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Consideraciones en la seleccion de imágenes satelitales para los estudios ambientales Uso de herramientas tecnológicas para evaluación de áreas homogéneas de tierras con fines catastrales

Uso de herramientas tecnológicas para evaluación de áreas homogéneas de tierras con fines catastrales

Nancy Leiva Gutiérrez1, Napoleón Ordóñez Delgado2

Resumen La formación o actualización catastral de los municipios en su parte rural está en función de varios parámetros, uno de los más importantes está relacionado con la calidad de las tierras. El Instituto Geográfico Agustín Codazzi (IGAC) ha desarrollado una metodología que permite de manera ágil pero confiable determinar la capacidad productiva de las tierras. El sistema combina variables cuantificables que definen valores potenciales que están relacionados con la calidad de las tierras; no obstante, dado el número de municipios que posee el país, ha sido necesario incorporar nuevas herramientas tecnológicas.

terpolación, insumo básico del clima y en la interpretación de imágenes satelitales de alta resolución para evaluar características de las tierras desfavorables que no son detectables por condiciones difíciles de la zona o a simple vista. Para este propósito se presentan al final del documento algunos casos especiales en diferentes municipios y la manera como se evalúan las variables consideradas utilizando metodología digital. Palabras claves Áreas Homogéneas de Tierras, modelos digitales de elevación, procesamiento de imágenes de satélite.

En este artículo se presentan los procedimientos metodológicos que lleva a cabo la Subdirección de Agrología del IGAC, para el aprovechamiento de información digital y la utilización de distintas herramientas geomáticas y técnicas de análisis e interpretación espaciales, para elaborar o actualizar las Áreas Homogéneas de Tierras (AHT) con fines catastrales en forma estructurada, rápida y objetiva, bajo los mismos lineamientos de la metodología convencional. La metodología digital para este propósito se basa fundamentalmente en el uso de los modelos digitales de elevación, variables topográficas, hidrológicas y climáticas derivadas de ellos; generación de mapas tipo raster de precipitación, mediante técnicas de in-

1 2

IGAC, Subdirección de Agrología, Ingeniera Agrícola, Candidata a Máster en Geomática, Universidad Nacional de Colombia. [email protected] IGAC, Subdirección de Agrología, Agrólogo, Profesor Universidad Nacional de Colombia. [email protected] the land.

Use of technological tools for land homogeneous areas evaluation for cadastral purposes Abstract The training or cadastral municipalities in rural part is based on several parameters, one of the most important is related to the quality of land, for this reason the IGAC has developed a methodology for fast but reliable way to determine productive capacity of The system combines measurable variables that define potential values which are directly related to land quality, however given the number of municipalities that the country has it has been necessary to incorporate new technological tools in this article presents the methodological procedures that currently performed Branch Agrology IGAC, for the use of digital information and the use of different tools and analysis techniques geomatics and spatial interpretation, in order to develop or update Homoge-

neous Land Areas (AHT) for the purpose cadastral structured, fast and objective, under the same guidelines of conventional methodology. The digital method for this purpose is based fundamentally on the use of digital elevation models, topographic variables, hydrological and climatic derived from them, generation of raster maps of precipitation by interpolation techniques, climate and basic input in the interpretation of high-resolution satellite images to assess unfavorable characteristics of the land that are not detectable by difficult conditions in the area or the view For this purpose, presented at the end of the paper some special cases in different municipalities and assessing how the variables considered using digital methods. Key words Homogeneous land areas, digital elevation models, Satellite images processing.

Introducción 114

Tecnologías geoespaciales al servicio del desarrollo territorial. Análisis Geográficos Nº 49

Uso de herramientas tecnológicas para evaluación de áreas homogéneas de tierras con fines catastrales

Una de las aplicaciones multidisciplinarias del inventario de suelos en el país es la evaluación e identificación de la capacidad productiva de las tierras con fines catastrales. La metodología de valoración de tierras para catastro ha venido evolucionando, mediante la aplicación y confrontación de métodos tendientes a perfeccionarla en forma objetiva. Desde la década de los 40 se vislumbró el potencial de aplicación de los levantamientos de suelos como insumo básico para determinar el avalúo catastral de los predios rurales; desde ese entonces hasta la fecha, tanto la formulación como la aplicación de las metodologías han evolucionado, se han definido las variables agronómicas, topográficas y climáticas que influyen en el valor potencial de las tierras. Por otro lado, las técnicas análogas de transferencia y fotointerpretación han sido complementadas por sistemas computarizados que ayudan a realizar delineaciones más precisas. Estas técnicas incluyen el uso de los modelos digitales de elevación y mapas derivados, como pendientes, imágenes satelitales y productos obtenidos por procesamiento digital como índices de vegetación, componentes principales, e incluso firmas espectrales, los cuales ayudan de gran manera a establecer espacios homogéneos fundamentales para la valoración biofísica de las tierras, con el objetivo de satisfacer de gran manera la necesidad urgente de información requerida para apoyar los procesos de formación y actualización catastral a nivel rural. Los procesos dinámicos que afectan la geografía nacional producto de las altas precipitaciones provocadas por el Fenómeno de La Niña que conllevan en la parte plana inundaciones y en las zonas de ladera remociones en masa hacen que grandes áreas sufran modificaciones en las características de las tierras y por ende en su capacidad productiva; sin embargo, productos de sensores remotos, especialmente

imágenes satelitales recientes de alta resolución, han permitido espacializar estos fenómenos, con ayuda de productos derivados de modelos de elevación, siendo, sin duda, herramientas fundamentales para producir mapas temáticos sobre la capacidad productiva de las tierras. En este sentido este artículo busca explicar las variables que influyen en la capacidad productiva de las tierras y, por otra parte, resaltar el beneficio de procedimientos digitales para realizar delineaciones biofísicas de Áreas Homogéneas de Tierras con fines catastrales.

1. Importancia de la información edafológica en los procesos catastrales rurales El suelo es la fina capa de material fértil que recubre la superficie de la Tierra; desde el punto de vista científico, el suelo constituye el objeto de estudio de la Edafología, definido como “Un ente natural organizado e independiente, con unos constituyentes, propiedades y génesis que son el resultado de la actuación de una serie de factores activos (clima, organismos, relieve) sobre un material pasivo (la roca madre), a través de un factor condicionante: el tiempo”. Para algunos autores el suelo es un recurso natural muy difícil de renovar: se estima que la formación de 2.5 cm de suelo tarda en llevarse a cabo hasta 500 años (García, 2009). Los suelos con escasas limitaciones y aptos para la agricultura son finitos, no renovables a la escala de la vida humana, desigualmente distribuidos en el mundo y propensos a sufrir diferentes procesos de degradación por malas prácticas de uso y manejo (Lal, 2001). Doran et al., 1999, argumentan que el suelo es un recurso no renovable, diná-

115

Tierra

Mapa de suelos (tierras)

Geoformas Suelos

Clima

M. P.

GCS Representación Cartográfica

Organismos

Al cambiar factores cambian los suelos

fases

Geomorfología Clima

Suelo

Leyenda - Clasificaciones adaptadas al país

Fuente: Ordóñez, 2011.

mico y viviente, cuya condición es vital para el balance global y la función de los ecosistemas naturales, seminaturales o agroecosistemas; el espesor del solum (horizontes A y B), está directamente relacionado con la edad de los mismos hasta que alcanzan su estabilización. Por otro lado, el suelo forma parte del componente tierras, términos que algunas veces se tratan como sinónimos, pero cuyas definiciones son bien concretas: el término suelo definido en el primer párrafo y el concepto de tierra, el que utiliza la FAO, el más conocido, difundido y aplicado (citado por IGAC, 2010), concebido como la “Zona de la superficie del planeta cuyas características abarcan todos los atributos estables o predeciblemente cíclicos de la biósfera, verticalmente por encima y por debajo de esta zona, incluidos la atmósfera, el suelo, la geología, la hidrología, población vegetal y animal y los resultados de la actividad humana pasada y presente, en la amplitud en que estos atributos ejerzan una influencia significativa sobre los usos presentes y futuros” En la Figura 1 se establecen los componentes básicos de la unidad de tierra. Para conocer la capacidad productiva de las tierras son fundamentales los estudios de suelos que de acuerdo con lo enunciado por Dent y Young (1981), “Su propósito práctico es hacer predic-

116

GCS GCS e

Fact. Formadores

Figura 1. El suelo como componente básico del recurso Tierra

Símbolo f

Tecnologías geoespaciales al servicio del desarrollo territorial. Análisis Geográficos Nº 49

ciones más numerosas, más precisas y más útiles para fines específicos; por lo tanto, el levantamiento de suelos debe ser utilitario, en el cual el suelo es mapeado con más de un propósito y no como un objeto de estudio científico”; de ahí que el estudio deba considerar especificaciones coherentes con la demanda. Por eso, de estos estudios multipropósitos se toman cualidades y características que definen la capacidad productiva de las tierras. Como la mayoría de estudios se realizan a escalas generales 1:100 000, deben adaptarse por medio de fotointerpretación, análisis de modelos digitales, mapas de unidades climáticas y expresar su potencialidad a escala 1:25 000, que constituye un nivel de detalle adecuado para la planificación territorial a nivel municipal y en este caso, con propósitos catastrales. A continuación se describen someramente las variables por considerar en la capacidad productiva de las tierras con fines catastrales.

2. Variables biofísicas que influyen en la capacidad productiva de las tierras En los siguientes párrafos se describirán los elementos más importantes que consigna la metodología vigente, que se encuentra en su tercera versión

Uso de herramientas tecnológicas para evaluación de áreas homogéneas de tierras con fines catastrales

Fase I

Fase II

Fase III

Recopilación de: Estudio de suelos DEM, Mapas deriv. Leyenda

Cálculo de valores potenciales

Delineaciones de AHT

Datos de laboratorio

Fase IV

Fase V

Fotos 1:50 000

Ajuste

Fotos 1:25 000 Balances

Cartografía

Comprobación de campo

Clima Mapas

dentro del sistema de gestión de calidad del IGAC, cuyo esquema general de análisis se sintetiza en la Figura 2. La información temática resultante de este proceso se consigna en cartografía básica a escala 1:25 000. En primer lugar, las Áreas Homogéneas de Tierras (AHT) se definen como espacios de la superficie terrestre que presentan características y/o cualidades similares en cuanto a las condiciones de clima, relieve, material litológico o depósitos superficiales y de suelos, que expresan la capacidad productiva de las tierras. Esta característica se indica mediante un valor numérico denominado Valor Potencial (VP), que se evalúa en una escala de 1 a 100 puntos y se calcula con base en la identificación y calificación de siete variables, cinco relacionadas con las condiciones agronómicas de los suelos y dos con su entorno, específicamente vinculadas al clima y al relieve.

Mapa

Leyenda

Figura 2. Procedimiento por seguir para la elaboración de Áreas Homogéneas de Tierras con fines catastrales. Fuente: Ordóñez, 2011.

un mayor nivel o capacidad productiva; son ellas: la textura de la capa arable, la profundidad efectiva, la apreciación textural del perfil de suelo, el drenaje y la fertilidad natural de los suelos. • Textura de la capa arable La textura de la capa arable determina la posibilidad y facilidad de mecanización del suelo y una relación directa con la posibilidad de aireación, permeabilidad, infiltración e incluso susceptibilidad de deterioro por causa de la erosión del suelo. De manera lógica, se asignan valores altos aquellas texturas proporcionalmente más favorables (francas) en contraste con las más restrictivas para los cultivos y plantaciones

Figura 3. Variable textura de la capa arable. Fuente: Ordóñez, 2011.

1. Condiciones agronómicas Se determinaron cinco de las cualidades de los suelos descritas y analizadas durante un levantamiento de suelos, que tienen una notable y estrecha relación con la posibilidad de que estos cedan nutrientes a las plantas y puedan presentar

117

(gruesas y muy finas). La valoración se observa en la Figura 3. Indudablemente, la profundización de las raíces de las plantas juega un papel determinante en la posibilidad de establecer usos agrícolas o forestales en un predio, finca o sector determinado; por eso, tomando como consideración la profundidad en centímetros hasta la que pueden acceder las raíces de las plantas, se identifican cinco categorías, considerando los valores más altos para aquellos suelos sin restricciones (profundos y muy profundos) y reduciendo los valores a medida que estas aumentan, tal como se aprecia en la Figura 4. No obstante, al valorarse la textura de la capa arable como característica independiente, es igualmente destaca-

Figura 4. Variable profundidad efectiva de los suelos Fuente: Ordóñez, 2011

Figura 5. Variable apreciación textural del perfil de suelo. Fuente: Ordóñez, 2011.

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Tecnologías geoespaciales al servicio del desarrollo territorial. Análisis Geográficos Nº 49

ble considerar la apreciación textural del perfil de suelo, ya que la mayoría de las raíces de las plantas alcanzan profundidades superiores a los 25 cm, con lo que se hace necesario conocer la capacidad de infiltración y el nivel de aireación en las diferentes capas u horizontes de suelo. Al igual que con la primera variable, las texturas medias tendrán un valor más alto en contraste con aquellas muy gruesas e incluso las muy finas. En la Figura 5 se muestra la valoración con respecto a la apreciación textural del perfil. Gran importancia cobra también la valoración del drenaje natural de los suelos, variable que ayuda a interpretar la capacidad de las tierras para adaptar cultivos y plantaciones forestales. Es de resaltar que en ese sentido lógicamente

Uso de herramientas tecnológicas para evaluación de áreas homogéneas de tierras con fines catastrales

existirá un mayor puntaje para aquellos suelos bien drenados y que los excesos y dificultades que presente el suelo para movilizar el agua en su superficie y a profundidad serán calificados con puntajes muy bajos. Ver valoración en la Figura 6. De igual forma, dentro de las variables agronómicas analizadas se toma en cuenta la fertilidad o capacidad natural de los suelos para ceder los nutrientes a las plantas. Esta se aborda teniendo en cuenta propiedades químicas de los suelos cuya cuantificación se obtiene por medio de marchas analíticas de laboratorio, tales como el pH, la saturación de aluminio, la capacidad de intercambio catiónico, la suma y porcentaje de las bases del suelo y los con-

tenidos de carbón orgánico, fósforo y potasio. Una vez cuantificada la fertilidad natural del suelo, se determinan unos niveles para establecer su calificación y se procede a valorarla en términos de productividad, entendiendo que los niveles más altos de fertilidad se asociarán a su vez con altos valores de su capacidad productiva. Figura 7.

Condiciones climáticas y de relieve Valoradas las condiciones agronómicas de los suelos, se procede a hacer consideraciones sobre el clima ambiental, interpretado con base en la combinación de las condiciones altitudinales y las provincias de humedad de la zona

Figura 6. Variable drenaje natural. Fuente: Ordóñez, 2011. Tabla de evaluación de la fertilidad de los suelos pH Agus 1:1

RANGO PUNTAJE

6 5

CAPACIDAD DE CAMBIO me/10DgAcetato 1NpH7

RANGO PUNTAJE

20 5

RANGO PUNTAJE

70 2,5

TOTALES ME/200g

RANGO PUNTAJE

16 2,5

CLIMA FRIO

RANGO PUNTAJE

20 2

2.7-4.0.0.8.1-10 3

4.1-5.2.8.0-88 4

5.3-8.5 6

CLIMA MEDIO

RANGO PUNTAJE

7.6 2

1.8-2.9.6.5-7.8 3

3.0-4.1.5.4 6.5 4

4.2-6.3 5

CLIMA CALIDO

RANGO PUNTAJE

30 5

FOSFORO ppm BRAYII

RANGO PUNTAJE

0.4 5

8.4-6.8

Alta

8

6.7-5.2

Moderada

6

>0.4 5

5.1-3.8

Baja

4

> 3.7

Muy baja

2

Figura 7. Variable fertilidad natural de los suelos. Fuente: Ordóñez, 2011.

119

Clasificación de pendientes

Histograma de pendientes 4000 3500

Son importantes también algunas condiciones que se manifiestan en el terreno como netamente adversas, son ellas la pedregosidad superficial o la presencia de afloramientos rocosos, la erosión, la salinidad o sodicidad, la velocidad del viento, la frecuencia de heladas, los deslizamientos, las inundaciones y los encharcamientos, que se manejan descontando puntaje al valor inicialmente obtenido.

Pendientes % 0-3

3000

3-7

2500

7-12

2000 1500

12-25 25-50

1000

50-75

500

>75

0

Figura 8. Rangos porcentuales de pendientes utilizados para los ajustes del valor potencial . Fuente: Ordóñez, 2011.

Figura 9. Apreciación de la capacidad productiva de las tierras para identificar AHT con fines catastrales. Fuente: Ordóñez, 2011. Clase símbolo

Clases de tierras segun el valor potencial (VP)

120

estudiada. Así, se puede establecer que los climas ambientales medio húmedo, frío húmedo y cálido húmedo presentan unos valores notablemente más altos, dada la favorabilidad de producción en ellos, en contraste con los valores registrados para los climas secos y desérticos y aquellos de altitudes extremadamente mayores. Finalmente, se hace una corrección al rango de pendientes en el que se han identificado las geoformas correspondientes a la unidad cartográfica de Áreas Homogéneas de Tierras. Para tal fin se manejan rangos porcentuales de pendiente, identificados con letras desde la a hasta la g, apreciable en la Figura 8.

Apreciación

Rangos (vp) sobre 100 puntos

No. para expresar el rango

01

Excelencia

85-100

92

02

Muy buena

77-84

80

03

Buena

70-76

73

04

Moderadamente buena

64-69

67

05

59-63

61

06

Moderadamente buena a mediana Mediana

53-83

55

07

Medianamente regular

47-52

49

08

Regular

41-46

44

09

Regular a mala

95-40

38

10

Mala

27-34

30

11

Mala a muy mala

19-26

23

12

Muy mala

11-18

17

13

Improductiva

11

6

Color

Tecnologías geoespaciales al servicio del desarrollo territorial. Análisis Geográficos Nº 49

Hechos los cálculos correspondientes se procede a verificar en campo las variables analizadas, procurando constatar la realidad en el terreno. Cada una de las delineaciones de AHT procede de una interpretación de las fotografías aéreas de la zona estudiada, material posteriormente transferido a cartografía básica de escala 1:25 000. Actualmente, gran parte de las interpretaciones se hacen de forma digital, aspecto para tratar detalladamente en el numeral siguiente. Calculados los valores potenciales, confirmadas las variables en el campo, transferida la información a las planchas básicas 1:25 000 y obtenido el mapa, se procede a la elaboración de la memoria explicativa de este, la cual contendrá información resumida de las características identificadas y a su vez cualificará las unidades de AHT con base en su capacidad productiva, tal como se aprecia en la Figura 9. Las clases de tierras según el valor potencial calculado son trece, desde la excelente (01) hasta la improductiva (13); cada una de ellas expresa un rango de valores, pero se identifica con uno específico. Para facilitar su manejo e interpretación, se han estandarizado unos colores por cada una de las clases.

Estimación de las variables temáticas mediante ayudas tecnológicas El auge de los Sistemas de Información Geográfica (SIG) ha permitido hacer uso de diferente tipo de información

Uso de herramientas tecnológicas para evaluación de áreas homogéneas de tierras con fines catastrales

espacial, donde se puede observar y analizar las interacciones de los factores que intervienen en una región y llegar a determinar las causas de su dinámica. Estas herramientas han proporcionado una rápida y eficiente forma de realizar análisis espacial, para establecer en forma ordenada y sistemática las características de una entidad geográfica, realizando aplicaciones en diferentes campos. Recientemente la implementación de los SIG en áreas de la agricultura y la administración de tierras ha permitido ser más eficiente en realizar un inventario de tierras con diferentes características (suelos, relieve, clima y vegetación) que determina su potencial de vocación: agrícola, pecuario, forestal, de conservación, agroforestal, con fines catastrales, entre otros. Recientemente la Subdirección de Agrología del IGAC ha desarrollado un procedimiento metodológico que tiene como objetivo dar lineamientos en el uso de información digital, herramientas geomáticas y técnicas espaciales para elaborar o actualizar las AHT en forma estructurada, rápida, bajo los mismos lineamientos de la metodología convencional, de manera que el proceso de obtención de este insumo con fines catastrales sea más ágil y objetivo y garantice su calidad temática. La metodología digital para este propósito se basa en el uso de los modelos digitales de elevación, variables topográficas y climáticas derivados de ellos; en la obtención de mapas tipo raster de variables como precipitación, producto de técnicas de interpolación y en la interpretación de imágenes satelitales de alta resolución para evaluar aquellas condiciones de las tierras que las califican favorable o desfavorablemente para fines catastrales. Una de las herramientas útiles en el momento de identificar características limitantes de los suelos, en particular aquellas que dificultan su capacidad productiva, son las imágenes satelitales. Chuvieco (2008) afirma que si bien

resulta difícil determinar las características físicas de los suelos por la cubierta vegetal, es posible inferir datos indirectos a través de las firmas espectrales y la combinación de bandas espectrales. Dentro del grupo de indicadores se encuentran la distribución peculiar de las especies, crecimiento o densidad irregular, cambios en la cubierta vegetal, cambios en la pigmentación, contenidos de humedad del suelo y las plantas. Debido a esto, la metodología utilizada para analizar limitantes como la erosión, mal drenaje y zonas susceptibles a la inundación consiste en realizar una serie de análisis de tipo espectral apoyado en componentes principales, índices de vegetación y análisis visual de bandas espectrales. Para cada alcance, los procedimientos aplicados son específicos y concretos, aspectos que se mencionarán más adelante. En primer lugar se hará mención al uso de los Modelos Digitales de Elevación (DEM, por sus siglas en inglés), que se ha incrementado en los últimos años para el análisis visual y cuantitativo de la topografía, el paisaje y las formas de la tierra (López, 2006; Moore et al., 1991). Los DEM son estructuras de datos que sirven para representar el relieve en un modelo hidrológico (flujos y conectividad), de erosión (pendientes, curvaturas, etc.) y en áreas de sedimentación para la extracción de zonas de drenaje y parámetros topográficos (Mitasova et al., 1996; Moore et al., 1991). La información topográfica es útil además para correcciones geométricas, radiométricas y atmosféricas de los datos de un satélite óptico e instrumentos de microondas que captan información geográfica (Toutin, 2008). Al representar el relieve con técnicas como la parametrización del terreno, definida como “la descripción numérica de una superficie continua”, geomorfológicamente se describe el relieve y se diferencian topográficamente paisajes disímiles (Pike, 1988).

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PRODUCTOS, PROCEDIMIENTOS Y RESULTADOS

MODELOS DIGITALES DE ELEVACIÓN, (DEM)

INFORMACIÓN CLIMÁTICA

Mapa de precipitación

Parámetros Topo-climáticos derivados

Temperatura

Biotemperatura

Relación ETp/Precip.

P. térmicos

IMÁGENES SATELITALES

SPOT, LANDSAT, ASTER, RAPIDEYE

Parámetros geomorfométricos e hidrológicos

Pendiente

Índice topográfico de humedad (TWI)

Evapotranspiración potencial (ETp)

Unidades climáticas

EVALUACIÓN Y OBTENCIÓN DE UNIDADES

GENERACIÓN PRODUCTOS DERIVADOS

INSUMOS BÁSICOS

ETAPAS

NDVI

Erosión

Inundación

Unidades geomorfométricas

Otras limitaciones (pedregosidad, rocosidad, prof. efectiva)

Características por perfiles modales (textura, drenaje, prof. efectiva, fertilidad, litología)

Is

Afloram. rocosos

Verificación emitentes en fotografías aéreas

Revisión y descripción de unidades y perfiles

Salinización

Unidades descriptivas de suelos

Ajustes de factores Separación de unidades por fases y limitantes Cálculo de VP Comprobación de campo

UNIDADES DE AHT

UNIDADES CARTOGRÁFICAS FINALES AHT

Figura 10. Esquema metodológico para elaborar y actualizar AHT con fines catastrales con procedimientos digitales (versión preliminar de la metodología, IGAC 2010). Fuente: IGAC, 2010b.

La exactitud de esos parámetros geomorfométricos derivados depende de la calidad del DEM, medida en términos de resolución y precisión (vertical y horizontal), ya que este debe representar la superficie del terreno con la mayor confiabilidad y permitir realizar un análisis de terreno, para efectuar una modelación hidrológica, de la superficie y de variables climáticas (Jordán, 2008; Florinsky, 1998). Los parámetros geomorfométricos pueden ser agrupados en topográficos, hidrológicos y climáticos (Wilson y Gallant, 2000). Los primeros describen la morfología de una superficie, como la pendiente, el aspecto, la curvatura, etc. Los hidrológicos describen el potencial de flujo de los materiales, por ejemplo el índice topográfico de humedad, que representa los sitios donde la humedad del suelo tiende a acumularse y ayuda a separar zonas inundables, áreas con

122

INFORMACIÓN DE SUELOS Y GEOLOGÍA

Tecnologías geoespaciales al servicio del desarrollo territorial. Análisis Geográficos Nº 49

alta escorrentía e identificar líneas divisorias de aguas. Por último, los climáticos, que ayudan a modelar el clima de acuerdo con factores ajustados al relieve, como la radiación y la temperatura (Hengl et al., 2003). Para la elaboración y actualización de las AHT, se utilizaron parámetros del relieve como la pendiente, hidrológicos como el índice topográfico de humedad, y climáticos como la relación de la altitud con la temperatura. La Figura 10 presenta el esquema metodológico seguido utilizando procedimientos digitales.

Insumos derivados de los modelos digitales de elevación Antes de iniciar la generación de productos a partir de un DEM se realizó una evaluación de su calidad. Las dos

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fuentes de datos disponibles fueron los modelos digitales del terreno SRTM y ASTER de 30 m de resolución. Las medidas para evaluar la calidad de estos DEM están dadas por la comparación de los valores de elevación con respecto a valores altitudinales de una fuente de referencia. Como descriptores de calidad se utilizaron el error estándar, la raíz media del error cuadrático (RMSE; Root Mean Square Error), el coeficiente de correlación lineal y el análisis del histograma (Hengl et al., 2003). La exactitud del DEM y de sus productos derivados depende de la exactitud de los datos de elevación, incluyendo las técnicas de medida, de localización de las muestras y de la densidad de muestreo, que puede ser crítica cuando se usan para el modelamiento ambiental y en la predicción de la distribución espacial de propiedades hidrológicas, geomorfológicas y biológicas; de allí la importancia de esta evaluación previa. Los puntos de referencia fueron tomados de la red geodésica proporcionada por la oficina de Geodesia del IGAC, pero dada la baja densidad de puntos (alrededor de 3400 en todo el territorio nacional), se decidió comparar los resultados entre los dos DEM (Kervyn, et al., 2007). Para efectuar esta comparación se realizó un mismo transecto, utilizando los descriptores de calidad mencionados.

Condiciones del relieve En la metodología para elaborar y actualizar las AHT, el relieve se evalúa por sus formas y por el grado de la pendiente, expresada en porcentaje, a través de la fotointerpretación utilizando estereoscopio, para que este factor tenga un alto grado de subjetividad. Como se mencionó anteriormente, la pendiente es una condición que se relaciona con la facilidad o dificultad que presentan los suelos en la mecanización o el laboreo de las tierras. Diferentes algoritmos permiten obtener la pendiente del terreno a partir de modelos de elevación. El más conocido es el de Horn (1981), que tiene en cuenta la influencia de las 8 celdas vecinas al pixel central en un arreglo de 3 x 3 y para el cálculo asigna un peso mayor a las celdas más cercanas y un peso menor a las más alejadas o diagonales (Kang-tsung, 2004). Algunos softwares utilizan el algoritmo de Zevenbergen y

La evaluación de los dos modelos de elevación dejó como resultado que el mejor ajuste en términos de exactitud vertical los ofrece el modelo SRTM, con menor valor de RMSE, con coeficiente de regresión lineal más cercano a 1 y con menores variaciones de elevación respecto al ASTER, como se evidencia por el intercepto de las ecuaciones de regresión lineal obtenidas en tres sectores del transecto definido. Por tanto, el DEM SRTM de 30 m fue el utilizado para generar variables topográficas, hidrológicas y climáticas.

123

Tabla 1. Clasificación de la pendiente en formas simples y compuestas Formas simples

Formas compuestas

Ligeramente plana

Gradiente pendiente (%)

Símbolo

1-3

a

Ligeramente inclinada

Ligeramente ondulada

3-7

b

Moderadamente inclinada

Ondulada o ligeramente quebrada

7-12

c

Fuertemente inclinada

Fuertemente ondulada o moderadamente quebrada

12-25

d

Ligeramente escarpada

Fuertemente quebrada

25-50

e

Moderadamente escarpada

Moderadamente empinada

50-75

f

Fuertemente escarpada

Fuertemente empinada

> 75

g

Fuente: IGAC, 2010

Thorne (1987), donde el cálculo de la pendiente se hace a partir de los valores de elevación de los cuatro vecinos más próximos (ortogonales) a la celda estudiada. Una vez obtenido y clasificado el mapa de pendientes (en forma porcentual), se debe reclasificar en las siete clases evaluadas en la metodología. La delineación de unidades a partir de las unidades cartográficas de suelos se puede complementar con estadística zonal, de manera que se precise esta variable en cada unidad. La Tabla 1 ayuda adicionalmente a calificar este factor de acuerdo con la existencia de formas simples o compuestas en la unidad.

Índice Topográfico de Humedad (TWI) Es una variable que define la tendencia de una celda a acumular agua (Gruber and Peckham, 2009). Está relacionada con la humedad del suelo y refleja la tendencia de este a generar escorrentía; relaciona la dirección y acumulación de flujo, representadas por el área de captación o área de acumulación, As, con la pendiente del terreno, b. Este índice se calcula de la expresión (Beven y Kirkby, 1979):

ASi TWIi= Ln Tα nβi

124

(Ec.1)

Tecnologías geoespaciales al servicio del desarrollo territorial. Análisis Geográficos Nº 49

donde Asi Es el área de acumulación de flujo en la celda i bi

Es la pendiente local en la celda i

Este índice está basado en el balance de masa, siendo el área de captación un parámetro de tendencia al recibir agua de la cuenca y la pendiente, como el entorno del drenaje, que limita o facilita la evacuación del agua. El índice, asume condiciones de estado estable y espacialmente condiciones invariables para la infiltración y la transmisividad del suelo. Este índice describe los sitios donde la humedad del suelo tiende a acumularse, y ayuda a separar zonas inundables, áreas con alta escorrentía y separar líneas divisorias de aguas. Aunque no hay unos rangos definidos para la categorización de este índice, se asume que los valores altos muestran las zonas que tienden a la acumulación de humedad y valores bajos, zonas en el que hay mayor grado de escorrentía.

Uso de información climática generada El modo convencional para determinar las unidades climáticas en planchas 1:25 000 o 1:100 000 consiste en re-

Uso de herramientas tecnológicas para evaluación de áreas homogéneas de tierras con fines catastrales

currir a las planchas de zonas de vida a escala 1:500 000, información que se complementa con el conocimiento de las diferentes zonas de estudio y los balances hídricos puntuales realizados para aquellos lugares donde existen datos de precipitación y calculando la evapotranspiración mediante métodos como el de Thornwaite, Caldas-Lang, etc. No obstante, se debe tener en cuenta que la diferencia de escalas es muy marcada, lo que puede conducir a generalizaciones y errores en el momento de interrelacionar los pisos térmicos con las zonas de vida. Por esta razón, uno de los procedimientos digitales que merece destacarse por su obtención mediante ayudas tecnológicas es el mapa de precipitación, insumo climático básico generado como una superficie de datos continua de todo el país mediante procesos geoestadísticos de interpolación, a partir de más de 2670 datos

multianuales de estaciones meteorológicas del IDEAM (rango entre 1970 y 2000). Para regiones como la Amazonia y la Orinoquia, donde hay menor densidad de estaciones, se tuvo en cuenta información de WorldClim, disponible para un periodo entre 1950 y el 2000. El método de interpolación utilizado fue el de Kriging ordinario, y el semivariograma de mejor ajuste fue el exponencial, al presentar menores errores en su predicción. Otra variable de gran utilidad para generar otros insumos climáticos es la temperatura. Debido a su variabilidad espacial, relacionada con la altitud en todo el territorio colombiano, se utilizaron modelos de regresión lineal, acorde con los trabajos de Flórez (1986) y Eslava (1995) para calcular la temperatura media en cada una de las vertientes y zonas geográficas respecto a su elevación. (Tabla 2).

Tabla 2. Ecuaciones para el ajuste de la temperatura media Cordillera Occidental

Central

Oriental

Vertiente

Ecuación

Occidental

Tmedia = 27,06 - 0,0054 *DEM

Oriental

Tmedia = 30,27 - 0,0062 *DEM

Occidental

Tmedia = 27,53 - 0,0053 *DEM

Oriental

Tmedia = 27,68 - 0,0052 *DEM

Occidental

Tmedia = 28,68 - 0,0060 *DEM

Oriental

Tmedia = 25,05 - 0,0052 *DEM

Zona atlántica

Tmedia = 28,18 - 0,0056 *DEM

Orinoquia

Tmedia = 27,78 - 0,0052 *DEM

Amazonia

Tmedia = 29,79 - 0,0027 *DEM

Fuente: IGAC, 2010

A continuación se presenta la distribución espacial de la precipitación y de la temperatura obtenida en el país con los procedimientos enunciados (Figura 11).

La clasificación de pisos térmicos es igual a la presentada en la Metodología para elaborar y actualizar áreas homogéneas de tierras con fines catastrales, versión 3 (2010), de acuerdo con

125

Figura 11. Distribución espacial de precipitación y temperatura en Colombia. Fuente: IGAC, 2010b.

la zonificación propuesta por Caldas: cálido, templado, frío, muy frío, extremadamente frío, subnival y nival (IGAC, 2006). Para las AHT los pisos térmicos son delimitados por la altitud (Tabla 3), definida por el DEM. A partir de la temperatura media y de la ubicación del lugar se obtuvo la evapotranspiración potencial (ETP), una medida de la demanda de humedad y de la disponibilidad de agua en el suelo. Para el cálculo de este factor se tuvo en cuenta el concepto de biotemperatura (BT), calculado mensualmente. Es un promedio de las temperaturas medias en grados centígrados donde tiene lu-

gar el crecimiento vegetativo, en relación con el periodo anual. Se estima que el rango de temperatura dentro del que ocurre el crecimiento vegetativo está entre 0° como mínimo y 30° como máximo (Montealegre, 2009; Vélez et al., 2000). La biotemperatura (BT) se estimó a partir de la temperatura media y se ajustó a la latitud a partir de la ecuación 2 siguiente: BT(ºC)=Tmedia *(Tmedia

_

_

3 * grados de latitud 100

24)2



(Ec. 2)

Tabla 3. Rangos de distribución de los pisos térmicos en Colombia Piso térmico

Límite altituinal (m. s. n. m.)

Temperatura

Símbolo

Cálido

0-1 000

> 24

C

Templado**

1 000-2 000

24-18

M

Frío

2 000-3 000 3 200*

18-11

F

Muy frío (páramo bajo)

3 000-*3 200*-3 600

11- 8

mF

Extremadamente frío (páramo alto)

3 600-4 200

8- 4

eF

Subnival y nival

> 4 200