BIBLIOGRAFIA ............................................................................................. 66

2.7.2. Firmas Espectrales........................................................................... 39 2.7.3. Índice de correlación de Pearson ..................................................... 41 3. METODOLOGIA............................................................................................ 43 3.1. Área de estudio...................................................................................... 43 3.2. Flujograma Metodológico....................................................................... 45 3.3. Definición de insumos............................................................................ 46 3.3.1. Adquisición de imágenes objetivo en Google Earth Engine ............. 48 3.3.2. Proceso de análisis........................................................................... 50 4. RESULTADOS.............................................................................................. 54 4.1. Escenario 1: septiembre de 2007.......................................................... 54 4.1.1. Visualización NDVI septiembre de 2007........................................... 56 4.2. Escenario 2: enero de 2020................................................................... 57 4.2.1. Visualización NDVI enero 2020........................................................ 59 5. ANALISIS DE RESULTADOS....................................................................... 61 6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................ 64 7. BIBLIOGRAFIA ............................................................................................. 66

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Represa de Betania.............................................................................. 17

Figura 2. Componentes de un sistema de teledetección..................................... 25

Figura 3. Espectro electromagnético................................................................... 26

Figura 4. Plataforma de imágenes USGS............................................................ 33

Figura 5. Esquema de funcionamiento de imágenes en Google Earth Engine.... 34

Figura 6. Distribución de herramientas y utilidades del visor Google Earth Engine

............................................................................................................................. 35

Figura 7. Visor de imágenes de LandViewer....................................................... 36

Figura 8. Ejemplo de aplicación del índice de vegetación................................... 39

Figura 9. Espectro de reflectancia generalizado en algunos materiales de la

superficie de la tierra............................................................................................ 40

Figura 10. Ubicación del embalse de Betania en el territorio colombiano ........... 44

Figura 11. Flujograma metodológico ................................................................... 46

Figura 12. Imagen del embalse de Betania y ubicación de puntos de muestreo en

color verdadero composición RGB 5-7-2.............................................................. 48

Figura 13. Script de descarga de imagen del área de estudio e incorporación de

la ubicación de puntos de muestreo..................................................................... 49

Figura 14. Script de configuración del grafico de firma espectral. ....................... 50

Figura 15. Comportamiento espectral del muestro tomado en estaciones de

campo................................................................................................................... 51

Figura 16. Comportamiento de bandas espectrales respecto a cada punto de

campo................................................................................................................... 52

Figura 17. Índice de correlación Pearson para el fosforo vs bandas espectrales analizadas............................................................................................................ 53

Figura 18. Concentración de fosforo en puntos de muestreo para la imagen

Landsat 5 de 2007. Combinación de bandas RGB 4-5-2. Sectores norte y sur del

brazo Magdalena.................................................................................................. 55

Figura 19. Visualización del nivel de biomasa en el cuerpo de agua del embalse

de Betania, usando el índice NDVI....................................................................... 56

Figura 20. Ubicación de áreas con presencia de fosforo en los puntos de

muestreo para imagen Landsat 8. Combinación de bandas RGB 4-5-2.............. 58

Figura 21. Visualización del nivel de biomasa en el cuerpo de agua del embalse

de Betania, usando el índice NDVI....................................................................... 59

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Criterios de aplicación del Índice OCDE (1982)..................................... 21

Tabla 2. Resolución espacial de algunos sensores ............................................. 28

Tabla 3. Serie de satélites Landsat y sus rangos de vigencia.............................. 30

Tabla 3. Ubicación y medición de contenido de fosforo en los puntos de muestreo. ............................................................................................................................. 47

Tabla 4. Valores radiométricos obtenidos en la investigación.............................. 51

ACRONIMOS

ARVI Índice de vegetación resistente a la atmósfera

DANE Departamento Administrativo Nacional de Estadística

EVI Índice de Vegetación Mejorado

IGAC Instituto Geográfico Agustín Codazzi

NDVI Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada

OCDE Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos

PVI Índice de Vegetación Perpendicular

RVI Índice de Proporción de Vegetación

SAVI Índice de Vegetación Ajustado al Suelo

SEVIRI Spinning Enhanced Visible and InfraRed Imager

SIG Sistema de información geográfica

SPOT Systeme Probatoire d'Observation de la Terre

TOA Datos de reflectancia espectral

1. INTRODUCCIÓN

1.1. ANTECEDENTES

En la actualidad, los procesos de explotación de recursos naturales requieren de un análisis de sostenibilidad, de tal forma que la búsqueda por la maximización de beneficios económicos esté restringida a la minimización de perjuicios en el medio ambiente y al aseguramiento del recurso en el largo plazo.

En el mundo, una de las actividades que requieren de mayor control para asegurar esta sostenibilidad es la piscicultura, y específicamente la piscicultura intensiva. Esta consiste en el cultivo de peces en piscinas artesanales con una alimentación exclusivamente artificial. De aquí que, en los procesos de alimentación de los alevinos tratados, la alta cantidad de fósforo en el alimento asegura el rápido crecimiento de los peces, pero también genera cambios en las características del cuerpo de agua, aumentando la disponibilidad de nutrientes, el crecimiento de algas y la consecuente variabilidad extrema del oxígeno disuelto, en un proceso conocido como eutrofización.

En Colombia, el principal cuerpo de agua con actividad piscícola intensiva es la represa de Betania, ubicada en el departamento del Huila, en el centro occidente del territorio colombiano. La actividad piscícola ha consolidado en gran parte el desarrollo económico de la región, pero a su vez los procesos de producción intensiva han generado procesos de eutrofización.

Es necesario entonces un seguimiento, análisis y un plan de manejo de esta actividad para hacerla sostenible en el tiempo. Si bien, existen estudios a nivel investigativo respecto a niveles de eutrofización en el cuerpo de agua de la represa de Betania, no se ubican análisis espacio temporales sobre el comportamiento de estos procesos en el cuerpo de agua mediante la definición de una zonificación para dichos procesos.

Mediante la utilización de herramientas SIG y de procesamiento de imágenes satelitales, se pretende generar una zonificación en relación a las diferentes dinámicas de los procesos de eutrofización y articular estas con modelos matemáticos específicos que permitirán determinar niveles óptimos en las tazas de alimentación piscícola, que permitan minimizar los niveles de eutrofización localizados.

1.2. OBJETIVOS

1.2.1. Objetivo General:

- Determinar a nivel espacial y temporal (2007 y 2020) el estado de eutrofización en función de los niveles de fosforo, en la represa de Betania en el departamento de Huila en Colombia.

1.2.2. Objetivos específicos:

• Identificar los procesos físicos y químicos y las variables más relevantes involucrados para la caracterización de la calidad de agua de cuerpos de agua con piscicultura intensiva.

• Integrar y recolectar información de las variables físicas y químicas relevantes que se hayan reportado por diferentes estudios en la represa de Betania a nivel espacial y temporal.

• Generar escenarios de análisis del estado de eutrofización de la represa de Betania en función de las concentraciones de fosforo, mediante herramientas de procesamiento digital de imágenes, sistemas de información geográfica y modelos matemáticos, a partir de la información recolectada.

1.3. PREGUNTAS DE INVESTIGACIÓN

• ¿Cuáles son los niveles de fosforo resultantes de la actividad piscícola como aportantes a los procesos de eutrofización existentes en el embalse de

Betania?

• ¿Como se caracteriza a nivel espectral mediante imágenes satelitales, la concentración de fosforo en el cuerpo de agua del embalse de Betania?

• ¿Cuáles son los escenarios a determinar en las temporalidades a analizar, respecto a la identificación de áreas eutrofizadas en función del fosforo en el cuerpo de agua del embalse de Betania?

1.4. HIPOTESIS DE INVESTIGACION

La utilización de imágenes satelitales permite determinar los niveles de eutrofización en la represa de Betania (Colombia).

1.5. JUSTIFICACION

Actualmente en Colombia el recurso hídrico se encuentra intervenido de manera considerable y a gran escala por parte de la población civil, involucrando esto procesos tanto industriales, domésticos, artesanales, entre otros y que así mismo, generan grandes volúmenes de residuos y desechos que afectan considerablemente la calidad del agua y por ende los procesos naturales de renovación y propios del ciclo del agua, que al final genera desbalances y alteraciones importantes en los ecosistemas en los que interviene el agua, es decir casi en la totalidad de estos.

Si bien, la piscicultura se ha consolidado como un importante renglón de la economía colombiana, los procesos de cultivo empleados en grandes cuerpos de

agua, deben involucrar controles relacionados con los métodos de alimentación y de manejo de residuos por parte del cultivador, en cabeza de las autoridades ambientales competentes para tales fines.

Es por lo anterior, que mediante un diagnóstico certero acerca de los diversos escenarios a nivel espacial y temporal de los factores que afectan, no solo el proceso de calidad en los cultivos piscícolas sino en los factores ambientales entorno a la calidad del agua, se podrán generar criterios de peso en relación a la mejor ubicación de las jaulas para el cultivo piscícola sino además en torno a la mejor definición de tazas de alimentación, población, reproducción y los demás factores relevantes, con el fin de lograr una mejor utilización del recurso hídrico en función de las demás utilidades del agua.

La generación de un estudio de estas características, en el cual se logre visualizar claramente la espacialización de los escenarios, permite que se tenga una herramienta de decisión a nivel local, que permitirán encaminar acciones hacia las mejores prácticas, así como la identificación de otros y/o nuevos escenarios, que permitan la mejor utilización de los recursos naturales en el entorno.

1.6. ALCANCE

Los análisis multitemporales se consolidan como una técnica importante para determinar de forma eficaz y eficiente, los diversos comportamientos en el tiempo respecto a los diversos escenarios existentes en el territorio, en virtud de las bondades el procesamiento digital de imágenes para tal fin.

El estudio y análisis espacial de los niveles de eutrofización en la represa de Betania permitirá establecer un patrón de comportamiento temporal respecto al comportamiento de los fenómenos que intervienen en tales niveles, esto en función de factores como los niveles de fosforo y clorofila entre otros. Esto permitirá contar con un insumo de gran importancia al momento de definir estrategias de control de cargas orgánicas en el cuerpo de agua, así como la identificación de otros posibles

escenarios de contaminación, con el fin de consolidar una herramienta clave en los indicadores de gestión de calidad de agua en función con otros elementos del entorno, tales como la vegetación circundante a la represa y las demás actividades socioeconómicas en torno a esta.

Los resultados generados en este estudio podrán ser utilizados por parte de personal profesional y técnico que se encuentre involucrado en el monitoreo de la calidad de agua, no solamente con fines de generación de energía, sino en la definición y ajuste de estándares y normativas en relación al control ambiental tanto en la actividad piscícola, como en la calidad de aguas servidas de los asentamientos poblados ubicados en la periferia del embalse.