Generation and nonlinear evolution of shore-oblique/transverse sand bars

The coupling between topography, waves and currents in the surf zone may selforganize to produce the formation of shore-transverse or shore-oblique sand bars on an otherwise alongshore uniform beach. In the absence of shore-parallel bars, this has been shown by previous studies of linear stability analysis, but is now extended to the finite-amplitude regime. To this end, a nonlinear model coupling wave transformation and breaking, a shallow-water equations solver, sediment transport and bed updating is developed. The sediment flux consists of a stirring factor multiplied by the depthaveraged current plus a downslope correction. It is found that the cross-shore profile of the ratio of stirring factor to water depth together with the wave incidence angle primarily determine the shape and the type of bars, either transverse or oblique to the shore. In the latter case, they can open an acute angle against the current (upcurrent oriented) or with the current (down-current oriented). At the initial stages of development, both the intensity of the instability which is responsible for the formation of the bars and the damping due to downslope transport grow at a similar rate with bar amplitude, the former being somewhat stronger. As bars keep on growing, their finite-amplitude shape either enhances downslope transport or weakens the instability mechanism so that an equilibrium between both opposing tendencies occurs, leading to a final saturated amplitude. The overall shape of the saturated bars in plan view is similar to that of the small-amplitude ones. However, the final spacings may be up to a factor of 2 larger and final celerities can also be about a factor of 2 smaller or larger. In the case of alongshore migrating bars, the asymmetry of the longshore sections, the lee being steeper than the stoss, is well reproduced. Complex dynamics with merging and splitting of individual bars sometimes occur. Finally, in the case of shore-normal incidence the rip currents in the troughs between the bars are jet-like while the onshore return flow is wider and weaker as is observed in nature.

Self-organization mechanisms for the formation on nearshore crescentic and transverse sand bars

The formation and development of transverse and crescentic sand bars in the coastal marine environment has been investigated by means of a nonlinear numerical model based on the shallow-water equations and on a simpli ed sediment transport parameterization. By assuming normally approaching waves and a saturated surf zone, rhythmic patterns develop from a planar slope where random perturbations of small amplitude have been superimposed. Two types of bedforms appear: one is a crescentic bar pattern centred around the breakpoint and the other, herein modelled for the rst time, is a transverse bar pattern. The feedback mechanism related to the formation and development of the patterns can be explained by coupling the water and sediment conservation equations. Basically, the waves stir up the sediment and keep it in suspension with a certain cross-shore distribution of depth-averaged concentration. Then, a current flowing with (against) the gradient of sediment concentration produces erosion (deposition). It is shown that inside the surf zone, these currents may occur due to the wave refraction and to the redistribution of wave breaking produced by the growing bedforms. Numerical simulations have been performed in order to understand the sensitivity of the pattern formation to the parameterization and to relate the hydro-morphodynamic input conditions to which of the patterns develops. It is suggested that crescentic bar growth would be favoured by high-energy conditions and ne sediment while transverse bars would grow for milder waves and coarser sediment. In intermediate conditions mixed patterns may occur.

What determines the wavelength of self-organized shoreline sand waves?

Shoreline undulations extending into the bathymetric contours with a length scale larger than that of the rhythmic surf zone bars are referred to as shoreline sand waves. Many observed undulations along sandy coasts display a wavelength in the order 1-7 km. Several models that are based on the hypothesis that sand waves emerge from a morphodynamic instability in case of very oblique wave incidence predict this range of wavelengths. Here we investigate the physical reasons for the wavelength selection and the main parametric trends of the wavelength in case of sand waves arising from such instability. It is shown that the existence of a minimum wavelength depends on an interplay between three factors affecting littoral drift: (A) the angle of wave fronts relative to local shoreline, which tends to cause maximum transport at the downdrift flank of the sand wave, (B) the refractive energy spreading which tends to cause maximum transport at the updrift flank and (C) wave focusing (de-focusing) by the capes (bays), which tends to cause maximum transport at the crest or slightly downdrift of it. Processes A and C cause decay of the sand waves while process B causes their growth. For low incidence angles, B is very weak so that a rectilinear shoreline is stable. For large angles and long sand waves, B is dominant and causes the growth of sand waves. For large angles and short sand waves C is dominant and the sand waves decay. Thus, wavelength selection depends on process C, which essentially depends on shoreline curvature. The growth rate of very long sand waves is weak because the alongshore gradients in sediment transport decrease with the wavelength. This is why there is an optimum or dominant wavelength. It is found that sand wave wavelength scales with λ0/β where λ0 is the water wave wavelength in deep water and β is the mean bed slope from shore to the wave base.

Using computational fluid dynamics to predict head losses in the auxiliary elements of a microirrigation sand filter

It is often assumed that total head losses in a sand filter are solely due to the filtration media and that there are analytical solutions, such as the Ergun equation, to compute them. However, total head losses are also due to auxiliary elements (inlet and outlet pipes and filter nozzles), which produce undesirable head losses because they increase energy requirements without contributing to the filtration process. In this study, ANSYS Fluent version 6.3, a commercial computational fluid dynamics (CFD) software program, was used to compute head losses in different parts of a sand filter. Six different numerical filter models of varying complexities were used to understand the hydraulic behavior of the several filter elements and their importance in total head losses. The simulation results show that 84.6% of these were caused by the sand bed and 15.4% were due to auxiliary elements (4.4% in the outlet and inlet pipes, and 11.0% in the perforated plate and nozzles). Simulation results with different models show the important role of the nozzles in the hydraulic behavior of the sand filter. The relationship between the passing area through the nozzles and the passing area through the perforated plate is an important design parameter for the reduction of total head losses. A reduced relationship caused by nozzle clogging would disproportionately increase the total head losses in the sand filter

Indicadors de pressió ambiental a les platges de Menorca: prova pilot (IPAPM'pp)

L’augment del turisme experimentat des de principis dels anys 70 a l’illa de Menorca (Illes Balears, Espanya) ha provocat un impacte sobre les seves platges, el seu principal atractiu turístic. Molts d’aquests impactes s’incrementen durant la temporada alta, compresa entre els mesos de maig a octubre. L’objectiu principal d’aquest projecte és l’elaboració d’un sistema d’indicadors de pressió ambiental útils per a l’anàlisi de les platges. La zona objecte d’estudi de la prova-pilot, correspon a les platges del sud-oest de Menorca, aquestes cales són les que actualment es troben sotmeses a una major pressió. Es tracta de catorze platges tipificades en tres categories (A, B, C) segons les característiques del tipus d’espai on es troben situades. Són les platges de: Cala Degollador, Cala Blanca, Cala’n Bosch, Son Xoriguer, Son Saura-Es Banyul, Son Saura-Bellavista, Es Talaier, Cala Turqueta, Cala Macarelleta, Cala Macarella, Cala Galdana, Cala Mitjana, Cala Trebalúger i Cala Escorxada. Partint d’un treball bibliogràfic, s’ha realitzat una selecció de mig centenar d’indicadors potencials dels quals catorze han format part dels IPAPM’pp, mitjançant l’elaboració d’una anàlisi multicriteri. Per a cada un dels IPAPM’pp s’ha desenvolupat una metodologia amb les corresponents fitxes individuals descriptives per al seu seguiment temporal. En aquest primer estudi, l’indicador que presenta un nombre de valors no acceptables en una major proporció de platges, és l’indicador 3. Índex de valoració de les mesures de conservació del sistema natural, seguit de l’indicador 6. Superfície subsistema sorra per usuari. El 2006, les platges de tipologia A, presenten un major percentatge positiu de les variables dels indicadors. Les platges de tipologia B i C presenten un percentatge menor d’acceptabilitat dels valors dels indicadors.

Analog Modelling of N-S anticlines of the External Sierras (Jaca basin, Southern Pyrenees)

Report for the scientific sojourn carried out at the Uppsala Universitet, Sweden, from April to July the 2007. Two series of analogue models are used to explore ductile-frictional contrasts of the basal décollement in the development of oblique and transverse structures simultaneously to thin-skinned shortening. These models simulate the evolution of the Central External Sierras (Southern Pyrenees, Spain), which constitute the frontal emerging part of the southernmost Pyrenean thrust sheet. They are characterized by the presence of transverse N-S to NW-SE anticlines, which are perpendicular to the Pyrenean structural trend and developed in the hangingwall of the Santo Domingo thrust system, detaching on an unevenly distributed Triassic materials (evaporitic-dolomitic interfingerings). Model setup performs a décollement made by three patches of silicone neighbouring pure brittle sand. Model series A test the thickness ratio between overburden and décollement. Model series B test the width of frictional detachment areas. Model results show how deformation reaches further in areas detached on ductile layer whereas frictional décollement areas assimilate the strain by means of an additional uplift. This replicates the structural style of Central External Sierras: higher structural relief of N-S anticlines with regard to orogen-parallel structures, absence of a representative ductile décollement in the core, tilting towards the orogen and foreland-side closure not thrusted by the frontal emerging South-Pyrenean thrust.

Estudi de la desadsorció del pirè amb diferents surfactants en tres sòls artificials

Un dels problemes associats a la remeiació de contaminants hidròfobs és la seva poca disponibilitat. Es considera que un contaminant està disponible quan roman a la fase líquida del medi, ja sigui solubilitzat o en forma d’emulsió. Els surfactants són substàncies anfifíliques que promouen la transferència de compostos hidròfobs de la fase sòlida a la líquida. En aquest estudi s’escull el pirè com a representant dels hidrocarburs aromàtics policíclics i tres surfactants no iònics: un àmpliament citat a la bibliografia científica (Tween 80) i dos comercials (Gold Crew, BS-400). L’estudi es fa amb tres mescles d’argila i sorra amb diferents proporcions. La concentració micel·lar crítica (CMC) s’assoleix abans en sòls amb poc contingut en argila. L’eficiència dels surfactants està estretament relacionada amb la proporció d’argila i sorra. A concentracions molt per sobre de la CMC no s’observa una relació entre l’eficiència i la quantitat d’argila. El Tween 80 ha donat millors resultats que el Gold Crew i el BS-400, sense que aquest darrer no hagi presentat desadsorció de pirè.

Planta pilot d'una potabilitzadora

Treball de recerca realitzat per alumnes d'ensenyament secundari i guardonat amb un Premi CIRIT per fomentar l'esperit científic del Jovent l'any 2009. El treball ha consistit en dissenyar i construir una planta pilot d'una potabilitzadora que simulés el funcionament de les plantes potabilitzadores, basada en els mateixos principis . La Planta pilot de la potabilitzadora consta de les següents operacions: desbast, floculació, decantació, filtració de sorra, aireació, filtració de carbó actiu i desinfecció. La mostra utilitzada per la potabilització s’ha obtingut de l’embassament del Pasteral, lloc on la planta potabilitzadora de Girona capta l’aigua. Una vegada potabilitzada s’han realitzat una sèrie d’anàlisis tant a l’entrada com a la sortida, per determinar la variació obtinguda en diferents paràmetres del procés. Els tipus d’anàlisis realitzats són: fisicoquímics, microbiològics i organolèptics. Finalment, s’ha realitzat una comparació amb la potabilitzadora de Girona i s’ha verificat mitjançant els paràmetres de la normativa de l’aigua l'estat de la mostra.

Diagnosi socioambiental del litoral de Torredembarra, Creixell i Roda de Berà

El litoral comprés entre els municipis de Torredembarra, Creixell i Roda de Berà és una platja sorrenca situada al nord de la comarca del Tarragonès. Aquest espai allotja la platja natural protegida més ben conservada entre el Delta del Llobregat i el Delta de l'Ebre, sent caracteritzada per les seves dunes de sorra i les llacunes salabroses. Al ser una zona costanera el principal problema són els impactes generats per la freqüentació turística que s'han avaluat en el present treball. La freqüentació ha generat nombrosos petits camins entre les dunes, afavorint la fragmentació, el sorgiment de la vegetació al·lòctona i la molèstia i canvi de comportament a espècies de fauna importants com el corriol camanegre (Charadrius alexandrinus).

Anàlisi ambiental de les platges de Sitges: evolució de la qualitat del litoral i estudi d'impactes

L’explosió del sector turístic experimentat en les costes catalanes des de principis dels anys 60 ha provocat un important impacte sobre el medi litoral català i el seu principal atractiu turístic, les platges. Sitges és un municipi annex a una important zona urbana (Barcelona), i s'ofereix com a indret de segona residència i ciutat de vacances, sobretot a l’estiu, incrementant fortament la pressió sobre el medi. L'objectiu principal d'aquest projecte ha estat estudiar les pertorbacions sobre alguns aspectes del sistema litoral Sitgetà: el perfil litoral i la dinàmica sedimentària, la qualitat microbiològica de les aigües i la sorra, els cabals d'aigües residuals tractades i els residus de les platges. A partir dels registres de neteja en platges, proposem el rebuig i envasos en sorra (concentració de residus, kg/m2) com a nou indicador de presència d’usuaris a les platges (usuaris/m2). La diagnosi realitzada indica que l'estat físic de les platges de Sitges respon a les actuacions en matèria d'obres marítimes en interacció amb les dinàmiques sedimentaries. Pel que fa als anàlisis microbiològics de l'aigua i la sorra trobem una situació regulada a excepció de pics provocats per pluges puntuals. Malauradament hem vist com es podrien potenciar el valors ambientals de totes les parts treballades si es fomentessin figures de protecció del medi, la regeneració d’espècies vegetals tan fora com dins de l'aigua i es garantís una gestió de l’aigua 100% eficient i sense causar intromissions en el desenvolupament dels ecosistemes.

Les ciutats turístiques, les noves ciutats. Anàlisi de l'evolució del model turístic en destinacions de litoral madures a partir de l'anàlisi de paràmetres urbanístics

La beca concedida ha anat destinada a desenvolupar la tesi doctoral que duu per nom "Les ciutats turístiques, les noves ciutats. Anàlisi de l'evolució del model turístic en destinacions de litoral madures a partir de l'anàlisi de paràmetres urbanístics". L’àrea d’estudi comprèn els municipis de Cambrils, Salou i La Pineda (Vila-seca) que conformen la Costa Daurada central, destinació madura de litoral mediterrani, que basa el seu desenvolupament d’acord el model turístic de sol i platja. Arribats en aquest punt de finalització de la beca, cal destacar que s’ha complert amb l'objectiu d'analitzar el procés de transformació de les ciutats turístiques, tot establint com el turisme litoral mediterrani s'ha convertit en un factor de creació de ciutat. Així mateix també s'han complert els objectius específics tals com: analitzar l'evolució de les destinacions turístiques consolidades del litoral mediterrani, recopilar informació per a la creació d'índexs i eines que serveixin per l'anàlisi del procés de tranformació de les ciutats turístiques a ciutats tradicionals a partir del tractament dels plans parcials, recopilar i analitzar les polítiques de planificació que han condicionat l'area d'estudi, modelitzar el procés de construcció de l'espai turístic a partir de l'establiment d'unes unitats bàsiques en la descripció i anàlisi territorial i paisatgístic, i crear un SIG per culminar el procés d'anàlisi tot creant una base de dades i la representació dels resultats en cartogradia temàtica. Pel que fa al disseny i l’execució de la metodologia, es poden considerar dos vessants, una vessant més qualitativa i una altra més quantitativa per al tractament de la informació recopilada. Igualment la generació de cartografia específica completa el procés amb la producció de cartografia específica, tal i com es desenvolupa en la present memòria. La tesi parteix del guió que contempla: un prier capítol d'introducció, un segon dedicat al marc teòric, un tercer apartat on s'exposaran les hipòtesis de les quals es parteix, i un quart dedicat a la metodologia. Pren especial importància l'apartat dedicat a l’ànalisi, així com el dedicat a la discussió dels resultats obtinguts, que es desenvoluparà en el sisè apartat. Per últim resta destacar el setè apartat dedicat a les conclusions a les que s'ha arribat.