Autor/Author: Fernando Barrio Parra
Directores/ Directors: Inmaculada Rodríguez Santalla, Rui Pires de Matos Taborda
MADRID 2014
E
STUDIO DEL INTERCAMBIO SEDIMENTARIO PLAYA-
DUNA EN LA COSTA EXTERNA DE LA FLECHA DEE
LF
ANGAR,
D
ELTA DELE
BROTESIS DOCTORAL
PROGRAMA DE DOCTORADO EN CONSERVACIÓN DE LOS RECURSOS NATURALES
2014/2015
DICIEMBRE 2014
ESTUDIO DEL INTERCAMBIO SEDIMENTARIO PLAYA-DUNA EN LA COSTA EXTERNA DE LA FLECHA DEL FANGAR,DELTA DEL EBRO
STUDY OF THE BEACH-DUNE SEDIMENT EXCHANGE ON THE OUTER COAST OF THE
FANGAR SPIT,EBRO DELTA.
Autor:
Fernando Barrio Parra
Directores:
Inmaculada Rodriguez Santalla
I
Resumen
Antecedentes
Las dunas son acumulaciones de sedimento transportado por la acción del viento. Las dunas se dan en todos los climas, pero los sistemas dónde alcanzan una mayor extensión es en los desérticos, debido a los fuertes vientos y la gran disponibilidad de sedimento. En el caso de las dunas costeras, la fuente de sedimentos son las playas, donde los vientos soplan desde el mar transportando y acumulando la arena. Los sistemas dunares costeros son esenciales por sus funciones de defensa costera y por su relevancia ecológica. Durante el invierno, cuando las condiciones del oleaje son de alta energía, las dunas son erosionadas y el sedimento es depositado en la playa sumergida, formando barras de arena y configurando el perfil de invierno. Cuanto mayor son las olas, las barras migran a mayor profundidad. Estas barras ayudan a disipar la energía, haciendo que las olas rompan más lejos de la orilla, reduciendo la erosión de la costa. En verano el clima marino es menos energético haciendo que las barras migren hacia la costa reconstruyendo la playa y generando el perfil de bonanza. Con esta configuración se genera una berma que proporciona una superficie para que el viento levante los granos del lecho y los deposite tierra adentro. De esta forma las dunas vuelven a regenerarse cerrando el ciclo anual. Los sistemas dunares costeros tienen unas condiciones ambientales dinámicas, haciendo que el número de especies capaces de desarrollar su ciclo de vida en ellos sea muy bajo. Por ello, el conocimiento sobre el estado y evolución de los sistemas dunares, y los intercambios sedimentarios que determinan los mismos, son esenciales desde un punto de vista de gestión y conservación de los recursos naturales.
II en crecimiento cuando el balance sedimentario neto tenga una tendencia positiva. El balance neto sedimentario puede obtenerse mediante la comparación de los volúmenes estimados mediante información topográfica. Cuando las dunas se comportan como sumideros de sedimento transportado por el viento, el modelo conceptual de intercambio sedimentario es sencillo y la obtención de las tasas de transferencia sedimentaria son inmediatas. Sin embargo, esta técnica no permite la estimación de los flujos de entrada y salida cuando el sistema de dunas se comporta como fuente y sumidero de sedimentos a la vez. En este tipo de sistemas, es necesario el empleo de modelos numéricos para la caracterización de los intercambios sedimentarios entre la playa y la duna en el corto plazo (meses-estaciones).
La evolución de la línea de costa determina el volumen de arena disponible para alimentar los sistemas dunares. Una playa en acreción, tendrá cada vez un volumen mayor de sedimento que podrá pasar a formar parte de las dunas. Una playa en retroceso sufrirá el proceso contrario si esta actúa como fuente de sedimentos para las dunas, incluso facilitando su degradación debido a que la erosión por acción del oleaje será más pronunciada. Por tanto, la evolución geomorfológica de la costa determina las interacciones de transferencia sedimentarias entre los sistemas playa-duna. La caracterización de estas interacciones dentro de los subsistemas dunares y del interfaz playa-duna debe enmarcarse junto a los procesos de transporte sólido litoral que condicionan la evolución geomorfológica de la costa.
III evolución de la geomorfología del litoral del delta está determinada por la distribución del transporte de sedimentos producido por acción del oleaje. Las olas provienen mayoritariamente del Este, haciendo que el sedimento se transporte en dirección Norte en el Hemidelta Norte y en sentido contrario en el Sur. En la flecha del Fangar, esta distribución del transporte produce acreción en la costa de orientación norte y erosión en la costa de orientación noreste. Sobre esta península se desarrolla un sistema de dunas activas de unos 6 km de longitud. Su formación está relacionada con la orientación de la costa y la dirección de los vientos de mayor frecuencia e intensidad de dirección Noroeste (Mestral), hacia dónde migran las dunas. El modelo conceptual de interacción playa-duna muestra que los intercambios sedimentarios son complejos. El retroceso de la línea de costa produce la erosión del sistema dunar incorporando el material erosionado al esquema de transporte sólido litoral. La dirección predominante del transporte eólico hace que el sedimento acabe de nuevo en el mar. La acreción que se produce en el norte proporciona una zona fuente de sedimentos para el sistema dunar, permitiendo que el sistema prevalezca en el tiempo. Hasta la fecha, no se ha caracterizado los intercambios sedimentarios entre los sistemas playa-duna de la punta del Fangar, así como su interacción con la evolución geomorfológica de la costa.
Objetivos
Esta tesis tiene los siguientes objetivos generales y específicos:
IV sistema de dunas activo, considerando los trabajos precedentes y las adaptaciones necesarias para su aplicación al área de estudio. b. Proponer y aplicar una metodología de calibración.
c. Obtención de las tasas de transferencia sedimentaria según el esquema conceptual de la Flecha de El Fangar mediante la modelización de la dinámica dunar.
2. Desarrollar un modelo de dinámica sedimentaria que explique la evolución geomorfológica del Hemidelta Norte, basándose en el balance sedimentario de la región, incluyendo la interacción entre el transporte sólido litoral y el eólico. La evolución de la costa depende de la variación espacial de este balance, por lo que se plantea como objetivos específicos:
a. Caracterizar los procesos a lo largo de la línea de costa.
b. Caracterizar la distribución las tasas de transporte de sedimento por el oleaje y por procesos eólicos en el área de estudio.
c. Evaluar los efectos sobre la evolución geomorfológica de los procesos de transporte.
Metodología
V valores corresponden a la altura de arena media en ese punto. La dinámica de dunas se representa mediante dos algoritmos básicos: el de saltación y el de avalancha. En cada paso de tiempo, el algoritmo de saltación erosiona un volumen de arena de una celda y lo desplaza a un número de celdas a sotavento denominado longitud de saltación. El algoritmo de avalancha representa el fenómeno gravitacional que se da cuando la pendiente generada es inestable. La arena es recolocada en las celdas adyacentes hasta que se consigue un ángulo igual o inferior al ángulo de reposo.
VI algoritmo de saltación y avalancha, fijando como condición de contorno que no se produce la entrada de arena en el sistema. Por tanto, el modelo representa la migración de la arena preexistente. La principal asunción de este método es que se puede realizar una estimación razonable de los flujos de entrada y salida basado en a las diferencias de volumen entre los estados inicial y final medidos y el volumen del MDT resultante de la simulación. El flujo de salida se estima como la diferencia entre el volumen inicial y el obtenido con el modelo. La tasa de entrada se calcula como la diferencia entre el volumen del estado final medido y simulado.
La calibración del modelo se aplicó a una pequeña región del sistema dunar de la Flecha de El Fangar. Esta se topografió con sistema de posicionamiento global diferencial (DGPS) entre el 15 y el 18 de Abril de 2012. Los datos de viento proceden de una estación meteorológica situada en el puerto de L’Ampolla, al norte de la zona de estudio. Los datos de velocidad de viento se transformaron mediante una relación empírica para obtener la velocidad esperable en el campo de dunas. Durante este periodo se registraron rachas de viento superiores a los 15 m/s procedentes del noroeste. El procedimiento de calibración consiste en un análisis de sensibilidad del efecto que tienen los valores de las variables fenomenológicas en la reproducción geomorfológica del estado final del campo de dunas. La bondad del ajuste se establece en función de la migración obtenida y la posición de la cresta, así como la no aparición de efectos no observables en la escala de trabajo (como la formación de ripples, la pérdida de la morfología de la duna o la fuerte erosión de la misma). De la aplicación de esta metodología se derivaron los valores de las variables fenomenológicas a aplicar en todo el sistema.
VII flujos de entrada y salida de sedimento se estiman para cada área del campo dunar. La base de datos cubre el periodo 2005-2006, permitiendo hacer seis simulaciones para cada zona. El modelo conceptual de intercambio sedimentario planteado considera la alimentación remota a cada sistema desde la playa en acreción situada en el norte de la flecha, la transferencia entre zonas, la cesión por eólica al mar y la retirada de sedimento por la erosión producida por el oleaje. La probabilidad de erosión durante los periodos de simulación se evalúa considerando el perfil topográfico del sistema playa-duna y la estimación del nivel del mar. Este depende conjuntamente de la relación entre la marea meteorológica, la astronómica y el run up. A partir de los flujos eólicos de entrada y salida obtenidos con el modelo de dunas, el esquema de intercambio sedimentario se completa siguiendo las siguientes asunciones: (1) los flujos eólicos promedios obtenidos a partir de las simulaciones con una buena reproducción de la evolución geomorfológica son representativos de un año normal, (2) la principal fuente de sedimentos para cada subsistema dunar es su precedente, (3) la tasa a la cual el oleaje retira sedimento de las dunas se estima como el desajuste entre el balance sedimentario observado y el obtenido a partir de las tasas eólicas promedias, (4) si la salida de sedimento de una zona precedente es menor que la entrada predicha para una zona, entonces la zona recibe de forma remota sedimento eólico con una tasa igual a este descuadre, (5) la salida eólica desde la zona 4 va a parar al mar, (6) la salida de transporte eólico hacia el mar es estimada como la diferencia entre la salida promedia del área precedente y el intercambio sedimentario hacia la siguiente y, (7) la zona 1 sólo recibe sedimento de la playa de alimentación situada al norte de la flecha.
IX sedimento en la evolución de la línea de costa, y la representatividad del efecto del viento sobre la generación de corrientes locales, se plantean cuatro simulaciones que combinan todas las dos posibilidades de cálculo de TSL y la consideración o no del transporte eólico. Estas simulaciones emplean como dato de entrada la línea de costa del 2004. El ajuste se evalúa mediante comparación del resultado de la simulación en 2010 con la posición de la línea de costa medida para ese año.
Conclusiones
Conclusiones generales
Este trabajo constituye un aporte al conocimiento sobre la influencia de los procesos eólicos en el balance sedimentario de sistemas de baja energía (como el caso del Delta del Ebro).La evolución del litoral depende de los balances sedimentarios entre los diferentes subsistemas costeros, por lo que el desarrollo de herramientas que contribuyan a caracterizarlos es especialmente interesante.
La principal contribución de este trabajo es el desarrollo de herramientas que ayudan a la definición del balance sedimentario en sistemas playa-duna. Los modelos desarrollados permiten cuantificar esta transferencia sedimentaria y evaluar de forma integrada la influencia de los procesos eólicos y litorales en la evolución de la línea de costa.
X importancia de los fenómenos de transporte que se dan a nivel local a lo largo del Hemidelta Norte.
Los resultados presentados, tienen implicaciones importantes a la hora de orientar futuras labores de conservación y gestión de los sistemas estudiados.
Conclusiones sobre los métodos
La revisión sobre los modelos de dunas preexistentes ha permitido orientar los trabajos de programación necesarios para caracterizar los intercambios sedimentarios que se dan en el sistema de dunas de la flecha del Fangar. La modelización de la dinámica dunar supone un avance respecto a las estimaciones de balance sedimentario neto que ofrecen los métodos de topografía de dunas, dado que permite la estimación de los flujos de entrada y salida del sistema.
El CA generado y la metodología de calibración son de utilidad a la hora de caracterizar la dinámica de un sistema de dunas activo en un contexto de viento variable, con un requerimiento de datos bajo (Topografía, Intensidad y dirección de viento). Debido a la naturaleza estocástica del proceso de generación de dunas, la estimación de los flujos de entrada y salida requiere de la comparación de los MDE obtenidos mediante la simulación con los topografiados en campo. Para que estos MDE sean comparables, la escala temporal de trabajo debe ser lo suficientemente pequeña. Por ello, la estimación de los flujos eólicos mediante el CA sólo es posible cuando se cuenta con información topográfica del estado inicial y final del sistema de dunas. Esta estimación requiere también de una expresión empírica que relacione intensidad de viento con transporte eólico.
XI reproducción de la migración de las dunas fue razonablemente ajustada a la observada, por lo que se pudieron obtener los flujos de entrada y salida con órdenes de magnitud consistentes con trabajos previos. La bondad del ajuste de la reproducción de la geomorfología final resultó ser independiente de las características de las dunas, validando la aplicabilidad de del procedimiento de calibración.
El modelo de dinámica dunar tiene aplicaciones importantes en zonas donde es necesaria la caracterización de la dinámica de sistemas dunares activos, siendo una herramienta útil en tareas de gestión.
Se ha conseguido desarrollar un modelo que permite evaluar la evolución de la línea de costa del sistema basado en la distribución de los balances sedimentarios locales, integrando los procesos de transporte longitudinal por acción del oleaje, las interacciones de intercambio sedimentario playa-duna y las entradas de sedimento por parte del río.
Las distribuciones de transporte sólido litoral obtenidas por el modelo son similares a las observadas. Las tasas de transporte eólico obtenidas con el modelo de línea de costa son más bajas que con el modelo de dunas, sugiriendo un alto efecto en las estimaciones de flujo eólico cuando se considera la morfología de las dunas. La obtención de la distribución de las tasas de transporte sólido litoral y por procesos eólicos ha permitido identificar las regiones dónde el transporte eólico tiene efectos significativos en la evolución de la línea de costa.
XII acreción costera. Por tanto, los métodos desarrollados son aplicables a cualquier región costera en la que se quiera caracterizar la importancia relativa de los fenómenos de transporte de sedimento en los patrones evolutivos a medio plazo, pudiendo tener importantes repercusiones en la planificación y gestión de la costa.
Conclusiones sobre el Sistema
XIII migración de los defectos generados en la zona 3, tendiendo a ser más pequeñas a medida que avanzan debido a que el suministro desde la zona anterior disminuye y no se compensa con la captación remota desde la playa de alimentación. En promedio, durante el periodo de estudio, el sistema presentó una tendencia a aumentar su volumen debido a la captación de sedimento de la zona 3.
El intercambio sedimentario que se da de forma remota desde la playa norte de la flecha de El Fangar hasta las dunas de la Zona 2 y 3 es importante para el mantenimiento de su volumen. Dado que estas dunas suponen el mayor reservorio de sedimento del sistema, las medidas de conservación del campo de dunas deben estar orientadas a la reducción de la erosión y a aumentar la captura de sedimentos que se da mediante esta transferencia, especialmente para la zona 3.
La tasa de acreción observada para la playa norte de El Fangar varía entre los 2 y 6 m/año. El retroceso de la costa hasta la playa de Riumar es de unos 4 m/año. La mayor tasa de erosión se da en la Isla de San Antonio, con tasas cercanas a los 30 m/año. El transporte sólido litoral neto máximo se estimó en 86·103 m3/año siendo consistente con los cálculos realizados en estudios
previos y mostrando una tendencia a disminuir con los aportes del río. De acuerdo con esta, el transporte máximo disminuirá hasta alcanzar un mínimo de 70·103 m3/año. La distribución de las tasas netas de transporte tiene una
alta correlación con la morfología de la costa y con la distribución de las condiciones de oleaje a lo largo de la misma.
XIV de la constante de transporte.
La consideración del transporte eólico en el modelo de evolución de línea de costa sólo tuvo efectos en la punta del Fangar y en la playa de Riumar en secciones de costa dónde el TSL es reducido. En este último caso, la reproducción de la evolución de la línea de costa si se ajustó a la observada, indicando un papel importante del transporte eólico.
Los resultados de las simulaciones mostraron discordancias importantes con la evolución observada en ciertas regiones, sugiriendo que existen otros procesos no recogidos en el modelo conceptual propuesto que son determinantes en la remodelación de la costa en estos puntos, como la anexión de barras sumergidas.
El punto de movimiento nulo en la flecha del Fangar se ajustó mejor en las simulaciones que consideran el transporte eólico y la relación entre el viento y las corrientes locales.
Líneas futuras de investigación
Los resultados obtenidos han permitido satisfacer los objetivos de caracterización de las transferencias sedimentarias playa-duna en la Flecha de El Fangar, y la influencia de los procesos de transporte en la evolución de la línea de costa. Sin embargo, existen algunas líneas de investigación abiertas en torno a la mejora de la modelización matemática.
XV sotavento de las dunas.
i
Agradecimientos
El documento que tienes entre tus manos es sólo una parte del trabajo que he realizado desde que se me concedió la beca para trabajar en el proyecto y poder hacer la tesis. Es muy difícil poder transmitir lo que se siente en las innumerables situaciones en la que he tenido que sacar inspiración cuando se me acababan las ideas, la cantidad de veces en las que no conseguía que un código funcionase y me quedaba atascado durante semanas… y una vez que lo hacía funcionar me preguntaba si era de algún interés o si daba respuesta a parte de la pregunta que me había cuestionado. Lo que creo que sí es más fácil de explicar es la sensación de satisfacción que se siente cuando después de pasar por ese bloqueo mental das un paso adelante, miras hacia atrás y te ríes de lo sencilla que era la solución desde el principio y lo que tardaste en verla por ti mismo. Ahí es cuando te das cuenta de que has aprendido algo y atesoras esa experiencia. Podría resumir la tesis en esos momentos en los que te devanas los sesos, te desesperas, persistes y superas tus límites. Son esos momentos los que me han hecho crecer como persona, ser más fuerte y determinado, y ganar confianza y criterio en esta labor que es la investigación. Pero todo ello no habría sido posible sin tener el apoyo y la motivación que me han inspirado las personas que están a mí alrededor y de las que me siento tan afortunado de que estén en mi vida.
ii forma espontánea, sino que fue inspirada por una persona a la que considero mi mentor. Muchas gracias Raúl por haber hecho que aprendiera tanto con ese Prácticum, de no haber sido por ti y por Carlos yo ahora mismo no estaría escribiendo estas líneas…eso lo tengo clarísimo.
Cuando echo la mirada atrás no puedo pasar por alto a la primera persona que me ofreció la oportunidad de investigar con una beca. Tengo un recuerdo muy nítido de cuando, estando en una clase de Máster, Eduardo se me acercó y me preguntó por “mi situación con la Rey Juan Carlos”, y al yo contestarle que no tenía ninguna beca el me ofreció trabajar en un proyecto para Repsol. Muchas gracias Edu por creer en mí sin tener experiencia ninguna y por todos los momentos que hemos vivido juntos.
No podría dejar de dar las gracias a los profes del área de geología. Con los que he compartido no se cuantísimas conversaciones, cafés y buenos ratos. Para mí esos momentos han supuesto siempre una vía de desconexión en los que me he podido desahogar tranquilamente y con total confianza, tratando de un montón de problemas, desde trámites administrativos hasta dudas existenciales sobre mi futuro....Muchas gracias David, Silvia, Fidel, y Tomás, habéis hecho que ir a la universidad no sea ir a trabajar.
Aquí tengo que hacer una mención especial a la gente que se ha venido con nosotros a trabajar al campo, a patearse las dunas y meterse en el agua a poner aparatos. Gracias a estos trabajos siempre voy a poder contar la anécdota de que me metí en el mar en diciembre, que eso no lo puede decir todo el mundo…. Muchas gracias a Silvia, Jordi, Cesar, Mónica y Rui… También le tengo que dar las gracias a Sergi por llevarnos en el todo terreno… el campo da para muchas batallitas y aquí no las puedo contar todas…
iii interminables sobre “numeritos” y que ha sabido levantarme del suelo cuando he caído. Voy a comenzar a enumerarlos y estoy convencido de que me voy a dejar a mucha gente entre las teclas del ordenador, así que comenzaré pidiendo perdón y parafraseando a un gran maestro: “vosotros sabéis quienes sois”. Gracias a Fidel, Carmina, Helena, Maite, Leonor, Víctor, Dimas, Dramal, Pedro, Arberto, Mónica, Ivana, Cristina, Tania, Mafalda, Manel, Margarida, Joao, Lucy, Juanra, Marco, Jose, Jose el grande, Alfon, Isra, Cristóbal, Laura, Asier… me quedo cortísimo…
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“Don’t pray for an easy life, pray for the
strength to endure a difficult one”
-BRUCE LEE-
“Love, live, laugh, learn”
Chapter 1: Introduction, background and objectives 5
1. Dune systems dynamics 5
2. Coastal Dunes and its value as natural resource 8
3. The Ebro Delta 9
3.1. Geology 10
3.2. Evolution 13
3.3. Marine and geomorphological processes 13
4. El Fangar Spit 15
4.1. Geomorphological evolution and sediment exchanges 16
4.2. The Fangar Spit active dune system 20
4.3. Bedform interactions in the active dune field 22
4.4. Volumetric evolution of the active dune field 28
5. Objectives 30
References 31
Chapter 2: A Brief review of Actual dune dynamics Modeling: Applicability to El Fangar Dune System (Ebro Delta, Spain)
37
1. Brief review of actual cellular models 39
2. Applicability of Dune models to El Fangar Dune system 42
3. Improvements needed to a “real world dune” modeling 43
4. Conclusions 44
Acknowledgements 44
References 44
Chapter 3: A free cellular model of dune dynamics: Application to El Fangar Spit dune System (Ebro Delta, Spain)
47
1. Introduction 49
2. Study Area dynamics 51
3. Model Description 54
6.2. Sediment input and output estimation 68
7. Conclusions and further work 69
Acknowledgements 72
Appendix A: Software availability 73
References 73
Chapter 4: Beach-dune sediment exchange interactions: The case of El Fangar Spit active dune system (Ebro Delta, Spain)
77
1. Introduction 79
2. Regional setting 81
3. Material and methods 85
3.1. Dune model description 85
3.2. Estimation of the probability of dune erosion by wave action
and sediment exchange rates
89
3.3. Sediment exchange rates estimation 93
3.4. Data set 94
4. Results and discussion 100
4.1. Morphological reproduction of the dune field dynamics and
estimation of sediment fluxes
100
4.2. Assessment of the probability of dune erosion by waves 108
4.3. Beach-dune sediment exchange rates 110
5. Conclusions 114
6. Acknowledgments 117
References 117
Chapter 5: Shoreline modeling: The role of the wind in the evolution of the Ebro North Hemidelta shoreline
121
1. Introduction 123
2. Regional setting 125
3. Methodology 131
3.1. Data set and system discretization 131
3.2.4. Longshore sediment transport estimation 141
3.3. Simulation an results assessment 144
4. Results and discussion 146
4.1. Observed evolving patterns and net LST 146
4.2. Modeled shoreline evolution 152
4.3. Assessment of the Model’s shoreline prediction 156
4.4. Transport estimations 158
5. Conclusions 163
6. Acknowledgments 166
References 166
Chapter 6: Conclusions and future research lines 173
1. Main conclusions 173
2. Conclusions regarding the methodology 174
3. Conclusions about the system 176
4. Future Research Lines 179
Annex I: Dune Model Results 181
Annex II: Dune Model Computer Code 189
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Chapter 0: Prelude
This dissertation entitled “Study of the beach-dune sediment exchange on the outer coast of El Fangar Spit, Ebro Delta”, presents the research realized in order to obtain the PhD degree in Conservation of Natural Resources in the Rey Juan Carlos University (Spain). All the works have been carried out in the Geology Group of the Science Department of the Rey Juan Carlos University, together with the Geology Department of the Science Faculty of the Lisbon University (Portugal). This work was carried out under the project "Determination of morphodynamic relationships and sediment transfer mechanisms in the beach-dune system and its variation under different climate scenarios. Application to the Ebro River delta system"
funded by the Ministry of Science and Technology of Spanish State (CTM2010-17685).
2
study area is presented and applied to a small region monitored with Differential Global Positioning System (DGPS). The next paper, “Cellular Automata to estimate beach-dune sediment exchange rates: Application to The Fangar Spit active dune system (Ebro Delta, Spain)” shows the application of the dune model to the whole dune system. The wave erosion probability is also assessed. The beach-dune sediment exchanges and the aeolian exchanges between the dune field subsystems are estimated. The graphical outputs of the application of the model are presented in the Annex I. The computer code of the CA is described in Annex II. The last paper, “Shoreline modeling: The role of wind in the evolution of the Ebro North Hemidelta shoreline” develops and apply a shoreline model in order to assess the role of the aeolian transport, the longshore sediment transport, the wind generated local currents and the sediment input from the river, in the evolution of the coast. The line codes of the coastline model are presented in Annex II.
Table 1. Scientific publications in the thesis
Chapter Title Authors Journal/Book Status and Date
2
A Brief Review of Actual Dune Dynamics Modeling: Applicability to El Fangar Dune System (Ebro Delta-Spain)
Barrio-Parra, F. Rodríguez-Santalla, I. Sánchez-García, M.J. Montoya-Montes, I.
New Frontiers in Engineering Geology and the Environment
Published, 2013
3 A free cellular model of dune dynamics: Application to El Fangar spit dune system (Ebro Delta, Spain)
Barrio-Parra, F.
Rodríguez-Santalla, I. Computers &
Geosciences Published, 2014
4 Cellular Automata to estimate beach-dune sediment exchange rates: Application to The Fangar Spit active dune system (Ebro Delta, Spain)
Barrio-Parra, F. Rodríguez-Santalla, I
Coastal
Engineering Submitted, 2014
5 Shoreline modeling: The role of wind in the evolution of the Ebro North Hemidelta shoreline.
Barrio-Parra, F. Rodríguez-Santalla, I Taborda,R.
Ribeiro, M.
3
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During the development of the project, other scientific publications were made in order to present partial results or the advance in the research (Table 2).
Table 2. Conference contributions submitted during the project
Title Authors Proccedings Year
Longshore drift:
experimental and empirical predictors. The example of the Ebro Delta
Ribeiro, M. Barrio-Parra, F; Taborda, R. Cascalho;J. Bosnic;I Rodríguez-Santalla; I. Sánchez-García, M.J.
2as Jornadas de
Engenharia Hidrográfica 2012
Application of Methods for change detection to identify geomorphological changes. Case study:
Mouth of the Ebro Delta
Ramirez-Cuesta, J.M. Barrio Parra, F. Rodríguez-Santalla, I.
International Conference Littoral 2012: Coasts of Tomorrow
2012
Application of cellular model to El Fangar dune system dynamics
Barrio-Parra, F. Molina Jimenez, P. Rodríguez-Santalla, I. Ramirez Cuesta, J.M.
International Conference Littoral 2012: Coasts of Tomorrow
2012
Calibración de un modelo geomorfológico de dinámica dunar orientado a comportamiento
Barrio-Parra, F; Rodríguez-Santalla; I.
VII Jornadas de
geomorfología Litoral 2013
Sediment Budget at Fangar Spit (Ebro Delta, Spain): Matching short-term observations with Long-Term Evolution Barrio-Parra, F; Ribeiro, M. Bosnic;I Taborda, R. Rodríguez-Santalla; I. Cascalho;J.
6th International Short Course and Conference on Applied Coastal Research
2013
Inclusión de estimaciones puntuales de transporte sólido longitudinal en el modelo conceptual de la Flecha del Fangar (Delta del Ebro)
Barrio-Parra, F; Rodríguez-Santalla; I.
XII Jornadas Españolas de Ingeniería de Costas y Puertos
2013
Evolución de la flecha de los Alfaques (Delta del Ebro) por medio de imágenes LIDAR
Sánchez-Rodríguez, V. Rodríguez-Santalla; I. Barrio-Parra, F;
SEG XIII. Reunión Nacional de Geomorfología
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Chapter 1: Introduction, background and
objectives
1. Dune systems dynamics
The dunes are sediment accumulations that are transported by the wind action from zones where it is available. These are generated at a centimeter scale and migrate when the wind acts on them, increasing in size by capturing aeolian transported sand. Dune migration is inversely proportional to their size, whereby smaller dunes migrate and bind to the bigger and slower ones. Dunes occur in all climates, but the dune fields of greater extension occurs in desert areas where winds are strong and there is a wide availability of sediment due to intense weathering. In the case of coastal dunes, the sediment sources are the beaches on which the wind blows from sea to land transporting and accumulating the sand (Psuty and Millar, 1989; Sánchez-García, 2008; Kocurek et al., 2010; Sanjaume-Saumell et al., 2011).
6
the volume changes by surveying techniques (Sherman and Bauer, 1993; Andrews et al., 2002; Saye et al., 2005; Vespremeanu-Stroe and Preoteasa, 2007; Sánchez-García, 2008; Navarro et al., 2011; Houser, 2012; Richter et al., 2013). At dune field scale, one can study how the morphologies bed interact and self-organize (Kocurek et al., 2010). For this type of study the behavioral oriented models called Cellular Automata (CA) are used (de Castro, 1995; Werner, 1995; Nishimori and Tanaka, 2003; Pelletier et al., 2009 Barchyn and Hugenholtz, 2011; Katsuki and Kikuchi, 2011; Katsuki et al., 2011).
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the gradient. In these areas the accretion of the coastal and the feed of the dune system occur if the wind conditions are favorable to it (Psuty and Millar, 1989; Sherman and Bauer, 1993). Table 1 summarizes the relationship between the beach-dune sedimentary balance and the associated morphology.
Table 1. Conceptual model that relate the sediment budget in the beach system with the dune observed morphology (Sherman and Bauer, 1993).
Beach budget
Dune
budget Dune morphology
Positive Positive Beach or dune ridges
Positive Steady state Indeterminated
Positive Negative Blowouts and deflaction hollows
Steady state Positive In situ dune growth
Steady state Steady state Indeterminated
Steady state Negative Blowouts and deflaction hollows
Negative Positive Dune growth and onshore migration
Negative Steady state Indeterminated
Negative Negative Dune erosion and washover
8
separated. These interactions are merging, side binding, cannibalism and remote transfer of sediment. The regenerative system interactions lead to an initial state and include the partition of dunes and defect creation. There are computational difficulties to include interactions between flow and bed morphology at the level of full field of dunes (Kocurek et al., 2010). Therefore, no models that include real information about the topography and wind data have been implemented to date to reproduce the evolution of real dune fields and evaluate the interactions of sediment exchange between the beach-dune systems.
2. Coastal dunes and its value as a natural resource
Coastal dune systems have conservation value from several points of view. From a coastal engineering and geological perspective, the dunes are important because they are a natural defense against storms and are coastal aquifers. Ecologically and biologically they are interesting because of the environmental conditions generated. These areas also have a high landscape, tourist-recreational, educational and economic value, providing important incomes (Kamphuis, 2000; Sánchez-García, 2008; García-Lomas et al., 2011).
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The habitats Directive (92/43/CEE) includes eleven Habitats of Community Interest that match to dune systems (García-Lomas et al., 2011). The ecosystems generated in dune systems are characterized by highly dynamic environmental conditions, very stressing from a biological point of view, making that the number of species able to develop their entire live cycle in them is very low ( Sánchez-García, 2008; Rodríguez-Santalla et al., 2009b).
Dune systems are very threatened environments. They occupy a very narrow fringe of territory. They have undergone considerable destruction, primarily due to the pressure exerted by the massive occupation of the coast. At European level, the dune area has been reduced to 75% of the existing a century ago, leaving 25% intact naturally in the Mediterranean. Recreational activities on beaches cause degradation of the vegetation and the dunes themselves by the movement of people and vehicles on them. At present, due to concerns about climate change and especially by the predictions of sea level rise, there is a tendency to regenerate the dunar systems in areas where it has disappeared. The speed of the changes is likely to be accelerated, reducing the response capacity of the organisms that inhabit these environments. Therefore, knowledge about the state and evolution of dune systems and sedimentary exchanges that determine them, are essential to manage and conserving the natural resources (Sánchez-García, 2008; Rodríguez-Santalla et al., 2009b; García-Lomas et al., 2011).
3. The Ebro Delta
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Fig. 1. Ebro delta situation. Blue lines indicate the longshore sediment transport direction.
3.1. Geology
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The sedimentary succession of the delta is underlain by Plio-Quaternaty deposits, placed between 500-2500 m depth overlying Miocene deposits. These Miocene deposits show evidence of a regional erosional surface developed during the desiccation of the Mediterranean in the Messinian salinity crisis. The Plio-Quaternary Ebro group comprises the Pliocene Lower Ebro clays that grade upwards and shoreward into the Plio-Pleistocene Ebro Sandstones with interbedded shallow marine conglomerates and marly clays. The Holocene deposit thickness varies between the 18 m on the landward side to 51 m in the delta front (Somoza and Rodríguez-Santalla, 2014). Holocene Ebro delta has an emerged area of about 325 km2 with a
progradation of about 26 km out to sea. The submerged surface or prodelta has an area of 2,172 km2 (Rodríguez-Santalla, 1999; Sánchez-García, 2008;
Somoza and Rodrıíguez-Santalla, 2014). The subsidence of the area is estimated at 0.20 cm/yr (ITGE, 1996). The average grain size of the sediment on the shoreline is around 250μm that is extended to a depth of
12-15 m, below which very fine sediments appear (Sánchez-Arcilla et al., 1997).
Table 2. Protection categories in the Ebro delta.
Year, organism Category of protected area
1962, UNESCO Euro-African wetlands of international interest.
Category A (urgent priority) 1971, RAMSAR Convention
on Wetlands
Wetland of international importance.
1979, European Union Important Bird Area (IBA)
1982, Spanish State Wetland of international importance
1983, Catalonian Goberment
Natural Park
1992, European Union Site of Community Importance (SCI)
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Fig. 2. Aerial photographs of El Fangar Spit (up), the Ebro Mouth (middle) and La Banya spit (down) (Geoplaneta, 1998).
Fuente: Aeroguía del litoral (geoplaneta.com) Peninsula of Fangar Natural Port of Fangar
Fangar Beach
Marquesa Beach Pal Beach
Estany del Canal Vell o Balsa de L'Estella
Arenal Beach
Goleró Beach
Fuente: Aeroguía del litoral (geoplaneta.com)
Buda Island
San Antonio Island Riomar beach
Mitjorn Beach Playa del Serrallo Eucalitus Beach
Tortosa Cape Ebro River
Fuente: Aeroguía del litoral (geoplaneta.com)
Sant Carles de
la Rápita Natural Port of Els Alf aqs
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3.2. Evolution
Fig. 3 shows the delta evolution in a schematic way. The current configuration of the delta occurred about 6,000 years ago when sea level stabilized after a period of ascent that began after the last ice age 18,000 years ago, facilitating the accumulation of 28 km3 of sediment, and hence the
construction of the delta that initially acted as an estuary. In the Roman era the Coast was entering to Tortosa. The shoreline reached Amposta in the twelfth century. Among the early sixteenth century and the mid-seventeenth, it took place an extensive deforestation caused by the necessity of ships following the discovery of America. The deforestation caused the soil erosion, generating a big amount of sediment that allowed the progradation of the delta (estimated at about 10 m per year). The river floods have made the point mouth position has been changing over time. The last event occurred in 1937, when a great avenue modified the mouth displacement that occurred in Cap Tortosa to the current opening, located in the north hemidelta: The "Gola Nord" (Rodríguez-Santalla, 1999).
3.3. Marine and geomorphological processes
14
Fig. 3. Ebro delta evolution during the Holocene (Canicio and Ibañez, 1999)
The longitudinal sediment transport is divergent (it is directed to the north in the north hemidelta, and to the south in the south) making that the transported sediment form submerged sand bars and beach ridges parallels to the shoreline (Jimenez et al., 1997; Maldonado, 1972; Rodríguez-Santalla et al., 2009b) (Fig. 1.). Fig. 4 shows the wave and wind roses for the study area for the period 2004-2010 (XIOM network, Generalitat de Cataluña). The mean wave height is about 0.7 m and the mean period of 4 s. The most energetic waves came from the east and the south. The waves from the south do not have morphological effects in the north hemidelta. Winds have four main directions, East (Levante), Northeast (Gregal), Southwest (Garbí) and Northwest (Mestral). The latter is the one that has the higher intensity and frequency and is therefore the most affecting the formation and behavior of the Fangar Spit. These winds proceed from the pressure gradients from the
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northatlantic depressions and its canalization through the Ebro valley (Jimenez et al., 1997).
Fig. 4. Wave and wind roses built for the period 2004-2010. Wave data proceed from Tortosa buoy. Wind data come from a meteorological station placed in the port of L’Ampolla (XIOM network, Generalitat de Cataluña).
4. El Fangar Spit
This littoral spit have evolved very quickly as a response to the marine climate and to the decrease of the sediment discharge of the Ebro river, putting on conservation engagement the Community Interest Habitats that occur in this area (Table 3). The peninsula has a significant importance in its role as a breeding area for seabirds and waders, and is also refuge and feeding area for migratory waterbird species. The nesting areas are protected in spring and summer by banning the public to pass dunes and floodplain.
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very high. These are: Agropyretum mediterraneum (dominated by grasses with developed rhizomes), Ammophiletum arundinaceae (pioner), and Desmazerio marinae-Medicaginetum inermes (present in stabilized dunes)(Curcó, 1990; Sánchez-García, 2008).
Table 3. Habitats of Community Interest (HCI) present at El Fangar Spit (García-Lomas et al., 2011)
HCI Code (Directive
92/43/CEE) Habitat definition.
2110 Embryonic shifting dunes: Emerging low-lying sandy
accumulations representing the early stages of dune construction, located on the beach and high dunes to the first transition, usually colonized by pioneer plants.
2120 Shifting dunes along the shoreline with Ammophila
arenaria (white dunes): Shifting dunes that form the outermost dune ridges (towards the sea) coasts. Corresponds to the second band of the first dune system or fully developed dunes formed by shifting dunes.
2210 Crucianellion maritimae fixed beach dunes: Fixed or
semi-fixed gray dunes or tertiary of western central Mediterranean coast, colonized by a low-growing vegetation and Crucianella maritime and Pancratium maritimum not evolving into one of greater stature and maturity by continuing influence of sea wind.
2230 Malcolmietalia dune grasslands: Associations with many
small annuals and often abundant ephemeral spring bloom, with Malcolmia lacera, Malcolmia ramosissima, Evax astericiflora, Evax lusitanica, Anthyllis hamosa, Linaria pedunculata, of deep sands in dry interdunal depressions of the Mediterranean coasts of Iberia, southern France, Italy and of the Atlantic coasts of southern Iberia.
4.1. Geomorphological evolution and sediment exchanges
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(Rodríguez-Santalla, 1999, 2000) (Fig.5). The longshore sediment transport brings the eroded sand to the north beach. The transport gradient is negative in that direction causing the beach accretion in this zone (Barrio-Parra et al., 2013a).
Only an indefinite amount of mud from the river discharge is introduced into the inner bay (Jimenez, 1996). This fact could be related with the grain size distribution found by Sánchez-García (2008) whereby it exist a predominance of fine grains in the inner plain, and increase in the particle diameter in the areas near to the shore.
The shoreline evolution determines the beach-dune sediment exchange scheme (Fig 6). The retreat of the Marquesa beach produces the dune erosion. The north coast accretion increase the aeolian sediment transport by the Norwest winds to the dune field, in agreement with the model that considers the fetch effect in the sand supply to foredunes (Delgado-Fernandez, 2010, 2011; Delgado-Fernandez and Davidson-Arnott, 2011; Sanjaume-Saumell et al., 2011). This interaction is the responsible of the active dune field formation (Rodríguez-Santalla, 1999; Sánchez-García, 2005; Sánchez-García et al., 2007; Rodríguez-Santalla et al., 2009b; Barrio-Parra et al., 2013a, 2013b; Barrio-Parra and Rodríguez-Santalla, 2014).
18
produced in this direction is retained by the dunes, allowing the system to persist. The migration of the dunes and it erosion by the waves acts as a sediment source for the beach oriented to the northeast. The possible sea level rise due to the climate change would make the dunes more susceptible to be eroded by the waves, compromising the development of the dune system. Therefore, the conceptual model that explains the beach-dune sediment exchange interactions at El Fangar Spit is complex.
In other dunar systems in the North hemidelta, the beach-dune interaction is simpler. At Riumar beach, the aeolian transport extracts sediment from the beach and stores it in the dunar bodies.
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4.2. The Fangar Spit active dune system
The Fangar Spit has an active dune system of about 6 km length that is developed in its outer coast. The approximate area is 100.000 m2, with a
variable with between 50 and 250 m. It stores about 200.000 m3 of sand
(Sánchez-García, 2008). The development of the dune field is linked to the deltaic evolution and the main wind direction that determine the sediment exchange processes and the dune migration.
The inner plain is episodically flooded during the meteorological tides that are more often during October/November. The flooded is produced from the Fangar bay, and could take several days in retreat due to the smooth slope of the terrain. This phenomena cause the existence of a salt crush that acts as a non-erodible basement over which the dunes can migrate in absence of flooding (Barrio-Parra and Rodríguez-Santalla, 2014).
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4.3. Bedform interactions in the active dune field
In order to describe the patterns and interactions (Kocurek et al., 2010) that yield the dune formations of El Fangar Spit, the observed evolution of the four zones in the period March-April 2006 is described and discussed. This period is chosen because it has the shortest time lapse between the DEMs built during the monitoring of the dunar field done by Sánchez-García (2008), making the identification of the initial and final states of individual bedforms easier. Figures 7 to 10 show the observed initial and final estate of the dune field at each zone.
At zone 1 (Fig. 7), preexisting bedforms spliced, calved and increased their number, augmenting the interdunal space. The bedforms start to migrate and form barjanoid dunes. The northern dunes migrate and split yielding faster bedforms that interact with the larger ones situated to the south, driving the system forward to a more evolved state in zone 2. Also shown in this figure is how the sand is incorporated from the beach ridges formed from the beach accretion. These bedforms need time to develop more differenced dunar morphologies as expected in the feeding region of El Fangar dune system.
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Dunes from Zone 2 yield the formation of the Zone 3 dunes (Fig. 9) characterized as being higher at the landward side. This morphology prevails because it has a differential migration speed due to its height distribution. The slower and higher dunes continue gaining sediment because of their greater trapping efficiency and the link with the calves coming from Zone 2, while the coastward formations migrate faster due their smaller size. The smaller height of these dunes prevails because it height determines a lower sand trapping efficiency and because they are more affected by wave erosion. The constructive interaction in this region is cannibalization.
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4.4. Volumetric evolution of the active dune field
Sanchez-García (2008) compiled all the previous works about the active dune field at El Fangar Spit. The two first studies were developed by Mallada (1889) and Maldonado (1972). They are merely descriptive and do not make any quantitative estimation of the sand fluxes. The quantitative approximations to the aeolian transport and the transfer to the littoral system were undertaken by Guillén (1992) and CEDEX (1996), obtaining uneven results. The first study that consider the topography to estimate the variation of the active dune field was developed by Legoff (1993), who applied area of the dune field extracted from cartography and aerial photography and mean dune height to estimate the volumes. The most complete studies to date on the description of the dune field and the empirical estimation of aeolian transport of sediment are carried out by the University of Barelona (1997) and Sánchez-García (2008). Both studies use topographic surveys and in situ
aeolian sediment transport estimations. The most detailed study is that of Sánchez-García (2008), from which empirical equations for the calculation of raw aeolian transport is derived. The study also estimates the net volume changes by the employ of topographies of the whole active dune field taken with GPSD (Differential Global Positioning System). This study points as future research lines the estimation of the beach-dune sediment exchange and the wave erosion rates.
Fig. 11 shows the percentage evolution of the sand volume in each zone and the whole system of the active dune system of El Fangar spit during the monitoring of Sánchez-García (2008). The percentages are estimated in relation with the initial volume of the whole system (1.8·105m3). At the end
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To date, the sedimentary transfers between the beach-dune systems (Fig. 6) have not considered the morphodynamic changes in active dune system and the role of these transfers in the shoreline reshaping trend are unknown (Barrio-Parra et al., 2013a, 2013b, 2012; Barrio-Parra and Rodriguez-Santalla, 2013; 2014;).
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5. Objectives
This PhD Dissertation has the following objectives:
1. Characterize the sediment exchange interactions by modelling the dynamics of the active dune field of El Fangar spit. To achieve this objective the following partial objectives are proposed:
a. Develop a model with the aim of estimate the aeolian fluxes in active dune system, considering the previous works and the modifications needed for its application to the study area.
b. Propose and apply a calibration procedure.
c. Obtaining of the sedimentary transfer rates according to the conceptual framework of El Fangar Spit by modeling the dune dynamics.
2. Develop a model of sediment dynamics to explain the geomorphological evolution of the North hemidelta. This model should be based on the sediment balance in the region, including the interaction between the longshore sediment transport and the aeolian exchange interactions. The evolution of the coast depends on the spatial variation of this balance, so the partial objectives proposed are:
a. Characterize forcing processes along the coastline.
b. Characterize the distribution of sediment transport rates due to wave action and aeolian processes in the study area.
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References
Andrews, B., Gares, P.A., Colby, J.D., 2002. Techniques for GIS modeling of coastal dunes. Geomorphology 48, 289–308.
Bagnold, R.A., 1941. The physics of Blown Sand and Desert Dunes., The physics of Blown Sand and Desert Dunes. Methuen, London.
Barchyn, T.E., Hugenholtz, C.H., 2011. A new tool for modeling dune field evolution based on an accessible, GUI version of the Werner dune model. Geomorphology 138, 415–419.
Barrio-Parra, F., Molina-Jimenez, P., Rodriguez-Santalla, I., Ramirez-Cuesta, J.M., 2012. Application of cellular model to El Fangar dune system dynamics, in: Belpaeme, K., McMeel, O., Vanagt, T., Mees, J. (Eds.), International Conference Littoral 2012: Coast of Tomorrow. VLIZ Special Publication 61. VLIZ, Ostende, Belgium, pp. 165–168.
Barrio-Parra, F., Ribeiro, M., Bosnic, I., Taborda, R., Rodriguez-Santalla, I., Cascalho, J., 2013a. Sediment budget at Fangar Spit (Ebro Delta, Spain): Matching short-term observations with long-term evolution, in: 6th SCACR – International Short Course/Conference on Applied Coastal Research. Lisbon, Portugal, pp. 1–10.
Barrio-Parra, F., Rodriguez-Santalla, I., 2013. Calibración de un modelo geomorfológico de dinámica dunar orientado a comportamiento. Geo-Temas 14, 51–54.
Barrio-Parra, F., Rodríguez-Santalla, I., 2014. A free cellular model of dune dynamics: Application to El Fangar spit dune system (Ebro Delta, Spain). Computers and Geosciences. 62, 187–197.
Barrio-Parra, F., Rodríguez-Santalla, I., Sánchez-García, M.J., Montoya-Montes, I., 2013b. A Brief Review of Actual Dune Dynamics Modeling: Applicability to El Fangar Dune System (Ebro Delta-Spain), in: Huang, Y., Wu, F., Shi, Z., Ye, B. (Eds.), New Frontiers in Engineering Geology and the Environment. Springer Geology, pp. 107–110.
Bauer, B.O., Davidson-Arnott, R.G.D., 2002. A general framework for modeling sediment supply to coastal dunes including wind angle, beach geometry, and fetch effects. Geomorphology 49, 89–108.
Bauer, B.O., Davidson-Arnott, R.G.D., Hesp, P. a., Namikas, S.L., Ollerhead, J., Walker, I.J., 2009. Aeolian sediment transport on a beach: Surface moisture, wind fetch, and mean transport. Geomorphology 105, 106–116.
32
CEDEX, 1996.Informe técnico. Estudio de la dinámica litoral del Delta del Ebro y prognosis de su evolución. Ministerio de Fomento, Madrid (Spain).
Curcó, A., 1990. La vegetació del Delta d’Ebre(I): les comunitats dunars. Bulletí del Parc Nat. Delta d’Ebre 5, 9–18.
Davidson-Arnott, R.G.D., Bauer, B.O., 2009. Aeolian sediment transport on a beach: Thresholds, intermittency, and high frequency variability. Contemporary research in aeolian geomorphology 6th International Conference on Aeolian Research (ICAR VI) 105, 117–126.
De Castro, F., 1995. Computer simulation of the dynamics of a dune system. Ecological Modelling 78, 205–217.
Dean, R.G., Dalrymple, R.A., 2004. Coastal Processes with Engineering Applications. Press Syndicate of the University of Cambridge.
Delgado-Fernandez, I., 2010. A review of the application of the fetch effect to modelling sand supply to coastal foredunes. Aeolian Research. 2, 61–70.
Delgado-Fernandez, I., 2011. Meso-scale modelling of aeolian sediment input to coastal dunes. Geomorphology 130, 230–243.
Delgado-Fernandez, I., Davidson-Arnott, R.G.D., 2011. Meso-scale aeolian sediment input to coastal dunes: The nature of aeolian transport events. Geomorphology 126, 217–232.
Galloway, W.E., 1975. Process framework for describing the morphologic and stratigraphic evolution of deltaic depositional systems, in: Broussand, M.C. (Ed.), Deltas, Models for Exploration. Houston Geol. Soc., Houston, Tx, pp. 87–98.
García-Lomas, J., Gracia, F.J., García, C.M., 2011. Las dunas como hábitats de interés comunitario. Problemas de conservación, in: Sanjaume-Saumell, E., Gracia-Prieto, F.J. (Eds.), Las Dunas de España. Sociedad Española de Geomorfología, Cádiz, Spain, pp. 585–606.
Geoplaneta, 1998. Aeroguía del Litoral de Cataluña. Planeta. Barcelona (Spain).
Guillén, J., 1992. Dinámica y balance sedimetario en los ambientes fluvial y litoral del Delta del Ebro. Universidad Politécnica de Cataluña, Barcelona (España).
Herrmann, H.J., 2006. Pattern Formation of Dunes. Nonlinear Dynamics. 44, 315– 317.
33
Intro
du
ctio
n,
backgro
und
a
nd
ob
je
ct
ive
s
ITGE (Informe Técnico de Instituto Tecnológico y Geominero de España), 1996. Estudio geológico del Delta del Ebro. Proyecto para la evaluación de la tasa de subsidencia actual.; 83 pp.
Jimenez, J.A., 1996. Evolución costera en el Delta del Ebro. Un proceso a diferentes escalas de tiempo y espacio. Tesis doctoral. Universidad Politécnica de Barcelona, Barcelona (Spain).
Jimenez, J.A., Sánchez-Acilla, A., Valdemoro, H.I., Gracia, V., Nieto, F., 1997. Processes reshaping the Ebro delta. Marine Geology. 144, 59–79.
Kamphuis, J., 2000. Introduction to coastal engineering and management. Advance Series on Ocean Engineering, vol 16, Coastal Engineering. World Scientific, Singapore.
Katsuki, A., Kikuchi, M., 2011. Simulation of barchan dynamics with inter-dune sand streams. New Journal of Physics. 13, 063049 (8pp).
Katsuki, A., Kikuchi, M., Nishimori, H., Endo, N., Taniguchi, K., 2011. Cellular model for sand dunes with saltation, avalanche and strong erosion: collisional simulation of barchans. Earth Surface Processes and Landforms 36, 372–382.
Kocurek, G., Ewing, R.C., Mohrig, D., 2010. State of Science How do bedform patterns arise ? New views on the role of bedform interactions within a set of boundary conditions. Earth Surface Processes and Landforms 63, 51–63.
Komar, P.D., 1998. Beach processes and sedimentation, Second. ed. Prentice Hall.
Kroy, K., Sauermann, G., Herrmann, H.J., 2002a. Minimal Model for Sand Dunes. Physical Review Letters 88, 01–04.
Kroy, K., Sauermann, G., Herrmann, H.J., 2002b. Minimal model for aeolian sand dunes. Physical Review E - Statistical, Nonlinear and Soft Matter Physics. 66, 01–19.
Legoff, M., 1993. Etude du champ de dunes du Delta de l’Ebre. Universidad de Barcelona, Barcelona (Spain).
Livingstone, I., Wiggs, G.F.S., Weaver, C.M., 2007. Geomorphology of desert sand dunes: A review of recent progress. Earth-Science Reviews. 80, 239– 257.
Maldonado, A., 1972. El Delta del Ebro. Estudio sedimentológico y estratigráfico. Universidad de Barcelona.
34
Navarro, M., Muñoz-Pérez, J.J., Román-Sierra, J., Tsoar, H., Rodríguez-Santalla, I., Gómez-Pina, G., 2011. Assessment of highly active dune mobility in the medium, short and very short term. Geomorphology 129, 14–28.
Nishimori, H., Tanaka, H., 2003. Simple model for the complex dynamics of dunes. Concepts and Modelling in Geomorphology: International Perspectives. (Evans, IS; Dikau, R)87–100.
Pelletier, J.D., Mitasova, H., Harmon, R.S., Overton, M.F., 2009. The effects of interdune vegetation changes on eolian dune field evolution : a numerical- modeling case study at Jockey ’ s Ridge , North. Earth Surface Processes and Landforms 1254, 1245–1254.
Psuty, N., Millar, S.W.S., 1989. Coastal dunes: a question of zonality. Essener Geogr. Arbeiten. 18, 149–169.
Richter, A., Faust, D., Maas, H.G., 2013. Dune cliff erosion and beach width change at the northern and southern spits of Sylt detected with multi-temporal Lidar. Catena 103, 103–111.
Rodríguez-Santalla, I., 1999. Evolución geomorfológica del delta del Ebro y prognosis de su evolución. Tesis Doctoral. Universidad de Alcalá de Henares, Alcalá de Henares (Spain).
Rodríguez-Santalla, I., 2000. Proyecto de actuación medioambiental en el entrono de la península del Fangar, Playa de la Marquesa y Playa de Pal en el Delta del Ebro. Informe Técnico. Estudio de Impacto Ambiental. Dirección General de Costas, Ministerio de Medio Ambiente. Madrid (Spain).
Rodríguez-Santalla, I., Montoya Montes, I., Sánchez García, M.J., Carreño, F., 2009a. Geographic Information Systems applied to Integrated Coastal Zone Management. Geomorphology 107, 100–105.
Rodríguez-Santalla, I., Sánchez García, M.J., Montoya Montes, I., Gómez-Ortiz, D., Martín-Crespo, T., Serra Raventos, J., 2009b. Internal structure of the aeolian sand dunes of El Fangar spit, Ebro Delta (Tarragona, Spain). Geomorphology 104, 238–252.
Sabatier, F., Chaibi, M., Pons, F., 2002. Validations of aeolian sediment transport formulae by sediment traps. Proceedings of the Med and Black Sea Beaches 3–27.
Sánchez-Arcilla, A., Jimenez, J.A., Gelonch, G., Nieto, J., 1997. El problema erosivo en el Delta del Ebro. Rev. Obras Públicas 3, 23–32.
35
Intro
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ctio
n,
backgro
und
a
nd
ob
je
ct
ive
s
Sánchez-García, M.J., 2008. Evolución y análisis morfodinámico del campo dunar de la Flecha del Fangar (Delta del Ebro). Tesis Doctoral. Universidad Rey Juan Carlos, Madrid (Spain).
Sánchez-García, M.J., Rodríguez-Santalla, I., Montoya-Montes, I., 2007. Short term coastal dune evolution of Fangar Spit (Ebro Delta, Spain). International Conference on Management and Restoration of Coastal Dunes. Santander.
Sanjaume-Saumell, E., Gracia-Prieto, F.J., Flor, G., 2011. Introducción a la geomorfología de los sistemas dunares, in: Sanjaume Saumell, E., Gracia Prieto, F.J. (Eds.), Las Dunas de España. Sociedad Española de Geomorfología, Cádiz, Spain, pp. 13–63.
Saye, S.E., van der Wal, D., Pye, K., Blott, S.J., 2005. Beach–dune morphological relationships and erosion/accretion: An investigation at five sites in England and Wales using LIDAR data. Geomorphology 72, 128–155.
Schatz, V., Herrmann, H.J., 2006. Flow separation in the lee side of transverse dunes: A numerical investigation. Geomorphology 81, 207–216.
Schwämmle, V., Herrmann, H.J., 2004. Modelling transverse dunes. Earth Surface Processes and Landforms 29, 6, 769–784.
Sherman, D.J., Bauer, B.O., 1993. Dynamics of beach-dune systems. Progress in Physical Geography 17, 413–447.
Somoza, L., Rodrıíguez-Santalla, I., 2014. Geology and Geomorphological Evolution of the Ebro River Delta, in: Gutiérrez, F., Gutiérrez, M. (Eds.), Landscapes and Landforms of Spain. Springer Netherlands, Dordrecht, pp. 213–227.
Universidad de Barelona, 1997. Estudio de la situación actual y evolutiva de las formaciones eólicas litorales del Delta del Ebro. Informe Técnico. Ministerio de Fomento. Barcelona (Spain).
Vericat, D., Batalla, R., 2004. Efectos de las presas en la dinámica fluvial del curso bajo del río Ebro. Cuaternario y Geomorfología 18, 37–50.
Vespremeanu-Stroe, A., Preoteasa, L., 2007. Beach–dune interactions on the dry– temperate Danube delta coast. Geomorphology 86, 267–282.
36
37 A B rief Rev ie w o f Act u al D u n e D yn amics M o d eli n g: Ap p lic ab ilit y to El Fa n gar D u n e Sys tem ( Eb ro D el ta -Sp ai n )
Chapter 2: A Brief Review of Actual Dune
Dynamics Modeling: Applicability to El
Fangar Dune System (Ebro Delta-Spain)
F. Barrio-Parra, I. Rodríguez-Santalla, M. J. Sánchez-García, I. Montoya-Montes
Y. Huang et al. (eds.), New Frontiers in Engineering Geology and the Environment, DOI: 10.1007/978-3-642-31671-5_17, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2013
Keywords Abstract
Sand dune dynamics
Cellular models review
