Introducción

El Valle de Aburrá cuenta con una cuenca natural formada por el río Medellín, y se encuentra en el centro-sur del departamento de Antioquia, Colombia, dentro de la Cordillera Central de los Andes. Este río fluye a lo largo del valle de sur a norte, recibiendo diversos afluentes durante su trayecto. El valle tiene una longitud aproximada de 60 kilómetros y su ancho varía. Se caracteriza por una topografía irregular y pendientes pronunciadas, con altitudes que oscilan entre los 1.300 y los 2.800 metros sobre el nivel del mar (Gobernación de Antioquia, 2024).

Las cordilleras que rodean el valle dan lugar a un patrón urbano único, que influye en el diseño de las estrategias necesarias para garantizar los derechos constitucionales de la comunidad, tales como el acceso a la vivienda, servicios públicos, la creación y conservación del espacio público, y la protección del medio ambiente. El río Medellín, que atraviesa el valle, nace en el municipio de Caldas (sur) y desemboca decenas de kilómetros después en el Río Cauca, ya con el nombre de Río Nechí (Gobernación de Antioquia, 2024).

Antecedentes

La cuenca del río Medellín está ubicada en el Valle de Aburrá en una depresión profunda y alargada, situada en la Cordillera Central. El río nace en el Alto de San Miguel, ubicado al suroriente del Municipio de Caldas (Antioquia) a una altura de 2.700 msnm, que conforman varios nacimientos de las quebradas La Vieja, La Moladora y Santa Isabel. El territorio cubre un área de 710 ha, que unido con las quebradas La Mina, La Salada y La Clara, dan origen al río Medellín, el cual cruza los municipios de Caldas, La Estrella, Sabaneta, Itagüí, Envigado, Medellín, Bello, Copacabana, Girardota y Barbosa, los cuales conforman el Área Metropolitana del Valle de Aburrá. Su desembocadura alcanza el río Grande en Puente Gabino, lugar en el que convergen las aguas del río Porce (Betancur Hernández, 2012). 

El río Medellín, que ahora es recto, solía tener meandros que lo hacían serpenteante y le permitían reducir su velocidad y regenerarse de manera natural. Sus planicies de inundación servían como "zonas de descanso" para disipar su energía y enriquecían el suelo con abonos naturales, favoreciendo la agricultura. Sin embargo, el desarrollo urbano transformó estas áreas en zonas residenciales e industriales, eliminando su función ecológica y dificultando la relación natural del río con su entorno. Mario Gil, ingeniero geólogo con más de 25 años estudiando el río Medellín, señala que la urbanización ha priorizado evitar inundaciones, ignorando que el río necesita estas zonas para su equilibrio. Antes de convertirse en el eje de una gran metrópoli, el río era un espacio de socialización y sustento para lavanderas, mineros, campesinos, pescadores y bañistas. Con la industrialización de Medellín, se intervino el río para proteger las construcciones emergentes, alterando su dinámica natural (Area Metropolitana Valle de Aburrá, 2024). En la Figura 2 se muestran las primeras obras de rectificación del río Medellín, las cuales dieron lugar entre el año 1941 y 1942.

Descripción del área de estudio

En la Figura 3 se presenta el área de estudio definida, la cual comprende el recorrido del río Medellín desde el municipio de Caldas, hacia el norte hasta llegar al municipio de Barbosa, este recorrido cubre lo que es el área metropolitana del Valle de Aburrá, la cual alberga los municipios de Medellín, La Estrella, Sabaneta, Itagüí, Envigado, Bello, Copacabana y Girardota.  

A lo largo de su recorrido, el río Medellín ha estado expuesto a una considerable contaminación debido a las actividades urbanas y la falta de tratamiento adecuado de aguas residuales. Sin embargo, se han implementado diversos esfuerzos de conservación y recuperación ambiental para mejorar la calidad del agua y las condiciones del río. En su paso por las áreas urbanas, se observan puentes, caminos, y algunas presas para controlar el flujo del agua. Además, se ha construido una red de saneamiento básico que tiene como objetivo minimizar el impacto ambiental del crecimiento urbano (Área Metropolitana Valle de Aburrá, 2024).

Las cordilleras que encierran el valle dan lugar a la formación de una armonía urbanística muy particular, prácticamente toda la zona plana del valle está urbanizada, y esto ha hecho que Medellín y su Área Metropolitana crezcan más hacia los lados y oriente con proyectos urbanísticos y a los lados occidentales en su mayoría invasiones marginales. Este crecimiento también ha llevado a acelerados niveles de deforestación, los cuales han puesto en peligro la existencia de los bosques tropicales húmedos de esta zona. Sin embargo, la creciente conciencia ambiental ha llevado a desarrollar zonas verdes en la parte urbana, ahora conocidos como bosques urbanos, los cuales prestan directamente servicios ambientales a los ciudadanos, allí se incluyen los individuos solitarios como árboles aislados que hacen parte del conjunto de los espacios verdes y de las relaciones que allí se dan. Asi es la matriz que incluye todas las zonas verdes donde se generan las interacciones y funciones ecosistémicas, las cuales por tratarse de un “ecosistema artificial”, son asistidas por las prácticas silviculturales que realizan los administradores de estas zonas verdes (Restrepo, 2020).

Objetivos 

• Elaborar un ModelBuilder que permita delimitar la subcuenca del Río Medellín en su recorrido por el área del valle de Aburrá.
• Obtener Modelos Derivados dentro de la Subcuenca del Río Medellín.
• Realizar un análisis de Cobertura Sana de la Subcuenca del Río Medellín, así como de su red Hídrica.

Procedimiento 

Etapa 1 – Elaboración red hídrica

1. Se realiza la descarga del modelo de elevación digital .DEM de la página ASF Data search para el área de estudio, en este caso el área metropolitana del valle de aburrá. Al encontrarse una imagen de área muy extensa se procede a definir y crear un área de estudio más específica de la zona.
2. Seguido, se crea una caja de herramientas desde Catalog en la cual se construye el modelo de construcción de red hídrica nombrado modeladordecuencas, el cual tendrá como ingresos el archivo .DEM y el área de estudio creado en numeral 1, y como salidas cuatro archivos shapefile; delimitacionCuencas_polig, Red_Principal, Red_secundaria y RasterT_reclass1 (correspondiente al perfil topográfico).
3. Para la clasificación del perfil topográfico se seleccionaron tres rangos altitudinales; de 731 a 1500, de 1500 a 2400 y de 2400 a 3169msnm.
4. Para identificar las redes principales se tienen en cuenta acumulaciones de flujo de 1000000 y para redes secundarias de 50000.
5.  Finalmente, al archivo resultante delimitaciónCuencas se le extrae la información de la cuenca de estudio, que para este caso es el río Medellín y se nombra cuenca_medellin, esto se realizó mediante la herramienta select, también se determinó el área del shape cuenca_medellin mediante la opción de calculate geometry de la tabla de atributos. Con este archivo se recortan los shapefiles de Red_Principal y Red_secundaria.

Etapa 2 - Generación de Modelos Derivados

1. Para realizar los modelos derivados, primero se implementó la herramienta extract by mask para extraer del archivo .DEM el área de la cuenca Medellín (que se obtuvo como resultado de la Etapa 1) y se implementó como base para todos los modelos derivados.
2. Para los modelos se sombras se empleó la herramienta Hillshade de 3D Analyst tools, para el horario de 8 a.m se empleó una altitud de 17° y azimuth de 85° y para el horario de 5p.m se empleó una altitud de 15° y azimuth de 270°, posteriormente, estas dos capas se emplearon como ingreso para el análisis cutfill.
3. Para elaborar los modelos de pendiente y aspecto se emplearon las herramientas slope y aspect. En el modelo de pendientes se realizó la clasificación de la simbología en cinco rangos, que van desde los 0° hasta los 85°.
4. Para el análisis de visibilidad se consultaron miradores concurridos, se seleccionaron tres y se creó un shp para cada uno, luego se empleó la herramienta Viewshed  de Analyst tools para seleccionar cual tenía la mejor visibilidad y presentarlo. 
5. Finalmente, se creó manualmente un shape de puntos con los municipios que están dentro de la cuenca y se utilizó la capa de municipios de Antioquia para relacionar los nombres mediante la herramienta spatial join. Luego se agregó una columna con las poblaciones de cada municipio y se procedió a crear el mapa de calor con la herramienta Kernel density.

Etapa 3 - Análisis NDVI

Clasificación supervisada

1. Se realiza la descarga de la imagen satelital de Landsat 8 -9 OLI/TIRS C2 L1 en archivo GeoTIFF, de la página USGS.
2. Se fusionaron las 7 bandas desde la herramienta composite bands de Data management tools y se eligieron las bandas 7, 6 y 4 para formar los canales que representan la vista de falso color. 
3. Se procedió a recortar el raster tomando como base el área de estudio con la herramienta clip de raster processing y se realizó la toma de muestras mediante la herramienta Image Clasifitacion para la clasificación supervisada, donde se abarcaron 5 clases; Nubes, agua, sin vegetación, vegetación y sombras. Estas muestras se guardaron y se utilizó la herramienta Interactive supervised classification para generar la capa con la clasificación correspondiente y guardarla.
4. Seguidamente, se realizó la generalización de la imagen para eliminar el ruido utilizando la herramienta majority filter y se procedió a crear el shape con la herramienta raster to polygon.
5. Finalmente se realizó el sumarize class para determinar el área que cubre cada clase. 

Cálculo NDVI y cobertura sana

1. El análisis NDVI se realizó mediante la herramienta raster calculator, implementando las bandas 4 y 5 como entrada en la siguiente formula:

NDVI = (banda5 - banda4) / ( banda5 + banda4)

1. La clasificación se realizó mediante la herramienta reclassify estableciendo los rangos que se muestran en la Figura 15 para cada tipo de cobertura, estos rangos se establecieron tomando como base la clasificación publicada en la Revista Pilquen, 2011. La cual presenta 5 clases; 1) nubes y agua, 2) Sin vegetación, 3) Vegetación ligera, 4) Vegetación media, y 5) Vegetación alta.
2. Para el análisis de vegetación sana se convirtieron los raster de cobertura y altitud a shapefile mediante la herramienta raster to polygon. Del raster de cobertura se extrajo la vegetación alta para tomarla como vegetación sana, luego, con la herramienta spatial join se relacionó la altitud que presentaban las zonas con vegetación sana.
3. Para análisis de cobertura sana respecto a la pendiente, también se convirtió el raster de pendientes a shape y se realizó la relación con la misma herramienta de spatial join. 

Resultados

Etapa 1 – Elaboración red hídrica

Se realizó la descarga del modelo de elevación digital .DEM para la zona de estudio, en este caso el área metropolitana del valle de aburrá.

Con la información se procede a definir el área de estudio en arcgis y a elaborar el ModelBuilder que genere la red hídrica en base al DEM, en la Figura 5 se presenta todo el proceso de desarrollo para la construcción de la cuenca, donde se tienen dos insumos, el archivo .DEM y el área de estudio. 

Se organizó la información para la cuenca formada por el modelo, con la herramienta select se extrajo la cuenca de estudio y se nombró cuenca_medellin y con la herramienta clic se recortaron las redes primarias y secundarias teniendo como base solo el área que abarca esta cuenca.

En la Figura 6 se presenta el resultado obtenido del modelo de generación de red hídrica para el río Medellín en su recorrido por el área metropolitana Valle de Aburrá. Así mismo se realizó la clasificación de elevaciones, las cuales van hasta los 3600msnm. Finalmente, se calculó el área mediante la opción de calculate geometry, dando como resultado un área de 99003.75 Ha.

Etapa 2 - Generación de Modelos Derivados

En la Figura 7 y Figura 8 se presentan los mapas de sombras para cuenca del río Medellín en los dos horarios definidos, donde se pueden identificar las áreas donde los rayos de luz inciden directamente a las 8am y a las 5 p.m. 

Para identificar las áreas en las que se presenta mayor variación de según la hora, se implementó la herramienta cutfill y los resultados se muestran en la Figura 9, donde también se presentan pocas zonas en las que no se generan cambios. 

Posteriormente se realizó el modelo de aspecto y modelo de pendientes, en los cuales se permitió identificar la orientación de las pendientes (Ver Figura 10) y el grado de inclinación de estas (Ver Figura 11), encontrándose pendientes hasta de 85° y permitiendo identificar que todas estas se encuentran alrededor del Valle de Aburrá. 

Seguidamente se realizó el análisis de visibilidad para la cuenca del río Medellín desde uno de los miradores más concurridos, encontrándose que el 2do mirador de las palmas tiene una de las mejores vistas de la ciudad, en comparación a dos miradores más que se analizaron (Mirador el Picacho y mirador comuna 13), en la Figura 12 se presenta el alcance visual de esta ubicación. 

Por último, se presenta el mapa de densidad poblacional de kernel, en el cual se puede identificar que la mayor parte de la población se concentra en el centro de la cuenca, principalmente en los municipios de Medellín y bello (Ver Figura 13).

Etapa 3 - Análisis NDVI

La descarga de la imagen satelital se realizó de USGS (United States Geological Survey), y se procedió con el procesamiento de la imagen. En la Figura 14 se presenta el mapa generado y el área que ocupan las coberturas en la cuenca, reflejando que aproximadamente el 60% de la cobertura en la cuenca es de tipo vegetación.  

El análisis NDVI se realizó mediante la herramienta raster calculator, implementando las bandas 4 y 5, la clasificación se realizó mediante la herramienta reclassify estableciendo los rangos que se muestran en la Figura 15 para cada tipo de cobertura, estos rangos se establecieron tomando como base la clasificación publicada en la Revista Pilquen, 2011. En la Figura 16 se presenta el mapa resultante, donde se identifica que en el área de la cuenta donde se encuentra ubicado el centro poblado del Valle de Aburrá predomina la vegetación ligera, la cual comprende principalmente arbustos y prados. . 

Para realizar el análisis de cobertura sana se tuvo en cuenta la clasificación mostrada en la Figura 15, tomando la vegetación alta como vegetación sana. En la Figura 17, se identifican las zonas en las que se encuentra la vegetación sana dentro de la cuenca del río Medellín, las cuales se presentan principalmente en altitudes entre 1500 msnm y 2400msnm como se muestra en la Tabla 1  .

Finalmente, se realizó el análisis de cobertura sana respecto a la pendiente la cual se presenta en la Figura 18, encontrándose que aproximadamente el 83% de la cobertura sana se encuentra en pendientes entre 10° y 17° (Ver Tabla 2).

Conclusiones

• Se elaboró un modelbuilder que permitió delimitar la subcuenca del río Medellín en su paso por el valle de Aburrá, teniendo en cuenta la acumulación de flujos para la conformación de quebradas y ríos, el relieve topográfico el cual va desde los 731msnm a los 3169msnm, y la delimitación de la cuenca, la cual cuenta con un área de 99003.75 Ha .
• Se elaboraron los modelos de sombras de la cuenca, encontrándose una amplia variación de luz de acuerdo al horario (8am y 5pm), donde se presentan pequeñas áreas en las que no se generan cambios. En el modelo de pendientes se identificó la presencia de pendientes de hasta 85° las cuales se encuentran alrededor del valle de Aburrá. En el modelo de visibilidad se encontraron puntos concurridos como miradores desde los cuales se puede visualizar hasta un 17% de la cuenca. Dentro del análisis de densidad poblacional, se identificó que la mayor parte de la población se concentra en los municipios ubicados en el centro de la cuenca, albergándose la mayor población en los municipios de Medellín y Bello, con poblaciones entre 500.533 y 2.533.424 habitantes.
• Se realizó el análisis de coberturas para la cuenca mediante clasificación supervisada y se encontró que aproximadamente el 60% de la cobertura en la cuenca es de tipo vegetación, y que en el centro poblado del Valle de aburrá predomina la vegetación ligera. También se identificó que en altitudes entre 1500 msnm y 2400msnm se encuentra el 80% de vegetación sana dentro de la cuenca del río Medellín.
• Finalmente, se realizó el análisis de cobertura sana respecto a la pendiente, encontrándose que aproximadamente el 83% de esta se encuentra en pendientes entre 10° y 17°.

Recomendaciones

Se recomienda seleccionar una amplia área de estudio que pueda abarcar la totalidad las cuencas a objeto de estudio, ya que estas pueden ser muy extensas. 

Para realizar la clasificación supervisada es recomendable tomar suficientes muestras de cada tipo de superficie, para evitar conflictos entre las variables similares. Se recomienda evaluar la precisión en la clasificación con la matriz de confusión.  

Bibliografía

Area Metropolitana Valle de Aburrá. (2024). Obtenido de https://www.metropol.gov.co/Paginas/Noticias/el-rio-aburra-medellin-del-olvido-a-un-cuerpo-vivo-fundamental-para-nuestro-valle.aspx

ASF Data Search. (2024). ASF Data Search. Obtenido de https://search.asf.alaska.edu/#/

Betancur Hernández, J. (2012). Intervención del río Medellín: la Sociedad de Mejoras Públicas y la administración municipal de Medellín, 1940-1956.

Gobernación de Antioquia. (2024). https://antioquia.gov.co/. Obtenido de https://antioquia.gov.co/valle-de-aburr%C3%A1#:~:text=El%20Valle%20de%20Aburr%C3%A1%2C%20cuenca,lo%20largo%20de%20su%20recorrido.

Revista Pilquen. (2011). MAPAS DIGITALES REGIONALES DE LLUVIAS, ÍNDICE ESTANDARIZADO DE PRECIPITACIÓN E ÍNDICE VERDE.

USGS. (s.f.). Obtenido de https://earthexplorer.usgs.gov/