Proyecto: Creación de Capacidades para la Valoración Socioeconómica de Humedales Altoandinos

Transcripción

1 Caracterización geográfica de las Turberas y Bofedales del Sistema de Humedales de la Mancomunidad del Frente Sur del Tungurahua, Provincias de Chimborazo y Tungurahua, Ecuador. Proyecto: Creación de Capacidades para la Valoración Socioeconómica de Humedales Altoandinos Elaborado por: Fabián Santos Diciembre 2010 Resumen En este trabajo se presentan los resultados de la caracterización geográfica del área de estudio localizada entre los límites de las provincias de Chimborazo y Tungurahua. Se recopiló información de diferentes fuentes para realizar la caracterización física y biótica del área de estudio, siendo importante el aporte de las imágenes satelitales (ALOS y SRTM) para el modelamiento y la localización de los ecosistemas de bofedales altimontanos paramunos. El modelo que se utilizó para la identificación de los humedales altoandinos constituye una metodología para el análisis de la distribución potencial de bofedales altimontanos paramunos cuyas características geomorfológicas, edafológicas y altitudinales han permitido construir una serie de variables para su localización. Estas variables fueron posteriormente trabajadas con una calculadora de mapas para obtener el mapa de distribución potencial de bofedales, el que fue validado posteriormente en el campo. Los resultados del estudio han permitido identificar la distribución de los bofedales, los cuales están ilustrados en el mapa de vegetación a escala 1: que constituye el resultado este estudio. Otros productos que se pueden contar son los mapas de la caracterización biofísica y del trabajo de campo. Introducción Los bofedales han sido definidos como un tipo de pradera natural muy peculiar donde se encuentra un tipo de vegetación natural siempre verde, suculenta, de elevado potencial forrajero y con suelo permanentemente húmedo (Prieto et al., 2001). Este ecosistema es parte de una categoría más amplia de clasificación denominada humedal, los cuales comprenden una amplia variedad de hábitats tales como pantanos, turberas, llanuras de aluvión, ríos y lagos, o zonas costeras como marismas, manglares, arrecifes, zonas marinas de baja profundidad, así como los humedales artificiales (Secretaría de la convención Ramsar, 2004). Ante la amplia posibilidad de humedales se han propuesto diferentes sistemas de clasificación, llegándose a tomar como referencia para este estudio al propuesto en el Mapa de Páramos y Áreas

2 Protegidas del Ecuador, escala 1: (Beltran, et al., 2009). Dicho sistema de clasificación parte de la propuesta de Cuesta et al. para subdividir los páramos ecuatorianos en 9 unidades fisiográficas. Se seleccionó la unidad de Páramos Centrales de la Coordillera Occidental Ecuatoriana por representar el área de estudio. Las subcategorías (denominadas macrogrupos) encontradas en la unidad seleccionada fueron: 1) Bosques altimontanos y altoandinos húmedos de los Andes del Norte, 2) Páramo húmedo de los Andes del Norte, 3) Humedal altoandino y altimontano de los Andes del Norte y 4) Vegetación subnival de los Andes del Norte. Asimismo cada uno de estos macrogrupos posee un conjunto de ecosistemas que los hacen distintivos entre sí pero que debido a su heterogeneidad y pequeña extensión son de difícil identificación. Por estas razones se diseñó una metodología basada en sensores remotos para la identificación, en la medida de lo posible, de cada uno de los ecosistemas presentes en los macrogrupos anteriormente citados definiéndose un conjunto de nuevas clases para la propuesta de clasificación de Beltrán et al. La escala de trabajo para este estudio fue de 1: Objetivos Actualizar el mapa base y definir los sitios de ocurrencia de bofedales Realizar una caracterización biofísica del área de estudio Elaborar un mapa de cobertura vegetal 1: para el área de estudio Área de estudio El área de estudio se encuentra en el centro del Ecuador y tiene una superficie aproximada de 603 km 2 del cual el 69% (420 km 2 ) de la superficie pertenece a la provincia de Tungurahua y el 31% (183 km 2 ) de la superficie corresponde a provincia de Chimborazo. En esta área se definieron varias zonas de interés debido a que reunían las características para tener bofedales ya que el generar el modelo de distribución de bofedales se observaron sitios potenciales. Estos lugares se encuentran especificados en los mapas 10.3 y 12 de este estudio. El acceso a los sitios de visita se los hizo desde diferentes puntos ya que estaban distribuidos de forma irregular y su acceso en auto requería tomar diferentes rutas, sin embargo se puede indicar que no hubo problemas de accesibilidad mayores ya que los caminos son accesibles en vehículos 4x4. El área se encuentra en el sistema hídrico Amazónico perteneciendo este a la cuenca del río Pastaza. Entre los ríos importantes presentes están: el río Mocha, el Páchanlica y Quero Existe además un importante sistema de Lagunas entre ellas: Cocha Colorada de Chimborazo, Puca Cocha, Melenda Grande Cocha Negra, Palterña Cocha y Tinguicocha. Existen también un gran número de lagunas de menor extensión que están asociadas a estas. El relieve es bastante heterogéneo, con una variabilidad altitudinal que va desde los 2330 m.s.n.m (sector del centro poblado de Quero) hasta los 6266 m.s.n.m (cima del Chimborazo). Se observan diferencias de acuerdo a la altitud es así que hasta los 3000 m.s.n.m aproximadamente, los relieves están modelados por los ríos principales

3 siendo en su mayor extensión planos sin mayores cambios salvo por las quebradas formadas por los ríos. Desde los 3000 a los 4000 se observan los pie de montaña siendo numerosas las vertientes, las pendientes moderadas aunque en algunos casos son suaves ya que existen valles en forma de U los cuales tienen relación al modelado glacial. A partir de los 4000 el relieve es abrupto y se caracteriza por ser en su mayor extensión superficies rocosas y glaciares. El área de intervención alcanza los 161,8 km 2 es decir el 26% del área de estudio. El resto de las superficies alcanzan: el 32,8% para vegetación natural (o 198 km 2 ), el 34% (o 210 km 2 ) para suelos descubiertos y glaciares. El 5% (o 32,4 km 2 ) del área de estudio no pudo ser determinada por la cobertura nubosa en el momento de la toma de la imagen. Materiales y métodos Materiales Para la realización de este estudio se utilizó la información recopilada en el proyecto Páramo Andino (Beltrán et al., 2009). La siguiente lista resume las coberturas e imágenes utilizadas para los diferentes mapas elaborados: Mapa base, topográfico del IGM y de trabajo de campo Coberturas de poblados, vías, ríos simples y ríos dobles en formato *.shp generadas por el Instituto Geográfico Militar (IGM) a escala 1: Coberturas de límites provinciales, cantorales y parroquiales en formato *.shp generadas por el INEC a escala 1: Cartas topográficas 1: escaneadas del área de estudio Imagen SRTM resolución 30 metros para la elaboración de curvas de nivel, sombreado y altura de relieve Mapas de pendientes, microcuencas, jerarquización de la red hídrica Parámetros calculados a partir de imagen SRTM resolución 30 metros para la obtención de pendientes, zonas deprimidas, sombreado y altura de relieve. Orthomapa Imagen ALOS-PRISM del año 2007, de resolución 10 metros, combinación infrarrojo color. Mapas de los Modelamiento de la distribución de los bofedales Coberturas temáticas en formato *.shp recopiladas para el Proyecto Páramo de diferentes fuentes y escalas, entre ellas CLIRSEN, Infoplan, Ministerio de Agricultura y Ecociencia. Parámetros calculados a partir de imagen SRTM resolución 30 metros para la obtención de pendientes, zonas deprimidas, sombreado y altura de relieve. Indice de vegetación calculado a partir de la imagen ALOS del año 2007 Mapas temáticos: vegetación, climáticos, suelos, geológico y geomorfológico Coberturas temáticas en formato *.shp recopiladas para el Proyecto Páramo de diferentes fuentes y escalas, entre ellas CLIRSEN, Infoplan, Ministerio de Agricultura y Ecociencia. Por otro lado, se levanto información de campo por lo que se pude nombrar a lo siguiente: Puntos y rutas GPS 1 Se desconoce la escala exacta de esta delimitación pero se presume que es 1:

4 Cobertura de puntos de los sitios visitados. En total se tomaron 60 puntos (de +/- 10 metros de error) que vienen acompañados de fotografías Ruta del recorrido realizado en el trabajo de campo Fotografías Cada una de las fotos viene acompañada de un código que lo identifica con el punto gps. Metodología Antes de comenzar el estudio se estructuró un sistema de información basado en el catálogo de objetos de Ecociencia (Cárdenas et al, 2010). Con la estructura implementada se recopiló la información necesaria para el estudio. Los paquetes informáticos que se utilizaron se nombran a continuación: ArcGis 9.2 y 9.3; constituye un sólido sistema de información geográfica con posibilidad de ampliar sus capacidades mediante la incorporación de extensiones para análisis específicos. Entre las extensiones que se utilizaron se pueden contar a las siguientes: 1) HydroGis, permite el cálculo de parámetros hidrológicos a partir de modelos digitales de elevación (DTM). Su aplicación en este estudio fue para la determinación de zonas deprimidas 2) Spatial analyst, permite implementar metodologías y análisis multicriterio basados en información raster y DTMs. ERDAS 8.7; programa para el análisis y procesamiento de imágenes satelitales. Su uso principal fue para la clasificación de las imágenes satelitales, generación de índices de vegetación y mosaicos. Panoramio; programa para el mosaico de fotografías y elaboración de imágenes panorámicas. Uno de los primeros pasos fue el mosaico (módulo mosaic 2 de ERDAS) y la georeferenciación de los mapas topográficos del IGM en función de sus coordenadas. Posteriormente se corrigieron las coberturas digitales del mapa base y se georeferenció después la imagen SRTM para su ajuste con el mapa base. Se utilizó el programa ArcGis para esta operación, empleando el método Ajust 3 ya que permite georeferenciar punto a punto, optimizando la precisión global y local de la imagen (ESRI, 2006). Se utilizó el método de resampleo cubic convolution 4 el cual evita errores cuando se rectifican imágenes de relieve. De esta forma se obtuvieron los primeros resultados: el mapa base, el topográfico IGM y el mapa de campo (ver mapas 1, 5 y 14). Para el mapa de pendientes se utilizó la extensión HydroGis 5 para identificar las zonas deprimidas. Esto lo hace el programa analizando los píxeles que en la imagen generan sumideros, es decir sitios que no permiten el escurrimiento es superficie y pueden acumular agua. Para la obtención de las pendientes se utilizó el módulo spatial analyst para generar una cobertura de pendientes en grados. Se reclasificó esta en 6 categorías de acuerdo al grado de inclinación y se obtuvo de esta forma el mapa de pendientes (ver mapa 2). 2 La herramienta Mosaic permite incorporar en una sola imagen dos o más imágenes contiguas 3 Método de transformación para determinar la localización correcta de las coordenadas en un mapa para celda en un raster 4 Constituye en un cálculo complejo para restituir una imagen georeferencia en el que muchas celdas están vinculadas y tiene la tendencia a afinar los bordes en una imagen. 5 Es un extensión diseñada para ArcGis por el Centro para la investigación de recursos hídricos de la Universidad de Texas en Austin para la modelización en hidrología

5 Para el orthomapa se utilizó la imagen ALOS a la que se georeferencio con el mapa base y se orthorectifico con el modelo digital de elevación, dicho procedimiento permite corregir las distorciones que sufre la imagen por la irregularidad del relieve. (ver mapa 3). Para el mapa de microcuencas y jerarquización de la red hídrica se empezó con la aplicación del orden de corriente según Strahler. Dicho modelo indica que ríos del mismo orden forman ríos de un orden mayor y así sucesivamente. Con esta jerarquización se procedió después a corrigir la cobertura de cuencas, subcuencas y microcuencas. Para una mejor visualización del relieve, su relación con la red hídrica y las divisorias de aguas se elaboró un sombreado de relieve al que se le sobrepuso una transparencia del modelo digital de elevación (imagen SRTM) para mostrar las alturas. El resultado de estos procedimientos lo encontramos en el mapa 4 de microcuencas y jerarquización de la red hídrica. Para la caracterización biofísica se realizó una exploración de la información temática recopilada por el Proyecto Páramo. A partir de las coberturas seleccionadas se generaron una serie de mapas temáticos (anexos del 5 al 10) para caracterizar aspectos relacionados con la climatología, edafología, cobertura vegetal, geología y geomorfología del área de estudio. Estos mapas conservan sus características originales, se desconoce si han sido validados por lo que cualquier error es responsabilidad del autor o editor de dicha información, sin embargo se puede decir que la escala de esta información es bastante gruesa y no se ajusta a la escala establecida en este trabajo, sin embargo constituyen una referencia para este trabajo (mapas del 6 al 9). Los mapas sobre los modelos de distribución de bofedales tuvieron diferentes metodologías, concluyéndose que el mapa 10.3 fue el más aproximado a la verdad de campo. Los procedimientos para cada uno de ellos se indican en un apartado posterior. Finalmente, con la información de campo se procedió a elaborar el mapa de vegetación el cual constituye uno de los objetivos de este estudio. La metodología para la clasificación de la imagen ALOS utilizada para este mapa consistió en una clasificación no supervisada de 10 clases para posteriormente ir asignando a cada uno de los polígonos de dicha clase su interpretación. Se utilizó información auxiliar como las alturas, las formas de relieve, el trabajo de campo y sus fotografías, entre otros para realizar la interpretación. El mapa de vegetación escala 1: (mapa 11) es el resultado y su leyenda se la obtuvo a partir del sistema de clasificación utilizado en el Mapa de Páramos y Áreas Protegidas del Ecuador (Beltran, et al., 2009) cuyas definiciones se muestran a continuación:

6 Figura 1: Esquema para la leyenda del mapa de vegetación. Elaboración: El autor

7 Se han mostrado en este esquema ciertos recuadros en color plomo, esto quiere decir que en el trabajo de campo se identificaron dichos ecosistemas sin embargo se ha inferido su presencia en el área de estudio. El color anaranjado quiere decir que el ecosistema no está presente en el área de estudio y que por lo tanto no se lo incluido en el mapa de vegetación. El trabajo de campo demostró la presencia de asociaciones entre los ecosistemas por lo que el mapa de vegetación incluye en su leyenda algunas agrupaciones de ecosistemas. En Anexo 1 se incluye una tabla y gráfico de dichas superficies observadas. Trabajo de campo El trabajo de campo tuvo una duración de 4 días. Se imprimió la imagen satelital así como el mapa topográfico y los modelos de distribución de bofedales para analizar y explorar el área de estudio. Se tomaron 60 puntos gps, se anotaron comentarios explicativos y fotografías. Se sistematizo la toma de los puntos, con las fotografías y los comentarios, esto permitió reconstruir el trabajo de campo en el análisis e interpretación de la imagen. En el recorrido de la zona fue posible identificar diferentes asociaciones vegetales y usos del suelo, por lo que la figura 3 nos explica con fotografías la leyenda del mapa de vegetación (ver mapa 12 para la identificación de los puntos gps de las fotografías) (Figura 3). Metodología para la generación de los modelos de distribución de bofedales Modelamiento para la identificación de bofedales no.1 (mapa 10.1) a) Las variables y ponderaciones fueron las siguientes: MAPA DE SUELOS (1:50.000) Profundidad de suelos: (0-20cm = 1); (20-50cm = 2); (50-100cm = 3) y (>100cm = 4) Drenaje: (excesivo = 1); (bueno = 2); (moderado = 3) y (mal drenado = 4) Nivel freático: (0-20 cm = 4); (20-50 cm = 3); ( cm = 2) y (>100 cm = 1) Materia orgánica: (<1% = 1); ( 1-2 % = 2); (2-4 % = 3) y (4-10 % = 4) MODELO DIGITAL DE ELEVACION SRTM (30 mts) Pendiente en grados: (0-5 = 4); (5-10 = 3); (10-15 = 2); (15-25 = 1) y (+de 25 = 0) Altitud: ( = 0); ( = 1); ( = 2); ( = 3); ( = 4); ( = 3); ( = 2) y (+ de 4600 = 0) CALCULO DE DISTANCIA DE LOS CUERPOS DE AGUA (a partir del mapa base escala 1:50.000) Distancia en metros a ríos y lagunas: (0-20 = 4); (20-40 = 3); ( = 2); ( = 1) y (+ de 200 = 0)

8 Figura 3: Leyenda del mapa de vegetación y fotografías que identifican las ecosistemas Elaboración: El autor

9 (2) La fórmula aplicada para operar estas variables fue la siguiente: {(Profundidad + drenaje + nivel freático + materia orgánica) * pendientes * alturas * distancia ríos y lagunas} Este resultado es después reclasificado en 4 rangos por el método "natural breaks" y se tomaron los 3 últimos. Los resultados son mostrados en el mapa 10.1 (3) Los resultados obtenidos en el campo fueron los siguientes: a) De 14 puntos identificados como bofedales efectivos, 4 coincidieron en las zonas de alta probabilidad, 4 en una zona de mediana probabilidad y 2 en zonas de baja probabilidad. 4 puntos efectivos no coincidieron en este mapa. b) Los resultados mostraron sitios potenciales más no efectivos, es decir el modelo no excluye las zonas intervenidas en las que existe la probabilidad de que existan bofedales. c) El resultado restringe a zonas próximas a ríos por lo que es un poco más exacto que el modelo que no considera la distancia a los ríos y lagunas, sin embargo excluyo 4 puntos de los 14 efectivos. Modelamiento para la identificación de bofedales no.2 (mapa 10.2) (1) Las variables y ponderaciones fueron las siguientes: MAPA DE SUELOS (1:50.000) Profundidad de suelos: (0-20cm = 1); (20-50cm = 2); (50-100cm = 3) y (>100cm = 4) Drenaje: (excesivo = 1); (bueno = 2); (moderado = 3) y (mal drenado = 4) Nivel freático: (0-20 cm = 4); (20-50 cm = 3); ( cm = 2) y (>100 cm = 1) Materia orgánica: ( <1% = 1); ( 1-2 % = 2); (2-4 % = 3) y (4-10 % = 4) MODELO DIGITAL DE ELEVACION SRTM (3O mts) Pendiente en grados: (0-5 = 4); (5-10 = 3); (10-15 = 2); (15-25 = 1) y (+ de 25 = 0) Altitud: ( = 0); ( = 1); ( = 2); ( = 3); ( = 4); ( = 3); ( = 2) y (+ de 4600 = 0) (2) La fórmula aplicada para operar estas variables fue la siguiente: {(Profundidad + drenaje + nivel freático + materia orgánica) * pendientes * alturas} Este resultado es después reclasificado en 10 rangos por el método "natural breaks" y se tomaron los 3 últimos rangos para mostrarlos en el mapa 10.2 (3) Los resultados obtenidos en el campo fueron los siguientes: a) De 14 puntos identificados como bofedales efectivos, 7 coincidieron en las zonas de mediana probabilidad y 4 en zonas de baja probabilidad. 3 puntos efectivos no coincidieron en este mapa. b) Los resultados mostraron sitios potenciales más no efectivos, es decir el modelo no excluye las zonas intervenidas en las que existe la probabilidad de que existan bofedales c) Los resultados en general fueron los menos exactos con esta metodología pero incluyeron 11 puntos de los 14 efectivos.

10 Modelamiento para la identificación de bofedales no.2 (mapa 10.3) (1) Las variables y ponderaciones fueron las siguientes: MODELO DIGITAL DE ELEVACION SRTM (30 mts) Pendiente en grados: (0-5 = 4); (5-10 = 3); (10-15 = 2); (15-25 = 1) y ( + de 25 = 0) Altitud: ( = 0); ( = 1); ( = 2); ( = 3); ( = 4); ( = 3); ( = 2) y (+ de 4600 = 0) Indice de humedad o Topographic position index (calculado con Topotools): reclasificación en 10 rangos de valores mediante el método de quintiles. Se tomaron en cuenta los 4 últimos rangos al observarse una correlación aceptable con los ríos y lagunas además de las zonas de nacientes de ríos. IMAGEN ALOS - PRISM (resolución 10 metros) Índice normalizado de vegetación o NDVI: (0-0,1 = 1); (0,1-0,2 = 2); (0,2-0,3 = 3) y (+ de 0,3 = 4) (2) La fórmula aplicada para operar estas variables fue la siguiente: (Pendientes * alturas * índice de humedad * NDVI) Este resultado es después reclasificado en 4 rangos por el método "natural breaks" y se tomaron los 3 últimos para mostrarlos en el mapa 10.3 (3) Los resultados obtenidos en el campo fueron los siguientes: a) De 14 puntos identificados como bofedales efectivos, 3 coincidieron en las zonas de alta probabilidad, 3 en zonas de mediana probabilidad y 7 en zonas de baja probabilidad. 2 puntos efectivos no coincidieron en este modelo. b) Los resultados mostraron un resultado más próximo a lo observado en campo pues se observo que en las zonas intervenidas la probabilidad de que existan bofedales disminuye. c) Los resultados en general fueron los mejores con esta metodología ya que se acertaron 12 puntos de los 14 efectivos. Conclusiones y recomendaciones El modelo de distribución de bofedales no.3 constituyó una valiosa herramienta de trabajo pues permitió determinar los sitios que justificaban su visita en el campo La metodología no. 3 diseñada para identificar la distribución de los bofedales puede replicarse para futuros estudios ya que se pudo comprobar su efectividad en el área estudiada. El uso del sensor ALOS-PRISM fue efectivo a escala 1:50.000, e incluso 1: para la identificación de los bofedales, sin embargo la resolución espectral es limitada por lo que es difícil diferenciar las coberturas vegetales Las clasificaciones no supervisadas, pueden considerarse la forma más simple de clasificación pero la interpretación visual junto con el análisis de información auxiliar así como del trabajo de campo han demostrado ser la metodología más confiable para la elaboración de mapas temáticos. Otro tipo de clasificaciones basadas en algoritmos que automatizan el proceso pueden ser complejas y ocasionar errores en la interpretación de imágenes satelitales.

11 Bibliografía BELTRAN, et al Distribución Espacial, Sistemas Ecológicos y Caracterización Florística de los Páramos en el Ecuador. Ecociencia, Proyecto Páramo Andino y Herbario QCA. Quito CÁRDENAS et al et al Catálogo de objetos ECO10. Ecociencia, Unidad de Geografía. Quito ESRI, Manual de ArcGis 9.2. ESRI, EEUU. FLACHIER, et al Caracterización Ecológica de las Turberas y Bofedales del Sistema de Humedales Amaluza, Nudo de Sabanilla, Provincia de Loja, Ecuador. Ecociencia. Quito IZURIETA X. (Ed.) Turberas Altoandinas. Espacios frágiles de Vida y Cultura. Proyecto Peatlands in the Tropical Andes. Global Peatland Initiative/NC-IUCN/ECOPAR/GRUPO PÁRAMO. Quito PODWOJEWSKI, et al Los suelos de los Páramos del Ecuador. En Los Suelos del Páramo. Serie Páramo 5. GTP / Abya Yala. Quito PRIETO, et al.?. Características y distribución de los bofedales en el ámbito boliviano del sistema T.D.P.S.? SECRETARIA DE LA CONVENCIÓN RAMSAR Manuales Ramsar para el uso racional de los humedales. Secretaría de la Convención Ramsar, Gland (Suiza)

12 ANEXO 1

13 Figura 2: Superficies y gráfico de los ecosistemas identificados Fuente: Imagen ALOS-PRISM 2007, clasificación y procesamiento para la obtención del mapa de vegetación. Elaboración: El autor