Evaluation of the Bajo Blanco sand shoal as a beach nourishment borrow site for eroding beaches at Rincón, Puerto Rico

Abstract

The coast of Rincón, Puerto Rico, has been experiencing long-term erosion for the last several decades. The purpose of this research is to evaluate the Bajo Blanco sand shoal, located just offshore of these eroded beaches, as a possible beach nourishment borrow site for these eroding beaches. A sediment compatibility analysis indicates an excavation volume of over 1,000,000 m3 is necessary in order to nourish the beach and the desired 35 meter berm width. To study the response of the wave climate to dredging this amount of sand from Bajo Blanco, two dredging scenarios were simulated using the Coastal Modeling System (CMS) numerical model. Case 1 consists of a single extraction area with a dredge depth of 7 meters beneath the actual seabed, while Case 2 involves two extraction areas, both with a dredge depth of 9 meters. Results indicate that, for both cases, these dredge areas cause a decrease in wave energy shoreward and an increase in wave energy at the edges of the dredge areas. Morphology change simulations suggest that these changes in wave energy in response to dredging could lead, in the long term, to significant sediment erosion and accretion patterns which could impact beach morphology. Further dredging configurations should be evaluated in order to minimize the effects of the dredge area on the nearshore wave climate and sediment transport patterns. One alternative would be to consider a reduction in the berm width, which would significantly reduce the necessary dredge volume. Optimization of the dredging configuration using further numerical simulations is also recommended, with an elongated dredge area seaward of the shoal crest and parallel to the shelf edge being a particularly attractive option.

La costa de Rincón, Puerto Rico, ha estado experimentando erosión a largo plazo durante las últimas décadas. El propósito de esta investigación es evaluar el banco de arena de Bajo Blanco, situado cerca de la costa de estas playas erosionadas, como posible área de extracción de sedimento para la regeneración de estas playas. Un análisis de compatibilidad indica que es necesario la excavación de sobre 1,000,000 m3 para el éxito del proyecto de diseño de regeneración de playas y 35 metros de ancho de berma deseados. Para estudiar los efectos sobre el clima de oleaje al extraer esta cantidad de arena de Bajo Blanco, dos escenarios de dragado fueron simulados utilizando el modelo númerico del Sistema de Modelo Costero (CMS). El Caso 1 consiste de una sola área de extracción con una profundidad de dragado de 7 metros por debajo de la superificie actual del fondo del mar, mientras que el Caso 2 envuelve dos áreas de extracción, ambas con una profundidad de dragado de 9 metros. Los resultados indican que, para ambos casos, estas áreas de dragado causan una disminución en la energía de la ola en el lado hacia la costa y un aumento de energía en los bordes del área de dragado. Las simulaciones de cambio morfológico sugieren que estos cambios en energía de la ola en respuesta al dragado pueden llevar, a largo plazo, a un patrón de erosión y acreción significativa de sedimentos que pueden impactar la morfología de la playa. Configuraciones de dragado adicionales se deben evaluar para minimizar los efectos del área de dragado en el clima de olas cerca de la costa y en el patrón del transporte de sedimentos. Una alternativa podría ser considerar una reducción el ancho de berma de diseño, el cual podría significativamente reducir el volumen de dragado necesario. Optimización de las configuraciones de dragado utilizando simulaciones numéricas es también recomendado, siendo una opción particularmente atractiva un área alargada de dragado en el lado hacia el mar de la cresta del banco de arena y paralelo al borde del veril.