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Field observations and numerical simulations of storm-induced nearshore morphology change in Rincón, Puerto Rico
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Abstract
The municipality of Rincón, Puerto Rico has suffered from severe erosion during the last several decades. This stretch of coast is highly sensitive to storm-induced wave events. The effects of erosion on coastal communities and structures have been drastic and costly. It is therefore vital to understand the physical processes that induce nearshore morphology change in order to determine the causes of erosion as well as to suggest possible solutions to the problem. To assess short-term morphology changes, pre- and post-storm hydrographic surveys were carried out between July and November 2012 using a personal watercraft as a bathymetric surveying system. During this period, two storm events, Tropical Storm Isaac and Hurricane Sandy, impacted the coast of Rincón, allowing us to monitor and quantify erosion and accretion patterns in the nearshore region. The southwesterly wave events caused by Isaac and Sandy generated significant sediment transport and morphology change, causing the formation of shore-parallel sandbars. In contrast, the northwesterly swell generated by Sandy did not greatly affect nearshore morphology change. To identify and understand the hydrodynamic processes responsible for the morphological changes observed in the field, a coupled wave-current-sediment transport numerical model, the Coastal Modeling System (CMS), developed by the U.S. Army Corps of Engineers, was implemented. Storm-induced circulation and sediment transport were reproduced for each storm and a detailed understanding of Rincón’s coastal morphodynamic behavior was obtained. When compared with the jetski-based surveys, the model appears to predict, at least qualitatively, the large scale features of the observed morphology change for both storm events. Based upon the f indings of this study, a much better understanding of the coastal dynamics of Rincón coast has been achieved.
El municipio de Rincón, Puerto Rico ha sufrido de erosión severa durante las últimas décadas. Este tramo de costa es altamente sensible a las fuerzas oceanográficas inducidas por el oleaje de tormenta. Los efectos de la erosión sobre las comunidades y estructuras costeras han sido drásticos y costosos. Por lo tanto, para poder determinar la causa de estos procesos naturales como también poder sugerir posibles soluciones al problema, es de vital importancia entender los procesos físicos que inducen los cambios morfológicos cercanos a la costa. Para evaluar dichos cambios, mediciones hidrográficas antes y después de eventos ciclónicos se llevaron a cabo entre julio y noviembre del 2012 utilizando una motora acuática como sistema de mediciones batimétricas. Durante este período, dos tormentas, la tormenta tropical Isaac y el huracán Sandy, impactaron la costa de Rincón permitiéndonos monitorear y cuantificar los patrones de erosión y acreción en la región cercana a la costa. El oleaje proveniente del suroeste causado por Isaac y Sandy, generó un transporte de sedimento y un cambio morfológico significativo en la región cercana a la orilla causando la formación de bancos de arenas paralelos a la costa. Por el contrario, el oleaje proveniente del noroeste generado por Sandy no afectó en gran medida el cambio de morfología. Para identificar y comprender los procesos hidrodinámicos responsables de los cambios morfológicos observados en las mediciones hidrográficas, se implementó el modelo acoplado de oleaje y circulación conocido como “Coastal Modeling System (CMS)”. Con este modelo se pudo reproducir la circulación de corrientes inducidas por tormentas y el transporte de sedimentos para cada tormenta permitiéndonos entender detalladamente el comportamiento morfodinámico de la costa. Cuando los resultados se comparan con las mediciones hidrográficas, el modelo parece predecir, al menos cualitativamente, la respuesta morfológica a gran escala observada tanto para el evento de Isaac como el huracán Sandy. Basado en las conclusiones de este estudio, se obtuvo un mejor conocimiento y entendimiento sobre las complejidades presentes en la costa de Rincón.
El municipio de Rincón, Puerto Rico ha sufrido de erosión severa durante las últimas décadas. Este tramo de costa es altamente sensible a las fuerzas oceanográficas inducidas por el oleaje de tormenta. Los efectos de la erosión sobre las comunidades y estructuras costeras han sido drásticos y costosos. Por lo tanto, para poder determinar la causa de estos procesos naturales como también poder sugerir posibles soluciones al problema, es de vital importancia entender los procesos físicos que inducen los cambios morfológicos cercanos a la costa. Para evaluar dichos cambios, mediciones hidrográficas antes y después de eventos ciclónicos se llevaron a cabo entre julio y noviembre del 2012 utilizando una motora acuática como sistema de mediciones batimétricas. Durante este período, dos tormentas, la tormenta tropical Isaac y el huracán Sandy, impactaron la costa de Rincón permitiéndonos monitorear y cuantificar los patrones de erosión y acreción en la región cercana a la costa. El oleaje proveniente del suroeste causado por Isaac y Sandy, generó un transporte de sedimento y un cambio morfológico significativo en la región cercana a la orilla causando la formación de bancos de arenas paralelos a la costa. Por el contrario, el oleaje proveniente del noroeste generado por Sandy no afectó en gran medida el cambio de morfología. Para identificar y comprender los procesos hidrodinámicos responsables de los cambios morfológicos observados en las mediciones hidrográficas, se implementó el modelo acoplado de oleaje y circulación conocido como “Coastal Modeling System (CMS)”. Con este modelo se pudo reproducir la circulación de corrientes inducidas por tormentas y el transporte de sedimentos para cada tormenta permitiéndonos entender detalladamente el comportamiento morfodinámico de la costa. Cuando los resultados se comparan con las mediciones hidrográficas, el modelo parece predecir, al menos cualitativamente, la respuesta morfológica a gran escala observada tanto para el evento de Isaac como el huracán Sandy. Basado en las conclusiones de este estudio, se obtuvo un mejor conocimiento y entendimiento sobre las complejidades presentes en la costa de Rincón.
Description
Date
2013