Introducción

El procesamiento y análisis de imágenes satelitales poseen múltiples aplicaciones en trabajos de estudio, proyecto y evaluación de recursos hídricos. Pudiendo citarse, entre otros, algunos usos como la determinación de parámetros distribuidos espacialmente para su incorporación en modelos matemáticos hidrológicos, el seguimiento temporal tanto de cuerpos de agua como del crecimiento de la vegetación y del estado de humedad del suelo, las modificaciones en el uso y manejo de los suelos, aplicaciones a estudios demográficos, entre otros. El empleo de estas técnicas de sensoreamiento remoto se ve potenciado cuando se utiliza en conjunto con un Sistema de Información Geográfica (SIG), logrando la manipulación de gran cantidad de información distribuida espacialmente de forma rápida y eficaz. (Scuderi, et.,al 2008).

En el presente estudio se emplearon imágenes satelitales como insumo para el análisis de NDVI, clasificación supervisada de cobertura, modelos de sombras, modelo de pendientes y su aspecto, análisis de visibilidad, densidad de Kernel, delimitación de cuenca y sus características hidrográficas, principalmente.

Antecedentes

(ANA y MINAGRI, 2012) De acuerdo al sistema Pfafstetter, existen tres tipos de unidades de drenaje: cuencas, intercuencas y cuencas internas: 

• Cuenca, es un área que no recibe drenaje de ninguna otra área, pero si contribuye con flujo a otra unidad de drenaje a través del curso del río, considerado como principal, al cual confluye.
• Intercuenca, es un área que recibe drenaje de otra unidad aguas arriba, exclusivamente, del curso del río considerado como el principal, y permite el paso de este hacia la unidad de drenaje contigua hacia aguas abajo. En otras palabras, una intercuenca, es una unidad de drenaje de tránsito del río principal.
• Cuenca interna, es un área de drenaje que no recibe flujo de agua de otra unidad ni contribuye con flujo de agua a otra unidad de drenaje o cuerpo de agua (Ver figura1).

La distinción entre río principal y tributario, es en función del criterio del área drenada. Así, en cualquier confluencia, el río principal será siempre aquel que posee la mayor área drenada entre ambos. Denominándose cuencas, a las áreas drenadas por los tributarios e intercuencas a las áreas restantes drenadas por el río principal. 

La región Cajamarca cuenta con dos vertientes: Pacífico y Atlántico. En la vertiente del Pacifico, las cuencas desembocan directamente en el océano: Cuenca Chicama, Intercuenca 13773, Cuenca Zaña, Cuenca Chaman, Cuenca Motupe, Cuenca Chancay-Lambayeque y Cuenca Jequetepeque. 

Mientras que en la vertiente del Atlántico las cuencas desembocan en el río Marañón que llega al océano atlántico a través del río Amazonas: Cuenca Chinchipe, Cuenca Crisnejas, Cuenca Chamaya, Cuenca Cenepa, Intercuenca Alto Marañon I, Intercuenca Alto Marañon II, Intercuenca Alto Marañon III, Intercuenca Alto Marañon IV e Intercuenca Alto Marañon V (GRCAJ, 2012).

Descripción del área del proyecto

La Intercuenca Alto Marañón III, área de interés para el presente estudio se encuentra entre las provincias de Jaén, Las Pirias y Bellavista (noreste de la Región Cajamarca) y la provincia de El Milagro (suroeste de la Región Amazonas). Cuenta con una extensión territorial de 867.60km2 .

Los tributarios (red secundaria) son las quebradas: San José, Genia, Miraflores, Virginia, Santa Fe, Calabozo, Tumbillan, Choloque, Shanango, Sanora Paguillas, Sanora Mojón que desembocan en la quebrada Jaén (parte de la red primaria), de la cual también es parte el Río Marañón. 

El relieve cajamarquino es muy accidentado debido a que su territorio es atravesado de sur a norte por la cordillera occidental de los Andes. Por su parte, la Región Amazonas abarca zonas de sierra, selva alta y selva baja.

Objetivos

• Crear un Modelo de Construcción de red Hídrica y crear los raster de Modelos Derivados.
• Realizar la clasificación de coberturas y NDVI del área de estudio seleccionada. 
• Realizar un mapa de Cobertura Sana de la cuenca (Intersección de las coberturas y NDVI). 
• Realizar el mapa Pendientes de Cobertura Sana de la cuenca. 
• Explicar los factores que influyen en la pérdida de la vegetación y el cambio de la cobertura.

Procedimiento

Detalle del procedimiento:

1. Recopilación de datos: serán de tipo vectorial (curvas de nivel), obtenidas del geoportal del Ministerio de Educación y ráster (imágenes satelitales) del Servicio Geológico de Estados Unidos.
2. Creación del Modelo de Construcción de la red hídrica: desde ArcCatalog crear una nueva carpeta de ubicación para una “ToolBox” y dentro de ella crear un nuevo Modelo. Con base en las curvas de nivel, se crea el DEM que será el insumo principal del procedimiento a modelar. Iniciar la edición del modelo creado y arrastrar hacia su ventana las herramientas. Cada una de ellas será concatenada con la siguiente, asignando el elemento de entrada y eligiendo la ubicación de guardado de los resultados obtenidos. Validar el proceso y correr el modelo, luego agregar los resultados al área de trabajo en ArcMap, dando clic derecho en las figuras que contienen los resultados (óvalos verdes). Guardar el modelo y exportar la gráfica generada.
3. Creación de los Modelos Derivados: uno de los productos resultantes del paso anterior es el raster de la cuenca, el cual será el insumo principal para crear los modelos derivados usando las herramientas correspondientes, como sigue en el detalle: 

• Hillshade (3D Analysis Tools->Raster Surface): para generar el Modelo de Sombras, que se trabajó en dos horarios distintos.
• Cut Fill (3D Analysis Tools->Raster Surface): a partir de los modelos creados con la anterior herramienta para la obtención del Análisis Cut/Fill, la cual identifica las regiones donde se modificó la superficie en dos tiempos distintos.
• Slope (3D Analysis Tools->Raster Surface): para generar el Modelo de Pendientes
• Aspect (3D Analysis Tools->Raster Surface): para obtener el Modelo de Aspecto o de Orientación de la Pendiente.
• Viewshade (3D Analysis Tools->Visibility): para obtener el Modelo de Análisis de Visibilidad de los objetos desde uno o varios puntos de ubicación en concreto.
• Kernel Density (Spatial Analysis Tools->Density): como resultado el Modelo de Mapas de Calor, el cual permite realizar el análisis espacial sobre unidades por área dentro de un radio de acción.

4. Cálculo del NDVI: el insumo principal para este procedimiento son las imágenes satelitales (bandas 1 a la 7), de las cuales se realizó su combinación. Para este estudio, se desarrolló el cálculo del NDVI con la herramienta “Raster Calculator”. Una vez generada la nueva capa raster, se realizó su recorte con la herramienta “Clip”, tomando como referencia la capa shape de límite de la cuenca.

5. Clasificación supervisada de cobertura: se realizó la combinación de las 7 bandas, y se seleccionaron para los canales las bandas 7, 6 y 4, para generar la vista de falso color (urbano). Con la herramienta dibujar polígono en “Imagen classification” se realizó la toma de 30 muestras para cada elemento (agua, vegetación, arenas, sin vegetación). Se guardaron las muestras y con la herramienta “interactive supervised classification” se agregó automáticamente una nueva capa conteniendo la clasificación.

6. Diseño y exportación de mapas: diseño de elementos cartográficos (mapa de ubicación, grilla, escala numérica y gráfica, orientación al norte, leyenda) y membrete. En algunos casos, se copiaron los cuadros de Excel con información adicional. Se procedió a exportar los mapas en formato PDF y png.

Resultados e interpretación

1. Modelo de Construcción de la red hídrica y rasters de Modelo Derivados

Interpretación: luego de procesar las curvas de nivel y obtener el primer DEM, es importante corregirlo (herramienta Fill) para rellenar sus espacios vacíos. De la dirección de flujo obtenida se obtienen los productos finales: a) red hídrica principal y red hídrica secundaria y b) el área de interés o límite de la Intercuenca Alto Marañón III.

Interpretación: para generar estos mapas de sombras se empleó el método tradicional que calcula el sombreado para una fuente de iluminación con una única dirección usando las propiedades de altitud y acimut para especificar la posición del sol (Guía ArcGIS Pro). En el presente estudio se consideración dos horarios: a) 8 a.m. con azimut 85° y altitud de 17° y b) 5p.m. con azimut 270° y altitud de 15°.

Interpretación: en este mapa podemos observar las diferencias entre dos capas de entrada (rasters de sombras) de un antes y después, visualizando las áreas y los volúmenes de los materiales de superficie que se modificaron al quitar o agregar material de superficie (Guía ArcGIS Pro). Las zonas en rojo son las áreas que ganaron iluminación y las de azul las que perdieron iluminación con el paso de las horas. No se observan zonas sin alterar, es decir que se perdió o ganó iluminación en la extensión del terreno.

Interpretación: en su mayor extensión, la Intercuenca Alto Marañón III presenta una pendiente muy baja (0-3%) correspondiente a tipo de terreno plano o casi plano (en verde oscuro), moderadamente ondulado o inclinado (7-12%) en tono verde claro y amarillo, fuertemente ondulado a fuertemente inclinado (12 a 25%) en color anaranjado y   (la pendiente media se encuentra representada entre 6 y 10% y las zonas de más altura con las que tienen elevación de 23% (Orihuela, 2015).

Interpretación: se visualiza simultáneamente la orientación y la pendiente de una superficie. La orientación puede pensarse como la dirección de la pendiente. Los valores del raster de salida serán la dirección de brújula de la orientación, representada por un tono o color (ver el ítem de referencia). Estos datos nos brindan información sobre la dirección de escorrentía del terreno, dirección de flujo de los cuerpos de agua, entre otros.

Interpretación: “el estudio de visibilidad del territorio es la base de los modelos de capacidad e impacto que consideran como uno de sus componentes más importantes la calidad visual del paisaje” (Otero, et.al, 2009). Su aplicación es de suma importancia en el desarrollo urbano con enfoque en el equilibrio ecológico para adoptar un urbanismo con base territorial amplia, en el control, la localización y regulación de los usos y actividades. El objeto de los análisis de visibilidad es determinar las áreas visibles desde cada punto o conjunto de puntos, bien simultáneamente o en secuencia, con vistas a la posterior evaluación de la medida en que cada área contribuye a la percepción del paisaje y a la obtención de ciertos parámetros globales que permitan caracterizar un territorio en términos visuales. Para este estudio se consideraron como referencia 3 puntos distintos (Miradores) ubicados en áreas de pendiente media, alta y baja. El tono rosa representa el área no visible desde los miradores y el verde pastel las áreas no visibles. 

Interpretación: este mapa se trabajó con 30 Centros Educativos, cuyas densidades de población estudiantil varían de entre 10 a 42 estudiantes por unidad. Las áreas en color beige claro no presentan densidad poblacional de estudiantes, en las zonas de amarillo se observa densidad baja; las de rojo, morado y azul, representan densidades medida, alta y muy alta, respectivamente.

Los posibles usos incluyen analizar la densidad de las casas o delitos para la planificación social, así como descubrir cómo las líneas de carreteras o de servicios públicos influyen en el hábitat natural. El campo de población se puede utilizar para ponderar algunas entidades más que otras o para permitir que un punto represente varias observaciones 

Interpretación: en este estudio se empleó una imagen Landsat 09 con código LC90090642022326LGN00, tomada el día 22 de noviembre del 2022, para la identificación de coberturas: agua, vegetación, arenas y sin vegetación. Se observa un contraste notorio entre las áreas cubiertas por vegetación y las que no la tienen.

Interpretación: los valores negativos corresponde a áreas con superficie de agua, estructuras hechas por el hombre, rocas, nubes o nieve. El suelo desnudo suele estar dentro del rango de 0.1 a 0.2 y las plantas siempre tendrán valores positivos entre 0.2 y 1. El dosel de vegetación densa y saludable debería estar por encima de 0.5 y la vegetación dispersa muy probablemente estará dentro del rango de 0.2 a 0.5. sin embargo, estos parámetros son una regla general y hay que tener en cuenta la estación, el tipo de vegetación y las características de la región para una adecuada interpretacipon del NDVI.

Para este caso, en el primer rango se incluyen cobertura de cuerposde agua, rocas y nubes. El el segundo rango se incluyen la cobertura dispersa y suelo desnudo. En el tercer rango tenemos las áreas con arbustos, prados y cobertura vegetal densa. 

Interpretación: el área total de la Intercuenca Alto Marañón III es de 867.60km2 , con perímetro de 174.17km, largo de 45.37km y ancho de 26.34km. Se identifica la red hídrica principal con extensión de 64.21km, la red hídrica secundaria son 302.34km siendo notablemente más extensa y haciendo un total de 366.55km. En este mapa se observa la cobertura vegetal sana (áreas de bosque intactos) en un área de 168.043km2 . 

Interpretación: la cobertura sana de la Intercuenca Alto Marañón III se localiza mayormente en áreas más elevadas del terreno. En los espacios de llanuras es prácticamente nula la existencia de cobertura vegetal sana, esto puede deberse al fácil acceso y asentamiento de población.

Factores que influyen en la pérdida de la vegetación y el cambio de la cobertura

El crecimiento poblacional y su asentamiento en áreas de fácil acceso tienen como una de las consecuencias el deterioro de la cobertura vegetal de los suelos. Ya que, por ejemplo, las extensiones de cultivos se encuentran a lo largo de la red hídrica principal de la Intercuenca Marañón III modificando el uso del suelo. Otro de los motivos por los que no se observa mayor extensión de terrenos con cobertura vegetal sana puede deberse a las mismas características de las unidades de área, ya que esta intercuenca se ubica mayoritariamente en zona de sierra en cuyas características superficiales del terreno dista de las que se pueden encontrar en la selva. 

Conclusiones

• Se elaboró el Modelo de Construcción de red hídrica y los rasters de Modelos Derivados.
• Se realizó la clasificación de coberturas y NDVI del área de estudio seleccionada. 
• Se elaboró el mapa de Cobertura Sana de la Intercuenca Alto Marañón III.
• Se realizó el mapa Pendientes de Cobertura Sana de la Intercuenca Alto Marañón III.
• Se fundamentaron los factores que influyen en la pérdida de la vegetación y el cambio de la cobertura.

Recomendaciones

• Verificar que el insumo inicial de curvas de nivel cuente con información completa.
• Tener en cuenta que el Sistema de Coordenadas de las capas y el de los elementos con los que estamos trabajando sea el mismo.
• De preferencia, hacer la corrección de proyección desde la herramienta “Proyect Raster”.
• Para facilitar la configuración en vista “Layout” se pueden copiar y pegar los elementos de un archivo ArcMap a otro. Los elementos conservarán su ubicación de origen.
• Para la configuración de la grilla, tener en cuenta de considerar las mismas unidades de intervalos en X y Y y para el origen en todos los mapas. De este modo se visualizarán de manera uniforme.

Bibliografía

ANA Y MINAGRI. (2012). Delimitación y codificación de unidades hidrográficas del Perú, pág. 16. Recuperado de: file:///C:/Users/USUARIO/Downloads/ANA0000383.pdf

Gobierno Regional de Cajamarca. (2012). Estudio hidrológico de la región Cajamarca 2010-2011, pag. 12. Recuperado de: https://geoservidorperu.minam.gob.pe/geoservidor/Archivos/Mapa/Cajamarca/Memoria_Descriptiva_Hidrologia.pdf

Guía ArGIS Pro. Función Sombreado. Recuperado de:  https://acortar.link/rFKXSw

Ministerio de Educación. Descarga de Información Espacial del MED. Disponible en: http://sigmed.minedu.gob.pe/descargas/

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Orihuela, J. A. (2015). Fotogramatría, fotointerpretación y Teledetección. Recuperado de: https://es.slideshare.net/dZefO1/tipos-de-pendientes-y-formas-de-relieve

Otero, I., Varela, E., Mancebo, S., & Ezquerra, A. (2009). El análisis de visibilidad en la evaluación de impacto ambiental de nuevas construcciones. Informes de la Construcción, 61(515), 67-75. Recuperado de: http://www.lis.edu.es/uploads/7bf3de60_ba23_472f_82be_1d9aa38ff3fa.pdf

Scuderi, et.,al. (2008). Uso de imágenes satelitales y SIG en la generación de mapas de CN y evaluación de la agregación espacial de este parámetro mediante modelación, pág. 79. Recuperado de: https://acortar.link/IaQ6qE