Introducción

La gestión eficaz de los recursos naturales y el desarrollo sostenible de un territorio requieren de un profundo conocimiento de su estructura geográfica y de los procesos que suceden en él. En el caso del municipio de Tierra Blanca, Guanajuato, al igual que otros municipios del país, la delimitación y el análisis de su principal cuenca constituye un paso fundamental en la planificación y ordenamiento territorial.

En este proyecto se ha identificado y delimitado la cuenca que abarca una parte significativa del municipio de Tierra Blanca. Más allá de ser simplemente una delimitación geográfica, la cuenca es una unidad de gestión clave, que proporciona un marco de referencia para la toma de decisiones.

La obtención de la red hídrica de esta cuenca y los modelos derivados aportan información que puede ser aprovechada en diversas actividades tanto productivas como de restauración ambiental. Estos datos permiten entender la dinámica hidrológica de la zona y son de utilidad para la implementación de medidas de conservación y aprovechamiento sostenible de los recursos hídricos.

Antecedentes

Cuencas hidrológicas

Las cuencas hidrológicas son una cavidad natural en la que se acumula agua de lluvia. Esta circula hacia una corriente principal y finalmente llega a un punto común de salida. La cuenca es la unidad básica para la gestión de los recursos hídricos. 

Algunas veces se confunde el significado de una cuenca hidrológica con el de una cuenca hidrográfica; la diferencia es que en la cuenca hidrográfica solo se consideran los escurrimientos superficiales, mientras que la cuenca hidrológica considera los escurrimientos superficiales como los subterráneos.

Las cuencas se clasifican de acuerdo con su sistema de drenaje en:

Endorreicas: se caracterizan porque todas sus aguas son descargadas hacia un cuerpo de agua interior.

Exorreicas: los escurrimientos confluyen y desembocan en el mar o en un sistema lagunar costero.

Arreicas: no tienen salida hacia el mar ni tampoco drena hacia un cuerpo de agua colector observable (SEMARNAT, 2010).

Modelo digital de elevación

Un modelo digital de elevación es una representación visual y matemática de los valores de altura con respecto al nivel medio del mar, que permite caracterizar las formas del relieve y los elementos u objetos presentes en el mismo.

Estos valores están contenidos en un archivo de tipo ráster con estructura regular. En los modelos de elevación existen cualidades esenciales que son la exactitud y la resolución horizontal o grado de detalle digital de representación en formato digital, las cuales varían dependiendo del método que se emplea para generarlos y para el caso de los que son generados con tecnología LIDAR se obtienen modelos de alta resolución y gran exactitud (valores submétricos) (INEGI, s.f.).

Clasificación supervisada en vegetación

En la clasificación supervisada, al analista predetermina un numero especifico de clases para los tipos de vegetación y provee un grupo de sitios de entrenamiento para determinar las funciones discriminatorias en que se basan las propiedades espectrales de estas clases (Unidad de Conservación y Desarrollo Forestal Topia S.C., 2010).

Actualmente se cuentan con 2 fuentes de datos de las cuencas, por un lado, las cuencas de México del Instituto Nacional de Ecología y Cambio Climático (INECC) con una delimitación en superficie de miles de kilómetros y las microcuencas del Fideicomiso de Riesgo Compartido (FIRCO) con una delimitación de superficie muy pequeña, para el municipio de Tierra Blanca se cuenta con 39 microcuencas.

Descripción del área de estudio

Tierra Blanca es un municipio que forma parte del estado de Guanajuato. Limita al norte con el municipio de Santa Catarina, al oeste y al sur con el estado de Querétaro, al oeste con el municipio de San José Iturbide y al noreste con Doctor Mora.

 Se encuentra entre las coordenadas geográficas 21° 06' 09" latitud norte del trópico de cáncer y 100° 04' 44" longitud oeste del meridiano de Greenwich. Cuenta con una superficie territorial de 391.65 kilómetros cuadrados y una altitud promedio de 1,760 metros sobre el nivel del mar (SIGEMM, s.f.).

Objetivos del proyecto

• Delimitar la cuenca principal del municipio de Tierra Blanca, Guanajuato
• Obtener la red hídrica y modelos derivados de la cuenca delimitada
• Analizar las coberturas del suelo en la cuenca delimitada

Procedimiento (diagrama de flujo)

El procedimiento consistió en una serie de 9 pasos como se muestra en el siguiente diagrama de flujo y se describe a continuación.

1. Revisión de información

Se realizo una búsqueda de información en relación con los objetivos planteados y las actividades por realizar, así como información relacionada en la región.

2. Descarga de datos 

Se descargaron los datos geográficos necesarios para la elaboración del proyecto, para esto se definió un área de interés que contuviera el Municipio de Tierra Blanca, Guanajuato, ya que las cuencas no se limitan a las demarcaciones territoriales.

En el caso de imágenes satelitales, en la página de descargas de Earth Explorer del USGS se cargó el archivo del área de interés para filtrar la imagen correspondiente. Se selecciono una imagen de septiembre de 2023 con un porcentaje de nubes menos a 10%.

Para el Modelo Digital de Elevaciones (MDE) se obtuvo la información del Contino de Elevaciones Mexicano (CEM) de INEGI. Debido a que el área de interés se extendía en 2 entidades diferentes se descargaron los MDE correspondientes a Guanajuato y Querétaro de los cuales se extrajo el área de interés y se generó un mosaico del MDE correspondiente al área de interés. El mosaico generado contaba con pixeles nulos que fueron rellenados.

3. Delimitación de cuencas de interés

Al DEM generado se le aplico la herramienta Fill para corregir las imperfecciones en los datos, con el resultado se creó un ráster de dirección de flujo con la herramienta Flow Direction. Utilizando la dirección de flujo como insumo se delimitaron las cuencas mediante la herramienta Basin. De las cuencas resultantes se seleccionó aquella que cubriera la mayor parte del área de interés.

4. Modelo de construcción de red hídrica

Se utilizo Model Buldier para generar un modelo para generar la red hídrica de la cuenca de interés teniendo como insumos una cuenca de interés y un modelo digital de elevaciones. El modelo generado se describe a continuación.

Para generar la red hídrica el modelo considera los procesos de Fill, Flow Direction, Flow accumulation, Calculadora Ráster para clasificar la acumulación de flujo y generar la red hídrica, raster to polyline para convertir la red hídrica principal y secundaria generada y finalmente Clip para cortar con la cuenca de interés.

En algunos procesos fue necesario agregar como variable la configuración de procesos paralelos ya que al ejecutar el proceso se generaba un error de licencia. Se configuro las variables y parámetros de tal forma que la herramienta sea de utilidad para generar la red hidrográfica de cualquier zona de interés.

5. Generación de Modelos derivados

Teniendo la cuenca de interés y el DEM correspondiente se generaron los modelos derivados los cuales son:

• Modelo de sombras 8 a.m. y 5 p.m.
• Análisis cut/fill
• Modelo de pendientes 
• Modelo de aspecto
• Análisis de visibilidad
• Densidad de Kernel 

En el caso de modelo de sombras se realizó con la perspectiva de las sombras a las 8 de la mañana y 5 de la tarde, en el análisis cut/fill se comparó la ganancia y perdida de superficie con luz de los modelos de sombras. Para el modelo de visibilidad se utilizó como punto de comparación un mirador del municipio y en el caso de la densidad de Kernel se utilizaron las localidades con información de población del municipio de Tierra Blanca.

6. Clasificación supervisada

En el caso de la clasificación supervisada con muestras creadas se comenzó utilizando la imagen satelital Landsat 8 pero, por la poca homogeneidad de la zona de estudio, era muy complicado identificar diferentes coberturas del suelo. Debido a esto se optó por conseguir imágenes satelitales Planet con un tamaño de píxel de 4.7 metros. Para la descarga de las imágenes Planet se utilizó el complemento para Qgis seleccionando con la cuenca de estudio las imágenes.

Se descargaron 4 imágenes que cubren casi totalmente la superficie de la cuenca, con las cuales se generó un mosaico que fue recortado con la cuenca de estudio.

La clasificación supervisada con muestras creadas se realizó con la imagen Planet obtenida anteriormente, las muestras fueron realizadas en la imagen en color natural. Se generaron las siguientes categorías:

• Agua: Cuerpos de agua visibles
• Agricultura: Terrenos agrícolas en producción o descanso
• Sin vegetación: Terrenos sin vegetación aparente y zonas urbanas
• Vegetación primaria: Zonas de vegetación más densa 
• Vegetación secundaria: Zonas de vegetación de menor densidad o de zonas áridas

7. Calcular NDVI 

Se calculo el NDVI en la calculadora ráster con la formula 

, en el caso de las imágenes Planet el infrarrojo corresponde a la banda 4 y el rojo a la banda 3.

Se reclasifico los valores del NDVI considerando 3 rangos, menor a 0.4 como vegetación baja o sin vegetación, de 0.2 a 0.6 vegetación media y de 0.6 en adelante como vegetación densa o muy densa.

8. Calcular cobertura sana

Primero se poligonizó la categoría de vegetación densa o muy densa del NDVI, así como las categorías de vegetación primaria y secundaria de la clasificación supervisada. 

Se identifico como cobertura sana la intersección de la zona con NDVI mayor a 0.6 o vegetación densa o muy densa y lo clasificado como vegetación primaria y secundaria.

9. Elaboración de mapas

Con los resultados se procedió a elaborar los diferentes mapas e información para cumplir con los objetivos planteados en el proyecto. Se utilizo en la vista de mapas las reglas y marcadores para mejorar la alineación de los elementos y se dio un mismo formato a todos los mapas para tener un resultado más homogéneo.

Resultados

Cuenca delimitada y Red Hídrica

Como se mostró la metodología, se generó una cuenca que cubre la mayor parte del territorio del municipio de Tierra Blanca. Se observo que coincide con varias de las Microcuencas del FIRCO por lo que si bien se podía obtener el mismo resultado uniendo microcuencas con el proceso realizado se puede tener certeza de que las microcuencas que se unan tengan una coherencia espacial. Se podría considerar que la cuenca delimitada es una microcuenca ya que es de menor dimensión que las cuencas oficiales del país.

Se obtuvo la red hídrica la cual fue comparada con un modelo TIN donde se observa que la red hídrica secundaria nace en las zonas altas de la cuenca formando en la parte baja la red hídrica principal.

Ambos datos generados son de utilidad en cuestiones de planeación territorial o manejo de recursos hídricos del municipio.

Modelos derivados

• Modelo de sombras

Se obtuvo el modelo de sombras a las 8 de la mañana y a las 5 de la tarde, insumo necesario para otros análisis como el de cut/fill para observar las variaciones en la sombra. Por si mismos estos modelos generados son de utilidad para presentar la base o fondo de ora información que pueda ser de interés por representar para la cuenca. Respecto a las sombras en ambos horarios se observa gran parte del territorio cubierto por sombras, esto gracias a las importantes diferencias de altura en poca distancia en la zona.

• Análisis cut/fill

En este análisis se observó que las áreas que permanecen iluminadas de 8 de la mañana a 5 de la tarde son muy pocas, como se podía intuir en los modelos de sombras de tal forma que las zonas iluminadas por la mañana no lo están por la tarde. 

Esto puede influir en actividades que requieren de luz solar, por ejemplo, no sería ideal en el caso de parques solares y también limita la agricultura, en especial cultivos de día o fotoperiodo largos que requiere más de 12 horas de luz como algunas flores u hortalizas.   

• Modelo de pendientes

Se obtuvo el modelo de pendientes, en el análisis de las pendientes se observó que, en correspondencia con los anteriores hallazgos la pendientes es alta en gran parte del territorio, factor que afecta diversos elementos por ejemplo la distribución de la vegetación, la erosión potencial de los suelos y sobre todo el potencial agrícola, al considerar como apto al menos una pendiente menor a 20% se observa que gran parte del territorio no tiene dicha aptitud, lo que se suma a la restricción de horas de luz.

• Modelo de aspecto

Se genero el modelo de aspecto en el cual se observa principalmente que la mayor parte del territorio está orientado a algún punto cardinal lo que significa que hay muy pocas partes planas, esto concuerda con lo visto en el modelo de sombras y sobre todo con el modelo cut/fil. No se observa una dirección predominante, pero conocer las direcciones en específico puede ser de utilidad en actividades como la construcción.

• Análisis de visibilidad

Se realizo el análisis de visibilidad de un punto dentro de la cuenca. Como se describió en la metodología, se utilizó como punto de referencia un mirador de la zona de valle de Tierra Blanca.

Se observa que la zona visible es reducida, ya que no está en el punto más alto de la cuenca, pero si cubre la zona baja donde se encuentra la cabecera municipal y las principales zonas pobladas.

• Densidad de Kernel

Se obtuvo un mapa de densidad de Kernel en base a la población de las localidades dentro de la cuenca, se observa la mayor densidad de población en la zona baja de la cuenca donde se encuentra la cabecera municipal, también se observa que, conforme la altura es mayor, menor es la densidad poblacional de las localidades, teniendo gran parte sin localidades.

Clasificación supervisada

Se obtuvo la clasificación supervisada a partir de imágenes satelitales Planet para las coberturas de agua, vegetación primaria, vegetación secundaria, agricultura y sin vegetación. En general se observó que la clasificación fue precisa sin embargo las clases sin vegetación y agricultura no fueron bien diferenciadas, una hipótesis es que las muestras de agricultura incluían huertos sin cobertura de cultivo que a fin de cuentas es sin vegetación que pudo generar dicho conflicto, aun así, los resultados son buenos y potencialmente mejorables con muestras de campo.

Tabla 1. Superficie de coberturas obtenidas de la clasificación supervisada

NDVI

Se realizo el cálculo del NDVI partir de imágenes satelitales Planet, como se presentó en la metodología se clasifico el resultado en: menor a 0.4 sin vegetación o poca vegetación, 0.4 a 0.6 vegetación media, 0.6 en adelante vegetación densa y muy densa.

Se observa que la vegetación más densa se encuentra en las zonas más altas, mientras que la vegetación media está en la transición con las zonas bajas donde también se encuentra la mayor parte con poca vegetación o sin vegetación. Cabe mencionar que por la altitud existen las condiciones para la existencia de bosque templado mientras que en las zonas bajas aunado a la baja precipitación de la región prevalece la vegetación de matorral la cual puede ser detectada como baja vegetación o media, además las zonas cercanas a localidades o poblados de baja pendiente son utilizadas regularmente para pastoreo que afecta negativamente en la vegetación. También se encuentran zonas altas sin vegetación o con poca vegetación que, al observar a detalle, corresponde con zonas deforestadas generalmente por la extracción de materiales de construcción.

Cobertura sana 

Se obtuvo la cobertura zana de la cuenca, resultado de la intersección de la vegetación obtenida de la clasificación supervisada y vegetación densa y muy densa del NDVI. Como se observa en los mapas de clasificación y NDVI coinciden ambas zonas en buena parte de la zona alta de la cuenca, lo que también podría reafirmar que la clasificación supervisada se realizó de buena forma. Al tener 2 categorías de vegetación se calculó también la superficie de cada tipo de vegetación.

Tabla 2. Tipo de cobertura sana

Se observa en la tabla que la clasificación primaria coincide con el rango de NDVI de vegetación densa y muy densa mientras que la vegetación secundaria no, aunque es posible que la vegetación secundaria se encuentre en un estado sano, pero no tiene un valor alto de NDVI por lo que es recomendable que se deban de considerar en vegetaciones de zona árida otros valores de NDVI o incluso factores para considerar vegetación sana.

Pendientes

Se obtuvo un mapa comparativo de la cobertura sana y el modelo de pendientes. En el caso particular de la cuenca de estudio se observa que existe vegetación sana tanto en zonas de alta y baja pendiente, así como zonas sin vegetación. Se observa mayor correlación con la altitud que genera diversidad de condiciones climáticas. En algunos casos se observa menor cobertura sana donde disminuye la pendiente que pudiera relacionarse con la accesibilidad que significa la pendiente baja a actividades productivas como la minería, ganadería o agricultura.

Conclusiones 

Se delimito una cuenca que corresponde a gran parte del territorio del municipio de Tierra Blanca, Guanajuato. Unidad de gestión clave en la planeación del y ordenamiento territorial.

Se obtuvo la red hídrica de la cuenca delimitada y modelos derivados que dan información de utilidad para diversas actividades productivas o de restauración ambiental que se pueden requerir en posteriores análisis.

Se obtuvo la cobertura sana de la cuenca delimitada, la cual podría ser un indicador preliminar de donde se encuentran los principales recursos forestales y de la cuenca que, idealmente, tendrían o podrían estar sometidos a un esquema de conservación.

Recomendaciones 

Es recomendable buscar alternativas de imágenes satelitales que permitan hacer muestras con mayor precisión y de existir los recursos y ser ameritado por el análisis o proyecto a realizar utilizar muestras de campo. 

El NDVI es un buen indicador de la vegetación, pero es recomendado buscar acerca de umbrales en distintos tipos de vegetación.

Para hacer un Model Buldier es recomendable hacer una nota antes de cuáles son las capas objetivo de interés, que es lo que se podría requerir cambiar para hacer el proceso con otras capas y que factores pueden ser parámetros, de esta forma se puede tener mayor claridad y orden en su elaboración.

Referencias

INEGI. (s. f.). Modelos digitales de elevación (MDE)- Descripción. En inegi.org.mx. Recuperado 29 de marzo de 2024, de https://www.inegi.org.mx/contenidos/temas/relieve/continental/doc/mde.pdf

SEMARNAT. (2010). Regiones Hidrológicas-Administrativas. En SEMARNAT.gob.mx. Recuperado 29 de marzo de 2024, de https://gisviewer.semarnat.gob.mx/geointegrador/enlace/atlas2010/atlas_agua.pdf

SIGEMM. (s. f.). Municipios: Tierra Blanca, Guanajuato. sigemm.mx. Recuperado 29 de marzo de 2024, de https://sigemm.mx/guanajuato/tierra-blanca

Unidad de Conservación y Desarrollo Forestal Topia S.C. (2010). Uso del suelo y vegetación. En conafor.gob.mx. Recuperado 29 de marzo de 2024, de http://www.conafor.gob.mx:8080/documentos/docs/9/3347Mapa%20de%20Uso%20de%20Suelo%20y%20Vegetaci%c3%b3n%201004.pdf