Los modelos de Elevación Digital (DEM) y Los Sistemas de Información Geográfica (SIG) Como Herramientas en el Estudio Geomorfológico de Humedales Andinos.

Introducción.

En las ultimas décadas,  el uso de los modelos de elevación digital (DEM) han sido ampliamente usados en diversas áreas de las ciencias de la tierra, y de manera muy especial en la geomorfología y la geología estructural, estos DEM tradicionalmente se han usado con múltiples propósitos, como lo han sido, estudios de riesgo de inundaciones, estimación de cortes y rellenos, interpretación de fallas, y en algunos casos posicionamiento de obras de ingeniería (Sarapirome, A. 200).

Los DEM combinados con información de imágenes de satélite han sido aplicados ampliamente  en el reconocimiento de unidades geomorfológicas, especialmente en zonas áridas y glaciares (Manning, J., 2007) Por otra parte, varios autores han establecido fuertes vínculos con la topografía generada a partir de DEM y rasgos de interés como deformaciones de la corteza y otros elementos estructurales (Ganasa, A. 2004).

En los andes venezolanos, se han usado modelos de elevación digital obtenidos a partir de imágenes de radar para delinear rasgos estructurales a gran escala (Audemard, F., 2003).

Con la finalidad de obtener datos que sirvan para establecer criterios morfológicos, se analizaron datos de los modelos de elevación provenientes de la misión topográfica del transbordador espacial (SRTM), y se compararon con las interpretaciones obtenidas a partir de imágenes satelitales del sensor. Spot 5, posteriormente se integro esta información en el software libre GvSIG por medio del cual se realizaron análisis morfométricos que permitieron definir parámetros  tales como los intervalos de altitud en el cual se presentan los humedales y métodos de análisis espacial que permiten caracterizar estos ambientes.

Área de estudio.

En base a un estudio realizado por Fonseca y Román (2009), se ubico un sistema de humedales a lo largo de  5 microcuencas hidrográficas al sur de Mucuchíes, poblado de los andes centrales venezolanos, ubicado en el Municipio Rangél, estado Mérida. El área de estudió se delimito uniendo las áreas de captación de las cuencas Mixteque, El Royal Michurao, Sai Sai y la Mucuchaché (Figura 1).

 Figura 1. Ubicación del Área de Estudio

Metodología.

Etapa I Digitalización: Mediante el uso de imágenes satelitales tomadas por el sensor Spot 5, y proporcionados por el Laboratorio de Procesamiento Avanzado de Imágenes Satelitales (LPAIS), se realizo una fusión de las bandas multiespectrales con la banda pancromática, lo que genera una imagen en  falso color de alta resolución (2,5 m), la cual permitió digitalizar los elementos de interés usando el software de acceso

libre GvSIG. Posterior a la digitalización  se calcularon mediante el uso de la extensión SEXTANTE, los parámetros como áreas y longitudes de los elementos previamente digitalizados.

 Etapa II Obtención del Modelo de Elevación Digital (DEM): haciendo uso de los datos de la misión topográfica del transbordador espacial (SRTM por sus siglas en ingles), los cuales están disponible en la web del servicio geológico de los Estados Unidos (USGS SEAMLESS SERVER) se descargo un modelo de elevación digital del terreno con un intervalo de muestreo de 3 segundos, lo que equivale a una resolución de 90 metros, se  suavizaron las imperfecciones y corrigieron las zonas donde existían déficit  de datos; se rectifico el datum a WGS-1984 y se corto usando como mascara el área de captación de las quebradas de interés digitalizadas en la etapa I.

Etapa III Clasificación de DEM: con el fin de visualizar por intervalos  de elevación se realizo una clasificación por bandas con una diferencia de 100 metros, se procedió  a crear un archivo reclasificado según los intervalos establecidos anteriormente y finalmente se realizo la transformación de archivo raster a archivo vectorial.

Etapa IV. Análisis Espacial: en primer lugar se realizo la intersección de los humedales y lagunas con los polígonos del DEM clasificado  y se relacionaron las áreas calculadas con el nivel altitudinal de cada polígono separándolas en cada  microcuenca.

Haciendo uso de las herramientas de análisis hidrológico básico de la extensión SEXTANTE para GvSIG, se obtuvo a partir del DEM las cuencas de aporte más importantes y las principales zonas acumulación de flujo para su posterior  correlación con las áreas  en donde se presentan los humedales.

Resultados.

Se lograron identificar una cantidad de 39 humedales, de los cuales 17 corresponden a humedales de fondo de valle, mientras que 22 corresponden a lagunas o espejos de agua, cada uno de los polígonos fue identificado según la microcuenca en la que se presentan y enumerados según el orden en que se identificaron. Observando la ocurrencia de los  humedales se hace evidente que en la mayoría de los casos los humedales de fondo de valle se encuentran altitudinalmente por debajo de las lagunas, solo con excepción  de los presentes en la quebrada El Royal. En la figura 2, se puede observar la distribución de los humedales y la microcuenta a la cual pertenecen.

Como resultado del reconocimiento realizado se genero un inventario de los humedales existentes, y se tabularon los valores de área acumulada según cada una de las microcuencas (Tabla 1), mientras que  se genero un mapa de ubicación de los humedales en el área estudiada (Figura 2).

Figura 2. Ubicación de los Humedales.

Tabla #1. Inventario de los Humedales al sur de Mucuchíes.

De la tabla anterior, se pudo observar que a rasgos generales la distribución de los humedales es relativamente constante a lo largo de las quebradas estudiadas, siendo la cantidad de espejos de agua ligeramente mayor o igual a los humedales colmatados (Figura 3).

Figura 3. Frecuencia de los Humedales en cada microcuenca.

Los humedales en el área sur de Mucuchíes ocupan una extensión importante, 143 Hectáreasaproximadamente (1,43 km²), lo cual, aunque solo representa el 2,6% del areas que comprende  las 6 microcuencas consideradas, es un valor importante ya que estos humedales constituyen una fuente reguladora de la capacidad hídrica de estas cuencas hidrográficas.

De las 143 Hectáreas mencionadas anteriormente, 92,98 Ha (65%) corresponden  a espejos de aguas o lagunas mientras que el restante, 50,34 Ha (35%) corresponden a humedales de fondo de valle, mostrando, que localmente la relación entre espejos de agua y humedales de fondo de valle se puede simplificar en una relación aproximada de 3:1.

 Así mismo, observando la figura 4, podemos observar la distribución porcentual de espejos de agua y humedales   en las cuencas hidrográficas estudiadas. De esta manera se refleja que las cuencas con mayor área cubierta por espejos de agua son las quebradas Michurao y Saisai, mientras que las cuencas de las Quebradas El Royal y La Mucuchache poseen una mayor área dominada por los humedales de fondo de valle.

Figura 4.

Relación de los Humedales con la topografía: en base a la información generada por el modelo de elevación digital y luego de realizar una clasificación de la elevación en  nueve intervalos (Figura 5) se obtiene que:  de  las 22 lagunas(espejos de agua) en el área de estudio  13 (correspondiente a un 65%) se encuentran en el intervalo  entre los 3800 y 4000 ms.n.m, 7( correspondiente a un 32%) se encuentran por encima de los 4000 m.s.n.m y solo  2 (9 %) se encuentran por debajo  de los 3800 m.s.n.m; mientras que en el caso de los humedales de fondo de valle esta relación se invierte,  5( 29 %)  se encuentran entre los 3800 y 4000 m.s.n.m, solo uno de estos (6%) se encuentra por debajo de los  3600 m.s.n.m, mientras que 12 (65%) se encuentra en la franja de los 3600 a 3800 m.s.n.m, lo cual indica que esta altitud es la que mas favorece a la formación y/o preservación de los humedales de fondo de valle en esta región de los andes venezolanos.

Figura 5. Modelo de Elevación Digital Clasificado

Figura 6. Frecuencia de Humedales Vs. Intervalos de Elevación

A partir del DEM, se creo un archivo raster determinando las áreas de captación y escorrentía mediante la herramienta ¨cuencas¨, esta herramienta genero 10 zonas de captación (figura x)  las cuales, se relacionaron con los humedales presentes en la zona, mostrado así la correlación existente entre el área de captación y las áreas cubiertas por los  humedales (ver tabla).

Figura 7. Áreas de captación generadas partir del DEM.

Tabla 2.

Así mismo se uso la herramienta ¨sink¨ o puntos de concentración con el fin de determinar los puntos de mayor concentración de escorrentía, este procedimiento lograron identificar 28 puntos de concentración de un total de 39 humedales, lo cual implica una aproximación de 72% del total de los humedales.

Figura 8. Puntos de Acumulación.

Es importante destacar que los parámetros calculados en base al modelo de elevación digital, el cual tiene una resolución máxima, producto de interpolaciones de 30 metros; lo cual hace muy difícil que se detecten depresiones de pequeño tamaño, lo cual es una posible razón por la cual no se logro detectar un 28% de los humedales como puntos en donde de alta concentración de acumulación.

Conclusiones.

El uso de imágenes satelitales analizadas en un sistema de información de software libre como el GvSIG, permitió reconocer los humedales en la zona de estudio, al mismo tiempo que proporciono las herramientas necesarias para realizar la medición de áreas, así como también, se lograron realizar procedimientos de corrección al modelo de elevación digital  como preparación apara un análisis posterior. Todo esto con un costro prácticamente nulo en lo que a software se refiere sin la existencia de limitantes en el análisis.

Los datos de elevación digital (SRTM) a intervalo de 3 segundos proporcionaron datos  de libre acceso y mediana calidad que pudieron ser usados para el análisis morfométrico, sin embargo, es recomendable el uso de datos de mayor resolución espacial como  los productos SRTM (Intervalo 1 s) de alta resolución o los DEM del satélite ASTER de mucha mayor resolución en detrimento de la economía del proyecto.

El análisis de los humedales sobre el modelo de elevación digital clasificado mostró que los humedales andinos presentan rangos definidos de ocurrencia, en el caso de los espejos de agua el rango optimo se encuentre desde los 3.600  hasta los 4.000 m.s.n.m. Mientras que los humedales de fondo de valle se emplazan en su mayoría por debajo de los 4.000  y hasta 3.800 ms.n.m.  Fuera de estos rangos se pueden presentar humedales aunque con una área y frecuencia mucho menor.

Lo mencionado anteriormente no pretende establecer a la elevación como único control sobre los humedales andinos, sin embargo, es evidente la altitud juega un papel importante en la presencia de los humedales aunque es necesario determinar la existencias de factores litológicos o estructurales que puedan afectar de igual manera la presencia de estos ambientes.

El uso de la herramienta SEXTANTE  permitió establecer áreas de captación y las zonas de mayor acumulación dentro de cada unas de las cuencas pudiéndose establecer una relación entre la ubicación de los humedales y la topografía de las cuencas. Estos procesos pueden ser optimizados usando modelos de elevación con mayor resolución, lo cual disminuiría los errores por interpolación y aumentaría  la eficiencia de los algoritmos usados.

Agradecimientos.

A la Ilustre Universidad de Los Andes, nuestra eterna casa de estudios.

A la organización GvSIG, gracias a su misión de difundir el software de acceso libre que permitió el uso de un sistemas de información geográfico de manera gratuita.

A la Fundación Instituto de Ingeniería, cuyo Laboratorio de Procesamiento Avanzado de Imágenes Satelitales proveyó las imágenes Spot usadas en este trabajo.

Referencias

Audemard, F., 2003 Geomorphic and geologic evidence of ongoing uplift and deformation in the MeridaAndes, Venezuela. Quaternary International. 101, 43- 65

Centro de Procesamiento Digital de Imágenes. Disponible: http://lpais.fii.gob.ve/paginas/index.php Consulta: 2009, Enero, 30

Fonseca, L y Román, L., (2009) Caracterización Sedimentológica y Geomorfológica de los Humedales de la quebrada Mixteque, Municipio Rangel, Estado Mérida.Tesis para optar al título de Ingeniero Geólogo. Universidad de Los Andes, Mérida, Venezuela. Inédito

Ganasa, A. (2004) DEM-based morphometry of range-front escarpments in Attica,

central Greece, and its relation to fault slip ratesB. Geodynamics.

Manning, J., 2007. Remote sensing for terrain analysis of linear infrastructure projects.

In: Teeuw, R. (Ed.), Mapping Hazardous Terrain Using Remote Sensing. Special

Publications, vol. 283. Geological Society London, pp. 135–142.

National Seamless Server. Disponible: http://seamless.usgs.gov/ Consulta: 2010 Febrero, 15

Sarapirome, A. (2002) Application of DEM Data to Geological Interpretation:

Thong Pha Phum Area, Thailand. 23rd Asian Conference on Remote Sensing.