INVENTARIO NACIONAL DE GLACIARES Y LAGUNAS INTRODUCCIÓN

Transcripción

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2 INTRODUCCIÓN El gran potencial hídrico de las cuencas hidrográficas y la gran incidencia de desastres asociados a la dinámica de los glaciares y lagunas propiciaron a partir de la década de 1940 la investigación glaciológica en el Perú. La primera referencia que tenemos sobre las lagunas en el Perú, es el primer Inventario Nacional de Lagunas y Represamientos realizado en el año 1980 por la Oficina Nacional de Recursos Naturales (ONERN), perteneciente al Ministerio de Agricultura, tuvo la finalidad de conocer a nivel nacional las posibilidades de regulación que ofrecen las lagunas y vasos naturales de las cuencas de los ríos del territorio peruano, con el objetivo de incrementar la disponibilidad de agua en la época de estiaje y asegurar el abastecimiento suficiente y oportuno de agua para diversos usos (Zapata, 1985). En este inventario se consideraron todas las lagunas a nivel nacional, incluidas las glaciares. Así mismo, nuestra primera referencia sobre los glaciares en el Perú, es el primer Inventario Nacional de Glaciares del Perú, que fue publicado en 1989 por la Empresa de Electricidad del Norte Medio (HIDRANDINA S.A), la elaboración de este inventario tuvo una duración de 13 años, y constituye un valioso material de base que permitió cuantificar los cuerpos de hielo en las cordilleras. Estos fueron obtenidos con información de fotografías aéreas del proyecto Nº. AF , vuelo alto USAF de los años 1962 y 1963; en infrarrojo NASA 1970 y proyecto (44), vuelo alto HYCON del año 1955 e información de mapas topográficas a escala 1 / , editados por la Oficina de Catastro Rural de Ministerio de Agricultura y Carta Nacional en las escalas 1 / y 1 / del Instituto Geográfico Nacional. A partir del año 2006 la Unidad de Glaciología y Recursos Hídricos de la Autoridad Nacional del Agua (en ese entonces como parte del Instituto Nacional de Recursos Naturales - INRENA), asume el reto de actualizar los Inventarios de glaciares y lagunas en las diferentes cordilleras del Perú, con técnicas de teledetección y Sistemas de Información Geográfica. En el caso del inventario de lagunas, solo se han considerado aquellas de origen glaciar. En total desde que iniciamos el proceso de actualizar los inventarios de glaciares y lagunas glaciares, al año 2012, se ha logrado concluir la actualización de los inventarios de glaciares y lagunas glaciares de las cordilleras: Blanca, Huallanca, Huayhuash, Raura, Huagoruncho, La Viuda, Central, Huaytapallana, Chonta, Urubamba, Vilcabamba, La Raya, Vilcanota, Carabaya, Apolobamba y Volcánica; permitiéndonos conocer la variación de la superficie y cantidad de glaciares y lagunas glaciares, desde los años 80, en que se publicaron los primeros inventarios. La presente publicación, resume los resultados obtenidos, de los inventarios de glaciares y lagunas glaciares para estas 16 cordilleras. Información que se pone a disposición de la comunidad nacional e internacional, como una contribución para el mejor conocimiento de estos recursos y un aporte importante para la gestión integral de los recursos hídricos en el país.

3 METODOLOGÍAS Inventario de Glaciares Delimitación del área de estudio Para determinar el ámbito de las cordilleras, se tomaron como base cartas topográficas en formato digital como: curvas de nivel y red hidrográfica. Generación del Modelo de Digital Elevación (MDE) En la generación del MDE, se utilizaron cartas topográficas del Instituto Geográfico Nacional, a escala 1/ y de formato digital vectorial comprendiendo curvas de nivel con distancias de 50 m, ríos, cotas y lagunas; todas en proyección cartográfica Universal Transverse Mercator (UTM) y Datum WGS 84; estos vectores mencionados anteriormente pasaron por una etapa de revisión, corrección y validación en los valores de altitud y la digitalización vectorial como puntos, líneas y polígonos. Del MDE se obtuvieron mapas de dirección y acumulación de flujos, delimitación de cuencas según Strahler, orden de ríos según el método de Strahler y mapas de sombras (hillshade). Además, mediante este modelo se determinaron los parámetros glaciológicos de altitud, pendiente (máxima, mediana y mínima), orientación (máxima, mediana y mínima) y otros. Delimitación y codificación cuencas hidrográficas según Pfafstetter La delimitación y codificación de las cuencas hidrográficas se realizaron con el método Pfafstetter a un nivel 7. Este método fue implementado y difundido por la Autoridad Nacional del Agua (ANA), con la finalidad de delimitar y codificar las cuencas hidrográficas del Perú, de acuerdo a los criterios de clasificación y codificación de estándares internacionales. El sistema de delimitación y codificación Pfafstetter divide cada cuenca en 9 unidades de drenaje: 4 cuencas de superficies mayores numeradas con los dígitos pares 2, 4, 6 y 8 y las restantes que reciben la denominación de intercuencas y se les asigna los dígitos impares 1, 3, 5, 7 y 9. Cada una de estas cuencas e intercuencas pueden continuar subdividiéndose en 9 unidades nuevas, llegando de esta manera a niveles superiores de clasificación (INRENA, 2007). Calibraciones geométricas y radiométricas Se realizaron dos tipos de calibraciones y/o correcciones de las imágenes satelitales, esto sirvió para corregir las distorsiones y desplazamientos del relieve terrestre y así obtener el comportamiento de las diferentes coberturas: Corrección geométrica Consiste en el posicionamiento de las imágenes ASTER, LISS III, RAPIDEYE y LANDSAT TM, en base a la cartografía nacional del IGN, a escala 1/ , donde se distribuye los puntos de control en coordenadas (x, y), considerando puntos de referencia en zonas fácilmente identificables y que no sean sujetas a dinamismo temporal, asimismo se usó el Modelo Digital de Elevación (MDE) como respaldo para determinar la ubicación de las

4 fuentes de agua; tomando el valor de RMS menor a 2 pixeles de las imágenes satelitales, condujo a determinar cómo escala de salida la proporción de 1/ Corrección radiométrica La corrección radiométrica, consiste en convertir los niveles digitales (ND) a valores de reflectividad y para esto se empleó el modelo simplificado propuesto por Chávez (Milder, 2008); esta corrección se aplicó en las bandas de cada una de las imágenes satelitales, según las coberturas de estudio. Clasificación de superficie de Glaciares Para la clasificación de superficie de los glaciares expuestos se realizó aplicando el Normalized Difference Snow Index (NDSI) desarrollado por Dozier y un umbral de mayor a 0.4. Para imágenes Landsat 5 TM y LISS III se usó las bandas 2 y 5, finalmente se realizó clasificaciones supervisadas para las imágenes ASTER, debido a que no contaban la banda 4 para aplicar el NDSI. Para los glaciares cubiertos su superficie fueron obtenidos a través de la digitalización directa en pantalla mediante el análisis visual de las imágenes satelitales haciendo uso de la combinación espectral 432 o 321, dichos límites son considerados como preliminares y requieren ser evaluados con técnicas más apropiadas. Además, para mejorar la identificación de cobertura glaciar, se empleó capas auxiliares (sombras y zonas de montaña), procedimientos de realce espectral y combinaciones de bandas en los canales visibles (Red - Green Blue), con el software ENVI, realizando la composición de falso color: Aster 321 con resolución espacial de 15 m, Landsat 5 TM 543 con resolución espacial de 30 m, LISS 432 con resolución espacial de 23 m y RAPIDEYE 432. Si bien la resolución espacial de las imágenes nos permiten discriminar áreas homogéneas a partir de m 2, es necesario discriminar la neviza de los frentes y zonas adyacentes de los glaciares. Para lo cual, se determinó que el área mínima cartografiable sea 0,005 km 2, debido a las características regionales de los glaciares dentro del ámbito de las cordilleras nevadas. Por otro lado, se individualizó los glaciares, utilizaron imágenes LANDSAT 5 TM, limites de cuencas hidrográficas y cobertura glaciar del inventario base de 1970, con la finalidad de identificarlos según su flujo glaciar y aporte hídrico. La naturaleza permanente o temporal de éstos glaciares, se corroboró con el análisis multitemporal que consiste en el análisis de las imágenes satelitales LANDSAT de años anteriores (Cuadro 2). Descripción de características físicas de glaciares Una vez obtenidos las superficies de los glaciares en capas vectoriales de polígonos, se construye la tabla de atributos con sus respectivos campos, para describir las características físicas de cada glaciar, permitiendo el cálculo de variables propias, así como también, la asignación de nombres, códigos, áreas, ubicación (Política, geográfica e hidrográfica) entre otros (ver cuadro 1).

5 Cuadro 1. Parámetros de evaluación de acuerdo al Manual GLIMS. Tipo Estática Dinámica Variables Nombre recodificado de cada glaciar Ubicación política: Departamento, Provincia, Distrito Nombre de la cuenca, subcuenca, microcuenca Código de cuenca según Pfafstetter Pendiente predominante del glaciar Orientación predominante del glaciar Superficie en km 2 Longitud máxima al interior del glaciar Ancho máximo al interior del glaciar Altitud mínima/máxima Clasificación primaria Forma Características frontales Características longitudinales Fuente principal de alimentación Actividad de la lengua Lenguas cubiertas de desechos Distancia promedio del retroceso Distancia promedio del retroceso anual El número de fragmentos en que se divide un glaciar según inventario anterior Suma total en km 2 de los fragmentos de un glaciar según inventario actual Además, la descripción de las características físicas se realiza a partir de la codificación nacional y con las recomendaciones del programa Global Land Ice Measurements from Space (GLIMS). A continuación se detallan los siguientes: El código nacional Es un código único de cada glaciar a nivel nacional (Cuadro 2), que está compuesto por el código de la cuenca hidrográfica según el método Pfafstetter y el dígito numérico correlativo en base a la red hídrica de cada unidad hidrográfica del método mencionado anteriormente, ya sea en el nivel 6 o 7.

6 Cuadro 2. Codificación nacional de glaciares según Pfafstetter NUMERO DE GLACIAR NIVEL 7 NIVEL 6 NIVEL 5 NIVEL 4 NIVEL 3 NIVEL 2 NIVEL 1 El código internacional EL código internacional, está compuesto por la latitud y longitud (WGS 84), el cual viene a representar la ubicación geográfica del glaciar (Raup y Jodha, 2007) según la codificación descrita en el manual GLIMS. Cuando las longitudes están al oeste son convertidos al este mediante la adición de 360 grados ( = ). De esta manera los glaciares reciben una codificación única a nivel mundial. Cuadro 1. Codificación internacional de glaciares según GLIMS. G E 13203S LATITUD LONGITUD CONSTANTE Determinación de altitudes mínimas y máximas La determinación de la altitud mínima y máxima de una unidad glaciar, se obtuvo a partir de un Modelo Digital de Elevación (MDE), aplicando herramientas estadísticas del ARCGIS.

7 Figura 1. Valores altitudinales de un glaciar Determinación de dimensiones morfométricas La obtención de la longitud máxima al interior del glaciar, se realizo en base a la dirección del flujo glaciar partiendo desde la cota más alta hacia la cota más baja de la superficie del glaciar y el dimensionamiento ancho máximo al interior del glaciar, se obtuvo en función a la perpendicular de la longitud máxima, siguiendo casi paralelamente a las curvas de nivel, de tal manera que este ancho sea el más representativo a un valor máximo.

8 Figura 2. Determinación de largo y ancho de un glaciar Determinación de centroides Los centroides pueden determinar mediante un software SIG, pero esta automatización se ve limitada para algunos polígonos que tienen formas irregulares, por lo tanto lo más recomendable es trabajar mediante la intersección la longitud máxima y ancho máximo de los glaciares, como se ha realizado en el presente inventario. Figura 3. Determinación de centroides de los glaciares

9 Determinación de la fragmentación La determinación de la fragmentación de cada glaciar, se realizó mediante el análisis visual de las imágenes satelitales en diferentes períodos, basado con la cobertura del inventario de los glaciares del año de 1970 y la cobertura actual obtenida en el presente inventario, como se puede observar en la Figura 4, la fragmentación y la desaparición de los glaciares. Figura 4. Determinación de la fragmentación de un glaciar Clasificación de glaciares mediante la metodología GLIMS En las cordilleras se identificaron glaciares morfológicamente distintos según la clasificación primaria descrita en el manual GLIMS. También, se clasificaron a los glaciares según su forma, característica frontal, perfil longitudinal, fuente de alimentación, morrena en contacto, morrena sin contacto y lengua cubierta, todas estas características son codificadas.

10 INVENTARIO NACIONAL DE GLACIARES Y LAGUNAS Glaciar de valle Glaciar de montaña Glaciarete y campos de nieve Hielo cubierto Figura 5. Determinación de la clasificación primaria de glaciares Elaboración de mapas La elaboración de los mapas, se inició con la sistematización de la información base para generar posteriormente las anotaciones, estas son distribuidas considerando la armonía en función de las capas vectoriales, evitando la superposición y saturación entre ellas. Se determinó los parámetros para la elaboración de mapas, considerando la cartografía base del IGN, a escala 1/ Además, por tener un error de ajuste menor a 2 pixeles en las imágenes satelitales, se determinó una escala de salida de 1/ Por otro lado, ponemos en evidencia restricciones técnicas del inventario para que los usuarios de éstos datos los tengan en cuenta: En el proceso de ortorectificación se utilizaron puntos de control extraídos de la cartografía nacional, debido a la gran extensión del ámbito de estudio y la inaccesibilidad topográfica de gran parte dentro de las cordilleras. Por lo tanto se eligió un procedimiento indirecto al hacer uso y por contar con la cartografía Nacional a escala 1 / Las correcciones atmosféricas y topográficas fueron evaluadas, más no aplicadas. a) La reducción del sombreado topográfico para eliminar la confusión de los píxeles entre zonas oscuras y cuerpos negros fue realizada aplicando mascaras con el apoyo del modelo digital de elevación.

11 b) Para aplicar los índices espectrales se determinó únicamente valores de reflectividad aparente. Por lo tanto no se aplicó la corrección atmosférica porque no se cuenta con datos atmosféricos para aplicar modelos complejos para las fechas de las imágenes satelitales. El área glaciar es una estimación de áreas en su proyección horizontal. La determinación de áreas reales implicaría una mejor aproximación en la medida que incluye el efecto de la pendiente, no obstante trae consigo varios aspectos por resolver entre ellos la resolución espacial del MDE, lo cual puede llevar a una sobre estimación en áreas en donde las laderas presentan cambios de pendiente en longitudes bastante cortas. El usar un MDE, generado a partir de cartografía del IGN realizada por fotografías aéreas del año 1970, desactualizada y habiéndose producido cambios en los espesores y volúmenes de los glaciares en los últimos 30 años, las altitudes máximas podrían estar sobre estimadas, siendo un dato referencial. El manual de clasificación del programa GLIMS, define parámetros de evaluación para todos los glaciares del mundo, por lo cual algunos dígitos que consigna no se adecuan a las características regionales de los glaciares del Perú. En el análisis de la evolución y la dinámica de los glaciares, se realizaron de manera parcial en las cordilleras Vilcabamba y Urubamba, debido a que la cobertura de la década de 1970 no fueron inventariados en su totalidad por falta de mapas y fotografías de la zona. Además, en la cordillera Volcánica no se realizó el inventario en la misma década mencionada anteriormente.

12 A continuación se presenta en el Diagrama 1, el proceso de elaboración del inventario de glaciares: Etapa de Planificación: Equipamiento, capacitación, solicitud y acondicionamiento de información cartográfica y satelital. Imágenes satelitales ASTER, LANDSAT 5 TM, RAPIDEYE y LISS III. MDE (30 m). Corrección Geométrica (UTM,WGS 84,Zona 18 y19 Sur) NO RMS a 2 pixeles. Capas Auxiliares (sombras y otros) SI Corrección radiométrica Aplicación del Índice NDSI. Clasificación automática: Aplicación de algoritmos y testeo en campo. Cobertura de ríos y curvas de nivel. Mapa de acumulación de flujos. Mapa de cuencas delimitadas por el método Pfafstetter en el nivel 4 y 5, DCPRH -ANA. Individualización de unidades glaciares. Definición y codificación de cuencas por el método Pfafstetter. Análisis Multitemporal. Construcción de base de datos: Código, nombre y otros. Toponimia de ríos. Cuerpos glaciares no inventariados. NO Cobertura espacial de cuerpos de glaciares. Validación por la DCPRH- ANA. SI Cuerpos de glaciares m² Mapa de cuencas clasificadas por el método Pfafstetter. (nivel 6 o 7) Generación de reportes, cuadros, mapas, sistematización y análisis. Elaboración del documento técnico y mapa. índice del inventario. Inventario de Glaciares de las Cordilleras Apolobamba, La Raya, Vilcabamba, Volcánica y Urubamba.

13 Inventario de Lagunas Delimitación del área de estudio Para determinar el ámbito de las cordilleras, se tomaron como base cartas topográficas en formato digital como: curvas de nivel y red hidrográfica. Generación del Modelo Digital de Elevación (MDE) En la generación del MDE se utilizaron cartas topográficas del Instituto Geográfico Nacional (IGN) a escala 1/ en formato digital (capas vectoriales) correspondientes a las curvas de nivel con distancias de 50 m, ríos, cotas y lagunas. Estos vectores pasaron por una etapa de revisión, corrección y validación de los valores de altitud y la digitalización vectorial como puntos, líneas y polígonos; con este modelo y con las aplicaciones de 3D se obtuvieron mapas de dirección y acumulación de flujos, delimitación de cuencas y orden de ríos según el método de Strahler y mapas de sombras (hillshade). Calibraciones geométricas y radiométricas Se realizaron dos tipos de calibraciones y correcciones de las imágenes satelitales, con el objetivo de corregir las distorsiones y desplazamientos del relieve terrestre y así obtener el comportamiento de las diferentes coberturas: Corrección geométrica Consiste en el posicionamiento de la imagen en base a la Cartografía Nacional del IGN, a escala 1/ , a partir de la distribución de los puntos de control en coordenadas (x, y), se toman puntos de referencia en zonas fácilmente identificables y que no sean sujetas a dinamismo temporal, asimismo se usó el Modelo Digital de Elevación (MDE) como respaldo para determinar la ubicación de las fuentes de agua; finalmente se toma en cuenta que el valor de RMS debe ser menor al tamaño de 2 pixeles de cada imagen utilizada. Corrección radiométrica La corrección radiométrica, consiste en convertir los niveles digitales (ND) a valores de reflectividad y para esto se empleó el modelo simplificado propuesto por Chávez (Chuvieco, 2000). Ésta corrección se aplicó en las bandas de cada imágen satelital según los ámbitos de estudio. Clasificación de superficie de lagunas Para la clasificación de las superficies de las lagunas se consideró una área m 2, el uso de los software ArcGIS y Envi permitió la aplicación del Índice de Diferencia Normalizada del Agua (en inglés, NDWI) y también la metodología de elección de umbrales para las bandas 4 y 5 de las imágenes LANDSAT 5 TM del Asimismo, en la identificación de los efectos de las sombras

14 presentadas en estas imágenes, se aplicó el modelo de capas auxiliares de sombras y pendientes. Por otro lado, se aplicó la metodología de realces de las bandas 3, 2,1 en las imágenes ASTER del 2009, digitalizando a mano alzada las lagunas, debido a que estas imágenes no presentaron la banda 4, mientras que para los que presentaban sombras y vegetación se utilizaron imágenes LANDSAT 5 TM de años anteriores (1985, 1988, 1990, 1994, 1995, 1996, 2000, 2003 y 2006) aplicándose el análisis multitemporal que también permitió diferenciar las lagunas permanentes de las estacionales. Delimitación y codificación de cuencas hidrográficas según Pfafstetter La delimitación y codificación de las cuencas hidrográficas se realizaron a través del método Pfafstetter a un nivel 7. Este método fue implementado y difundido por la Autoridad Nacional del Agua (ANA), con la finalidad de delimitar y codificar las cuencas hidrográficas del Perú, de acuerdo a los criterios de clasificación y codificación de estándares internacionales. El sistema de delimitación y codificación Pfafstetter divide cada cuenca en 9 unidades de drenaje: 4 cuencas de superficies mayores numeradas con los dígitos pares 2, 4, 6 y 8 y las restantes que reciben la denominación de intercuencas y se les asigna los dígitos impares 1, 3, 5, 7 y 9. Cada una de estas cuencas e intercuencas pueden continuar subdividiéndose en 9 unidades nuevas, llegando de esta manera a niveles superiores de clasificación (INRENA, 2007). Descripción de características físicas de lagunas Una vez obtenidas las superficies de las lagunas en capas vectoriales de polígonos, se construyó la tabla de atributos que sirvió para describir las características físicas de cada una de las fuentes de agua permitiendo el cálculo de variables propias de cada laguna, así como la asignación de nombres, códigos, áreas, ubicación política, geográfica y red hidrográfica, entre otros. Además, la descripción de las características físicas se realiza a partir de la codificación nacional (Ver Cuadro 8) y con la información cartográfica, que permitió la elaboración de la base de datos para cada laguna. A continuación se detallan los siguientes: Código Nacional: Es un identificador único para cada laguna que está compuesto por el código de la cuenca hidrográfica según la clasificación Pfafstetter y el dígito numérico correlativo en base a la red hídrica del método mencionado anteriormente y que corresponde al nivel 6 o 7. Cuadro 8. Codificación nacional de la laguna según Pfafstetter Nº de Lagunas Nivel 7 Nivel 6 Nivel 5 Nivel 4 Nivel 3 Nivel 2 Nivel 1

15 Nombre de la laguna: Es la denominación local que identifica a cada laguna. Fue definida tomando como base la información cartográfica del IGN y ONERN, además de las fichas e informes de inspecciones de campo de la Unidad de Glaciología y Recursos Hídricos. Ubicación Política: Se considera la identificación de la región, provincia y distrito a la que pertenece cada laguna, ésta información proviene de la base datos del IGN. Ubicación Geográfica: Se considera el valor de las coordenadas X, Y del sistema de referencia UTM, Datum WGS84 de las zonas 18 Sur y 19 Sur. Ubicación Hidrográfica: Se ubica a cada laguna según la vertiente, cuenca, subcuenca y microcuenca, utilizando el método Strahler. Altitud: La altitud se determina a partir del centroide de laguna. Fuente de alimentación: La fuente de alimentación de las lagunas se determinan a partir de la cobertura glaciar antigua y actual, llegando a clasificar a las lagunas como: fuente de alimentación por precipitación (PP), flujo glaciar directo (FGD) o flujo glaciar indirecto (FGI) y mixto (M) Largo máximo: Distancia máxima entre dos puntos extremos de la laguna. Ancho máximo: Distancia máxima perpendicular a la longitud máxima de la laguna. Área: Superficie en m 2. Elaboración de mapas La elaboración de los mapas se inició con la sistematización de la información base para generar posteriormente las anotaciones, estas son distribuidas considerando la armonía en función de las capas vectoriales, evitando la superposición y saturación entre ellas. Se determinó los parámetros en la elaboración de mapas, considerando la cartografía base del IGN a escala 1/ y por tener un error de ajuste menor a 2 pixeles, se determinó una escala de salida de 1/

16 A continuación se presenta el Diagrama que muestra el proceso de elaboración del inventario de lagunas: Etapa de Planificación: Equipamiento, capacitación, solicitud y acondicionamiento de información cartográfica y satelital. Imágenes satelitales ASTER, LISS III y LANDSAT 5 TM. MDE (30 m). Corrección geométrica (UTM,WGS 84, Zona18 y 19 Sur) NO Capas auxiliares (Sombra y pendiente) RMS a 2 pixeles. SI Corrección radiométrica Aplicación del NDWI y realce de bandas. Capa vectorial de ríos, lagunas y curvas de nivel. Mapa de acumulación de flujos. Mapa de cuencas delimitadas por el método Pfafstetter en el nivel 4 y 5, DCPRH-ANA. Análisis multitemporal (Ajuste y corrección) Definición y codificación de cuencas por el método Pfafstetter. Cobertura espacial de cuerpos de agua. Construcción de base de datos: Código, nombre y otros. Toponimia de ríos. Cuerpos de lagunas no inventariadas NO Cuerpos de agua m². Validación por la DCPRH- ANA. SI Construcción de la base de datos: Ubicación, nombre, código, cuenca, etc. Limite de cuencas clasificadas por el método Pfafstetter. Generación de reportes, cuadros, mapas, sistematización y análisis. Elaboración del documento técnico y mapas. Índice del inventario. Inventario de lagunas de las Cordilleras Apolobamba, La Raya, Urubamba, Vilcabamba, y Volcánica.

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