102637 by UNIGIS América Latina

Master Thesis ǀ Tesis de Maestría submitted within the UNIGIS MSc programme presentada para el Programa UNIGIS MSc at/en

Interfaculty Department of Geoinformatics- Z_GIS Departamento de Geomática – Z_GIS University of Salzburg ǀ Universidad de Salzburg

Cambios en la Cobertura del Suelo en el Corredor Metropolitano Cali – Jamundí (Valle del Cauca,Colombia) entre 1984 y 2013 Changes in Land Cover in the metropolitan Cali –Jamundí corridor (Valle del Cauca, Colombia) between 1984 and 2013 by/por

Dayver Betancourt Maldonado 1122891 A thesis submitted in partial fulfilment of the requirements of the degree of Master of Science (Geographical Information Science & Systems) – MSc (GIS)

Santiago de Cali, Octubre de 2015

Compromiso de Ciencia Por medio del presente documento, incluyendo mi firma personal certifico y aseguro que mi tesis es completamente el resultado de mi propio trabajo. He citado todas las fuentes que he usado en mi tesis y en todos los casos he indicado su origen.

Santiago de Cali, Octubre 27 de 2015 (Lugar, Fecha)

(Firma)

Resumen El Corredor Metropolitano Cali - Jamundí, desde finales del Siglo XX constituye la única alternativa de expansión urbana de la Ciudad de Santiago de Cali (Valle del Cauca, Colombia), por lo cual, los elementos territoriales de su entorno rural, han estado expuestos a una rápida transformación. En tal perspectiva, mediante técnicas de teledetección y sistemas de información geográfica, en el presente trabajo se evaluaron los cambios en la cobertura del suelo en el área de influencia del Corredor Metropolitano. No sólo con el fin de establecer una estadística de cambios, sino además con el propósito de construir una base cartográfica útil en la planeación y ordenación del territorio. La metodología se basó en el análisis multitemporal de tres imágenes Landsat clasificadas, de los años 1984, 1998 y 2013, de tal forma se calcularon estadísticas de cambios en la cobertura del suelo, aplicando la técnica de tabulación cruzada. Adicionalmente, se obtuvieron mapas de cambios significativos de acuerdo con las cualidades ambientales y paisajísticas del tipo de cambio, así como mapas dinámicos de la ocupación del suelo, en los cuales se destacan las zonas estables y los procesos territoriales implicados en los cambios significativos. Los resultados dan cuenta de una dinámica de ocupación influenciada por factores globales, regionales y locales, los cuales acentúan actividades como la agroindustria y la difusión urbana, en detrimento de la oferta ambiental del territorio.

Palabras claves: corredor metropolitano Cali - Jamundí, expansión urbana, análisis multitemporal de imágenes satelitales, clasificación supervisada, cambios de cobertura, planificación territorial.

English abstract The metropolitan Cali - JamundĂ corridor, has been the only alternative to urban expansion for the city of Santiago de Cali (Valle del Cauca, Colombia) since the late XX century. Therefore, the rural environments of this corridor have been exposed to rapid transformation. From this perspective, through the use of remote sensing and geographic information systems, this paper evaluates changes in land cover in the influenced area of the metropolitan corridor, not only in order to identify and calculate statistical changes, but also with the aim of building a useful cartographic base for planning and land use logistic. The applied methodology was based on multi temporal analysis of three classified Landsat images of the years 1984, 1998 and 2013. Thus statistics were calculated for changes in land cover using cross-tabulation techniques. Furthermore, areas where significant changes in land use occurred were developed in accordance with environmental and landscape qualities. Furthermore, maps of land use dynamics were obtained. The results showed evidence of dynamic land use changes influenced by global, regional and local factors, which resulted in the intensification of activities and phenomena such as agrobusiness and urban sprawl.

Keywords: Cali Corridor - JamundĂ, urban expansion, multi temporal analysis of satellite images, supervised classification, coverage changes, territorial planning.

Contenido Pág.

Introducción .......................................................................................................... 10

1.1.

Antecedentes ........................................................................................................................ 10

1.2.

Objetivos................................................................................................................................ 13

1.2.1.

Objetivo General .................................................................................................................. 13

1.2.2.

Objetivos Específicos .......................................................................................................... 13

1.3.

Preguntas de Investigación ................................................................................................ 13

1.4.

Justificación........................................................................................................................... 14

1.5.

Alcances ................................................................................................................................ 15

Revisión de Literatura.......................................................................................... 17

2.1.

Sobre el Corredor Metropolitano Cali - Jamundí............................................................. 17

2.2.

Coberturas y usos del suelo ............................................................................................... 20

2.3.

La teledetección y las técnicas de análisis multitemporal ............................................. 22

2.3.1.

Categorización digital de imágenes .................................................................................. 22

2.3.2.

Técnicas de análisis multitemporal ................................................................................... 26

2.4.

Algunas experiencias de análisis multitemporales en teledetección ........................... 27

Metodología........................................................................................................... 34

3.1.

Caracterización del área de estudio.................................................................................. 36

3.2.

Procesamiento de las imágenes satelitales Landsat. .................................................... 40

3.3.

Aplicación transformaciones previas para mejorar la discriminación entre distintos tipos de cubiertas en el área de estudio. .......................................................... 46

3.4.

Clasificación de las imágenes satelitales. ........................................................................ 51

3.5.

Proceso de validación de la clasificación. ........................................................................ 57

3.6.

Estimación de los cambios en la cobertura del suelo. ................................................... 60

3.6.1.

Identificación de cambios significativos y elaboración de cartografía ......................... 62

3.6.2.

Elaboración del mapa de ecosistemas vulnerables ubicados en el Área de Influencia del Corredor Metropolitano Cali – Jamundí. .................................................. 64

Resultados............................................................................................................. 66

4.1.

Validación de las clasificaciones ....................................................................................... 66

4.2.

Coberturas del Suelo año 1984 ......................................................................................... 66

4.3.

Coberturas del Suelo año 1998 ......................................................................................... 66

4.4.

Coberturas del Suelo año 2013 ......................................................................................... 67

4.5.

Cambios en la cobertura del suelo 1984 – 1998 ............................................................ 71

4.6.

Cambios en la cobertura del suelo 1998 – 2013 ............................................................ 75

4.7.

Cambios en la cobertura del suelo 1984 – 2013 ............................................................ 79

4.8.

Ecosistemas bajo presión en el área de influencia del corredor metropolitano Cali- Jamundí........................................................................................................................ 84

Discusión ............................................................................................................... 86

Conclusiones ........................................................................................................ 95

Bibliografía ............................................................................................................ 99

Lista de figuras Pág. Figura 1. Espectro electromagnético ............................................................................................... 23 Figura 2. Formas de Teledetección ................................................................................................. 23 Figura 3. Mapa del área de estudio ................................................................................................. 39 Figura 4. Definición de áreas de entrenamiento en el caso de la imagen Landsat 2013. ...... 53 Figura 5. Procedimiento para realizar la clasificación de las imágenes satelitales empleando el programa Envi versión 4.4 ...................................................................... 56 Figura 6. Comparación del proceso de clasificacón y pos-clasificación.................................... 57 Figura 7. Mapa de coberturas del suelo año 1984........................................................................ 68 Figura 8. Mapa de coberturas del suelo año 1998........................................................................ 69 Figura 9. Mapa de coberturas del suelo año 2013........................................................................ 70 Figura 10. Mapa de cambios significativos en la ocupación del suelo entre 1984 y 1998 ..... 73 Figura 11. Mapa dinámico de la ocupación del suelo entre 1984 y 1998, en donde se destacan las zonas estables o sin cambios significativos ........................................ 74 Figura 12. Mapa de cambios significativos en la ocupación del suelo entre 1998 y 2013 ..... 77 Figura 13. Mapa dinámico de la ocupación del suelo entre 1998 y 2013, en donde se destacan las zonas estables o sin cambios significativos ........................................ 78 Figura 14. Mapa de cambios significativos en la ocupación del suelo entre 1984 y 2013 ..... 82 Figura 15. Mapa dinámico de la ocupación del suelo entre 1984 y 2013, en donde se destacan las zonas estables o sin cambios significativos ........................................ 83 Figura 16. Mapa de ecosistemas naturales vulnerables ante la dinámica de ocupación del territorio............................................................................................................................. 85

Lista de tablas Pág. Tabla 1. Parámetros para la conversión a reflectividades de imágenes Landsat-5 TM .......... 41 Tabla 2. Coeficientes de calibración de para el cálculo de la radiancia..................................... 41 Tabla 3. Valores mínimos de ND utilizados en la corrección atmosférica ................................. 45 Tabla 4. Coeficientes de la transformacion tasseled cap ............................................................. 49 Tabla 5. Representatividad de las áreas de entrenamiento seleccionadas por categorías de cobertura .......................................................................................................................... 53 Tabla 6. Escala de valorización del índice Kappa ......................................................................... 60 Tabla 7. Resultados del proceso de validación.............................................................................. 66 Tabla 8. Matriz de transición a partir de la tabulación cruzada de los mapas de coberturas del suelo de 1984 y 1998 (valores en porcentaje con relación al área total)........... 72 Tabla 9. Resumen de la tabulación cruzada entre los mapas de coberturas del suelo de 1984 y 1998 (valores en porcentaje con relación al área total) ................................. 72 Tabla 10. Matriz de transición a partir de la tabulación cruzada de los mapas de coberturas del suelo de 1998 y 2013 (valores en porcentaje con relación al área total) ..................................................................................................................................... 76 Tabla 11. Resumen de la tabulación cruzada entre los mapas de coberturas del suelo de 1998 y 2013 (valores en porcentaje con relación al área total) ................................. 76 Tabla 12. Matriz de transición a partir de la tabulación cruzada de los mapas de coberturas del suelo de 1984 y 2013 (valores en porcentaje con relación al área total) ..................................................................................................................................... 80 Tabla 13. Resumen de la tabulación cruzada entre los mapas de coberturas del suelo de 1984 y 2013 (valores en porcentaje con relación al área total) ................................. 81

Lista de Cuadros Pág. Cuadro 1. Algunos sistemas de clasificación de coberturas del suelo ...................................... 21 Cuadro 2. Diagrama metodológico .................................................................................................. 35 Cuadro 3. Características de las imágenes seleccionadas ......................................................... 40 Cuadro 4. Clasificación de la cobertura de la tierra según el ITC ............................................. 54 Cuadro 5. Cualidades de los cambios en las coberturas del suelo............................................ 63 Cuadro 6. Consideraciones metodológicas en la elaboración del mapa de ecosistemas vulnerables ....................................................................................................................... 65

1. Introducción El Corredor Metropolitano Cali - Jamundí, constituye hoy en día la única alternativa de expansión urbana de la Ciudad de Santiago de Cali (Valle del Cauca, Colombia), siendo por tanto que la actividad agropecuaria y los recursos naturales en su entorno, se encuentran expuestos a una rápida transformación. Esta situación genera inquietudes alrededor de cómo se ha dado la dinámica de ocupación del suelo sobre dicho territorio, y sobre el carácter de los posibles recursos o ecosistemas bajo presión. Es en tal perspectiva que mediante técnicas de Teledetección y Sistemas de Información Geográfica, en el presente estudio se plantea la evaluación de los cambios en la cobertura del suelo del área de influencia del Corredor, con el objeto de identificar las tendencias de ocupación y construir una base cartográfica útil en la planeación y ordenación del territorio.

1.1. Antecedentes La Capital del Departamento del Valle del Cauca, Santiago de Cali, tercera ciudad colombiana y principal núcleo urbano del suroccidente del País con más de 2 millones de habitantes, en su entorno subregional, constituye el polo de desarrollo de una de las áreas metropolitanas más interesantes del país, entre otras cosas por enmarcarse dentro de un complejo corredor urbano (integrado por centros como Jamundí, Yumbo, Palmira, Buga, Tuluá, Zarzal, Cartago entre otros), y estar directamente conectada con el puerto marítimo más importante de Colombia, el Puerto de Buenaventura en el Océano Pacífico. De acuerdo con Martínez Toro (2005), es de esta forma que la Ciudad de Cali, viene a conformar junto a Bogotá, capital de la República, y Medellín, capital del Departamento de Antioquia, el llamado triángulo de oro del País, denominado así, ya que entre las tres metrópolis organizan la economía nacional, y concentran el mayor número de población. Santiago de Cali se constituye entonces en una de las protagonistas del acelerado proceso de urbanización en Colombia. En la actualidad, es gran receptora de población desplazada por la violencia, y corre con la urgencia de reubicar población en riesgo por fenómenos de remoción en masa, así como de 10

combatir los asentamientos subnormales, asociados especialmente a la rivera del Río Cauca (Secretaria de Vivienda Social del Municipio de Santiago de Cali, 2007) No obstante la alta demanda de suelo para el desarrollo urbano de una metrópoli como Cali, ésta ve restringidas sus alternativas de expansión, ya que gran parte de su perímetro alcanzo los límites de barreras físicas y políticoadministrativas que contienen su crecimiento, barreras tales como los cerros tutelares ubicados en el límite occidental, el Río Cauca en su límite oriental (barrera natural y límite municipal), y un avanzado proceso de conurbación con el centro urbano del Municipio de Yumbo, en el límite norte. De tal manera, la única alternativa de expansión urbana de Santiago de Cali, en sus tres escenarios, corto, mediano y largo plazo, se encuentra en el sur de la Ciudad sobre el corredor metropolitano Cali – Jamundí1. Corredor que se sustenta en un par vial (Vía Panamericana y Vía Cañas Gordas) que comunica los dos centros urbanos en un trayecto aproximado de 15 km. Los usos del suelo sobre éste corredor son propios de una interfase periurbana en la que se identifican actividades agropecuarias (especialmente el cultivo de la caña de azúcar), edificaciones dispersas como planteles educativos, industrias, laboratorios químicos, centros recreacionales, moteles, entre otros, y una importante oferta de tipo ambiental como el Río Cauca, el Río Jamundí, el humedal Lago de las Garzas, la Laguna Panamericana y extensos bosques de guadua. El área de expansión urbana del corredor Cali – Jamundí, es reconocida formalmente como única zona de expansión de la Ciudad de Cali, a través de la Resolución 396 de 1999 expedida por la Corporación Autónoma Regional del Valle del Cauca – CVC2 (1999), y la Resolución 005 de 2000 expedida por el Ministerio Nacional del Medio Ambiente (2000), zona única de expansión que finalmente también es adoptada en el Artículo 202 del Plan de Ordenamiento 1

El Municipio de Jamundí se localiza en el extremo sur del Departamento del Valle del Cauca, limita al norte con el Municipio de Santiago de Cali, al occidente con el Municipio de Buenaventura y al sur, así como al oriente, con el Departamento del Cauca. En su centro urbano se concentran aproximadamente 100.000 habitantes. La Corporación Autónoma Regional del Valle del Cauca CVC, se constituye como la máxima autoridad ambiental en la región

Territorial – POT del Municipio de Santiago de Cali, aprobado y publicado en el año 20003 (Alcaldía de Santiago de Cali, 2000). Aunque el Departamento Administrativo de Planeación Municipal de Cali DAPM (2000), en el numeral 6.2.1.4 sobre “Procesos de Urbanización y

Expansión” del Documento Técnico de Soporte del POT de Cali, reconoce que el desarrollo urbano municipal está generando conflictos ambientales sobre el suelo, el aire, el agua, el bosque y el paisaje, y que estos pueden prevenirse mediante el ajuste del modelo de expansión bajo el principio de la sostenibilidad de la oferta ambiental, la verdad es que en este documento no se presenta un diagnóstico exhaustivo sobre el tema, y la formulación del mismo se limita a enumerar algunos estudios necesarios para comprender el fenómeno. Desde la academia, recientemente Santana Rodríguez, Escobar Jaramillo y Capote (2009), a partir de la clasificación de imágenes satelitales Landsat, analizaron la dinámica del área construida de la Ciudad de Cali entre 1984 y 2003, motivados particularmente por temas como la densidad urbana y la disponibilidad de zonas verdes para la población. Entre sus hallazgos se destaca el incremento progresivo de la proporción del área construida con relación al perímetro urbano, presentándose el siguiente comportamiento: 49% en 1984, 57% en 1989, 71% en 2001 y 78% en 2003. De esta forma encontraron además que para el año 2003, la mayoría de las comunas de la ciudad presentaban una proporción de área construida mayor al 90% de su área total, llegando incluso al 100% en algunos casos. Aunque el estudio de Santana Rodríguez et al. (2009) reafirma las preocupaciones alrededor de la insostenibilidad ambiental en el desarrollo urbano de Santiago de Cali, en éste no se alcanza a abordar la dimensión metropolitana del problema, en donde los corredores viales y los desarrollos difusos, guían la dinámica de ocupación del suelo en la interfase periurbana y en las zonas de futura conurbación, territorios cuyo estudio y planificación constituye un reto en

El Plan de Ordenamiento Territorial del Municipio de Santiago de Cali, se adoptó mediante el Acuerdo Municipal Nº 069 de 2000. En la actualidad, este Plan se encuentra en proceso de revisión y ajuste.

pro de lograr el anhelado modelo de expansión bajo los principios de la sostenibilidad ambiental.

1.2. Objetivos 1.2.1. Objetivo General Analizar la dinámica espacial y temporal en los cambios de la cobertura del suelo en el área de influencia del corredor metropolitano Cali – Jamundí (Valle del Cauca, Colombia), entre 1984 y 2013.

1.2.2. Objetivos Específicos Describir los cambios en la cobertura del suelo en el área de influencia del corredor metropolitano Cali - Jamundí, para tres periodos específicos: 1984 a 1998, 1998 a 2013 y 1984 a 2013. Caracterizar la evolución de la expansión urbana de la Ciudad de Cali en el área de influencia del corredor metropolitano Cali – Jamundí, durante los periodos de estudio. Identificar los ecosistemas naturales bajo presión ante las tendencias en la expansión urbana sobre el corredor vial Cali – Jamundí. Constituir una base cartográfica como soporte técnico-científico, útil en la planeación y el ordenamiento de la ocupación del suelo sobre el corredor metropolitano Cali -Jamundí.

1.3. Preguntas de Investigación ¿Cómo ha sido la dinámica espacial y temporal en los cambios de la cobertura del suelo, en el área de influencia del corredor metropolitano Cali – Jamundí para los periodos de 1984 a 1998, 1998 a 2013 y 1984 a 2013?

¿Qué tipo de ecosistemas naturales se encuentran bajo presión ante las tendencias en la expansión urbana sobre el corredor metropolitano, y donde se localizan?

1.4. Justificación El desarrollo urbano de la Ciudad de Cali, correspondiendo al acelerado proceso de urbanización en Latinoamérica a partir de la segunda mitad del siglo XX, se ha caracterizado más por seguir los intereses del mercado inmobiliario y la formalización de asentamientos irregulares, que por orientarse en criterios técnicos y científicos (Martínez Toro y Buitrago Bermúdez, 2011), siendo en tal perspectiva que el estudio de la ocupación del suelo en torno a la Ciudad, constituye hoy en día un imperativo para su planeación. Considerando esto, evaluar la dinámica espacio-temporal de la ocupación del suelo sobre el corredor vial Cali-Jamundí, uno de los ejes de crecimiento histórico de la Ciudad y única alternativa de expansión en la actualidad, cobra importancia no solo en el sentido de medir los impactos ambientales de la presupuestada falta de planeación urbana, sino además con el fin de identificar tendencias en la ocupación

del

suelo,

que

sirvan

como

sustento

una

planificación

ambientalmente sostenible del territorio. Aunque aquí se reconoce que la Administración Municipal de Santiago de Cali, debe enfocar gran parte de sus esfuerzos en la renovación y redensificación urbana de la Ciudad, en busca de desacelerar el proceso de expansión y sus impactos en la periferia, lo cierto es que el desborde urbano sobre el corredor vial Cali-Jamundí ya es un hecho latente, siendo en tal sentido que los productos cartográficos que se proponen como resultado de éste estudio, pretenden plantearse como una base técnico-científica dentro de la planificación y toma de decisiones alrededor de éste territorio.

1.5. Alcances El área de influencia del Corredor Metropolitano Cali Jamundí, territorio incrustado a la margen izquierda del Valle Geográfico del Río Cauca, para efectos del presente estudio constituye un polígono de 320,77 km², cuyos límites alcanzan entidades geográficas tales como el Río Cauca al este, el piedemonte de la Cordillera Occidental al oeste, el sur de la Ciudad de Cali al norte, y finalmente el casco urbano del Municipio de Jamundí en su integridad, al sur. De esta forma, el área de estudio pretende abarcar el territorio a ser ocupado por los nuevos desarrollos urbanos asociados a la Ciudad de Cali, ya sean producto de la expansión planificada como se espera en las zonas más planas, o producto de desarrollos espontáneos o subnormales, como se esperaría en las zonas de ladera y en las riveras del Río Cauca. Con relación al nivel de análisis, el estudio multitemporal propuesto se plantea para coberturas generales de ocupación del suelo, adoptándose de tal forma y acorde con las características del área de estudio, la clasificación de coberturas del Instituto Internacional de Ciencias de la Geo-información y Observación de la Tierra, la cual incluye las categorías de Construcciones, Plantaciones, Vegetación natural, Bosques, Cuerpos de agua y Tierras eriales. Considerando este nivel de detalle temático y la resolución espacial de las imágenes Landsat de 30 X 30 metros de la superficie terrestre, los productos cartográficos del presente estudio se presentan a una escala intermedia o semidetallada de 1:75.000. Los Productos cartográficos esperados tras el proceso de investigación en el área de estudio son los siguientes:

•

Coberturas del suelo año 1984.

•

Coberturas del suelo año 1998.

•

Coberturas del suelo año 2013.

•

Cambios significativos en la cobertura del suelo 1984 – 1998.

•

Cambios significativos en la cobertura del suelo 1998 – 2013.

•

Cambios significativos en la cobertura del suelo 1984 – 2013.

•

Zonas estables o sin cambios significativos 1984 – 1998.

•

Zonas estables o sin cambios significativos 1998 – 2013.

•

Zonas estables o sin cambios significativos 1984 – 2013.

• Ecosistemas naturales bajo presión ante las tendencias en la expansión urbana. Del mismo modo, se espera que los resultados de la investigación y los productos desarrollados, sirvan de guía para la realización de nuevos estudios que tengan como objetivo contribuir con nuevas herramientas para mejorar el análisis del estado ambiental del territorio vallecaucano, y permitan de igual manera orientar las decisiones en materia de planificación territorial y gestión ambiental a cargo de las entidades estatales, con la participación de organizaciones y comunidades cuyos intereses sean los de alcanzar un desarrollo territorial equilibrado y ambientalmente sostenible en el tiempo.

2. Revisión de Literatura 2.1. Sobre el Corredor Metropolitano Cali - Jamundí En el marco del acelerado proceso de globalización de la economía, en el que los centros urbanos compiten por concentrar eficientemente la producción de bienes y servicios, y soportar el rápido crecimiento demográfico, el fenómeno de la metropolización del territorio, es entendido como aquella tendencia a la integración entre varios conjuntos urbanos (González, 2012). De ésta forma, el concepto de área metropolitana se emplea para describir un área geográfica continua, conformada por unidades generalmente pertenecientes a diferentes circunscripciones administrativas, en las que según Vinuesa y Vidal (1991), p. 158) se forma: “una gran aglomeración humana, que constituye un importante

mercado de trabajo suficientemente diversificado con unas fuertes relaciones de dependencia entre los distintos núcleos que la integran, y que ejerce, además, una clara posición preponderante y de dominio dentro del sistema de ciudades”.

No obstante, los autores precisan al respecto de la continuidad geográfica de las áreas metropolitanas, que esta no se refiere necesariamente a la sucesión ininterrumpida del área construida, sino más bien al vínculo funcional entre sus partes, es decir, a la presencia contigua de los demás elementos del carácter metropolitano, tales como la interdependencia jerárquica entre los núcleos (generalmente alrededor de un polo de desarrollo o metrópoli), la diversificación económica y el modo de vida en la ciudad (Vinuesa y Vidal, 1991). En Colombia, el fenómeno metropolitano, paralelo al acelerado proceso de urbanización de las ciudades y al crecimiento desproporcionado de los principales polos de desarrollo regional (Bogotá, Medellín, Cali y Barranquilla), se hace más evidente y complejo desde la década de los años setenta, con la consolidación de la industria como motor de la economía colombiana. Generalmente, este proceso se ha dado en condiciones de insostenibilidad ambiental y social, así como en el 17

marco de conflictos político-administrativos, especialmente entre municipalidades que difieren en su vocación y jerarquía urbana (Bolaños, 2013). En el caso específico del Área Metropolitana de Santiago de Cali, aunque ésta constituye una realidad territorial, que se expresa en la polarización ejercida por la Ciudad de Cali sobre los municipios vecinos (Yumbo, Palmira, Candelaria, Jamundí y Puerto Tejada), los intentos por lograr una integración subregional en términos administrativos y jurídicos, no han logrado consolidarse (como en el caso del Área Metropolitana del Valle de Aburra en Medellín, por ejemplo), trayendo consigo una planificación fragmentada del territorio, y dando lugar en gran medida a procesos de ocupación irregulares, dispersos y/o anti-técnicos (Bolaños, 2013). No obstante, enfocándose en el carácter metropolitano del área de influencia de la Ciudad de Cali, éste, además de estar dado por la consolidación del sistema de asentamientos y de las actividades económicas, se soporta en hechos territoriales que además son evidencia del mismo proceso de metropolización, entre estos se destaca la localización de equipamientos de carácter regional, la prestación intermunicipal de servicios públicos y la adecuación de corredores viales en función del flujo masivo de personas, bienes y servicios (Universidad del Valle, Grupo de Investigacion Territorios, 2013). Precisamente, el ámbito espacial que ocupa la presente propuesta de investigación, el Corredor Cali-Jamundí, constituye uno de los 5 corredores que sustentan y dan carácter metropolitano al área de influencia de la Ciudad de Cali. Dichos canales de accesibilidad o corredores metropolitanos, gravitan sobre las vías que conectan la metrópoli con su área de influencia o hinterland metropolitano, convirtiéndose de tal forma en los canales que guían la expansión urbana tanto de la metrópoli, como la de las ciudades satélite (Martínez Toro, 2005). De acuerdo con Martínez Toro (2005, p. 87), algunos de los atributos básicos de los corredores metropolitanos, evidenciados como tal en los corredores del área metropolitana de Cali, son los siguientes:

• “Conectores viales entre la metrópoli y los satélites e infraestructuras. • Se especializan en ciertas actividades; así el corredor metropolitano Cali Yumbo se ha especializado en la industria, el corredor Cali – Jamundí presenta una seria tendencia hacia los usos institucionales del tipo educativo y usos recreativos. • Siguen normalmente los ejes de los viejos caminos regionales. • Vinculan la metrópoli con su hinterland, con la región y el país. • Son escenarios de alto interés para la localización de actividades e intensidades que no caben ni espacial o funcionalmente en lo urbano “consolidado”. “Autocine Piedragrande”, estadio del Deportivo Cali, Cementerio Metropolitano, campus universitarios, grandes superficies comerciales, polígonos industriales, etc. • Son los espacios donde se genera y consolida la conurbación. • Aprovechan suelos más baratos que en el centro urbano. • Gozan normalmente de mejores ambientes naturales. • Fácil accesibilidad regional, metropolitana y urbana; están conectados a través de los umbrales. • Menores densidades e índices de ocupación. • Mayores áreas para las actividades que se localizan allí. • Hacen parte normalmente del suelo rural y de la categoría de suelo suburbano. • Analizando los corredores metropolitanos y los núcleos urbanos que estos conectan, se puede reconocer el tipo de red o malla que configuran. • Son un lugar geoestratégico para la localización de ciertas actividades; por accesibilidad, cercanía a los mercados regionales y metropolitanos, así como a las materias primas, y por estar en una “vitrina” por la que circulan diariamente miles de vehículos. • Ejes sobre los que se presentan los flujos pendulares. • Nueva estética; información para ser leída a 80 y 120 km por hora. • Usos

comerciales,

industriales,

recreativos,

salud,

educación,

residenciales, institucionales y dotaciones se mezclan entre sí y con actividades agrícolas y bellos paisajes naturales. 19

• Actividades diurnas y nocturnas típicas; discotecas, universidades, moteles,

clubes

deportivos,

centros

comerciales,

hipermercados,

autocines, industrias, balnearios, colegios, gasolineras y restaurantes.”

2.2. Coberturas y usos del suelo El estudio de las características o atributos de la superficie terrestre (la ocupación del suelo), se puede asumir desde dos puntos de vista diferentes que sin embargo se relacionan entre sí: en primer lugar, la cobertura del suelo se enfoca a la categorización de unidades de acuerdo con sus propiedades biofísicas (cobertura urbana, forestal, de cultivos, etc.); por su parte, el uso del suelo se encamina a la caracterización del territorio de acuerdo con unidades diferenciadas según su orientación funcional o socioeconómica (uso residencial, industrial, comercial, etc.) (IGN, (s.f.). Bajo este marco, los alcances planteados en la presente propuesta de investigación, se centran específicamente en la identificación de coberturas del suelo. A continuación, en el Cuadro 1 se presentan algunas de las clasificaciones de cobertura más utilizadas en estudios a nivel mundial, no sin antes mencionar que para el caso de los usos del suelo, también existen complejos sistemas o modelos de clasificación.

Cuadro 1. Algunos sistemas de clasificación de coberturas del suelo Unión Geográfica Internacional 1. Centros poblados y tierras no agrícolas 2. Tierras hortícolas 3. Árboles frutales y otros cultivos perennes 4. Tierras de cultivos 5. Pastos permanentes mejorados 6. Praderas no mejoradas 7. Tierras de bosques 8. Pantanos y ciénagas

Servicio Geológico de los Estados Unidos 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Tierra urbana o edificada Tierras agrícolas Tierras de pastizales Tierras de bosque Agua Tierras húmedas Tierras eriales Tundra Nieve o hielo

Instituto Internacional de Ciencias de la Geo-información y Observación de la Tierra 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Construcciones Plantaciones/parcelas Vegetación natural abierta Bosques Cuerpos de agua Tierras eriales

9. Tierras improductivas FUENTE: IGAC, 2005.

Finalmente, es importante anotar que existen dos grandes técnicas en la mapificación de la cobertura y uso del suelo (IGAC, (2005):

•

Levantamiento directo o terrestre: esta técnica consiste en una evaluación directa en el campo, aquí, las unidades identificadas se trazan sobre planchas cartográficas, fotografías aéreas o imágenes satelitales impresas. En general, esta técnica resulta bastante tediosa, su aplicación es útil en áreas pequeñas de fácil acceso, y también en aquellos casos en los que se requieren levantamientos con un alto grado de precisión y detalle.

•

Levantamiento por teledetección: bajo ésta técnica, la cobertura y uso del suelo se interpreta a partir de datos contenidos en productos de sensores remotos, ya sean fotografías aéreas, imágenes satelitales o imágenes de radar. Las ventajas del uso de la teledetección pueden resultar enormes, se posibilita el estudio de grandes extensiones del territorio, disminuyendo trascendentalmente los costos económicos y el tiempo de trabajo.

2.3. La teledetección y las técnicas de análisis multitemporal El análisis digital de imágenes satelitales, entendido como la extracción de mediciones, datos o información contenida en una imagen como producto de un sensor puesto en órbita, se divide en dos grandes grupos de técnicas: la generación de variables continúas, tales como los índices de vegetación o los modelos de contenido de humedad en el suelo, y las categorizaciones, en donde básicamente se aborda la clasificación o diferenciación de las coberturas de la superficie terrestre. Como es apenas lógico de acuerdo con los intereses del presente estudio, se presentan aquí algunos aspectos que tienen que ver con el segundo grupo de técnicas.

2.3.1. Categorización digital de imágenes La teledetección o percepción remota como una técnica que permite obtener información a distancia de los objetos situados sobre la superficie terrestre, requiere de tres elementos básicos para su funcionamiento, entre los cuales se encuentra el sensor (ojo humano o elementos electrónicos con la misma función); el objeto observado (puede constituir un árbol, agua, edificación, etc.), y el flujo energético (proveniente del sol o producido por sistemas electrónicos) que pone en relación a los dos primeros y permite, en última instancia detectar el objeto. Según Chuvieco (2007), cualquier tipo de energía radiante se puede definir en función de su longitud de onda o frecuencia, y aunque sus valores son continuos, se ha logrado fijar una serie de bandas en donde la radiación electromagnética manifiesta un comportamiento similar, y cuya organización se conoce como espectro electromagnético. En teledetección, las bandas espectrales más empleadas en la distinción de las diferentes cubiertas terrestres son: el Espectro Visible (0,4 a 0,7 µm), el Infrarrojo Cercano IRC (0,7 a 1,3 µm), Infrarrojo Medio IRM (1,3 a 8 µm), Infrarrojo Lejano o Térmico IRT (8 a 14 µm) y Mircro-ondas M (por encima de 1 mm) (ver Figura 1), las cuales permiten percibir los diferentes objetos ubicados sobre la superficie terrestre a través de la energía reflectada y/o emitida por cada elemento (ver Figura 2).

Figura 1. Espectro electromagnético

FUENTE: Chuvieco, 2007.

Figura 2. Formas de Teledetección

Los números indican las formas de teledetección donde (1) corresponde a Reflexión; (2) a emisión y (3) a emisión-reflexión.

En esta perspectiva, los cuerpos según su composición y estructura, pueden reflejar, absorber e irradiar de forma particular la luz y otros elementos del espectro electromagnético, de manera que la energía reflejada o emitida, captada 23

por los distintos sensores, se conoce como firma espectral, cuya forma, tamaño, color, textura, temperatura, luminosidad, contraste entre otras características, pueden

determinarse

mediante

complejos

procedimientos

fotográficos

electrónicos dispuestos en satélites artificiales (Mutschlechner, 1980). Por consiguiente, los datos almacenados permiten distinguir elementos como el agua, la tierra y la vegetación, de asentamientos humanos, industrias, cultivos, bosques entre otros, cuyo comportamiento espectral varía según sus características. Considerando lo anteriormente expuesto, se puede decir que las imágenes satelitales constituyen una representación visual de la superficie terrestre, que incorpora información sobre la respuesta espectral emitida o reflejada por los cuerpos ubicados en dicha superficie, como producto de las capturas realizadas por sensores instalados en satélites artificiales. De acuerdo con Arozarena Villar (2010),

dichas

imágenes comprenden de manera genérica una matriz

bidimensional discretizada en niveles digitales que tienen una expresión por cada celda o píxel. Así la clasificación digital de imágenes multi-espectrales, tiene como propósito identificar grupos o categorías espaciales que presenten características en común. Los grupos obtenidos deben tener un comportamiento espectralmente diferente, y disponer de un valor informativo de interés para la investigación (Romero, 2006). Existen dos enfoques utilizados para la realización de las clasificaciones, el supervisado y el no supervisado, en el primero se requiere que el intérprete tenga un conocimiento previo del terreno que se ha seleccionado como representativo, de las clases de información que se desean conocer en la imagen, mientras que en el segundo no precisa de un conocimiento previo del terreno, debido a que la imagen se segmenta en una serie de clases a partir de procedimientos numéricos, basados en la estructura que poseen los datos espectrales (Romero, 2006). A continuación se destacan las principales características de estos enfoques:

•

Enfoque no supervisado: Basándose en la diferenciación espectral de las clases contenidas en una imagen satelital, el enfoque supervisado, implica que los ND (Números Digitales) formen una serie de agrupaciones, conglomerados o clusters de pixeles con similares características (Romero, 2006). Esto permite que la computadora arbitrariamente localice vectores principales y puntos medios de las clases, para que luego cada pixel sea asignado a un determinado grupo mediante la regla de decisión de mínima distancia al centroide del grupo (Romero, 2006). Al respecto, existen dos métodos que usualmente son utilizados para realizar este tipo de clasificaciones, el K-Medias y el Isodata. En el primero, la categorización de la imagen se realiza a partir del cálculo de las medias de las clases, donde de forma reiterativa son insertados los píxeles utilizando la técnica de mínima distancia (Chuvieco, 2007). En este procesos continuamente se recalcula la media de cada clase y se vuelven a reclasificar todos los pixeles. En este caso todos los pixeles se clasifican si se limita la desviación estándar o la distancia máxima de búsqueda. Por otro lado, en el método conocido como Isodata, es el usuario quien decide inicialmente el número de los valores para las medias de los clusters que van a ser utilizados (m1, m2… mc), a partir de la localización en las zonas de mayor reflectancia, luego se clasifica las n muestras asignándolas a la clase cuya media se encuentre más cercana y finalmente se recalculan las medias considerando las nuevas asignaciones para reajustarlas como se dijo en el paso anterior (Ormeño, 2006).

•

Enfoque supervisado: Esta se lleva a cabo mediante un operador que define las características espectrales de las clases, a través de puntos de muestreo, también denominadas áreas de entrenamiento (Chuvieco, 2007). De acuerdo con Romero (2006), las clasificaciones supervisadas, parten de la hipótesis de que la distribución de los datos espectrales es comúnmente multi-variantes, permitiendo de esta forma, la utilización de procedimientos paramétricos como los clasificadores bayesianos. Sin embargo, cuando los datos no se 25

ajustan a una distribución multinormal, se acude al método Logit propuesto por Maynard y Strahler (1981), el cual consiste en un clasificador no paramétrico.

2.3.2. Técnicas de análisis multitemporal En la interpretación digital de imágenes satelitales, el análisis multitemporal constituye uno de los métodos más eficaces para la comparación y determinación de cambios que ocurren en la superficie terrestre en un determinado periodo de tiempo

(Almeida, Duriavich, Napolitano, y Feoli, (2009). Este análisis, según

Ruiz, Savé y Herrera (2013), permite entonces deducir la evolución del medio natural o identificar las repercusiones de la acción humana sobre este medio, a partir de las transformaciones que sufren los distintos tipos de cobertura terrestre en el tiempo. En esta medida, ya son varias las técnicas desarrolladas que permiten observar dichos cambios en la cobertura de la tierra, entre éstas, se pueden mencionar las composiciones de color multitemporales; la diferencia entre

imágenes; los cocientes multitemporales; los componentes principales y la regresión (Chuvieco, 2007). Todas estas técnicas implican una comparación pixel a pixel4 de los Niveles

Digitales (ND) o valores numéricos asignados a los niveles de radiancia provenientes de la superficie de la tierra en distintas fechas, donde los resultados obtenidos consisten en imágenes cuyos ND, indican el grado de cambio desde la mayor pérdida hasta la mayor ganancia en una escala gradual (Chuvieco, 2007). La aplicación de estas técnicas requiere por tanto que las imágenes originales, además de las correcciones geométricas, sean sometidas a una rigurosa homogenización radiométrica. Por otra parte, si tras los cálculos, lo que se pretende obtener es una imagen categorizada en donde se discriminen aquellas áreas dinamizadas de las que permanecieron estables, el intérprete deberá enfrentarse al complejo proceso de delimitar umbrales (Chuvieco, 2007).

Constituyen las celdas o elementos de una imagen que representan el valor de la radiación electromagnética total proveniente de la superficie terrestre (Arozarena Villar, 2010).

No obstante la detección de cambios puede abordarse también a partir de técnicas de clasificación de imágenes, en este caso, no hay lugar al problema de delimitar umbrales, ya que la clasificación implica discretizar la escala continua de las imágenes originales, y por tanto la comparación multitemporal se realiza entre categorías (Chuvieco, 2007). Este enfoque puede asumirse desde la clasificación conjunta de dos imágenes de diferentes fechas, o ya sea comparando imágenes previamente clasificadas. Con relación a esta última alternativa, de especial interés dentro de la presente propuesta de investigación, Chuvieco plantea lo siguiente (2007, p. 449). “…se aborda una clasificación para cada imagen por separado, cuidando de emplear la misma leyenda temática en las dos fechas, con objeto de que puedan compararse posteriormente. A continuación se genera una tabla multitemporal de cambios, en donde se presentan las transiciones que se producen entre las dos fechas (…)”

De tal forma, bajo esta técnica no sólo se obtienen las zonas estables y dinámicas, sino además cual era la cobertura original y cual para la segunda fecha, lográndose establecer tendencias de cambio en el área de estudio. De acuerdo con Chuvieco, en análisis posteriores podría estudiarse los origines de dichos cambios, correlacionándolos con información complementaria almacenada en un SIG (Chuvieco, 2007). Aunque el éxito de un análisis multitemporal de imágenes clasificadas, depende fundamentalmente de una adecuada corrección o equiparación geométrica entre las imágenes originales, así como de un buen proceso de clasificación, se debe tener en cuenta que la fiabilidad de la tabla multitemporal, siempre será inferior a las fiabilidades de cada clasificación (Chuvieco, 2007).

2.4. Algunas experiencias de análisis multitemporales en teledetección El sensoramiento remoto o teledetección se ha convertido en una herramienta útil para realizar diferentes tipos de análisis, tales como la evaluación del estado de los recursos naturales, los estudios de impacto ambiental, la identificación de 27

situaciones de amenaza y el seguimiento a procesos de ocupación del suelo entre otros, fenómenos generalmente estudiados con el fin de consolidar propuestas conducentes a ordenar y aprovechar de manera más adecuada el territorio y los beneficios que proporciona (GDSIG, (s.f.). En este contexto los análisis de enfoque multitemporal han adquirido gran relevancia, ya que permiten modelar la evolución y las tendencias espaciales de un determinado fenómeno, tras la comparación de imágenes satelitales de diferentes épocas para un mismo lugar. A continuación se reseñan algunas experiencias recientes en el medio Iberoamericano, en donde se estudian especialmente los cambios de la cobertura del suelo a partir de técnicas multitemporales.

Cambio de uso de suelo y cobertura vegetal en el Municipio de Guelatao de Juárez, Oaxaca, México En ésta investigación Von Thaden Ugalde (2012), analizó el comportamiento espacio-temporal del uso del suelo y la cobertura vegetal del Municipio de Guelatao de Juárez (México), mediante la clasificación y comparación de imágenes satelitales Landsat (mediana resolución) tomadas para el periodo de 1973 al 2011, e imágenes de alta resolución proporcionadas por los satélites Keyhole Inc para el periodo de 1995 a 2010, que además sirvieron para establecer un modelo predictivo de ocupación del territorio, integrando los métodos de cadenas de Markov y autómatas celulares. De esta forma, las cadenas de Markov permitieron simular la predicción a 2025, mediante el cálculo de matrices de probabilidad de transición entre las escenas de 1995 y 2010, basadas en la magnitud de cambio de uso de suelo durante dicho periodo. Por su parte el método de autómatas celulares, se utilizó como algoritmo que asume explícitamente que las celdas vecinas, influyen en la probabilidad de transición de una celda o pixel central.

Deforestación en ecosistemas templados de la precordillera andina del centro-sur de Chile En éste estudio desarrollado por Altamirano y Lara (2010), se determinaron los cambios en la cobertura del suelo para el periodo 1989 - 2003, en los ecosistemas precordilleranos de la Región del Maule en Chile, identificando al mismo tiempo las causas del cambio del bosque nativo ubicado en el área. Esta vez, el proceso de clasificación de las imágenes satelitales Landsat TM se apoyó en el uso de fotografías áreas para determinar las áreas de entrenamiento. De ésta forma el proceso se realizó por etapas con el fin de adicionar información auxiliar asociada al análisis de textura y componentes principales: en primer lugar se clasificaron las imágenes empleando la combinación de bandas más acertada. Pasó seguido, utilizando las mismas áreas de entrenamiento se clasificó nuevamente la imagen agregando a la combinación de bandas inicial, una banda de textura con el fin de expresar la similitud espectral entre pixeles adyacentes en ventanas de 5 x 5 píxeles; finalmente se adicionó una nueva banda generada mediante un análisis de los componentes principales, que resume la información de las tres primeras bandas espectrales empleadas. En relación al proceso de validación, inicialmente se aplicó el índice de divergencia transformado para evaluar las áreas de entrenamiento que varía entre 0 y 2000, e indica la mínima y máxima separabilidad espectral entre pares de tipos de cobertura. En segundo lugar se evaluó la exactitud de la clasificación supervisada de las imágenes, a partir de la selección de muestras independientes de las áreas de entrenamiento (un mínimo de 50 pixeles), las cuales fueron verificadas en visitas realizadas al área de estudio, y con lo cual se construyó la matriz de errores. En el estudio se destaca la importancia de aplicar, en el proceso de clasificación, nuevas bandas asociadas a la textura, y a los componentes principales encontrados en cada imagen, esto con el fin de mejorar la exactitud global de la clasificación. De igual forma, se resalta la importancia de aplicar el índice de divergencia transformado en el proceso de validación de las imágenes,

el cual permitió corroborar que las áreas de entrenamiento correspondieran a los tipos de cobertura identificados.

Procesado de imágenes de satélite: obtención de magnitudes biofísicas de la vegetación Poveda Sánchez, González Martín, Diaz San Andrés, y Balbontín Nesvara (2010), determinaron las magnitudes biofísicas de la vegetación natural y cultivada en la Provincia de Albacete en España para el periodo 2004 - 2005, a partir del uso de imágenes satelitales Landsat. De tal forma tras el procesamiento digital de la imágenes y el cálculo de índice de vegetación de diferencia normalizado (NDVI), aplicaron modelos para obtener fracciones de la radiación fotosintéticamente activa absorbida por las plantas (FPAR), tales como el índice de área foliar (IAF), la fracción de cobertura verde (Fc) y el coeficiente de cultivo definido (Kc), todos estos índices siendo desarrollados por la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO). La selección de los sitios de estudio se realizó buscando un contraste y representatividad entre dos grupos de vegetación. En el primer grupo se integraron especies de vegetación natural y el segundo, especies de vegetación agrícola. En este sentido, los sitios constituyen una serie de parcelas con especies representativas de cada grupo, de las cuales se logró obtener clases diferenciables en las evoluciones temporales de los parámetros biofísicos. De esta manera se destaca la importancia del uso de indicadores relacionados con valores obtenidos de NVDI, para observar el comportamiento de la vegetación bajo distintos estados y parámetros biofísicos, destacando aquellos aspectos que pueden interferir en el desarrollo de la vegetación.

Estudio multitemporal del nor-oriente del Ecuador En éste estudio, realizado por GEOPLADES (2009), para analizar los cambios en la cobertura vegetal y uso del suelo en el periodo de 1990 a 2008, y su proyección al año 2030 en la zona nor-oriental de Ecuador, se emplearon 30

imágenes satelitales Landsat correspondientes a los años 1988, 1989 y 1991, así como 23 imágenes ASTER tomadas para los años 2003, 2004, 2005, 2007 y 2008. De ésta forma se obtuvieron mapas de cobertura vegetal, ocupación del suelo y ecosistemas presentes desde la década de 1990. La proyección en los cambios de cobertura se basó en un modelo de selección discreta, con el cual se logró establecer las tendencias de ocupación5. Considerando que el método de clasificación empleado fue el supervisado, se definieron áreas de entrenamiento para cada tipo de cobertura aplicando el método de “Polígonos definidos por el usuario”, el cual se basa en el reconocimiento de patrones que se obtienen de la respuesta espectral de los píxeles, y permiten definir los polígonos correspondientes a cada área de entrenamiento. El proceso de verificación se realizó de forma estratificada, con énfasis en aquellas unidades cartográficas donde la respuesta espectral de las clases no permitió su completa identificación, para ello se asignaron nuevas áreas de entrenamiento aplicando una vez más el método de clasificación supervisada. Finalmente para validar la clasificación de las imágenes se empleó la matriz de error o matriz de confusión, la cual permitió precisar la información obtenida por cada cobertura.

Análisis multitemporal de la cobertura y uso de la tierra a través del sistema LCCS en la cuenca baja del Río Grande-Santa Cruz La investigación realizada por Guerra Cerezo (2006), examina los cambios en la cobertura del suelo entre 1986 y 2005 en la cuenca baja del Río Grande (Santa Cruz - Bolivia), a partir del procesamiento y clasificación de imágenes Landsat y Aster de acuerdo a los parámetros del sistema LCCS (Land Cover Clasifications Systems) desarrollado por la FAO, y el cual permite la definición de diferentes clases de cobertura, como base para identificar conflictos en el uso según las características del área de estudio. 5

En el documento citado no se expone de forma detallada la metodología empleada para la proyección de los cambios de cobertura al año 2030, de este proceso sólo se menciona que el modelo aplicado es el de selección discreta.

De acuerdo con esta metodología, en la cuenca baja del Río Grande en Bolivia se lograron distinguir cuatro tipos de cobertura: la vegetación terrestre natural y seminatural, el bosque denso alto siempre verde, la vegetación terrestre cultivada y los cuerpos de agua (en este caso corresponden a lagos y ríos ubicados dentro del área de estudio). Con el fin de mejorar la interpretación visual de las imágenes y los distintos tipos de coberturas, se realizaron composiciones a color y realces zonificados mediante la combinación de bandas. En este caso el realce zonal se obtuvo mediante la aplicación de un filtro de “realce borde”, mediante el cual se diferencia entre el píxel central y sus vecinos permitiendo resaltar ciertos tipos de cobertura que pueden diferenciarse de otros objetos. En este sentido, la interpretación visual preliminar permitió descifrar los macropatrones de cobertura mediante el análisis de la textura, el tono, el color, así como de la variabilidad de realce. Adicionalmente en el diseño de la leyenda LCCS, se adoptó una clave matriz dicotómica en la clasificación de coberturas generales, en las cuales a su vez se identificaron criterios descriptores o clasificadores para la definición de grupos o subclases, criterios que se encuentran agrupados por factores fisonómicos característicos en el caso de la cobertura vegetal natural, y por sistemas de producción y modalidades de cultivo en el caso de la vegetación cultivada. Por consiguiente, las clases fueron determinadas considerando la interpretación visual, y las características que ofrece el programa para que el usuario pueda determinar los tipos de cobertura y ajustarlos cuando estos cambien. Después de definir las clases, se realizó la interpretación visual de la cobertura de la tierra a partir de imágenes de satélite utilizando el programa Geo Vis, que además permitió combinar las técnicas de la interpretación visual con opciones de clasificación y discretización automática de vectores espectrales. En este contexto, se aplicaron diversas composiciones de color y realces para definir la auto correlación de ciertos patrones de cobertura.

Para la digitalización de la información, después de definir la escala del trabajo y la mínima unidad de mapeo, se logró realizar una discriminación espectral mediante la selección de variables referidas al umbral, el tamaño del píxel y la topología, de manera que “las clases fueron definidas por una relación

de clasificadores en base a la discretización de los valores espectrales con respuestas comunes” (Guerra Cerezo, 2006, p. 27), las cuales fueron poligonizadas automáticamente de acuerdo a criterios definidos por el usuario. Finalmente, los polígonos de coberturas generados se categorizaron de acuerdo a la leyenda LCCS, la cual se activó a partir de un enlace en el programa Geo Vis, facilitando la creación de polígonos y su categorización en tiempo real. Además, se destaca que la identificación y verificación de las clases definidas fueron corroboradas en campo con visitas y la realización de videografías aérea georreferenciadas.

3. Metodología En el abordaje de estudios multitemporales con percepción remota, es posible identificar dos grandes vertientes metodológicas a saber: por un lado se encuentran las técnicas cuantitativas asociadas al procesamiento de imágenes continuas (composiciones multitemporales, diferencia entre imágenes, análisis de componentes principales, etc.); y por otro, está la comparación de imágenes previamente clasificadas mediante tablas de contingencia (Eastman, McKendry, y Fulk, (1994). Dentro del grupo de técnicas cuantitativas, con el fin de obtener resultados óptimos en la detección de cambios, los datos adquiridos de sensores remotos deben contar con resoluciones temporal, espacial, espectral y radiométrica constantes, esto implica que el sistema sensor seleccionado proporcione una cobertura periódica, en las mismas bandas espectrales y bajo condiciones de observación similares (altura, hora y ángulo de adquisición). En tal perspectiva, los analistas bajo este grupo de técnicas deben tener pleno conocimiento de las características de estos parámetros en las escenas a utilizar, y sus posibles impactos en la obtención de los resultados (Riaño Melo, 2002). En el caso de la comparación de imágenes previamente clasificadas, técnica en la que se suscribe el presente estudio, los pasos metodológicos en la detección de cambios se centran en el procesamiento digital de las imágenes (corrección geométrica, radiométrica y atmosférica), la categorización de las mismas en clases de superficie (clasificación supervisada o no supervisada) y en su comparación a través de matrices de cambio (vectorización y superposición de capas a través de un SIG (Eastman et al., 1994). De esta forma la comparación de imágenes clasificadas implica una gran ventaja respecto a las técnicas cuantitativas, especialmente en los estudios de carácter histórico que implican cambios de cobertura en periodos extensos de tiempo, ya que se pueden abordar imágenes disponibles de diferentes tipos de sensor (incluso aquellos fuera de operación) y por tanto variantes en sus parámetros

temporales,

espaciales,

espectrales

radiométricos.

En 34

consecuencia, en este caso los analistas se enfocan en obtener clasificaciones fiables a través de la corrección de las imágenes (procesamiento digital), la aplicación de algoritmos clasificadores y la validación de las clasificaciones. En este contexto, se muestran a continuación los pasos metodológicos utilizados para alcanzar los objetivos del presente estudio (ver Cuadro 2), pasos que giran precisamente alrededor del procesamiento digital, la clasificación y el análisis multitemporal de tres imágenes satelitales Landsat.

Cuadro 2. Diagrama metodológico CARACTERIZACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO PROCESAMIENTO DE LAS IMÁGENES SATELITALES

Selección de imágenes

Corrección Atmosférica

Corrección Radiométrica

Identificación de las categorías o coberturas del suelo

CLASIFICACIÓN DE LAS IMÁGENES SATELITALES

Selección de áreas de entrenamiento

Aplicación de herramientas de selección (ROI) o (AOI), según el programa de clasificación

Clasificación de las imágenes

Aplicación del algoritmo de máxima probabilidad

Cálculo de la fiabilidad global de los mapas obtenidos VALIDACIÓN DE LA CLASIFICACIÓN

Estructuración de la Matriz Kappa o matriz de confusión

Cálculo de la fiabilidad del usuario y del productor Cálculo del coeficiente kappa

ANÁLISIS MULTITEMPORAL Y ANÁLISIS DE RESULTADOS

Con relación al programa satelital seleccionado, el programa Landsat de la Agencia Espacial Norteamericana, es importante destacar que constituye el programa líder a nivel mundial para la observación y monitoreo de los recursos

terrestres. Esta serie que inició en 1975, a la fecha suma un total de 8 satélites de los cuales 2 se mantienen activos (Landsat 7 y 8). El amplio uso de las escenas Landsat por expertos y entidades de variados campos del conocimiento, se explica gracias a las constantes mejoras radiométricas, geométricas y espaciales incorporadas en los sensores del programa (RBV, MSS, TM, TM+ y OLI TIRS), orientadas a optimizar la producción de cartografía temática. Entre las ventajas que ofrecen las escenas Landsat 5 Y 8 en la realización del presente estudio, de carácter multitemporal y semi-detallado alrededor de coberturas generales del suelo, se encuentran las siguientes: composición de entre 6 y 9 bandas multiespectrales especialmente útiles en el monitoreo de la vegetación y los recursos naturales; resolución espacial de 30 metros, propicia para análisis a escalas medianas; correspondencia geométrica entre las escenas en la proyección UTM – WGS84; disponibilidad de datos de archivo desde 1982 (principal ventaja frente a otros programas satelitales en estudios históricos); y la disponibilidad gratuita de los datos en diversos servidores tales como el Image 2000 de la Comisión Espacial Europea (http://image2000.jrc.ec.europa.eu/), o el servidor Glovis del Servicio Geológico Nacional de los Estados Unidos (http://glovis.usgs.gov/).

3.1. Caracterización del área de estudio El Área de Influencia del Corredor Metropolitano Cali – Jamundí, para efectos del presente estudio constituye un territorio de 320,77 km², localizado al sur del Departamento del Valle del Cauca, más específicamente sobre la planicie aluvial de la cuenca del alto valle geográfico del Río Cauca, alcanzando incluso parte de los cerros al este de la Cordillera Occidental (ver Figura 3). Los criterios utilizados para la delimitación de dicha área como área objeto de estudio, se describen a continuación:

•

Límite occidental: Comprende una isolínea de 1400 metros sobre el nivel del mar en el piedemonte de la Cordillera Occidental. Alrededor de esta altura y sobre esta misma cordillera, se encuentra el punto más alto alcanzado por el perímetro urbano actual de la Ciudad de Cali, esto 36

específicamente en el sector de Patio Bonito en el Barrio Vista Hermosa (ver Figura 3).

•

Límite norte: Básicamente sigue el trayecto de las vías que para el año 1984, determinaban el perímetro urbano al sur de la Ciudad de Cali.

•

Límite oriental: Comprende un área de influencia de 500 metros alrededor de la margen oriental del Río Cauca. Se busca incluir en el análisis la dinámica de las coberturas alrededor del Rio en su integridad (incluyendo ambas márgenes), como el principal ecosistema dentro del área de estudio.

•

Límite sur: Sigue el trayecto de las dos vías rurales al sur de la Cabecera Municipal de Jamundí, que se encuentran directamente conectadas con el corredor metropolitano. Una de estas comunica la Cabecera Municipal de Jamundí con el Corregimiento de Potrerito en sentido occidental, mientras la otra lo hace en sentido oriental con el Corregimiento de Paso de la Bolsa, ambos corregimientos del Municipio de Jamundí. A raíz de la convergencia intertropical propia de la Región Andina, el área de

estudio se caracteriza por un régimen pluviométrico bimodal, en donde los periodos de lluvia generalmente van de marzo a mayo y de septiembre a noviembre, mientras los periodos secos se presentan de diciembre a febrero y de junio a agosto (CVC y Universidad del Valle, 2004). Es de esta forma que la temperatura media en la planicie del Valle Geográfico del Alto Cauca, que se eleva alrededor de los 1000 metros sobre el nivel del mar, alcanza los 24ºC con variaciones entre los 10 y los 38ºC, la precipitación media anual llega aproximadamente a los 1000 mm y la humedad promedio mensual se encuentra en el rango del 70 al 75% (CVC y Universidad del Valle, 2004). En el área de estudio es posible identificar tres tipos de suelos, por un lado se encuentran los sedimentos de origen volcánico alternados con bancos de arenisca, asociados a los cerros de la Cordillera Occidental, estos se caracterizan 37

por un drenaje excesivo y por su cobertura de bosque natural; ya en la zona de piedemonte, a la margen izquierda del Río Cauca se observan abanicos aluviales caracterizados por su contenido de sodio en algunos casos, y en otros por sus horizontes compactos con gravas y pedregosidad, estos suelos se utilizan para la actividad agrícola bajo el predominio de la caña de azúcar; finalmente en la planicie del valle geográfico, en las proximidades del Río Cauca, se presenta la mayor acumulación de sedimentos aluviales, estos se caracterizan por ser suelos profundos de buen drenaje y algunos problemas de salinidad, las actividades predominantes son los cultivos de caña de azúcar y la ganadería extensiva.

Figura 3. Mapa del ĂĄrea de estudio 76Â°38'W

76Â°31'W

Palmira 3Â°27'N

1.75

3.5

LOCALIZACIĂ&#x201C;N GENERAL

Santiago de Cali

Sistema de Coordenadas: MAGNA Colombia Bogota ProyecciĂłn: Transverse Mercator Datum: MAGNA

Dep artamento de Valle del Cauca

Rep Ăşblica d e Colombia

Aruba

RISARALDA

CHOCĂ&#x201C;

Venezuela

QUINDIO

TOLIMA

Ecuador Brazil Peru

Candelaria

190 380

CAUCA 760 Km

120 Km

HUILA

LEYENDA Sectores de mayor altura en el perimetro actual de Cali

Ă rea de estudio

sgor das aĂąa

CONVENCIONES

Ave n

ida C

Sector Patio Bonito

VĂa Panamericana

3Â°20'N

Barrio Vista Hermosa

VĂas principales

Limite municipal

Isolinea de 1400 msnm

Perimetro urbano actual de Cali

ElaboraciĂłn propia con base en geodatos del SIGOT Colombia (http://sigotn.igac.gov.co/sigotn/).

Puerto Tejada

Mapa Base: Imagen satelital Lansat 5 TM (1984), composiciĂłn 742. Obtenida del servidor del Servicio GeolĂłgico de los Estados Unidos (http://glovis.usgs.gov/).

JamundĂ UNIGIS AmĂŠrica Latina

Cambios en la cobertura del suelo en el Corredor Metropolitano Cali - JamundĂ entre 1984 y 2013

3Â°13'N

Estudio presentado para optar al tĂtulo de Magister en Sistemas de InformaciĂłn GeogrĂĄfica Dayver Betancourt Maldonado

Villa Rica Guachene 76Â°38'W

76Â°31'W

Octubre de 2014

3.2. Procesamiento de las imágenes satelitales Landsat En este paso se realizó la corrección radiométrica y atmosférica de las imágenes seleccionadas, con el propósito de eliminar distorsiones provocadas por el sensor y las condiciones ambientales en las cuales fueron tomadas las imágenes. Cabe anotar que no se llevaron a cabo correcciones geométricas ya que el programa Landsat garantiza una correspondencia espacial entre sus escenas terrestres.

Selección y obtención de las imágenes satelitales: a partir del servidor Glovis del Servicio Geológico Nacional de los Estados Unidos, se obtuvieron tres imágenes del programa Landsat con las características que se exponen en el Cuadro 3. Cuadro 3. Características de las imágenes seleccionadas PROPIEDADES ID DE LA IMAGEN FORMATO SATÉLITE SENSOR MODO DEL SENSOR FECHA ADQUISICIÓN COMPOSICIÓN ACIMUT DEL SOL ELEVACIÓN DEL SOL PROYECCIÓN DATUM ELIPSOIDE ZONA UTM

IMAGEN 1984 LT50090581984246AAA03 GEOTIFF Landsat_5 TM SAM 1984-09-02 14:49:23.3380310z 6 bandas multiespectrales

IMAGEN 1998 LT50090581997297CPE03 GEOTIFF Landsat_5 TM SAM 1998-10-24 14:52:49.8970440Z 6 bandas multiespectrales

IMAGEN 2013 LC80090582013245LGN00 GEOTIFF Landsat_8 OLI_TIRS BUMPER 2013-09-02

1 banda térmica

9 bandas multiespectrales 2 bandas térmicas

80.60065809 55.77741470 UTM WGS84 WGS84 18

117.59430746 57.47072469 UTM WGS84 WGS84 18

78.36373095 63.78334712 UTM WGS84 WGS84 18

30 metros para las bandas multiespectrales de 1 a 7 y 9, 15 metros TAMAÑO DE para la banda CELDA pancromática 8 y 100 metros para las bandas térmicas 10 y 11 FUENTE: Elaboración propia a partir de la metadata de cada una de las imágenes Landsat. 30 metros en bandas multiespectrales, 120 metros banda térmica

30 metros en bandas multiespectrales, 120 metros banda térmica

Corrección radiométrica de las imágenes: este procedimiento se realiza en dos etapas y busca transformar los niveles digitales a valores de reflectancia. En la primera etapa se convirtieron los ND (Niveles digitales) a valores de radiancia a partir de los coeficientes de calibración del sensor, usando la siguiente fórmula: Lsen, k = ao, k + a1, k NDk 40

Donde Lsen, k corresponde a la radiancia espectral recibida por el sensor en la banda k; ao, k y a1, k son los coeficientes de calibración para esa banda, y NDk es el nivel digital de la imagen en la misma banda (Chuvieco, 2007). En este sentido, debido a que las imágenes correspondientes a los años de 1984 y 1997 fueron suministradas por el satélite Landsat-5 TM, los coeficientes de calibración requeridos para la conversión de los niveles digitales a valores de radiancia se muestran en la Tabla 1: Tabla 1. Parámetros para la conversión a reflectividades de imágenes Landsat-5 TM BANDA

EO, K (WM-2 µM-1) IRRADIANCIA SOLAR EN EL TECHO DE LA ATMÓSFERA

AO, K

A1, K

1.957

-1.5

0.602

1.829

-2.8

1.17

1.557

-1.2

0.806

1.047

-1.5

0.815

219.3

-0.37

0.108

74.52

-0.15

0.057

7 Fuente: Chuvieco, 2007.

Respecto a la imagen empleada para el año 2013 obtenida del satélite Landsat -8, se tuvieron en cuenta los coeficientes de calibración proporcionados por el archivo de metadatos de la imagen, dispuestos en la Tabla 2, los cuales permitieron estimar la radiancia espectral en el techo de la atmósfera, como una medida necesaria para la corrección radiométrica de la imagen como se verá a continuación. Tabla 2. Coeficientes de calibración para el cálculo de la radiancia espectral en el techo de la atmósfera BANDA

AO, K

A1, K

-62.58381

1.2517E-02

-63.81901

1.2764E-02

-58.43669

1.1687E-02

-49.49229

9.8985E-03

-30.03248

6.0065E-03

-7.56668

1.5133E-03

-2.46143

4.9229E-04

-55.74994

1.1150E-02

-12.34159

2.4683E-03

Fuente: Elaboración propia a partir del archivo de metadatos de la imagen Landsat 2013.

En la segunda etapa, considerando que la radiancia que llega al sensor es una función de la irradiancia solar, la reflectividad de la cubierta y las condiciones de adquisición, se estimaron los valores de reflectividad aparente o reflectancia del sensor (p*k), a partir de la irradiancia solar y la fecha de adquisición de la imagen (con la cual se puede obtener D, que corresponde al factor corrector de la distancia tierra-sol y el ángulo θi). En este sentido, los valores de reflectividad aparente se calcularon despejando la siguiente fórmula: Lsen, k = Eo, k cos θi p* k

Dπ Donde Eo, k es la irradiancia solar en el techo de la atmósfera, determinada para cada banda del espectro (ver Tabla 1), p* k es la reflectividad aparente de la cubierta de la cubierta en esa banda k; θi corresponde al ángulo cenital del flujo incidente, que se forma por la vertical del terreno y los rayos solares; y D corresponde al factor corrector de la distancia tierra-sol, que se calculó a partir de la siguiente ecuación:

D= (1+0.01674 (sen (2π(J-93.5)/365)))2 Donde J indica el día en el calendario juliano y seno convierte los valores del ángulo en radianes. Es importante señalar, que de acuerdo con Chuvieco (2007), este factor corrector puede variar entre 0.983 (3 enero) en el perihelio y 1.017 (4 de julio) en el afelio. En consecuencia, la reflectividad aparente6 p*

se estimó resolviendo el

siguiente parámetro para cada uno de los pixeles que componen las imágenes empleadas en este el estudio:

Es importante mencionar entonces que la reflectividad, es la relación que existe entre la cantidad de energía que llega al sensor en una banda determinada, y la cantidad de energía total que se mediría en esa banda. Sin embargo, en éste reflectancia, es una reflectancia aparente debido a que no se tiene en cuenta la dispersión ocasionada por la atmósfera.

p* k = Dπ Lsen, k Eo, k cos θi

Corrección atmosférica de las imágenes: debido a que la reflectividad aparente no tiene en cuenta la dispersión ocasionada por la atmósfera, es necesario corregir los efectos y las distorsiones que ésta causa en la imágenes, permitiendo medir la reflectividad de la cubierta, sin estar influenciada por la atmósfera. En este sentido, para calcular la reflecividad de la superficie fue necesario estimar la transmisividad de la atmósfera (descendente, Tk,i, y ascedente, Tk,o), la irrandicia difusa (Ed, k), y la radiancia atmosférica debido a la dispersión (La,k) (Chuvieco, 2007). Por consiguiente, la radiancia de la cubierta es producto de los siguientes parámetros: L sen, k = L su, k T k, o + La,k Donde L

su, k

es la radiancia que sale de la superficie, T k, o la trasmisividad de

la atmósfera para el flujo ascendente, y La, k corresponde a la radiancia aportada por la dispersión de la atmósfera. La transmisividad en la dirección ascendente dependerá del espesor óptico del ozono (Toz, k), de aerosoles (Ta, k), y del espesor óptico molecular (Tr, k) para esa misma banda, así como del ángulo de observación. T k, o = exp ((-Toz, k - Ta, k - Tr, k) / cos θo) Respecto al flujo incidente, teniendo en cuenta que la irradiancia que llega al suelo (Esu, k) no es la misma que llega al techo de la atmósfera (Eo, k), sino que ésta también se encuentra afectada por la atmósfera y por el componente de luz difusa, ésta se pudo estimar a partir del siguiente parámetro: Esu, k= Eo, k cos θi Tk, i + Ed, k Donde Eo, k es la irradiancia solar en el techo de la atmósfera, θi es el ángulo cenital del flujo incidente (descritos anteriormente), Tk,

corresponde a la 43

trasmisividad atmosférica que afecta al rayo incidente, y Ed,

es la irradiancia

difusa como consecuencia de la dispersión Rayleigh7 y Mie8, que también depende de las condiciones de la atmósfera. Es preciso mencionar que la transmisividad del rayo incidente tiene una expresión similar a la que afecta el flujo reflejado, cambiando el ángulo de observación por el de incidencia (θi). T k, o = exp ((-Toz, k - Ta, k - Tr, k) / cos θi) Por consiguiente, para medir la reflectividad real de la cubierta definida por:

Pk = DπLsu, k E su, k Se resolvió la siguiente fórmula:

Pk = Dπ((Lsu, k – La, k)/ Tk, o) Eo, k cosθi Tk, i + Ed, k A partir de estos planteamientos, se corrigieron atmosféricamente las imágenes satelitales, acudiendo al método DOS también conocido como método de sustracción de objetos oscuros, en el cual se asume que las áreas cubiertas con materiales de fuerte absortividad (agua, zonas en sombra) representan una radiancia espectral muy próxima a cero. Para ello, se usó el histograma de los ND de las imágenes que siempre muestran un mínimo superior ha dicho valor (cero), cuya diferencia se le atribuye al efecto de la dispersión atmosférica. Por consiguiente, “la corrección atmosférica consistirá en restar a todos los ND de

cada banda el mínimo de esa misma banda, situando el origen del histograma en cero” (Chuvieco, 2007, p. 271), como se expresa a continuación: ND´i, j, k = ND i, j, k – ND min, k

7 8

Se refiere a la dispersión de la luz visible o cualquier otra radiación electromagnética por partículas, cuyo tamaño es mucho menor a la de la longitud de onda. Con el término se hace referencia a la dispersión causada por el efecto de los aerosoles y nubes suspendidas gracias al movimiento vertical de la masa de aire de la tierra.

Donde ND

min, k

indica el valor mínimo de cada banda, que permite estimar el

valor de la radiancia atmosférica debida a la dispersión (La, k) a partir del valor mínimo del histograma. Los ND mínimos se identificaron en muestras de más de 1000 pixeles de objetos oscuros en las tres imágenes, y se procesaron en ENVI 5.1 para ser restados a los ND de cada banda, sus respectivos valores se pueden apreciar en la Tabla 3. Tabla 3. Valores mínimos de ND utilizados en la corrección atmosférica Banda

Imagen 1984

1998

2013

0.063789

0.062166

0.086810

0.047965

0.038098

0.066612

0.028588

0.023685

0.043517

0.063322

0.037603

0.028313

0.008303

0.010576

0.054240

0.000000

0.020844

No aplica

0.008115

Adicionalmente, se estimó el espesor atmosférico de aerosoles teniendo en cuenta la transmisividad del flujo incidente y reflejado, donde la transmisividad descendente se define por el coseno del ángulo cenital (θi), sin tener en cuenta la irrandiancia difusa, de modo que la fórmula empleada para medir la reflectividad real de la cubierta fue la siguiente:

Pk = Dπ(Lsen, k – La, k) Eo, k cosθi Donde La, k se obtuvo a partir del valor mínimo o de un objeto de reflectividad nula (La, k= ao + al, k NDmin), asumiendo que la transmisividad ascendente es igual 1, válido para observaciones verticales. Concluido el proceso de corrección radiométrica y atmosférica de las imágenes seleccionadas, se aplicaron una serie de transformaciones que tienen

como objetivo mejorar el proceso de clasificación en el área de estudio. Dicho procedimiento se describe en el punto a continuación.

3.3. Aplicación transformaciones previas para mejorar la discriminación entre distintos tipos de cubiertas en el área de estudio Para el reconocimiento de aspectos específicos de la superficie terrestre, se han

desarrollado

diferentes

métodos

entre

los

cuales

entran

las

transformaciones. De acuerdo con Paco (2006), este método consiste en la realización de operaciones de diversa índole sobre las imágenes satelitales, para obtener una estimación aproximada de las realidades físicas que produjeron las respuestas espectrales captadas por el sensor. Según el autor, existen dos tipos de transformaciones, las orientadas donde se tiene un conocimiento previo de lo que se busca, y las no orientadas, en donde no sabe a priori lo que se está indagando. En este contexto, acorde con los objetivos de investigación, se emplearon los métodos que integran las transformaciones orientadas, entre los cuales se encuentran los

índices de

vegetación y el método de transformación Tasseled Cap, que a partir de la combinación de bandas específicas del satélite permiten distinguir de forma concreta ciertos tipos de coberturas como se verá a continuación.

Aplicación del índice de vegetación normalizada - NDVI Los índices de vegetación, como medidas cuantitativas basadas en valores digitales, permiten medir la cantidad biomasa y vigor vegetal en cada uno de los pixeles que componen una imagen satelital, mejorando significativamente la identificación de coberturas vegetales y su comportamiento a través del tiempo. El particular comportamiento radiométrico de la vegetación sana entre la banda roja (0,6 y 0,7 μm.), donde los pigmentos de la hoja absorben la mayor parte de la energía que reciben, y el infrarrojo cercano (de 0,7 y 1,1 μm.), donde dicha energía es reflectada en su mayoría, permite valorar cualitativamente y separar con mayor claridad la vegetación de otras cubiertas. De este modo, 46

cuando la vegetación se encuentra expuesta a factores como sequías o plagas, su reflectividad es inferior en el infrarrojo cercano, aumentando paralelamente en el rojo por tener menor absorción de clorofila. En la actualidad, existen una variedad de índices de vegetación mediante los cuales se puede estimar la cantidad de agua, biomasa, clorofila, flujo neto de CO2, radiación y lluvia absorbida por las plantas, entre otras variables que permiten realizar un seguimiento al estado de las cubiertas vegetales en diferentes parte del mundo (Gilabert, Gonzáles Piqueras y García Haro, (1997). Entre los más empleados se encuentran el cociente simple entre las bandas de rojo e infrarrojo cercano y el denominado índice de vegetación de diferencia normalizada - NDVI, los cuales por su fácil calculo e interpretación han adquirido un papel protagónico en la evaluación ambiental de las coberturas vegetales a nivel global. En este sentido, con el propósito de mejorar la clasificación de las imágenes seleccionadas, se calculó el índice de vegetación de diferencia normalizada NDVI, que permitió identificar la presencia de vegetación verde en el área de estudio, determinar su distribución espacial y la evolución de su estado a lo largo del tiempo (Merg et al., (2011). La fórmula empleada para ello fue la siguiente: NDVI = (IRC – R) (IRC + R) Donde IRC es la reflectividad obtenida en el infrarrojo cercano y R es la reflectividad arrojada. Debido a que la reflectividad en el infrarrojo cercano y en el rojo, considera la radiación reflejada sobre la radiación entrante en cada banda espectral, los valores de las reflexiones espectrales para este índice oscilan entre -1 y 1. Por ejemplo, el agua al tener mayor reflectancia en el rojo –R- que en el infrarrojo cercano –IRC- arroja valores negativos de NDVI, en contraste con las nubes, quienes al presentar valores similares en R y en IRC tienen un NDVI cercano a 0. Adicionalmente, se puede constatar que el suelo descubierto y con vegetación rala, arroja valores positivos aunque no muy elevados de NDVI, a diferencia de 47

aquellas áreas con presencia de vegetación densa, húmeda y bien desarrollada, cuyos valores de NDVI son superiores, permitiendo distinguir la vegetación de otro tipo de cubiertas (Merg et al., 2011). Finalmente, es preciso mencionar que el cálculo de este índice se realizó a partir de la herramienta facilitada por el programa Envi versión 4.3, la cual se denomina –NDVI-, que permite la combinación de bandas Rojo e infrarrojo cercano, para diferenciar el estado la vegetación presente en el área de estudio.

Aplicación del método de transformación Tasseled Cap La transformación Taseled Cap –TTC- (gorro borlado), se encuentra orientada a obtener nuevas bandas mediante la combinación lineal de las originales, con el propósito de realzar algunos rasgos de interés de las imágenes seleccionadas. La TTC al poner mayor énfasis en el comportamiento espectral del suelo y la vegetación, a partir de la creación de ejes mejor ajustados al espacio físico, realiza una separación más nítida de ambas cubiertas (Paco, 2006). En las imágenes Landsat la transformación TTC, realza la presencia de tres componentes, entre los cuales se encuentran el brillo, que refleja los cambios en la reflectividad total de la imagen; el verdor como indicador del contraste entre las bandas visibles y el infrarrojo próximo, el cual muestra resultados similares a los índices de vegetación, y la humedad asociada principalmente al contenido húmedo de la vegetación y el suelo, la cual se manifiesta claramente en las bandas del infrarrojo medio, donde se puede observar mejor la absorción del agua (Paco, 2006). De este modo, la transformación supone pasar del número total de bandas que componen los satélites Landsat 7 y 8, exceptuando las del infrarrojo termino, a tres bandas con un claro sentido físico que representan el brillo de la imagen (albedo), el verdor y la humedad. De acuerdo Paco (2006), estas nuevas bandas se obtienen mediante las siguientes ecuaciones:

n bandas

Brillo = Σ Ckb Pk K=1

n bandas

Verdor= Σ Ckv Pk K=1

n bandas

Humedad= Σ Ckh Pk K=1 En estas ecuaciones Ckb, Ckv y Ckh son los coeficientes para obtener el brillo, verdor y humedad en la banda k de la imagen seleccionada, los cuales fueron desarrollaron para el sensor TM del satélite Landsat 5 y 7, como se muestran en la Tabla 4.

Tabla 4. Coeficientes de la transformacion tasseled cap COMPONENTE

BRILLO

VERDOR

HUMEDAD

BANDA 1

0.3037

-0.2848

0.1509

BANDA 2

0.2793

-0.2435

0.1973

BANDA 3

0.4743

-0.5436

0.3279

BANDA 4

0.5585

0.7243

0.3406

BANDA 5

0.5082

0.0840

-0.712

BANDA 6

0.1863

-0.1800

-0.4572

Fuente: Chuvieco, 2007

Considerando lo anteriormente planteado, se aplicó la transformación TTC a las imágenes seleccionadas, para distinguir entre las cubiertas de vegetación y suelos correspondientes al área de estudio. Para ello, se empleó el sofwarwe Envi versión 4,3, el cual dispone de una caja de herramientas para realizar transformaciones,

entre las cuales se encuentra la Transformación Trasseled

Cap.

Unión de bandas (layer Stacking) Después de aplicar las transformaciones antes mencionadas a las imágenes originales, se generaron cuatro nuevas bandas, obtenidas a partir de los resultados arrojados por el índice de vegetación de diferencia normalizada –NDVIy la transformación Trasseled Cap, mejorando de este modo el proceso de clasificación y distinción de los tipos de cubiertas en el área de estudio. En consecuencia, para realizar la clasificación de las imágenes fue necesario llevar a cabo una unión de bandas, también conocido como un layer stacking. Debido a la correlación existente entre las bandas 1, 2 y 3, y entre las bandas 5 y 7 de los satélites Landsat, se seleccionaron las bandas 3, 4 y 5 para evitar la redundancia de información y realizar la unión de bandas, la cual incluye la banda del índice de vegetación –NDVI- y las obtenidas de la transformación Tessele cap. En este sentido, se logró conseguir para cada periodo de analisis una imagen compuesta por siete bandas. Es preciso destacar, que este proceso al igual que los anteriores se realizó a partir de una de las herramientas proporcionadas por el software Envi versión 4.3 conocida como Layer Stacking, que permite la unión de bandas obtenidas de diferentes procesos de transformación con el fin de mejorar la clasificación de las imágenes.

Recorte del área de estudio Una vez unidas las bandas, con el propósito de agilizar el procedimiento computacional requerido al momento de clasificar las imágenes y obtener los tipos de coberturas, se hizo un recorte de las imágenes con el marco geográfico de la zona de estudio, correspondiente al área de influencia del corredor metropolitano Cali-Jamundí. Se resalta que dicho procedimiento se hizo mediante la herramienta spacial subset dispuesta por el software Envi versión 4.3.

3.4. Clasificación de las imágenes satelitales La clasificación digital de una imagen multibanda, consiste en la categorización de cada uno de sus pixeles dentro de una clase de superficie, en relación a la estructura estadística de la imagen, esto implica pasar de una variable continua como son los niveles digitales originalmente detectados por el sensor, a una escala de datos que puede ser nominal como en el caso de las coberturas del suelo, u ordinal si se llega a obtener los niveles de afectación de un incendio por ejemplo (Yébenes Gómez y Giner Sotos, (s.f.). Como se ha descrito en el capítulo de revisión de literatura existen dos métodos de clasificación, el método supervisado que implica tener un conocimiento previo del área de interés, y el método no supervisado, que de acuerdo con Arango Gutiérrez, Branch Bedoya y Botero Fernández (2005), permite la distinción de las categorías, al asumir que los niveles digitales de la imagen forman una serie de grupos de pixeles de comportamiento espectral homogéneo, mediante los cuales se define automáticamente las diferentes clases de superficie. Considerando estos aspectos, la clasificación de las imágenes seleccionadas para el desarrollo de esta investigación se fundamentó en el método supervisado, el cual a partir del conocimiento previo del Área de influencia del Corredor Metropolitano Cali – Jamundí, permitió categorizar las coberturas generales del suelo basadas en áreas muéstrales o de entrenamiento. Es importante destacar que el método de clasificación supervisada, tras una adecuada labor de asignación de áreas muéstrales, siempre permitirá obtener clasificaciones más precisas con relación al método no supervisado, dada la implementación de algoritmos que además de utilizar la información contenida en la imagen, asocian la misma a regiones específicas del territorio sobre las cuales el usuario tiene un conocimiento certero. En el caso específico del presente trabajo, aunque se involucran dos imágenes históricas (1984 y 1998), cuya selección de áreas de entrenamiento supone una mayor dificultad (al requerir igualmente un conocimiento histórico del territorio), dicha actividad se hizo viable gracias a que las coberturas generales a 51

clasificar se asocian a geoformas específicas conocidas en el territorio (plantaciones y vegetación natural abierta al Valle Geográfico del Rio Cauca, bosques a los Cerros de la Cordillera Occidental, construcciones a las áreas consolidadas de Cali y Jamundí), de igual forma dicha asignación de áreas representativas, se apoyó en la comparación de las repuestas espectrales de las dos imágenes históricas con la respuesta espectral para cada cobertura de la imagen 2013, cuya selección de áreas de entrenamiento se apoyó en la interpretación visual de una imagen de alta resolución.

Selección de áreas de entrenamiento Estas áreas consisten en grupos de pixeles que se fijan como áreas representativitas de cada una de las coberturas definidas, a partir del reconocimiento previo del territorio y la exploración visual y radiométrica de las imágenes satelitales. Para su definición, se crearon dentro de las imágenes áreas o regiones de interés por cobertura, que se emplearon como referencia desde el punto de vista espectral para la clasificación del resto de pixeles. Para realizar este procedimiento como paso previo a la etapa de clasificación, se acudió a la herramienta de “Regiones de interés” del programa Envi 4.3, con ésta se definieron polígonos representativos de las coberturas del suelo, procurando obtener más de 1000 pixeles muéstrales por categoría tal como se muestra en la Figura 4 y en la Tabla 5. La selección de las áreas de entrenamiento en el caso de la imagen de 2013 se basó en el conocimiento del terreno y la interpretación visual de una imagen de alta resolución RapidEye 2013. En el caso de las imágenes de 1984 y 1998, la selección de las áreas de entrenamiento se basó en la respuesta espectral de las clases identificadas en la imagen de 2013, de tal forma que mediante un proceso de ensayo y error para encontrar regiones con respuestas similares, se definieron las mismas clases de entrenamiento en las tres fechas de análisis.

Figura 4. Definición de áreas de entrenamiento en el caso de la imagen Landsat 2013.

Tabla 5. Representatividad de las áreas de entrenamiento seleccionadas por categorías de cobertura Imagen 1984 Área de entrenamiento

Imagen 1998

Imagen 2013

Nº polígonos

Nº pixeles

Has

Nº polígonos

Nº pixeles

Has

Nº polígonos

Nº pixeles

Has

Vegetación natural abierta

897

80.7

2049

184.4

1014

91.3

Plantaciones

1650

148.5

2458

221.2

1650

148.5

Tierras eriales

1068

96.1

1700

153

1129

101.6

Bosques

1005

90.4

942

84.8

1442

129.8

Construcciones

969

87.2

2527

227.4

1305

117.4

Nubes

1174

105.7

152

13.7

2830

254.7

Sombras

170

15.3

105

9.4

537

48.3

Las categorías de cobertura del suelo identificadas a una escala modelada de 1:100.000, esencialmente coinciden con la clasificación desarrollada por el Instituto Internacional de Ciencias de la Geo información y Observación de la Tierra – ITC, integrada por seis grandes tipos de coberturas empleadas 53

principalmente en estudios de levantamientos a nivel exploratorio9 (IGAC,(2005) (ver Cuadro 4). Cuadro 4. Clasificación de la cobertura de la tierra según el ITC NO.

TIPO DE COBERTURA

DESCRIPCIÓN

Construcciones

Constituyen todas aquellas obras realizadas por el hombre para su servicio y beneficio, construidas por lo general en materiales como hierro, cemento, ladrillo, madera, entre otras, conservando siempre un arreglo geométrico que varía según su uso.

Plantaciones/ parcelas

En esta categoría se agrupan los distintos tipos de cultivos, como elementos inherentes a las actividades culturales que el hombre desempeña en el campo para la obtención de alimentos y abrigo. En Colombia, según el Departamento Administrativo Nacional de Estadística - DANE, citado por el IGAC (2005), los cultivos pueden ser de carácter permanente, semipermanentes, temporales y confinados

Vegetación natural abierta

Esta categoría agrupa una serie de plantas gramíneas, leguminosas o hierbas no leñosas que son de rápido crecimiento e invaden los cultivos o pastizales, como consecuencia del abandono de los terrenos por un periodo superior a un año.

Bosques

Constituye aquellas formaciones vegetales dominadas por elementos arbóreos y arbustivos de más de 8 metros de altura, que forman un dosel o estrato de copas más o menos continuo. Según el IGAC (2005), estas formaciones vegetales pueden ser de tipo natural, natural con intervención y plantados.

Cuerpos de agua

Constituyen aquellas zonas sobre la superficie terrestre que se encuentran cubiertas por volúmenes de agua estática o en movimiento, sin presencia de vegetación.

Tierras eriales

Esta categoría comprende aquellas superficies de la tierra que no tienen capacidad para ser cultivadas y/o labradas.

Fuente: IGAC, 2005.

No obstante las particularidades conocidas alrededor de la ocupación del suelo en el área de estudio, permitió relacionar de antemano algunas de las cobertura definidas, con un uso específico del suelo o un sector dado del territorio, facilitándose así la delimitación de las áreas de entrenamiento, de esta forma: las plantaciones o parcelas corresponden básicamente al cultivo de caña de azúcar; los bosques corresponden principalmente con la vegetación constituida de los

Según el IGAC (2005), los levantamientos de cobertura y uso de la tierra de nivel exploratorio, se encuentran orientados principalmente hacía la agrupación de seis grandes clases de cobertura tal y como las define el ITC y el Centro de Investigación y Desarrollo de Información Geográfica - CIAF, las cuales se aplican para estudios de áreas con superficies de más de 100.000 km2 donde la información disponible es muy limitada. En este sentido, los datos obtenidos mediante este tipo de levantamientos pueden contribuir a una estratificación de la cobertura, facilitando con ello el desarrollo de estudios con más nivel de detalle a futuro.

cerros de la Cordillera Occidental; y las “tierras eriales” corresponden realmente con suelos expuestos preparados para la siembra de caña de azúcar.

Clasificación de las imágenes En la clasificación digital de imágenes, existen diferentes técnicas para adscribir cada uno de los píxeles de la imagen a una de las categorías definidas previamente. Este procedimiento conocido también como fase de asignación, se hace en función de los niveles digitales de cada píxel, para cada una de las bandas que intervienen en el proceso (en este caso se desarrollarían para las siete bandas obtenidas del proceso de unión de bandas). El resultado muestra una nueva imagen, donde los niveles digitales expresan la categoría temática a la que se ha adscrito cada uno de los píxeles de la imagen original (Chuvieco, 2007). De acuerdo con Monterroso Tobar (2014), las técnicas más empleadas para realizar este procedimiento corresponden a los siguientes:

Clasificador de caja o paralelepípedos: en este método se asigna voluntariamente un área de dominio para cada categoría, considerando sus medidas de centralidad y dispersión, en este sentido, los píxeles pueden ser asignados a dicha clase sólo si sus niveles digitales presentan características similares a las áreas de dominio en todas las bandas consideradas.

Clasificador de distancia mínima: permite asignar un píxel a una de las categorías más cercanas, es decir, en aquella donde se minimice la distancia entre ese pixel y el centroide de la clase.

Clasificador de la distancia mínima Mahalanobis: en este método las distancias que se presentan entre los valores espectrales de un píxel a clasificar y la media de una clase, se calculan como distancias Mahalanobis, las cuales dependen de la distancia hacia la media y la matriz de varianza-covarianza de cada clase. Por consiguiente, el 55

nombre de la clase con la menor distancia Mahalanobis se le asigna al píxel, si esta distancia es menor a la definida por el usuario, es decir el valor umbral.

Clasificador de máxima probabilidad: este método considera que los niveles digitales del seno de cada clase se ajustan a una distribución normal, lo cual permite describir dicha categoría por una función de probabilidad, a partir de su vector de medias y matrices de varianza y covarianza. De esta manera, esta función se asimila a la distribución real de los niveles digitales en cada categoría, permitiendo calcular la probabilidad de que un píxel con un determinado nivel digital, pertenezca a alguna de ellas, para finalmente asignarlo a aquella categoría con mayor probabilidad. Considerando los anteriores planteamientos, en la clasificación de las

imágenes se empleó el algoritmo de máxima probabilidad, siendo sin duda el método más complejo ante el volumen de cálculos que implementa, y el que se ajusta con mayor rigor a la disposición original de los datos. De acuerdo con Chuvieco (2007), éstas características son las que hacen del clasificador de máxima probabilidad, el más utilizado en las técnicas de teledetección. Bajo este contexto el proceso de clasificación supervisada se realizó empleando el programa Envi versión 4.4 (ver Figura 5). Figura 5. Procedimiento para realizar la clasificación de las imágenes satelitales empleando el programa Envi versión 4.4

Finalizado el proceso de clasificación, se llevó a cabo la pos-clasificación de las imágenes que sirvió para afinar algunos detalles del procedimiento anterior. En este sentido, primero se realizó un filtro mayoritario con una ventana 3x3 para eliminar algunos píxeles que quedaron asolados y le daban a la clasificación una apariencia de sal y pimienta; y segundo se hizo la edición mediante la cual se afinaron las diferentes clases comprendidas en el área de estudio como se muestra en la Figura 6. Para dicho procedimiento se empleó el programa Arcgis 10.1. Figura 6. Comparación del proceso de clasificacón y posclasificación

En la figura izquierda está la clasificación y a la derecha con pos proceso, se puede apreciar en los cuadros (zoom) la eliminación de algunos pixeles asolados.

3.5. Proceso de validación de la clasificación La validación de una imagen clasificada, es importante en la medida en que no sólo se plasman conflictos existentes entre categorías, sino que también permite conocer la fiabilidad global del proceso de clasificación y la exactitud obtenida para cada una de las clases. Adicionalmente, según Santé Riveira (2009), este proceso posibilita valorar el riesgo que asume el usuario en la toma 57

de decisiones basadas en la información obtenida de la clasificación, motivo por el cual es una etapa necesaria dentro del proceso. El método más empleado para realizar este procedimiento consiste en la construcción de la matriz Kappa también conocida como matriz de confusión, a partir de la cual se mide la exactitud del proceso de clasificación. En este sentido, la clase de referencia recolectada y la extracción del valor de la imagen permitieron obtener un listado de puntos de verificación, de los cuales se posee su cobertura real como la deducida por la clasificación (Chuvieco, 2007), con esta lista se generó la matriz de confusión, que almacena los conflictos que se presentan entre categorías. En esta matriz las columnas indican las clases de referencia y las filas las categorías deducidas por la clasificación, la diagonal evidencia el número de puntos de verificación donde exista una coincidencia entre el mapa producido y la realidad, y los números marginales muestran errores de asignación, donde los residuales dispuestos en las columnas expresan los tipos de cubiertas reales que no fueron incluidas en el mapa y los residuales en las filas se refieren a aquellas cubiertas del mapa que no se ajustan a la realidad. En definitiva, estos últimos valores representan errores de omisión10 y de comisión11 generados en el proceso de clasificación. Con esta información, se pueden calcular una serie de medidas estadísticas que permiten validar los resultados de la técnica de clasificación descrita en la fase anterior, entre las cuales según Chuvieco (2007) se encuentra la fiabilidad global del mapa, la exactitud del usuario, la exactitud del productor y el coeficiente kappa (k), que se calculan de la siguiente manera:

Fiabilidad global del mapa: ésta medida se expresa calcula dividiendo el número total del pixeles correctamente clasificados por el número total de pixeles de referencia, expresándolo como porcentaje.

Se presenta cuando los píxeles que correspondiendo a una clase de cobertura no fueron clasificados dentro de ésta. Su complemento es la precisión del productor. 11 Se da cuando los píxeles clasificados como una clase no corresponden a ésta. A diferencia del anterior error, su complemento es la precisión del usuario.

Exactitud del usuario: éste valor se obtendrá después de dividir el número de pixeles correctamente clasificados en cada categoría por el número total de pixeles que fueron clasificados en dicha categoría (total de la fila).

Exactitud del productor: ésta medida se obtendrá al dividir el número de pixeles correctamente clasificados en cada categoría por el número de pixeles de referencia utilizados para dicha categoría (total de la columna).

Coeficiente kappa: este coeficiente mide la diferencia entre la exactitud lograda en la clasificación con un clasificador automático y la probabilidad de lograr una clasificación correcta con un clasificador aleatorio. La definición conceptual del coeficiente es la siguiente: K= (exactitud observada-probabilidad de acierto) / (1 – probabilidad de acierto) La fórmula que se emplea para su cálculo corresponderá a la siguiente: K= N ∑i=1,n Xii - ∑ i=1,n (Xi+ X+i) N2 - ∑i=1,n (Xi+ X+i) Donde,

n corresponde al número de filas en la matriz. Xii es igual al número de observaciones en el elemento de la fila i y la columna i (es decir sobre la diagonal mayor)

Xi+ hace referencia al total de observaciones en la fila i, correspondiente también al total marginal a la derecha de la matriz.

X+i es el total de las observaciones en la columna i o total marginal al pie de la matriz.

N es igual al tamaño de la muestra o total de observaciones incluidas en la matriz.

El valor de K siempre varía de 0 a 1, indicando con ello el porcentaje de acierto de la matriz elaborada y su confiabilidad en contraste a una clasificación aleatoria donde los píxeles queden dispuestos al azar. No obstante, Landis y Koch (1977), citados por el Hospital Universitario Ramón y Cajal-Comunidad de Madrid (s.f.), definieron una escala de valorización para este índice que ha sido ampliamente usada por la comunidad académica para la validación del proceso de clasificación. A continuación la Tabla 6 muestra los rangos y el grado de acuerdo según los planteamientos de estos autores. Tabla 6. Escala de valorización del índice Kappa

KAPPA

GRADO DE ACUERDO

< 0,00

sin acuerdo

>0,00 - 0,20

insignificante

0,21 - 0,40

discreto

>0,41 - 0,60

moderado

0,61 - 0,80

sustancial

0,81 - 1,00

casi perfecto

Fuente: Landis y Koch (1977), citados por el Hospital Universitario Ramón y Cajal-Comunidad de Madrid (s.f.).

Considerando lo anteriormente expuesto, para realizar el proceso de validación se empleó el índice Kappa a partir de la herramienta dispuesta en el programa Envi versión 4.4. Para este procedimiento se definieron regiones de interés distintas a las usadas en el proceso de clasificación, estas representaron las coberturas reales identificadas en el área de estudio, y permitieron validar la información obtenida en el proceso de clasificación con los respectivos ajustes (posclasificación).

3.6. Estimación de los cambios en la cobertura del suelo Integrando los resultados de las clasificaciones en un SIG, específicamente a través del formato Shapefile de ArcGIS, se logró la superposición o intersección de los mapas de cobertura, obteniéndose nuevas capas de información o

Shapefile, en las que se expresan tabular y gráficamente las zonas estables y aquellas de intersección entre dos coberturas. Ésta tabulación cruzada, que se estableció entre las coberturas de 1984 a 1998, 1998 a 2013 y 1984 a 2013, se sistematizo en dos tipos de tabla para cada periodo: una matriz de transiciones y una tabla resumen de la tabulación, ambas basadas en los porcentajes de la superficie de las zonas de intersección y de persistencia, con relación a la superficie total del área de estudio. En la obtención de estos resultados se tomaron en cuenta dos importantes consideraciones:

1. Las categorías de “parcelas” y “tierras eriales” son reclasificadas en una sola clase de cobertura, denominada como “producción agrícola”, esto debido a que a partir una breve interpretación visual de las imágenes satelitales, basada en la geometría y distribución de las áreas clasificadas como “tierras eriales”, es posible concluir que éstas zonas en su integridad, constituyen parcelas en un estado de poscosecha de caña de azúcar.

2. En la tabulación cruzada se desestiman todas las zonas relacionadas con la categoría “No datos” (nubes y sombras), siendo por tanto que para efecto de los cálculos, la superficie total del área de estudio varia de una tabulación cruzada a otra, siendo de 31216.59 has para 1984 - 1998, de 31240.27 has para 1998 - 2013 y de 30609.13 has para 1984 - 2013. Por esta misma razón el porcentaje de superficie que en total suma una determinada clase de cobertura para un año dado, presenta una pequeña variación con relación al porcentaje de la clasificación original. Es importante destacar que las zonas de “No datos” se localizan en el extremo occidental del área de estudio, afectando especialmente las áreas boscosas de los cerros de la Cordillera Occidental.

Matriz de transición a partir de la tabulación cruzada: en la diagonal de ésta matriz aparecen las áreas estables entre las fechas o persistencias, y por fuera de ella las transiciones entre coberturas. El área total de cada cobertura del suelo para cada fecha, se obtiene de la sumatoria de las filas y columnas, la pérdida de superficie de una determinada categoría es el resultado de restar la

persistencia al total del año más antiguo; de igual modo, la ganancia resulta de restar la persistencia al total del año más resiente.

Tabla resumen de la tabulación cruzada: a partir de la información de la matriz de transición se calcularon los cambios totales, netos y los intercambios. Para cada cobertura el cambio total es la suma de las pérdidas y ganancias, el cambio neto es la diferencia absoluta entre pérdidas y ganancias, y el intercambio, identificado cuál valor es menor entre pérdida y ganancia, es igual al doble de ese valor mínimo (Pontius, Shusas, y Mceachern, (2004). Para todo el área de estudio, el cambio total, el cambio neto y el intercambio total es igual a la mitad de la sumatoria de los cambios por categorías.

3.6.1. Identificación de cambios significativos y elaboración de cartografía Pontius et al. en 2004, proponen una método estadístico para estimar cambios significativos en estudios de ocupación del suelo, basado en valores de transición esperada y de fuerza de transición (cociente al dividir la transición esperada entre la diferencia del valor observado y el esperado), los cuales se integran a la matriz de cambios para ser analizada desde dos perspectivas: los cambios desde el punto de vista de las ganancias; y los cambios desde el punto de vista de las perdidas, siendo los más significativos, aquellos que muestran mayor diferencia y fuerza de transición entre los valores observados y los esperados. No obstante en esta técnica, de acuerdo con Santana y Salas (2007), la experticia del analista y su conocimiento del área de estudio, son importantes para diferenciar los cambios significativos de aquellos que se dan por error o por azar. A pesar de los planteamientos de Pontius et al. (2004), con los cuales se da inicio a la perspectiva de identificar cambios significativos bajo un sustento estadístico, en el presente estudio se desestima dicho análisis de carácter cuantitativo, con el fin de destacar las cualidades de los cambios en las coberturas del suelo, desde la perspectiva de su incidencia en la conservación ambiental y paisajística del territorio. De este modo, de los 20 tipos de cambios

posibles entre las 5 categorías de cobertura, cartográficamente se representan 7 siguiendo los criterios que se proponen en el Cuadro 5.

Cuadro 5. Cualidades de los cambios en las coberturas del suelo

TIPO DE CAMBIO DE COBERTURA

Bosques a Construcciones Producción agrícola a Construcciones Vegetación natural abierta a Construcciones Bosques a Producción agrícola Bosques a Vegetación natural abierta Producción agrícola a Bosques Vegetación natural abierta a Bosques

CUALIDAD DEL TIPO DE CAMBIO

LEYENDA EN MAPA DINÁMICO DE LA OCUPACIÓN DEL SUELO

Procesos de urbanización, transición de paisaje rural a urbano, alto impacto en las condiciones ambientales

Procesos de urbanización

LEYENDA EN MAPA DE CAMBIOS SIGNIFICATIVOS

Cambios significativos Procesos de deforestación, expansión de las fronteras agrícolas y ganaderas

Procesos de deforestación

Procesos de reforestación, recuperación de ecosistemas y fauna

Procesos de reforestación

(Se detallan los siente tipos de cambios considerados significativos)

Bosques a Cuerpos de agua Cuerpos de agua a Bosques Cuerpos de agua a Producción agrícola Cuerpos de agua a Vegetación natural abierta Producción agrícola a Cuerpos de agua

Cambios intra-rurales, conservación del paisaje rural

Producción agrícola a Vegetación natural abierta Vegetación natural abierta a Cuerpos de agua Vegetación natural abierta a Producción agrícola Cuerpos de agua a Construcciones Construcciones a Bosques Construcciones a Cuerpos de agua Construcciones a Producción agrícola Construcciones a Vegetación natural abierta

Cambios de importancia ambiental, potencialmente significativos, sin embargo en éste caso se presentan de forma fragmentada en pequeños polígonos de baja extensión, por tanto suponen un alto contenido de error

Estable o sin cambios significativos (Se detallan las zonas donde las 5 categorías de cobertura permanecieron estables o no impactaron significativamente el paisaje rural, se utiliza para esto el estado de la cobertura para el año más reciente)

Estable o sin cambios significativos

3.6.2. Elaboración del mapa de ecosistemas vulnerables ubicados en el Área de Influencia del Corredor Metropolitano Cali – Jamundí Con el mapa de ecosistemas vulnerables o bajo presión ante la dinámica de ocupación, se busca complementar el análisis multitemporal mediante una aproximación al contexto ambiental del área de estudio, como una base cartográfica hacia una planificación territorial bajo principios de sostenibilidad. De esta forma el mapa es el resultado de integrar datos primarios obtenidos de la clasificación supervisada, como en el caso de los relictos boscosos y el área construida; datos primarios producto de digitalizar imágenes de alta resolución del año 2013 de Google Earth, como en el caso de los humedales actuales y algunos relictos boscosos; y datos secundarios como en el caso de los humedales desaparecidos y el contexto normativo, inferidos y obtenidos respectivamente del Plan de Ordenación y Manejo de la Cuenca Hidrográfica del Río Jamundí (CVC, (2010) y el SIG-OT Colombia (IGAC, (s.f.) (ver Cuadro 6).

Cuadro 6. Consideraciones metodológicas en la elaboración del mapa de ecosistemas vulnerables Tipo de datos

Datos Primarios

Leyenda

Origen de los datos

Relictos boscosos actuales

Clasificación supervisada imagen Landsat 2013 e imagen de alta resolución de Google Earth

Relictos boscosos desaparecidos

Clasificación supervisada imagen Landsat 1984

Humedales actuales

Polígonos digitalizados en Google Earth

Humedales desaparecidos

Geodatos del Plan de Ordenación y Manejo de la Cuenca Hidrográfica del Río Jamundí, disponibles en su versión magnética.

Observación metodológica La distribución de esta cobertura para el año 2013, se corrigió y perfecciono mediante la identificación y digitalización de relictos boscosos a través del programa Google Earth, a una escala de 1:5.000

Estos ecosistemas se identificaron y digitalizaron a través del programa Google Earth a una escala de 1:5.000 Los humedales registrados en el POMCH del Río Jamundí publicado en 2010, se contrastaron con imágenes de alta resolución del programa Google Earth, lográndose identificar aquellos que desaparecieron al menos en los últimos 5 años. La transición del suelo se dio especialmente hacia los cultivos de caña de azúcar.

Expansión urbana

Datos Secundarios Franja de rio (30 metros)

Parque Nacional Natural

Geodatos descargados En Línea del Sistema de Información Geográfica Para la Planeación y el Ordenamiento Territorial, SIGOT Colombia.

Se aplicó un buffer o área de influencia de 30 metros alrededor de la capa de ríos, considerando los estándares de franjas de protección en la legislación colombiana.

Reserva Forestal Protectora

4. Resultados 4.1. Validación de las clasificaciones Los resultados del proceso de validación de las clasificaciones supervisadas, evidenció que la precisión total y el índice Kappa van disminuyendo de la clasificación más actual a la más antigua, esto debido principalmente a que las áreas de entrenamiento fueron seleccionadas de la imagen correspondiente al año 2013. No obstante, en términos generales la confiabilidad de la clasificación tuvo una veracidad mayor al 90%, demostrando que el proceso fue “casi perfecto” según el grado de acuerdo Kappa (ver tablas 6 y 7). Tabla 7. Resultados del proceso de validación INDICADOR PRECISIÓN TOTAL ÍNDICE KAPPA

1984

1998

2013

91.2133%

92.6665%

98.9373%

0.8992

0.9120

0.9867

4.2. Coberturas del Suelo año 1984 La cobertura predominante en el área de estudio en 1984 es la vegetación natural abierta, la cual corresponde al 39.94% del territorio, seguida de cerca por la combinación entre las categorías de plantaciones y tierras eriales, que suman un total de 37.31% y que en adelante se considera aquí como la cobertura de producción agrícola12. Finalmente los bosques representan el 15.05%, las construcciones el 3.64% y los cuerpos de agua el 1.67% (ver Figura 7).

4.3. Coberturas del Suelo año 1998 Para 1998 la cobertura de producción agrícola (plantaciones + tierras eriales) pasa a predominar en el territorio representando el 42.82% del mismo, de tal forma la vegetación natural abierta baja al segundo lugar con una representación 12

La interpretación visual de las imágenes satelitales, basada en la geometría y distribución de las áreas clasificadas como “tierras eriales”, permite concluir que estas zonas en su integridad, constituyen parcelas en un estado de poscosecha de caña de azúcar.

del 28.71%. Finalmente los bosques equivalen al 20.44%, las construcciones al 6.02% y los cuerpos de agua al 1.98% (ver Figura 8).

4.4. Coberturas del Suelo año 2013 La cobertura predominante en 2013 continua siendo la de producción agrícola (plantaciones + tierras eriales), la cual corresponde al 35.36% del territorio, seguida de cerca por la cobertura de bosques que equivale al 30.90%. Finalmente para este año la vegetación natural abierta representan el 18.47%, las construcciones el 11.27% y los cuerpos de agua el 1.66% (ver Figura 9).

Figura 7. Mapa de coberturas del suelo aĂąo 1984 76Â°38'W

76Â°31'W

1,5

Sistema de Coordenadas: MAGNA Colombia Bogota ProyecciĂłn: Transverse Mercator Datum: MAGNA

LEYENDA CategorĂas

Has

(%)

12786,84

(39,94)

Plantaciones

6803,63

(21,25)

Tierras eriales

5140,89

(16,06)

Bosques

4817,70

(15,05)

Construcciones

1164,78

(3,64)

VegetaciĂłn natural abierta

Candelaria

Cuerpos de agua

535,96

(1,67)

No datos

763,02

(2,38)

32012,82

(100)

Superficie total

3Â°20'N

ProporciĂłn grĂĄfica

CONVENCIĂ&#x201C;N Limite municipal

ElaboraciĂłn propia con base en la clasificaciĂłn de una imagen satelital Landsat TM. El lĂmite municipal es un geodato tomado del SIGOT Colombia (http://sigotn.igac.gov.co/sigotn/).

UNIGIS AmĂŠrica Latina

3Â°13'N

Cambios en la cobertura del suelo en el Corredor Metropolitano Cali - JamundĂ entre 1984 y 2013

DEPARTAMENTO DE CAUCA

Estudio presentado para optar al tĂtulo de Magister en Sistemas de InformaciĂłn GeogrĂĄfica Dayver Betancourt Maldonado Octubre de 2014

76Â°38'W

76Â°31'W

Figura 8. Mapa de coberturas del suelo aĂąo 1998 76Â°38'W

76Â°31'W

1,5

Sistema de Coordenadas: MAGNA Colombia Bogota ProyecciĂłn: Transverse Mercator Datum: MAGNA

LEYENDA CategorĂas

Has

Plantaciones

Candelaria

(%)

10847,44 (33,88)

VegetaciĂłn natural abierta

9190,79

(28,71)

Bosques

6542,78

(20,44)

Tierras eriales

2862,15

(8,94)

Construcciones

1927,07

(6,02)

632,94

(1,98)

9,64

(0,03)

32012,82

(100)

Cuerpos de agua No datos Superficie total

3Â°20'N

ProporciĂłn grĂĄfica

CONVENCIĂ&#x201C;N Limite municipal

ElaboraciĂłn propia con base en la clasificaciĂłn de una imagen satelital Landsat TM. El lĂmite municipal es un geodato tomado del SIGOT Colombia (http://sigotn.igac.gov.co/sigotn/).

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3Â°13'N

Cambios en la cobertura del suelo en el Corredor Metropolitano Cali - JamundĂ entre 1984 y 2013

DEPARTAMENTO DE CAUCA

Estudio presentado para optar al tĂtulo de Magister en Sistemas de InformaciĂłn GeogrĂĄfica Dayver Betancourt Maldonado Octubre de 2014

76Â°38'W

76Â°31'W

Figura 9. Mapa de coberturas del suelo aĂąo 2013 76Â°38'W

76Â°31'W

1,5

Sistema de Coordenadas: MAGNA Colombia Bogota ProyecciĂłn: Transverse Mercator Datum: MAGNA

LEYENDA CategorĂas

Candelaria

Has

(%)

Bosques

9891,58

(30,90)

Plantaciones

8759,80

(27,36)

Vegetacion natural abierta

5913,81

(18,47)

Construcciones

3606,85

(11,27)

Tierras eriales

2560,50

(8,00)

532,13

(1,66)

748,16

(2,34)

32012,82

(100)

Cuerpos de agua No datos Superficie total

3Â°20'N

ProporciĂłn grĂĄfica

CONVENCIĂ&#x201C;N Limite municipal

ElaboraciĂłn propia con base en la clasificaciĂłn de una imagen satelital Landsat OLI TIRS. El lĂmite municipal es un geodato tomado del SIGOT Colombia (http://sigotn.igac.gov.co/sigotn/).

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3Â°13'N

Cambios en la cobertura del suelo en el Corredor Metropolitano Cali - JamundĂ entre 1984 y 2013

DEPARTAMENTO DE CAUCA

Estudio presentado para optar al tĂtulo de Magister en Sistemas de InformaciĂłn GeogrĂĄfica Dayver Betancourt Maldonado Octubre de 2014

76Â°38'W

76Â°31'W

4.5. Cambios en la cobertura del suelo 1984 – 1998 Las transiciones para 1984 y 1998 se muestran en la Tabla 8, donde también se observan los porcentajes totales de cada una de las clases de ocupación para cada año, estos últimos valores presentan una pequeña variación con relación a los porcentajes de las clasificaciones originales, dado que en la tabulación cruzada se desestimaron todas las zonas relacionadas con la categoría “No datos” (nubes y sombras), siendo de tal forma que para el análisis entre 1984 y 1998 se toma un área base total de 31216.59 hectáreas. En términos de persistencia la cobertura más estable fue la de cuerpos de agua con 72% respecto al área que ocupaba en 1984, seguido por las construcciones con 60%, bosques con 58%, producción agrícola con 55% y vegetación natural abierta con 32%. En cuanto a las transiciones entre coberturas, la más extensa es la que se da de vegetación natural abierta a producción agrícola con cerca de un 19% del área total, seguida precisamente por la transición de producción agrícola a vegetación natural abierta con un 11.4%. Las transiciones significativas desde el punto de vista ambiental y del proceso de urbanización, que se destacan cartográficamente en las figuras 10 y 11, son las siguientes: de vegetación natural abierta a bosques 7.6% del área total, de bosques a producción agrícola 3.22%, de producción agrícola a bosques 3.03%, de bosque a vegetación natural abierta 3%, de producción agrícola a construcciones 2.16%, de vegetación natural abierta a construcciones 1.44% y de bosques a construcciones 0.32%.

Tabla 8. Matriz de transición a partir de la tabulación cruzada de los mapas de coberturas del suelo de 1984 y 1998 (valores en porcentaje con relación al área total)

1984

1998 Bosques

Construcciones

Cuerpos de agua

Producción agrícola

Vegetación natural abierta

TOTAL 1984

Bosques

8,88

0,32

0,02

3,22

2,97

15,41

Construcciones

0,16

2,23

0,00

0,35

0,99

3,72

Cuerpos de agua

0,07

0,01

1,23

0,31

0,10

1,72

Producción agrícola

3,03

2,16

0,58

21,06

11,40

38,23

Vegetación natural abierta

7,61

1,44

0,20

18,53

13,15

40,92

TOTAL 1998

19,73

6,16

2,03

43,48

28,60

En la diagonal se observan las persistencias, en sombra se encuentran las transiciones más extensas y en los rectángulos las transiciones significativas desde el punto de vista ambiental.

La Tabla 9 obtenida a partir de la matriz de transición, resume el comportamiento dinámico de la zona de estudio para el período 1984 - 1998, en esta se observa que el área sufrió un cambio total (mitad de la sumatoria de pérdida y ganancia) del 53.46% mientras el 46.54% mantuvo las mismas clases de ocupación. Por su parte el intercambio total (doble transición de pérdida y ganancia) equivale al 41.14% y el cambio neto total (diferencia entre el cambio total e intercambio) al 12.32%. Es importante anotar que cuando el cambio neto de una determinada categoría de cobertura tiende a cero, indica que la doble transición de pérdida y ganancia tiende a ser igual al cambio total, por tanto el cambio neto evidencia el estado final de dicha clase de cobertura.

Tabla 9. Resumen de la tabulación cruzada entre los mapas de coberturas del suelo de 1984 y 1998 (valores en porcentaje con relación al área total) Tipo de cobertura

1984

1998

Estable

Ganancia

Perdida

Cambio total

Intercambio

Cambio neto

Bosques

15,41

19,73

8,88

10,86

6,53

17,39

13,06

4,33

Construcciones

3,72

6,16

2,23

3,93

1,50

5,43

2,99

2,44

Cuerpos de agua

1,72

2,03

1,23

0,79

0,48

1,28

0,97

0,31

Producción agrícola 38,23 43,48 Vegetación natural 40,92 28,60 abierta Estabilidad y cambios totales

21,06

22,42

17,17

39,58

34,34

5,25

13,15

15,46

27,78

43,24

30,92

-12,32

46,54

53,46

41,14

12,32

Figura 10. Mapa de cambios significativos en la ocupaciĂłn del suelo entre 1984 y 1998 76Â°38'W

1,5

76Â°31'W

Sistema de Coordenadas: MAGNA Colombia Bogota ProyecciĂłn: Transverse Mercator Datum: MAGNA

Santiago de Cali

LEYENDA

Cambios significativos

Candelaria

AgrĂcola a Construcciones VegetaciĂłn natural a Construcciones Bosques a Construcciones Bosques a AgrĂcola Bosques a VegetaciĂłn natural AgrĂcola a Bosques VegetaciĂłn natural a Bosques

3Â°20'N

No datos

Estable o sin cambios significativos

CONVENCIONES

LĂmite municipal Principales vĂas en la actualidad

Puerto Tejada

ElaboraciĂłn propia con base en la clasificaciĂłn de imagenes satelitales Landsat. Los lĂmites y las vĂas son geodato tomado del SIGOT Colombia (http://sigotn.igac.gov.co/sigotn/).

UNIGIS AmĂŠrica Latina

3Â°13'N

Cambios en la cobertura del suelo en el Corredor Metropolitano Cali - JamundĂ entre 1984 y 2013 Estudio presentado para optar al tĂtulo de Magister en Sistemas de InformaciĂłn GeogrĂĄfica

JamundĂ

Villa Rica Dayver Betancourt Maldonado Octubre de 2014

76Â°38'W

76Â°31'W

Figura 11. Mapa dinĂĄmico de la ocupaciĂłn del suelo entre 1984 y 1998, en donde se destacan las zonas estables o sin cambios significativos 76Â°38'W

1,5

76Â°31'W

Sistema de Coordenadas: MAGNA Colombia Bogota ProyecciĂłn: Transverse Mercator Datum: MAGNA

Santiago de Cali

LEYENDA

Estable o sin cambios significativos

Candelaria

Construcciones ProducciĂłn agrĂcola VegetaciĂłn natural abierta Bosques Cuerpos de agua No datos

3Â°20'N

Procesos de cambio significativos Procesos de urbanizaciĂłn Procesos de deforestaciĂłn Procesos de reforestaciĂłn

CONVENCIONES

LĂmite municipal Principales vĂas en la actualidad

Puerto Tejada

ElaboraciĂłn propia con base en la clasificaciĂłn de imagenes satelitales Landsat. Los lĂmites y las vĂas son geodato tomado del SIGOT Colombia (http://sigotn.igac.gov.co/sigotn/).

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Cambios en la cobertura del suelo en el Corredor Metropolitano Cali - JamundĂ entre 1984 y 2013 Estudio presentado para optar al tĂtulo de Magister en Sistemas de InformaciĂłn GeogrĂĄfica

JamundĂ

Villa Rica Dayver Betancourt Maldonado Octubre de 2014

76Â°38'W

76Â°31'W

4.6. Cambios en la cobertura del suelo 1998 – 2013 Las transiciones de 1998 a 2013 se muestran en la Tabla 10, donde también se observan los porcentajes totales de cada una de las clases de ocupación para cada año. Considerando que para el análisis se desestiman las zonas relacionadas con la categoría “No datos” (nubes y sombras), los resultados para este periodo se basan en una superficie total del área de estudio de 31240.27 hectáreas. En términos de persistencia la cobertura más estable fue la de construcciones con un 86% respecto al área que ocupaba en 1998, seguida por los bosques con el 70.5%, los cuerpos de agua con 56.5%, la producción agrícola con el 53.2% y finalmente la vegetación natural abierta con el 27.2%. En cuanto a las transiciones entre coberturas, la más extensa, al igual que en el periodo anterior, es la que se da de vegetación natural abierta a producción agrícola con un 9.1% del área total, seguida de cerca por las transiciones que se dan de producción agrícola a vegetación natural abierta, de producción agrícola a bosques y de vegetación natural abierta a bosques, todas alrededor del 8.5%. Adicional a las transiciones que se da de producción agrícola y vegetación natural abierta a bosques, otras significativas desde el punto de vista ambiental y del proceso de urbanización, y que se destacan cartográficamente en las figuras 12 y 13, son las siguientes: de bosques a producción agrícola 3.2% del área total, de vegetación natural abierta a construcciones 3.18%, de producción agrícola a construcciones 2.51%, de bosques a vegetación natural abierta 2.05% y de bosques a construcciones 0.54%.

Tabla 10. Matriz de transición a partir de la tabulación cruzada de los mapas de coberturas del suelo de 1998 y 2013 (valores en porcentaje con relación al área total)

1998

2013 Bosques

Construcciones

Cuerpos de agua

Producción agrícola

Vegetación natural abierta

TOTAL 1998

Bosques

13,96

0,54

0,05

3,20

2,05

19,80

Construcciones

0,20

5,29

0,01

0,22

0,44

6,16

Cuerpos de agua

0,20

0,01

1,14

0,65

0,02

2,02

Producción agrícola

8,77

2,51

0,39

23,03

8,59

43,29

Vegetación natural abierta

8,51

3,18

0,11

9,11

7,82

28,73

TOTAL 2013

31,63

11,53

1,70

36,22

18,92

En la diagonal se observan las persistencias, en sombra se encuentran las transiciones más extensas y en los rectángulos las transiciones significativas desde el punto de vista ambiental.

La Tabla 11 obtenida a partir de la matriz de transición de 1998 a 2013, resume el comportamiento dinámico de la zona de estudio para dicho periodo, en esta se observa que el área sufrió un cambio total (mitad de la sumatoria de pérdida y ganancia) del 48.75% mientras el 51.25% mantuvo las mismas clases de ocupación. Por su parte el intercambio total (doble transición de pérdida y ganancia) equivale al 31.55% y el cambio neto total (diferencia entre el cambio total e intercambio) al 17.2%.

Tabla 11. Resumen de la tabulación cruzada entre los mapas de coberturas del suelo de 1998 y 2013 (valores en porcentaje con relación al área total) Tipo de cobertura

1998

2013

Estable

Ganancia

Perdida

Cambio total

Intercambio

Cambio neto

Bosques

19,80

31,63

13,96

17,67

5,84

23,51

11,68

11,83

Construcciones

6,16

11,53

5,29

6,24

0,87

7,10

1,74

5,37

Cuerpos de agua

2,02

1,70

1,14

0,56

0,88

1,44

1,12

-0,32

Producción agrícola 43,29 36,22 Vegetación natural 28,73 18,92 abierta Estabilidad y cambios totales

23,03

13,18

20,25

33,44

26,37

-7,07

7,82

11,10

20,90

32,00

22,19

-9,81

51,25

48,75

31,55

17,20

Figura 12. Mapa de cambios significativos en la ocupaciĂłn del suelo entre 1998 y 2013 76Â°38'W

1,5

76Â°31'W

Sistema de Coordenadas: MAGNA Colombia Bogota ProyecciĂłn: Transverse Mercator Datum: MAGNA

Santiago de Cali

LEYENDA

Cambios significativos

Candelaria

AgrĂcola a Construcciones VegetaciĂłn natural a Construcciones Bosques a Construcciones Bosques a AgrĂcola Bosques a VegetaciĂłn natural AgrĂcola a Bosques VegetaciĂłn natural a Bosques

3Â°20'N

No datos

Estable o sin cambios significativos

CONVENCIONES

LĂmite municipal Principales vĂas en la actualidad

Puerto Tejada

ElaboraciĂłn propia con base en la clasificaciĂłn de imagenes satelitales Landsat. Los lĂmites y las vĂas son geodato tomado del SIGOT Colombia (http://sigotn.igac.gov.co/sigotn/).

UNIGIS AmĂŠrica Latina

3Â°13'N

Cambios en la cobertura del suelo en el Corredor Metropolitano Cali - JamundĂ entre 1984 y 2013 Estudio presentado para optar al tĂtulo de Magister en Sistemas de InformaciĂłn GeogrĂĄfica

JamundĂ

Villa Rica Dayver Betancourt Maldonado Octubre de 2014

76Â°38'W

76Â°31'W

Figura 13. Mapa dinĂĄmico de la ocupaciĂłn del suelo entre 1998 y 2013, en donde se destacan las zonas estables o sin cambios significativos 76Â°38'W

1,5

76Â°31'W

Sistema de Coordenadas: MAGNA Colombia Bogota ProyecciĂłn: Transverse Mercator Datum: MAGNA

Santiago de Cali

LEYENDA

Estable o sin cambios significativos

Candelaria

Construcciones ProducciĂłn agrĂcola VegetaciĂłn natural abierta Bosques Cuerpos de agua No datos

3Â°20'N

Procesos de cambio significativos Procesos de urbanizaciĂłn Procesos de deforestaciĂłn Procesos de reforestaciĂłn

CONVENCIONES

LĂmite municipal Principales vĂas en la actualidad

Puerto Tejada

ElaboraciĂłn propia con base en la clasificaciĂłn de imagenes satelitales Landsat. Los lĂmites y las vĂas son geodato tomado del SIGOT Colombia (http://sigotn.igac.gov.co/sigotn/).

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JamundĂ

Villa Rica Dayver Betancourt Maldonado Octubre de 2014

76Â°38'W

76Â°31'W

4.7. Cambios en la cobertura del suelo 1984 – 2013 Las transiciones para 1984 y 2013 se muestran en la Tabla 12, donde también se observan los porcentajes totales de cada una de las clases de ocupación para cada año, debe anotarse que estos valores presentan una pequeña variación con relación a los porcentajes de las clasificaciones originales, dado que en la tabulación cruzada se desestimaron todas las zonas relacionadas con la categoría “No datos” (nubes y sombras), siendo de tal forma que para el análisis entre 1984 y 2013 se toma un área base total de 30609.13 hectáreas. En términos de persistencia las coberturas más estables fueron las de construcciones y bosques, ambas con un 74% respecto al área que ocupaban en 1984, seguidas por la producción agrícola con una persistencia del 52.4%, los cuerpos de agua con el 50.3% y finalmente la vegetación natural abierta con una persistencia del 23.8%. En cuanto a las transiciones entre coberturas, las más extensas son las que se dan de vegetación natural abierta a producción agrícola y de vegetación natural abierta a bosques, ambas con cerca de un 14% del área total, seguidas por la transición que se da de producción agrícola a vegetación natural abierta con un 7.64%. Adicional a la transición de vegetación natural abierta a bosques, las transiciones significativas desde el punto de vista ambiental y del proceso de urbanización, que se destacan cartográficamente en las figuras 14 y 15, son las siguientes: de producción agrícola a bosques 5.52% del área total, de producción agrícola a construcciones 4.76%, de vegetación natural abierta a construcciones 3.52%, de bosques a producción agrícola 1.8%, de bosques a vegetación natural abierta 1.3% y de bosques a construcciones 0.65%.

Tabla 12. Matriz de transición a partir de la tabulación cruzada de los mapas de coberturas del suelo de 1984 y 2013 (valores en porcentaje con relación al área total) 2013 Bosques

Construcciones

Cuerpos de agua

Producción agrícola

Vegetación natural abierta

TOTAL 1984

10,69

0,65

0,05

1,80

1,29

14,48

Construcciones

0,36

2,83

0,01

0,23

0,37

3,79

Cuerpos de agua

0,19

0,01

0,88

0,62

0,04

1,75

Producción agrícola

5,52

4,76

0,57

20,38

7,64

38,87

Vegetación natural abierta

13,79

3,52

0,23

13,81

9,76

41,11

30,56

11,76

1,74

36,84

19,10

1984

Bosques

TOTAL 2013

En la diagonal se observan las persistencias, en sombra se encuentran las transiciones más extensas y en los rectángulos las transiciones significativas desde el punto de vista ambiental.

La Tabla 13 obtenida a partir de la matriz de transición, resume el comportamiento dinámico de la zona de estudio para el período 1984 - 2013, en esta se observa que el área sufrió un cambio total (mitad de la sumatoria de pérdida y ganancia) del 55.45% mientras el 44.55% mantuvo las mismas clases de ocupación. Por su parte el intercambio total (doble transición de pérdida y ganancia) equivale al 31.40% y el cambio neto total (diferencia entre el cambio total e intercambio) al 24.05%. Es importante recordar que en la interpretación de la tabla resumen de la tabulación cruzada (ver tablas 9, 11 y 13), cuando el cambio neto de una determinada categoría de cobertura tiende a cero, indica que las pérdidas de dicha categoría son compensadas en una proporción semejante por las ganancias, por tanto el cambio neto evidencia el estado final de la clase independientemente de su persistencia espacial.

Tabla 13. Resumen de la tabulación cruzada entre los mapas de coberturas del suelo de 1984 y 2013 (valores en porcentaje con relación al área total) Tipo de cobertura

1984

2013

Estable

Ganancia

Perdida

Cambio total

Intercambio

Cambio neto

Bosques

14,48

30,56

10,69

19,87

3,78

23,65

7,57

16,08

Construcciones

3,79

11,76

2,83

8,93

0,97

9,90

1,93

7,97

Cuerpos de agua

1,75

1,74

0,88

0,86

0,87

1,72

1,71

-0,01

Producción agrícola

38,87

36,84

20,38

16,46

18,48

34,94

32,92

-2,03

Vegetación natural abierta

41,11

19,10

9,76

9,34

31,35

40,69

18,67

-22,02

44,55

55,45

31,40

24,05

Estabilidad y cambios totales

Figura 14. Mapa de cambios significativos en la ocupaciĂłn del suelo entre 1984 y 2013 76Â°38'W

1,5

76Â°31'W

Sistema de Coordenadas: MAGNA Colombia Bogota ProyecciĂłn: Transverse Mercator Datum: MAGNA

Santiago de Cali

LEYENDA

Cambios significativos

Candelaria

AgrĂcola a Construcciones VegetaciĂłn natural a Construcciones Bosques a Construcciones Bosques a AgrĂcola Bosques a VegetaciĂłn natural AgrĂcola a Bosques VegetaciĂłn natural a Bosques

3Â°20'N

No datos

Estable o sin cambios significativos

CONVENCIONES

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ElaboraciĂłn propia con base en la clasificaciĂłn de imagenes satelitales Landsat. Los lĂmites y las vĂas son geodato tomado del SIGOT Colombia (http://sigotn.igac.gov.co/sigotn/).

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Cambios en la cobertura del suelo en el Corredor Metropolitano Cali - JamundĂ entre 1984 y 2013 Estudio presentado para optar al tĂtulo de Magister en Sistemas de InformaciĂłn GeogrĂĄfica

JamundĂ

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76Â°38'W

76Â°31'W

Figura 15. Mapa dinĂĄmico de la ocupaciĂłn del suelo entre 1984 y 2013, en donde se destacan las zonas estables o sin cambios significativos 76Â°38'W

1,5

76Â°31'W

Sistema de Coordenadas: MAGNA Colombia Bogota ProyecciĂłn: Transverse Mercator Datum: MAGNA

Santiago de Cali

LEYENDA

Estable o sin cambios significativos

Candelaria

Construcciones ProducciĂłn agrĂcola VegetaciĂłn natural abierta Bosques Cuerpos de agua No datos

3Â°20'N

Procesos de cambio significativos Procesos de urbanizaciĂłn Procesos de deforestaciĂłn Procesos de reforestaciĂłn

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ElaboraciĂłn propia con base en la clasificaciĂłn de imagenes satelitales Landsat. Los lĂmites y las vĂas son geodato tomado del SIGOT Colombia (http://sigotn.igac.gov.co/sigotn/).

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76Â°38'W

76Â°31'W

4.8. Ecosistemas bajo presión en el área de influencia del corredor metropolitano Cali- Jamundí En contraste con la progresiva recuperación de la cobertura boscosa al occidente del área de estudio (cerros de la Cordillera Occidental), en la zona plana se registran pérdidas de cobertura, asociadas con relictos boscosos y cuerpos de agua. De acuerdo con el Mapa de Ecosistemas bajo presión en el área de influencia del Corredor Metropolitano Cali- Jamundí (ver Figura 16), en la zona plana se han perdido aproximadamente 490 hectáreas de relictos boscosos (1.5% del territorio) desde 1984, y aproximadamente 150 hectáreas (0.48% del territorio), al menos durante los últimos 5 años13, de espejos de agua asociados a humedales naturales. Por su parte los ecosistemas que persisten en la zona plana del área de estudio, se relacionan con aproximadamente 150 hectáreas de espejos de agua de humedales naturales, 140 de relictos boscosos, 40 kilómetros de franja de ríos pequeños y el Río Cauca, cuyo trayecto en el Área de Influencia del Corredor Metropolitano Cali - Jamundí, alcanza alrededor de 55 kilómetros.

Las pérdidas asociadas con cuerpos de agua no se logra establecer desde el año 1984, dado que la resolución espacial de las imágenes Landsat, no resulta confiable en la clasificación de este tipo de cobertura en el caso de humedales y ríos pequeños; la información contenida en el mapa de ecosistemas naturales al respecto, corresponden con geo-datos tomados del Plan de Ordenación y Manejo de la Cuenca del Río Jamundí (CVC, 2010).

Figura 16. Mapa de ecosistemas naturales vulnerables ante la dinĂĄmica de ocupaciĂłn del territorio 76Â°38'W

76Â°31'W

Laguna Mojica

Santiago de Cali Laguna Las Vegas

j an Fr

Franja de rĂo Humedales

de lR

Candelaria

nja

Ecosistemas naturales vulnerables

Laguna Pacheco

VC lC

Fr a

LEYENDA Laguna El Ibis

e l RĂo MelĂŠndez

a an C

RESRVA RĂ?O MELĂ&#x2030;NDEZ

Relictos boscosos

Ăo L ili

Ecosistemas desaparecidos Lago Los Cisnes

Humedales PNN FARALLONES DE CALI

an Fr

ja del RĂo Pance

Relictos boscosos

Lago Panamericano

Parque nacional nactural PNN

EN T

3Â°20'N

Reserva forestal protectora

OCC ID

Lago de Las Garzas

ExpansiĂłn urbana (POMCH JamundĂ)

Laguna MaraĂąon

RDIL

L ER A

CONVENCIONES

VĂas

Zonas urbanas a 2013

Canal residual

RĂo Cauca

RESRVA CHONTADURO

Contexto normativo ambiental

Laguna Pascual

ja d

Ăo J el R

nd Ă

a nj a del RĂo

or dĂĄ

m Ja

an ja

Puerto Tejada

d el RĂo Ja

dĂ un m

Madrevieja Colindres

Madrevieja Bocas del Palo Sin nombre

1.5

Sistema de Coordenadas: MAGNA Colombia Bogota ProyecciĂłn: Transverse Mercator Datum: MAGNA

ElaboraciĂłn propia con base en la clasificaciĂłn de imĂĄgenes satelitales Landsat, digitalizaciones a partir de imĂĄgenes de alta resoluciĂłn de Google Earth y geodatos tomados del Plan de OrdenaciĂłn y Manejo de la Cuenca HidrogrĂĄfica del RĂo JamundĂ y el SIGOT Colombia (http://sigotn.igac.gov.co/sigotn/)

Madrevieja El CabezĂłn

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3Â°13'N

Cambios en la cobertura del suelo en el Corredor Metropolitano Cali - JamundĂ entre 1984 y 2013 Estudio presentado para optar al tĂtulo de Magister en Sistemas de InformaciĂłn GeogrĂĄfica

JamundĂ

Villa Rica Dayver Betancourt Maldonado Octubre de 2014

76Â°38'W

76Â°31'W

5. Discusión Sobre el proceso técnico de clasificación y análisis multitemporal En primer lugar, es importante destacar la gran utilidad que representan las técnicas de teledetección, en los análisis multi-temporales sobre cambios en las coberturas del suelo, análisis cuyas estadísticas de transición, trascienden más allá de los datos numéricos brindándonos verdaderas luces alrededor de los procesos sociales, económicos y ambientales que han intervenido y vienen interviniendo en un determinado territorio. No obstante, la aplicación de las diferentes técnicas implica un grado de responsabilidad importante en la manipulación de los datos, siempre en el sentido de minimizar al máximo los niveles de error en cada uno de los procesos y resultados. Bajo esta salvedad, se quiere aludir a continuación al problema específico que implico la existencia de vacíos de datos en las imágenes satelitales (presencia de nubes y sombras), como un problema susceptible a ser corregido en estudios similares al presente. Tal y como se muestra en los resultados del estudio, las categorías clasificadas como “No datos” equivalen a proporciones diferentes para cada una de la tres fechas analizadas, siendo de tal forma que para un área total de 32012,82 hectáreas del área de estudio, en la clasificación de coberturas del año 1984, los “No datos” representan el 2,38% del territorio, en la clasificación de 1998 el 0,03% y para la del 2013 el 2,34%. Ante esta situación, y al desestimar en la tabulación cruzada las zonas relacionadas con la categoría “No datos”, el área total del territorio para los análisis de cambio de cobertura, varia de un periodo a otro, siendo así que las transiciones de coberturas para el periodo 1984 – 1998, se basaron en un área total de 31216.59 hectáreas, para el periodo 1998 – 2013 en un área total de 31240.27 hectáreas y para el periodo 1984 – 2013 en un área de 30609.13 hectáreas. Estas variaciones afectaron principalmente las estadísticas asociadas a la cobertura boscosa sobre los Cerros de la Cordillera Occidental, en donde se 86

concentran especialmente las regiones de nubes y sombras captadas en las imágenes satelitales. Precisamente de acuerdo con Darvishi, Erasmi y Kappas (2008), en la corrección de los vacíos de datos como fenómeno típico en las imágenes remotas, existen tres grandes grupos de técnicas: (1) las basadas en una sola imagen, en donde los pixeles vacíos se reconstruyen a partir de la interpolación de datos validos de la propia imagen, ya sea a partir de algoritmos como el vecino más cercano u operaciones geoestadisticas complejas como el Krigging; (2) las basadas en múltiples imágenes, en donde los vacíos son reconstruidos usando imágenes adicionales que contienen información válida (técnicas de ajuste de histograma); (3) técnicas hibridas donde por ejemplo, se aplican procesos de interpolación basados en información obtenida de otras imágenes. Según Rodríguez Ramos (2009), la experimentación de las diferentes técnicas de “relleno” de espacios vacíos, ha permitido concluir a diversos especialistas en el tratamiento digital de imágenes, que el grupo de métodos basados en ajustes radiométricos a partir de múltiples imágenes, es el que brinda mejores resultados en la corrección de espacios vacíos, y dentro de este grupo la técnica de Ajuste Lineal Local del Histograma, resulta ser la más conveniente y precisa.

Sobre la dinámica de ocupación del suelo en el Corredor Metropolitano Cali - Jamundí De acuerdo con los resultados del estudio, el Área de Influencia del Corredor

Metropolitano Cali – Jamundí, presenta un gran dinamismo en la ocupación del suelo. Aunque desde 1984, año en que empieza el periodo de análisis, la actividad agrícola (básicamente cultivos de caña de azúcar) se muestra constante y predominante fluctuando alrededor del 40% del territorio, coberturas como la construcción y el bosque presentan una clara tendencia al aumento progresivo, en detrimento particularmente de la vegetación natural abierta, cobertura asociada principalmente con suelos inactivos en los que de forma espontánea crecen pastos y rastrojos. 87

La distribución espacial de las coberturas estudiadas, muestran a su vez patrones de comportamiento, siendo así que mientras los bosques tendieron a concentrarse en el extremo occidental del área de estudio, sobre los cerros de la Cordillera Occidental, la actividad agrícola hizo lo propio al extremo oriental, sobre los sedimentos aluviales del Río Cauca. Por su parte las construcciones y la vegetación natural abierta, tendieron a concentrarse en la región central del territorio, alrededor de los ejes viales del corredor metropolitano. Es importante destacar que al igual que la agricultura, la categoría cuerpos de agua se mantuvo constante en el territorio, fluctuando alrededor del 1.7% del total del área de estudio, esto se debe a que dicha categoría está constituida básicamente por el espejo de agua del Río Cauca, entidad que no mostro cambios físicos significativos durante el periodo analizado. Al respecto se debe mencionar que el caudal del Río Cauca se encuentra regulado desde el año 1985, tras la construcción de la Represa Hidroeléctrica La Salvajina, proyecto de impacto regional ubicado en el Municipio de Suarez – Cauca (a 45 kilómetros en línea recta del Corredor Metropolitano Cali – Jamundí), y cuya obra además de la producción y comercialización de energía eléctrica, tuvo el expreso propósito de evitar las periódicas y extensas inundaciones en la zona plana del Departamento del Valle del Cauca (CVC, (1985). Entrando ya a analizar más específicamente los resultados de la tabulación cruzada, se encontró que las transiciones más extensas para el periodo 1984 a 1998, las que van de vegetación natural abierta a producción agrícola y viceversa, corresponden en gran medida a tres tendencias en la ocupación del territorio: la especialización de los suelos contiguos al Río Cauca en la explotación agroindustrial de la caña de azúcar; el surgimiento de tierras “inactivas” cercanas a los centros urbanos y ejes viales (como inversiones que incrementan su valor a mediano y largo plazo); y en consecuencia la manifestación de la vegetación natural abierta (suelos inactivos) como cobertura de transición hacia la expansión de la frontera agrícola y la urbanización.

La consolidación de la producción de caña de azúcar a través del valle geográfico del Río Cauca, a raíz de las excepcionales condiciones de productividad que brindan sus suelos (territorio que involucra los departamentos de Caldas, Risaralda, Cauca y Valle del Cauca), es un caso bien conocido en el desarrollo agroindustrial colombiano que tiene sus orígenes en el mismo periodo colonial, registrándose los primeros cultivos sistemáticos a mediados del Siglo XVI, cuando el español Pedro de Atienza descubre que la gramínea producía durante todo el año sin las limitaciones de las periódicas zafras (Cenicaña, s.f.). Sin embargo, la consolidación del cultivo de caña de azúcar en el Departamento del Valle del Cauca, tiene un capitulo particular a partir de 1985, tras la construcción de la mencionada Represa de La Salvajina, con la cual se logra regular el caudal del Río Cauca, y con ello evitar las inundaciones que afectaban la zona plana del Departamento, durante los dos periodos anuales de lluvia (La Rotta y Carrillo, (1997). Con relación a los suelos que tienden a mantenerse inactivos alrededor de las áreas urbanas y los ejes viales, asociados aquí con la cobertura de vegetación natural abierta (pastos y rastrojos), de acuerdo con la caracterización de los corredores viales del área metropolitana de Cali realizada por Cuartas Sánchez (2012), son producto del denominado fenómeno de las “tierras de engorde”: predios rurales que son adquiridos como inversión de acuerdo a las expectativas de urbanización. Según Morales Schechinger (2012), éste fenómeno constituye uno de los principales problemas que enfrenta la ciudad latinoamericana en su periferia, ya que la especulación alrededor de los precios de estos suelos, impide en su entorno el normal desarrollo de actividades tanto rurales como urbanas, ya sea la misma actividad agrícola o la construcción de viviendas de bajo costo. Si bien el caso de las “tierras de engorde” es un inquietante tema social y económico que persiste, en el caso del área de influencia del corredor metropolitano Cali – Jamundí, no implica que la vegetación natural abierta se encuentre en expansión: de acuerdo con los mapas de cobertura para las tres fechas de estudio, dicha categoría tiende a reducirse y concentrarse sobre el eje central de urbanización, indicando de tal forma que su relación con las denominadas “tierras de engorde” corresponde con los años más recientes. 89

En tal perspectiva, comparando el periodo 1984 - 1998 con el de 1998 - 2013, se observa que a pesar de la sensible reducción de la categoría de vegetación natural abierta (40% en 1984, 28.7% en 1998 y 18.5% en 2013), mientras sus transiciones hacia la producción agrícola mermaron 9.4 puntos porcentuales, las ocurridas hacia las construcciones aumentaron 1.7 puntos, esto indica que mientras en el primer periodo, los suelos de vegetación natural abierta soportaron la consolidación del cultivo de la caña de azúcar sobre el valle geográfico del Rio Cauca, dadas las nuevas condiciones para ello (mitigación de inundaciones), en el segundo presenta una relación clara con el fenómeno de las “tierras de engorde”, como una cobertura en gran medida de transición entre la producción agrícola y las construcciones. Con relación a los cambios desde el punto de vista paisajístico, durante el primer periodo de análisis la cobertura construida prácticamente se duplica (3.72% en 1984 a 6.16% en 1998), pasando a ocupar esencialmente suelos agrícolas y de vegetación natural abierta. En tal sentido es importante destacar que el eje vial Cali – Jamundí, como uno de los 5 corredores metropolitanos asociados a la Ciudad de Cali, al lado de los ejes de Cali - Puerto tejada, Cali Candelaria, Cali - Palmira y Cali – Yumbo, históricamente se reconoce como una de las cinco puntas de lanza del crecimiento de la Ciudad (Martínez Toro, 2005). Este tipo de desarrollo urbano coincide con lo que generalmente los urbanistas denominan crecimiento difuso, en donde la ciudad invade el espacio rural circundante dentro de un proceso de expansión continua (Tella, 2007). Dicha difusión se observa a su vez en el caso del centro poblado del Municipio de Jamundí. Los cambios relacionados con las áreas boscosas en el periodo 1984 - 1998, se encuentran distribuidos por toda el área de estudio, aunque con un mayor dinamismo sobre los cerros de la cordillera occidental. Si bien la presencia de bosques aumento 4.33 puntos porcentuales del total del territorio (cambio neto), a su vez registra pérdidas de un 6.53%, lo cual indica la presencia de una transición importante en dicha cobertura. En tal perspectiva se observan dos tendencias claras, las transiciones de bosque a vegetación natural abierta en el Municipio de 90

Cali, y las transiciones que se dan hacia la producción agrícola en el Municipio de Jamundí. En el primer caso, las transiciones a vegetación natural abierta alcanzan el 3% del territorio, en cercanías del Centro Poblado del Corregimiento de interés turístico de Pance (a 7 kilómetros de la Ciudad de Cali), popularmente conocido por los sitios de recreación y esparcimiento alrededor del Río Pance. De esta forma, considerando la vegetación natural abierta como una cobertura de transición hacia las construcciones, se hace evidente que la expectativa de urbanización no solo tiene sus alcances sobre la zona plana contigua al área consolidada de la Ciudad, sino además alrededor de pequeños centros poblados en zonas de ladera como en el caso del corregimiento de Pance. De acuerdo con Pamplona Salguero y Rengifo Micolta (1996), los cambios socio-económicos que se observan a finales del siglo XX en el Corregimiento de Pance, son influenciados en gran medida por la dinámica de ocupación al sur de la Ciudad de Cali, y la expectativa de especializar el Corregimiento en condominios campestres para estratos altos. La segunda tendencia en los cambios de la cobertura boscosa, las transiciones hacia la producción agrícola, alcanzan el 3.2% del territorio y se localizan casi en su totalidad en el Municipio de Jamundí, en gran medida en el extremo suroccidental del área de estudio, pero también al sur del casco urbano sobre el corredor vial que comunica con el Municipio de Villa Rica. El primer caso se trata de un intento de expansión de la frontera agrícola sobre los cerros de la cordillera occidental (no logra sostenerse de acuerdo con los cambios observados para el segundo periodo); el segundo por su parte, se trata de un área en el que se reconoce hasta hoy la consolidación de cultivos de arroz y caña de azúcar. Pasando a analizar los cambios en la cobertura del suelo durante el periodo 1998 - 2013, se observa que la dinámica de ocupación del territorio giro alrededor de tres tipos de tendencias: la reforestación de los cerros de la cordillera occidental, la perdida de relictos boscosos en la zona plana del área de estudio y la manifestación de un crecimiento urbano disperso en el Municipio de Jamundí.

La reforestación de los cerros en el caso del Municipio de Cali, proceso que se localiza particularmente en el corregimiento de Pance, se caracteriza por una transición desde la vegetación natural abierta, la cual coincide precisamente con el traslado de las expectativas de urbanización al Municipio de Jamundí (hecho latente tratado más adelante). Por su parte la reforestación de los cerros en el Municipio de Jamundí, más específicamente en el extremo suroccidental del área de estudio, corresponde con una transición desde la actividad agrícola, en lo que parece un intento frustrado de expansión de la frontera agrícola en ladera, sin embargo es un hecho que no se logró corroborar a través de las fuentes consultadas. No obstante aunque el incremento de la cobertura boscosa es considerable para el periodo 1998 – 2013, con un cambio neto positivo del 11.83% del territorio, desde el punto de vista de la conservación ambiental, llama la atención la perdida de relictos boscosos en la zona plana, en donde las transiciones hacia la producción agrícola y la vegetación natural abierta, suman en conjunto el 5.25% del territorio (3.2% y 2.05% respectivamente). En tal perspectiva, es evidente la presión que ejerce la dinámica del desarrollo urbano y la industria azucarera, sobre los ecosistemas naturales que hasta hoy persisten alrededor de los ejes viales del corredor, como aquellos incrustados en la región oriental densamente cultivada, en inmediaciones del Río Cauca. Pasando al tema de la expansión urbana, es importante destacar que para este segundo periodo de análisis, el área construida creció a un promedio de 111.8 hectáreas anuales, poco más del doble para el primer periodo, en donde el crecimiento promedio anual fue de 54.4 hectáreas. Este tipo de crecimiento exponencial del área construida, generalmente guarda una relación directamente con el crecimiento de la población, sin embargo en este caso particular, adicionalmente se debe tener en cuenta que justo al inicio del segundo periodo de análisis, el área de expansión del corredor Cali – Jamundí, se reconoce y reglamenta como área única de expansión de la Ciudad. Esta restricción en el crecimiento urbano de la Ciudad de Cali, no solo incide en la intensificación del crecimiento difuso hacia el Municipio de Jamundí, 92

adicional a esto, el modelo de expansión adquiere características de un crecimiento urbano disperso o discontinuo, el cual se expresa precisamente al interior del Municipio de Jamundí. De acuerdo con Martínez Toro y Buitrago Bermúdez (2011), los desarrollos discontinuos que aparecen en la década del 2000, tales como los sectores de Las Mercedes y El Castillo para estratos altos, así como la Ciudadela Terranova para estratos populares, a pesar de su ubicación en el Municipio de Jamundí corresponden a las demandas habitacionales de la Ciudad de Cali, la cual acentúa un modelo de difusión acorde a las dinámicas del mercado inmobiliario, trasladando incluso parte de sus impactos ambientales y paisajísticos a los municipios vecinos. De esta forma, en contraste con los procesos de reforestación en los cerros de la Cordillera Occidental durante el periodo de 1984 a 2014, los ecosistemas naturales en la zona plana del área de estudio, manifiestan una reducción proporcional al acelerado proceso de difusión urbana. De acuerdo con el mapa de Ecosistemas Naturales Vulnerables, la expansión urbana al sur de la Ciudad de Cali, ha provocado la desaparición de aproximadamente 160 hectáreas de relictos boscosos (0.5% del territorio) durante los últimos 30 años, asociados especialmente con zonas cercanas a las franjas de los ríos Meléndez, Lili y Pance, así como al trayecto de los principales ejes viales. Sin embargo la actividad urbana no ha sido la única en ejercer presión sobre los ecosistemas naturales, las pérdidas de relictos boscosos en inmediaciones del Río

Cauca,

sobre

área

de mayor

producción

azucarera,

alcanzan

aproximadamente 330 hectáreas desde 1984 (1% del territorio), zona en la que además se registra para los últimos años de acuerdo con geo-información secundaria, la perdida de aproximadamente 150 hectáreas (0.48% del territorio) de espejos de agua asociados a humedales naturales. Las presiones ambientales sobre el Río Jamundí por su parte, están dadas por desarrollos dispersos como el sector de Las Mercedes al occidente del casco urbano de Jamundí, y el sector de El Castillo al oriente del mismo. Estos 93

desarrollos urbanos que colindan con la franja del Río, actualmente continúan en crecimiento con múltiples proyectos residenciales. En definitiva, en la zona plana del Área de influencia del Corredor Metropolitano Cali – Jamundí, persisten en la actualidad alrededor de 150 hectáreas de espejos de agua de humedales naturales, 140 de relictos boscosos y aproximadamente 40 kilómetros de franja de ríos (excluyendo el Río Cauca). Todos constituyen ecosistemas de interés ambiental, cuya conservación se hace indispensable dentro del equilibrio ecológico del territorio.

6. Conclusiones La dinámica de ocupación del suelo en el Área de Influencia del Corredor Metropolitano Cali – Jamundí, como área delimitada acorde a las expectativas de expansión de la Ciudad de Cali, durante los últimos 29 años (1984 - 2013) expresa fenómenos territoriales que tienen su origen en todos los niveles, tanto en nivel global, así como en el regional y el local. En éste sentido, si bien el acelerado proceso de difusión urbana se constituye en un fenómeno mundial a mediados del Siglo XX, el hecho de que a finales de este mismo Siglo, el Corredor Metropolitano Cali – Jamundí se convierta en única alternativa de expansión de Cali, se trata de una particularidad local que sin duda implico cargas adicionales en el proceso de urbanización. Por su parte en el nivel regional, la concentración de la actividad agrícola sobre el Valle Geográfico del Rio Cauca (suelos de mayor productividad), guarda una relación directa con la construcción de la Represa La Salvajina en 1984, obra que contó con el doble propósito de producir energía eléctrica, y controlar las inundaciones en la zona plana del Departamento del Valle del Cauca. Los cambios en la cobertura del suelo en el Área de Influencia del Corredor Metropolitano Cali – Jamundí durante el periodo 1984 – 2013, como periodo de análisis global, básicamente giran alrededor de cuatro tipos de tendencias: los procesos de reforestación en los cerros de la Cordillera Occidental; un acelerado proceso de urbanización de carácter difuso en la Ciudad de Cali y de carácter disperso en el Municipio de Jamundí; la concentración de las denominadas “tierras de engorde” alrededor de las áreas construidas; y finalmente la especialización del valle geográfico del Río Cauca en la producción de caña de azúcar. Precisamente ésta última, la especialización del Valle Geográfico del Río Cauca en la producción agrícola, resulta ser la tendencia o proceso de ocupación del suelo de mayor presencia y constancia en el área de estudio, siendo de tal forma que las transiciones de vegetación natural abierta a producción agrícola y viceversa, fueron las más extensas en los dos periodos parciales (1984 – 1998 y 1998 - 2013), dentro de una redistribución espacial, donde la vegetación natural 95

abierta busca reagruparse en el centro del corredor metropolitano (sobre el eje vial y de urbanización), mientras la actividad agrícola lo hace sobre los depósitos aluviales del Río Cauca, al oriente del área de estudio. No obstante, al comparar los dos periodos parciales de análisis, es posible concluir que el modelo de ocupación del suelo en el Área de Influencia del Corredor Metropolitano Cali - Jamundí, no resulta totalmente homogéneo o constante en el tiempo: mientras las tendencias de ocupación a finales del Siglo XX (periodo 1984 - 1998), se caracterizan por la manifestación de procesos de deforestación en los cerros de la Cordillera Occidental, asociados especialmente con expectativas de urbanización y al intento de expandir la frontera agrícola en ladera; por su parte las tendencias en los primeros años del siglo XXI (periodo 1998 – 2013), se asocian precisamente a la recuperación de los cerros a través de la cobertura boscosa, y a la perdida sin embargo, de relictos boscosos en la zona plana de consolidación agrícola. La dinámica de urbanización por su parte, constituye otro de los procesos de ocupación que marca diferencias entre los dos periodos parciales analizados: mientras en los primeros 14 años se observa un proceso difuso de expansión de ambos centros urbanos (Santiago de Cali y Jamundí), con una tasa de ocupación del espacio rural circundante de 54 hectáreas por año; para los siguientes 15 años, justo cuando se declara el área de expansión del Corredor Cali – Jamundí como área única de expansión de la Ciudad de Cali, la tasa de ocupación del suelo rural se duplica, y el modelo de expansión en el Municipio de Jamundí adopta un carácter disperso. Con relación al tema ambiental, humedales y relictos boscosos de la zona plana del área de influencia del corredor metropolitano, constituyen los principales ecosistemas naturales, afectados en la dinámica de ocupación del territorio, en los últimos 29 años se registra la desaparición de aproximadamente 330 hectáreas de relictos boscosos, asociados con la consolidación de la actividad agrícola al oriente del área de estudio, a lo cual se suma la desaparición de 160 hectáreas más, relacionadas con la expansión urbana al sur de la Ciudad de Cali. Adicional

a esto, al menos 150 hectáreas de humedales naturales, pasaron a ser tierras cultivadas en los últimos 4 años. De acuerdo con las tendencias observadas en la ocupación del suelo, el Área de Influencia del Corredor Metropolitano Cali - Jamundí, en prospectiva, a mediano plazo (10 a 15 años) se proyecta como un área de conurbación consolidada alrededor de los principales ejes viales (Vía Panamericana y Vía Cañasgordas), y en donde las presiones de la expansión urbana recaen sobre los cerros de la Cordillera Occidental, y sobre la rivera del Río Cauca. Éste es un escenario que se hace latente considerando la manifiesta debilidad de las instituciones locales y regionales, con el fin de diseñar e implementar políticas conducentes a la desaceleración de la expansión urbana (redensificación), a la regulación del mercado inmobiliario y a la protección de ecosistemas naturales estratégicos.

Recomendaciones para la ordenación del territorio Alrededor del Área de influencia del corredor metropolitano Cali – Jamundí, como área sobre la que recae toda la expectativa de expansión urbana de la Ciudad de Cali, se deben aunar esfuerzos administrativos, comunitarios y académicos, con el fin de promover un diagnóstico detallado del territorio, en pro de una planificación bajo principios de sostenibilidad ambiental. En este contexto, algunos de los estudios prioritarios se relacionan con el uso actual y potencial del suelo; el inventario detallado de los ecosistemas naturales; los impactos ambientales y paisajísticos alrededor de las áreas construidas; y la estructura predial y su relación con la función social y ambiental de la propiedad privada. Ante los intentos fallidos por constituir el Área Metropolitana de Santiago de Cali como entidad territorial unificada y con personería jurídica (lo cual implicaría una administración coordinada entre las municipalidades involucradas), aquí se recomienda que alrededor de la planificación del Área de Influencia del Corredor Metropolitano Cali – Jamundí, se adopte la figura de la asociación de municipios entre las municipalidades de Cali y Jamundí. Esta figura se encuentra aparada por la Ley 136 de 1994 de acuerdo con el ordenamiento jurídico colombiano, y su 97

adopción permitiría no solo la planeación articulada del territorio desde la perspectiva de la protección ambiental, sino también desde la creciente demanda de servicios públicos ante el proceso de urbanización14. No obstante, la desaceleración del proceso de urbanización sobre el Corredor Metropolitano Cali - Jamundí, como única alternativa de expansión de Santiago de Cali, debe ser considerada como una de las principales políticas territoriales de la Ciudad. En esta perspectiva el Plan de Ordenamiento Territorial del Municipio, debe incorporar una serie de estrategias conducentes por un lado a la renovación urbana y la redensificación, y por otro a desestimular la construcción en el Área de Influencia del Corredor Metropolitano Cali – Jamundí. Una medida que podría llegar a funcionar en doble vía, consiste en restringir los permisos de construcción en

Corredor

Metropolitano,

privilegiando

solo

a aquellas

empresas

constructoras involucradas en proyectos de renovación y redensificación al interior de la Ciudad. El ordenamiento territorial del Área de Influencia del Corredor Metropolitano Cali – Jamundí, deberá incluir además una visión conjunta y coordinada entre las dos municipalidades, alrededor de la declaratoria de áreas protegidas locales. Precisamente la Mesa del Sistema Municipal de Áreas Protegidas de Cali, presentada en diciembre de 2013 como un acuerdo de voluntades con el fin de iniciar procesos de declaración y regulación de áreas protegidas locales, constituye el espacio propicio para discutir la integración municipal alrededor del corredor metropolitano Cali – Jamundí, y sobre la importancia estratégica de los ecosistemas presentes en su área de influencia.

“ARTÍCULO 148. ASOCIACIÓN DE MUNICIPIOS. Dos o más municipios de uno o más departamentos podrán asociarse para organizar conjuntamente la prestación de servicios públicos, la ejecución de obras o el cumplimiento de funciones administrativas, procurando eficiencia y eficacia en los mismos, así como el desarrollo integral de sus territorios y colaborar mutuamente en la ejecución de obras públicas” (Ley N° 136, 1994)

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