Morphology and Sedimentary Dynamics of the Cadiz Littoral Between Chipiona and Rota (Southwest Spain)

Abstract

This thesis presents the results of a beach monitoring program of the littoral between Chipiona and Rota, North of Cadiz Bay (SW Spain), in order to obtain a better knowledge of the natural dynamics of these environments. This is important to design adequate beach nourishment works or coastal structures to contrast coastal retreat.

Wave climate evolution during the study period was analyzed. Wave height, period and steepness have been obtained from the buoy “Sevilla 1”, located at 10 m water depth in front of Chipiona. The data have a great importance for the comprehension of morphological changes.

Historical evolution of the study littoral was reconstructed from previous works carried out through the analysis of aerial photographs of different years. Coastal dune and cliff retreat was also measured with a seasonal periodicity. Historical retreat rates have been obtained for different parts of the study area.

Beach evolution was assessed through a topographic monitoring program that was carried out with a monthly periodicity. Twelve topographic profiles were realized from the dry-beach to a closure dept equivalent with the low tide sea level. As a result, beach morphology was characterized and studied beaches were grouped into four classes: low reflective beaches, dissipative, low-tide terrace and rocky-shore beaches. The morphological monitoring program also allowed obtaining bar morphology and morphometry as well as spatial and temporal bar distribution. Through informatics applications, volumetric changes in beach sediments were calculated. Sediments were recollected in the beach and statistical parameters were calculated. Few temporal and spatial variations were observed.

To study small topographic changes that take place in beach face during a single tidal cycle, roods and plugs of coloured sand were inserted onto the beach surface. Tracers were used to evaluate longshore sediment transport. Great values of disturbance depth were observed in low reflective beaches while low values prevailed in dissipative beaches.

To describe and parameterize beach morphodynamics, several bibliographic parameters and indexes have been employed. These parameters are based on wave height, period and wave steepness and sediment grain size. The obtained parameters result quite useful to predict the beach morphodynamic state and agree very well with field observations.

Last but not lists, in order to explain the longshore distribution of beach states, several cases of wave propagation have been reconstructed. All these information allowed explaining the presence of littoral cells along study coast.

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Esta tesis presenta los resultados de un programa de seguimiento de playas del litoral entre Chipiona y Rota, al norte de la Bahía de Cádiz (SO de España), con el fin de obtener un mejor conocimiento de la dinámica natural de estos entornos. Esto es importante para diseñar obras adecuadas de alimentación de playas o estructuras costeras para contrastar el retroceso costero.

Se analizó la evolución del clima de oleaje durante el período de estudio. La altura, periodo y peralte de la ola se han obtenido de la boya “Sevilla 1”, situada a 10 m de profundidad frente a Chipiona. Los datos tienen una gran importancia para la comprensión de los cambios morfológicos.

Se reconstruyó la evolución histórica del litoral de estudio a partir de trabajos previos realizados mediante el análisis de fotografías aéreas de diferentes años. El retroceso de las dunas costeras y los acantilados también se midió con una periodicidad estacional. Se han obtenido tasas de retroceso históricas para diferentes partes del área de estudio.

La evolución de la playa se evaluó a través de un programa de monitoreo topográfico que se realizó con una periodicidad mensual. Se realizaron doce perfiles topográficos desde la playa seca hasta una profundidad de cierre equivalente al nivel del mar en marea baja. Como resultado, se caracterizó la morfología de la playa y las playas estudiadas se agruparon en cuatro clases: playas poco reflectantes, disipativas, terrazas de marea baja y playas de costa rocosa. El programa de monitoreo morfológico también permitió obtener la morfología y morfometría de las barras, así como la distribución espacial y temporal de las barras. Mediante aplicaciones informáticas se calcularon los cambios volumétricos en los sedimentos de la playa. Se recolectaron sedimentos en la playa y se calcularon parámetros estadísticos. Se observaron pocas variaciones temporales y espaciales.

Para estudiar los pequeños cambios topográficos que tienen lugar en la cara de la playa durante un solo ciclo de marea, se insertaron varillas y tacos de arena coloreada en la superficie de la playa. Se utilizaron trazadores para evaluar el transporte de sedimentos costeros. Se observaron grandes valores de profundidad de perturbación en playas poco reflectantes mientras que valores bajos prevalecieron en playas disipativas.

Para describir y parametrizar la morfodinámica de la playa se han empleado varios parámetros e índices bibliográficos. Estos parámetros se basan en la altura de las olas, el período y la inclinación de las olas y el tamaño de los granos de sedimento. Los parámetros obtenidos resultan bastante útiles para predecir el estado morfodinámico de la playa y concuerdan muy bien con las observaciones de campo.

Por último, pero no enumera, para explicar la distribución costera de los estados de playa, se han reconstruido varios casos de propagación de olas. Toda esta información permitió explicar la presencia de células litorales a lo largo de la costa de estudio.