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Master Thesis ǀ Tesis de Maestría submitted within the UNIGIS MSc programme presentada para el Programa UNIGIS MSc at/en

Interfaculty Department of Geoinformatics- Z_GIS Departamento de Geomática – Z_GIS University of Salzburg ǀ Universidad de Salzburg

Evaluación de tendencias en la dinámica costera de la Bahía de Santa Marta, Colombia

Evolutions of trends in the coastal dynamics of the Bay of Santa Marta, Colombia by/por

JUAN PABLO MARTÍNEZ RICO 01422506, UNIGIS MSc Ciclo 2014A A thesis submitted in partial fulfilment of the requirements of the degree of Master of Science– MSc

Bogotá – Colombia, Marzo 18 de 2019

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Compromiso de ciencia Por medio del presente documento, incluyendo mi firma personal certifico y aseguro que mi tesis es completamente el resultado de mi propio trabajo. He citado todas las fuentes que he usado en mi tesis y en todos los casos he indicado su origen.

_____________________________________________________________________________ BogotĂĄ D.C., 18 de marzo/2019

JUAN PABLO MARTĂ?NEZ RICO

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Agradecimientos A Eugenia Escarria, Bióloga Marina, Investigadora Científica del Instituto de Investigaciones Marinas y Costeras de Colombia-INVEMAR-, por su invaluable aporte al presente trabajo con todos los insumos que permitieron caracterizar el área de estudio.

A José Payares, Ingeniero de Sistemas al servicio de la Facultad de Oceanografía de la Escuela Naval Almirante Padilla, Alma Máter de los Oficiales de la Armada Nacional de Colombia, por su valiosa asesoría en gestión de imágenes remotas.

A mis padres, Carlos Martínez y Dora Rico, quienes por su amor incondicional merecen compartir el fruto de este gran esfuerzo.

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Resumen Las obras de ingeniería costera e hidráulica en función de industrias como el turismo, la acuicultura y los puertos afectan en forma directa las costas. En el año 2009 se construyó una instalación portuaria turística -marina- en la Bahía de Santa Marta (Colombia). Al término de esa obra se discute el impacto de erosión en la costa como consecuencia de su construcción entre las comunidades asentadas en el área, autoridades locales y diversos gremios.

Esta tesis presenta la metodología utilizada para la definición geométrica de la línea de costa en la Bahía de Santa Marta a partir de imágenes satelitales de alta resolución en una serie de tiempo comprendida entre 2002 y 2016. Tras su digitalización e integración en una base de datos espacial se explotan las capacidades de análisis mediante SIG para la construcción de dos indicadores que determinen su evolución: el movimiento lineal neto de la línea de costa, y la superficie de costa desplazada en la serie de tiempo. La fiabilidad del trazado dependió principalmente de la resolución submétrica de las imágenes, y del conocimiento previo del área de estudio. La utilidad de los indicadores se encuentra demostrada en estudios previos de evolución costera.

La agrupación (clustering) de la información de línea de costa se implementó como base para la comparación de su evolución previa y posterior a la construcción de las obras de infraestructura que presuntamente han afectado la costa en la Bahía de Santa Marta, principalmente la Marina Internacional de Yates. Mediante el análisis realizado se identificaron las tendencias de erosión y acreción costera en el área de estudio antes y después de la intervención realizada con la construcción de la marina.

En el lapso 2002 a 2007 la dinámica costera presenta una tendencia de erosión, lo cual se pudo verificar con ambos indicadores, validándose entre sí. Similares resultados se observaron en un lapso comprendido entre 2007 y 2010.

Después de la construcción de la marina, en el lapso comprendido entre 2010 y 2016 se observa una inversión en la dinámica costera, teniendo un desplazamiento positivo de la línea de costa y de la superficie de playa, que sugieren una tendencia de acreción costera.

De esta forma se concluye que no hay relación directa entre la construcción de la marina de Santa Marta y procesos de erosión costera y, por lo contrario, se observa una tendencia a la estabilización de las playas posterior a esta obra. Se estima oportuno y fiable que el monitoreo de la evolución de la línea de costa se realice a partir de imágenes remotas y se evalúe a través de SIG, toda vez que esta metodología representa una ventaja provechosa en términos de costo/beneficio y efectividad frente a prolongados trabajos de campo.

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Abstract Coastal and hydraulic engineering projects, like building infrastructure for tourism, aquaculture and seaports have direct impact on the coastline. In 2009 the tourism platform facility (marina) was built in the Bay of Santa Marta (Colombia). Since the constructions have been finished, there is an ongoing discussion between local communities, authorities and various trade unions about the possible impact on the coastline through erosion as a consequence caused by the constructions.

This thesis presents a methodology used for a geometric definition of the coastline in the Bay of Santa Marta using high resolution satellite images and compares it´s change in a timeseries from 2002 to 2016 (the years before and after the construction works). After the digitalization of the coastline for different years, geospatial analysis methods were used to construct indicators that determine changes of the coastline: the net linear movement of the coastline, and the coast surface displaced in the timeseries. The reliability of the coastline survey depended mainly on the sub-metric resolution of the images, and on prior knowledge of the study area. The usefulness of the indicators is demonstrated in previous studies of coastal evolution.

Clustering of shoreline information was set as a basis for comparison of its previous and subsequent changes next to the construction of the infrastructure works that allegedly affected the coast in the Bay of Santa Marta, mainly the marina. Through the analysis, erosion and coastal accretion trends were identified in the study area before and after the intervention carried out with the construction of the marina. In the period from 2002 to 2007 the coastal dynamics showed an erosion tendency, verified with both indicators, validating each other. Similar results were observed in the period between 2007 and 2010.

After the construction of the marina, in the period between 2010 and 2016 the coastal dynamics show positive displacement of the coastline and the beach surface, suggesting a trend of coastal accretion.

In summary, there is no direct relationship between the construction of the Santa Marta marina and coastal erosion processes and, quite the opposite, the analysis show that there is a trend towards the stabilization of the coastline after this project.

The monitoring of the changes of coastline from remote images and geospatial analysis is considered accurate and reliable. This methodology represents a profitable advantage in terms of cost / benefit and effectiveness against prolonged fieldwork.

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Contenido Lista de figuras ............................................................................................................................................ 12 Lista de mapas ............................................................................................................................................ 12 Lista de tablas ............................................................................................................................................. 13 1. Introducción ............................................................................................................................................ 14 1.1 Antecedentes .................................................................................................................................... 15 1.2 Objetivos .......................................................................................................................................... 16 1.2.1 Objetivo general........................................................................................................................ 16 1.2.2 Objetivos específicos ................................................................................................................. 16 1.3 Preguntas de investigación .............................................................................................................. 17 1.4 Hipótesis de investigación ................................................................................................................ 17 1.5 Justificación ...................................................................................................................................... 18 1.6 Alcance del presente estudio ............................................................................................................ 19 2. Marco teórico ......................................................................................................................................... 20 2.1 Generalidades sobre los procesos costeros ...................................................................................... 20 2.1.1 Procesos de macroescala .......................................................................................................... 21 2.1.2 Procesos de mesoscala y escala local ....................................................................................... 22 2.2 Teledetección en estudios de evolución costera............................................................................... 29 2.2.1 Teledetección ............................................................................................................................ 29 2.2.2 Plataformas y selección de imágenes ....................................................................................... 31 3. Metodología ........................................................................................................................................... 33 3.1 Esquema metodológico – justificación ............................................................................................. 33 3.2 Caracterización del área de estudio ................................................................................................. 35 3.2.1 Geología y geomorfología ........................................................................................................ 36 3.2.2 Clima ......................................................................................................................................... 38 3.2.3 Oceanografía ............................................................................................................................ 39 3.2.4 Amenazas naturales ................................................................................................................. 42 3.3 Fuentes primarias de información.................................................................................................... 44 3.4 Ajuste espacial.................................................................................................................................. 46 3.4.1 Remuestreo (resampling).......................................................................................................... 46 3.4.2 Reproyección ............................................................................................................................. 47 3.4.3 Ortorrectificación ...................................................................................................................... 47 3.5 Fotointerpretación y extracción de la línea de costa........................................................................ 48 3.5.1 Criterio de definición de la línea de costa ................................................................................. 48 3.5.2 Discriminación de HWL respecto a mareas............................................................................... 49 3.5.3 Digitalización de la línea de costa ............................................................................................. 49 3.6 Identificación de infraestructura costera ......................................................................................... 51

7 3.7 Fuentes secundarias de información ................................................................................................ 53 3.8 Análisis de evolución de la línea de costa......................................................................................... 54 3.8.1 Movimiento lineal neto de costa -NSM- ................................................................................... 55 3.8.2 Superficie de costa desplazada ................................................................................................. 56 3.8.3. Segmentación (clustering) de la serie de tiempo de estudio ................................................... 58 4. Resultados .............................................................................................................................................. 59 4.1 Movimiento lineal neto de costa -NSM- ........................................................................................... 59 4.1.1. Clúster 1 ................................................................................................................................... 59 4.1.2. Clúster 2 ................................................................................................................................... 61 4.1.3 Clúster 3 .................................................................................................................................... 63 4.2 Superficie de costa desplazada ........................................................................................................ 66 4.2.1 Clúster 1 .................................................................................................................................... 66 4.2.2 Clúster 2 .................................................................................................................................... 67 4.2.3 Clúster 3 .................................................................................................................................... 68 4.2.4 Resumen de desplazamiento de superficie de costa ................................................................. 70 4.3 Análisis de indicadores espaciales respecto a la infraestructura costera......................................... 72 4.3.1 Clúster 1 .................................................................................................................................... 72 4.3.2 Clúster 2 .................................................................................................................................... 72 4.3.3 Clúster 3 .................................................................................................................................... 73 5. Discusión................................................................................................................................................. 75 6. Conclusiones ........................................................................................................................................... 79 Referencias ................................................................................................................................................. 81

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Glosario Acreción (costera): proceso de acumulación de sedimento en la costa, por efecto de oleaje, corriente, mareas y viento cuando la línea de costa presenta deformación por la configuración natural de la costa, o por obras artificiales (espolones, diques y obras de infraestructura costera en general).

CIOH: Centro de Investigaciones Oceanográficas e Hidrográficas del Caribe, Colombia.

Organismo científico de la Armada Nacional de Colombia a cargo de la investigación científica marina básica y aplicada.

COP: Pesos colombianos. Unidad monetaria oficial de la República de Colombia.

DEM: por sus siglas en inglés, digital elevation model (modelo digital de elevación).

Representación matemática y visual de valores de altura respecto al nivel medio del mar.

Permite caracterizar el relieve y objetos presentes en el mismo.

Digitalización: proceso de construcción de entidades digitales en un sistema de información. Para efecto del presente trabajo entiéndase el proceso de construcción de entidades de puntos, líneas y polígonos mediante herramientas de edición en un sistema de información geográfico (SIG), incorporados a una geodatabase.

DSAS: Sistema de análisis de línea digital. Extensión de software de ArcGIS que permite calcular estadísticas de la tasa de cambio de línea de costa desde múltiples posiciones históricas.

ENSO: El Niño South Oscillation. Fenómeno climático que consiste en el calentamiento cíclico de las masas superficiales de agua en el Océano Pacífico en la región oriental ecuatorial.

Erosión (costera): proceso que se produce en costas expuestas a la acción hidráulica del oleaje, vientos o corrientes que aportan energía.

Espolón: obra de infraestructura costera construida para proteger la costa o un puerto de la acción del oleaje; calculados para una altura y período de ola específicos.

Frente: franja donde convergen dos masas de aire con diferentes temperaturas. Pueden ser fríos, cálidos u ocluidos. Un frente frío es una franja de inestabilidad atmosférica que

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tiene lugar cuando una masa de aire frío se acerca a una de aire caliente, el aire frío, siendo más denso, genera una cuña y se subduce bajo el aire cálido; se caracterizan por causar perturbaciones atmosféricas como tormentas, chubascos y tornados.

Geodatabase: colección de datos espaciales de diversos tipos contenidas en una carpeta de sistema de archivos común o una base de datos. En el caso del sistema ArcGIS, es el formato principal para la edición y administración de datos.

GPS: por sus siglas en inglés, global positioning system (sistema de posicionamiento global). Es un servicio de propiedad de los Estados Unidos de América que proporciona a los usuarios información sobre posicionamiento, navegación y cronometría. Lo componen una constelación de satélites y estaciones de seguimiento y control.

HWL: por sus siglas en inglés, High Water Level. Línea de más alta marea, definido como el límite entre la arena seca y húmeda en costas con tipología de playas. Criterio utilizado para evaluar la dinámica de las costas.

IDEAM: Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales de Colombia.

IGAC: Instituto Geográfico Agustín Codazzi. Entidad oficial del gobierno de Colombia encargada de la producción nacional de estudios espaciales, cartografía temática, especializada y catastro.

Infraestructura de protección costera: conjunto de obras y sistemas construidos para la defensa o estabilización costera contra el embate del mar u otros cuerpos de agua.

Diseñada para proteger asentamientos establecidos en la costa o para proteger la costa en sí, previniendo la erosión, inundaciones, o estabilizar canales navegables.

INVEMAR: Instituto de Investigaciones Marinas y Costeras de Colombia. Entidad sin fines de lucro vinculada al Ministerio de Medio Ambiente y Desarrollo Sostenible.

LiDAR: por sus siglas en inglés, Laser Detection and Ranging. Dispositivo que permite medir la distancia desde un transmisor láser a una superficie u objeto utilizando un haz láser pulsado.

MAGNA-SIRGAS: Marco Geocéntrico Nacional de Referencia. Sistema de referencia adoptado por el Instituto Geográfico Agustín Codazzi como datum oficial de Colombia.

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Marina: instalación costera, o en orillas de un río navegable diseñada y construida para el amarre de embarcaciones menores deportivas y de recreo.

Multiespectral (Imagen): es aquella imagen captada por un sensor digital que mide la reflectancia en una variedad de bandas e incluso dos partes diferentes de una misma longitud de onda.

NSM: por sus siglas en inglés, Net shoreline movement (movimiento neto de costa).

Indicador estadístico de movimiento neto de la costa que representa la distancia total entre dos líneas de costa. Las áreas que experimentan erosión de la línea costa asumen valores negativos de NSM, y las áreas de acreción tienen valores positivos Ortofotomapa: imagen de terreno captada por un sensor aerotransportado o de satélite, con una cámara fotogramétrica de alta precisión, que permite relacionar las imágenes con la superficie y medidas reales del terreno, previa corrección de escala y libre de distorsiones. Es el producto del proceso de ortorrectificación de imágenes aéreas y de satélite.

Ortorrectificación: procedimiento ejecutado para corregir distorsiones geométricas y de escala en fotografías aéreas e imágenes de satélite, inherentes a imperfecciones del sensor, la curvatura terrestre y la elevación del terreno. El resultado del procedimiento son imágenes con precisión métrica y escala invariable.

Pancromática (Imagen): imagen captada mediante un sensor digital que mide la reflectancia de energía en una amplia porción del espectro electromagnético que suele comprender la parte del espectro visible y el infrarrojo cercano. Los datos se representan por imágenes en escala de grises.

RADAR: por sus siglas en inglés, Radar detection and ranging. Sensor de tipo activo que emite un haz de energía y captura la porción de ésta que es reflejada. Se utiliza en satélites para obtención de imágenes de terreno en diferentes resoluciones, caracterizándose por no verse afectada por variaciones atmosféricas o de radiación solar.

RPC: Coeficientes polinómicos racionales, o coordenadas de posicionamiento rápido del sensor. Utilizados para la ortorrectificación de imágenes satelitales. Combinan conjuntos de datos de entrada para la correcta ubicación de los píxeles en el terreno.

Generalmente son suministrados por los proveedores de productos geoespaciales.

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SIG: Sistema de información geográfica. conjunto de herramientas que integra y relaciona diversos componentes -usuarios, medios informáticos y procesos- que permiten la organización, almacenamiento, manipulación, análisis y modelización de grandes cantidades de datos procedentes del mundo real que están vinculados a una referencia espacial, facilitando la incorporación de aspectos sociales-culturales, económicos y ambientales que coadyuvan a procesos de toma de decisiones.

USGS: por sus siglas en inglés, United States Geological Survey. Servicio geológico de los Estados Unidos. Agencia científica federal que estudia terreno, recursos naturales y amenazas en los campos de la biología, geología, hidrografía y geografía.

UTM: por sus siglas en inglés, Universal transversal Mercator. Sistema de coordenadas transversal de Mercator.

WGS84: por sus siglas en inglés, World Geodetic System 1984. Sistema de coordenadas geográficas mundial, estándar para uso en cartografía, geodesia y navegación.

ZCIT: Zona de Convergencia Intertropical. Región del globo terrestre donde convergen los vientos alisios del norte y del sur por efecto de la rotación del planeta.

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Lista de figuras Figura 1 Perfil típico de playa (United States Army Corps of Engineers, 2002) .......................................... 20 Figura 2. Variación del nivel del mar forzado por el fenómeno ENSO ........................................................ 23 Figura 3 Playa con pendiente alta y escarpe formado por tormentas ....................................................... 25 Figura 4 Actividades humanas con impacto en las costas.......................................................................... 27 Figura 5 Variaciones en la morfología litoral del municipio de Manaure (Colombia) ................................ 28 Figura 6 Componentes básicos de un sistema de teledetección ................................................................. 29 Figura 7 Teledetección, sensores pasivos y activos .................................................................................... 30 Figura 8 Metodología propuesta para análisis de evolución de línea de costa .......................................... 33 Figura 9 Área general de Santa Marta y área de estudio. Localización de Santa Marta en Colombia. ..... 35 Figura 10 Interacción de placas tectónicas en la Costa Caribe Colombiana............................................... 36 Figura 11 Aspecto de la Bahía de Santa Marta, Colombia. ........................................................................ 37 Figura 12 Promedios multianuales de los principales parámetros meteorológicos, Santa Marta, Colombia..................................................................................................................................................... 38 Figura 13 Velocidad media del viento en Santa Marta, Colombia. ............................................................ 39 Figura 14 Espectro direccional de oleaje en Santa Marta. ......................................................................... 40 Figura 15 Dirección de las corrientes en el área general de Santa Marta - Ciénaga (Colombia). .............. 41 Figura 16 Nivel del mar Caribe ................................................................................................................... 42 Figura 17 Vistas rápidas de las imágenes utilizadas para análisis ............................................................. 45 Figura 18 Remuestreo.. .............................................................................................................................. 46 Figura 19 Trazado de línea de costa ejecutado según criterio HWL ........................................................... 50 Figura 20 Infraestructura costera en el área de estudio ............................................................................ 52 Figura 21. Ilustración del proceso de extracción de las líneas de costa históricas ..................................... 53 Figura 22 Visualización general de líneas de costa históricas, Bahía de Santa Marta, Colombia. ............. 54 Figura 23 Ejemplo de movimiento neto de costa) ...................................................................................... 55 Figura 24 Vista parcial de los trazados de línea de costa y transectos generados con la extensión DSAS v 4.3. .............................................................................................................................................................. 56 Figura 25 Ilustración genérica de diferencia simétrica entre entidades vectoriales................................... 57 Figura 26 Diferencia simétrica entre líneas de costa. ................................................................................. 58 Figura 27 Atributos de los transectos generados con el complemento DSAS 4,3 ....................................... 60 Figura 28 Movimiento lineal neto de costa, Clúster 1 ................................................................................ 61 Figura 29 Movimiento lineal neto de costa, Clúster 2 ................................................................................ 63 Figura 30 Movimiento lineal neto de costa, Clúster 3 ................................................................................ 65 Figura 31 Superficie de costa desplazada, Bahía de Santa Marta.............................................................. 70 Figura 32 Tasa de desplazamiento de superficie de costa, Bahía de Santa Marta .................................... 71

Lista de mapas Mapa 1 Movimiento lineal neto de costa, Bahía de Santa Marta, 2002-2007........................................... 59 Mapa 2 Movimiento lineal neto de costa, Bahía de Santa Marta, 2007-2010........................................... 62 Mapa 3 Movimiento lineal neto, Bahía de Santa Marta, 2010-2016 ......................................................... 64 Mapa 4 Superficie de costa desplazada, Bahía de Santa Marta, 2002-2007 ............................................. 66 Mapa 5 Superficie de costa desplazada, Bahía de Santa Marta, 2007-2010 ............................................. 67 Mapa 6 Superficie de costa desplazada, Bahía de Santa Marta, 2007-2010 ............................................. 68 Mapa 7 Superficie de costa desplazada, Bahía de Santa Marta, 2010-2016 ............................................. 69 Mapa 8 Superficie de costa desplazada, Bahía de Santa Marta, 2010-2016 ............................................. 69

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Lista de tablas Tabla 1 Épocas climáticas, Santa Marta, Colombia ................................................................................... 38 Tabla 2 Inventario de imágenes satélite empleadas .................................................................................. 45 Tabla 3 Tipología de costa para definición de criterios de digitalización de línea de costa ....................... 51 Tabla 4 Infraestructura costera en el área de estudio ................................................................................ 52 Tabla 5 Parámetros estadísticos para evaluación del parámetro NSM, Clúster 1 ..................................... 60 Tabla 6 Parámetros estadísticos para evaluación del parámetro NSM, Clúster 2 ..................................... 63 Tabla 7 Parámetros estadísticos para evaluación del parámetro NSM, Clúster 3 ..................................... 65 Tabla 8 Superficie de costa desplazada, Bahía de Santa Marta (cantidades expresadas en m²) ............... 70 Tabla 9 Tasa de desplazamiento de costa, Bahía de Santa Marta (expresada en m /año)........................ 71 Tabla 10 Indicadores de evolución de la línea de costa en la Bahía de Santa Marta, e infraestructura costera presente ......................................................................................................................................... 72

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1. Introducción La costa es la zona donde se manifiestan los mayores efectos de los procesos marinos. Efectos como el cambio de la morfología de costas, erosión y crecimiento de playas son bastante notorios en diversas escalas geográficas y de tiempo.

Los procesos que gobiernan la dinámica costera como la variación de aporte de sedimentos y los cambios de energía originados por el oleaje y las corrientes marinas causan diferencias en el ancho, pendiente y forma de las playas.

Actualmente la actividad antrópica también ha contribuido a modificar sensiblemente los litorales, desde el momento que se construyen vías de comunicación, infraestructura energética, habitacional, turística, de recreación y obras de protección costera. En la parte continental (supra playa), la construcción de muelles, espigones, escolleras, rompeolas en la parte marina (infra playa) alteran el transporte litoral y la morfología de la playa (Torres, Márquez, Bolongaro, Chavarría y Márquez, 2010).

“La evolución temporal de la costa supone realizar un análisis de cambio en la línea de costa en diferentes fechas, y compararlos con la situación actual para evaluar y cuantificar, si es posible, los cambios” (De la Peña, 2007, p. 203). Según Morton (1991) “las velocidades cuantitativas del cambio de la línea de costa son útiles para estimar el transporte de sedimentos, la deriva litoral, y/o en la predicción de efectos sobre estructuras de ingeniería” (p. 1003). Las fuentes de información que permiten obtener distintas posiciones de línea de costa proceden de mapas históricos, fotografías aéreas, imágenes de alta resolución y GPS Los sistemas de información geográfica -SIG- se pueden emplear en numerosas disciplinas de las ciencias de la tierra, y en aplicaciones relacionadas con la gestión de recursos naturales y ordenamiento territorial.

En el caso específico de zonas costeras, los SIG se han utilizado para el estudio de procesos erosivos y efectos de la construcción de obras de defensa y mitigación como rompeolas y espolones y también para los análisis de vulnerabilidad por

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inundación bajo distintos escenarios del aumento del nivel del mar (Hoyos, Acosta y Correa, 2006).

Si bien existe la percepción de que han ocurrido cambios sustanciales en la línea de costa de la Bahía de Santa Marta (Colombia), que han suscitado inconformidad por diversos gremios de esa ciudad frente al crecimiento del sector marítimo representado en obras de infraestructura portuaria, la cuantificación de los mismos es una tarea que no se ha abordado con determinación por parte de los actores involucrados en el contexto marítimo.

Por esta razón se desarrolló la presente investigación, que responde a la preocupación académica e institucional de conocer cómo la infraestructura costera puede afectar el comportamiento dinámico de la línea de costa en la Bahía de Santa Marta, a través de la explotación de la información ofrecida por imágenes remotas y SIG.

1.1 Antecedentes En el año 2009 se construyó una instalación portuaria de tipo marina de yates en la Bahía de Santa Marta (Colombia). Luego del término de esta obra, comunidades asentadas en el área de playa han manifestado a diferentes entes y niveles del Gobierno que la erosión de playas en este sector de la bahía ha incrementado notablemente, perjudicando sus instalaciones (Batallón Córdova del Ejército Nacional en San Fernando), viviendas y medios de subsistencia: turismo, pesca y actividades afines a la explotación de las playas en Playa Blanca (Capitanía de Puerto de Santa Marta, 2015).

Según lo publicado en la prensa regional (Iguarán, 2011), hay posiciones encontradas respecto al impacto en la dinámica costera que ha impreso la construcción de la marina: investigaciones particulares han suscitado aseveraciones sobre el daño que ha causado en la Bahía de Santa Marta la construcción de la Marina Internacional; no obstante, gremios del sector turístico han salido al paso manifestando que estas declaraciones no se ajustan a la verdad, sosteniendo que no solo la bahía de Santa Marta y El Rodadero ha sido objeto de la erosión costera,

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también toda la zona de Pozos Colorados y Bello Horizonte es sometida permanentemente a procesos erosivos lo que ha generado la proliferación de espolones aprovechando la situación de mar abierto y una activa deriva de litoral. En el mismo comunicado, Iguarán (2011) manifiesta que, de acuerdo con estudios consultados por estos gremios, se concluye que la erosión de la playa de la Bahía de Santa Marta obedece a otros factores diferentes a la construcción de la Marina, y que esta se viene presentado desde hace muchos años, especialmente en la zona norte.

Oficialmente, estas manifestaciones han tenido discusión en diferentes escenarios ante las autoridades locales: mesas de trabajo y consejos comunitarios presididos por la Autoridad Marítima representada en la Capitanía de Puerto de Santa Marta, la Unidad Distrital de Gestión del Riesgo, y la Gobernación del Departamento del Magdalena entre otras.

De acuerdo con Posada y Henao (2008) los espolones construidos en la bahía de Santa Marta aceleraron los procesos de erosión hacia el sureste que afectaron las playas hasta el sector de Los Cocos inclusive. Ya para esa fecha en dicho estudio se advirtió sobre el retroceso que sufrían es playas al comparar los cambios geomorfológicos documentados.

1.2 Objetivos 1.2.1 Objetivo general Determinar la evolución de la línea de costa en la Bahía de Santa Marta, Colombia, en una serie de tiempo del año 2002 al 2016, y confirmar si hay evidencias de afectación en la dinámica de la costa en relación con la construcción de obras de infraestructura costera.

1.2.2 Objetivos específicos Para dar cumplimiento al objetivo general, se proponen los siguientes objetivos específicos:

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Determinar la línea de costa a partir de imágenes remotas de alta resolución en el área de estudio, mediante herramientas SIG, y construir una serie multi temporal para análisis de su evolución.

Analizar la evolución de la línea de costa en la serie de tiempo: cuantificar su movimiento lineal neto, y las superficies (áreas) desplazadas.

Confirmar o desvirtuar si hay una afectación notable en los procesos costeros (acreción o erosión) en el área de estudio como consecuencia de la construcción de obras de infraestructura costera en la serie de tiempo de estudio.

1.3 Preguntas de investigación En orden a alcanzar los objetivos propuestos, el presente trabajo presenta las siguientes interrogantes: ¿Es posible determinar la línea de costa del área de estudio mediante la explotación de información remota? ¿Cómo ha sido la evolución de la dinámica costera en el área de estudio durante la serie de tiempo evaluada? Se puede cuantificar y caracterizar si se ha presentado erosión y/o acreción? ¿Hay evidencia de afectación por erosión litoral en el área de estudio como consecuencia de la construcción de obras de infraestructura costera?

1.4 Hipótesis de investigación Las obras de infraestructura costera en la Bahía de Santa Marta (Colombia),

como la Marina Internacional de Yates, han producido erosión en la línea de costa de esa bahía, luego de su construcción.

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1.5 Justificación Un estudio convencional para determinar la evolución litoral que incluya aerofotografía, imágenes remotas y trabajo de campo toma aproximadamente dos años para ser realizado en su totalidad, y hubiera requerido de la participación de unas 10 a 12 personas entre topógrafos, asistentes, técnicos en informática, oceanógrafos, etc. En cuanto a costos, de acuerdo con Marriaga (2009) el Proyecto de determinación de bienes de uso público en el Litoral Caribe Colombiano tomó cinco años para su ejecución, y tuvo un costo total de 10,613,900,000.oo COP El presente trabajo tomó para su ejecución un total de seis meses, y los costos ascendieron al orden de 5,800,000.oo COP correspondientes con la adquisición de la serie multitemporal de imágenes de satélite de alta resolución, y la licencia de ArcGIS 10.3. El trabajo fue realizado por una sola persona en etapa de formación académica y con la tutoría de un profesional de los SIG. Se puede evidenciar la conveniencia de realizar estudios de dinámica costera mediante imágenes remotas y su explotación a través de los SIG. A partir de ello, y a nivel local se pueden hacer estimaciones (inferencias) de la dinámica costera de la Bahía de Santa Marta en función del análisis de riesgos: la afectación de zonas habitadas, el impacto de la erosión en playas turísticas y de asentamientos que tienen sus medios de subsistencia en esos espacios, e igualmente evaluar la viabilidad de proyectos de infraestructura en la costa, todo lo anterior como apoyo a la planeación y toma de decisiones por la población y las autoridades competentes en la zona.

El presente trabajo se convierte así en una propuesta metodológica, susceptible a ser catalogada como alternativa viable para este tipo de estudios, dado que se verifica la sustancial disminución en costos y tiempo. Adicionalmente, gracias al SIG toda la información capturada, procesada, y sus correspondientes resultados quedan almacenados en una geodatabase, pudiendo ser consultados y compartidos con facilidad.

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1.6 Alcance del presente estudio Se pretende confirmar o desvirtuar si hay incremento en la tasa de erosión de la línea de costa en la Bahía de Santa Marta, Colombia. Esta bahía se enmarca en un área de estudio de 15 Km². Por ser un estudio de orden local, que requiere alta precisión, se trabajará con imágenes obtenidas de sensores remotos de alta resolución (0.6 m).

La información obtenida con la precisión adecuada en términos de espacio y tiempo se constituye en un insumo esencial de información para la comunidad asentada en la zona de estudio, y también para el proceso de toma de decisiones, planeación, ordenamiento y contingencias por parte de las autoridades locales: Alcaldía Distrital, Autoridad Marítima, cuerpos de socorro, entidades de gestión de riesgos y desastres, y agremiaciones cuyo objeto económico es dependiente de la explotación de la costa como lo son las entidades turísticas, y comunidades pesqueras artesanales.

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2. Marco teórico 2.1 Generalidades sobre los procesos costeros La costa es una franja de amplitud variable donde la tierra limita con el agua. El término zona costera es amplio e incluye toda la franja donde ocurren procesos de interacción entre el mar y la tierra. La figura 1 muestra un perfil típico de playa propuesto por el United States Army Corps of Engineers (2002) donde se aprecian las diferentes características en estas zonas:

Figura 1 Perfil típico de playa (United States Army Corps of Engineers, 2002)

La línea de costa sufre cambios permanentes (morfodinámica) en diferentes escalas temporales que obedecen a los procesos costeros a que son susceptibles. De acuerdo con Carvajal (2010) “los espacios costeros están sometidos a procesos agrupados en dos escalas: procesos de largo plazo y gran escala -que se definirán como procesos de macro escala- y procesos regionales y de corto plazo -que se definirán como procesos de mesoscala- “(p. 5).

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2.1.1 Procesos de macroescala Los procesos de largo plazo y amplia escala contemplados por Carvajal (2010) están asociados a la tectónica de placas, y los cambios eustáticos del nivel del mar.

2.1.1.1 Tectónica de placas Las características más generales de las áreas litorales están relacionadas directamente con la naturaleza del margen continental adyacente. Costas sentadas en márgenes divergentes sean -por lo general- amplias, de relieve bajo, caracterizadas por islas barrera y estuarios. En contraste, en los márgenes convergentes la costa presenta rasgos de rugosidad con acantilados y playas de bolsillo, de tipo erosivo. De acuerdo con el Servicio Nacional de Estudios Territoriales (2009), la tectónica de placas ha generado tres tipos principales de costas: Las costas asociadas con el borde delantero de una placa (de colisión) son tectónicamente activas y complejas. Se caracterizan por tener topografía irregular y alto relieve. Los sedimentos que llegan a la costa quedan atrapados en estuarios o van directamente al mar. Los deltas son raros debido a la corta longitud de la plataforma continental y la alta energía del oleaje. Los cañones submarinos son grandes y profundos con cabezas cercanas a la costa.

Las costas asociadas con el borde trasero de una placa (pasivo) son las más diversas y ocurren en distintos marcos tectónicos. A su vez se dividen en ostas tipo Neo, las cuales presentan se asientan en centros activos de expansión oceánica. Son costas variadas con poco sedimento (ej. Costas del Mar Rojo, Golfo de California). Las Costas tipo Afro son medianamente estables. No presentan altos relieves que aporten mucho sedimento a la costa, pero hay bastantes ríos y deltas (ej. Costa occidental de África y Groenlandia). Finalmente se tienen las Costas tipo Amero, ubicadas en porciones estables tectónicamente por millones de años. Tienen planos costeros amplios con bajo relieve y sistemas de drenaje bien desarrollados. Hay grandes aportes

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de sedimento, un margen continental amplio y estable, con una zona costera caracterizada por depositación (ej. Costa este de Norteamérica) Las costas de mares marginales se localizan cerca de las márgenes convergentes, pero no son tectónicamente activas. Son de relieve bajo y drenaje bien desarrollado, sometidas a baja acción de oleaje por el tamaño limitado de las cuencas.

Acumulan gran cantidad de sedimentos. Por ejemplo, las costas del este de Asia y el Golfo de México.

2.1.1.2 Cambios eustáticos de nivel del mar El nivel medio del mar que se toma como referencia en levantamientos hidrográficos y topográficos para generar cartografía se asume como un nivel fijo pese a las leves variaciones producidas por la interacción entre la litósfera y la hidrósfera.

Cambios de mayor escala y/o duración se definen como cambios eustáticos.

Se denomina eustasia a una variación relativa del nivel del mar, sin que implique que sea global, de un signo concreto (elevación o hundimiento) o coetánea en dos o más lugares; igualmente definen que los cambios eustáticos son uno de los principales controles de sedimentación (Dabrio y Polo, 1996).

El nivel del mar controla el tipo y magnitud de todos los procesos costeros: el intervalo mareal, el tipo de rompiente, la velocidad de corrientes a lo largo de la costa, la velocidad de sedimentación, etc. y por tanto al cambiar genera un reajuste de la nueva costa.

2.1.2 Procesos de mesoscala y escala local En corto plazo, y a menor escala, se tienen procesos con diferente impacto en la zona costera. Carvajal (2010) considera dentro de éstos, los cambios locales del nivel del mar, los procesos físicos que son asociados a eventos meteomarinos, procesos químicos, biológicos y antrópicos.

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2.1.2.1 Cambios locales de nivel del mar El nivel del mar es afectado por cambios de la temperatura en el agua (expansión o contracción térmica) y por la fuerza del viento (apilamientos) de forma estacional, y en algunos casos por fenómenos de escala interanual, como la Oscilación Sur de El Niño -ENSO-. La figura 2 presenta la variación de la altura del nivel del mar de acuerdo con la evolución de ENSO entre los años 1998 y 1999:

Figura 2. Variación del nivel del mar forzado por el fenómeno ENSO (Picaut, Hackert y Busalaachi., 2002)

Dentro de los fenómenos de escala media también se tiene la sismo tectónica regional: en una región tectónicamente inestable se generan movimientos de la corteza terrestre que a su vez producen cambios del nivel del mar hundiendo o levantando la costa. Otros fenómenos de orden regional y local son la subsidencia y la isostasia. La subsidencia consiste en el hundimiento de la tierra por compactación de sedimentos, o por extracción de agua. La isostasia es el ajuste de la litósfera en respuesta a cambios del volumen (y, por consiguiente, del peso) por aumento o disminución de la cobertura de hielo.

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2.1.2.2 Procesos físicos El Servicio Nacional de Estudios Territoriales (2009) considera entre los procesos de escala media forzantes de la dinámica costera las mareas, oleaje, viento, corrientes y algunos fenómenos especiales aislados derivados de éstos. Las mareas en las costas controlan la posición y amplitud de la zona de acción del oleaje, generan corrientes que pueden erosionar y transportar sedimentos, y controlan la circulación de algunos cuerpos de agua. La altura de marea varía en el tiempo de acuerdo con las posiciones relativas de la tierra, la luna y el sol. Cada mes se presentan mareas vivas (intervalo mareal mayor) y mareas muertas (intervalo mareal menor). A lo largo del año hay también mareas vivas extremas y mareas muertas extremas. Hayes (1979) clasifica las costas -de acuerdo con su intervalo mareal- en micro mareales (< 1.0 m), meso mareales (1-3.5 m) y macro mareales (> 3.5 m). En una costa micro mareal el área de acción del oleaje es pequeña, mientras que en una zona macro mareal puede ser muy extensa.

De acuerdo con lo manifestado en su cátedra de Procesos Costeros, las olas son la fuerza dominante en los procesos litorales de costas abiertas, proveen la energía para formar playas, seleccionar sedimentos y transportar materiales, llegando a ser determinantes en la geometría y composición de las playas. Las corrientes en la costa son producto de otros procesos físicos como olas y mareas, que acumulan agua y que por continuidad en el sistema debe retornar al mar. Esta compensación se da por corrientes perpendiculares a la costa (de retorno) y corrientes paralelas a la costa (deriva) dependiendo principalmente del ángulo de incidencia del tren de olas en la costa (Avendaño, 2013).

El viento tiene gran influencia sobre la línea de costa. Directamente es un agente de erosión y transporte de sedimentos costeros. Indirectamente es responsable de la formación de las olas y de mucha de la circulación marina. Entre los fenómenos especiales derivados se tienen los ciclones y tormentas tropicales, que pueden causar erosión severa de las costas y daños a la infraestructura sentada en el litoral.

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Por otra parte, están los Seiches, fenómenos oscilatorios que ocurren en grandes lagos, estuarios y mares pequeños en respuesta a cambios súbitos en presión atmosférica, tormentas violentas y mareas. Se presentan cuando la onda entrante al cuerpo de agua se pone en resonancia con la forma de la cuenca y pueden causar igualmente erosión severa en la costa (Carvajal, 2010). La figura 3 lustra la afectación ocasionada en un sector de la Costa Caribe colombiana por fenómenos meteorológicos extremos.

Figura 3 Playa con pendiente alta y escarpe formado por tormentas (Posada y Henao, 2008)

2.1.2.3 Procesos químicos Se dan por reacciones químicas que ocurren en varios ambientes costeros. De acuerdo con el Servicio Nacional de Estudios Territoriales (2009) pueden ser constructivos, cuando ocurre precipitación química de minerales como en el caso de las rocas de playa, eolianitas o rocas de dunas. También hay procesos destructivos por meteorización química, donde interviene la humedad de la zona y la naturaleza de los

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minerales presentes; la meteorización química aumenta la susceptibilidad a la erosión física.

2.1.2.4 Procesos biológicos “Las costas son sitios de intensa actividad biológica. Los procesos biológicos están asociados a la acción de los organismos que habitan la zona costera” (Carvajal, 2010, p. 12). Hay organismos que modifican la costa, y por su actividad pueden aportar sedimentos a la costa (detritos y material esqueletal); pueden producir rotura de sedimentos (conchas y restos esqueletales) en busca de alimento o pueden erosionar sustratos rocosos: erizos, chitones, algunos gasterópodos y esponjas debilitan la roca y la hacen más susceptible a la erosión.

2.1.2.5 Procesos antrópicos Las zonas costeras sustentan una amplia gama de actividades para el ser humano. La afectación a las costas por acción antrópica se da de forma directa e indirecta por la presión que ejercen industrias de rápido crecimiento, como la infraestructura portuaria, el turismo y la acuicultura sobre las poblaciones costeras locales e insulares y su medio ambiente.

Dentro de los procesos directos se tienen las obras de ingeniería costera e hidráulica: dragados, obras de protección, diques, etc. Estos a su vez causan efectos indirectos derivados: movimientos de tierra y deforestación necesarios para las obras pueden dar lugar a cambios ambientales que influencian aportes de sedimentos o escorrentía. La figura 4 (siguiente página) resume las actividades determinadas por Marriaga (2009) con impacto en las zonas costeras.

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Figura 4 Actividades humanas con impacto en las costas. Elaborado con información propuesta por (Marriaga, 2009)

Uno de los factores más importantes en el incremento de los procesos de cambio en la zona costera es el rápido crecimiento demográfico y la concentración de población. De acuerdo con Ceballos-Lascuráin, McNeely, y Thorsell (1992) “en los años noventa al menos el 60% de la población mundial (5,500 millones) vivía en las costas o en zonas aledañas. Se estima que para el año 2100, a nivel mundial, este porcentaje se aumentará al 75% (11,000 millones de personas)” (p. 53). El impacto resultante de este incremento poblacional en la zona costera puede sentirse de diferentes formas: mayor demanda de espacio para vivienda y actividad productiva, con mayor efecto en ecosistemas costeros como manglares, pastos marinos y corales entre otros. La figura 5 (siguiente página) ilustra el cambio de la morfología litoral en la costa de Manaure (Colombia) por efecto de la producción de sal marina:

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Figura 5 Variaciones en la morfología litoral del municipio de Manaure (Colombia) por expansión de la zona para explotación de salinas (Rangel, 2009)

La evolución reciente de la morfología del Litoral Caribe Colombiano está asociada -entre otras causas- a una marcada influencia antrópica, encontrando áreas con intervención humana que también presentan evidentes y significativos retrocesos en la línea de costa. “La erosión predominante es influenciada y multiplicada en muchos casos por una expansión humana desorganizada y los fenómenos que esta trae consigo” (Rangel, 2009, p. 46).

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2.2 Teledetección en estudios de evolución costera 2.2.1 Teledetección De acuerdo con Chuvieco (2002) se entiende por teledetección o sensoramiento remoto todo el conjunto de recursos tecnológicos que permiten obtener información de la superficie terrestre, sin entrar en contacto directo con esta.

La teledetección se basa en la energía que emiten los cuerpos situados sobre la superficie terrestre y que es recogida por un sensor que viaja a bordo de una plataforma aérea o satelital -sensor remoto-. La figura 6 muestra los componentes básicos que se integran en un sistema de teledetección:

Figura 6 Componentes básicos de un sistema de teledetección (Chuvieco, 2002)

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Los datos captados por el sensor remoto se transmiten a un sistema de recepción, y luego de ser sometidos a un procesamiento se convierten en información útil para diversos tipos de usuarios.

En este sistema, es necesaria una fuente de energía electromagnética que incida sobre la superficie terrestre. En el caso de la teledetección pasiva es el Sol, y en la teledetección activa es el propio sensor el que la genera (por ejemplo, RADAR Radar detection and ranging- o LiDAR -Light detection and ranging-). La figura 7 ilustra cómo funcionan los sistemas de teledetección pasivos y activos:

-

Figura 7 Teledetección, sensores pasivos y activos (Geospatial Consulting Services, 2013)

La energía electromagnética, en su camino hacia la superficie atraviesa la atmósfera, donde parte de la radiación es reflejada y dispersada por las partículas suspendidas que la componen. De la radiación que alcanza la superficie, parte es absorbida por la propia superficie, y otra parte es reflejada siendo ésta la que registra el sensor remoto.

Por su parte, el sensor recoge esta energía reflejada por la superficie en varias bandas del espectro electromagnético, de acuerdo con su resolución espectral: ésta será mayor en función de la cantidad de bandas del espectro que sea capaz de captar.

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La sensibilidad del sensor -es decir, su capacidad para detectar variaciones en la energía captada- establece su resolución radiométrica, expresada en niveles de gris, de forma que ésta aumenta a mayor número de niveles.

Una de las características que hacen de la teledetección una herramienta especialmente interesante para estudios evolutivos del medio es su capacidad de recoger la misma porción de terreno cada cierto tiempo. Esto se conoce como resolución temporal, de forma que cuanto menos tiempo tarde el satélite en pasar por el mismo sitio y captar la misma imagen, mayor resolución temporal tendrá.

Por otra parte, las características técnicas del satélite determinan su resolución espacial, el cual define el grado de detalle con que podemos visualizar una imagen. “A efectos prácticos significa que elementos con tamaños inferiores al del píxel, no son visibles en la imagen. Por lo tanto, la resolución espacial debe escogerse adecuadamente según el objetivo prospectado” (Alcántara, Correa, y Montoya, 2013, p. 107)

2.2.2 Plataformas y selección de imágenes De acuerdo con Rodríguez, Sánchez y Montoya (2009) “la elección de la imagen más apropiada para analizar la evolución ocurrida en un determinado tramo costero depende, principalmente, de la resolución espacial y de la temporal” (p. 68).

En el primer caso, habrá que buscar un tipo de sensor que ofrezca un tamaño de píxel adecuado a las características dinámicas del sistema, de forma que la magnitud de los cambios no quede por debajo del tamaño del píxel. En cuanto a la resolución temporal, el tiempo que abarque el estudio dependerá de las fechas en las que hay disponibilidad de imágenes.

Se estima que, en orden a atender estas dos características, y conforme se citan los estudios previos, las siguientes son plataformas cuyos productos -imágenes remotas- son viables para estudios costeros:

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ASTER: con 15 m y periodicidad de 16 días.

IKONOS: con 1 m en el modo pancromático y 4 m en modo multiespectral (Li, Di y Ma, 2003).

Landsat: presenta resoluciones espacial y temporal de 30 m y 16 días respectivamente (Alcántara et al., 2013).

QuickBird: con 0,6 m en el modo pancromático y 2.4 m en el modo multiespectral azul, verde, rojo e infrarrojo próximo- (Pardo, Ruíz y Almonacid, 2015).

SPOT: con una resolución espacial de 10 m (2.5 m en SPOT 5) en el modo pancromático (con un ancho de banda que abarca desde el verde al infrarrojo cercano) y 20 m (10 m en SPOT 5) en el en el modo multiespectral (bandas verde, rojo e infrarrojo cercano), y 26 días de resolución temporal.

Maged (2001) ha demostrado que las imágenes de radar también se han utilizado para estudios de erosión costera, aunque en menor medida debido principalmente a las características propias de este tipo de imágenes. siendo más empleadas en estudios de otro tipo de riesgos costeros como son los derrames y vertidos de hidrocarburos.

Para estudios retrospectivos (análisis de regresión) es esencial conocer desde cuando hay imágenes disponibles para ser utilizadas. Así, Landsat 5 y Spot 2, tienen imágenes desde los años 1984 y 1990 respectivamente, pudiendo ser empleadas en estudios de cambio a medio y largo plazo; mientras que IKONOS y ASTER, se disponen desde el año 1999 y, en el caso de QuickBird, desde octubre de 2001, pudiendo utilizarse estas últimas sólo en análisis a corto plazo.

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3. Metodología 3.1 Esquema metodológico – justificación La evolución de la línea de costa en el área de estudio se realizó mediante el análisis de una serie de imágenes satelitales en un período de tiempo comprendido entre 2010 y 2016. Las imágenes fueron pre tratadas con el fin de minimizar las inconsistencias geométricas y espaciales, para realizar posteriormente un trabajo de digitalización de la línea de costa en la escena vista en cada imagen.

Las entidades vectoriales producto de esa digitalización fueron incorporadas en una geodatabase y posteriormente evaluadas con una extensión de análisis de línea de costa. La figura 8 ilustra la generalidad de la metodología implementada, y posteriormente se detallará cada etapa del proceso.

Figura 8 Metodología propuesta para análisis de evolución de línea de costa, se identifican todas las etapas que tienen lugar a través de gestión en SIG

Numerosos estudios de evolución costera recurren a las imágenes remotas como insumos primarios de información. A mayor escala espacial y temporal, en la misma región, por parte del Instituto de Investigaciones Marinas y Costeras INVEMAR (2014b) se realizó un estudio de evolución reciente de la línea de costa entre Isla Salamanca y el Parque Nacional Natural Tayrona con imágenes Landsat-7 par un litoral con extensión de 200 Km y en una serie de tiempo de 30 años.

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El presente estudio aborda una escala temporal y espacial mucho menor, con un nivel de detalle local (municipal), por lo cual se optó por emplear imágenes de alta resolución. Las correcciones geométricas aplicadas sobre las imágenes insumo mitigan significativamente los errores derivados de la configuración natural del terreno, y de las condiciones del sensor al momento de la captura de las imágenes. En ese orden se determinó conveniente realizar la ortorrectificación de las imágenes satelitales a fin de obtener una base fiable sobre la cual trazar la línea de costa. La extracción de la línea de costa se puede realizar por digitalización directa de la costa.

En orden a la escala del presente estudio, se estimó conveniente la digitalización de la línea de costa, por lo cual se implementó al igual que Brocal, López y Pardo (2001) en su estudio de cambios de la línea de costa del Litoral Valenciano, donde hicieron al igual que en el presente trabajo, una valoración de la evolución de la costa con respecto a la intervención antrópica representada en obras de protección y otras obras de infraestructura costera.

La aplicación del criterio de la línea de más alta marea -HWL- para la determinación y trazado de la línea de costa ha sido empleada en forma satisfactoria por Quevedo y Hernández-Calvento (2014) en su estudio de evolución reciente de la línea de costa en un sistema de playas-dunas deficitario en Masamplonas (Islas Canarias).

El análisis geoestadístico ejecutable con la extensión Digital Shore Analysis System -DSAS- ha sido implementado en numerosos estudios y a diversas escalas. A nivel regional, fue utilizado exitosamente por Ojeda, Díaz, Prieto y Álvarez (2013) para evaluar la costa de Andalucía (España), y en Colombia se incorporó al estudio de erosión litoral en el Departamento de Córdoba desarrollado por Hoyos et al. (2006).

En escala local también se han realizado varios trabajos con DSAS, como el estudio en la zona de las Cuevas de Alzamora (España) realizado por Espinosa y Rodríguez (2009), o en la bahía del Paita (Perú) desarrollado por Rondón (2011). Dada su utilidad en los estudios citados, se reconoce la viabilidad y eficacia de la extensión, y los diferentes parámetros que ésta permite obtener.

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Con el fin de complementar este análisis, se recurrió a otro indicador significante: la superficie de costa desplazada, con un procedimiento similar al implementado por Torres et al. (2010) en su estudio de la costa de Campeche, en el Golfo de México. Este indicador se estima adecuado para incorporar información a productos finales como los mapas generados en el presente trabajo.

3.2 Caracterización del área de estudio La Bahía de Santa Marta se ubica en la Costa Caribe Colombiana, entre las coordenadas 11°13’00” N y 11°12’30” N, y 74°12’30” W y 74°14’30” W. De acuerdo con Ramírez (1983) su área superficial es aproximadamente de 5.0 km² con profundidad promedio de 20 m y máxima de 60 m. Su conformación es abierta y su línea costera limitada al norte y sur por formaciones rocosas y en su parte central predomina una playa arenosa.

La figura 9 ilustra el área general, y el área específica de estudio (recuadro amarillo) del presente trabajo.

Área general de Santa Marta

COLOMBIA

Figura 9 Área general de Santa Marta y área de estudio. Localización de Santa Marta en Colombia.

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3.2.1 Geología y geomorfología Santa Marta se encuentra en una zona de interacción de tres placas tectónicas: Nazca, Caribe y suramericana. El desplazamiento de esas placas genera procesos de compresión-acreción y cizallamiento. La placa de Nazca se subduce bajo la placa suramericana. Algunos autores como Taboada, et al. (2000) proponen que la placa Caribe -de afinidad oceánica- subduce en ángulo muy bajo a la placa suramericana; no obstante Cediel, Shaw y Cáceres (2003) afirman que entre estas dos placas se presenta sobre cabalgamiento forzado. La figura 10 (página siguiente) ilustra las características sismo tectónicas en las costas colombianas:

Figura 10 Interacción de placas tectónicas en la Costa Caribe Colombiana (Trenkamp, Kellog, Freymueller y Mora., 2002)

La Sierra Nevada de Santa Marta es considerada el macizo montañoso más alto de la tierra que se eleva directamente sobre el nivel del mar; presenta un sistema de fallas que definen tres provincias geotectónicas diferentes en litología y edad. De occidente a oriente son: Santa Marta, Sevilla y Sierra Nevada. Las dos primeras

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separadas estructuralmente por el sistema de fallas de Guachaca y las dos últimas por el lineamiento de Sevilla. Geomorfológicamente, la franja litoral de la región se encuentra caracterizada por diferentes geoformas: costas con rocas no cohesivas, cohesivas, costas lodosas, sistemas deltaicos, costa urbanizada, playas y otros depósitos arenosos.

Las costas urbanizadas son producto de la acción antrópica. Conformadas por ciudades y pequeñas poblaciones que han crecido sobre la franja litoral, donde el uso natural de la tierra y sus geoformas originales se han alterado para dar paso al crecimiento urbano, infraestructura de servicios portuarios, vías carreteables y obras de protección costera. “La Bahía de Santa Marta se enmarca en una costa de tipología urbanizada. Inicialmente se constituía por un valle aluvial, cuyos drenajes (canales aluviales y otras geoformas) fueron modificadas y urbanizadas” (Posada y Henao, 2008, p. 32). A pesar de estar cobijada por un islote rocoso -El Morro-, y por su configuración somera que ofrecen protección ante procesos marinos, la ocupación de las playas ha obligado la construcción de obras de protección (espolones, muros y malecones) contra los procesos erosivos. La figura 11 es una fotografía aérea de la Bahía de Santa Marta, ejemplo de costa urbanizada y área específica de interés para el presente estudio.

Figura 11 Aspecto de la Bahía de Santa Marta, Colombia. (Mayorga, 2012)

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3.2.2 Clima La climatología del Caribe colombiano es función de la variación espacio temporal del viento, precipitaciones, el desplazamiento norte-sur de la Zona de Convergencia Intertropical -ZCIT- (Pujos, Pagliardin, Steer, Vernette, y Weber, 1986) y de la llegada del sistema del monzón americano a los trópicos (Zambrano y Andrade, 2011). Debido a la estacionalidad de la posición de la ZCIT y el régimen de vientos, se presentan cuatro épocas bien diferenciadas, estando Santa Marta dentro de este patrón (tabla 1): Tabla 1 Épocas climáticas, Santa Marta, Colombia Estación

Lapso anual

Características

Seca mayor

Diciembre – abril

Influenciada por vientos Alisios

Húmeda menor

Mayo – junio

Debilitamiento de los vientos

Seca menor

Julio-Agosto

Leve incremento de velocidad del viento

Húmeda mayor

Septiembre-Noviembre

Mayores precipitaciones

La figura 12 ilustra la climatología específica para la ciudad de Santa Marta con los principales parámetros meteorológicos de acuerdo con los registros multianuales obtenidos por el Centro de Investigaciones Oceanográficas e Hidrográficas del Caribe de la Armada Nacional de Colombia (CIOH).

Figura 12 Promedios multianuales de los principales parámetros meteorológicos, Santa Marta, Colombia. (CIOH, 2010)

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El CIOH (2010) determina que al igual que la mayoría de las ciudades sobre el Caribe colombiano, el régimen de vientos sobre la ciudad de Santa Marta está determinado por las oscilaciones del sistema de alta presión de las Azores y las fluctuaciones de la Zona de Convergencia Intertropical.

Para el mes de diciembre hasta el mes de abril (época seca) se presenta un descenso a latitudes medias del sistema de alta presión de Azores, lo cual incrementa la intensidad de los vientos de manera significativa observándose que los promedios de velocidad para estos primeros meses se encuentran por encima del promedio multianual. Durante los meses siguientes se observa un descenso en los promedios mensuales, registrándose las intensidades más bajas en el mes de noviembre. La figura 13 ilustra la magnitud de la velocidad del viento en el área de estudio:

Figura 13 Velocidad media del viento en Santa Marta, Colombia. (CIOH, 2010)

Estudios previos como la caracterización hecha por Arévalo y Franco (2008) reportan un promedio de 2.4 ± 2.6 ms ̄¹ con ráfagas ocasionales de 4.5 ms ̄¹ producidas por influencia de los vientos Alisios en la bahía. La dirección predominante abarca desde el 223 ± 59.5° orientaciones NE -SW que dan lugar a corrientes de surgencia.

3.2.3 Oceanografía “La dirección, periodo y la altura del oleaje en el Caribe colombiano están directamente relacionados con el patrón de los vientos” (Mesa, 2009, p. 2). Según Thomas, Nicolae-Lerma y Posada (2012), utilizando datos de modelos WaveWatch III (1992-2011) para la el área de Santa Marta, las olas de mayor frecuencia se presentan

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entre los meses de diciembre a marzo (periodo seco), con una altura significativa de la ola (Hs) de 1.6 y 2.0 m y dirección predominante de NE; mientras que abril hasta julio (periodo de lluvioso menor y seco menor), la Hs presenta una disminución y las olas de mayor frecuencia se encuentran entre 1.4 y 1.8 m con una componente NE y los meses de agosto hasta noviembre (periodo de lluvias) la Hs disminuye, con olas de mayor frecuencia de 0.8 y 1.2 m y con un dominio de la componente SW (figura 14).

Los resultados encontrados del comportamiento del Hs para las zonas de estudios, presentaron la misma conducta descrita por Mesa (2009) para todo el Caribe colombiano, en cuanto a la variación estacional de la Hs.

Figura 14 Espectro direccional de oleaje en Santa Marta. a) diciembre-marzo, b) abril-julio, c) agosto-noviembre.

Thomas et al. (2012)

De acuerdo con el INVEMAR (2014a) la zona norte de la Bahía de Santa Marta exhibe una fuerte influencia de la surgencia costera en marzo de 2014 (figura 15-a, página siguiente), con registros de bajas temperaturas y altas salinidades como consecuencia del afloramiento de agua subsuperficial y de fondo. Los meses de mayo y junio presentaron un incremento en la temperatura y desaparecieron las isolíneas de 24 y 25°C, características del mes de marzo. En el mes de octubre de 2014, las temperaturas aumentaron y la zona estuvo dominada por valores superiores a los 28°C, encontrando los mayores valores en superficie en el área de estudio (figura 15b). El área de estudio de la presente tesis se encuentra resaltada en el recuadro rojo.

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Figura 15 Dirección de las corrientes en el área general de Santa Marta - Ciénaga (Colombia), durante a) marzo, b) mayo y c) octubre de 2014. (INVEMAR, 2014a).

INVEMAR (2014a) también reporta que las corrientes a 5 m para algunas estaciones del sector durante los meses de marzo (figura 15-a), mayo (figura 15-b) y octubre de 2014 (figura 15-c) no superaron los 0.2 m/s siendo ligeramente mayores en el mes de mayo. Las menores corrientes se registraron en la bahía de Santa Marta, esto debido a que es una zona abrigada.

Con respecto a la dirección, en los tres muestreos se registraron corrientes hacia el norte, con excepción de las estaciones ubicadas en las bahías Taganga y Santa Marta. Para la bahía de Taganga y en todos los monitoreos, las corrientes medidas tuvieron dirección hacia el sur, comportamiento que presentó la bahía de Santa Marta solamente en marzo. En este punto se debe tener en cuenta que, debido a su forma cóncava, las bahías generan procesos de difracción, cambiando la dirección de las corrientes que predominan fuera de ellas.

Durante mayo y octubre, las corrientes en la bahía de Santa Marta tuvieron dirección noroeste, indicando flujo hacia afuera de la bahía.

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En cuanto a mareas, de acuerdo con Kjerfve (1981), se tiene que el Mar Caribe presenta un rango de marea entre 0.1 y 0.2 m, constituyendo un régimen micro mareal, que por su variación mínima se estima despreciable ante la dinámica impuesta por condiciones oceanográficas y meteorológicas sinópticas de orden local. La figura 16 ilustra el comportamiento típico del nivel del Mar Caribe en la costa colombiana, se aprecia el rango de marea pre citado:

Figura 16 Nivel del mar Caribe (CIOH, 2017)

3.2.4 Amenazas naturales Para el área de estudio se han evaluado las siguientes amenazas:

3.2.4.1 Amenaza sísmica De acuerdo con estudios previos, como el desarrollado por INVEMAR (2014b) la sismicidad en el área de Santa Marta está clasificada como baja a intermedia.

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3.2.4.2 Inestabilidad de terrenos La inestabilidad de terrenos es relaciona con zonas susceptibles a fenómenos de remoción masiva: deslizamientos, avalanchas, derrumbes, reptación de terrenos, solifluxión, y a zonas potencial o directamente afectadas por erosión, donde intervienen el agua y el viento y que puede ser acelerada por la influencia antrópica.

En el área de estudio estos procesos de erosión se aprecian en las desembocaduras de los dos aportes fluviales: ríos Manzanares y Gaira, y se incrementan con la precipitación.

3.2.4.3 Avalanchas e inundaciones Ocasionalmente, y de forma posterior a fenómenos de remoción en masa, en la parte media de las cuencas se dan movimientos de tierras en épocas de alta precipitación, que ocasionan desbordamiento de los ríos y consecuentemente avalanchas e inundaciones.

De acuerdo con el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales de Colombia (IDEAM , 2000) en Santa Marta han ocurrido desbordamientos históricos de los ríos Gaira y Manzanares con pérdidas económicas por afectación a la infraestructura y áreas residenciales. Eventualmente se presentan inundaciones por entrada de agua de mar que no registran daños mayores.

3.2.4.4 Eventos meteorológicos extremos Dentro de los eventos extremos más frecuentes que afectan el Caribe colombiano se encuentran las tormentas tropicales, los huracanes, ciclones tropicales, frentes fríos y mares de leva. La temporada de huracanes abarca desde junio hasta noviembre, siendo septiembre y octubre los meses más activos (Ortíz, 2007).

En el departamento del Magdalena, de acuerdo con Leyva y González (1999), desde principio del siglo pasado se han presentado un total de 7 tormentas y 9 huracanes. Específicamente, la tormenta tropical Bret en 1993 provocó un colapso en la Sierra Nevada de Santa Marta, la cual produjo un aumento en las precipitaciones del

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lugar; mientras que el huracán César en 1996 produjo lluvias torrenciales que inundaron algunos barrios.

De otro lado, los frentes fríos, llamados también frentes atmosféricos o frentes polares -formados por la colisión de una masa de aíre frio y una masa de aire calienteproducen lluvias torrenciales, provocando inundaciones y deslizamiento de tierra.

En una zona costera cercana al área del presente estudio, Ortíz, Otero, Restrepo, Ruiz y Cadena (2013) analizaron los datos históricos desde 1996 a 2012 de una boya virtual, localizada a los 11 °N y 75 °W. Con sus datos encontraron que en total un promedio de seis frentes fríos ocurre anualmente en el área, pero en el año 2010 se presentaron un total de 20 frentes fríos y un mínimo de tres en el año 2007. El alto número de frentes fríos registrados para el 2010, coincide con la fase cálida transitoria de ENSO entre los meses de mayo 2009 y marzo 2010 y una fase fría observada entre abril 2010 y abril 2011.

3.2.4.5 Amenaza por erosión costera La erosión costera se produce por fenómenos naturales como mareas, fuerte oleaje, tormentas tropicales, huracanes, tempestades, mar de leva, aumentos relativos del nivel del mar, fuertes vientos y actividades antrópicas que generan probablemente el incremento en la tasa de erosión que se manifiesta desde hace poco más de 30 años (Posada y Henao, 2008).

En general, el borde costero evidencia mayor erosión en las zonas donde ha intervenido el hombre, ya que éste potencia los efectos de los procesos tanto marinos como terrestres.

3.3 Fuentes primarias de información Como insumos primarios de información se utilizaron cuatro imágenes satelitales de alta resolución del área de estudio, cuyas características se encuentran relacionadas e ilustradas en la tabla 2 y la figura 17 (figura en la siguiente página).

45 Tabla 2 Inventario de imágenes satélite empleadas

Plataforma

Fecha de captura Año Mes Día 2002 08 13

Hora de captura

Banda

Quickbird 2

Resolución (cm) 60

15:30:42.903125Z

Multiespectral

Quickbird 2

60

2007

08

01

15:48:46.246796Z

Multiespectral

Worldview I

50

2010

12

29

15:45:54.010046Z

Pancromática

GeoEye I

50

2016

01

20

15:35:52.685268Z

Multiespectral

QB 2002/08/13

WV 2010/12/29

QB 2007/08/01

GE 2016/01/20

Figura 17 Vistas rápidas de las imágenes utilizadas para análisis

46

3.4 Ajuste espacial Dado que las imágenes satelitales usadas como fuentes primarias tienen diferente resolución espacial, vienen referenciadas en sistema de coordenadas geográficas con datum WGS84 -World Geodetic System 1984- y solo cuentan con un pre procesamiento de corrección geométrica (todas son productos orthoready), fue necesario hacer someterlas a unos tratamientos para minimizar inconsistencias en su análisis 1: es por ello que fue necesario hacer un remuestreo, proyectarlas en un sistema de coordenadas adecuado para el área de estudio, y finalmente el proceso de ortorrectificación.

3.4.1 Remuestreo (resampling) Remuestrear consiste en cambiar la resolución espacial de un dataset ráster y establecer reglas para agregar o interpolar valores en los nuevos tamaños de píxel (Esri, 2016a). La figura 18 presenta de manera ilustrativa cómo funciona el algoritmo ejecutado con la herramienta de remuestreo de ArcGIS:

Figura 18 Remuestreo. La figura ilustra el cambio de mayor a menor resolución espacial. (Esri, 2016a)

Para todos los efectos de ajuste de las imágenes, y los análisis realizados se utilizó el software ArcGIS for Desktop versión 10.3.

1

47

Si bien ArcGIS hace un remuestreo en forma automática cuando se activan herramientas de análisis espacial, se procedió a realizar el remuestreo con la herramienta respectiva antes de la fase de análisis. Se estimó conveniente normalizar la resolución de todas las imágenes a 0.6 m por ser la más gruesa, siendo igualmente una resolución adecuada de acuerdo con la extensión del área de estudio y la precisión deseada en el análisis subsiguiente. El algoritmo de interpolación fue dispuesto por defecto: nearest neighbor (vecino más cercano).

3.4.2 Reproyección Las imágenes vienen referenciadas en sistema de coordenadas geográficas con datum WGS84. Dado que es un datum de orden global, y el área de estudio es de extensión local, se determinó conveniente reproyectar las imágenes en un sistema de coordenadas planas y con un datum que ofrezca mayor precisión.

Para ello todas las imágenes se sometieron a este proceso con la herramienta correspondiente en ArcGIS asignando en todos los casos el sistema MAGNA SIRGAS, que conforme lo expuesto por el Instituto Geográfico Agustín Codazzi (IGAC, 2004) es un marco geocéntrico y preciso cuyo desarrollo se ha definido con modelos físicomatemáticos y técnicas de medición más avanzados del mundo.

3.4.3 Ortorrectificación Todas las imágenes cuentan con un pre procesamiento de corrección (producto orthoready), trayendo consigo un set de archivos RPC (coeficientes polinómicos racionales). Se procedió a completar el proceso de ortorrectificación dentro del módulo de análisis espacial de ArcGIS. Por no disponer de un modelo digital de elevación -DEM- de la zona de estudio con la misma resolución espacial de las imágenes originales, y al tratarse de un escenario costero con mínima elevación sobre el nivel del mar, se procedió a ejecutar la herramienta con la elevación promedio que el programa ofrece por defecto.

48

Finalmente, se verificó el correcto ajuste espacial entre las imágenes con base en las coordenadas de puntos de referencia en tierra suministrados por personal de la Facultad de Oceanografía Física de la Escuela Naval Almirante Padilla. El error cuadrático medio obtenido fue en todos los casos menor a 1 pixel. De este modo se obtuvieron cuatro ortofotomapas en coordenadas planas, ajustados espacialmente y dispuestos para digitalizar la línea de costa.

3.5 Fotointerpretación y extracción de la línea de costa Dada la dinámica de las zonas costeras, el estudio de su evolución en el tiempo exige determinar con exactitud la posición de la línea de orilla. La definición de línea de costa más sencilla según Boak y Turner (2005) es la intersección entre agua, tierra y aire, pero esta definición es insuficiente para calcular tasas de erosión o acreción. Así, dado que la línea de costa es dinámica en el tiempo se establecen varios criterios para determinar su posición, por ejemplo, la línea de más alta marea -HWL- o el límite de vegetación permanente.

3.5.1 Criterio de definición de la línea de costa Estudios previos, como el realizado por Dolan, Hayden y Heywood (1978) muestran la eficacia del trazado de la línea de costa partiendo de la definición de HWL como el límite entre la arena húmeda y seca, interpretándola como la línea definida por la diferencia de coloración que marca el retroceso de la marea (la línea de última marea alta), considerándola un indicador estable -más que el límite superior instantáneo, donde rompen las olas-. Por otra parte, Ojeda et al. (2013) establecen criterios para el trazado de la costa en las zonas con acantilados, infraestructura costera, y en el caso de las playas proponen igualmente el criterio del límite exterior de la playa seca (backshore), definida por la última marca húmeda de la marea sobre el perfil de playa.

La resolución espacial de las cuatro imágenes de estudio, y las bandas espectrales disponibles permiten hacer las combinaciones, examinar y precisar la interfase entre la arena seca y húmeda de las playas; por lo tanto, con estas

49

características y con las referencias metodológicas previas, se procedió a determinar la línea de costa con el criterio de línea de más alta marea.

3.5.2 Discriminación de HWL respecto a mareas Como se ha definido previamente, el rango de mareas en el área de estudio oscila entre los 0.1 y 0.2 m, constituyendo un rango micro mareal. Análisis previos como el realizado por Espinosa y Rodríguez (2009) establecen que el error implícito por el cambio del nivel del mar en cuencas micro mareales es despreciable. No obstante, con el fin de minimizar factores de error, y obtener información de alta precisión, se procedió a verificar el comportamiento de la marea en las cuatro escenas, teniendo en cuanta las fechas y horas de captura respectivas.

Los pronósticos de pleamares y bajamares registrados por el IDEAM (2017) para la zona de estudio indican que en ninguno de los cuatro escenarios la marea se encontraba en su punto más alto, con lo cual se despeja la posibilidad de error al discriminar la línea de HWL, ya que en todos los casos la última marca húmeda de la marea en el perfil de las playas quedó expuesta al sensor remoto.

3.5.3 Digitalización de la línea de costa Determinado el criterio para definir la línea de costa, y habiendo descartado imprecisiones por efecto de las mareas en el área de estudio, se realizó la digitalización de la línea de HWL en cada una de las cuatro escenas. Para este efecto se utilizó el panel de creación de entidades (create features) en el módulo de Edición en ArcGIS 10.3. Se trazaron polilíneas (polylines) sobre la línea HWL visible en cada caso, caracterizando así la línea de costa correspondiente en cada escena.

Con el fin de minimizar errores por interpretación y subjetividad, la digitalización de todas las líneas de costa fue realizada de manera exclusiva por el suscrito estudiante, y todas se realizaron a la misma escala para garantizar coherencia geométrica en los trazos.

50

La figura 19 ilustra el trazado digital de la línea de costa según el criterio HWL sobre el ortofotomapa obtenido a partir de la imagen pancromática correspondiente al año 2010 en la que se aprecia el límite entre la playa seca y la húmeda.

Figura 19 Trazado de línea de costa ejecutado según criterio HWL

Para normalizar los criterios de digitalización, se establecieron tres tipos principales de costa: estructuras artificiales, costa rocosa y costa arenosa para las cuales se definieron criterios de trazado generales, los cuales se ilustran en la tabla 3 (siguiente página).

51 Tabla 3 Tipología de costa para definición de criterios de digitalización de línea de costa

Tipología

Descripción

Criterio de trazado

Infraestructura costera

Obras de ingeniería costera:

Las obras de ingeniería costera en la zona de estudio no afectan el recorrido de la marea, por lo tanto, el trazado se continúa omitiendo estas estructuras.

•

Muelles

•

Marinas

•

Obras de protección costera (espolones)

Obras urbanas: • Costa rocosa

Costa arenosa

Muros perimetrales

Sustrato rocoso •

Acantilados

•

Escarpes rocosos

•

Playas de cantos

Sustrato arenoso (playas)

Se digitalizan polígonos específicos para cada obra siguiendo su contorno, al margen de las líneas de costa, con el fin de tenerlos como referencia para estimaciones dentro del estudio.

La línea discurre a lo largo del contorno externo de la obra En los acantilados con pendiente pronunciada (verticalidad) el trazado se realizará siguiendo la línea de agua.

En playas rocosas se sigue la línea de marea más alta.

Se sigue la línea de marea más alta, marcada por la transición entre arena húmeda y seca.

3.6 Identificación de infraestructura costera El presente estudio tiene por objeto determinar la evolución de la línea de costa en la Bahía de Santa Marta en función de la afectación que puede generar la intervención antrópica en esta área; por lo tanto, se incorporan a la serie de tiempo los hitos de infraestructura costera inmersas en el área de estudio para inferencia, con el fin de confirmar o desvirtuar si estas obras generan impacto en la dinámica costera.

Las obras se encuentran relacionadas en la tabla 4, e identificadas visualmente en la figura 20 (siguiente página).

52 Tabla 4 Infraestructura costera en el área de estudio No.

Nombre

Descripción

Posición (UTM)

Fecha construcción

1

Droin

Espolón

585,164.889 - 1,243,166.431

Lapso 2002 – 2007

2

Droin 2

Espolón 2

584,910.195 - 1,242,707.593

Lapso 2007 – 2010

3

Marina

Marina de yates IGY

585,164.889 - 1,243,166.431

Lapso 207 – 2010

4

Pier

Muelle Guardacostas

584,615.386 - 1,242,407.063

Previo a 2002

Espolón (Droin)

Marina de yates IGY Figura 20 Infraestructura costera en el área de estudio

Espolón 2 (Droin 2)

Muelle Estación Guardacostas

53

3.7 Fuentes secundarias de información Las fuentes secundarias de información corresponden con la primera salida / resultado del presente trabajo: la cobertura vectorial que contiene las líneas de costa históricas determinadas para los años 2002, 2007, 2010 y 2016. La figura 21 ilustra la infraestructura y un sector del área de estudio contiguo a la Marina Internacional de Yates (a) y la construcción de la cobertura de líneas de costa históricas en dicho sector (b): a

b

Figura 21. Ilustración del proceso de extracción (a) y construcción (b) de las líneas de costa históricas

54

Las líneas de costa históricas se han definido como fuentes secundarias, dado que son un producto derivado del análisis de las fuentes primarias que son las imágenes remotas, y son a su vez la base de análisis para determinar la dinámica de la costa en el área y serie de tiempo de estudio. La figura 22 ilustra la cobertura completa en toda el área de estudio.

Figura 22 Visualización general de líneas de costa históricas, Bahía de Santa Marta, Colombia.

3.8 Análisis de evolución de la línea de costa Las coberturas vectoriales, designadas “Línea de costa” se almacenaron en una geodatabase junto con las entidades (polígonos) correspondientes con los hitos de infraestructura. Adicionalmente, y como preparativo para la ejecución de la extensión DSAS (Digital Shoreline Analysis System) se generó una cobertura vectorial designada como línea base (baseline) paralela y desplazada 50 metros de la línea de costa más antigua (la que corresponde al año 2002) hacia el continente.

55

Se implementaron los procedimientos para obtener dos indicadores: uno con el fin de evaluar el movimiento lineal neto de la costa, y otro para estimar la superficie de costa ganada/perdida de acuerdo con la evolución de la línea de costa en la serie de tiempo.

3.8.1 Movimiento lineal neto de costa -NSMEl indicador estadístico de movimiento neto de la costa -NSM por sus siglas en inglés- representa la distancia total entre dos líneas de costa. Las áreas que experimentan erosión de la línea costa asumen valores negativos de NSM, y las áreas de acreción tienen valores positivos. La figura 23 ilustra el concepto de NSM:

Figura 23 Ejemplo de movimiento neto de costa (Himmelstoss, 2009)

El procedimiento para calcular este indicador se llevó a cabo con la extensión DSAS versión 4.3 4730. DSAS (Digital Shoreline Analysis System) es un software informático abierto que permite calcular estadísticas de la tasa de cambio de múltiples posiciones históricas de la costa que residen en un SIG. También es útil para calcular velocidades de cambio para casi cualquier otro problema de cambio de frontera que incorpora una posición de característica claramente identificada en momentos discretos. Esta versión fue escrita en lenguaje en VB.NET utilizando la ArcObjects Object Library para ArcGIS. Actualmente está disponible en el portal web del United States Geological Survey -USGS-.

56

Luego del trazado de las cuatro líneas de costa, por medio de DSAS v 4.3. 4730 se generaron transectos perpendiculares a la línea base ubicados cada 25 m, para un total de 208 a lo largo de la franja de costa de estudio cuya longitud es de 5,209 m.

La figura 24 ilustra una vista parcial del área de estudio, en la cual se hayan trazadas las líneas de costa históricas de 2002, 2007, 2010 y 2016, con la salida producto de la ejecución del complemento DSAS v 4.3 que son los transectos generados:

Figura 24 Vista parcial de los trazados de línea de costa y transectos generados con la extensión DSAS v 4.3.

3.8.2 Superficie de costa desplazada Además del movimiento neto lineal de la costa, se procedió a calcular las áreas de playa modificadas en el tiempo, lo cual se determinó a partir de la diferencia

57

simétrica entre parejas de coberturas de línea de costa. La figura 25 ilustra el concepto genérico de diferencia simétrica que se puede calcular en ArcGIS 10.3.

Figura 25 Ilustración genérica de diferencia simétrica entre entidades vectoriales (Esri, 2016b)

La diferencia simétrica entre dos líneas de costa resulta en un conjunto de polígonos que representan las superficies desplazadas entre estas líneas. Tomando como referencia con la información obtenida mediante los valores de NSM, y haciendo análisis visual de las ortofotos base, se identificó qué superficies tuvieron desplazamiento positivo y cuáles tuvieron desplazamiento negativo, caracterizando así las áreas de acreción y de erosión respectivamente.

La figura 26 (siguiente página) ilustra el resultado del operador de diferencia simétrica ejecutado, y se puede apreciar así cuál ha sido la superficie desplazada entre dos líneas de costa históricas: en este ejemplo se visualiza un sector de la costa, las líneas históricas de los años 2010 y 2016, y el polígono de diferencia simétrica entre ambas.

58

Figura 26 Diferencia simétrica entre líneas de costa, ejemplo para la evolución de costa 2010-2016.

3.8.3. Segmentación (clustering) de la serie de tiempo de estudio Para ambos indicadores, NSM y superficie de costa desplazada, los datos de salida se organizaron en tres clústeres, con el fin de determinar los cambios en la línea de costa en la serie de tiempo, así: Clúster

Lapso

1

2002 – 2007

2

2007 – 2010

3

2010 – 2016

59

4. Resultados 4.1 Movimiento lineal neto de costa -NSM4.1.1. Clúster 1 La salida del complemento DSAS v 4.3 ejecutado para evaluar el desplazamiento entre las líneas de costa del 2002 y 2007 (ilustrada a continuación en el Mapa 1) consiste en una nueva capa con los transectos generados, y una tabla de atributos con sus respectivos valores de desplazamiento -NSM-. Para efectos de visualización y análisis, se procedió a realizar un ajuste en la escala cromática de la cobertura de transectos identificando con color rojo aquellos transectos con valores de NSM negativos y en color azul los que registran valores de NSM positivos.

Mapa 1 Movimiento lineal neto de costa, Bahía de Santa Marta, 2002-2007. Se resaltan los sectores que registran mayor erosión (valores negativos extremos de NSM)

Una primera inspección visual permite ver que hay mayor cantidad de datos negativos, lo que sugiere predominancia de erosión en este clúster. La figura 27

60

muestra parcialmente la tabla de atributos generada tras la ejecución del complemento DSAS 4.3. Los valores de NSM total obtenidos se hallan resaltados.

Figura 27 Atributos de los transectos generados con el complemento DSAS 4,3

Se realizó análisis geo estadístico con el módulo de herramientas correspondiente en el ArcGIS. Se obtuvo un histograma que muestra una distribución de datos con asimetría negativa, que indica una mayor cantidad de datos a la izquierda de la media, es decir mayor cantidad de datos con valor negativo que positivo. De esta forma se confirma la primera evaluación visual y se confirma que hay mayor registro de erosión en este clúster. Adicionalmente, se obtuvieron los parámetros estadísticos para el atributo NSM descritos en la tabla 5: Tabla 5 Parámetros estadísticos para evaluación del parámetro NSM, Clúster 1

Parámetro

Valor

Unidad

Significado/interpretación

Count

208

Unidad

Número (cantidad) total de transectos

Min

-24.4

Metro (m)

Máxima distancia de retroceso de línea de costa (erosión)

Max

21.9

Metro (m)

Máxima distancia de avance de línea de costa (acreción)

Mean

-3.08

Metro (m)

Promedio de desplazamiento de línea de costa

Median

-1.93

Metro (m)

Mediana

El valor medio (mean) negativo indica que la tendencia en este clúster corresponde con procesos erosivos. La figura 28 ilustra los valores obtenidos en cada uno de los 208 transectos generados: se identifican los valores positivos en azul

61

(correspondientes con acreción sedimentaria) y negativos en rojo (correspondientes con erosión). Se verifica que predominan los valores negativos.

Movimiento lineal neto de costa - Bahía Santa Marta 2002 - 2007 30

NSM (metros)

20 10 0 -10 -20 1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85 91 97 103 109 115 121 127 133 139 145 151 157 163 169 175 181 187 193 199 205

-30

Transectos Figura 28 Movimiento lineal neto de costa, Clúster 1

De este modo, tanto de forma visual como con análisis estadístico, se confirma que en el clúster 1 el atributo/indicador NSM registra una mayor cantidad de datos negativos, correspondientes con retroceso de la línea de costa, por lo tanto, hubo una mayor tendencia de erosión.

4.1.2. Clúster 2 El mapa 2 (siguiente página) visualiza el trazado total de los transectos generados para este clúster, con sus respectivos valores de desplazamiento. Al igual que en el caso anterior, se designó una escala de color para identificar con rojo los transectos cuyos valores de NSM son negativos, y en azul aquellos con valores positivos. Por simple inspección se observa que hay mayor cantidad de datos negativos.

Al igual que en el análisis del primer clúster, en el mapa se incorporó un recuadro con la salida del análisis geo estadístico: en este caso el histograma también muestra una distribución de datos con asimetría negativa, coherente con la mayor cantidad de transectos con valor de NSM negativos. Los sectores de la costa donde se

62

ubican los transectos con valores negativos extremos corresponden con las playas de San Fernando y Playa Blanca.

Se observa que en este clúster ya está presente la infraestructura de la Marina Internacional de Yates de Santa Marta, en cuyas inmediaciones se identifican transectos con valores de NSM positivos.

Mapa 2 Movimiento lineal neto de costa, Bahía de Santa Marta, 2007-2010. Se resaltan los sectores que registran mayor erosión (valores negativos extremos de NSM)

Los valores obtenidos en los parámetros geo estadísticos evaluados para NSM se ilustran en la tabla 6 (siguiente página).

63 Tabla 6 Parámetros estadísticos para evaluación del parámetro NSM, Clúster 2

Parámetro

Valor

Unidad

Significado/interpretación

Count

208

Unidad

Número (cantidad) total de transectos

Min

-38.65

Metro (m)

Máxima distancia de retroceso de línea de costa (erosión)

Max

32.68

Metro (m)

Máxima distancia de avance de línea de costa (acreción)

Mean

-2.216

Metro (m)

Promedio de desplazamiento de línea de costa: en este clúster la tendencia es erosiva

Median

-0.72

Metro (m)

Mediana

En este clúster se observan valores máximos y mínimos de mayor magnitud: el retroceso máximo es de 38.65 m y el desplazamiento positivo es de 32.68 m, en ambos casos cerca de 10 m más que en el clúster 1, indicando una mayor dinámica de la línea de costa. Al igual que en el clúster anterior, se observa un valor medio negativo, indicando que hay también una tendencia a los procesos erosivos. La figura 29 muestra un incremento en la magnitud de NSM en sus valores máximos y mínimos, confirmando una mayor intensidad en la dinámica costera tanto en procesos erosivos como de acreción sedimentaria.

Movimiento lineal neto de costa - Bahía Santa Marta 2007 - 2010 NSM (metros)

40 20 0 -20 -40 1 8 15 22 29 36 43 50 57 64 71 78 85 92 99 106 113 120 127 134 141 148 155 162 169 176 183 190 197 204

-60

Transectos Figura 29 Movimiento lineal neto de costa, Clúster 2

4.1.3 Clúster 3 La salida generada para este clúster, (ilustrada en el Mapa 3) arroja un resultado contrario a los dos clústeres anteriores: en este caso se observan por simple

64

inspección más valores positivos para el atributo NSM, en los sectores que antes registraron valores negativos.

El histograma muestra una distribución de datos con asimetría positiva coherente con la mayor cantidad de transectos con valor de NSM positivos, indicando que en este clúster la dinámica costera tuvo mayor tendencia a la acreción sedimentaria.

Mapa 3 Movimiento lineal neto, Bahía de Santa Marta, 2010-2016

Los valores de los parámetros geo estadísticos del atributo NSM en este clúster se ilustran en la tabla 7 (siguiente página).

65 Tabla 7 Parámetros estadísticos para evaluación del parámetro NSM, Clúster 3

Parámetro

Valor

Unidad

Significado/interpretación

Count

208

Unidad

Número (cantidad) total de transectos

Min

-56.63

Metro (m)

Máxima distancia de retroceso de línea de costa (erosión)

Max

40.11

Metro (m)

Máxima distancia de avance de línea de costa (acreción)

Mean

1.79

Metro (m)

Promedio de desplazamiento de línea de costa: en este clúster la tendencia es erosiva

Median

0

Metro (m)

Mediana

El valor positivo de la media indica predominio del desplazamiento positivo de la línea de costa; los valores extremos en la serie de datos tienen un rango de magnitud similar al del clúster 2 pero con inversión en los valores: los transectos que registraron valores negativos (erosión) en los clústeres 1 y 2 ahora tienen valores positivos, correspondientes con acreción sedimentaria. Lo anterior se ilustra en la figura 30.

Movimiento lineal neto de costa - Bahía de Santa Marta 2010 - 2016 60

NSM (metros)

40 20 0 -20 -40 -60 1 8 15 22 29 36 43 50 57 64 71 78 85 92 99 106 113 120 127 134 141 148 155 162 169 176 183 190 197 204

-80

Transectos Figura 30 Movimiento lineal neto de costa, Clúster 3

66

4.2 Superficie de costa desplazada La extensión de las áreas de acreción y erosión fue determinada luego de ser creadas las entidades (polígonos) producto de la diferencia simétrica entre líneas de costa históricas: ArcGIS calcula en forma automática la longitud de su contorno, y su superficie.

4.2.1 Clúster 1 El ortofotomapa visualizado en el Mapa 4 ilustra las áreas desplazadas de mayor tamaño, teniendo que la mayor erosión se dio en el Malecón de la Bahía y el sector residencial El Prado. La acreción se evidencia al costado norte del Espolón (Droin) que fue construido después del 2002.

Mapa 4 Superficie de costa desplazada, Bahía de Santa Marta, 2002-2007, zonas de mayor afectación

En general se observa que hay áreas acrecidas y erosionadas, siendo mayor la cobertura de áreas erosionadas. Lo cual es coherente con la información arrojada mediante el indicador NSM para el mismo clúster.

67

4.2.2 Clúster 2 El Mapa 5 ilustra las áreas de mayor acreción, que se ubican en la desembocadura del Río Manzanares, y en inmediaciones a la Marina IGY:

Mapa 5 Superficie de costa desplazada, Bahía de Santa Marta, 2007-2010, zonas con mayor desplazamiento positivo (acreción)

El mapa 6 (siguiente página) ilustra las áreas de mayor erosión en este lapso, correspondientes con las playas de San Fernando, Playa Blanca y El Acuario, caracterizadas como zonas turísticas, de recreación y de subsistencia para las comunidades locales.

68

EL ACUARIO

Mapa 6 Superficie de costa desplazada, Bahía de Santa Marta, 2007-2010, zonas con mayor desplazamiento negativo (erosión)

El análisis realizado revela que continúa una tendencia de aumento del desplazamiento de la costa, tanto de erosión como por acreción. Sigue siendo mayor la cobertura de área erosionada, con una superficie total de 30,194 m² respecto al área acrecida cuya superficie es de 15,568 m². Este registro también es coherente con los resultados para el indicador NSM obtenidos en este clúster.

4.2.3 Clúster 3 Mediante inspección visual sobre los ortofotomapas correspondientes a los años 2010 y 2016 se tiene que las áreas que experimentaron erosión en el clúster 2 presentan ahora acreción sedimentaria. Igualmente, las áreas desplazadas por acreción en el clúster 2 registran ahora desplazamiento correspondiente con erosión: se comprueba mediante la comparación del Mapa 5 con respecto al 7, y del Mapa 6 con respecto al 8.

69

Mapa 7 Superficie de costa desplazada, Bahía de Santa Marta, 2010-2016, zonas con mayor desplazamiento negativo (erosión)

MARINA IGY

EL ACUARIO

Mapa 8 Superficie de costa desplazada, Bahía de Santa Marta, 2010-2016, zonas con mayor desplazamiento positivo (acreción)

70

4.2.4 Resumen de desplazamiento de superficie de costa Los datos espaciales obtenidos en este indicador se resumen en las siguientes tablas y gráficas. Con los datos resumidos en la tabla 8 se evidencia que entre los años 2002 y 2010 la dinámica de erosión tiene tendencia de aumento, seguidamente entre 2010 y 2016 se observa una marcada disminución: Tabla 8 Superficie de costa desplazada, Bahía de Santa Marta (cantidades expresadas en m²)

Proceso

1 20614.70 5396.18

Erosión Acreción

Clúster 2 30194.14 15568.05

3 17468.92 28753.98

Superficie desplazada (m²) 68277.78 49718.22

Por lo contrario, la acreción sedimentaria en el área de estudio mantiene una tendencia de aumento, evidente en los datos tabulados, representados en la figura 31.

Superficie de costa desplazada Bahía de Santa Marta

35000

METROS CUADRADOS

30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 Erosión Acreción

1

2 CLUSTERS

Figura 31 Superficie de costa desplazada, Bahía de Santa Marta (en metros cuadrados)

3

71

Con el fin de complementar este análisis se realizó un proceso de normalización, calculando la tasa anual de desplazamiento de superficie de costa, teniendo en cuenta que el clúster 2 comprende un lapso de tiempo menor que los clústeres 1 y 3. Los resultados se encuentran consignados en la tabla 9: Tabla 9 Tasa de desplazamiento de costa, Bahía de Santa Marta (expresada en m /año)

Proceso

1 4122.95 1079.23

Erosión Acreción

Clúster 2 10064.71 5189.35

3 3493.78 5750.79

Superficie desplazada (m²/año) 5689.81 4143.18

Los datos normalizados contenidos en la tabla 10 (siguiente página) se representan en la figura 32: hay coherencia entre los datos de desplazamiento total y la tasa de desplazamiento de superficie de costa: para las áreas erosionadas una marcada tendencia de aumento en el lapso 2007-2010 correspondiente, y una marcada disminución de 2010 a 2016.

Tasa anual de desplazamiento de costa Bahía de Santa Marta

METRO CUADRADO / AÑO

12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 Erosión Acreción

1

2

3

CLUSTERS

Figura 32 Tasa de desplazamiento de superficie de costa, Bahía de Santa Marta (en m² /año)

72

4.3 Análisis de indicadores espaciales respecto a la infraestructura costera Con el fin de confirmar o desvirtuar el impacto de las obras de infraestructura costera en la dinámica de la Bahía de Santa Marta, se cotejaron los datos resultantes de los indicadores NSM y Superficie de costa desplazada frente a las obras de infraestructura presentes en el área en cada clúster temporal. Las compilaciones de estos datos están consignadas en la tabla 10).

Tabla 10 Indicadores de evolución de la línea de costa en la Bahía de Santa Marta, e infraestructura costera presente

Indicador estadístico

Clúster

Parámetro/evento

1

2

3

Media

-3.08

-2.24

1.85

Tasa anual

128.31

153.34

74.83

Superficie de costa

Erosión

20614.70

30194.14

17468.92

desplazada

Acreción

5396.18

15568.05

28753.98

Tasa desplazamiento

Erosión

4122.94

10064.71

3493.78

superficie costa

Acreción

1079.23

5189.35

5750.79

Infraestructura costera presente

2

3

3

Descripción infraestructura

Pier

Pier

Pier

Droin

Droin 2

Droin 2

Marina

Marina

NSM

4.3.1 Clúster 1 En el clúster 1 el indicador NSM presenta un valor medio negativo, asociado a procesos de erosión. Este indicador es coherente con los datos de superficie de costa desplazada, que en este lapso muestra un valor de 20,614.7 metros cuadrados frente a solo 5,396 metros cuadrados de superficie acrecida. En este lapso se logra identificar dos obras de infraestructura costera: el muelle de la Estación de Guardacostas (Pier) y un espolón (Droin).

4.3.2 Clúster 2 Los datos obtenidos para el clúster 2 indican continuidad en la tendencia de procesos erosivos: un valor medio de NSM negativo, y una superficie de costa

73

desplazada por erosión de 30,194 metros cuadrados frente a solo 15,568 metros cuadrados de superficie acrecida. En cuanto a las tasas anuales, se observa que la tasa anual de NSM en el clúster 2 supera a la del clúster 1. La tasa anual de desplazamiento de superficie de costa erosionada aumentó por más del doble el valor registrado en el clúster anterior, y para el caso de la superficie de costa acrecida se tiene un aumento de casi cinco veces respecto al clúster 1. Esto indica un aumento drástico en la intensidad de la dinámica costera.

En este lapso se encuentra presente la Marina Internacional de Yates de Santa Marta, teniendo así tres obras de infraestructura edificadas en el área de estudio. Se podría asumir que sí hay una evidencia de impacto de la dinámica costera, ya que las tasas de erosión y de acreción en ambos indicadores aumentan en este clúster, sugiriendo una relación de proporción directa entre la cantidad de obras y el aumento de la magnitud de los valores de erosión y acreción.

4.3.3 Clúster 3 Se registra un cambio significativo en la dinámica en el área de estudio, representado en el cambio del valor medio del indicador NSM: teniendo valor positivo de 1.8 revela que la tendencia de los procesos costeros ha sido de acreción. El indicador de superficie de costa desplazada en este clúster igualmente muestra un cambio drástico respecto a los clústeres anteriores: con un valor de 28,754 metros cuadrados de superficie acrecida frente a 17,469 metros cuadrados de superficie de costa erosionada, confirmando mayor incidencia de acreción sedimentaria que erosión en este lapso.

Las tasas anuales revelan un proceso paulatino de estabilización de la dinámica costera: un valor anual de NSM de 74.8 respecto a los valores en los clústeres anteriores indican cambios en la línea de costa con menor intensidad. La tasa anual de desplazamiento de superficie de costa erosionada equivalente a 3,493.7 metros cuadrados/año respecto al clúster anterior revela una disminución significativa de la erosión: casi una tercera parte. La tasa anual de desplazamiento para el caso de la

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costa acrecida mantiene un orden de magnitud similar, lo cual indica estabilización en la dinámica de acreción en el último lapso analizado.

En este clúster se mantiene la misma cantidad de obras de infraestructura costera: un total de tres obras edificadas; lo anterior permite concluir que no hay evidencia de afectación por erosión en relación con la cantidad de obras construidas.

75

5. Discusión En numerosos estudios se ha implementado el sensoramiento remoto como base de análisis de la evolución costera frente a variables naturales e influencia antrópica. Se usaron recursos de información sobre los cuales se han extraído y procesado datos con relativa facilidad y bajos costos, y se generaron dos indicadores espaciales para dar solución a la problemática abordada: el desplazamiento neto de la costa -NSM- como resultado de un proceso analítico estadístico, y la superficie de costa desplazada que resulta conveniente para efectos de visualización, y creación de productos finales para la toma de decisiones.

La metodología desarrollada en el presente trabajo permitió el cumplimiento al objetivo propuesto: mediante análisis multi temporal de imágenes se pudo determinar con precisión la evolución de la línea de costa en el área de estudio, utilizando herramientas SIG, e insumos de información de fácil uso, acceso y tratamiento, manejados en modelos conceptuales sobre el funcionamiento de escenarios costeros.

El empleo de imágenes satelitales como insumo primario de información ha sido utilizado en numerosos estudios. En la misma área de interés, en el trabajo desarrollado por INVEMAR (2014b) en su estudio de Evolución reciente de la línea de costa entre Isla Salamanca y el Parque Nacional Natural Tayrona se emplearon imágenes Landsat adquiridas de forma gratuita, adecuadas por tratarse de un estudio de escala regional (un litoral de aproximadamente 200 Km de longitud, dentro del cual se asienta Santa Marta) y de mediano plazo en cuanto a escala temporal. En el presente estudio, la necesidad de precisar la evolución a nivel local implicó el uso de imágenes de sensores de alta resolución con un costo obviamente mayor a la adquisición de imágenes Landsat, pero notablemente más bajo que realizar campañas de levantamiento de información en campo y posterior procesamiento. Existen otras alternativas, como los productos LiDAR y aerofotografía, que son viables para realizar análisis a escala local. En la bahía de Paita (Perú), con similar extensión a la de la Bahía de Santa Marta, Rondón (2011) recurre a insumos cartográficos y de fotografía aérea.

No obstante, en Colombia no se cuenta con fotografías aéreas del área de estudio en la serie de tiempo adecuada para el presente estudio.

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Según lo planteado en el estudio desarrollado por Boak y Turner (2005), la extracción de la línea de costa se puede realizar con métodos de extracción automática mediante tratamiento digital de las imágenes, o por digitalización directa de la costa.

En orden a la escala del presente estudio, se estimó conveniente la digitalización de la línea de costa, por lo cual se implementó al igual que Brocal, et al. (2001), y Quevedo y Hernández-Calvento (2014), entre otros, basándose en el criterio HWL para su trazado.

De esta forma, y con una selección cuidadosa de las imágenes satelitales del área se consiguió realizar un trazado preciso de la línea de costa en cada imagen: 2002, 2007, 2010 y 2016. La fiabilidad del trazado dependió principalmente de la resolución submétrica de las imágenes, y del conocimiento previo del área de estudio.

La agrupación (clustering) de la información de línea de costa se implementó como base para la comparación de su evolución previa y posterior a la construcción de las obras de infraestructura que presuntamente han afectado la costa en la Bahía de Santa Marta, principalmente la Marina Internacional de Yates. Un estudio de seguimiento a la evolución costera más preciso idealmente podría ser realizado con imágenes en periodicidad anual, pero naturalmente implicaría mayores costos y filtros estadísticos.

El análisis geo estadístico ejecutable con la extensión DSAS ha sido implementado en numerosos estudios y a diversas escalas. A nivel regional, fue utilizado exitosamente por Ojeda et al. (2013) para evaluar la costa de Andalucía (España), estableciendo el uso de las Tecnologías de la Información Geográfica como elemento fundamental para el desarrollo de una metodología eficiente, que permite de manera eficaz la disponibilidad de una línea de costa en fácilmente actualizable, así como de comparables indicadores a escala detallada asociados a estas. En Colombia se incorporó al estudio de erosión litoral en el Departamento de Córdoba desarrollado por Hoyos et al. (2006), quienes encuentran la conveniencia de la aplicación DSAS en términos de obtención automática de erosión y acreción, adecuada para estudios en los litorales colombianos por su variación drástica en intervalos de tiempo cortos. En escala local también se han realizado varios trabajos con DSAS, como el estudio en la zona de las Cuevas de Alzamora (España) realizado por Espinosa y Rodríguez (2009), y en la bahía del Paita (Perú) desarrollado por Rondón (2011). Dada su utilidad en los

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estudios citados, se reconoce la viabilidad y eficacia de la extensión, y los diferentes parámetros que ésta permite obtener.

Con el fin de complementar este análisis, se recurrió a otro indicador significante: la superficie de costa desplazada, obtenida mediante un operador de diferencia simétrica entre las cuatro líneas de costa trazadas, siendo un procedimiento similar al implementado por Torres et al. (2010) en su estudio de la Costa de Campeche, en el Golfo de México. Este indicador se estima adecuado para incorporar información a productos finales como los mapas generados en el presente trabajo; los polígonos generados y superpuestos a las imágenes orto corregidas son de gran impacto visual y fácil interpretación, por lo que constituyen en insumos que pueden ser útiles para evaluación y toma de decisiones.

Como con resultado del análisis ejecutado, los valores obtenidos confirman que en el clúster 1 el atributo/indicador NSM registra una mayor cantidad de datos negativos, correspondientes con retroceso de la línea de costa, por lo tanto, hubo una mayor tendencia de erosión. En complemento, al determinar la superficie de costa desplazada, se observa mayor la cobertura de áreas erosionadas que acrecidas, encontrando coherencia entre ambos indicadores. En el clúster 2 se observan valores máximos y mínimos de mayor magnitud indicando una mayor dinámica de la línea de costa. Al igual que en el clúster anterior, se observa un valor medio negativo, indicando que hay también una tendencia a los procesos erosivos y la superficie de área desplazada presenta una mayor cobertura de área erosionada, respecto al área acrecida. En el clúster 3 el valor positivo de la media de NSM indica predominio del desplazamiento positivo de la línea de costa; los valores extremos en la serie de datos tienen un rango de magnitud similar al del clúster 2 pero con inversión en los valores: los transectos que registraron valores negativos (erosión) en los clústeres 1 y 2 ahora tienen valores positivos, correspondientes con acreción sedimentaria; en cuanto a superficie de costa desplazada, mediante inspección visual de los ortofotomapas correspondientes a los años 2010 y 2016 se tiene que las áreas que experimentaron erosión en el clúster 2 presentan ahora acreción sedimentaria. Igualmente, las áreas desplazadas por acreción en el clúster 2 registran ahora desplazamiento correspondiente con erosión, confirmando así una inversión en la dinámica costera

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que, siendo posterior a la construcción de la Marina Internacional de Yates, indica que esta obra no ha generado un mayor impacto de erosión en la Bahía de Santa Marta, y por lo contrario sugiere un proceso de estabilización de la costa.

79

6. Conclusiones En orden a los objetivos propuestos para el presente trabajo, y dados los resultados obtenidos, se tienen las siguientes conclusiones: Se extrajo la línea de costa histórica de la Bahía de Santa Marta (Colombia) en el lapso de comprendido de 2002 hasta 2016 mediante la explotación de imágenes remotas a través de un SIG, y se construyó una serie multi temporal para analizar su evolución igualmente a través de herramientas SIG. El análisis realizado en la serie multi temporal de líneas de costa permitió cuantificar su movimiento lineal neto -NSM-, y la superficie de costa desplazada en el lapso evaluado como indicadores para análisis y discusión: con los valores obtenidos para estos dos indicadores se pudo determinar cuándo y con qué magnitud se presentaron procesos de erosión costera y acreción sedimentaria.

Se cotejó la información arrojada por los indicadores de análisis frente a la construcción de la Marina Internacional de Santa Marta y otras obras de ingeniería costera en el área de estudio: inmediatamente después de construida la Marina (2010) se observó un incremento notable en la dinámica costera, representado en el desplazamiento de la línea de costa afectada tanto por procesos erosivos como por acreción. No obstante, se observa un proceso paulatino de estabilización, ya que, para el último lapso analizado, que finaliza en 2016 se registra una inversión en los procesos costeros, representado en el cambio de tendencia de erosión por acreción, habiéndose mantenido el mismo número de obras de protección e infraestructura costera. Esto sugiere que la Bahía de Santa Marta sí experimentó un cambio en la dinámica costera, si bien su impacto no corresponde con aumento de la erosión en la costa. De esta forma se desvirtúa la hipótesis de erosión a causa de la construcción de la Marina Internacional y otras obras de infraestructura costera.

Se concluye que el impacto de la construcción de las obras de infraestructura costera durante la serie de tiempo analizada ha sido positivo en términos de la dinámica costera: la evidente disminución en la erosión, la inversión de la dinámica hacia la acreción y la normalización de este último proceso sugieren que la costa de la Bahía de Santa Marta está experimentando una tendencia a la estabilización de las

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playas. Esta conclusión, derivada del presente estudio puede constituir un insumo de información y apoyo a la toma de decisiones en la resolución del problema de investigación descrito.

Recomendaciones Las anteriores conclusiones tienen aplicación en el contexto espacial y temporal descritos y analizados en el presente estudio. Como recomendación, se sugiere continuar monitoreando la evolución de la línea de costa en el tiempo, toda vez que se ha demostrado ser un indicador útil para evaluar el impacto de los procesos antrópicos.

Se estima oportuno, conveniente y fiable que el monitoreo de la evolución de la línea de costa se realice sobre imágenes remotas y se evalúe a través de SIG, toda vez que esta metodología representa una ventaja provechosa en términos de costo/beneficio y efectividad frente a prolongados trabajos de campo.

Igualmente, se anota que el presente estudio fue enfocado únicamente a la confirmación de la posibilidad de afectación de la dinámica marina respecto a la influencia antrópica representada en la construcción de obras de infraestructura costera. No obstante, es recomendable hacer la misma evaluación incorporando otras variables como son los fenómenos océano-atmosféricos habituales y extremos que se hayan podido presentar en el área y serie de tiempo de estudio, con el fin de hacer mayores precisiones y, por lo tanto, coadyuvar al mejoramiento en la toma de decisiones.

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