ESTUDIOS, ANALISIS Y RECOMENDACIONES PARA EL ORDENAMIENTO AMBIENTAL Y EL DESARROLLO TERRITORIAL DE LA MOJANA ANEXO 1-3

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1 ESTUDIOS, ANALISIS Y RECOMENDACIONES PARA EL ORDENAMIENTO AMBIENTAL Y EL DESARROLLO TERRITORIAL DE LA MOJANA FACULTAD DE MINAS SEDE MEDELLÍN FACULTAD DE INGENIERÍA SEDE BOGOTÁ ESTUDIOS, ANALISIS Y RECOMENDACIONES PARA EL ORDENAMIENTO AMBIENTAL Y EL DESARROLLO TERRITORIAL DE LA MOJANA CONVENIO INTERADMINISTRATIVO UN-DNP NO. 336/2011 ANEXO 1-3 CURVAS DE CAPACIDAD PROFUNDIDAD- ÁREA VOLUMEN DE LAS CIÉNAGAS INFORME FINAL BOGOTÁ, 23 DE ABRIL DE 2012

2 ÍNDICE DE CONTENIDO 1. DETERMINACIÓN DE CURVAS DE CAPACIDAD PROFUNDIDAD ÁREA VOLUMEN DE LAS CIÉNAGAS METODOLOGÍA Clasificación de las imágenes tipo Landsat Conversión de las imágenes raster en polígonos Edición de polígonos (.shp) Edición del sistemas de coordenadas Cálculo de las áreas de las ciénagas para diferentes años Cálculo del volumen de las ciénagas para diferentes años RESULTADOS Ciénaga de Ayapel Ciénaga de San Marcos Ciénaga la Hormiga Ciénaga Los Palos Ciénaga Machado Ciénaga Los Patos Ciénaga Las Islas Ciénaga Los Murciélagos ANEXO. IMÁGENES SATELITALES DE LANDSAT i

3 1. DETERMINACIÓN DE CURVAS DE CAPACIDAD PROFUNDIDAD ÁREA VOLUMEN DE LAS CIÉNAGAS Para realizar el balance hídrico de las ciénagas seleccionadas es necesario contar con datos de capacidad dados por el área superficial y de volumen de agua para diferentes niveles. En este estudio se utilizó información suministrada por el IDEAM de datos de niveles para diferentes estaciones localizadas en el área de estudio, además de algunas imágenes satelitales de Landsat entre los años de 1984 y 2010 (Anexo A). Con el fin de completar un vacio en la serie temporal de las imágenes, se utilizó el servidor ESDI (Earth Science Data Interface) de la página principal de la Universidad de Maryland para obtener las imágenes satelitales de los años 2001 y 2003 y el software ERDAS para procesarlas, de esta manera se cuenta con una serie anual más completa de fotos satelitales. En la Tabla se encuentra una descripción más detallada de las imágenes utilizadas. Tabla Descripción de las imágenes satelitales Fecha año/mes/día Fuente Estado de la imagen satelital IDEAM Presencia de nubes IDEAM Presencia de nubes IDEAM Buen Estado IDEAM Buen Estado IDEAM Presencia de nubes IDEAM Buen Estado IDEAM Buen Estado IDEAM Buen Estado IDEAM Buen Estado ESDI Buen Estado 2

4 ESDI Presencia de nubes + Bandeamiento IDEAM Bandeamiento IDEAM Presencia de nubes + Bandeamiento IDEAM Bandeamiento IDEAM Buen Estado IDEAM Bandeamiento IDEAM Bandeamiento IDEAM Presencia de nubes + Bandeamiento IDEAM Buen Estado IDEAM Bandeamiento A partir de la información disponible, se calculó el área superficial y el volumen de agua de cada ciénaga mediante el uso de sistemas de información geográfica (software ArGis) y se ajustaron las mejores relaciones matemáticas para describir la relación nivel área volumen de la cada ciénaga METODOLOGÍA CLASIFICACIÓN DE LAS IMÁGENES TIPO LANDSAT En el primer paso se debe realizar una clasificación no supervisada de las imágenes satelitales con el fin de centrarse únicamente en los cuerpos de agua. La combinación RGB (Red, Green, Blue) utilizada para cada imagen fue (5-4-3) debido que es la más adecuada para discriminar los cuerpos de agua de otras coberturas como la geología de la imagen, usos del suelo de la imagen etc. 3

5 CONVERSIÓN DE LAS IMÁGENES RASTER EN POLÍGONOS Al tener solamente los cuerpos de agua como resultado de la clasificación no supervisada de las imágenes satelitales, se procede a convertir estas clasificaciones de tipo raster a tipo polígono para que el software (ArcGis) pueda generar el cálculo del área de las ciénagas de estudio EDICIÓN DE POLÍGONOS (.SHP) La edición de los polígonos (.shp) se efectúa básicamente por 2 razones. La primera es para localizar y determinar solo las ciénagas de estudio, apartándolas de otros cuerpos de agua tales como ríos, zonas de pantano y caños para de esta manera realizar el cálculo del área únicamente de las zonas de estudio. La segunda razón es realizar correcciones y digitalizaciones manuales sobre las imágenes satelitales debido a que algunas de estas presentan bandeamiento por daño en el sensor de Landsat generando una clasificación errónea de los cuerpos de agua o cuando el software al realizar la clasificación no supervisada produce resultados equivocados debido a que el numero de clases que se le asigna a la imagen no es el correcto. En la Foto se pueden observar el resultado de la edición hecha a los polígonos (.shp) de una imagen satelital EDICIÓN DEL SISTEMAS DE COORDENADAS El sistema de coordenadas para los polígonos (.shp) de las ciénagas seleccionadas debe ser (Magna-Colombia-Bogotá), esto se debe a que este formato además de ser el más usado para la mayoría de cartografía en Colombia es el más actualizado. La forma de realizar la edición es simple ya que el programa cuenta con la opción de editar las características de las imágenes entre las cuales se encuentra el sistema de coordenadas. 4

6 CÁLCULO DE LAS ÁREAS DE LAS CIÉNAGAS PARA DIFERENTES AÑOS Al finalizar el paso 4 del procedimiento, se cuenta con las ciénagas seleccionadas representadas como polígonos (.shp) en el sistema de coordenadas requerido para cada año. Como ejemplo en la Figura se observan los polígonos (.shp) de color rojo, además del contorno azul que representa el área de la zona de estudio. De manera sencilla igual que en el paso anterior, ArcGis tiene la opción de calcular el área superficial de los cuerpos de agua mediante el cálculo del área del polígono (.shp) asociado a cada Ciénaga. Foto Resultado de la edición de polígonos (.shp) de una imagen satelital 5

7 Figura Descripción de las ciénagas seleccionadas para el cálculo del área año CÁLCULO DEL VOLUMEN DE LAS CIÉNAGAS PARA DIFERENTES AÑOS Luego de calcular el área superficial de las ciénagas, se utilizan los datos obtenidos de niveles para diferentes estaciones. Teniendo en cuenta las áreas de los años niño y niña más intensos para cada ciénaga e interpolando los niveles para las demás aéreas, se calculó el volumen utilizando la ecuación dada por Chapra en el manual del modelo Lake2k asumiendo las ciénagas como conos truncados para diferentes niveles. A excepción del primer nivel donde se tiene como referencia el volumen de un cono (Figura 1-3-2) dado por la ecuación (1). donde : V=Volumen de agua, h= Diferencia de alturas, V = Ah 3 (1) 6

8 A=Área Figura Volumen de un cono Para los demás niveles se utiliza la ecuación (2) anteriormente mencionada para un cono truncado tal como se puede observar en la Figura π h V = ( A1+ A2 + AA 1 2) 3 (2) donde V=Volumen de agua, h= Diferencia de alturas, A1=Área mayor, A2=Área menor 7

9 A 1 A 2 Figura Volumen de un cono truncado 1.2. RESULTADOS Los resultados obtenidos de las mejores relaciones potenciales ajustadas después de haber calculado el área superficial y el volumen de agua para cada ciénaga se presentan en la Tabla Tabla Relaciones Cota - Área Volumen CIÉNAGA Rango cota Validez Relación Cota - Área R2 Relación Cota - Volumen R2 Ayapel 0<h<4.18 A = 2*10 7 h V =810844h San Marcos 0<h<5.72 A = h V = h La Hormiga 0<h<4.20 A = h V = h Los Palos 0<h<7.02 A = 5*10 6 h V = 2*10 6 h Machado 0<h<6.63 A = 3*10 7 h V = 1*10 7 h Los Patos 0<h<6.60 A = 3*10 7 h V = 1*10 7 h Las Islas 0<h<4.24 A = 4*10 6 h V = h

10 Los Murciélagos 0<h<4.25 A = 2*10 7 h V = 1*10 7 h h= cota; A= Área superficial de la ciénaga (m 2 ); V=Volumen de agua ciénaga (m 3 ). A continuación se presentan de manera grafica las relaciones potenciales de cota área volumen. Se anexan en las tablas los resultados de las regresiones potenciales correspondientes CIÉNAGA DE AYAPEL Ciénaga Ayapel Área (m 2 ) Nivel (m) Volumen (m 3 )

11 Volumen - Area Ciénaga Ayapel y = x 4,6503 R² = 0,981 y = 2E+07x 1,2789 R² = 0, ,500 3,000 3,500 4,000 4,500 Area Profundidad Volumen Figura Relaciones potenciales cota - área volumen Ciénaga Ayapel CIÉNAGA DE SAN MARCOS 10

12 Ciénaga San Marcos Área (m 2 ) Nivel (m) Volumen (m 3 )

13 Volumen - Area Ciénaga San Marcos y = 35,171x 8,4294 R² = 0,9983 y = 2641,6x 5,4276 R² = 0, ,50 5,00 5,50 6,00 Area Profundidad Volumen Figura Relaciones potenciales cota - área volumen Ciénaga San Marco CIÉNAGA LA HORMIGA Ciénaga La Hormiga Área (m 2 ) Nivel (m) Volumen (m 3 )

14 Volumen - Area y = x 2,8836 R² = 0,9683 y = x 1,215 R² = 0, Area Ciénaga La Hormiga Potencial (Area) Profundidad Volumen Potencial (Volumen) Figura Relaciones potenciales cota - área volumen Ciénaga La Hormiga 13

15 CIÉNAGA LOS PALOS Ciénaga Los Palos Área (m 2 ) Nivel (m) Volumen (m 3 )

16 Ciénaga Los Palos Volumen - Area y = 2E+06x 2,6643 R² = 0,9642 y = 5E+06x 0,827 R² = 0, Profundidad Area Volumen Potencial (Area) Potencial (Volumen) Figura Relaciones potenciales cota - área volumen Ciénaga Los Palos CIÉNAGA MACHADO Ciénaga Machado Área (m 2 ) Nivel (m) Volumen (m 3 )

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18 Ciénaga Machado Volumen Area y = 1E+07x 2,4519 R² = 0,9541 y = 3E+07x 0,4483 R² = 0, Profundidad Area Volumen Potencial (Area) Potencial (Volumen) Figura Relaciones potenciales cota - área volumen Ciénaga Machado CIÉNAGA LOS PATOS Ciénaga Los Patos Área (m 2 ) Nivel (m) Volumen (m 3 ) d

19 Ciénaga Los Patos Volumen Area y = 1E+07x 2,8589 R² = 0,9722 y = 3E+07x 1,0832 R² = 0, Profunidad Area Volumen Potencial (Area) Potencial (Volumen) Figura Relaciones potenciales cota - área volumen Ciénaga Los Patos 18

20 CIÉNAGA LAS ISLAS Ciénaga Las Islas Área (m 2 ) Nivel (m) Volumen (m 3 )

21 Volumen - Area Ciénaga Las Islas y = x 5,6927 R² = 0,9854 y = 4E+06x 2,3487 R² = 0, ,5 2,7 2,9 3,1 3,3 3,5 3,7 3,9 Profundidad Area Volumen Potencial (Area) Potencial (Volumen) Figura Relaciones potenciales cota - área volumen Ciénaga Las Islas CIÉNAGA LOS MURCIÉLAGOS Ciénaga Murciélagos Los Área (m 2 ) Nivel (m) Volumen (m 3 )

22 Volumen - Area Ciénaga Los Murciélagos y = 1E+07x 2,2309 R² = 0,9459 y = 2E+07x 0,4398 R² = 0,9754 0,5 2,5 4,5 Profundidad Area Volumen Potencial (Area) Potencial (Volumen) Figura Relaciones potenciales cota - área volumen Ciénaga Los Murciélagos 21

23 2. ANEXO. IMÁGENES SATELITALES DE LANDSAT A continuación se presentan las imágenes satelitales Landsat utilizadas para el desarrollo de este estudio. Foto Imagen satelital

24 Foto Imagen satelital 1985 Foto Imagen satelital

27 Foto Imagen satelital Foto Imagen satelital

33 Foto Imagen satelital