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Sistemas de Información Geográfica vía Internet, para el manejo de cuencas y los desastres naturales Ver pantalla completa / Imprimir

Por: Rosa Olivia Contreras Uribe, Ramiro Lujan Godinez, Juan Luis Caro Becerra, Adolfo Preciado Quiroz


Resumen

Los Sistemas de Información Geográfica (SIG) aplicados a las cuencas hidrológicas, han sido utilizados como herramientas para la determinación de sus características fisiográficas (superficie, pendiente, red de drenaje, forma, etc.) además de variables tales como pérdida de suelos, balances hidrológicos, planeación y gestión hidráulica, transporte de sedimentos y contaminantes, modelación hidráulica para la determinación de áreas de inundación y sequías, cambio climático, fronteras agrícolas, cambios de uso de suelo, deforestación etc. Este trabajo tiene el propósito de representar un conjunto de herramientas que permitan la construcción de un SIG además de contar con datos fisiográficos de la cuenca El Ahogado, planteando la propuesta de prevención de desastres naturales y su mitigación, por lo que se estima conveniente la construcción de dicho SIG con el objeto de tener una total precisión de la capacidad de los cauces, arroyos, presas y vasos de almacenamiento, para así evitar problemas de conducción de las aguas pluviales.


Palabras clave

Características fisiográficas, Inundación, Sequías, Cambio Climático, Desastres naturales. “Geographic Information Systems (GIS) by Internet, for the management of river basins and natural disasters


Abstract

Geographic Information Systems (GIS) applied to watersheds, have been used as tools for the determination of its physiographic features (surface, slope, drainage network, form, etc.) In addition to variables such as the loss of soils, water balances, management planning and hydraulic, sediment transport and pollutants, hydraulic modeling for the determination of areas of flood and drought, climate change, agricultural frontiers, changes in land use, deforestation, etc. This work is intended to represent a set of tools that enable the construction of a GIS in addition to data of the physiographic basin El Ahogado, raising the proposal of natural disasters prevention and mitigation, so that it is estimated that the construction of the SIG with the purpose of having a total accuracy of the capacity of the channels, streams, dams and storage vessels, to avoid problems of driving of the stormwater.


Keywords

Physiographic features, Flood, Drought, Climate Change, Natural disasters.


Introducción

El SIG es una tecnología que tiene una amplia variedad de usos en el entorno industrial y científico, sin embargo, lo primero que se necesita es una comprensión común sobre lo que es un SIG.

Una definición simple no es suficiente, ya que para hablar sobre un SIG fuera del contexto de alguna industria o uso específico, se necesita una herramienta más flexible para explicarlo, es decir un modelo. Es importante contar con información tanto espacial como temporal, tanto de las bases existentes como las que se diseñen a corto y mediano plazo en relación a este concepto; Tanto en México como a nivel internacional, los sistemas de información geográfica SIG aplicados a las cuencas hidrográficas han sido utilizados como herramientas para la determinación de las características fisiográficas de la cuenca (superficie, pendiente red de drenaje, forma) determinación del cambio de uso de suelo, balances hidrológicos, planeación y gestión hidráulica, transporte de sedimentos y contaminantes, modelación hidráulica para la determinación de áreas de inundación, sequías, cambio climático, fronteras agrícolas, cambios de uso de suelo, deforestación etc.

Los SIG son entendidos como el procedimiento de análisis espacial, ya que es una herramienta del tipo sistémico que permite manejar información para facilitar el análisis de varias dimensiones en un mismo problema, de ahí surge la necesidad de construir un SIG, que nos permitirá interpretar los resultados en forma cartográfica y que resultará prácticamente útil para la toma de decisiones de políticas públicas.1

Matemáticas discretas, la geometría computacional, la teoría de gráficos, la topología, la cartografía, el procesamiento de imágenes, las bases de datos, los algoritmos y la computación, hace del SIG una herramienta formidable para solucionar problemas teóricos y prácticos, además de su potencial para lograr los resultados sustanciales en cada una de las áreas mencionadas.

En la Figura 1. Descripción de un SIG, se presenta un modelo holístico de un sistema de información geográfica, en la parte baja puede verse que el SIG almacena datos espaciales, conteniendo la información de sus atributos (de abajo hacia arriba) vinculada a una base de datos de almacenamiento del SIG, donde las funciones están controladas de manera interactiva por un operario con el fin de generar los productos informativos (que se muestran en las partes superiores de la realidad por medio de capas de información).

SIG
Figura 1. Descripción de un SIG.
Fuente: www.ocellus.se

Desde el punto de vista técnico, un SIG comprende varias etapas: captura de información, procesamiento, adaptación, corrección, generación de datos, consulta y producción de resultados2.

Un SIG en particular está diseñado para trabajar con datos georreferenciados con respecto a coordenadas espaciales o geográficas, es decir un elemento ubicado en el espacio mediante un sistema de coordenadas, el cual es descrito por medio de atributos que permite conocer su relación con respecto a otros elementos. En lo que respecta a la perspectiva del manejo de cuencas y los desastres naturales también ha cambiado el paradigma; no solo se refiere al conocimiento, análisis y protección de los recursos hídricos, sino también involucra la capacidad de suelos, la vegetación, el relieve, el impacto de la población, la infraestructura civil para la producción sustentable de bienes y servicios. De esta forma, las cuencas se convierten en unidades lógicas para la planeación y la gestión de los recursos naturales3. De ahí nace la necesidad de desarrollar el proyecto “Integrar la información geográfica digital para el manejo integral de cuencas y los desastres naturales, caso de la cuenca El Ahogado”.

La cuenca El Ahogado es sin duda la de mayor interés en la Zona Metropolitana de Guadalajara ZMG por el impacto ambiental y el cambio de uso suelo que ha sufrido, además del nivel de población que concentra, por ejemplo, en 1970 la población alcanzaba los 50 mil habitantes, mientras que en el 2000 alcanzaba cerca de los 500 mil habitantes4 , cabe señalar que en la primera década del presente siglo la población tuvo un incremento del 250% respecto al año 1990, de hecho se tienen ya urbanizados en forma definitiva 117 km² pero existe la tendencia que la densidad de población en pocos años aumente, ocupando una superficie de alrededor de 250 km², según las autoridades que están vigentes en los cinco municipios que conforman dicha cuenca5.

En este trabajo se ha instrumentado un SIG que contiene elementos innovadores como los dispositivos de medición y levantamiento, incluidos los receptores de GPS, imágenes de fotogrametría e instrumentos de levantamientos geofísicos, disponibles para tener acceso desde internet.

El objetivo de esta primera etapa consiste en obtener información geográfica estructurada que facilite el análisis y la evaluación de la problemática hidrológica en la cuenca El Ahogado, a partir de los datos almacenados en forma digital en un Sistema de Información Geográfica (SIG).

Para llevar a cabo el desarrollo de este proyecto se planearon cuatro etapas:

a) Definición de los objetivos del proyecto
b) Creación de la base de datos del SIG
c) Desarrollo del análisis geográfico
d) Presentación de resultados.

Por estas razones, es factible la construcción de un SIG, ya que es posible hacer cruces de información por medio de capas –hidrología, planes de uso de suelo, habitantes y viviendas- con la finalidad de evitar problemas de conducción de las aguas pluviales, que significa un enorme desperdicio del recurso hídrico debido a la falta de infraestructura hidráulica en puntos situados aguas arriba, así como el número de personas y viviendas que pueden llegar a ser afectados en distintos puntos geográficos, ahora y a futuro.

De lo anterior surge el tema de “Ecología del paisaje” o “Manejo sustentable de los recursos naturales” que tiene como sus principales prioridades de desarrollo, el considerar la heterogeneidad tanto a nivel espacial como a nivel territorial, con el objeto de facilitar tomas de decisiones por parte de quienes tienen a su cargo la implementación de políticas ambientales, así como, de la conservación biológica de los recursos naturales6.


Planteamiento del problema

Con el objeto de desplegar y realizar consultas espaciales y alfanuméricas mediante el uso de un SIG, se ha elegido a la cuenca El Ahogado, ubicada al sureste de la Zona Metropolitana de Guadalajara, dentro del polígono de la avenida López Mateos y la carretera Guadalajara-Chapala, la cual, y por ser una de las cuencas que se distingue por sus especiales características y ubicación es objeto de una intensa actividad productiva de índole agrícola e industrial, lo cual deviene de una fuerte presión sobre el recurso hídrico ya que la cuenca se encuentra localizada en un clima seco la mayor parte del año; los meses de lluvia son de junio a septiembre, presentándose áreas en que la precipitación no llega a los 700 mm, lo que indica que los escurrimientos superficiales reducidos impacten en la cobertura de las necesidades en cuanto al abastecimiento de agua potable y de buena calidad, al realizar el balance hidrológico de aguas superficiales en dicha cuenca.

La cuenca El Ahogado forma parte del afluente del río Santiago; su superficie tiene una extensión territorial alrededor de 520 km², abarcando los municipios de: Tlajomulco, Zapopan, Tlaquepaque, El Salto y una porción de 30 hectáreas de Guadalajara. Su morfología es alargada, con su mayor eje en el sentido este-oeste con una extensión de 32 km, y un eje menor en el sentido norte-sur con una extensión de 17 km. La cuenca El Ahogado, es una cuenca de alta complejidad ya que en ella se registran grandes presiones por el recurso agua, al estar asentada en ella la conexión que une en sus extremos a uno de los polos industriales más importantes en el desarrollo del país: la ciudad de Guadalajara que es la segunda en importancia en el país por su extensión y densidad de población, confiriéndole este hecho el carácter de una cuenca eminentemente urbana, además de que el acelerado crecimiento industrial desató otro fenómeno que se refleja de manera alarmante con el problema de la escasez del agua: el de su contaminación7.


Metodología

La información procesada y la elaboración de mapas temáticos, se relacionan con elementos de la infraestructura hidráulica de la cuenca, ubicación y registro de estaciones hidrométricas y climatológicas, subcuencas y red de drenaje, división estatal y municipal, vías de comunicación, presas, distritos de riego y actividades socioeconómicas.

El objetivo de este proceso es situar en el lugar más adecuado cada una de las actividades previstas en la ordenación del territorio, tales como: uso residencial e industrial, cultivos, cambios de uso de suelo, etc.

En la fase no geográfica del proceso de planificación se deben de establecer las metas de superficie que se deben de alcanzar en la región de estudio en cada uno de estos usos de suelos. Es decir, determinar la cantidad de superficie en la región que se debe de destinar para cubrir los objetivos pretendidos, a un nuevo uso residencial o a un uso industrial. Para poder llevar a cabo de manera estos objetivos, se calcula la capacidad de acogida de cada “punto” del territorio para cada una de las actividades anteriores. El concepto de “punto” del territorio varía en función del tipo de representación que se esté empleando en el proceso, y es equivalente al pixel de un SIG raster.

La capacidad de acogida en cada punto depende, como ya hemos mencionado, de dos cuestiones:

1.- La aptitud intrínseca del territorio (en ese punto) para recibir esa actividad.
2.- El impacto potencial que se puede producir en ese punto del territorio al situar allí dicha actividad.

Aplicando la metodología propuesta por (Valdivia Cruz, 2012)8, que consiste en la generación de imágenes de las variables susceptibles de ser representadas espacialmente con el auxilio de procedimientos de interpolación espacial. Las variables estudiadas son:

a) Climáticas: precipitación, evaporación y temperatura
b) Hidrológicas: escurrimiento superficial
c) Relieve: análisis de curvas de nivel, orientación de laderas, pendiente topográfica

En el área de análisis socio-económico se integró la caracterización o descripción de todos los municipios asentados en la cuenca, con información de mayor actualidad disponible 9, procurando contar con un marco retrospectivo desde los años 80, esto con la finalidad de que los interesados en sus consultas puedan determinar la tendencia del sistema ambiental de la Cuenca; de igual manera se avanzó en una especie de diagnósticos o problemática ambiental, al determinar las áreas críticas en la cuenca, mediante la interrelación de las variables e indicadores de los sistemas natural, social y productivo.

Para entender mejor el concepto, las variables seleccionadas estuvieron encaminadas a ofrecer información que facilite la explicación de fenómenos que inciden directamente en la cantidad y calidad del recurso agua, tales como: superficies que ocupan actividades productivas; distribución de la población tanto espacial como temporal; además de la estructura económica, para lo cual se conformaron a nivel de estados y municipios que integran la cuenca, las siguientes variables:

- Población por municipio y año de censo
- Condición de alfabetismo por municipio y año de censo
- Migración por municipio y año de censo
- Condiciones de vivienda por municipio y año de censo
- Principales ramas industriales en la cuenca
- Principales ramas industriales por municipio y sus características básicas
- Generación de residuos industriales peligrosos por ramas
- Ramas generadoras de residuos industriales por municipios
- Usos agrícola por municipio

Las relaciones existentes entre las variables, se expresaron como indicadores en forma de porcentajes y tasas, de forma tal que se evidenciara la dinámica de los fenómenos migratorios a través del tiempo:

- Incremento poblacional por municipio (1990-2000-2010)
- Promedio de incremento por municipio (1990-2010)
- Comisión porcentual de alfabetismo por municipio (1990-2000-2010)
- Comisión porcentual de migración por municipio (1990-2000-2010)
- Promedio de incremento migratorio por municipio (1990-2010)

Para caracterizar los fenómenos de interés asociados a la presión sobre el recurso agua, se determinaron rangos dando lugar a señalamientos de las áreas críticas con base en el incremento poblacional y la actividad agroindustrial. Tanto las variables, como los Indicadores y rangos, se seleccionaron con la finalidad de señalar patrones de dispersión de la población, tasas del crecimiento poblacional, infraestructura urbana, flujos migratorios y tipificación de la estructura productiva a nivel de toda la cuenca.


Resultados

El desarrollo de la integración de la base de datos se efectuó con el programa ArcInfo GIS 10.0 ESRI 201010, a partir del cual se logró un diseño completo donde se planearon los modelos conceptual, lógico y físico que fueron de gran ayuda en el desarrollo de las aplicaciones.

Sobre la base de esta metodología se obtuvieron resultados tales como: hidrología, cobertura vegetal, densidades de población, etc., donde se muestra la problemática de la cuenca respecto a la escases de agua debido al abatimiento del acuífero con respecto a los niveles estáticos, para ello se utilizó un modelado espacial y vistas tridimensionales con el programa Arc-view 10.011, obteniéndose con ello mapas claros y presentaciones visuales que reflejaron el grado de sobreexplotación a la cual ha sido sometido el acuífero.

Para determinar las posibles relaciones entre los atributos ambientales y la disponibilidad de agua con la distribución de la vegetación (como se muestra en la Figura 2. Imagen Landsat, de la cuenca El Ahogado), que son en este caso imágenes Landsat de varias temporadas, además de compilar información tanto geográfica como cartográfica, para analizar las características fisiográficas de la cuenca con el objeto de calcular las avenidas máximas registradas que se generan en la cuenca El Ahogado, ya que precisamente la construcción del SIG permitirá:

- El análisis de los datos antes mencionados.
- Visualización, despliegue y consulta.
- Delimitación de polígonos de las zonas afectadas por el tránsito de avenidas sobre los cauces (llanuras de inundación).
- Modelo superficial que permitirá el análisis interactivo de áreas de almacenamiento que escurran a un punto escogido además de las zonas aguas abajo afectadas.

Imagen Landsat, de la cuenca El Ahogado
Figura 2 Imagen Landsat, de la cuenca El Ahogado, donde la línea amarilla, nos indica el límite de la cuenca, y la línea roja nos muestra la zona más baja y vulnerable a las inundaciones. Esc. 1: 50000,
Fuente: Instituto Territorial del Estado de Jalisco, 2012.

Para la elaboración de nueva información se integraron datos base de cartografía, así como de planimetría y ortofotos, todos ellos obtenidos de la dependencia federal denominada Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática INEGI. Estas imágenes nos facilitaran el desarrollo de actualización de subcuencas, microcuencas y el establecimiento de vertido de aguas en las partes más bajas de la cuenca que es la zona vulnerable tanto a las inundaciones como los desastres naturales, además de la obtención de datos cuantitativos sobre indicadores de población y vivienda del último censo en cada subcuenca.

A partir del modelo digital de elevaciones, se crearon mapas de superficie general, tales como: análisis de altimetría, escurrimientos, pendientes, topoforma, etc. (como se muestra en la Figura 3. Altimetría de la cuenca El Ahogado), esto con el objeto de encontrar factores que favorezcan a la retención del agua para los procesos biológicos como son la presencia de pendientes topográficas suaves, es decir, valores altos en atributos puntuales de relieve nos indican la presencia de huecos, hondonadas y pasos; además de valores bajos en atributos nos marcan una superficie de relieve bajo como son los almacenamientos.

altimetria de la cuenca el ahogado
Figura 3. Altimetría de la cuenca El Ahogado (Escala 1:50000).
Fuente: Comisión Estatal de Agua y Saneamiento, 2012.

Además el SIG en la cuenca El Ahogado brindará datos sobre la región principalmente en donde actualmente tiene su mayor expansión, que es el sur de la cuenca y que abarca los poblados que se encuentran en la ribera de la Laguna de Cajititlan, tales como: el poblado que lleva el mismo nombre, Cuexcomatitlan, San Miguel Cuyutlán, San Lucas Evangelista y San Juan Evangelista. En otras palabras, es una herramienta que permite modelar con diferentes patrones de escurrimiento, hasta donde tendrán la capacidad útil para el buen funcionamiento las presas, vasos y arroyos existentes (y en donde no), para así poder reconocer los puntos vulnerables a las inundaciones y en donde tendríamos problemas tanto de protección a la vida como de su patrimonio.


Conclusiones

Desde el punto de vista técnico, que se ha tomado para el desarrollo de este trabajo, se considera que se han cumplido cada uno de los puntos anteriormente enunciados.

Definitivamente se ha construido un SIG para el manejo de cuencas y los desastres naturales ya que constituyen un instrumento que permite ligar información ya existente, esto significa que los archivos alfanuméricos y espaciales podrán ser consultados a través de una página web, aunque aún no está disponible la interfaz para que los usuarios finales puedan consultar por si mismos el propio SIG, se ha podido constatar que las herramientas tanto de consultas como de análisis son sencillas y un entrenamiento corto es suficiente de acuerdo a las necesidades del usuario.

La idea de contar con un inventario de los recursos naturales en la cuenca, así como elaborar los mapas correspondientes a los trabajos de producción, modernización y actualización de la información geográfica en cumplimiento de los objetivos y metas, se ha permitido implementar el SIG integrado por tres subsistemas: Condiciones Físicas, Recursos Naturales y Asentamientos Humanos.

El subsistema de recursos naturales ofrece información sobre localización y magnitud de los recursos geológicos; uso actual del suelo y estado de la vegetación ; aprovechamientos hidrológicos, tanto en calidad como en cantidad y usos del agua, mientras que las condiciones físicas nos muestran características físicas, químicas y morfológicas de los suelos (edafología).

La información hidrológica, aborda información de aguas subterráneas y superficiales; en la primera se analizan los diferentes materiales que cubren la corteza terrestre, suelos o rocas y sus proyecciones inmediatas hacia el subsuelo, el objetivo es definir el rendimiento o posibilidad de que dichos estratos contengan agua de buena calidad; en lo que respecta a la información de aguas superficiales, se consideran factores tales como suelo, vegetación y pendiente sobre el terreno, que habrá de determinar el escurrimiento de agua de lluvia y su comportamiento sobre la superficie de la corteza terrestre.

En lo relacionado con los asentamiento humanos se puede decir en síntesis, que el crecimiento urbano anárquico modificó el sistema hidrológico e hidrográfico natural de la cuenca El Ahogado; aunado a esto, muchos de las nuevos desarrollos urbanos se establecen en áreas donde son totalmente vulnerables a las inundaciones, ya que se encuentran asentados en zonas topográficamente bajas por lo que aumenta el riesgo por inundación, de ahí surge la importancia y necesidad de establecer un SIG para el manejo de cuencas y los desastres naturales.


Referencias

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4 Instituto Nacional de Estadística y Geografía INEGI (2010).
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6 Moreira M. A. (1996) Los Sistemas de Información Geográfica y sus aplicaciones en la diversidad biológica. Revista: CIENCIA Y AMBIENTE, Pag. 80-86
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8 Valdivia Cruz (2012), Los Sistemas de Información Geográfica para la gestión del fondo habitacional, Santi Spíritus, Cuba: Revista Científica INFOCIENCIA.
9 Boletín de investigación Núm. 256/13 (2013) Instituto Nacional de Estadística y Geografía INEGI, Aguascalientes, AGS.
10 Sistemas de Información Geográfica S.A. de C.V. SIG (2013)
11 Ibid.


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