Introducción: 

Este proyecto se enfocó en el desarrollo de un modelo y en el análisis de la red hídrica y la cobertura vegetal en la cuenca alta del río Chicamocha, situada en el departamento de Boyacá, Colombia. Dada la relevancia de esta cuenca para el suministro de recursos hídricos en una región con alta actividad agrícola y urbana, se planteó la necesidad de desarrollar un modelo hídrico preciso que contemplara la dinámica de su red de drenaje y las características de uso del suelo (Corpoboyacá, 2014).

Para alcanzar los objetivos planteados, se emplearon técnicas avanzadas de Sistemas de Información Geográfica (SIG) con el software ArcGIS, que integraron y analizaron datos geoespaciales de diversas fuentes. En particular, se utilizaron imágenes multiespectrales del satélite Landsat 8, que ofrecieron una resolución espacial y temporal adecuada para la clasificación de coberturas del suelo. A través de estas imágenes, se logró evaluar la salud de la vegetación mediante el cálculo del Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada (NDVI). Este índice fue fundamental para distinguir áreas con vegetación sana de aquellas afectadas por condiciones de estrés hídrico o degradación (EOS Data Analytics, 2024). 

Además, se utilizaron Modelos de Elevación Digital (DEM) y modelos derivados que permitieron un análisis detallado de la topografía de la cuenca. Estos modelos resultaron esenciales para entender el comportamiento del agua en la región. Dentro de los resultados se encuentran salidas cartográficas que permiten visualizar la clasificación y el estado de la vegetación, la delimitación de la cuenca y su red hídrica, entre otros de gran utilidad para el ordenamiento de cuencas. 

Antecedentes:

En los últimos años, se han llevado a cabo diversos estudios en la cuenca alta del río Chicamocha debido a su importancia ambiental, económica y social en el departamento de Boyacá. Estos trabajos han hecho uso en alguna medida de las técnicas de geoprocesamiento como complemento para abordar temas como la degradación de suelos, la variación en el caudal de sus fuentes hídricas y los efectos del cambio climático en la región. En particular, investigaciones del Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM) y de universidades locales han señalado la vulnerabilidad de esta cuenca ante factores como el uso intensivo del suelo para actividades agrícolas y ganaderas, propias de la región Boyacense, el crecimiento urbano y la reducción de la vegetación nativa, que afectan la calidad y cantidad de los recursos hídricos (Ardila & Gomez, 2017). 

Lo anterior, se da en concordancia a la caracterización de la calidad de agua realizada a los tramos de las redes hídricas que hacen parte de la cuenca de estudio, dentro de lo cual se destaca que el tramo inicial y final presenta la mayor degradación, que puede ser atribuida a la recepción de las aguas residuales de municipios con gran cantidad de habitantes como los son Tunja y Sogamoso, como se expresa en la siguiente figura (Corpoboyacá, 2006a). 

También es de destacar que en la cuenca alta del Chicamocha ha operado un distrito de riego y drenaje desde el año 1996, el cual beneficia a diferentes municipios del departamento de Boyacá, dentro de los que se destaca Duitama, Sogamoso, Santa Rosa de Viterbo, entre otros. Dicho distrito está configurado por 300 km de tuberías con aspersión automatizada que extrae agua de la red hídrica de la cuenca y la direcciona a cerca de 6314 ha que son principalmente áreas de cultivo del territorio. Así mismo, la captación de agua en el río es notoria debido a que los municipios que se ubican entre Paipa y Sogamoso cada vez requieren mayor cantidad del líquido para consumo humano, para mantener la actividad agropecuaria que es intensa en esta región o para actividades industriales (Ardila & Gomez, 2017). Análogamente, se resalta que la cuenca alta del Chicamocha posee una extensión teórica de 2147,704 Km2 y un perímetro de 262,402 Km según estudios llevados a cabo por (Minambiente et al., 2015).

Descripción del área de estudio:

El estudio se lleva a cabo en la cuenca alta del río Chicamocha, encontrada en las zonas de montaña de la cordillera de los Andes colombianos (Corpoboyacá, 2006b). Análogamente, esta cuenca esta situada dentro del área hidrográfica del Magdalena-Cauca, es decir se encuentra dentro de las vertientes que desembocan en el mar Caribe (Cormagdalena & IDEAM, 2001). 

Asimismo, la cuenca se divide en zonas hidrográficas, de las cuales la correspondiente a este estudio es la zona de Sogamoso. Esta se subdivide en las subzonas de los ríos Suárez, Sogamoso y Chicamocha, siendo esta última la seleccionada para el análisis. En consecuencia, la zona de estudio se ubica en el departamento de Boyacá, donde dentro de la cuenca se encuentran 24 municipios, entre ellos Tunja, Duitama, Paipa y Sogamoso (IDEAM, 2013).

El clima en la cuenca alta es mayormente templado a frío, con variaciones que dependen de la altitud, lo cual impacta en la vegetación y la cobertura del suelo. Además, la región presenta una notable diversidad en el uso de la tierra, que incluye zonas agrícolas, forestales, y urbanas, influyendo directamente en la calidad y disponibilidad de los recursos hídricos y en la estabilidad de los ecosistemas locales. Por último, la cuenca presenta características geomorfológicas asociadas a la presencia de la cordillera oriental de los Andes en la cual se encuentra gran parte del departamento de Boyacá. Por lo anterior, es posible visualizar principalmente tres tipos de paisaje en la cuenca del río Chicamocha, siendo el primero el paisaje de montaña formado en el plioceno; por otra parte, se encuentra el paisaje de valle en donde fluyen los sistemas de drenaje de la cuenca y por tanto es posible asociar ambientes fluviales y coluviales, adicionalmente, el tercer paisaje observable es el de altiplanicie que está en la mayoría de la cuenca (Instituto Geográfico Agustín Codazzi, 2005). 

Objetivos del proyecto:

• Desarrollar un modelo de construcción de la red hídrica de la cuenca alta del río Chicamocha mediante el uso de curvas de nivel, para dimensionar y reconocer características propias de la cuenca.
• Calcular y analizar el Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada (NDVI) en la cuenca alta del río Chicamocha, para evaluar la distribución y estado de la vegetación.
• Elaborar un mapa de Cobertura Sana destacando áreas con cobertura saludable y vegetación en buen estado.

Procedimiento:

Los pasos generales seguidos para cumplir con los objetivos del proyecto se ilustran en el diagrama a continuación.

El procedimiento especifico obtenido de la creación del modelo de la red hídrica mediante ModelBuilder se destaca en la siguiente figura.

Resultado:

A partir del procedimiento obtenido en la generación del modelo de red hídrica se identificó el Río Chicamocha como red hídrica principal de la cuenca y varios ríos como Jordán, Cormechoque, Pesca, Tota, entre otros como red hídrica secundaria. Además, se realizó una clasificación de elevaciones que van desde los 2400 msnm hasta más de 3500 msnm. Según lo anterior se obtuvo la siguiente salida cartográfica para la cuenca que posee un área de 207767,617 Ha. 

• Modelos derivados: 

Se desarrollaron diferentes modelos derivados a partir del modelo de elevación digital (DEM) creado a partir de las curvas de nivel. Los primeros modelos derivados fueron los correspondientes al modelo de sombras en dos tiempos, siendo el primero a las 8 am y el segundo a las 5 pm, según se observa enseguida. 

Seguidamente se obtuvo el análisis Cut/fill que detalló el cambió ocurrido al comparar lo dos modelos de sombras, de esta manera se comprobó que la posición del sol hace que una zona tenga ganancias y la otra perdida, y muy en menor proporción no exista ningún cambio. 

Posteriormente se desarrolló el modelo de pendientes para el territorio que comprende la cuenca alta del río Chicamocha, encontrando que las pendientes más pronunciadas, es decir aquellas dentro del rango de 30° a 80° son las que se encuentras en menor proporción, sin embargo si son observables en la parte norte de la cuenca.  

Complementariamente se aplicó un modelo de aspecto, el cual permite conocer la orientación de las pendientes previamente detalladas. Por lo tanto, en la siguiente salida cartográfica se encuentra expresada la dirección que sigue cada pendiente, lo cual es indispensable para reconocer el flujo del agua dentro de la cuenca.

Por otro lado, se empleó el análisis de visibilidad para reconocer las áreas visibles y no visibles en función de cinco miradores localizados dentro de la cuenca, en donde se detalló que cada mirador posee un importante grado de visibilidad, como se detalla enseguida. 

Como último modelo derivado se incluyó el análisis de densidad de Kernel en función de la población de los municipios localizados sobre la cuenca alta del río Chicamocha. Fue posible detallar que la densidad poblacional en general es baja, resaltando únicamente como centros poblados de mayor densidad la ciudad de Tunja, capital del departamento de Boyacá, y las ciudades de Sogamoso y Duitama que son centros industriales importantes para la región. 

• Índice diferencial de vegetación normalizado (NDVI):

Se obtuvo el índice NDVI mediante el procesamiento de las bandas roja e infrarroja cercana, en donde se obtuvieron y clasificaron valores de entre -1 a 1 en tres categorías, la primera correspondiente a números negativos y un máximo valor de 0.25 en donde se incluyen cuerpos hídricos, nubes, rocas y terreno desnudo. En la segunda categoría, de entre 0.25 a 0.36 se localizan terrenos con arbustos y prados. Por último, la categoría restante que supera los valores de 0.36 corresponden bosques, que se asocian también a vegetación frondosa y generalmente sana. Este resultado se expresa visualmente en la siguiente figura. 

• Clasificación supervisada:

Se empleó una clasificación supervisad utilizando muestras creadas, en donde se hicieron cinco categorías: Agua, vegetación, sin vegetación, nubes y zonas de cultivo. Se encontró que las zonas de cultivo están en mayor proporción, lo cual se entiende por la vocación agrícola que posee esta zona de Colombia. Las zonas de agua también suelen ser asociadas a zonas sin vegetación debido a la degradación que actualmente presenta la red hídrica de la cuenca. 

• Cobertura sana:

Se interceptaron los resultados obtenidos en la clasificación de coberturas con el índice NDVI, teniendo en cuenta que la cobertura sana se considera como aquellas zonas demarcadas como vegetación y que cumplan con el criterio de un índice NDVI mayor a 0.3. Por lo anterior, se obtuvo un total de 23519,83 zonas de cobertura sana encontradas principalmente al norte de la cuenca, donde se encuentran en menor proporción los centros poblados. 

• Mapa de pendientes de cobertura sana:

Por último, se detalló la distribución de las pendientes con respecto a las zonas con cobertura sana, encontrando que existe la tendencia donde al existir mayor pendiente la vegetación se encontrará más sana, por lo tanto, se considera un factor determinante para la conservación.  

Conclusiones:

Atendiendo a cada uno de los objetivos propuestos para el desarrollo de este proyecto, es posible concluir:

• A partir de curvas de nivel es posible entender la topografía de un territorio y en este caso, delimitar y comprender dinámicas de una cuenca, como lo es la cuenca alta del río Chicamocha ubicada en el departamento de Boyacá de Colombia. Esta cuenca posee una extensión de 207767 Ha y 352 km de perímetro. Además, el río principal es el Río Chicamocha con 93 km de longitud y una red hídrica secundaria de 700 km.
• La cuenca alta del río Chicamocha posee índices NDVI con valores entre -0.20 hasta 0.65, con mayores frecuencias en números positivos, lo cual indica la presencia de vegetación de tipo arbusto y de bosques, especialmente localizados en la zona norte de la cuenca.
• Se detalló que en la cuenca el área correspondiente a cobertura sana, es decir aquella catalogada con presencia de vegetación e índice NDVI superior a 0.3, es de 23519 Ha que especialmente se ubican en zonas de pendientes elevadas, y por lo tanto se cataloga este factor como determinante para zonas con vegetación conservada.

Recomendaciones: 

La realización de análisis de este tipo esta condicionado a un correcto geoprocesamiento de imágenes satelitales, por tal razón, se recomienda asegurarse de tener imágenes tipo DEM o multiespectrales de una calidad y resolución adecuada para evitar errores que pueden ser determinantes en los procesos llevados a cabo.  

Referencias 

Ardila, C., & Gomez, N. (2017). Estado del arte del distrito de riego alto Chicamocha [Universidad La Gran Colombia]. https://repository.ugc.edu.co/bitstream/handle/11396/5525/ESTADO DEL ARTE DEL DISTRITO DE RIEGO ALTO CHICAMOCHA.pdf?sequence=1&isAllowed=y#:~:text=El distrito de riego Alto,favorables para el desarrollo agropecuario%2C

Cormagdalena, & IDEAM. (2001). Estudio ambiental de la cuenca Magdalena-Cauca y elementos para su ordenamiento territorial. http://documentacion.ideam.gov.co/openbiblio/bvirtual/000051/EstudioAmbientalCMagdalena-Cauca.pdf

Corpoboyacá. (2006a). Escenarios de ordenación de la Cuenca Alta del Río Chicamocha. https://www.corpoboyaca.gov.co/cms/wp-content/uploads/2015/11/prospectiva-pomca-chicamocha.pdf

Corpoboyacá. (2006b). Plan de ordenación y manejo ambiental de la cuenca alta del Río Chicamocha. https://www.corpoboyaca.gov.co/cms/wp-content/uploads/2015/11/diagnostico-capitulo1-pomca-chicamocha.pdf

Corpoboyacá. (2014). Plan De Ordenamiento Del Recurso Hídrico De La Cuenca Alta Y Media Del Rio Chicamocha. In Corpoboyaca.

EOS Data Analytics. (2024). NDVI: Índice De Vegetación De Diferencia Normalizada. https://eos.com/es/make-an-analysis/ndvi/

IDEAM. (2013). zonificación y codificación de uniades hidrográficas e hidrogeológicas de Colombia. http://documentacion.ideam.gov.co/openbiblio/bvirtual/022655/MEMORIASMAPAZONIFICACIONHIDROGRAFICA.pdf

Instituto Geográfico Agustín Codazzi. (2005). Estudio general de suelos y zonificación de tierras del departamento de Boyacá. http://biblioteca.igac.gov.co/janium/Documentos/SUELOS DE BOYACA 2005.pdf

Minambiente, Minhacienda, & Corpoboyacá. (2015). Actualización POMCA Río alto Chicamocha.