Seagrass meadow: a coastal protection perspective

Abstract

(English) Over the decades, the global coastlines have been a key indicator of the development of actual societies. However, the cost of this growth has resulted in the depredation of natural environments. The increased frequency of storms, rising temperatures or rising sea levels are clear symptoms that the environment is responding to the increased pressure that the coasts have been subjected to. In recent years, the degradation of coastal habitats has accelerated, indicating that traditional engineering solutions alone will not be able to solve the problem in the long term. IThis approach enables nature to be reintroduced as a potential element capable of confronting and counteracting the adverse changes that the coastal landscape is undergoing. In order to achieve this goal, it is essential to conduct a comprehensive analysis of the natural elements that comprise the coastline, with a particular focus on identifying strategies that enhance environmental stability. This study aims to gain a deeper understanding of the impact of Posidonia oceanica seagrass meadows on the coastline, both in their submerged and emerged states.

A novel experiment was conducted in the experimental flume CIEM of the LIM/UPC Barcelona. The objective was to evaluate the protective effect of submerged meadows against irregular erosive waves on a sandy beach with a 1:15 slope. A real meadow model was used with plastic substitutes carefully selected to accurately reflect the dimensions, movements and habitats of a real Posidonia oceanica plant. The submergence ratio and density of the meadow were kept constant. The work has focused on measuring the attenuation of wave height, changes in velocity, involvement in sediment transport and shore erosion. The results showed a persistent decrease in wave height from the area behind the meadow to the breaker zone, which was directly correlated with meadow length and wave energy. Consequently, there was less shoreline erosion as a function of wave height attenuation in cases where meadow was present, and even less when the meadow was longer. Behind the longer meadow, there was a notable change in velocity, resulting in an imbalance of peak velocities. This included a decrease in negative peak velocities and an increase in positive peak velocities. This resulted in an increase in the skewness value of the velocity in this area. The orbital velocities exhibited a decrease only for the long meadow case, which contributed to a decrease in sediment transport volume and the formation of a breaker bar closer to the coast.

The emerged part of the meadows was evaluated through field work, analysing the accumulations on the shoreline. Several routes were taken along the southern Catalan coast in order to identify the most frequent accumulation sectors associated with the position of the submerged meadow. Areas with seagrass meadows were identified at depths greater than 5 m, and it was found that these areas exhibited a low frequency of occurrence of banquette events. Information on the management of the accumulations was obtained through interviews with the relevant personnel in each coastal municipality. The aim was to ascertain the manner in which the banquette is dealt with during periods of high tourism demand. Furthermore, this work presents a characterisation of parameters such as penetration resistance and permeability of the accumulations. Additionally, a methodology based on thermal oxidation has been presented to accurately quantify the amount of sediment that can accumulate in the banquettes. The results indicate that the banquettes situated in close proximity to the shoreline accumulated less sediment than those positioned at a greater distance from the coast.

(Català) Al llarg de les dècades, les costes mundials han estat el marc del desenvolupament de les societats actuals. No obstant això, el cost d'aquest creixement ha portat com a conseqüència la depredació dels ambients naturals. Major freqüència de tempestes, l'augment de temperatures o elevació en el nivell del mar són símptomes que l'entorn presenta per indicar la gran pressió a la qual han estat sotmeses les costes. En els últims anys, s'ha anat accelerant encara més el deteriorament dels hàbitats costaners, deixant en evidència que les solucions clàssiques de l'enginyeria per si soles no són capaces d'abordar el problema a llarg termini. D'aquesta manera, la natura ha tornat a ser considerada com un element potencial capaç d'afrontar i contrarestar els canvis adversos que està patint el paisatge costaner. Per això, és necessari estudiar a fons els elements naturals que componen la costa, centrant-se en avaluar els impactes que beneficiïn l'estabilitat de l'entorn. En aquest context, aquest treball té com a objectiu conèixer els efectes de les praderies marines de Posidonia oceanica sobre la costa, tant en el seu estat submergit com emergit.

Utilitzant un model real de praderia amb un material substitutiu de plàstic, que ha mantingut acuradament les dimensions, moviments, hàbitats d'una planta de Posidonia oceanica real i mantenint un ratio de submersió i densitat de praderia constant, s'ha realitzat un nou experiment el canal experimental CIEM del LIM/UPC Barcelona. L'objectiu ha estat avaluar l'efecte protector de les praderies submergides davant d'onatges irregulars erosius en una platja de sorra amb pendent 1:15. El treball s'ha centrat en mesurar l'atenuació de l'altura d'ona, els canvis de velocitats, la implicació en el transport de sediments i l'erosió de la riba. Els resultats van mostrar una disminució persistent en l'altura de les ones des de la zona posterior a la praderia fins a la zona de trencant, directament correlacionada amb la longitud de la praderia i l'energia de l'onatge. En conseqüència, es va observar una menor erosió de la línia de riba, en funció de l'atenuació de l'altura de l'ona en els casos amb presència de praderia, sent encara menor quan la praderia era més llarga. Els canvis de velocitat van ser significatius immediatament després de la praderia llarga, generant un desequilibri de les velocitats màximes, inclosa una disminució en les velocitats màximes negatives i un augment en les velocitats màximes positives. Això va significar un augment del valor Skewness de la velocitat en aquesta zona. Les velocitats orbitals van mostrar una reducció exclusivament per al cas de la praderia llarga, la qual cosa va contribuir a una disminució en el volum de transport de sediments i a la formació d'una barra trencadora més a prop de la costa.

La part emergida de les praderies s'han avaluat des de treballs de camp, analitzant les acumulacions a la línia de vora. Mitjançant diversos recorreguts a la costa sud Catalana, es van identificar els sectors més freqüents d'acumulació que es van associar a la posició de la praderia submergida. Els sectors on les praderies marines es localitzaven a profunditats majors a 5 m es van correlacionar amb zones de freqüència limitada d'esdeveniments d'acumulació. La informació sobre la gestió de les acumulacions es va obtenir mitjançant entrevistes amb els responsables de cada municipi costaner amb la finalitat de conèixer què fan amb els banquettes en època d'alta demanda de turisme. A més, en aquest treball s'han avaluat la caracterització de paràmetres com la resistència a la penetració i la permeabilitat de les acumulacions. També, s'ha presentat una metodologia basada en l'oxidació tèrmica per quantificar de manera precisa la quantitat de sediment que pot acumular als banauettes. Es va poder destacar que els banquettes propers a la línia de riba, van acumular menys sediments que els posicionats en zones més enllà.

(Español) A lo largo de décadas las costas mundiales han representado el desarrollo de las sociedades actuales. Sin embargo, el costo de este crecimiento ha traído como consecuencia la depredación de los ambientes naturales. Mayor frecuencia de tormentas, el aumento de temperaturas o elevación en el nivel del mar son síntomas que el entorno presenta para indicar la gran presión a la que han sido sometida las costas. En los últimos años se ha ido acelerando aún más el deterioro de los hábitats costeros, dejando en evidencia que soluciones clásicas de la ingeniería por sí sola no son capaces de abordar el problema a largo plazo. De esta forma, se ha vuelto a plantear la naturaleza como un elemento potencial capaz de enfrentar y contrarrestar los cambios adversos que está sufriendo el paisaje costero. Para ello, es necesario estudiar a fondo los elementos naturales que componen la costa, enfocándose en evaluar los impactos que beneficien la estabilidad del entorno. En este contexto, este trabajo tiene como objetivo conocer los efectos de las praderas marinas de Posidonia oceánica sobre la costa, tanto en su estado sumergido como emergido.

Utilizando un modelo real de pradera con un material sustituto de plástico, que ha mantenido cuidadosamente las dimensiones, movimientos, hábitats de una planta de Posidonia oceánica real y manteniendo un ratio de sumersión y densidad de pradera constante, se ha realizado un novedoso experimento en el canal experimental CIEM del LIM/UPC Barcelona. El objetivo ha sido evaluar el efecto protector de las praderas sumergidas ante oleajes irregulares erosivos en una playa de arena con pendiente 1:15. El trabajo se ha centrado en medir la atenuación de la altura de ola, los cambios de velocidades, la implicación en el transporte de sedimentos y la erosión de la orilla. Los resultados mostraron una disminución persistente en la altura de las olas desde la zona posterior a la pradera hasta la zona de rompiente, directamente correlacionada con la longitud de la pradera y la energía del oleaje. En consecuencia, una menor erosión de la línea de orilla, en función de la atenuación de la altura de ola fue vista en los casos con presencia de pradera, siendo aún menor cuando la pradera era más larga. Los cambios de velocidad fueron significativos inmediatamente después de la pradera larga, generando un desequilibrio de las velocidades máximas, incluida una disminución en las velocidades máximas negativas y un aumento en las velocidades máximas positivas. Esto significó un aumento del valor de Skewness de la velocidad en esta zona. Las velocidades orbitales mostraron una reducción exclusivamente para el caso de la pradera larga, lo que contribuyó a una disminución en el volumen de transporte de sedimentos y a la formación de una barra rompedora más cerca de la costa.

La parte emergida de las praderas se han evaluado con trabajos de campo, analizando las acumulaciones en la línea de orilla. Mediante varios recorridos a la costa sur catalana, se identificaron los sectores más frecuentes de acumulación, los cuales fueron asociados a la posición de la pradera sumergida. Los sectores donde las praderas marinas se localizaban a profundidades mayores a 5 m fueron correlacionadas con zonas sectores de limitada frecuencia de eventos de acumulación. La información sobre la gestión de las acumulaciones fue obtenida mediante entrevistas con los responsables de cada municipio costero con el fin de conocer qué hacen con los cúmulos en época de alta demanda de turismo. Además, se ha evaluado la caracterización de parámetros como la resistencia a la penetración y la permeabilidad de las acumulaciones. También, se ha presentado una metodología basada en la oxidación térmica para cuantificar de manera precisa la cantidad de sedimento que puede acumular los cúmulos. Se pudo destacar que los cúmulos cercanos a la línea de orilla, acumularon menos sedimentos que los posicionados en zonas traseras.