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I Universidad Nacional de Luján Tesis para optar al Título de Doctor en Ciencias Aplicadas MANEJO INTEGRAL DE LA CUENCA HIDROGRÁFICA DEL RÍO LUJÁN BASADO EN GEOMÁTICA Doctorando: Leonardo A. Di Franco Directora: María Cristina Serafini 2018 II a Víctor, Nicolás y Claudia; por los dibujos que no dibujamos, los penales que no te pateé y los mates que no cebaste. Pero con la convicción de que será mejor para todos... III Agradecimientos Este proceso que inició hace ya un tiempo tiene mucho para agradecer, por eso y con la intención de incluir a todos e intentando no olvidarse de ninguno, va una pequeña gran lista: A Cristina Serafini, mi Directora, por su dedicación en la lectura y relectura. Por mostrarse siempre dispuesta y por hacer siempre un tiempo de lado. A mis amigos del PRODITEL con quienes nos vimos crecer en sus espejos Marcos Angelini, Solange Villanueva, Horacio de Belaustegui, Alfredo Antes y Miriam Cuello, y en esta etapa muy especialmente a Walter Sione. A mis amigos del LABSIG Nicolás Caloni, Marina Miraglia, Julián De Vito y Verónica Spina, jugadores de toda la cancha, aunque yo los prefiero en el área chica. A Leyli Candela Becerra y Augusto César Suárez-Herrera por contribuciones y sugerencias en cada capítulo y por permitirse, juntos, nuevos desafíos. A Julieta Anselmo, por su colaboración final. A Carlos Coviella, que nos metió a todos en la misma bolsa. Al ebanista del tao, Gustavo Keggan. Por supuesto que no me olvidaré de mis padres, Nora y Alfredo; mis hermanas, Vanina y Laura; mis abuelos, Inés y Carlos, justo ahora que soy padre veo todo lo que significan. A Claudia, mi compañera, que siempre está. A cada rincón de la Universidad Nacional de Luján, que junto con la Universidad Nacional de General Sarmiento me enseñaron la importancia que tiene la defensa de la educación Pública, Gratuita y de Calidad para toda la sociedad. IV Reconocimiento Este trabajo no hubiera sido posible sin el apoyo financiero de la Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica (ANPCyT) y de la Universidad Nacional de Luján, su Dirección de Posgrado y la Comisión Académica de la misma. Del mismo modo se reconoce a las autoridades del Instituto del Conurbano de la Universidad Nacional de General Sarmiento. V ÍNDICE GENERAL Agradecimientos .................................................................................................................... III ÍNDICE GENERAL ....................................................................................................................V ÍNDICE DE FIGURAS .......................................................................................................... VIII ÍNDICE DE TABLAS ............................................................................................................... IX RESUMEN ................................................................................................................................ XII ABSTRACT.............................................................................................................................. XIV Organización de la Tesis .................................................................................................. XVI CAPÍTULO 1 ................................................................................................................................ 1 INTRODUCCIÓN GENERAL ................................................................................................. 1 EL AGUA EN EL PLANETA ............................................................................................ 2 LA GESTIÓN DEL RECURSO HÍDRICO ....................................................................... 4 LA SITUACIÓN EN ARGENTINA CON LOS RECURSOS HÍDRICOS Y EL MANEJO DE CUENCAS ............................................................................................... 7 MANEJO INTEGRAL DE CUENCAS .......................................................................... 9 NOCIÓN DE GEOMÁTICA, TECNOLOGÍAS COMO PARTE DE LA PREVENCIÓN.............................................................................................................. 12 ANTECEDENTES REFERIDOS AL MANEJO DE CUENCAS ............................... 13 OBJETIVOS ..................................................................................................................... 18 SELECCIÓN DE IMÁGENES......................................................................................... 19 ÁREA DE ESTUDIO.................................................................................................... 36 CAPÍTULO 2 ............................................................................................................................. 41 MODELO DIGITAL DE ELEVACIÓN Y OBTENCIÓN DE VARIABLES DERIVADAS ............................................................................................................................. 41 VI INTRODUCCIÓN ............................................................................................................ 42 METODOLOGÍA ............................................................................................................. 44 SOFTWARE ................................................................................................................. 44 MATERIALES UTILIZADOS ..................................................................................... 44 PROCESAMIENTO DE PRODUCTOS SATELITALES ........................................... 45 MODELO DIGITAL DE ELEVACIÓN (MDE) .......................................................... 47 DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS MORFOMÉTRICOS ................................ 49 RESULTADOS................................................................................................................. 58 DELIMITACIÓN AUTOMÁTICA DE LA CUENCA ................................................ 58 PARÁMETROS MORFOMÉTRICOS......................................................................... 60 GENERACIÓN DE PERFILES TOPOGRÁFICOS .................................................... 62 PARÁMETROS DE FORMA, RELIEVE Y DRENAJE ............................................. 64 INTERPRETACION VISUAL DE LA RED HIDRICA SUPERFICIAL ................... 67 DISCUSIÓN ..................................................................................................................... 70 CAPÍTULO 3 ............................................................................................................................. 73 DINÁMICA DEL USO Y LA COBERTURA DEL SUELO ........................................... 73 EN LA CUENCA DEL RÍO LUJÁN..................................................................................... 73 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................ 74 METODOLOGÍA ............................................................................................................. 77 SOFTWARE ................................................................................................................. 77 MATERIALES UTILIZADOS ..................................................................................... 78 PRE PROCESAMIENTO Y PROCESAMIENTO....................................................... 79 INTERPRETACIÓN VISUAL ..................................................................................... 82 CLASIFICACIÓN SUPERVISADA ............................................................................ 87 DETECCIÓN DE CAMBIOS ....................................................................................... 91 VII RESULTADOS................................................................................................................. 93 INTERPRETACIÓN VISUAL..................................................................................... 93 CLASIFICACIÓN SUPERVISADA .......................................................................... 104 DETECCIÓN DE CAMBIOS EN EL USO DEL SUELO ......................................... 119 DETECCIÓN DE CAMBIOS EN LA COBERTURA DEL SUELO ........................ 122 DISCUSIÓN ................................................................................................................... 126 CAPÍTULO 4 .......................................................................................................................... 129 FRECUENCIA DE INUNDACIÓN A PARTIR DE SECUENCIA TEMPORAL 129 INTRODUCCIÓN .......................................................................................................... 130 METODOLOGÍA ........................................................................................................... 134 MATERIALES UTILIZADOS ................................................................................... 134 SOFTWARE ............................................................................................................... 135 PRE PROCESAMIENTO ........................................................................................... 136 PROCESAMIENTO DE PRODUCTOS SATELITALES ......................................... 136 RESULTADOS............................................................................................................... 141 ÍNDICE DE AGUA DE DIFERENCIA NORMALIZADA Y UMBRAL MÓVIL .. 142 DISCUSIÓN ................................................................................................................... 153 CAPÍTULO 5 .......................................................................................................................... 156 CONCLUSIÓN GENERAL ................................................................................................. 156 ANEXO CARTOGRÁFICO ................................................................................................. 162 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................... 178 VIII ÍNDICE DE FIGURAS Figura N° 1.1: Distribución y uso del agua en la hidrósfera. ................................................. 2 Figura N° 1.2: Comparación de tres sensores pasivos diferentes ........................................ 22 Figura N° 1.3: Comparación de los diferentes modelos de elevación disponibles. ............ 29 Figura N° 1.4: Dispersión de los puntos de la RED-N vs. MDE-Ar ................................... 31 Figura N° 1.5: Dispersión de los puntos de la RED-N vs. SRTM v4.1 ............................... 32 Figura N° 1.6: Dispersión de los puntos de la RED-N vs. ALOS PALSAR ....................... 32 Figura N° 1.7: Dispersión de los puntos de la RED-N vs. ASTER DEM ........................... 33 Figura N° 1.8: Disponibilidad real de imágenes Landsat .................................................... 35 Figura N° 1.9: Mapa de ubicación general .......................................................................... 40 Figura N° 2.1: Esquema conceptual de la metodología propuesta ...................................... 46 Figura N° 2.2: Diagrama para la delimitación de cuencas a partir del MDE-Ar ................. 49 Figura N° 2.3: Diferentes etapas de la parametrización propuesta en la metodología ........ 50 Figura N° 2.4: Curva Hipsométrica para tres cuencas diferentes. ....................................... 55 Figura N° 2.5: Cuenca y subcuencas delimitadas a partir del MDE-Ar. ............................. 59 Figura N° 2.6: Parámetros morfométricos obtenidos a partir de los datos MDE-Ar ........... 61 Figura N° 2.7: Ubicación espacial de los diferentes perfiles ............................................... 63 Figura N° 2.8: Construcción de perfiles altitudinales de la cuenca ..................................... 63 Figura N° 2.9: Curva hipsométrica obtenida a partir de datos MDE. .................................. 66 Figura N° 2.10: Modelado en 3D de la cuenca .................................................................... 69 Figura N° 3.1: Esquema conceptual de la metodología propuesta ...................................... 81 Figura N° 3.2: Determinación de los usos del suelo para el período 1985-2015 ................ 94 Figura N° 3.3: Mapa de usos del suelo para 1985 ............................................................... 98 Figura N° 3.4: Mapa de usos del suelo para 1995 ............................................................... 99 Figura N° 3.5: Mapa de usos del suelo para 2005 ............................................................. 100 Figura N° 3.6: Mapa de usos del suelo para 2015 ............................................................. 101 Figura N° 3.7: Gráficos de superficies, en hectáreas, ........................................................ 103 Figura N° 3.8: Graficos de superficies para los años 1985, 1995, 2005 y 2015. ............... 105 Figura N° 3.9: Clasificaciones de los años 1985, 1995, 2005 y 2015 ............................... 112 Figura N° 3.10: Mapa de coberturas del suelo para el año 1985 ....................................... 114 Figura N° 3.11: Mapa de coberturas del suelo para el año 1995 ....................................... 115 IX Figura N° 3.12: Mapa de coberturas del suelo para el año 2005 ....................................... 116 Figura N° 3.13: Mapa de coberturas del suelo para el año 2015 ....................................... 116 Figura N° 3.14: Síntesis de la superficie, en hectáreas, para cada una de las cubiertas..... 118 Figura N° 3.15: Análisis de cubiertas en el sector alto de la cuenca para 1985-2015. ...... 120 Figura N° 3.16: Análisis de cubiertas en el sector medio de la cuenca para 1985-2015. .. 121 Figura N° 3.17: Análisis de cubiertas en el sector bajo de la cuenca para 1985-2015. ..... 122 Figura N° 3.18: Análisis de coberturas en el sector alto de la cuenca para 1985-2015. .... 123 Figura N° 3.19: Análisis de coberturas en el sector medio de la cuenca para 1985-2015. 124 Figura N° 3.20: Análisis de coberturas en el sector bajo de la cuenca para 1985-2015. ... 125 Figura N° 4.1: Diferentes índices de agua evaluados ........................................................ 137 Figura N° 4.2: Ploteo de los 45 puntos de la verdad terrena.............................................. 138 Figura N° 4.3: Esquema conceptual de la metodología planteada..................................... 140 Figura N° 4.4: Comparación de los métodos propuestos ................................................... 142 Figura N° 4.5: Sumatoria de píxeles anegados en cada MNDWI...................................... 143 Figura N° 4.6: Zonas de píxeles positivos durante el periodo analizado 1985-1995 ........ 146 Figura N° 4.7: Zonas de píxeles positivos durante el periodo analizado 1995-2005 ........ 147 Figura N° 4.8: Zonas de píxeles positivos durante el periodo analizado ........................... 148 Figura N° 4.9: Zonas de píxeles positivos durante los 30 años analizados ....................... 149 Figura N° 4.10: Zonas de píxeles positivos en la cuenca alta ............................................ 150 Figura N° 4.11: Zonas de píxeles positivos en la cuenca media ........................................ 151 Figura N° 4.12: Zonas de píxeles positivos en la cuenca baja ........................................... 152 ÍNDICE DE TABLAS Tabla N° 1.1: Características evaluadas para la selección de imágenes satelitales .............. 24 Tabla N° 1.2: Puntos de la Red de Nivelación Argentina .................................................... 30 Tabla N° 2.1: Set de datos satelitales utilizados para la extracción de información ............ 44 Tabla N° 2.2: Estadísticosobtenidos a partir de la delimitación automática ....................... 59 Tabla N° 2.3: Listado de parámetros morfométricos ........................................................... 64 Tabla N° 2.4: Estadísticos para la construcción de la curva hipsométrica ........................... 66 X Tabla N° 2.5: Parámetros estadísticos de la interpretación de la red hídrica ....................... 68 Tabla N° 3.1: Set de datos satelitales 225/084 ..................................................................... 79 Tabla N° 3.2: Unidades de interpretación visual para 1985-2015 ........................................ 83 Tabla N° 3.3: Superficie de las categorías interpretadas para el periodo 1985-2015 ........... 95 Tabla N° 3.4: Estadísticos obtenidos durante la validación ............................................... 106 Tabla N° 3.5: Superficie de la cuenca, en hectáreas y porcentaje ...................................... 108 Tabla N° 4.1: Ecuaciones de NDWI y MNDWI. ............................................................... 133 Tabla N° 4.2: Set de datos satelitales Landsat utilizados ................................................... 134 Tabla N° 4.3: Sumatoria de la categoría agua, superficie y umbral ................................... 144 Tabla N° 4.4: Estadística general para cada uno de los mapas de frecuencia .................... 145 XI XII RESUMEN La gestión de los recursos hídricos representa uno de los mayores desafíos ambientales que la humanidad deberá afrontar en las próximas décadas y la cuenca hídrica se configura como la región natural para la aplicación de políticas sobre el territorio, teniendo en cuenta los paradigmas de participación social, desarrollo sustentable y visión holística. De esta manera, el manejo integral de cuencas como herramienta integradora, se presenta como una alternativa que permite formular, a nivel de propuesta, un conjunto de acciones sobre el ambiente con fines de promover la conservación y la utilización sustentable de sus recursos. En este marco, la Geomática representa una herramienta poderosa, capaz de contribuir al conocimiento de los recursos hídricos a partir de la utilización de datos provenientes de diversos sistemas satelitales y de la aplicación de técnicas de extracción de información. El río Luján y el ámbito de su cuenca, conviven con múltiples presiones que interpelan a los planificadores y al estado, en sus diferentes niveles. Por ello, esta tesis doctoral tuvo entre sus objetivos: Evaluar la utilidad de los datos provenientes de los diferentes satélites para la generación de cartografía temática de la cuenca del río Luján; Evaluar la potencialidad de la Geomática para la elaboración de indicadores de riesgo hídrico adaptados a la zona bajo análisis; y Establecer los aportes de la Geomática para un plan de manejo integral del área de estudio. La metodología planteada incorporó el uso de datos ópticos y derivados de radar, aplicados a una ventana temporal que incluyó en total 29 imágenes pasivas adquiridas entre los años 1985 y 2015. La delimitación automática de la cuenca permitió contar con límites precisos para la aplicación de metodologías basadas en clasificaciones digitales que, en complemento con la interpretación visual del área, permitieron establecer su dinámica y determinados patrones de cambio en el uso y la cobertura del suelo. En este XIII sentido, la cuenca baja y media se presentaron como los sectores con mayor presión de tierra destinada a urbanizaciones, en detrimento de actividades como la agricultura intensiva, con una tendencia que se afianzó durante las últimas décadas. Por otra parte, con la aplicación del Índice de Agua Modificado y la adaptación de un umbral móvil para la generación de máscaras binarias, fue posible obtener un mapa de frecuencias de anegamiento relacionado con la recurrencia de inundaciones a las que se encuentra sujeta la cuenca. Con ello, se pudo establecer los lugares con mayor probabilidad de sufrir inundaciones para cada uno de los sectores analizados y analizar la tendencia creciente en el número de píxeles anegados. La cartografía temática realizada a lo largo de estas páginas, se manifestó como una poderosa herramienta de síntesis y de divulgación. Los resultados aquí obtenidos pueden ser utilizados para la toma de decisiones, como insumo para la planificación o bien ser incorporados en modelos predictivos y escenarios a futuro. Palabras clave: manejo de cuencas, Geomática, cartografía temática, indicadores de riesgo, teledetección, uso y cobertura del suelo. XIV ABSTRACT The management of water resources is one of the greatest environmental challenges that mankind will face in the coming decades. Thus, the water basin becomes the natural region for the application of policies taking into account the paradigms of social participation, sustainable development and holistic vision. The integral management of watersheds is an alternative tool to design a set of actions to promote the sustainable use of the environment resources. Under this framework, Geomatics represents a powerful tool to contribute to the knowledge of water resources through the use of data from various satellite systems and the application of information extraction techniques. The Luján river basin coexists with multiple pressures that challenges decision makers and the government at its different levels. Therefore, the objectives of this thesis are: a) To evaluate the utility of different satellite data to generate thematic maps of the Luján river basin; b) To assess the potential capacity of Geomatics to develop water risk indicators adapted to the area under analysis; c) To establish the contributions of Geomatics for a comprehensive management plan of the study area. The proposed methodology incorporated the use of optical data and radar derivatives, applied to a time period that included 29 images acquired between 1985 and 2015. The automatic delimitation of the basin allowed to produce precise limits for applying digital classification techniques that, coupled with visual interpretation, allowed to establish its dynamics in the use and coverage of the soil. In this sense, the low and middle basin were the sectors with a major tendency to greater pressure of change to urbanizations and decrease of intensive agriculture. A map of frequencies of waterlogging was generated by applying a modified wetness index and a dynamic threshold, which was XV well correlated with the floods that affect the basin. This product allowed both to establish the most likely areas to suffer flooding and to show a growing trend in the area affected by waterlogging. The thematic maps represent a powerful tool for summarizing and disseminating environmental information. These results can be used as inputs for decision making, planning, as well as in predictive models and future scenarios models. Keywords: watershed management, Geomatics, thematic mapping, risk indicators, remote sensing, land use, land cover. XVI Organización de la Tesis Los cinco capítulos en los que se encuentra organizada la presente tesis doctoral permiten su lectura a partir de una Introducción General, donde se encuadra la problemática planteada, se analiza la bibliografía de referencia, se diseñan los aportes de un estudio de esta índole en el área, se dejan proyectados los objetivos rectores y se seleccionan los sensores cuyas imágenes se utilizarán en los siguientes apartados. A partir de aquí, la generación de cartografía temática ilustrará y complementará cada uno de los capítulos de este trabajo ya que configura una parte sustancial de los aportes a la temática; ellos se observan ampliados en el Anexo Cartográfico. Enel segundo capítulo, se pone en consideración el procesamiento de datos topográficos para determinar los límites del área de estudio. Éstos conformarán el marco para extraer aquellos parámetros que permitan caracterizar el área, además de identificar la red hídrica superficial a través de un análisis detallado de sus componentes. El tercer capítulo incluye un análisis temporal de 30 años con los aspectos centrales de la dinámica del uso y la cobertura del suelo que pueden ser detectados desde diferentes sensores remotos. La dinámica temporal se complementó, en el capítulo cuarto, con una serie estacional más amplia, que incluyó el estudio y procesamiento de 29 imágenes satelitales teniendo en cuenta su espectralidad a través de un álgebra de bandas. Las diferentes variantes del Índice de Agua fueron puestas bajo análisis para lograr una serie temporal adaptada al área, que pueda incluirse en futuros estudios. A modo de cierre, el quinto capítulo, concluye con los aportes de la Geomática al estudio de cuencas de llanura y se plantean las principales conclusiones alcanzadas, trazando nuevas perspectivas de análisis para futuras líneas de investigación. 1 CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN GENERAL 2 EL AGUA EN EL PLANETA Según la Real Academia Española la palabra Hidrósfera hace referencia al "conjunto de partes líquidas del globo terráqueo" y está compuesta por los prefijos griegos Agua (ὑδρο- hydro) y Esfera (σφαῖρα -sfaira). En ella, la mayor parte corresponde a agua salada (97,5%) mientras que del resto de agua en el planeta, sólo una pequeña parte (0,025%) corresponde a agua dulce, superficial y de fácil acceso (Trevizan Rispoli, 2011). Se cree que esta cifra no ha cambiado en millones de años y se encuentra regulada por el ciclo del agua, o ciclo hidrológico. Los diferentes usos asignados al agua que se encuentra accesible corresponden a la agricultura (69%) seguido del industrial (19%) y el resto del uso es doméstico (Figura N°1.1). Este complejo ciclo dinamiza, a través de sus diferentes fases, el agua en el planeta, contribuye a regular el clima en el mundo y a modelar la superficie de la Tierra. . Figura N° 1.1: Distribución y uso del agua en la hidrósfera. Columna 1, Salada/Dulce; Columna 2, Subterránea/Hielo/Superficial; Columna 3, Lagos y Humedales/Atmósfera/Ríos. Columna 4: Usos del agua por actividad, Agricultura/Industria/Municipal (Adaptado de Clarke, R. & J. King, 2004 ). 3 En la historia de la humanidad el agua ha sido uno de los recursos que más ha intervenido en la adaptación de los seres humanos al medio. Aprovechando su abundancia o regulando su escasez, fue en derredor de ella donde los aspectos más importantes de la cultura, tanto materiales como abstractos, han sabido construirse y perdurar. Numerosos autores relacionan la cultura y la gestión de este recurso (Bonnin, 1984, Schnitter, 1994, Levi, 1995 y Viollet, 2001). Sólo basta una profunda mirada al pasado de las más remotas civilizaciones, para apreciar los elementos y tecnologías en pos del aprovechamiento y la utilización de este elemento vital. Muchos de esos elementos o costumbres continúan hoy en pie, conformando el Patrimonio Cultural de la Humanidad. El Sistema Tradicional de Jueces del Agua de Corongo, en Perú, tiene, desde tiempos preincaicos, el objetivo de lograr un abastecimiento equitativo y sostenible del agua a partir de tres principios fundamentales: la solidaridad, la equidad y el respeto de la naturaleza 1 . En la zona semidesértica del centro mexicano, el pueblo Otomí-Chichimeca se congrega con motivo de las impetraciones y celebraciones centradas en el agua 2 . En el Siglo II de nuestra era y luego de recorrer una distancia de 132 km. a través de un acueducto, el agua permitía el desarrollo de la antigua Cartago, en lo que hoy es Túnez. Las primeras terrazas de cultivo de los pueblos atacameños datan de 9.000 años y constituyen una clara evidencia de la adaptación al clima, al uso eficiente del recurso y al ambiente. Sin embargo, el agua también tiene aspectos negativos asociados, ya que puede ser un factor determinante para la transmisión de enfermedades o, a partir de sus excesos y carencias, inundar grandes regiones y producir sequias extremas. 1 https://ich.unesco.org/es/RL/sistema-tradicional-de-jueces-de-agua-de-corongo-01155 2 https://ich.unesco.org/es/RL/lugares-de-memoria-y-tradiciones-vivas-de-los-otomi-chichimecas-de-toliman- la-pena-de-bernal-guardiana-de-un-territorio-sagrado-00174 4 En las últimas décadas, la sociedad global ha tomado conciencia pública de que el agua dulce es un recurso finito y esencial para el desarrollo, tanto social como económico. Esto cobra importancia al tener en cuenta que son las actividades humanas las que deterioran la capacidad del ambiente de continuar sus funciones esenciales, atentando contra la propia vida y el desarrollo de los pueblos (D’Antoni, 2012). Actividades como el sobreuso del recurso, el crecimiento demográfico, la demanda de agua para producción de energía, la intervención de humedales y la contaminación, son solo algunas de las principales causas del deterioro de este recurso (Martínez Austria, 2013). LA GESTIÓN DEL RECURSO HÍDRICO Son las relaciones intrínsecas que ocurren en el marco de la hidrosfera las que evidencian la necesidad estricta de tratar a los temas hídricos de manera conjunta. Ya que a pesar de ser un recurso natural de gran importancia, el agua es sólo uno de los recursos naturales vitales. Es por ello, que el tradicional enfoque fragmentado se muestra inválido y resulta imperioso afrontar los desafíos relacionados con la gestión de los recursos hídricos de manera integrada. A partir de un enfoque más actual surge el concepto de Gestión Integrada de los Recursos Hídricos (GIRH) como una herramienta internacionalmente aceptada hacia el desarrollo y la gestión de los recursos de manera eficiente, equitativa y sostenida en el tiempo (Figura N°1.2). Nace como parte de las necesidades de gestión de un recurso cada vez más restringido y en constante presión de demandas. Además de los problemas relacionados con el suministro de agua, existen grandes diferencias entre regiones en lo referente a su disponibilidad, que van desde situaciones extremas de escasez en los desiertos del planeta, a las abundancias en los bosques tropicales. Inclusive dichas 5 diferencias se dan de manera variada entre estaciones y frecuencias, modificando los periodos de suministro, suponiendo crecientes desafíos para su gestión. Figura N° 1.2: Los enfoques actuales para la planificación y la gestión integrada de los recursos hídricos contemplan, según ONU-Agua, estas fases para su planificación e implementación (Tomado de Roadmapping for Advancing Integrated Water Resources Management Processes. ONU-Agua, GWP. 2007) 3 Debido a la importancia del recurso y la necesidad de una correcta gestión, resulta aclaratoria una breve síntesis del marco institucional para el manejo de cuencas en el mundo, ya que existen en la actualidad diferentes organismos supranacionales y agencias intergubernamentales que abordan cuestiones que subyacen a la temática de los recursos hídricos, como el saneamiento o las catástrofes naturales. Uno de los primeros antecedentes en el mundo tuvo lugar en Mar del Plata durante 1977, cuando la Organización de Naciones Unidas desarrolla la Conferencia sobre el Agua, que incluyó el primer enfoque coordinado 3 http://www.un.org/spanish/waterforlifedecade/iwrm.shtml 6 entre países para la gestión integrada de los recursos hídricos, estableciendo la importancia de la capacitación e investigación, así como también la cooperación regional e internacional. Este hito tuvo entre sus aciertos el considerara la gestión del agua de manera integral y holística brindando un acercamiento conceptual para las dos décadas sucesivas (Biswas, 2004). En ese marco existe ONU-Agua para coordinar las iniciativas relacionadas con este organismo y sus diferentes subsistemas, como UNESCO, OMS, UNICEF, etc. Este organismo es el encargado de llevar a la práctica el programa definido en la Declaración del Milenio (2000), en la Cumbre Mundial sobre el Desarrollo Sostenible (2002) que se encuentran vinculados con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (2015). En su última declaración del 22 de marzo 2018 (Día Mundial del Agua) que se realizó en Brasilia, Brasil, la ONU ratifica la importancia de los humedales en la hidrología del planeta y en el control de la contaminación; además de plantearlos como barreras naturales para la mitigación de riesgos de los denominados desastres naturales, en particular las inundaciones. Existen también otras instancias y plataformas de cooperación internacional como el Consejo Internacional del Agua, que promueve políticas responsables y acciones concretas en diferentes niveles de decisión, entre las que se pueden mencionar la organización del Foro Mundial del Agua realizada cada tres años. Sin embargo son los países, a través de sus diferentes acciones y marcos regulatorios, los que actúan directamente sobre los recursos. Por ello, la descripción de las diferentes estructuras de cada país resultan aclaratorias. Prestando atención a esas estructuras gubernamentales se observa que los organismos encargados de regular los recursos hídricos se encuentran en diferentes instancias de rango ministerial, de secretaría, agencia o subsecretaría. Entre los países que presentan rango ministerial, los temas concernientes al agua, su abastecimiento y cuidados se pueden encontrar ejemplos en diversos continentes. 7 En el continente Africano existen ministerios en Tanzania (Ministerio de Agua e Irrigación), Nigeria (Ministerio de Recursos Hídricos), Egipto (Ministerio de Recursos Hídricos e Irrigación); en algunos países asiáticos como Jordania (Ministerio de Agua e Irrigación), India (Ministerio de Recursos Hídricos, Desarrollo Hídrico y Rejuvenecimiento del Ganges), Nepal (Ministerio del Abastecimiento del Agua y Saneamiento), República Popular China (Ministerio de Recursos Hídricos), Israel (Ministerio de Energía y Recursos Hídricos); en el continente europeo se encuentra en el Reino de los Países Bajos (Ministerio de Infraestructura y Gestión del Agua). En el continente americano se encuentran ministerios en el Estado Plurinacional de Bolivia (Ministerio de Medio Ambiente y Agua) y en la República Bolivariana de Venezuela (Ministerio del Poder Popular para Ecosocialismo y Aguas). Sin embargo, otros variados ejemplos demuestran que no existe un consenso internacional sobre el lugar que debería ocupar la gestión de los recursos hídricos, ni siquiera sobre la mirada integral que deben tener los enfoques. España, Canadá, EE.UU., Francia, Alemania, Suecia, Costa Rica, Uruguay, Reino Unido, Japón o Argentina no poseen rango ministerial para los asuntos del agua. LA SITUACIÓN EN ARGENTINA CON LOS RECURSOS HÍDRICOS Y EL MANEJO DE CUENCAS En la República Argentina, la disponibilidad global de agua por habitante en 2014 fue de 21.000 m3/año (FAO, 2014). Esta cifra resulta auspiciosa si se la compara con otros países del globo, teniendo en cuenta la cantidad de habitantes. Sin embargo, una mirada más profunda advierte que la distribución de este recurso no resulta pareja al interior de las diferentes regiones. El Sistema de la Cuenca del Plata, por caso, representa el 85% de ese 8 total nacional, reafirmando lo mencionado anteriormente. Esta distribución desigual del recurso hídrico indica que algunas provincias, pertenecientes a la diagonal árida, se encuentren por debajo de los valores para el stress hídrico presentados por el PNUD. Otro aspecto que debe considerarse es la extensión del territorio ya que sus disímiles relieves y su desarrollo latitudinal favorecen, junto con los diferentes climas, al variado entramado de regímenes hídricos. En nuestro país, la amenaza a la sostenibilidad de las fuentes de agua de fácil acceso es creciente, la misma se debe a prácticas agrícolas no conservacionistas, a la deforestación, al uso de agroquímicos, a los cambios en el uso del suelo, a las urbanizaciones y a la contaminación de lagos, ríos y humedales. Desde la normativa nacional, a partir de la sanción de la Ley 25.688, en el año 2002, se define a la cuenca hídrica como la unidad de gestión indivisible del recurso, creando los denominados comités de cuenca de carácter interjurisdiccional cuya misión sería la de asesorar a la autoridad competente. En este sentido, los diagnósticos referidos al marco institucional concluyen que la gestión de los recursos hídricos, tanto a nivel nacional como a nivel provincial, se caracterizan por una fragmentación sectorial e institucional. La superposición de funciones o la dilución de responsabilidades es el resultado de políticas que no contemplan una coordinación interinstitucional entre las diferentes dependencias. De esto se desprende que las acciones tendientes al flujo de comunicación y el intercambio de información entre instituciones no sea el adecuado (Casaza, 2003, Pochat, 2005). Los agentes privados, producto de las privatizaciones en diferentes sectores hídricos, pero con especial énfasis en los sectores de la distribución de agua potable, el saneamiento y la construcción de infraestructura, han dado lugar al incremento de la trama institucional, promoviendo la creación de entes reguladores. 9 Actualmente en nuestro país, el marco a nivel nacional de acción institucional lo configura la Subsecretaria de Recursos Hídricos, de la Secretaría de Obras Públicas que depende del Ministerio del Interior, Obras Públicas y Vivienda. De acuerdo a sus principios rectores la Subsecretaria interviene en la elaboración y ejecución de la política hídrica nacional y de los servicios públicos de abastecimiento y agua potable. Es la encargada de proponer el marco regulatorio del manejo de los recursos hídricos, vinculando, para ello, la acción de las demás jurisdicciones. Diseña, coordina e implementa en el país el Plan Nacional del Agua que presenta entre sus ejes principales al agua y saneamiento, la adaptación del territorio al cambio climático mediante la realización de obras en el territorio y el agua para la producción, siempre tendientes a lograr un desarrollo regional, contribuir a la generación de empleo y disminuir el porcentaje de la población en situación de pobreza. Entre las instituciones que coordina y supervisa se encuentran el Instituto Nacional del Agua (INA), el Organismo Regulador de Seguridad de Presas (ORSEP), el Ente Regulador de Agua y Saneamiento (ERAS), la Agencia de Planificación (APLA), el Ente Nacional de Obras Hídricas de Saneamiento (ENOHSA) además de otros organismos descentralizados y desconcentrados. Con respecto a la gestión de cuencas, interviene en representación del estado nacional. Las redes de información, los sistemas de monitoreo continuo e información sobre los recursos son función de esta dependencia. MANEJO INTEGRAL DE CUENCAS Si bien existen antecedentes anteriores en la legislación referente al recurso agua, en nuestro país la ordenación de cuencas comienza a partir de los años 1950, creándose la Escuela Superior de Bosques y la Estación Hidrológica Forestal de Sierra de la Ventana. En el año 1963 se institucionaliza la temática al conformarse el Instituto de Ordenación de 10 Vertientes e Ingeniería Forestal (IOVIF), vanguardia latinoamericana en la temática (Pochat, 2005). Estas experiencias hicieron énfasis en un criterio conservacionista y en la corrección de torrentes (Casaza, 2003). A partir de allí, con el cierredel instituto mencionado en 1975 y hasta los primeros años de 1990 la administración de cuencas enfatizó el aprovechamiento múltiple del recurso hídrico. Es en este periodo en donde se realizaron las principales obras de ingeniería hidráulica 4 y cuando comienzan a formarse los primeros comités de cuencas, en general, interprovinciales (Dourojeanni et al., 2002, Pochat, 2005). Pero es a fines de los ´90 y a raíz de los nuevos paradigmas de participación social, desarrollo sustentable y de una visión ecosistémica y holística que la cuenca cambia su concepción espacial. Este nuevo enfoque integral sirve de referencia para proyectar el desarrollo sustentable regional, como así también la determinación del impacto ambiental de toda actividad humana (Bruno, 2000). Esto cobra relevancia teniendo en cuenta que, durante las últimas décadas, las catástrofes relacionadas con el clima representaron la principal causa de pérdidas humanas y económicas en todo el mundo. Dentro de ellas las inundaciones son las que producen anualmente las mayores pérdidas. La República Argentina no está exenta de estos eventos climatológicos, como lo atestiguan las últimas inundaciones del río Pilcomayo en Santa Victoria Este, los últimos aludes en Tumbaya y Volcán en la provincia de Jujuy, o las inundaciones en el centro de la provincia de Buenos Aires durante 2015. Estos fenómenos y sus trastornos relacionados, representan un grave problema ambiental, económico y social. Por ello, el análisis sobre el uso que se le da al territorio es un elemento primordial a la hora de determinar las causas de una catástrofe (Ayala Carcedo, 2001). Un ejemplo de esto lo constituyen las ciudades instaladas en los valles de inundación de los ríos. Según Gómez 4 http://portalweb.cammesa.com/memnet1/revistas/estacional/base_gen.html 11 Orea (2002), en muchos de los desastres se encuentran asociados dos factores elementales, como son el riesgo y la ordenación del territorio, por lo tanto son en mayor o menor grado catástrofes evitables. Que exista riesgo o no, lo determina la imposición de medidas restrictivas sobre el territorio, por lo cual resulta evidente la necesidad de establecer medidas que ordenen las diferentes actividades en torno a un área. Cuando esta área está circunscripta a una determinada cuenca hidrográfica, este proceso complejo se denomina Manejo de Cuencas (González, 2000). Con respecto a este concepto, las definiciones encontradas en la bibliografía son múltiples, pero todas se relacionan a las acciones o propuestas orientadas a la utilización sustentable de los recursos naturales. Desde el marco institucional la definición utilizada por la Secretaría de Ambiente y Desarrollo Sustentable de la Nación Argentina (D. DNDS 001/2001) establece que “Manejo de cuencas es el proceso que permite formular, al nivel de propuesta, un conjunto integrado de acciones sobre el medio natural, la estructura social, económica, institucional y legal de una cuenca, con fines de promover la conservación y utilización sustentable de los recursos naturales y el desarrollo sustentable”. En este sentido, el presente trabajo suscribe a la definición utilizada por la Secretaría de Ambiente y Desarrollo Sustentable, poniendo particular énfasis en los procesos que permitan formular dichas propuestas. Es por ello que se intenta, en estas páginas, demostrar cómo la Geomática aplicada al estudio de los recursos hídricos puede generar aportes sustanciales y contribuir a la elaboración de acciones sobre el medio social y natural tendientes a lograr el manejo integral de la cuenca del río Luján. Estos procesos basados en la manipulación de imágenes satelitales para lograr cartografía temática, como elemento de síntesis, deberán ser incluidos en los futuros planes de manera sistemática y complementaria a las técnicas utilizadas actualmente. 12 NOCIÓN DE GEOMÁTICA, TECNOLOGÍAS COMO PARTE DE LA PREVENCIÓN Desde el lanzamiento de los primeros satélites dedicados a la observación de la tierra, la tecnología ha evolucionado de manera ininterrumpida. Hoy es posible estudiar y monitorear la Tierra desde una amplia gama de aspectos multidisciplinarios, muchos de ellos relacionados a la prevención de desastres naturales y al estudio de los recursos hídricos. Esta respuesta que brindan las Tecnologías de la Información Geográfica (TIG) a los problemas ambientales complejos, constituye una potente herramienta para la evaluación, detección y el seguimiento de procesos naturales y antrópicos. Gracias a la constante evolución de los sistemas sensores, es posible obtener datos con mayor frecuencia y con una mayor resolución espacial, posibilitando el monitoreo y seguimiento de fenómenos dinámicos y evaluar áreas del terreno de dimensiones cada vez menores. Esto contribuye a una mejor comprensión de los procesos que se llevan a cabo como consecuencia de las actividades humanas y por lo tanto, mejoran el conocimiento general y asisten a la gestión de recursos naturales. La versatilidad que ofrecen los Sistemas de Información Geográfica (SIG) como herramienta para la gestión del territorio resulta notable, debido a que permiten la generación, manipulación y adaptación, en periodos breves de tiempo, de datos provenientes de fuentes y estructuras diversas (Buzai, 2014). Este campo de actividades en donde se integran los medios informáticos para manejar datos involucrados en el proceso de producción de información espacial se denomina Geomática. Es por ello que, en este trabajo, el término Geomática hará referencia a la definición suscripta por la Real Academia Española que la significa como "Disciplina que se ocupa de la obtención, almacenamiento, análisis y explotación de la información geográfica". Esto es tenido en cuenta sin perder la perspectiva histórica del término, que fue utilizado por primera vez en 13 Francia en el decenio de 1970 (Bédard et al., 2007) y retomado en Canadá (Hamilton & Sebert, 1996) para referirse a las actividades de cartografía asistida por computador (CAD) y muchas veces ampliado a todos los métodos y herramientas para adquirir y distribuir datos geográficos. Este nuevo concepto involucra una visión holística y sistémica que aprovecha las tecnologías de la información geoespacial para la comprensión de las complejidades y la reducción de la incertidumbre que caracteriza a estos problemas. En la introducción de cada capítulo se abordarán en detalle los antecedentes de cada metodología basada en estas técnicas, sin embargo, resulta necesario el análisis de los antecedentes referidos al manejo de cuencas llevados a cabo en diversos ámbitos, tanto internacionales como nacionales. ANTECEDENTES REFERIDOS AL MANEJO DE CUENCAS Resultan numerosas las aproximaciones llevadas a cabo desde diferentes organismos e instituciones dedicadas a la temática: una breve descripción de las publicaciones analizadas contribuirá a comprender la evolución temporal y geográfica. La FAO (Food And Agriculture Organization Of The United Nations) publica su primera guía para la conservación con el foco puesto en las cuencas (1977) bajo el nombre de Guidelines for watershed management, donde ejemplifica con experiencias de diferentes países. Diez años después (1987), la misma organización presentó Guidelines for economic appraisal of watershed management projects, cuyo objetivo fue contribuir al conocimiento económico que conllevan las actividades relacionadas al manejo de cuencas. También publicó una guía para tomadores de decisión proporcionando conocimientos básicos y enfoques prácticos, haciendo énfasis en cuencas de tierras altas, su nombre fue Watershed 14 management field manual (1990). En 2003 se realizó en Katmandú, Nepal un taller regional y se publicaron sus alcances bajo el nombre Preparing for thenext generation of watershed management programmes and projects, haciendo referencia al uso de las nuevas tecnologías, especificando a los SIG y los sensores remotos, como herramientas particularmente importantes en el manejo de cuencas hidrográficas. El mismo organismo internacional, en Roma en el año 2006, edita The new generation of watershed management programmes and projects, un libro destinado a los tomadores de decisión locales, en base a recomendaciones del organismo y preparado, entre otros colaboradores, por la Red Latinoamericana de Cooperación Técnica en Manejo de Cuencas Hidrográficas (REDLACH). El mismo brinda nuevos acercamientos conceptuales al manejo de cuencas y al carácter integral de la propuesta, haciendo hincapié en el desarrollo participativo, los conflictos entre el interés y el derecho y las visiones que ofrecen las diferentes escalas de trabajo. También se encuentran a la vanguardia algunas agencias de cooperación nacionales, como el caso de la Agencia Alemana de Cooperación Técnica (GTZ), que en la India apuntan a aplicar soluciones sociotécnicas para la protección del medio ambiente, la recuperación de los recursos naturales y el manejo de cuencas hidrográficas. Esta agencia trabaja en conjunto con organismos gubernamentales y ONGs en la gestión de cuencas, generando vínculos que permitan experiencias y difusión de los conocimientos adquiridos. El enfoque de GTZ para la gestión de los recursos hídricos se basa en promover la participación de los pobladores para sustentar y apoyar el trabajo del proyecto, utilizando tecnologías locales y compartiendo los costos y los beneficios junto con las políticas del gobierno local. Algunos de los ejes del proyecto son la gestión de los recursos naturales, la construcción de medios de vida rural sostenible, el desarrollo descentralizado de los recursos hídricos, entre otros. 15 Entre las herramientas utilizadas para llevar a cabo dichas acciones, las imágenes satelitales cumplen un rol activo para el diagnóstico (Uddin et al,. 2015). Coincidente con este enfoque, otros autores (Suryawanshi & Kamble,2012) desarrollan, a través del Programa de Manejo Integrado de Cuencas Hidrográficas (IWMP), la gestión planificación sostenible e integrada de los diferentes factores de una cuencas. Este programa, también de India, es implementado por agencias nacionales y distritales. En América Central, los antecedentes en el manejo de cuencas utilizando estas tecnologías se basan en diferentes experiencias tanto a nivel país como a nivel regional. Pero sin dudas una referencia reconocida, lo constituye el Centro Agronómico Tropical de Investigación y Enseñanza (Jiménez, 2011), fundado en 1973 en Costa Rica. En el año 2006 el CATIE publica La cogestión de cuencas hidrográficas en América Central llevado a cabo por el Grupo de Reflexión en Gestión de Cuencas Hidrográficas. Enfocado a su región, el documento establece un diagnóstico del manejo y la gestión de cuencas, lineamientos estratégicos para la gestión de cuencas hidrográficas y estrategias para su cogestión; entre otros puntos. En uno de sus pasajes establece la necesidad de la gestión para poder ordenarla y desarrollarla ya que “la cuenca hidrográfica se constituye como una de las unidades espaciales más definidas y clasificadas del territorio en forma natural”. Castellón Pineda, presenta un estudio de caso en la localidad de Somoto, Nicaragua realizado en el año 2004 haciendo énfasis en el uso y manejo del recurso agua para diferentes fines, utilizando información georeferenciada y entrevistas con informantes claves e integrando la información espacial en un SIG. Este aporte al análisis socioambiental permitió establecer, entre otros resultados, los meses de déficit hídrico, los volúmenes utilizados por diferentes actividades y las falencias en la utilización del agua destinada a riego. 16 Por último, otro estudio en la misma región logró una identificación, demarcación y manejo de zonas de recarga hídrica, utilizando Geomática y una metodología participativa con actores locales institucionales y comunales (Isaguirre et al., 2007). En este estudio y a partir de la identificación de zonas de recarga hídricas prioritarias se establece un esquema de manejo, tendiente a garantizar la calidad y cantidad del agua y posible de ser utilizado como “punto de partida para una zonificación y ordenamiento ambiental del territorio”. Otro foco a la vanguardia es el Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT- Colombia) que presentó en el II Foro Nacional de Cuencas Hidrográficas, llevado a cabo en Nicaragua (2003), el Marco Conceptual para el Manejo Integrado de Cuencas. Este organismo desarrolla, desde el año 2002, una estrategia para el manejo integrado de cuencas. Destaca su política de trabajo con socios expertos a través de alianzas estratégicas y define a los SIG y la Geomática como componentes esenciales del proyecto, requerido a lo largo de todo el marco investigativo para “poder representar problemas y actividades en un contexto geográfico”. En su informe para FAO denominado “La Situación del Manejo de Cuencas en la República Argentina”, Casaza (2003) permite establecer temporalmente y con claridad los distintos abordajes de las cuencas desde los comienzos y hasta la década de 1990 en donde sólo se tenía en cuenta el recurso hídrico y los problemas asociados con este, en aproximaciones de tipo sectorial o parcial. A partir de esta década y relacionados con los nuevos paradigmas de desarrollo sustentable, enfoque sistémico y de participación social, el concepto de cuenca cambia hacia una visión de un espacio en donde interactúan la sociedad con la naturaleza. El enfoque integral y conocimiento sistémico de la cuenca sirve de referencia para proyectar el desarrollo sustentable regional, como así también la determinación del impacto ambiental de toda actividad humana (Bruno, 2000). En el 17 informe se detalla también una lista de los diferentes organismos y marcos institucionales, distintos ámbitos de cooperación técnica, así como también ámbitos de investigación en cuencas. En su tesis doctoral, Herrero (2006) presentó un desarrollo metodológico para el análisis del riesgo hídrico poblacional humano en cuencas periurbanas, como caso de estudio del arroyo Las Catonas en la provincia de Buenos Aires. El marco conceptual rector es la ecología urbana, disciplina emergente de la ecología que se encuentra “delineando aún su cuerpo teórico”, introduce el concepto de riesgo poblacional y su principal objetivo es desarrollar una metodología que posibilite el análisis y la determinación de subcuencas con diferentes índices de riesgo poblacional en relación al recurso hídrico, mediante el análisis de las amenazas y vulnerabilidades sociales involucradas. Existen, además, experiencias en Jujuy a través de un programa de gestión de recursos naturales tomando como unidad la cuenca del río Perico-Manantiales; haciendo hincapié en la horizontalidad en la toma de decisiones y en la comunidad para la concreción de talleres abiertos, utiliza técnicas de SIG para la realización de cartografía temática. Resulta importante destacar que, en el ámbito regional, se creó el Comité de Cuenca del Río Luján (COMILU) por Ley Provincial 14.710 y su modificatoria 14.817 (2015 y 2016). Este ente autárquico que posee capacidad jurídica plena para actuar en el ámbito del derecho público y privado, tiene por objeto la realización de acciones para preservar el recurso hídrico y a gestionarlo de manera integral y sustentable. Entre sus facultades se encuentra la coordinación y planificación de un Plan de Gestión Integral de la cuenca, la planificación del ordenamiento territorial ambiental, la formulación de la política ambiental y la promoción de expropiaciones y relocalizaciones. La competencia y su autoridad prevalece sobrecualquier otra presente en el ámbito de la Cuenca y sus límites geográficos 18 son establecidos por el Poder Ejecutivo. Su directorio se encuentra integrado por siete miembros, de los cuales cuatro son designados por el Poder Ejecutivo y los restantes por los municipios, debiéndose reunir periódicamente. Estos antecedentes analizados, aplicados en diferentes países y llevados a cabo por diversos organismos tanto nacionales como internacionales, junto con la necesidad de elaborar un Plan de Gestión Integral, establecido en la Ley de creación del COMILU, hacen necesaria la utilización de herramientas, probadas en otros casos y a partir de diferentes aplicaciones, en el ámbito de la cuenca de estudio. OBJETIVOS Teniendo en cuenta lo planteado, para este trabajo se propusieron los siguientes objetivos: Evaluar la utilidad de los datos provenientes de los diferentes satélites para la generación de cartografía temática de la cuenca del río Luján. Evaluar la potencialidad de la Geomática para la elaboración de indicadores de riesgo hídrico adaptados a la zona bajo análisis. Establecer los aportes de la Geomática para un plan de manejo integral del área de estudio. 19 SELECCIÓN DE IMÁGENES Como se planteó anteriormente, la percepción remota se presenta como una herramienta indispensable para la planificación regional, sin embargo identificar los sistemas satelitales adecuados para el estudio de un fenómeno requiere analizar sus características y es aquí donde se plantea más de una alternativa. El presupuesto disponible, el tamaño de la cuenca, las condiciones atmosféricas, la escala de trabajo, la dotación de recursos humanos y la ventana temporal, son algunas de las principales variables a tener en cuenta al momento de la selección. Por ello se presentan, a continuación, las variables analizadas para la determinación de las imágenes a utilizar. Si bien los sensores pasivos ofrecen muchas ventajas para el estudio de las áreas inundadas y la cuenca en general, las limitaciones en cuanto a las condiciones atmosféricas, la presencia de nubes e incluso de cierta vegetación que impiden la detección de zonas anegadas es un condicionante para evaluar al momento de la elección de un sistema sensor (Sano et al., 2007). Esto es particularmente importante en zonas con alto grado de nubosidad o en las áreas cuyas inundaciones son producto de las precipitaciones ya que estos periodos presentan alta nubosidad, por lo cual resulta necesario evaluar las características de sensores activos. En el caso de estos sensores uno de los principales aspectos involucrados en la determinación de áreas inundadas es la rugosidad de la superficie, ya que cambia en los cuerpos de agua y las ondas que impactan en dicha superficie se comportan de manera especular. Este comportamiento es diferente para las cubiertas de vegetación y suelo, ya que su textura y constante dieléctrica posibilitan mayor nivel de retrodispersión (Del Valle et al., 2016). 20 Los diferentes sensores captan energía en regiones del espectro electromagnético y esto configura otro de los factores que determinan la selección de imágenes. En este sentido, los sensores deberían contar con bandas que posibiliten la discriminación de cubiertas tanto en la región del visible como en la del infrarrojo. Esto resulta de importancia ya que la detección de las condiciones de humedad resulta definitoria. La presencia de agua es detectada por los sensores pasivos ya que absorben la radiación en las porciones del infrarrojo, en particular del infrarrojo medio (Yang & Giese, 2013), en cambio la energía reflejada en el visible es más variable y depende, entre otras cosas, de la profundidad, los aportes del suelo, las partículas en suspensión, etc. La sensibilidad del infrarrojo para la determinación de las condiciones de humedad en terrenos inundados ha sido estudiada entre otros por Di Bella et al. (2007). Barsi et al. (2005) por su parte, determina que las bandas 6 y 7 del sensor Opertational Land Imager (OLI) del Landsat 8 son sensibles para discriminar el contenido de humedad en suelo y vegetación. Estas regiones espectrales son descriptas en coincidencia por Aggarwal (2016) para evaluar durante un evento de inundación el riesgo, la amenaza y la exposición. Con respecto al área cubierta en este estudio y la disponibilidad de imágenes satelitales, es interesante destacar que existen sensores cuyo ancho de barrido se proyecta desde una decena de kilómetros hasta más allá del millar, ofreciendo una cobertura que va, en km 2 , desde las pocas centenas hasta los cinco millones. Si bien estas diferencias se encuentran asociadas a la unidad mínima de sensoramiento espacial y con ello a la escala del estudio, también presentan implicancias a la hora de determinar el número de imágenes a descargar, procesar y almacenar. Con respecto a la resolución espacial, ésta constituye un indicador del detalle que ofrecerán las imágenes tanto para la impresión de cartografía como para su 21 interpretación a diferentes escalas, como se observa en los diferentes ejemplos de la Figura N°1.2. El tiempo invertido para la manipulación de información también debe tenerse en cuenta, más aún si es requerido en concordancia con el fenómeno de las crecidas o inundaciones, en donde la información debe ser oportuna. Teniendo en cuenta lo planteado y sabiendo que todo el sistema de cuencas del Noreste de Buenos Aires posee 10300 km 2 , resulta necesario establecer un pixel acorde con los objetivos del trabajo, que permita la relación entre el menor número de imágenes a procesar, el área de estudio y la escala de trabajo. Esta concordancia de escalas y su relación con el pixel resulta importante si se quiere incluir más de un sensor, ya que las escalas deben ser compatibles. 22 Figura N° 1.2: Comparación de tres sensores pasivos diferentes. Resaltada en azul se encuentra la red hídrica que incluye al río Luján (Elaboración propia) En la actualidad existe una política de difusión de imágenes satelitales que posibilita el acceso a los datos de forma gratuita. Si bien esto ocurre con imágenes de baja y media resolución espacial, existen ejemplos de alta resolución que se distribuyen abiertamente. A esta disponibilidad se suman los diferentes desarrollos informáticos tendientes al procesamiento de este tipo de datos y el complemento con los SIG que se realiza de manera eficiente, también a partir del desarrollo de software libres. Aunque la formación de recursos humanos continua representando uno de los principales obstáculos a la hora de sociabilizar la información, la política de datos abiertos contribuye a la participación ciudadana, instancia necesaria según la FAO (2006, 2017) y el CATIE (2011) para el éxito en la implementación de las políticas territoriales. Esta disponibilidad no se debe pensar solamente a nivel de personas sino de grupos de la sociedad civil, ya que muchas veces los software propietarios y la compra de imágenes también se encuentran vedadas, por sus altos costos, a ONG o municipios imposibilitando, de hecho, el acceso a la información. La participación ciudadana, como enfoque innovador, contribuye a la gestión de los recursos naturales aportando soluciones objetivas, en particular a las disyuntivas de decisión espacial. Estos conceptos se entrelazan también con el de participación comunitaria, SIG participativo, cartografía participativa e investigación participativa. Otro factor importante para determinar el uso de uno u otro sensor está representado por la resolución temporal. La amplia gama de posibilidades que ofrece esta variable está dada por el tiempo transcurrido en obtener una imagen del mismo lugar, que va desde aquellos mensuales hasta los sensores que ofrecen imágenes diarias. Sin embargo, esta limitante se encuentra23 condicionada, en los sensores pasivos, por las condiciones atmosféricas a la hora de pasada del sensor, por lo cual resulta probable que la disponibilidad real se limite considerablemente. Otro aspecto importante para la temporalidad radica en la posibilidad de obtener imágenes homogéneas en particular por la continuidad de las misiones que, en algunos casos alcanzan las cuatro décadas. Si bien la disponibilidad histórica favorece los estudios multitemporales, contar con datos homogéneos, tanto espaciales, espectrales como radiométricos, contribuye a obtener mayor grado de confiabilidad. Este tipo de homogeneidad en los datos es posible encontrarlas en el diseño de determinadas misiones. Teniendo en cuenta todos los factores descriptos anteriormente, se procedió a aplicar una metodología de valoración cuantitativa para determinar los sensores que se utilizarán. Esta metodología se incorporó al capítulo inicial como punto de partida para el trabajo en los sucesivos capítulos. Para ello fueron seleccionados diez sistemas sensores y se ponderaron sus características principales con un rango de 1 a 5. En la selección inicial fueron incluidas las misiones precedentes ya que permiten un análisis histórico a partir de la disponibilidad de sus imágenes. La selección incluyó sensores de baja resolución espacial (250/500 metros), resolución media (30/20 metros) y alta resolución submétrica (60 centímetros). También se incluyeron dos misiones satelitales radar ya que se evaluaron con respecto a la independencia de las condiciones atmosféricas, si bien en este trabajo no se plantearan estudios de emergencia sino de diagnóstico. El resultado de la ponderación basada en las características descriptas se puede observar en la Tabla N°1.1. 24 Tabla N° 1.1: Características evaluadas para la selección de imágenes satelitales, la ponderación incluye una escala de * para aquellos atributos con la mínima valoración y ***** para aquellos con una puntuación máxima. La sumatoria de los atributos constituyó el factor de decisión para la adquisición de las imágenes (Elaboración propia). MISIÓN/SATÉLITE INDEPENDENCIA CLIMATICA 5 BANDAS INFRARROJAS 6 ESCALA/ PIXEL 7 DISPONI- BILIDAD 8 VENTANA TEMPORAL 9 PROCE- SAMIENTO 10 ∑ TERRA MODIS 11 * ***** ** ***** ** **** 19 PROBA-VEGETATION 12 * *** ** *** *** *** 15 RESOURCESAT 13 * ** ***** ***** ** **** 19 CBERS 14 * ** ***** ***** *** **** 20 LANDSAT 15 * **** ***** ***** ***** ***** 25 5 Referida a la posibilidad de atravesar las nubes. 6 Referida a la inclusión de bandas IRC,IRM, IRL. 7 Referida al relación espacial entre la cuenca, la franja de barrido y el tamaño del píxel. 8 Referida a la descarga gratuita desde los servidores online. 9 Referida a la disponibilidad histórica de imágenes homogéneas para comparar y a la resolución temporal de cada sensor. 10 Referida a la disponibilidad de algoritmos y procesos pero teniendo en cuenta a la cantidad de imágenes necesarias para cubrir el área. 11 https://terra.nasa.gov 12 https://vegetation.cnes.fr/en/VEGETATION/index.htm 13 https://lta.cr.usgs.gov/isro_irs 14 http://www.cbers.inpe.br/sobre/historia.php 15 https://landsat.usgs.gov/ 25 SPOT 16 * ** **** **** **** **** 20 las SENTINEL 17 * **** **** ***** ** **** 20 TERRA ASTER 18 * ***** **** ***** ** **** 21 RAPIDEYE 19 * *** ** * ** *** 12 QUICKBIRD 20 * ** ** * ** *** 11 WORLDVIEW 21 * *** ** * * ** 10 16 https://www.intelligence-airbusds.com/es/441-imagenes-por-satelite-spot 17 https://www.esa.int/esl/ESA_in_your_country/Spain/SENTINEL_2 18 https://terra.nasa.gov 19 http://www.geosoluciones.cl/documentos/rapideye/RapidEye_Mosaic_Product_Specifications_ES.pdf 20 https://www.satimagingcorp.com/satellite-sensors/quickbird/ 21 Se incluye la serie GEOEYE que se fusionó con WORLDVIEW. 26 SATÉLITE RADAR INDEPENDENCIA CLIMATICA 22 POLARIMETRÍA 23 ESCALA/ PIXEL 24 DISPONIBI -LIDAD 25 VENTANA TEMPORAL 26 PROCESA- MIENTO 27 ∑ SENTINEL 28 ***** *** **** ***** * ** 20 COSMO SKYMED 29 ***** *** **** ** * ** 17 ALOS PALSAR 30 ***** **** **** ***** * ** 21 22 Referida a la posibilidad de atravesar las nubes. 23 Referida a la posibilidad de diferentes ángulos de incidencia y polarizaciones. 24 Referida a la posibilidad de diferentes modos y adquisición de las imágenes. 25 Referida a la descarga gratuita desde los servidores online. 26 Referida a la disponibilidad histórica de imágenes homogéneas para comparar y a la resolución temporal de cada sensor. 27 Referida a la disponibilidad de algoritmos y procesos pero teniendo en cuenta a la cantidad de imágenes necesarias para cubrir el área. 28 https://sentinel.esa.int/web/sentinel/missions/sentinel-5 29 http://www.cosmo-skymed.it/en/index.htm 30 https://www.asf.alaska.edu/sar-data/palsar/ 27 De este análisis surgió que las imágenes provenientes de la misión Landsat poseen la mejor combinación de factores para el estudio, a nivel de cuenca, para estudios de tipo diagnóstico, inventario o para las líneas de base necesarias en los planes de manejo. Si bien, al ser un sensor pasivo, resulta dependiente de las condiciones atmosféricas sus registros poseen más de cuatro décadas, que permiten obtener una ventana temporal muy basta y aplicarlas en estudios dinámicos como los aquí planteados. Su periodo de revisita ofrece dos imágenes por mes, con una resolución media de pixel que abarca 900 m 2 , cubriendo un área de más de 34000 km 2 lo que posibilita trabajar con escala del orden de 1:100000. Según el Sistema de Referencia Mundial 2 (WRS-2) utilizado para la selección de las imágenes Landsat 5, 7 y 8, la cabecera de cuenca del río Luján, en el partido de Chacabuco, coincide con los límites entre las imágenes 225/084 y 226/084. Ambas imágenes presentan variaciones entre fechas y misiones, modificando la superficie de análisis de cada imagen con respecto al área total de la cuenca. Esta diferencia de superficies en ningún caso resulta mayor que el 5 % del total, por lo cual los aportes en cuanto a resultados no serían significativos. Si se hubiese incorporado la imagen 226/084 se necesitaría la realización de mosaicos, en los cuales la estacionalidad de las imágenes y su disponibilidad real dificultaría el estudio. Por ello, se optó por procesar la imagen correspondiente al path y row 225/084, que representó más del 95% del área de estudio. Estos sensores poseen bandas en el visible y en el infrarrojo (cercano, medio y lejano) por lo cual se presentan eficaces para establecer mediciones relacionadas al contenido de humedad. Las políticas de diseño de sus sensores permiten obtener imágenes espectralmente homogéneas y los cambios producidos a lo largo de toda la misión son bajos (centros de bandas o radiometrías, por ejemplo). Un factor que resultó determinante fue la posibilidad de la descarga de imágenes a partir de diversos servidores al encontrarse 28 disponible y sin costo la mayoría de sus imágenes, facilitando la participación de diversos actores de la sociedad. Para este trabajo resultó necesaria la utilización de imágenes que permitieran representar la topografía de la zona. Como se mencionó, este tipo de datos son determinantes para un acabado conocimiento de las cuencas y para su posterior modelación (Jarvis et al., 2004). Estos modelos pueden ser generados a partir de diferentes set de datos: fotografías aéreas, sistemas LIDAR, pares de imágenes, etc.; los más difundidos a partir de su costo/beneficio son producto de los sistemas satelitales (Vega et al., 2000, Roa Lobo& Kamp, 2008). En la actualidad existen diversos datos topográficos accesibles de manera gratuita y con disponibilidad cuasi global. Los más conocidos son los provenientes del Shuttle Radar Topographic Mission 31 (SRTM) y del sistema ASTER 32 (Advance Space Borne Thermal Emisión and Reflection Radiometer). Además, la utilización de este tipo de imágenes para el área de llanura ha sido probada efectivamente por numerosos autores (Berry et al., 2007, Falaroni et al., 2005, Gerstenecker et al., 2005, Jarvis et al., 2004) inclusive su precisión ha sido comparada frente a diferentes métodos tradicionales (Rodríguez, 2006). Existe en la bibliografía variada experiencia comparando los Modelos de Digitales de Elevación (MDE) disponibles en diferentes áreas (Guth, 2010, Sobrinho et al., 2010, Díaz et al., 2010, Cordeiro et al., 2013, Teske et al., 2014, Grohmann, 2016). Si bien en todos los casos las precisiones son conocidas, existen factores locales que pueden influir en la determinación de uno u otro set de datos (Schumann et al., 2009), en la Figura N°1.3 se observan los diferentes modelos propuestos. 31 http://www.ign.gob.ar/category/tem%C3%A1tica/geodesia/mde-ar 32 http://gMED.ersdac.jspacesystems.or.jp/ 29 Figura N° 1.3: Comparación de los diferentes modelos de elevación disponibles. Resaltado en azul se encuentra la red hídrica que incluye al río Luján (Elaboración propia). También es necesario tener en cuenta que estos modelos no representan la superficie terrestre desnuda, sino que incorporan las coberturas del lugar, por lo tanto las diferencias entre los datos serán mayores con distintas coberturas (Gesch et al., 2011 ). La bibliografía consultada sugiere que en zonas de baja pendiente, como la cuenca del río Luján, los datos más precisos son los provenientes del SRTM (Nikolakopoulos et al., 2006, Pan et al., 2013), aunque requieren un tratamiento previo (Lencinas y Días, 2011, Burgos, 2012). Todos los modelos presentan errores sistemáticos no obstante su área de cobertura resulta 30 muy baja (Burgos, 2012). Para comprobar la calidad de los diferentes modelos fue necesario un análisis entre los datos disponibles. En este sentido, fueron comparados cada uno de los MDE descargados de forma abierta con la altura de los pilares disponibles en la red de puntos de nivelación del IGN. Esta red de nivelación de alta precisión posee una base de datos altimétricos que materializa el sistema vertical del país. Su referencia se apoya en el Sistema de Referencia Vertical Nacional del año 2016 (SRVN16) y está compuesta por 33.892 pilares localizados a la vera de rutas y caminos de los cuales 21 corresponden al área de estudio. Al comparar la altura de cada uno de los puntos de la red de nivelación con la altura del pixel en cada MDE se puede obtener el grado de dispersión y consiguiente precisión de cada modelo. En este sentido, a menor dispersión se corresponde mayor precisión y se puede estimar dicho valor a partir del desvió estándar de la diferencia entre ambas mediciones. En la siguiente Tabla N° 1.2 se observan los 21 puntos de la red IGN ubicados en el área de estudio cuya precisión planimetría es menor a 15 metros. El gráfico de cada comparación de cada modelo se puede observar en la Figura N° 1.4 que compara la RED-N vs. el MDE-Ar; la Figura N° 1.5 con el SRTM 4.1 de 90 metros; la Figura N° 1.6 con los datos ALOS PALSAR y por último, la Figura N° 1.7 con el ASTER DEM. Tabla N° 1.2: Puntos de la Red de Nivelación Argentina y su comparación con los diferentes modelos de elevación analizados (Elaboración propia). ID Nomenclatura de punto Cota SRVN16 MDE- Ar Dif. SRTM v4.1 Dif. ALOS DEM Dif. ASTER DEM Dif. 1 PF14N(131) 10,24 10 0,24 17 -6,76 9 1,24 11 -0,76 2 PF3n(75)B 26,348 28 -1,652 31 -4,652 34 -7,652 38 -11,652 3 PF2n(75)B 28,977 30 -1,023 31 -2,023 31 -2,023 42 -13,023 4 PF4n(75)B 33,189 33 0,189 32 1,189 33 0,189 31 2,189 5 PF2N(80) 33,643 35 -1,357 36 -2,357 35 -1,357 35 -1,357 31 6 PF29N(81) 36,032 37 -0,968 40 -3,968 37 -0,968 43 -6,968 7 PF5n(75)B 38,035 40 -1,965 39 -0,965 41 -2,965 40 -1,965 8 NODAL 109 38,788 41 -2,212 40 -1,212 41 -2,212 49 -10,212 9 PF3N(80) 38,828 37 1,828 39 -0,172 38 0,828 44 -5,172 10 PF4N(80) 43,011 44 -0,989 42 1,011 44 -0,989 51 -7,989 11 PF5N(80) 44,169 43 1,169 44 0,169 43 1,169 49 -4,831 12 PF9N(80) 44,639 45 -0,361 47 -2,361 45 -0,361 46 -1,361 13 PF15N(80) 47,56 49 -1,44 48 -0,44 49 -1,44 46 1,56 14 PF14N(80) 47,744 49 -1,256 47 0,744 49 -1,256 48 -0,256 15 PF10N(80) 47,865 48 -0,135 47 0,865 49 -1,135 47 0,865 16 PF16N(80) 49,001 50 -0,999 48 1,001 50 -0,999 52 -2,999 17 PF7N(80) 49,419 47 2,419 48 1,419 47 2,419 52 -2,581 18 PF13N(80) 49,569 51 -1,431 52 -2,431 51 -1,431 46 3,569 19 PF12N(80) 51,288 52 -0,712 52 -0,712 52 -0,712 52 -0,712 20 PF17N(80) 51,391 52 -0,609 52 -0,609 52 -0,609 48 3,391 21 PF11N(80) 52,397 54 -1,603 52 1,397 53 -0,603 45 7,397 Desvío estándar 10,436 10,508 1,211 8,935 2,187 10,244 1,977 9,319 5,245 Mediana 44,404 44,5 45,5 44,5 46 Máximo 52,397 54 2,419 52 1,419 53 2,419 52 7,397 Mínimo 10,24 10 -2,212 17 -6,76 9 -7,652 11 -13,023 Promedio 41,053 41,666 -0,612 42,047 -0,993 42,047 -0,993 43,571 -2,517 Figura N° 1.4: Dispersión de los puntos de la RED-N en comparación con los valores obtenidos a partir de MDE-Ar (Elaboración propia). 32 Figura N° 1.5: Dispersión de los puntos de la RED-N en comparación con los valores obtenidos a partir de SRTM v4.1 de 90 metros de resolución espacial (Elaboración propia). Figura N° 1.6: Dispersión de los puntos de la RED-N en comparación con los valores obtenidos a partir de datos ALOS PALSAR (Elaboración propia). 33 Figura N° 1.7: Dispersión de los puntos de la RED-N en comparación con los valores obtenidos a partir del ASTER DEM (Elaboración propia). Si bien en los puntos seleccionados la mayor diferencia fue de 2,4 m en el MDE-Ar, el promedio de las mismas no superó los 61 cm mientras que para el resto de los modelos este valor fue de un metro (SRTM v4.1 y ALOS PALSAR), y de 2.5 metros (ASTER DEM). Es por ello que a partir del análisis realizado y teniendo en cuenta los valores obtenidos en la comparación con la red argentina se utilizará el MDE-Ar por ser el que mejor se adaptó a la zona de estudio. Las principales características de la misión que dio origen a los datos utilizados se describen a continuación: El Shuttle Radar Topography Mission es un proyecto espacial desarrollado en conjunto entre la National Geospatial-Intelligence Agency (NGA) y la Administración Nacional de Aeronáutica y Espacio (NASA). En febrero del año 2000 un transbordador espacial, llamado Endeavor, obtuvo datos topográficos de la superficie terrestre. La misión se llevó a cabo en diez días y alcanzó para cubrir a casi el 80 % de la superficie del globo, en lo que se considera el primer conjunto global de datos de su tipo. Para realizar la recolección de los datos altitudinales el Endeavor fue equipado con dos antenas radar colocadas una en el cuerpo principal de la nave (antena principal) y la otra a través de un mástil de 60 metros que se extendía una vez situado en el espacio. Gracias a las dos antenas, y a la distancia entre ellas, fue posible utilizar la técnica de interferometría radar para la generación de las imágenes, donde se toma una imagen del mismo lugar desde dos lugares diferentes. Estas diferencias son las que permiten el cálculo de alturas y cambios en la superficie. La antena principal, localizada en la nave, transmite un pulso de radar y recibe su rebote; en tanto a través del mástil situado a 60 m se ubicó la segunda antena que recibía el mismo pulso de rebote generado en la superficie terrestre. Las antenas funcionaban en Banda
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