Playas. Observaciones a largo plazo de la topografía de la playa y la batimetría cercana a la costa
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- Category: El Musel
- Published on Sunday, 02 October 2022 07:09
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Un conjunto de datos a largo plazo y multisensor de levantamientos topo-batimétricos y controles ambientales complementarios
Hydrointernational
Por Stéphane Bertin , Francia Floc'h , Nicolas Le Dantec
• 30 de septiembre de 2022
Para comprender el cambio costero y anticipar cómo será nuestra costa futura, los científicos realizan estudios de campo regulares en forma de perfiles de playa y modelos digitales de elevación (DEM). Hasta ahora, los datos accesibles han sido escasos, en particular para la costa (la extensión submareal de la playa), donde es más difícil recopilar datos. Con una posición relativamente protegida, la playa de Porsmilin en Bretaña (Francia) ha sido escenario de numerosos levantamientos topo-batimétricos, y el conjunto de datos se ha puesto a disposición recientemente.
El programa de estudio de la playa de Porsmilin
El programa de estudio de la playa de Porsmilin fue lanzado en enero de 2003 por el Instituto Europeo de Estudios Marinos de la Universidad de Brest y continúa hoy en día en el marco del servicio de observación costera francés SNO-DYNALIT. Inicialmente consistió en levantamientos frecuentes (aproximadamente mensuales) de un perfil de la costa medido durante la marea baja.A partir de 2008, evolucionó para incorporar también DEM subaéreos y submareales recurrentes de alta resolución (0,5 m), que se obtuvieron utilizando una combinación de técnicas de teledetección y cuya cobertura espacial abarca las regiones de cambio morfológico significativo (Figura 1).
En 2019, después de 16 años del programa de encuestas Porsmilin, el conjunto de datos se renovó por completo y se proporcionó acceso sin restricciones a los datos completos y archivados. Esto permitió la incorporación de avances recientes en técnicas de validación y procesamiento geomórfico, proporcionando datos consistentes y bien documentados que otros pueden reutilizar fácilmente para sus análisis (Bertin et al., 2022a).
El conjunto de datos también se complementó con datos de olas y mareas que cubren el período de monitoreo, que fue proporcionado por organizaciones externas.
Figura 1: El programa de estudio de la playa en Porsmilin en Finistère (Bretaña, Francia) que muestra la cobertura máxima del estudio, la ubicación del perfil transversal central y la procedencia de los datos de olas y mareas. Las coordenadas geográficas están referenciadas a los sistemas legales franceses para esta región: RGF93-Lambert 93 horizontal y NGF-IGN69 vertical. La elevación cero (m-NGF) corresponde a aproximadamente 0,5 m por debajo del nivel medio del mar (MSL).
El sitio de campo en Porsmilin
Situada a la entrada de la bahía de Brest, Porsmilin es una playa angosta (200 m de largo), moderadamente dentada, macromareal (5,7 m de rango de marea primaveral promedio), anidada en la bahía más ancha de Bertheaume y orientada al sur-suroeste (Figura 1) . La playa de arena está restringida a ambos lados por acantilados y arrecifes de roca madre que se extienden mar adentro, proporcionando zonas estables para evaluar las mediciones topo-batimétricas.
La playa trasera está separada de un pantano de agua salobre por una pequeña duna costera.
El clima de olas es muy enérgico en esta parte del Océano Atlántico llamada Mar de Iroise (promedio de Hs ~2,0 m, estimado en 60 m de profundidad del agua usando la boya de olas de Pierres Noires). Sin embargo, debido a una plataforma continental prominente con numerosas islas y arrecifes que afectan la propagación de las olas, la exposición a las olas en la costa es muy heterogénea.
Las olas se reducen significativamente cuando llegan a Porsmilin (promedio Hs ~0,7 m, estimado en 15 m de profundidad del agua), que tiende hacia el estado de playa de terraza de marea baja de menor energía.
Se produjeron cambios significativos en la playa durante la duración del programa de seguimiento, siendo el más notable durante el invierno boreal de 2013-2014, que estuvo entre los más intensos desde al menos 1948 en la mayor parte de la costa atlántica europea.
De particular interés fue la erosión de la pequeña duna costera y el desbordamiento en enero de 2014, seguidos por el reperfilado y la consolidación del terraplén de la duna en una posición más hacia tierra.
Figura 2: (Izquierda) DEM a una resolución de 0,5 m superpuesto con contornos de elevación cada 1 m, obtenido mediante la fusión de datos topográficos y batimétricos validados recopilados en Porsmilin durante el período 2003-2019. (Derecha) Métodos topográficos utilizados para recolectar datos topográficos y batimétricos, modificados de Jaud et al. (2019).
Encuestas de campo y métodos de validación
La Figura 2 presenta los diferentes métodos de levantamiento utilizados para monitorear la evolución de la playa y la superficie de la costa. El programa de levantamiento hasta 2019 produjo 253 perfiles transversales centrales de la playa subaérea obtenidos utilizando RTK-GNSS (GPS), seis DEM GPS topográficos y 14 DEM topográficos. También se obtuvieron ortofotos usando imágenes de vehículos aéreos no tripulados (UAV) y fotogrametría de estructura de movimiento (SfM) más 43 DEM topográficos usando escaneo láser terrestre (TLS) y 24 DEM batimétricos obtenidos usando una ecosonda multihaz montada en un barco (MBES). Los levantamientos topográficos generalmente se cronometran para que coincidan con las mareas bajas de primavera y los levantamientos batimétricos se realizan durante las mareas altas de primavera, para optimizar la cobertura de la superficie y producir cierta superposición.
Con diferentes métodos de encuesta y personal variado, los datos iniciales fueron generalmente inconsistentes. Para permitir comparaciones entre encuestas y contribuir a homogeneizar la calidad final, la armonización de datos (Figura 3) consistió en volver a muestrear todos los perfiles y DEM a una resolución espacial fija (0,5 m) y filtrar las celdas DEM atípicas y llenar los vacíos utilizando métodos personalizados.
Figura 3: Flujo de trabajo para la preparación y armonización de datos.
Como paso final, se evaluó cuantitativamente la calidad de DEM, con las correcciones aplicadas a través del registro conjunto, utilizando verdades de terreno especialmente diseñadas de características invariantes (zonas estables identificadas mediante fotointerpretación y análisis de rugosidad).
La Figura 4 documenta la preparación de tal verdad de campo para evaluar el error vertical en levantamientos batimétricos.
La verdad del terreno se obtuvo mediante la fusión (promedio estándar) de encuestas DEM disponibles de forma iterativa para mejorar la calidad de la verdad del terreno.
La verdad batimétrica del terreno resultante contó con más de 130.000 elevaciones conocidas con una precisión vertical de celda de 0,07 m (determinada como una desviación estándar entre mediciones independientes, promediada sobre todas las celdas).
Este es un buen indicador de la precisión general del conjunto de datos, ya que caracteriza la capacidad de replicar mediciones de manera efectiva a lo largo del tiempo.
La comparación de DEM con la realidad del terreno permitió la provisión de estimaciones de error total para cada estudio y aseguró la consistencia altimétrica a lo largo de la duración del programa de monitoreo, siendo estos requisitos previos importantes para permitir una detección confiable de cambios.
La evaluación muestra que todos los métodos de encuesta pudieron producir datos de alta calidad, mostrados por el sesgo y la precisión en su mayoría por debajo de 0,1 m. No se observó degradación de la calidad de los datos resultante de la medición de topografías sumergidas. La descripción del método y las aplicaciones para la evaluación de errores verticales y horizontales en Porsmilin se presentan en Bertin et al. (2022b).