Cuantificación de la evolución de coberturas hídricas durante las recientes inundaciones en el nordeste de la República Argentina: Una propuesta metodológica.

 

M. Giraut (*), A. Soldano (**), S. Ludueña (*)

 

(*) Dirección Nacional de Política Hídrica, Subsecretaría de Recursos Hídricos, Secretaría de Recursos Naturales y Desarrollo Sustentable

(**) Sistema de Alerta Hidrológico de la Cuenca del Plata, Instituto Nacional del Agua y del Ambiente

 

INTRODUCCION

El estudio de los fenómenos que se producen en la naturaleza, inducidos o no por el hombre, y desde un punto de vista teórico o aplicado, han sido y resultan ser hoy día objeto de preocupación de numerosos investigadores pertenecientes a variadas disciplinas.

Las técnicas relacionadas con la Percepción Remota o Teleobservación, representadas en un principio por la toma de fotografías desde globos cautivos (1862), y más recientemente por la implementación de satélites geoestacionarios, heliosincrónicos, etc., han significado una herramienta fundamental para el estudio del medio físico natural y de problemas ambientales que acechan a la humanidad.

Los sensores remotos constituyen un conjunto de instrumentos desarrollados para permitir la obtención, medición y registro de información a distancia. Fundamentalmente se basan en las propiedades que poseen los diferentes cuerpos de reflejar o emitir energía electromagnética proveniente de la radiación solar o de otra fuente de energía incidente sobre la superficie terrestre.

Durante la década de 1970 se pone en órbita el Satélite ERTS (Earth Resources Technology Satellite, 23-07-72), denominado más tarde Misión Landsat, cuyo objetivo consistió en demostrar la facilidad de mapeo y observación de la superficie terrestre desde el espacio.

Los equipos montados a bordo de los satélites de observación terrestre producen imágenes con resolución espacial, temporal y espectral que le son propias, lo cual les imprime características específicas y únicas como fuente de información.

Dos características ubican a la hidrología en un lugar especial entre las ciencias de la tierra: la primera es la importancia de las mediciones cuantitativas y la segunda, el carácter fuertemente dinámico de los fenómenos que estudia.

 

La hidrología y los sensores remotos

El objetivo principal de los sensores remotos en la hidrología es el de observar y medir cambio cualitativos y cuantitativos del agua sobre la Tierra. Los sensores remotos han contribuido a las investigaciones hidrológicas a través del desarrollo de técnicas de monitoreo y de modelación de cuencas hídricas.

Si bien el satelite Landsat 5 no puede analizar un fenómeno en forma continua, la periodicidad de toma resulta apropiada para identificar y cuantificar cambios en las condiciones hidrológicas causadas por características climáticas, efectos estacionales o actividades humanas.

El análisis cualitativo y cuantitativo de la cobertura hídrica y del uso del suelo (grado de impermeabilidad) utilizados para la calibración de modelos hidrológicos se realiza con frecuencia a partir de la información Landsat 5 TM; por otra parte, la capacidad de detectar la evolución espacio/temporal de eventos motiva el uso de esta información para los estudios de recursos hídricos.

Este informe presenta la metodología utilizada aplicando el análisis digital de imágenes satelitales al estudio de la evolución del fenómeno de inundación ocurrido sobre los ríos Paraná y Uruguay en territorio argentino durante 1998.

 

El Niño 97/98

Se conoce como El Niño al fenómeno caracterizado por un calentamiento de las capas superiores del Pacífico oriental en la región tropical, y que dura tres o más estaciones. La fase inversa, caracterizada por el enfriamiento de las mismas zonas, se denomina La Niña.

 

Desde julio de 1997 persistieron en el Pacífico tropical condiciones muy fuertes -comparables con las observadas en el período 1982/83- del episodio cálido (El Niño). Las predicciones de los modelos indicaban que las mismas proseguirían durante el resto de 1997 y comienzos de 1998.

Cuando se produce El Niño, gran parte de América del Sur, Central y Meridional presenta condiciones más húmedas de lo normal, y parte del territorio argentino es testigo de inundaciones, especialmente en las provincias de Formosa, Chaco, Corrientes, Entre Ríos, Santa Fé y Buenos Aires, entre otras.

El presente trabajo tiene por objeto la cuantificación y el estudio de la evolución de las inundaciones que se preveía iban a ocurrir según los antecedentes de previos episodios El Niño.

 

METODOLOGIA

La metodología usada para la determinación de la evolución y cuantificación de la cobertura hídrica superficial, utilizando la información proveniente de imágenes satelitales, aplica procedimientos relativos al procesamiento digital y módulos de Sistemas de Información Geográfica (SIG) (Giraut, 1992).

Diversas instituciones, coordinadas en el marco del Comité INA-CONAE, mancomunaron esfuerzos para la realización del presente estudio. La CONAE cedió las imágenes satelitales y la Dirección Nacional de Política Hídrica de la Secretaría de Recursos Naturales y Desarrollo Sustentable generó los archivos en formato digital, en tanto que los valores hidrológicos fueron suministrados por el Servicio de Alerta Hidrológica del INA. Esta última información sirvió de punto de partida para seleccionar las fechas de las imágenes, tal como se aprecia en la Fig 1.

La totalidad del material procesado excede los límites del presente artículo, razón por la cual sólo se han seleccionado algunas escenas representativas. No obstante, dicho material está disponible en las sedes de la CONAE y de la Dirección Nacional de Política Hídrica.

 

Características de las imágenes satelitales

La CONAE suministró siete imágenes Landsat 5 TM, (cuatro sobre el Río Paraná y tres sobre el Río Uruguay) en formato "Fast Format" y con las 7 bandas espectrales.

Las escenas completas abarcan un total de 6920 columnas por 5760 líneas, habiéndose definido una ventana de 1800 columnas por 3260 líneas para el área del Río Paraná, y de 1001 columnas por 1101 líneas para el Río Uruguay.

Las fechas de toma de las escenas y sus correspondientes niveles hidrométricos se transcriben en las Tablas N°1 y N°2, respectivamente.

 

Características hidrometeorológicas

Estación Corrientes: Se encuentra ubicada en la zona cercana a la confluencia del tramo superior del Río Paraná con el Río Paraguay. En este tramo el Paraná presenta rasgos típicos de un río de llanura, con ambas márgenes de características bien diferenciadas. La margen derecha, donde se localiza la ciudaad de Resistencia, es una zona baja con muchas entradas del río sobre la costa y con la presencia zigzagueante del Río Negro. La margen izquierda, por el contrario, presenta una elevación natural promedio sobre el nivel del río de 1,50 m.

El módulo del río fue de 14.600 m3/s y el nivel promedio 3,13 m para el período 1901-1972. Para el período 1973-1997 los valores medios se vieron incrementados correspondiendo a un módulo de 19.100 m3/s y un nivel promedio de 4,27 m (INA,1998).

 

Escala hidrométrica de la estación:

 

Latitud: 27° 58’

Longitud: 58° 49’

Altitud: 60 m

Superficie de la cuenca: 1.925.250 km2

Cota del cero de escala: 42,39 m

Distancia a desembocadura: 1.078 km

 

Hidrograma:

En la Figura N°1 se observa el hidrograma de la estación Corrientes para el período 1 de julio de 1997-30 de abril de 1998. En ella se indican las fechas correspondientes a las imágenes analizadas: 5 de agosto de 1997, 2 de abril y 4 de mayo de 1998. Además, se presentan los valores promedio históricos correspondientes a cada mes para la serie del período 1973-97 (sectores grisados). También se señalan los niveles correspondientes a los estado de "alerta" y "evacuación" caracterizados por la Prefectura Naval Argentina para la estación.

Niveles hidrométricos correspondientes a las fechas de las imágenes 226-079

Nivel de Alerta

6,30

Nivel de Evacuación

6,70

Máximo histórico de la serie 1931/97 18/02/83)

9,02

Fecha de toma de imagen

Altura de escala registrado

(m)

5/08/97

4,47

13/02/98

6,21

2/04/98

6,69

4/05/98

8,39

 

TABLA N°1

 

Hidrograma comparativo:

A fin de evaluar la magnitud del presente evento se compararon los hidrogramas correspondientes a los niveles hidrométricos diarios para los años 1983, 1992 y 1997 y valores medios mensuales para el período 1973-97 con los correspondientes niveles de alerta y evacuación, Figura N° 2. En el gráfico se observa la relación de los niveles en la Estación Corrientes para la fechas en que se contó con información satelital. Nótese que el pico de crecida para el verano 1997-1998 alcanzó un valor máximo de 7,70 m durante los días 11 y 12 de febrero de 1998, valor 1,00 m por encima del valor de evacuación y 1,32 m inferior al máximo histórico de la serie (1901/97).

Estación Concordia: Está ubicada en el tramo inferior del Río Uruguay, aguas abajo de la represa de Salto Grande. Dicho tramo es un cauce natural, con una altura en ambas márgenes superior al nivel del río, en especial la margen oriental del mismo. Sobre esa margen se encuentra la ciudad uruguaya de Salto y sobre la margen occidental la ciudad de Concordia, en la provincia de Entre Ríos. El módulo histórico del río es de 4.380 m3/s y el nivel promedio de la escala es de 4,50 m, ambos valores para el período 1970 a 1997.

 

Escala hidrométrica de la estación:

Latitud: 31° 24’

Longitud: 58° 01’

Altitud: -------

Superficie de la cuenca: 242.000 km2 (hasta Concordia)

Cota del cero de escala: 1,81 m

Distancia a desembocadura: 329 km

 

Hidrograma:

En la Figura N°1 se observa el hidrograma de la Estación Concordia para el período comprendido entre el 15 de agosto y el 13 de diciembre de 1997, sobre el que se han indicado las fechas correspondientes a las imágenes analizadas: 30 de agosto y 18 de noviembre. Además se presentan los valores promedio históricos correspondientes a cada mes para la serie del período 1970-1997 (sectores grisados). También se señalan los niveles correspondientes a los estado de "alerta" y "evacuación" caracterizados por la Prefectura Naval Argentina para la estación.

 

Hidrograma comparativo:

Con el objeto de realizar una mejor evaluación del presente evento se graficaron los hidrogramas correspondientes a los niveles hidrométricos diarios para los años 1983, 1986 y 1997 y valores medios mensuales para el período 1980-97 con los correspondientes niveles de alerta y evacuación, Figura N° 2.

 

En el gráfico se observa la relación de los niveles en la Estación Concordia para la fechas en las que se contó con información satelital. Nótese que el pico de crecida alcanzó un valor máximo de 14,30 m los días 30 y 31 de octubre de 1997, valor que se encuentra 2,30 m por encima del nivel de evacuación (12,00 m) y es 1,32 m inferior al máximo de la serie 1931-97.

 

Niveles hidrométricos correspondientes a las fechas de las imágenes 225-082

Nivel de Alerta

10,00 m

Nivel de Evacuación

12,00 m

Máximo histórico de la serie 1931/97 (13/03/86)

 

Fecha de toma de imagen

Altura de escala registrada (m)

30/08/97

2,90 m

18/11/97

13,78 m

04/12/97

7,00 m

 

TABLA N°2

 

Procesamiento de las imágenes

El procesamiento de las imágenes comprendió: lectura, recorte del área de estudio, selección de bandas, co-registración, clasificación, agrupamiento, cuantificación, diseño y generación de archivos de exportación, con el soporte informático de los softwares PCI e IDRISI bajo ambiente Windows 95.

Se llevaron a cabo tratamientos digitales diferenciales para cada región, de acuerdo con las características hidrogeomorfológicas de cada una de ellas.

La Figura N° 3 presenta el análisis multitemporal para el área del Río Uruguay. Los gráficos corresponden a dos situaciones asociadas, respectivamente, al período de pre-inundación y de inundación.

La Figura N° 4 presenta el análisis multitemporal para la región del Río Paraná. Se han diagramado tres situaciones, una asociada al período de pre-inundación y dos al de inundación, respectivamente. Definidas las coberturas hídricas, se generó la diferenciación entre pixels de idéntico valor espectral pero de distinta distribución geográfica.

Así, quedaron diferenciadas tres coberturas hídricas distintas del cuerpo principal del Río Paraná y una clase denominada humedales, que corresponde a la clase agua (04/05/98) pero que no está en contacto con el sistema de drenaje principal.

Para la determinación de coberturas hídricas y su cuantificación, se trabajó exclusivamente con la Banda 7 Infrarroja. La diferenciación AGUA-NO AGUA se observa claramante debido a la disminución de reflectancia (mayor absorción) a medida que el contenido de humedad aumenta. Sin embargo la determinación de la clase Agua presenta un inconveniente, dado que espectralmente sus pixels quedan conformados no sólo por los pixels de los ríos, sino por la totalidad de los cuerpos de agua de la región. Esto influye directamante sobre los valores areales calculados.

Para el agrupamiento de pixels se utilizó el concepto de continuidad, principio que permite aislar a los pixels no sólo por su valor espectral sino por su posición geográfica dentro de la imagen (Giraut, 1992).

Una vez generado el mapa de cobertura hídrica para la escena analizada se determinaron los pixels correspondientes a cada una de las clases definidas, con lo que se elaboró el mapa multitemporal.

La Figura N° 5, realizada a partir de datos del área del Río Paraná, visualiza la relación entre la variación areal de clases río, humedal y no agua frente al valor de alturas hidrométricas para la región del Río Paraná.

 

CONCLUSIONES

-. La información provista por las imágenes Landsat 5 TM ofrece una vía rápida y eficiente para alimentar variables necesarias para implementar los modelos hidrológicos en la etapa de identificación del uso del suelo y evolución de coberturas hídricas.

-. El procesamiento digital sumado a los aportes de módulos SIG constituyen un conjunto de herramientas invalorables y de uso necesario para el análisis de este tipo de fenómenos.

-. Los niveles hidrométricos medios registrados en la estación Corrientes, sobre el Río Paraná, durante el mes de noviembre, caracterizan al evento como el máximo histórico para dicho mes. No obstante, no superó el pico correspondiente al máximo histórico del año 1983.

-. La imagen captada de la zona de Resistencia-Corrientes, el día 4 de mayo de 1998, tiene características únicas por la oportunidad en que fue tomada (en plena inundación) y por las condiciones meteorológicas óptimas (ausencia de nubes) que permitieron una gran definición.

-. Los niveles hidrométricos medios registrados en la estación Concordia, sobre el río Uruguay, durante el mes de noviembre, caracterizan al evento como máximo histórico para dicho mes. Además, la permanencia de niveles por encima del valor de evacuación durante aproximadamente cuatro meses demuestra la singularidad del fenómeno ocurrido. Estas características fueron captadas por una de las escenas procesadas.

-. La información generada fue suministrada al Sistema de Alerta de la Cuenca del Plata del Instituto Nacional del Agua y el Ambiente, a fin de apoyar la calibración de los modelos hidrológicos y evaluar el evento frente valores históricos de niveles, coberturas hídricas, permanencias, etc.

 

AGRADECIMIENTOS

A las autoridades de la Dirección Nacional de Política Hídrica y al Comité INA-CONAE, que posibilitaron la realización de esta investigación.

 

BIBLIOGRAFIA

Giraut, M. A., 1988. Los Sensores Remotos y su vinculación al estudio de la Hidrología Urbana. Informe interno inédito. Centro de Investigaciones Hidrológicas, INCYTH, Ezeiza.

Giraut, M. A., 1992. GIS methodology applied to Hydrological Hazard Mapping in flat areas landscape. Documento final de beca de investigación, O.N.U. Ecole Polythecnique Federale de Lausanne (EPFL). Suisse.

Giraut, M., Soldano, A. y Ludueña, S., 1998. Evolución y cuantificación de coberturas hídricas a partir de imágenes de satélite Landsat TM. Propuesta metodológica. Jornadas Argentinas de Teleobservación. Buenos Aires, 17 al 19 de junio de 1998. CONAE.

INA (Instituto Nacional del Agua y del Ambiente ), 1998. Estadísticas Hidrológicas 1997 - 1998. Sistema de Alerta Hidrológico de la Cuenca del Plata, Ezeiza.

 

Buenos Aires, septiembre de 1998.