 2012), y de aerofotografías de Arboletes

de 1975. Las tasas de erosión históricas corresponden al valor de distancia de retroceso de la línea de

costa dividida entre el total de años (end point rate) de la aplicación DSAS. Con los estos valores, y

utilizando transectos cada 10 m, se calcularon las posibles tasas futuras partiendo de los

planteamientos de Sunamura (1992:225), Ecuación 1, y Walkden y Dickson (2008), Ecuación 2,

compilados en Brooks y Spencer (2012).

Existen valores comunes para ambos modelos: R1 y R2 corresponden a las tasas de retroceso de

la línea de costa presente y futura, respectivamente, y S1 y S2 son las tasas de ascenso del nivel del

mar presente y futura. Para el caso del modelo de Sunamura (Ecuación 1) D1 corresponde a la

distancia de retroceso histórica, y los valores de dc y Wp dan cuenta del clima de olas de cada sitio

(profundidad de cierre, dc, y amplitud de la plataforma hasta la ocurrencia de ésta, Wp). Para calcular

dc se utilizaron los registros del modelo de oleaje de Posada, y el planteamiento de Hallermeier (en

Nicholls et al., 1998), y de Dean y Dalrymple (2004:217) (Ecuaciones 3 y 4).

R2 = R1 +(S2−S1)(Wp+D1)

dc [1]

R2 = R1√S2

S1 [2]

dc = 2.28He − 68.5 (He

2

gTe2) [3]

He = H̅ + 5.6σH [4]

Ahora bien, las tasas futuras de ascenso del nivel del mar fueron seleccionadas a partir de los

valores propuestos por diversos autores (Meehl et al., 2007; Pfeffer et al., 2008; Vermeer y

Rahmstorf, 2009; Jevrejeva et al., 2010). Las magnitudes 7, 10 y 22 mm/año corresponden a valores

ubicados entre el rango de 2.89 a 22.31 mm/año señalados en dichas publicaciones. Se incluye,

además, el valor de 2.32 mm/año, que corresponde al escenario de extrapolación de la erosión

histórica. Por su parte, la profundidades de cierre y amplitudes de la plataforma se calcularon con los

valores modelados de clima de olas para el Mar Caribe entre 2008 y 2009 (F. Posada, comunicación

personal). La medición de Wp se realizó a partir de información batimétrica tomada del modelo

hidrodinámico del Golfo de Urabá del proyecto “Erosión Costera en Antioquia”.

Una vez se tuvo el valor futuro de retroceso para cada transecto, se procedió a calcular las

coordenadas X y Y en el sistema Magna Colombia Oeste. Así, las líneas de costa fueron construidas

con base en los puntos “futuros” ubicados a partir de la cantidad de años y la tasa futura de retroceso

en la dirección de cada transecto.

RESULTADOS

En la Tabla 1 se adjunta el resumen de los valores promedios de predicción para el casco urbano

del municipio de Arboletes, y en las Figura 4 y Figura 5 se muestran las ubicaciones previstas de la

línea de costa para 2059. Los valores máximos fueron calculados con el modelo de Sunamura, y son:

(1) 634 m y 12.7 m/año en el escenario de 22 mm/año, (2) 334 m y 6.7 m/año en el de 10 mm/año,

(3) 259 m y 5.2 m/año en el de 7 mm/año, y (4) 142 m y 2.9 m/año en el de 2.32 mm/año.

Por su parte, con el modelo SCAPE se obtuvieron los siguientes valores máximos: (a) 440 m y

8.8 m/año para el escenario de 22 mm/año, (b) 297 m y 5.9 m/año para el de 10 mm/año, (c) 248 m

y 5.0 m/año para el de 7 mm/año, e igualmente que Sunamura, (d) 142 m y 2.9 m/año para el de 2.32

mm/año.

Tabla 1.- Resultados del retroceso futuro para el casco urbano de Arboletes.

Sitio

Tasa Media

de Retroceso (1975-2009)

Distancia

Media (1975-2009)

Tasa Ascenso

Nivel del Mar

Método

Tasa Media

Futura (2009-2059)

Distancia Media

Futura (2009-2059)

(m/año) (m) (mm/año) (m/año) (m)

Arboletes

1.29

43.74

2.32a

SCAPE 1.29 64.33

Sunamura 1.29 64.33

7.00

SCAPE 2.23 111.74

Sunamura 3.69 184.48

10.0 SCAPE 2.67 133.56

Sunamura 5.23 261.50

22.0

SCAPE 3.96 198.10

Sunamura 11.39 569.59

a La tasa de ascenso del nivel del mar de 2.32 mm/año corresponde al valor actual registrado con altimetría por satélite.

DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES

Los resultados presentados, aunque preliminares, muestran una primera aproximación (inédita)

sobre las posibles dimensiones del retroceso de los acantilados en sectores específicos del litoral

Antioquia-Córdoba. Es evidente, de acuerdo con las cifras obtenidas, que aun en el escenario más

“favorable”, las magnitudes y tasas de erosión impactarían significativamente la infraestructura física

y la morfología litoral. Obviamente, no es posible considerar los efectos de intervenciones futuras

como espolones y demás obras de defensa que puedan ser construidas en el futuro.

Con respecto a los modelos, SCAPE y Sunamura, estos fueron validados, entre otros, por Brooks

y Spencer (2012) utilizando información de las costas de Suffolk, Reino Unido. En su estudio

compararon línea de costa calculadas con ambos modelos con valores reales medidos. Primero

obtuvieron las tasas históricas de erosión (R1) usando mapas a escala 1:10,560 de 1883 y 1947, y

luego calcularon la posición de la línea de costa de 2008, que ya conocían a partir de levantamientos

con DGPS. Al evaluar los resultados, se evidenció mejor desempeño de los modelos al calcular los

parámetros de base (R1 y D1) y las tasas futuras (R2) utilizando intervalos temporales más largos (root

mean square error RMSE ca. 15 y 36 m, respectivamente). En nuestro caso, no se cuenta con

información histórica suficiente para realizar este tipo de validación, i.e. el mosaico ortorrectificado

más antiguo disponible es de 1938, y los mapas históricos no tienen suficiente precisión ni escala

comparable para ser utilizados en un estudio cuantitativo.

Para el sector de Arboletes fueron calculados parámetros de base a partir de intervalos de tiempo

más cortos que la validación de Brooks y Spencer (2012), i.e. 34 años (1975 a 2009) contra 59 años

(1947 a 2008). Por su parte, las magnitudes calculadas para Tié, Minuto de Dios y Los Córdobas

tienen intervalos más largos: de 1938 a 2004 y 2009, 66 y 71 años. De acuerdo con esto, a pesar de

que los resultados para Arboletes tengan cierta incertidumbre, no dejan de cumplir el objetivo de

primera aproximación a los impactos futuros por ascenso del nivel del mar. Las predicciones para

Los Córdobas, Minuto de Dios y Tié, no presentadas en este manuscrito, son más robustas a la luz de

estas consideraciones. Para todos los casos, la predicción se realizó para 50 años, siguiendo las

recomendaciones que Brooks y Spencer (2012) consignan en relación con utilización de estos

modelos.

Figura 4.- Posibles posiciones de la línea de costa para 2059 en el casco urbano del municipio de Arboletes,

utilizando el modelo SCAPE para calcular la tasa futura de retroceso.

Figura 5.- Posibles posiciones de la línea de costa del casco urbano del municipio de Arboletes en 2059, de

acuerdo con las proyecciones del modelo de Sunamura.

AGRADECIMIENTOS

Este trabajo se enmarca en la ejecución del proyecto “Erosión Costera en Antioquia Fase 2:

Modelado de la evolución morfológica en el Golfo de Urabá” ejecutado por la Universidad EAFIT y

la Armada de la República de Colombia. Los autores agradecen a COLCIENCIAS por el apoyo

económico para la realización de este proyecto.

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