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
Propuesta de metodología geomática basada en evaluación multicriterio para el trazado de ductos petroleros Multi-criteria evaluation for determining optimal paths of oil pipelines using GIS by/por
Pablo Danilo Ordóñez Gutiérrez 1123012 A thesis submitted in partial fulfilment of the requirements of the degree of Master of Science (Geographical Information Science & Systems) – MSc (GIS)
Salzburg-Austria, Octubre 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.
(Quito, 20 de Enero de 2014)
(Firma)
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DEDICATORIA
Al finalizar una nueva etapa estudiantil, dedico este trabajo a los ángeles que desde el cielo siempre me cuidan, mi madre Melva y mi padre Artemio, pero sobre todas las cosas aquí en la tierra le dedico este trabajo a mi querida esposa y amiga Andrea, quien siempre ha estado a mi lado continuamente apoyando, este paso que he cumplido lo he logrado gracias a ti, al llegar a plasmar una meta más de mi vida miro a mi lado y veo tu rostro de amistad de amor y fe. Mi amor incondicional hacia ti…
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AGRADECIMIENTOS
A Dios por ser mi luz que guía mi camino. A mi tía Lcda. Aida Gutiérrez, quien es mi consejo continuo, eres mi madre en este mundo terrenal, gracias por tu apoyo incondicional. A mis hermanos Edwin y José Luis que continuamente están pendientes de mi. A mis tutores y maestros del programa UNIGIS. A mis estimados Guías, Amigos y colaboradores académicos Emmanuelle Quentin y Pablo Cabrera, quien con sus consejos y enseñanzas, este trabajo ha sido inquietante, maravilloso y sumamente provechoso, para entregar esta metodología. A la EP PETROECUADOR, por facilitar la publicación de esta propuesta académica. A mis estimados Suegros Dr. Byron Santana y Lcda. Matilde Pérez, por sus consejos y guía en momentos dolorosos y felices de mi vida. A mis colegas Geomáticos de la EP PETROECUADOR, por su ayuda y tiempo que he tomado para completar este estudio metodológico.
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RESUMEN
El presente estudio se enfoca en la investigación de una metodología que identifique el trazado óptimo para un ducto petrolero utilizando las Ciencias de la Información Geográfica aplicadas al transporte de hidrocarburos de Ecuador, integrando criterios de profesionales que colaboran dentro de un equipo multidisciplinario trabajado con la unión de la Evaluación Multicriterio (EMC). El estudio de caso busca encontrar una ruta óptima para enlazar la Terminal de despacho de combustibles Pascuales con el Depósito de combustibles Chaullabamba de la empresa EP PETROECUADOR. A partir del resultado de la EMC, se logró el análisis de dos escenarios, siendo uno el de conservación ambiental, y otro de enfoque constructivo geológico, en las etapas de pre factibilidad de trazado de ductos petroleros sobre el Ecuador continental. Esto logra definir trazados para comparación de recorridos en distancia y costo no monetario entre los puntos citados. Luego del análisis de las rutas encontradas, el proyecto toma mayor énfasis en determinar aquel trazado que posea la menor distancia al menor costo, analizando capas de fricción que reflejen la dificultad de construir poliductos desde la llanura de la costa ecuatoriana, hacia los Andes del Austro del país. Estos trazados, obtenidos aplicando la Metodología de Jerarquías Analíticas – MJA propuesta por Saaty, permitieron comprobar que la metodología aplicada es la mejor propuesta para compensar criterios geológicos, ambientales, y sociales, de acuerdo al objetivo de enlazar terminales con depósitos de combustibles en el Ecuador continental.
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ABSTRACT
This study focuses on identifying the ideal route for a petroleum duct considering
Geographic
Information
Sciences
applied
to
transport
hydrocarbons in Ecuador, integrating several professional criteria in a multidisciplinary team working with the union of Multicriteria Analysis (MCA). The case study aims to find the ideal route for connecting the fuel service station in Pascuales to the “EP PETROECUADOR” Fuel Depot in Chaullabamba. From the results of the MCA, the analysis of two scenarios was performed: the first one concerning environment conservation and the second one focusing on geological construction, in the preliminary feasibility stage for designing the petroleum ducts in continental Ecuador. So, this study gets defining routes for trajectory comparison considering distances and nonfinancial costs between the cited points. After analyzing the obtained routes, the project focuses on how to determine the route design with the lowest distance and the lowest price. For this, it considers friction layers which reflect the difficulty for constructing pipelines from the plains in the coastal region towards the south Andean region in the country. These routes, obtained with the application of analytic hierarchy process – AHP, proposed by Saaty – allow to establish that the applied methodology is the best one to compensate the geological, environmental and social criteria, according to the objective to connect fuel service stations to fuel depots in the continental Ecuador.
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Tabla de contenido DEDICATORIA ................................................................................................................................. 5 AGRADECIMIENTOS ....................................................................................................................... 6 RESUMEN....................................................................................................................................... 7 ABSTRACT ...................................................................................................................................... 8 1.
2.
INTRODUCCIÓN.................................................................................................................... 14 1.1
Antecedentes ............................................................................................................... 14
1.2
Objetivo General .......................................................................................................... 15
1.3
Objetivo Específicos ..................................................................................................... 15
1.4
Hipótesis ....................................................................................................................... 15
1.5
Justificación .................................................................................................................. 16
1.6
Alcance ......................................................................................................................... 16
MARCO TEÓRICO ................................................................................................................. 17 2.1
Descripción del problema de la logística de combustibles .......................................... 17
2.1.1
Introducción...................................................................................................... 17
2.1.2
Transporte de combustibles por ferrocarril ..................................................... 18
2.1.3
Transporte por carreteras en auto tanques ..................................................... 18
2.1.4
Transporte marítimo en buques ....................................................................... 19
2.1.5
Oleoductos ........................................................................................................ 19
2.1.6
Transporte de combustibles por medio de poliductos..................................... 20
2.1.7
Nociones de elección de alternativa de transporte.......................................... 21
2.1.8 Análisis de la situación actual del transporte de hidrocarburos por ductos en Ecuador 22 2.2 Evaluación Multicriterio en plataformas de Sistemas de Información Geográfica (SIG) ...................................................................................................................................... 24 2.2.1
Introducción a la EMC ....................................................................................... 24
2.2.2
Características clave de la EMC ........................................................................ 25
2.2.3
Análisis de matrices .......................................................................................... 31
2.2.4
Tipos de EMC .................................................................................................... 33
2.2.4.1
Intersección Booleana ...................................................................................... 34
2.2.4.2
Sumatoria lineal ponderada (WLC, del inglés Weighted Linear Combination) 35
2.2.4.3
Método de Jerarquías Analíticas (AHP, del inglés Analytic Hierarchy Process) 36
2.2.4.4
Utilidad multi atributo – MAUT (del inglés Multiattribute Utility Theory) ....... 39
2.2.4.5
Análisis de punto ideal ...................................................................................... 40
10
3.
2.2.4.6
Promedio ponderado jerárquico (del inglés ordered weighted averaging OWA) 40
2.2.4.7
Método Out ranking o relaciones de superación ............................................. 41
2.2.4.8
Método aditivo lineal........................................................................................ 42
2.2.4.9
EMC basada en lógica fuzzy .............................................................................. 42
2.2.5
Ventajas y desventajas de la EMC sobre juicios subjetivos .............................. 48
2.2.6
Cálculo de distancias de coste y caminos óptimos ........................................... 49
METODOLOGÍA .................................................................................................................... 52 3.1
Área de estudio ............................................................................................................ 52
3.2
Metodología de estudio ............................................................................................... 54
3.3
Definición de criterios .................................................................................................. 56
3.3.1 Criterio Geológico ........................................................................................................ 60 3.3.2 Criterio Movimientos en masa ..................................................................................... 62 3.3.3 Criterio de zonificación de peligro sísmico en función de la norma de la construcción ecuatoriana – NEC .............................................................................................. 64 3.3.4 Criterio de Pendientes.................................................................................................. 68 3.3.5 Criterio de distancias hacia las vías .............................................................................. 69 3.3.6 Criterio de distancias a ríos .......................................................................................... 70 3.3.7 Criterio de uso de suelo ............................................................................................... 71 3.3.8 Criterio de textura de suelo ......................................................................................... 72 3.3.9 Criterio de aptitud agrícola .......................................................................................... 73 3.3.10 Criterio de precipitación............................................................................................... 75 3.3.11 Restricción de áreas protegidas, bosques y vegetación protectora ............................ 76 3.3.12 Criterio de cercanía a centros poblados ...................................................................... 79 3.4
Preparación de criterios para EMC .............................................................................. 80
3.4.1 Preparación de criterio de distancias y cercanía a vías de acceso ............................... 81 3.4.2 Preparación del criterio de distancia a ríos .................................................................. 82 3.4.3 Preparación de los criterios de restricción: Bosques y vegetación protectora, PANE y centros poblados ..................................................................................................................... 83 3.5
Análisis multicriterio para trazado de poliducto .......................................................... 84
3.5.1 Creación escenario de conservación ambiental........................................................... 86 3.5.2 Creación escenario geológico constructivo.................................................................. 86 3.5.3 Coberturas de Costo..................................................................................................... 87 3.5.4 Escalamiento de capas ................................................................................................. 87 3.5.5 Obtención de rutas óptimas ........................................................................................ 89
11 4.
5.
RESULTADOS ........................................................................................................................ 90 4.1
Resultados de escenario A - escenario de protección socio ambiental ....................... 90
4.2
Resultados de escenario B - Constructivo Geológico ................................................... 96
ANÁLISIS DE RESULTADOS ................................................................................................. 101 5.1
Análisis de resultados escenario A ............................................................................. 101
5.1.1 Análisis de resultados usando la ponderación de iguales pesos................................ 101 5.1.2 Análisis de resultados usando el método AHP ........................................................... 101 5.1.3 Análisis de resultados usando el método OWA ......................................................... 102 5.1.4 Análisis de resultados usando el método AHP y OWA combinado............................ 102 5.1.5 Análisis de resultados usando el método de ponderaciones de igual peso combinado con OWA ............................................................................................................. 102 5.2
Análisis de resultados escenario B ............................................................................. 104
5.2.1 Análisis de resultados usando el método de ponderaciones de igual peso combinado con OWA ............................................................................................................. 104 5.2.2 Análisis de resultados usando el método AHP ........................................................... 104 5.3
Análisis de la propuesta metodológica ...................................................................... 104
6.
CONCLUSIONES .................................................................................................................. 111
7.
RECOMENDACIONES .......................................................................................................... 112
8.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................................... 114
9.
Anexo 1: MAPAS ................................................................................................................ 118
10. Anexo 2: Manual de secuencia lógica de Macro Modeler y EMC ..................................... 120 11. Anexo 3: Encuesta a profesionales técnicos para consideraciones de trazados de ductos petroleros .................................................................................................................................. 124
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Índice de Figuras Figura 1. Relación entre variables influyente y factor ..................................................... 31 Figura 2. Métodos de EMC .................................................................................................. 34 Figura 3. Definición del modelo de adecuación a pendientes mediante funciones trapezoidales .......................................................................................................................... 44 Figura 4. Funciones de pertenencia del tipo Sigmoidal .................................................. 46 Figura 5. Funciones de pertenencia del tipo J.................................................................. 47 Figura 6. Funciones de pertenencia del tipo lineal .......................................................... 47 Figura 7. Funciones de pertenencia definidas por el usuario ......................................... 48 Figura 8. Mapa de ubicación de área de estudio ........................................................... 53 Figura 9. Visualización de la zona de estudio en 3D ...................................................... 54 Figura 10. Etapas del proceso general para determinar rutas óptimas ...................... 54 Figura 11. Aplicación de la metodología general de EMC y SIG .................................. 55 Figura 12. Reclasificación de atributos del factor geológico .......................................... 62 Figura 13. Reclasificación de atributos del criterio movimientos en masa .................. 64 Figura 14. Mapa de zonificación sísmica .......................................................................... 65 Figura 15. Valor factor z en la zona de estudio ................................................................ 68 Figura 16. Visualización del SRTM y de la capa de pendiente ..................................... 69 Figura 17. Visualización de la red vial de la zona de estudio ........................................ 70 Figura 18. Cobertura de ríos ............................................................................................... 71 Figura 19. Cobertura de uso de suelo del año 2010, imagen satelital MODIS. .......... 72 Figura 20. Cobertura de textura de suelo ......................................................................... 73 Figura 21. Aptitud agrícola clasificada en función de la jerarquización subjetiva de fricción...................................................................................................................................... 74 Figura 22. Aptitud agrícola clasificada en función de la fricción .................................... 75 Figura 23. Datos de milímetros de precipitación para la zona de estudio. .................. 76 Figura 24. Patrimonio de áreas naturales del Ecuador ................................................... 77 Figura 25. Mapa de bosques y vegetación protectora de la zona de estudio ............. 78 Figura 26. Cobertura de proximidad a las áreas protegidas y bosques protectores .. 79 Figura 27. Cobertura continua de pesos de población ................................................... 80 Figura 28. Preparación de criterio cercanía a infraestructura vial ................................. 82 Figura 29. Aplicación de fuzzy definida por el usuario para el criterio de la distancia a ríos ........................................................................................................................................... 83 Figura 30. Unificación de criterios restrictivos .................................................................. 83 Figura 31. Creación de modelo cartográfico para encontrar coberturas de costos y rutas óptimas .......................................................................................................................... 87 Figura 32. Macro aplicando escalar sobre la capa EMC ................................................ 88 Figura 33. Creación de modelo cartográfico para encontrar rutas óptimas................. 89 Figura 34. Unificación de criterios restrictivos con el resultado de EMC socio ambiental ................................................................................................................................. 90 Figura 35. Mapa de costo .................................................................................................... 90 Figura 36. Mapa de ruta óptima considerando 10 criterios de igual peso ................... 91 Figura 37. Comparación entre trazados de mayor y menor costo .............................. 103 Figura 38. Comparación entre trazados de mayor y menor costo y longitud ............ 110
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Índice de Tablas Tabla 1. Características generales de los poliductos del Ecuador. ............................... 23 Tabla 2. Ejemplificación de un planificación de un proyecto lineal basado en EMC .. 27 Tabla 3. Claves de la EMC................................................................................................... 28 Tabla 4. Matriz de evaluación entre criterios y alternativas ............................................ 31 Tabla 5. Matriz de prioridades o pesos .............................................................................. 32 Tabla 6. Resumen de factores y restricciones ocupadas para el EMC de trazado de ductos petroleros. .................................................................................................................. 59 Tabla 7. Clasificación de objetos cartográficos según litología ...................................... 60 Tabla 8. Tabla de reclasificación de atributos del factor movimientos en masa .......... 63 Tabla 9. Tabla de reclasificación de atributos del factor Z de la Norma ecuatoriana de la construcción - NEC............................................................................................................ 67 Tabla 10. Factor Z de la Norma ecuatoriana de la construcción - NEC........................ 67 Tabla 11. Tabla de atributos de textura de suelo distribuidos en un escalar igual a 100 ........................................................................................................................................... 72 Tabla 12. Tabla de umbrales de la función fuzzy aplicada al criterio distancia a ríos 82 Tabla 13. Obtención de capas de EMC escaladas por un valor de 1000 para el escenario A ............................................................................................................................. 93 Tabla 14. Obtención de capas de EMC escaladas x 1000 para el escenario B .......... 97 Tabla 15. Resumen de longitudes y costos de trazados de poliducto PascualesCuenca .................................................................................................................................. 105 Tabla 16. Resumen estadístico de longitudes del trazado............................................ 106 Tabla 17. Resumen estadístico de costos de cada trazado ......................................... 107
14
1. INTRODUCCIÓN 1.1 Antecedentes La problemática de la cadena de distribución de combustibles a nivel mundial es diversa, contemplando desde la extracción del crudo de los pozos de perforación, hasta la recuperación y separación de materiales de desecho. Para especificar uno de los principales problemas de hoy en día es el movimiento de los diferentes productos refinados como son gasolinas, diésel, entre otros. Por lo regular la planificación de trazado de ductos petroleros de forma tradicional ha avistado estudios preliminares para identificar corredores técnicamente factibles y equiparar inquietudes ambientales potenciales en dichas áreas. Para esto la planificación de trazados se ha venido realizando mediante mapas topográficos, fotografías aéreas, imágenes satelitales, mapas de inventario y revisión de literatura, que rara vez involucran la unión con la evaluación multicriterio. La meta del presente proyecto es descartar subjetividades en trazados alternativos y seleccionar aquel proyecto de ducto que sea técnica, operativa y ambientalmente factible. Esto se puede lograr valorando diferentes criterios no solo hidráulico y mecánico con la finalidad de llegar a ponderar o jerarquizar escenarios de conservación ambiental, de zonificación de desastres naturales, o de expansión demográfica. Para la determinación del mejor medio de transporte se pueden elegir algunos tipos de movilidad de productos derivados del petróleo, de entre los cuales a nivel nacional se destacan auto tanques, poliductos y buques en la zona costera ecuatorial. Cada uno de ellos presenta sus ventajas y desventajas dependiendo de la situación relativa que se ejecuten. En particular, los poliductos se han convertido en el medio de transporte factible para largas distancias y más aún dentro del Ecuador continental. Los costes monetarios de construcción de un poliducto son elevados pero dada la operación, la matriz de gastos se transforma de altos a reducidos, pudiendo operar a cualquier
horario
de
forma
continua,
desplazamiento del propio producto.
empleando
energía
para
el
15
En la realidad nacional, la gran mayoría de derivados de petróleo transitan por la red de poliductos de la Empresa Pública de Hidrocarburos del Ecuador EP PETROECUADOR, que de igual forma coordina el almacenamiento en sus terminales y depósitos, con una programación adecuada para atender requerimientos nacionales de demanda de combustibles. EP PETROECUADOR, posee una red de distribución de poliductos de aproximadamente 1700 kilómetros de longitud cuya capacidad de bombeo permite transportar alrededor de 64 millones de barriles de derivados de petróleo de acuerdo a EP PETROECUADOR (2013), los mismos que se han ubicado de manera estratégica a lo largo y ancho del país, atravesando las tres regiones naturales, como son: Costa, Sierra y Oriente, logrando transportar gasolinas, diésel y gas licuado de petróleo (GLP), desde las Refinerías de industrialización de petróleo hasta los centros de despacho para luego ser comercializados. Desde este punto vista cada proyecto de construcción
petrolera,
relacionada
a
almacenamiento,
distribución
o
refinación, se justifica a partir de la demanda de combustibles originada por el crecimiento poblacional como también, por la expansión del parque industrial. 1.2 Objetivo General Determinar una propuesta de metodología Geomática para el trazado de poliductos, a través de la evaluación multicriterio. 1.3 Objetivo Específicos
1.3.1 Identificar los factores más importantes que se toman en cuenta en la pre factibilidad de construcción de un poliducto. 1.3.2 Identificar qué factores influyen en las evaluaciones multicriterio relacionales a trazados de proyectos lineales. 1.3.3
Espacializar distintos escenarios para el trazado de un poliducto.
1.3.4 Utilizar la EMC para determinar el trazado de un poliducto entre Chaullabamba y Pascuales 1.4 Hipótesis La metodología Geomática basada en Evaluación Multicriterio (EMC), permite determinar el diseño de pre factibilidad de trazados de ductos petroleros a
16
través de una propuesta cartográfica que permita disminuir el grado de subjetividad de elección de una ruta óptima entre la terminal de derivados de petróleo Pascuales y el depósito de combustibles Chaullabamba en la ciudad de Cuenca - Ecuador. 1.5 Justificación El actual enfoque de nichos de mercado de combustibles que se presentan en el Ecuador continental así como la extensa necesidad de cartografiar distancias entre las provincias con mayor demanda de derivados de petróleo y la dependencia de los circuitos por carretero de transporte de combustibles por auto tanques de gasolina y diésel, son algunas de las razones por las que se desea establecer propuestas metodológicas Geomáticas. Precisamente la planificación de proyectos lineales de infraestructura petrolera basados en estos enfoques sumados a los de Evaluación Multicriterio, permitirían determinar la ruta óptima menos subjetiva analizando ponderaciones y valoraciones dentro de un Sistema de Información Geográfica que integre los puntos de vista de profesionales relacionales a la construcción de un poliducto. Por lo regular el enfoque tradicional de un proyecto energético radica en la mayor valoración a los profesionales de ramas mecánicas, petroleras y geológicas, es por esto que la propuesta metodológica permite incentivar a la integralidad de campos de acción, sociales, ambientales y operativo petroleros, para conciliar a través de escenarios cartográficos, la mejor opción para un trazado lineal, sea éste acueducto, autopista, tendido eléctrico o para nuestro caso de trazado de poliductos. 1.6 Alcance La propuesta metodológica puede impulsar y apoyar otras metodologías dirigidas a proyectos lineales de otra temática, como
vías, acueductos,
trazados eléctricos, adaptando las condiciones de índole cartográfico, a una escala de trabajo para planificación Geomática, 1:50.000, con un grado de análisis geográfico, ambiental y social en el área de estudio.
17
Además se debe manifestar que la propuesta metodológica, será un documento a disposición de la EP PETROECUADOR, con la finalidad de concertar un punto de partida para que sean considerados criterios cartográficos, previa construcción y operación de un poliducto que unifique mercados de distribución de combustibles. 2. MARCO TEÓRICO 2.1 Descripción del problema de la logística de combustibles 2.1.1
Introducción
En términos generales, la logística de hidrocarburos tiene la siguiente secuencia, que inicia en primer lugar la extracción del crudo desde los pozos petroleros del oriente ecuatoriano, donde luego de esto, cercano al yacimiento se separan tanto los componentes sólidos como el agua y el gas, para que luego el crudo y gas sean enviados hacia las refinerías, donde se obtienen diferentes derivados de hidrocarburos, de los cuales, los más importantes son los gases ligeros (metano, etano) el gas licuado de petróleo (GLP), donde se separa en propano y butano, gasolinas, diesel, keroseno, entre otros (EP PETROECUADOR, 2013). Obtenidos estos derivados, deben ser transportados hasta los consumidores finales. Para esto, se envían desde las refinerías hasta las instalaciones de almacenamiento más cercanas a los consumidores por medio de estaciones de comercialización y despacho de combustibles. El transporte de derivados de petróleo en el Ecuador, se ha venido realizando por carretera con el uso de auto tanques, de forma marítima por medio de buques y la red de poliductos extendida en el país para el abastecimiento de derivados de petróleo, para esto cabe mencionar que el transporte más conocido a nivel mundial es el oleoducto y poliductos. Por lo tanto, el transporte de productos de petróleo se pueden dividir en dos etapas generales: la del transporte del crudo desde los yacimientos a la refinería, y la, concerniente desde la refinería a los centros de distribución.
18
2.1.2
Transporte de combustibles por ferrocarril
Antiguamente el ferrocarril era el transporte por excelencia de los barriles de petróleo extraídos de campos petrolíferos. Era por lo regular menos costoso que el transporte por auto tanques o camiones, hasta llegar a consolidarse el transporte por oleoductos o poliductos. La desventaja del servicio de transporte por ferrocarril, lleva a cabo mantenimiento continuo de las líneas férreas, así como cortes sucesivos del transporte por la lentitud del circuito de viaje de cada tren. En la actualidad el avance del transporte ha estado sujeto del avance tecnológico, el mismo que presenta tiempos cortos de llegada en su recorrido, así como también mejoras en el contacto entre ferrocarril y vía férrea. Sin embargo como lo veremos más adelante, el avance en la ingeniería de resistencia de materiales así como de procesos químicos para evitar la corrosión interna y externa de tuberías, ha frecuentado el otorgar como mejor transporte de petróleo como sus derivados a los ductos petroleros. 2.1.3
Transporte por carreteras en auto tanques
Según Hernández (2010, p.23): Los auto tanques conocidos como salchichas o pipas, son vehículos fabricados bajo altas normas de calidad y de seguridad. Por lo general se utilizan para transportar productos refinados y petroquímicos. El transporte por medio de auto tanques al igual que las anteriores selecciones posee ventajas y desventajas. Desde esa perspectiva, el traslado de derivados en carretera depende mucho de la agilidad de la flota de auto tanques que se posea, así como también de las condiciones climáticas y de la continuidad del transporte sin paradas programadas del circuito de recorrido. Este tipo de transporte requiere una elevada mano de obra y elevado consumo energético. Así como también del riesgo que se lleva sobre el transporte de combustibles en las arterias viales, razón por la cual genera desgaste de pavimento o asfalto de autopistas y vías principales por las que se transiten.
19
Muchos autores le colocan a esta opción de transporte como adecuada para tramos pequeños a 20 kilómetros. 2.1.4
Transporte marítimo en buques
El transporte marítimo por medio de barcazas, barcos o buques, ha ido mejorando conforme al desarrollo de la empresa petrolera. Tanto así que ha crecido en términos de capacidad de transporte que a la actualidad llega cientos de miles de toneladas que pudiera trasladar desde los depósitos o refinerías hacia los usuarios finales. El transporte marítimo posee costes energéticos
reducidos como ventaja
sobre los oleoductos o poliductos, claro está, contando como el medio de transporte entre continentes y países. Sin embargo el transporte marítimo implica movilizarse por ecosistemas acuáticos sensibles, lo que ocasiona mayor inversión en el material del buque para evitar derrames, así como mayor tecnología para detección de fugas, contando además del incremento de la capacidad de almacenamiento. 2.1.5
Oleoductos
Haciendo historia, aproximadamente en el año 1880, se inicia la industria petrolera en Estados Unidos, razón por la cual se genera la necesidad
de
transportar
el
crudo
hacia
instalaciones
de
almacenamiento. Esta razón comienza en las pruebas de acierto-error, es decir la búsqueda del mejor medio de transporte para el traslado de los barriles extraídos de los yacimientos. Desde el envío de barriles de petróleo
en
carretas
transportadas
en
caballo,
todo
llegó
a
revolucionarse con el campo de la industria del acero, cuya mejoría y desarrollo, caminaba a pasos agigantados. Los oleoductos construidos de acero luego ofrecieron ventajas en el gasto y consumo responsable de energía, considerando trazos rectos, trabajando las 24 horas continuas, los 365 días del año, excepto salvedades relacionadas a fugas y derrames. Posee
ventajas
significativas al no depender de las condiciones climáticas, los costos por galón transportado son menores, es fácilmente automatizable. La empresa que lo maneje debe invertir en recurso humano para
20
mejoramiento en el mantenimiento y operación del ducto. Por lo regular un oleoducto posee estaciones de bombeo y reducción razón por la cual le permite incrementar fases de transporte del crudo hacia otras locaciones o refinerías (García, 2007, p 28). De cierto modo un oleoducto, en fases iniciales de construcción necesita fuertes inversiones, que son aplacadas con el tiempo en gasto de mantenimiento en la operación, sin embargo, un oleoducto no es adecuado para transportar productos muy viscosos ya que resultaría necesario que el volumen transportado sea relativamente alto para que el periodo de recuperación de la inversión sea razonable. Se pone en manifiesto que, el trazado de un oleoducto como poliducto, está sujeto temporalmente a condiciones de bombeo,
por circunstancias
emergentes u operativas que son originadas por desastres naturales, corrosión interna o externa, débil operación manual sin uso de tecnología de punta, fugas y derrames. 2.1.6
Transporte de combustibles por medio de poliductos
Para mayo del 2006 reportes informativos de memorias de la EP PETROECUADOR
(2013)
consideraban
que
a
nivel
mundial
aproximadamente 1'500.000 kilómetros de tubería habían sido de uso para transporte de hidrocarburo. De estos, un 70% fueron usados para transportar gas, un 20% crudo y el 10% productos limpios refinados. El transporte por medio de poliductos se emplea para unir la llegada de los productos obtenidos en refinerías a diferentes terminales. Pueden llegar a ser sencillos (una fase de origen y llegada), hasta complejos con ramificaciones, cruces y tramos reversibles. El poliducto por lo general transporta gasolinas, diésel, residuos, gas, entre otros derivados de petróleo. Nacieron como derivados, por la necesidad de industrializar la potencia de máquinas y motores que cada vez poseían mayor fuerza de arranque, que eran necesarios iniciar la investigación de mejoras en combustibles desde kerosenes, hasta las actuales gasolinas y derivados de combustibles fósiles.
21
La logística de distribución difiere del oleoducto, por la viscosidad de los productos transportados, a más de la potencia de cada una de las estaciones de bombeo cuanto de reducción que se posea en los tramos de trazado de aquellos ductos. Presentan redes claras de logística de movilización de derivados de petróleo, los mismos que circulan desde refinerías a terminales de despacho, como de terminales de despacho hacia depósitos de combustible. Al igual que los oleoductos, los poliductos, están sujetos a desastres naturales, fugas, derrames y fallas de integralidad eventual mecánico electrónicas. 2.1.7
Nociones de elección de alternativa de transporte
De acuerdo a la descripción de cada una de las alternativas de transporte de hidrocarburos, la opción de auto tanques cuanto de ferrocarriles, por el desgaste excesivo de energía como de mantenimiento, no es aconsejable en términos económicos, pues
la mejor elección para transporte de
hidrocarburos son oleoductos y poliductos. Para esto partamos del ejemplo del uso de camiones tanques de García (2007, p. 31): Para transportar 200 barriles de producto viajando una distancia de 650 kilómetros diarios, para sustituir un poliducto de una longitud de 1300 km, que sirva 150.000 barriles diarios se necesitaría una flota de 3000 auto tanques o pipas, con un intervalo medio entre llegadas de camiones de 2 minutos (que, además deberían ser descargados una vez llegados al destino). Cabe mencionar que para la definición de nuevos proyectos de trazados de ductos petroleros, se suele considerar los siguientes puntos de vista, según Estupiñan, Jiménez, Pineda y Prieto (2012):
Aprovechamiento del paralelismo con otras infraestructuras (vías, carreteras,
líneas
de
ferrocarril,
caminos,
otras
conducciones
enterradas, etc.), con la finalidad de evitar ingresar a nuevos corredores ya desbrozados que existan para el mantenimiento de este tipo de infraestructuras.
22
Planificar los trazados petroleros evitando en su mayoría centros poblados o cercanías a ellos.
Minimizar la afectación a áreas naturales protegidas
Minimizar la longitud de trazados
Trazar ducto petrolero lo más rectilíneo posible.
En términos generales, evitar zonas de concesiones mineras, zonas pantanosas o inundables, áreas naturales y terrenos inestables.
Minimizar la cantidad de cruces especiales como autopistas, ferrocarriles, canales, ríos importantes.
Maximizar accesibilidad al trazado del ducto, sea por caminos o vías de acceso.
Minimizar el coste de construcción, buscando terrenos de fácil excavabilidad pero estables.
Sin embargo estos criterios difieren según el lugar que desee planificarse un ducto, por la misma razón
esta metodología
emprende resultados
preliminares, en la fase de pre factibilidad de trazado de un proyecto de esta índole. 2.1.8
Análisis de la situación actual del transporte de
hidrocarburos por ductos en Ecuador La infraestructura petrolera existente, posee una red de ductos petroleros, que se encuentra distribuida a lo largo y ancho del país, cuyos tendidos de trazados incluyen estaciones de bombeo así como estaciones de reducción de presión por traslado de combustibles fósiles. Las líneas de poliductos están involucradas en la recolección, distribución a los diferentes centros de procesamiento y comercialización de hidrocarburos, por esta razón juegan un papel importante en la economía empresarial y estatal. En términos generales el transporte de hidrocarburos es el vínculo entre las operaciones de extracción y producción con los centros de refinación y procesamiento de derivados. En la cadena de valor empresarial, uno de los elementos indispensables estratégicamente es el transporte de derivados de petróleo, sean estos
23
líquidos o gases. Para esto existen factores preponderantes en el desempeño de transporte de petróleo como sus derivados, estos suelen ser: mercado interno y externo de hidrocarburos, tecnología caduca, la preparación técnica del talento humano, integridad mecánica y electrónica de la infraestructura, daños al medio ambiente, marco legal, fugas y derrames. En el Ecuador se movilizan alrededor de 84´214.186 millones de barriles al año, de derivados de petróleo, como son gasolinas, diésel, Fuel Oil #4, gas licuado de petróleo, Jet fuel, residuos y otros, distribuidos en 10 poliductos ubicados estratégicamente en el país, de acuerdo a reportes de la EP PETROECUADOR (2013). Esta distribución nacional se encuentra enlazada a la red de poliductos observados en la Tabla 1: Tabla 1. Características generales de los poliductos del Ecuador. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS POLIDUCTOS Diámetro de tubería Poliducto Esmeraldas-Santo Domingo
Longitud (Km)
(Pulgadas)
Capacidad Bombeo en Barriles (BLS)
163.9
16
60000
Santo Domingo - Quito
89
12
48000
Santo Domingo - Pascuales
276
10
38400
Quito - Ambato
111
6
12000
Shushufindi -Quito
305
06 y 04
10800
Libertad - Pascuales
128
10
21600
Libertad - Manta
170
6
8400
Tres Bocas - Pascuales
20
12
108000
Tres Bocas - Fuel Oil
5.6
14
48000
Tres Bocas - Salitral
5.5
08 y 06
36000
Fuente: Gerencia de Transporte y Almacenamiento, EP PETROECUADOR, 2013
En Ecuador, EP PETROECUADOR es la empresa encargada de ejecutar la cadena de transporte, refinación y comercialización de petróleo y sus derivados a nivel nacional como internacional.
24
2.2 Evaluación
Multicriterio
en
plataformas
de
Sistemas
de
Información Geográfica (SIG) 2.2.1 Introducción a la EMC La evaluación multicriterio (EMC) es un grupo de técnicas que faculta procesos
de
compensación
toma de
de
decisiones,
variables
que
considerando involucran
ponderación
influencia
y
positiva
denominada como aptitud o negativa conocida como fricción-impacto sobre la decisión que finalmente la consideran un grupo de expertos (Gómez y Barredo, 2005, p. 23). La técnica se enfoca en la comparación por pares de variables a intervenir al momento de decidir la mejor opción para la creación de determinado escenario. La EMC, está designada para interactuar de forma flexible como una herramienta
para
el
análisis
geográfico,
y
es
muy
utilizada
para
modelamientos sostenibles complejos. En el contexto de resolución de conflictos es una de las más antiguas formas de análisis geográfico. En el caso de la planificación de un trazado de ducto, la EMC contempla no solo las necesidades del mercado de combustibles, sino que es una tarea más compleja que consume tiempo considerando la definición de roles y las responsabilidades, con la finalidad de considerar diferentes opiniones del círculo de expertos envueltos en el proceso de planificación. “Desde 1980 el trabajo entrelazado entre plataformas de SIG y EMC, ha mejorado la toma de decisiones multicriterio asociado con procesos de planificación” (Roy, 1996, p.78). El uso de esta unión es una ayuda a la decisión como una herramienta matemática que permite la comparación de diferentes alternativas de acuerdo al número de criterios involucrados, que han ayudado en el proceso de toma de decisiones y en los escenarios de manejo de conflictos sociales, ambientales, operacionales.
25
La planificación del trazado de un ducto requiere un extensivo proceso de evaluación en orden de identificar la mejor ruta que se pueda seguir. El costo de la ruta debe examinar lineamientos de minimizar valores económicos, impactos ambientales, sociales y de salud. Para esto el procedimiento de selección usado de EMC y SIG realiza el máximo uso de la geoinformación disponible para tratar de llegar a un resultado aceptable para la mayoría de las partes interesadas. 2.2.2 Características clave de la EMC “La EMC es un proceso de toma de decisiones que se caracteriza por la ausencia de consenso en cuanto a la definición de sus términos y conceptos”. Eastman, Kyem, Tolendano y Weigen (1993, p. 55). Por tanto y para crear un lenguaje común de comunicación continua, se brindan algunos conceptos de EMC, estos son: a.
Objetivo: El objetivo es aquella expresión (matemática o textual)
que guía de toma de decisiones. b.
Decisión: una decisión es aquella conclusión/decisión a la que
llegamos después de evaluar diferentes alternativas. El conjunto de opciones recibe el nombre de marco de decisión. El área involucrada en la decisión se denomina set candidato y los píxeles asignados a la decisión final se denomina set de decisión. c.
Criterios: el criterio es aquel elemento o evidencia cuantificable
utilizado para tomar una decisión. Los criterios se subdividen en: Factores: los factores son normalmente variables continuas que favorecen (realzan) o desfavorecen (limitan) la selección de una de las alternativas en consideración. Por ejemplo al desear construir un poliducto, si deseamos utilizar el factor pendiente para zonificar, en cuanto al riesgo, para el traslado de los productos refinados, la pendiente más plana será el área de mayor probabilidad para el uso y construcción del trazado. Limitaciones absolutas: Una limitación absoluta es aquel criterio que restringe o limita en su totalidad el objetivo o meta de una de las
26
alternativas en consideración. Con frecuencia los criterios limitantes se expresan en un SIG como mapas booleanos, en donde las áreas no apropiadas o prohibidas se expresan como cero y aquellas áreas apropiadas como uno, según De Luca (2012, p. 608). d.
Regla de decisión: la regla de decisión es el procedimiento
utilizado para combinar criterios y comparar posteriormente los resultados de tal forma que se llegue a una decisión. La regla de decisión puede ser muy simples como “las áreas apropiadas para trazos de poliductos son aquellas con una pendiente inferior al 5%” o poseer más de una regla de decisión como “áreas con pendiente inferior a 5% con disponibilidad de accesibilidad vial de próxima a los 2 kilómetros de área de influencia”. Eastman, Kyem, Tolendano y Weigen (1993, p. 56). El proceso de toma de decisiones involucra el crear un índice que integre todos los criterios y una escala para valorar las bondades y limitaciones de cada una de las alternativas. Los métodos utilizados en el proceso de evaluación y selección son: e.
Función de
selección,
función objetiva
o índice
de
desempeño La función de selección es el procedimiento matemático utilizado para comparar alternativas y seleccionar aquella que mejor cumpla los objetivos o metas que se pretenden lograr con el proyecto. En la mayoría de los casos esto se logra mediante un proceso de optimización y comparación de todas las posibles soluciones. f.
Selección heurística
En este caso no se utiliza una función matemática para guiar el proceso de evaluación y selección de alternativas, sino que mas bien se especifica el procedimiento a seguir en la evaluación y selección de la mejor alternativa. Este mecanismo de evaluación y selección es más amigable al usuario que el matemático, es más fácil de implementar y por lo tanto es muy utilizado.
27
En general existen dos tipos de reglas de decisión. Una que utiliza el proceso de clasificación y la otra de selección, Eastman, Kyem, Tolendano y Weigen (1993, p. 58). Para la regla de selección utilizada en esta propuesta se presenta la Tabla 2: Tabla 2. Ejemplificación de un planificación de un proyecto lineal basado en EMC Objetivo Seleccionar la mejor ruta de trazado de un ducto petrolero. Criterios
Geológicos, movimientos de masa, NEC (criterio descrito en la sección 3.3.3 ), pendiente, distancia a red hídrica y red vial, centros poblados, uso de suelo,
textura
precipitación,
de
suelo,
cercanía
a
aptitud áreas
agrícola, protegidas,
bosques y vegetación protectora Procedimiento
Combinación
para crear índice
ponderación, poderación manual, y uso de AHP
Escala
lineal
de
criterios
con
igual
de Indice con valores en el ámbito de 0 a 100 (escala
valoración
usada
por
facilidad
de
comprension
entre
expertos), donde 0 representa las áreas de menor fricción y 100 la de mayor fricción o impedimento para construcciones. Usando el software IDRISI Selva, la normalización de los criterios terminaron en la escala de 0-255 y posteriormente ampliados en su umbral de valores de 0 a 1000. Función
de Seleccionar aquel trazado que posea
mínimo
selección, función costo y mínimo impacto o de máximo impacto y objetiva o indice mínimo costo. Esto lo define el círculo de expertos de desempeño
g.
y lo proyecta a los tomadores de decisión.
Evaluación
La evaluación, según Drobne y Lisec (2009, p. 76), “es el proceso utilizado para aplicar la regla de decisión a las alternativas bajo consideración”, de entre las cuales se conocen las siguientes:
28
Evaluación de criterio simple: es el caso más simple de evaluación pues involucra sólo un criterio y el proceso utilizado es el de clasificación. La selección de áreas para ser utilizadas como criterios limitantes son un ejemplo de este tipo de evaluación. Evaluación de criterios múltiples: en la mayoría de los casos para seleccionar la mejor alternativa es necesario evaluar dos, tres o más criterios y por lo tanto el procedimiento utilizado es denominado evaluación de criterios múltiples. En algunos ambientes académicos lo denominan como modelado. Sin embargo en este caso, los pesos o ponderaciones asignados a cada criterio están en función del objetivo que se quiere lograr y no provienen de un análisis independiente; y por lo tanto, se sugiere no utilizar dicho término en el contexto de la toma de decisiones. Las características de la evaluación multicriterio consideradas como claves están descritas en la Tabla 3: Tabla 3. Claves de la EMC. Componente
Descripción
Identificación
del
conjunto
de
alternativas posibles
Dependiendo del objetivo, de la escala del problema (alternativas de decisión) y de la escala a la cual operan los tomadores de decisión
Definición del conjunto de atributos (objetivos
Un criterio de evaluación incluye tanto al concepto de atributos como
y atributos asociados)
de objetivos. Un objetivo es un enunciado acerca del estado deseado de un sistema geográfico del mundo real e indica la dirección de mejora de uno o más atributos de un elemento del sistema. La cuantificación de un objetivo es la adopción de alguna escala que, directa o indirectamente, miden el nivel de logro (atributo)
Obtención de atributos normalizados
La información geográfica suele expresarse en diversas escalas (nominal, ordinal , de intervalo y de razón) y debe transformarse a una escala común mediante diversos procedimientos de conversión. La construcción de la matriz de decisión implica no solamente que las variables se expresen numéricamente, sino que se encuentren en una misma escala de medida, por ello es preciso aplicar algún procedimiento de normalización.
Combinación
de
los
atributos normalizados
Métodos no compensatorios. El valor de un criterio no puede verse
y
afectado por el valor de los demás criterios y las alternativas son
ponderados
29 utilizando una regla de
evaluadas por el conjunto de criterios sin establecer una interacción
decisión para obtener
entre ellos.
el puntaje total para
Métodos compensatorios asumen que el rendimiento de una
cada alternativa
alternativa en un criterio determinado puede compensarse por su rendimiento en otro u otros criterios. Uno de los métodos compensatorios más utilizados es el de la Sumatoria Lineal Ponderada (WLC por sus siglas en inglés), método que lleva la solución al extremo superior del triángulo con nivel de riesgo medio y la máxima compensación entre factores, su expresión es:
Siendo: el nivel final de cumplimiento del objetivo de la alternativa i el peso del criterio j el valor ponderado de la alternativa i en el criterio j
y su diagrama es:
WLC
Este apartado será desglosado en la sección 2.2.4.2
Fuente: Drobne y Lisec, 2009
Habitualmente se dispone de variables que describen el territorio como son: altitud, textura de suelo, precipitación, litología, etc. Dentro de la EMC estos criterios necesitan ser valorados desde el punto de vista de la decisión y de los objetivos a obtener.
30
Para esto el paso de variables descriptivas a valores numéricos radica al tipo de variable, por ejemplo: Tipos de variables
Tipos de criterios
Nominales
Nominales
Ordinales
Ordinales
Cuantitativos
Cuantitativos
Este cambio de variables a criterios se requiere añadir nueva información, la que permita valorar los datos descriptivos. Para las variables nominales, la asignación de valor adecuado o no adecuado a cada categoría que posee la tabla de atributos, se la puede realizar, por ejemplo para el caso de Geología, de la siguiente forma: Criterio
Geología
Atributo
Litología Para la construcción de un poliducto, se tiene para el caso de variables nominales y criterios nominales, atributos tales como: -
Arcillas: No adecuado
-
Calizas: No adecuado
-
Granito: Adecuado
Ahora de acuerdo a esto, si encontráramos el caso de variables nominales y criterios ordinales, la asignación del orden de adecuación a cada categoría de la variable nominal, para el mismo ejemplo de la litología, sería: -
Arcillas: Poco adecuado: 3º
-
Calizas: Adecuación media: 2º
-
Granito: Adecuación alta: 1º
Desde el punto de vista de variables cuantitativas y los criterios cuantitativos, la asignación de valores de aptitud o fricción, se pueden expresar a partir de un gráfico con dos variables, en el eje X se coloca la variable influyente, mientras que en el eje de las Y tendremos el criterio cuantitativo con una
31
escala normalizada (ejemplo, entre 1 mínima fricción y 100 máxima fricción), y una línea de relación que muestre el paso de una a otra, en principio sería una recta, pero el usuario podría elegir la línea más adecuada a su caso, ver Figura 1. Figura 1. Relación entre variables influyente y factor
Se pone en manifiesto que resulta muy habitual que las variables influyentes sean de tipo nominal y se necesite crear, a partir de ellas, factores cuantitativos, para esto existen algunos procedimientos como el que se revisará en la sección del método AHP. 2.2.3 Análisis de matrices Partiendo de la definición de una serie de alternativas y una serie de criterios que se consideran pertinentes para evaluarlas, se confecciona una matriz de evaluación en la que se asigna una puntuación a cada alternativa según cada criterio, ver Tabla 4: Tabla 4. Matriz de evaluación entre criterios y alternativas ALTERNATIVAS 1 CRITERIOS 2 … m
1 X11
2
…
n
Xnm
32
Los valores Xij asignados a cada alternativa, la valoran en función de cada uno de los criterios, a estos valores se les denomina puntuación de criterios (Xij) y representan la aceptación o nivel de consecución que obtiene cada alternativa según cada criterio. Este es un proceso determinante en la EMC, ya que los valores asignados en esta matriz dependerán todos los resultados posteriores. Una vez realizada la evaluación es importante considerar la importancia relativa de cada criterio frente a ella. Se puede realizar una clasificación de los criterios en función de la relevancia de estos para la evaluación a realizar. Si esta clasificación se realiza de forma cualitativa, es decir, se ordenan de mayor a menor relevancia se está realizando una jerarquización de criterios; por lo general, es necesario asignar la importancia mediante valores específicos, esto es cada criterio recibe un valor llamado peso o ponderación, ya que a pesar de que se evalúa cada alternativa en función de todos los criterios, en la mayoría de ocasiones no todos ellos tienen la misma relevancia para la evaluación global de la alternativa. Así, se asigna a cada criterio un peso o ponderación que es una medida de la importancia relativa que éste tiene en la evaluación en conjunto. Como es fácil deducir esta importancia dependerá del punto de vista que se esté considerando, así en muchas ocasiones es conveniente considerar distintos puntos de vista para la valoración, y se tendrán ponderaciones de criterios según el punto de vista ambientalista, petrolero, económico, opinión pública, etc. Se obtiene de esta forma una matriz de ponderación que se representa de acuerdo a la Tabla 5. Tabla 5. Matriz de prioridades o pesos CRITERIOS 1 PUNTOS DE VISTA 2 … z
1 W11
2 Pesos Wij
…
M
Wmz
33
Una vez establecidas las matrices de evaluación y la de prioridades se puede completar la matriz de valoración integrando los valores de la evaluación según la ponderación de los pesos (Jankowski, 1994, p.326). Dicha integración puede realizarse mediante varios métodos, como por ejemplo la sumatoria lineal ponderada. 2.2.4 Tipos de EMC Los métodos EMC, de acuerdo a Gómez y Barredo (2005, p. 179): Pueden clasificarse en compensatorias (requieren que el centro decisor especifique los pesos de los criterios como valores cardinales o funciones de prioridad), no compensatorias (requieren una jerarquización ordinal de los criterios) y borrosos. Las compensatorias se basan en la suposición de que el valor alto de una alternativa es un determinado criterio que puede ser compensado por un valor bajo de la misma alternativa en otro criterio, no siendo así en las no compensatorias. Los principales métodos de EMC se presentan en la Figura 2.
34
Figura 2. Métodos de EMC
Fuente: Gomez y Barredo, 2005
Los principales métodos para la evaluación multicriterio de acuerdo a Pineda (2013), son: 2.2.4.1
Intersección Booleana
En este método los factores son tratados como limitantes, ya que las áreas seleccionadas son aquellas cuyas condiciones son óptimas para todos los factores. La operación aplicada es la intersección (AND) o mínimo booleano. En este método de combinación de factores no existe negociación o compensación de un factor por otro, es decir, un área con una valoración excelente en un factor no puede compensar por la valoración deficiente de otro factor para la misma área (Olaya, 2011, p. 453). Al utilizar este método de combinación de factores el análisis trata de reducir su riesgo a un mínimo; ya que selecciona las áreas con condiciones óptimas en todos los factores, esta lógica es útil para realizar operaciones en los atributos temáticos de cada pixel adjuntos a entidades geográficas en un SIG
35
2.2.4.2
Sumatoria lineal ponderada (WLC, del inglés Weighted Linear Combination)
En este método de combinación pueden utilizarse tantos factores como limitantes. El proceso de combinación posee 3 etapas de acuerdo a la siguiente ecuación:
Donde
es el nivel de adecuación de la alternativa i
es el peso del criterio i es el valor ponderado de la alternativa i en el criterio j Las instancias de la ecuación son: o Multiplicación de cada uno de los factores por sus respectivos pesos o ponderaciones. o Adición de los resultados anteriores. o Multiplicación del resultado anterior por cada uno de los mapas de limitaciones (mapas booleanos de 0 y 1) Este proceso de combinación de criterios permite compensar en cuanto al grado de aprobación entre criterios, esto se logra mediante los pesos o ponderaciones (Riveira, 2007). Por ejemplo, un factor con un peso muy alto y con una excelente aprobación para lograr el objetivo buscado puede compensar por la baja aprobación de otro factor que tenga menor peso en el proceso de toma de decisiones. En este caso el analista asume una posición de riesgo promedio, pues las áreas seleccionadas ofrecen un compromiso entre un riesgo mínimo (operación Y) y un riesgo máximo (operación OR).
36
2.2.4.3
Método de Jerarquías Analíticas (AHP, del inglés Analytic Hierarchy Process)
El método AHP, desarrollado por el matemático Thomas Saaty 1 , consiste en formalizar la comprensión intuitiva de problemas complejos mediante la construcción de un modelo jerárquico. El propósito del método es permitir que el agente decisor pueda estructurar un problema multicriterio de forma visual, mediante la construcción de un modelo que básicamente contiene tres niveles: meta u objetivo, criterios y alternativas. Una vez construido, se realizan comparaciones por pares entre dichos factores y se atribuyen valores numéricos a las preferencias señaladas por las personas, entregando una síntesis de las mismas mediante la agregación de esos juicios parciales. El fundamento del proceso de Saaty descansa en el hecho que permite dar valores numéricos a los juicios dados por las personas (expertos), logrando medir cómo contribuye cada elemento de la jerarquía al nivel inmediatamente superior del cual se desprende (Molero, Grindlay, Asensio, 2007, p. 120). Este procedimiento compara pares de criterios, partiendo de una matriz cuadrada, siendo las filas y columnas el número de criterios a considerar, basándose en la cuantificación de los juicios subjetivos de expertos de temas relacionados en la toma de decisiones de una temática a resolver de manera particular. Anavberokhai (2008) menciona que el método de estudio implica principios tales como: -
Elaboración de jerarquías
-
Priorización
-
Consistencia lógica
Este método propone los siguientes pasos: 1
Fase de descomposición de lo general a lo especifico
Thomas Saaty, nacido en Iraq, matemático estadounidense, es el creador del método de Jerarquías Analíticas, cuyo marco de apoyo radica en la toma de decisiones multicriterios a gran escala.
37
-
Construcción
de
la
matriz
de
comparación
por
pares,
considerándose en la matriz de comparación, la doble entrada de los criterios puntuados en consideración al estudio planteado.
1/9
1/7
Extrema
Fuerte
1/5
1/3
Moderada
1 Igual
3 Moderada
Menos Importante
5
7
9
Fuerte Extrema Más Importante
Adaptado de Gómez y Barredo (2005, p.186). Para dar continuidad a este método es necesario mencionar la siguiente fase propuesta por Saaty, así: a.
Construcción de la matriz de normalización, esta tabla se
obtiene de la división de cada una de las columnas para la suma de sus componentes en columnas. b.
Obtención
del
eigenvector
principal,
resultado
del
promedio de cada fila de la matriz normalizada. El valor del promedio por fila representa el cociente entre el vector de prioridad de la alternativa con respecto al criterio considerado. c.
Calculo de la consistencia (CR: Consistency Ratio por sus
siglas en inglés) en la asignación de los juicios de valor. Es el resultado de la razón de consistencia, índice de consistencia dividido para el índice aleatorio (CR=CI/RI). Cabe destacar que en este cálculo si CR es mayor o igual a 0.10 los juicios de expertos deben ser considerados una vez más, mientras que si CR<0.10 se cataloga como aceptable o satisfactorio el juicio obtenido.
(1) (2)
38
Cuantificación para RI de acuerdo al orden de la matriz de criterios usados N
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
RI
0
0
0,58
0,90
1,12
1,24
1,32
1,41
1,45
1,49
1,51
1,48
1,56
1,57
1,59
El cálculo para la obtención del eigenvalor
amerita
algunos pasos que detallan primero la obtención de una matriz B: B=Matriz de criterios x la Matriz de pesos Al obtener los valores del vector B, ahora calcularemos una nueva matriz B’, la misma que no es sino, el cociente de los valores entre la matriz B y la del eigenvector principal. De acuerdo a este último calculo, el famoso eigenvalor
, es el
promedio de los valores resultantes en la matriz B’. De esta manera se obtienen las expresiones (1) y (2). d.
En la secuencia que describe Saaty, a continuación se
procederá a construir la Matriz de Prioridades, ubicando por doble entrada, a los criterios en columnas y las alternativas en filas. Estos valores son los transcritos de los eigen vectores principales del paso (d).
e.
En este apartado se debe mencionar que los pasos de
normalización como del cálculo de su consistencia será realizado para cada uno de los criterios que intervengan en el análisis, contemplando en la matriz de doble entrada, la comparación de alternativas tanto en filas como en columnas.
f.
Finalmente se obtiene el vector de prioridad global, que se
determina de la multiplicación de las matrices de prioridades, por la del eigenvector principal fruto de la matriz de normalización de
39
la comparación por pares de los criterios del estudio, según Lee y Musumeci (1988, p.174). Existen otros métodos como el de las utilidades relativas, el mismo que consiste en estimaciones provisionales, que irán afinándose en el sentido de mejorar su consistencia interna por medio de comparaciones binarias de subgrupos de criterios.
2.2.4.4
Utilidad multi atributo – MAUT (del inglés Multiattribute Utility Theory)
Según García (2009, p.738): Este método fue desarrollado por Keeney y Raiffa en 1976, a partir de la teoría de utilidad unidimensional de Von Neumann y Morgenstern y busca expresar las preferencias del decisor sobre un conjunto de atributos o criterios en términos de la utilidad que le reportan, dentro de un contexto de la teoría de la decisión en condiciones de incertidumbre. Se trata de un modelo de agregación de preferencias efectuadas respecto a criterios individuales, en los cuales se modelan las preferencias globales del decisor mediante una función de valor. Esta teoría por lo tanto, asumen que el decisor es capaz de articular sus preferencias de acuerdo, estrictamente, a las relaciones de indiferencia o preferencia, y que siempre va a preferir la solución que maximiza su utilidad. por lo tanto asume que, consciente o inconscientemente, cualquier decisor intenta maximizar su utilidad a la hora de seleccionar cualquier proyecto, es decir, seleccionará aquel proyecto que le reporte una mayor utilidad, considerando todos los criterios que le afecten. Se considera, por tanto, una función de utilidad total multiatributo que, tradicionalmente, se calcula mediante la agregación aditiva o multiplicativa de las utilidades parciales para cada uno de los criterios de las distintas alternativas, lo que lleva a presentar un valor para cada de las alternativas consideras, y por tanto, proporciona una ordenación completa de alternativas, al igual que en las otras metodologías.
40
2.2.4.5
Análisis de punto ideal
El análisis de punto ideal se basa en la suposición de que un valor de un factor puede ser compensado por un valor alto de otro factor para la misma alternativa. Para poder realizar estas compensaciones, las puntuaciones de los factores, medidas en diferentes escalas, deben ser normalizadas, y los pesos de los mismos, que reflejan la importancia relativa de cada factor en la evaluación, deben establecerse de forma cuantitativa. Los modelos basados en el concepto de punto ideal se fundamentan en el cálculo de la distancia de cada alternativa al punto ideal, que será aquel con el mejor valor para cada uno de los factores. Las mejores alternativas serán aquellas más próximas al punto ideal. Lo que plantean Gómez y Barredo (2005) para la ejecución de este método se plantea: i) normalización de los factores de evaluación, ii) asignación de pesos a los factores, iii) cálculo de la distancia de cada alternativa al punto ideal, iv) normalización de los valores de aptitud (Vinasco, 2005). 2.2.4.6
Promedio ponderado jerárquico (del inglés ordered weighted averaging OWA)
Según García (2012, p. 8):
Este método de combinación similar al anterior, en cuanto a que también utiliza factores, limitantes y ponderaciones, requiere que las ponderaciones se jerarquicen según el orden en que se utilizarán. Esta jerarquización determina el grado de negociación o compensación a utilizar así como el nivel de riesgo que se utilizará en el proceso de toma de decisiones. Este método de ponderación permite combinar los factores basados en su posición relativa (utilizando el orden de menor a mayor) en cuanto a satisfacer los criterios establecidos por el analista. El nivel de riesgo es controlado por la asimetría relativa hacia el mínimo o hacia el máximo de los órdenes (expresado como pesos relativos). Cuando los pesos están distribuidos equitativamente a lo largo de todas las posiciones se logra el mayor grado de negociación o compensación (ya que todos los factores tienen una influencia relativa).
41
Ambas estrategias de decisión brindan resultados diferentes. Las estrategias basadas en la lógica Booleana dominan las soluciones en el mundo vectorial en tanto que WLC domina las soluciones implementadas en los sistemas ráster. Ronald Eastman prefiere aludir a este método como una técnica que permite controlar el riesgo y la incertidumbre asociada a cualquier toma de decisiones (Eastman et al., 1993). El método consiste en utilizar, además de los pesos de los factores, otra serie de pesos “ordenados” que controlan cómo se agregan esos factores ponderados. De esta manera es posible determinar el nivel total de compensación permitido. Estos pesos ordenados también han de sumar la unidad, y las distintas combinaciones de los mismos nos permitirían situarnos en cualquier punto del espacio triangular de decisión que se observó en la tabla de claves de la EMC. 2.2.4.7
Método Out ranking o relaciones de superación
Estos métodos constituyen instrumentos relativamente sencillos para obtener una pre selección de grupos de alternativas (elecciones) muy amplios. El tamaño del conjunto de soluciones eficientes se reduce por medio de una partición en un subconjunto (núcleo) de alternativas más favorables y otro de menos favorables (Palomo, 2012, p.56). Una relación de superación constituye un modelo de agregación de preferencias y representa el caso particular de dos alternativas que son incomparables. La construcción de relaciones de superación no necesita absolutamente efectuar comparaciones binarias de las alternativas, no supone necesariamente la transitividad de preferencias o la comparabilidad, utiliza escalas ordinales, es indiferente al principio de preservación de orden, y no es fácilmente manipulable. Los enfoques más conocidos (ELECTRE) se basan en los conceptos de concordancia y discordancia, y otros se sustentan en el de tasas de sustitución o en una familia de funciones de utilidad. El modelo de la relación de superación consiste en admitir para cualquier par de alternativas que una supera a la otra cuando son satisfechas una condición de concordancia y una de discordancia (tests, índices). La concordancia cuantifica el grado de dominación de la alternativa "A" sobre la alternativa "B",
42
la discordancia cuantifica el grado de no-dominación de la alternativa B sobre la A. Conforme al nivel de incertidumbre, existen relaciones de superación determinísticas y difusas (fuzzy). Los métodos de superación han surgido de la escuela Francesa, y su uso también es favorecido en distintos países de Europa. 2.2.4.8
Método aditivo lineal
El método aditivo lineal muestra como el valor de la opción de muchos criterios se pueden combinar en un valor global de multiplicar con el valor de cada criterio por el que los pesos de criterio y a continuación, la adición de todos los pesos de las puntuaciones juntos. El método aditivo lineal puede usarse dentro de cualquier plataforma SIG que posea propiedades de superposición. (Gómez y Barredo, 2005, p. 98). El uso del método aditivo lineal se puede aplicar a ráster como vector teniendo dos fuertes hipótesis que es el lineal y aditivo de atributos. En los supuestos de linealidad, la conveniencia de una unidad adicional de un atributo es constante para cualquier nivel mientras que en la aditividad de los atributos, no hay efecto de interacción entre los atributos. 2.2.4.9
EMC basada en lógica fuzzy
La teoría de los conjuntos borrosos fue desarrollada por L. Zadeh 2 en los años 60, se considera una generalización del álgebra booleana, siendo útil para procesar información con zonas de transición gradual, como pueden ser las clasificaciones de elementos (Bonis, 2011, p.30). La lógica borrosa o fuzzy describe la posibilidad de que una localización sea miembro de un conjunto determinado, no estando ligado a una función de probabilidad y pudiendo esta posibilidad estar basada en el conocimiento subjetivo de un experto. El hecho de que el conjunto borroso pueda expresar la transición gradual desde la pertenencia o no a un conjunto (clase) hace de esta técnica una
2
Lotfi Asker Zadeh: Nacido el 04 de febrero de 1921, es matemático, ingeniero eléctrico, informático y profesor azerbaiyano de la Universidad de Berkeley. Es famoso por introducir en 1965 la teoría de conjuntos difusos o lógica difusa. Se le considera así mismo el padre de la teoría de la posibilidad.
43
potente herramienta para la representación geográfica de entidades con limites impreciso, ejecución y análisis basados en SIG, ya que es capaz de manejar la incertidumbre acerca de los datos geográficos, reglas de decisión o representación de conceptos imprecisos (Gómez y Barredo, 2005). Si necesitamos describir un fenómeno, en general, tendremos que caracterizarlo en clases. En un conjunto nítido la pertenencia es binaria, es decir el fenómeno está dentro o fuera de la clase, debido a la imprecisión, las reglas ambiguas de caracterización o la ambivalencia los límites entre estas clases no siempre están claros. Por ejemplo: si deseamos considerar la clasificación de una capa de pendiente de un terreno, o podemos definir como: plano, medio, alta pendiente, y establecer los límites entre estas clase. La clasificación fuzzy o borrosa, sin embargo, asigna un grado de pertenencia en el intervalo [0,1] de cada terreno a cada uno de los conjuntos borrosos (plano, medio, alta pendiente), pudiendo tener cierto grado de pertenencia a varios de ellos, como se muestra en la Figura 3. Si quisiéramos representar de manera más adecuada estas relaciones podríamos agregar más clases (bajo, plano, medio, moderada pendiente, alta pendiente). A pesar de que añadamos más clases
siempre
generalización de la relación entre
seguiríamos
obteniendo
una
las pendientes del territorio. Como
puede observarse la definición de los límites de las clases es subjetiva y no del todo precisa, hecho que se agrava si se tienen en cuenta los errores de medición. Si en este caso el procedimiento para obtener la pendiente del terreno tiene una precisión de más menos un 1%, la imprecisión puede cambiar la clase a la que se asignó el fenómeno.
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Figura 3. Definición del modelo de adecuación a pendientes mediante funciones trapezoidales
Fuente: Gómez y Barredo, 2005
Como en el caso de la aplicación de un sistema EMC en un SIG, la asignación y superposición borrosa requiere la definición previa del modelo en términos lingüísticos. El siguiente paso sería lo que se denomina como fusificación, o conversión de los términos lingüísticos en conjuntos borrosos asignando a cada criterio (capa temática) una función de pertenencia que define el grado de pertenencia de cada elemento del universo (por ejemplo, de cada terreno) a cada conjunto borroso. Para definir esta pertenencia disponemos de varios modelos, la importación semántica o SI, el modelo de relación de similaridad o modelos experimentales como las redes neuronales o la clasificación continua basada en el uso del algoritmo k-means. El más extendido y flexible es el de importación semántica o SI que se basa en el establecimiento de los puntos críticos para definir la función de pertenencia (Gómez y Barredo, 2005). Algunas de las funciones de pertenencia más usadas son las trapezoidales, triangulares, aunque existen otros tipos como las sigmoidales (S-Shaped), en la que debemos especificar la posición de los puntos de inflexión (umbrales) en el eje X, los cuales nos permiten generar la función de pertenencia, o las funciones en forma de J (J-Shaped) menos utilizada que la Sigmoidal.
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Estas tres funciones deben considerar: la ubicación de los 4 puntos de control ordenados de menor a mayor en la escala de medición. El primer punto que marca el lugar en el que la función de pertenencia comienza a elevarse por encima de 0. El segundo punto inicia donde alcanza 1. El tercer punto indica la ubicación donde el grado de pertenencia comienza a caer de nuevo por debajo de 1, mientras que el cuarto punto marca donde vuelve a 0. Los puntos pueden ser duplicados para crear funciones monótonas o simétricas. La función definida por el usuario requiere la aportación de puntos de control y sus correspondientes miembros del conjunto difuso. Estos pares sirven para definir la forma de la curva de pertenencia del conjunto difuso. La salida puede ser escalada de 0-1 ó 0-255. La elección de la función de pertenencia borrosa depende del fenómeno que intentemos modelar, tendremos que valorar qué función captura mejor la transformación de los datos. Este es el paso fundamental para esta aplicación. Los sets fuzzy son conjuntos (clases) sin límites definidos, es decir, la transición gradual entre la pertenencia y la no pertenencia. Para esto un conjunto difuso se caracteriza por un grado de pertenencia borrosa (también llamado una posibilidad) cuando se oscila de 0.0 a 1.0, lo que indica un aumento continuo desde la no pertenencia hacia la pertenencia completa. Como anteriormente se describió, existen algunos sets de funciones de pertenencia fuzzy, de entre las cuales se profundizará en los mencionados Sigmoidal, J, lineal y la definida por el usuario. Sigmoidal: la función de pertenencia Sigmoidal (forma de S) es quizás la función más utilizada en teoría de conjuntos difusos. Se produce usando una función coseno. En uso, Fuzzy, requiere las posiciones a los largo del eje X de los 4 puntos anteriormente mencionados que rigen la forma de la curva. Están indicadas en la siguiente figura, como puntos a, b, c y d representa los puntos de inflexión como lo que se describe a continuación: a: pertenencia sobre 0 b: pertenencia llega a 1
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c: pertenencia cae bajo 1 d: pertenencia llega a 0 La figura de función de pertenencia Sigmoidal muestra un crecimiento monótono, decrecimiento monótono y dos curvas de pertenencia simétrica en la parte superior izquierda, superior derecha, bajo izquierda y derecha respectivamente. En el caso de la curva de crecimiento monótono, el valor dado por los puntos de inflexión b, c y d son idénticos. De forma similar, en la función de decrecimiento monótono, a, b y c tienen idénticos valores. Por ejemplo en la construcción de la clase “pendientes pronunciadas” se podría utilizar la función de crecimiento monótono con punto de inflexión al 10% (pendientes que comienzan a ser pronunciadas) b, c y d con pendiente del 25% (pendiente moderada-alta). Otro ejemplo para elevación adecuada para una especie de planta en particular, se la puede relacionar con una función simétrica teniendo valores de inflexión como a=1000 m, b y c 2000 m y d=5000 m, ver Figura 4. Figura 4. Funciones de pertenencia del tipo Sigmoidal
Fuente: Gómez y Barredo, 2005
En forma de J: la función en forma de J es muy común, sin embargo en la mayoría de los casos parecería como una función Sigmoidal. La figura de la parte baja muestra diferentes posibilidades y de posiciones de los puntos de inflexión. Se debe señalar que con la función en forma de J, la función se aproxima a 0, pero sólo se alcanza en el infinito. Por lo tanto los puntos de inflexión a y d indican los puntos en el cual la función alcanza 0.5 en lugar de 0, ver Figura 5.
47
Figura 5. Funciones de pertenencia del tipo J
Fuente: Gรณmez y Barredo, 2005
Lineal: la figura 6 que se muestra en la parte baja permite visualizar la funciรณn lineal y sus variantes, a lo largo de la posiciรณn de los puntos de inflexiรณn. La funciรณn es usada extensamente en dispositivos electrรณnicos que se publicitan con apoyo de lรณgica fuzzy, en parte por su simplicidad como tambiรฉn debido a la necesidad de controlar la salida de los sensores lineales de estos dispositivos. Figura 6. Funciones de pertenencia del tipo lineal
Fuente: Gรณmez y Barredo, 2005
Definido por el usuario: cuando la relaciรณn entre el valor y la pertenencia fuzzy no siguen ninguna de las funciones mencionadas, la funciรณn definida por el usuario puede ser de mejor aplicaciรณn. Los puntos de control usados en esta funciรณn pueden ser tantos, cuanto sean necesarios para definir la curva de pertenencia fuzzy. La pertenencia fuzzy entre dos puntos de control se interpola linealmente, como se observa en la figura 7.
48
Figura 7. Funciones de pertenencia definidas por el usuario
Fuente: Gómez y Barredo, 2005
2.2.5 Ventajas y desventajas de la EMC sobre juicios subjetivos Voogd (1983), p.257, plantea una serie de ventajas y desventajas asociadas a los métodos de EMC y su aplicación en planificación urbana y regional. En relación a las ventajas podemos destacar las siguientes:
Permiten obtener una clasificación examinable de información objetiva. Lo que ofrece mayores posibilidades de ampliar las fronteras del conocimiento del problema en estudio, así de acuerdo a la clasificación final de las alternativas, podemos reconsiderar el valor y/o significado de los criterios inicialmente fijados, así mismo, el problema queda acotado por una serie de factores y variables conocidos por el centro decisor.
Proporcionan un medio para obtener un mejor conocimiento de las repercusiones de los juicios de valor. Los cuales son planteados inicialmente en la matriz de prioridades, sin embargo la obtención de valores utilizables como escalas de razón o intervalos a partir de prioridades
será
tratada
posteriormente,
aspecto
éste
de
fundamental importancia en el momento de la implementación del método de EMC elegido.
Permiten integrar de modo coherente y practico un aspecto de suma importancia en la planificación actual, como son los distintos enfoques frente a un mismo problema, esto se refiere a los “puntos de vista” incluidos en la matriz de prioridades.
Ofrecen la posibilidad de lograr una considerable reducción de la información inicial disponible, resumiendo en un solo conjunto de
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datos más pequeño las principales características de la información inicial respecto al problema planteado, pudiendo así ofrecer soluciones, o bien, utilizar este nuevo conjunto de datos como entrada para un nuevo proceso.
Permiten tomar decisiones de un modo más coherente, basadas en el principio de la multidimensionalidad de criterios y puntos de vista, asistiendo a procesos de toma de decisiones, en nuestro caso acerca de problemas espaciales complejos.
Proveen una justificación para las decisiones políticas, las cuales ocasionalmente pueden ser tomadas con un alto grado de arbitrariedad no cuantificable.
Por otro lado, los métodos de EMC cuentan con varios aspectos negativos o desventajas, estos se plantean:
Ciertos aspectos de los métodos de EMC pueden ser “técnicamente muy complejos”, lo cual puede generar que éstos sean poco comprensibles para no expertos en el campo de la evaluación. Esto provoca un rechazo inicial frente a los métodos de EMC dada esta complejidad, pues dichos métodos en ocasiones no son de fácil implementación en los actuales sistemas informáticos y en los paquetes de SIG disponibles en el mercado (Keshkamat, 2007).
Un factor de gran relevancia es el riesgo que los métodos de EMC sean utilizados como una “salsa científica” sobre las decisiones a tomar, bien por la complejidad de algunos procesos, bien por el indebido uso de los métodos, escalas de medida, criterios, así como de otros aspectos de su aplicación.
2.2.6 Cálculo de distancias de coste y caminos óptimos Los módulos de cálculos de rutas óptimas de los programas SIG basan su análisis en el cálculo de valores acumulativos de las diferentes celdas o píxeles de una determinada capa ráster. Dicha capa representará la dificultad o coste de desplazamiento de un determinado territorio definida a partir de los escenarios propuestos que se obtienen en el proceso de EMC. Los costos son determinados desde el origen hacia el destino final.
50
Por ejemplo para una superficie de costo/fricción que posea valores de 1, una fricción de 2 indica el costo de dos veces para moverse a través de esa celda. Igualmente, una fricción de 0.5 indica la mitad del costo. De este modo el programa podrá seleccionar la ruta para unir dos puntos determinados donde la suma de los valores de todas las celdas atravesadas sea la más baja y por lo tanto la que equivaldrá a un menor esfuerzo en el desplazamiento. Los resultados finales obtenidos dependerán en gran medida de los factores o variables utilizadas para la elaboración de dicha capa ráster (capa obtenida de la EMC), siendo indispensable plantear cuales vamos a utilizar en la construcción de ésta. Consideramos, por tanto, necesaria una reflexión inicial sobre qué tipo de variables puede afectar al desplazamiento de un trazado de poliducto por un territorio, favorecer o repeler la atracción de una ruta elegida. De este modo podemos analizar qué zonas son menos “costosas” para el desplazamiento de una persona por un determinado territorio. (Bagli, Geneletti y Orsi, 2010), p. 234. Para partir del cálculo de distancias es necesario definir una cobertura de Costo; capa que genera una superficie de distancia/proximidad, denominada también como superficie de costes, donde la distancia se mide como el mínimo esfuerzo de movimiento sobre una superficie de fricción (Romero, 2005). Existen diversos algoritmos matemáticos que resuelven este problema. El más conocido es el de Dijkstra 3 que usualmente está disponible en los programas de análisis de redes integrados en un SIG (Fernández, 2008). Para establecer el cálculo de rutas óptimas se necesita: 1. Establecer mapa de fricciones unitarias (proveniente del resultado de la EMC). Valores desde 1 al máximo en las rutas, en el exterior de las rutas valor -1 (imposibilidad de paso).
3
Algoritmo de Dijkstra: también llamado algoritmo de caminos mínimos, es un algoritmo para la determinación del camino más corto dado un vértice origen al resto de vértices en un grafo con pesos en cada arista. Su nombre se refiere a Edsger Dijkstra quien lo descubrió por primera vez en 1959.
51
2. Calcular el mapa de costos de recorrido acumulados hasta uno de los extremos de la ruta, usando el algoritmo COSTGROW (el cual no permite pasar pixeles con fricción -1) o COSTPUSH. 3. Sobre este mapa de costes acumulados usar el orden PATHWAY con el otro extremo de la ruta como origen del camino. El resultado es un camino que minimiza los costes acumulados de ir desde un extremo al otro de la ruta. Para fines de análisis de rutas óptimas definidos en paquetes SIG, se utilizó el algoritmo COSTPUSH, el mismo que calcula el coste acumulado de llegar a cada una de las celdas de la imagen (capa ráster-EMC), realizando cuatro pasadas a través de ella en el siguiente orden según Eastman (1993): a. De la parte superior izquierda a la parte inferior derecha b. De la parte inferior derecha a la parte superior izquierda c. De la parte superior derecha a la parte inferior izquierda d. De la parte inferior izquierda a la parte superior derecha En la primera pasada establece qué celdas tendrán valor 0 (el punto de origen) y las que tendrán los valores de distancia o coste más elevados. En todas las pasadas examina los 8 pixeles vecinos para ver si la distancia/coste incrementada desde el vecino es menor que la distancia/coste almacenado para esa celda. Profundizando el uso del comando Pathway, actúa determinando la ruta de menor costo entre uno o más puntos de inicio y una o más celdas de valores menores de una superficie de costo acumulada o superficie de distancia. Los puntos de menor valor; en esta superficie, representan los puntos terminales para el módulo PATHWAY. El objetivo de su uso está compuesto por todas las celdas que no son cero en el ráster de destino. Trabajando con la distancia o la superficie de costo de distancia, este algoritmo determina la ruta de menor costo uniendo las celdas terminales y objetivos. El ráster de resultado producido es el valor de la ruta de menor costo indicado por los de un fondo de ceros. Si se utiliza un ráster de distancia finalmente las rutas resultado serán líneas rectas.
52
3. METODOLOGÍA 3.1 Área de estudio El área de estudio se encuentra ubicada en dos regiones naturales del Ecuador continental, el mismo que parte desde la terminal Pascuales (ciudad de Guayaquil, en la Provincia de Guayas), hacia la terminal Chaullabamba ubicado en la ciudad de Cuenca, en la zona Sierra austral del Ecuador. Ver zona de estudio en figura 8.
53
Figura 8. Mapa de ubicaci贸n de 谩rea de estudio
54
La visualización de la zona de estudio en 3D se puede observar en la figura 9. Figura 9. Visualización de la zona de estudio en 3D
3.2 Metodología de estudio Las etapas del proceso general del estudio se presentan en la Figura 10. Figura 10. Etapas del proceso general para determinar rutas óptimas
Se debe mencionar que todo estudio inicia con la delimitación de la zona de trabajo, para luego definir los criterios cartográficos a ser considerados, siendo
55
estos factores y restricciones, que faculten la creación de la capa de compensación de capas temáticas definida como capa de fricción.
En este punto vale mencionar que una superficie de fricción es aquella capa proveniente de la EMC, definidas a partir del grado de impedimento que existe en llegar de un lugar a otro, a través del procedimiento denominado Costo, se genera la superficie de distancia/proximidad, donde la distancia es medida como el menor costo (esfuerzo, gasto, etc.) en desplazarse sobre una superficie de fricción. Los resultados de las capas fricción se definen a partir de los escenarios propuestos que se obtuvieron en el proceso de EMC. En consideración a esto, los valores de aptitud o fricción, dependerán mucho de las ponderaciones ejecutadas por el círculo de expertos, ver Anexo 3, ya que al existir valores de fricción iguales a 1 el costo del traslado de un punto A hacia uno B serán menores que los que posean un valor del doble de esfuerzo igual a 2. En atención de lo mencionado se puntualiza el siguiente flujograma en la Figura 11, como parte medular de la metodología aplicada en el presente estudio. Figura 11. Aplicación de la metodología general de EMC y SIG
56
La metodología presentada es complementada en términos generales por la figura 10. Iniciando con la definición de los criterios geológicos, ambientales, sociales, etc., que involucraremos en el análisis multicriterio pasando luego a la fase de preparación de factores o restricciones para posteriormente normalizarlos matemáticamente e ingresarlos como inputs a los distintos métodos de EMC, como son AHP, OWA, WLC., en los dos escenarios que se crearán tanto de operatividad geológica cuanto en el de restricciones socio ambientales. Para la propuesta metodológica se eligió el software IDRISI Selva, desarrollado por Clark Labs desde 1987.
Ahora recordando que la superficie de fricción es la capa obtenida de la EMC, se procede a dar forma al primer escenario (escenario A) que posee mayor énfasis en el respeto al medio ambiente, conforme a lo descrito por Linares (1999), otorgando, al momento de ponderar los factores, mayor peso a los que se enfocan a la conservación de áreas naturales y de protección natural. De esta misma forma se hará énfasis en la creación de un segundo escenario (escenario B), en el que se involucre directrices con apertura a la construcción de un ducto desde la perspectiva geológica, es decir que no se ocupe con tanta restricción a aquel escenario que identifique zonas pobladas y de respeto ambiental.
Al tener la capa de fricción proveniente del escenario A o B procedemos a conseguir la capa de Costo de traslado de un pixel desde Pascuales hacia Cuenca utilizando el algoritmo COSTPUSH del programa Idrisi. Esta fase final nos permitirá determinar bajo un análisis de distancias y costos, la mejor opción para el escenario con mayor énfasis en el respeto socio ambiental, versus el de factibilidad geológica constructiva.
3.3 Definición de criterios Los criterios planteados se encuentran en la Tabla 6, cuyas variables de análisis poseen distinto tipo de dato así como atributos, pudiendo definirse en 5 grandes grupos de descripción de los componentes que se plantean dentro de
57
esta propuesta metodológica, de acuerdo al consenso del equipo técnico, definiendo temáticas constructivas geológicas, de uso de suelo, climáticas, restrictivas y de infraestructura pre existente de la zona de estudio. Por un lado, el componente geológico, posee tres criterios fundamentales para la aplicación de esta metodología, estos son la litología de mapeo realizado por el Servicio Geológico Británico en sociedad con investigadores del Instituto de Investigaciones Geológicos Mineras Metalúrgicas (INIGEMM) del Ecuador, la capa temática de movimientos en masa que maneja las categorías jerárquicas de susceptibilidad a deslizamientos u otros; y finalmente la capa NEC - 11 (Norma Ecuatoriana para la construcción)4, referencia descrita por la Cámara de la Construcción de Pichincha (2011). Otro componente analizado es el de cartografía base, que integra criterios de ubicación y cercanía de centros poblados, cuerpos hídricos, vías e información de hipsografía consecuente de la percepción remota de un SRTM 5 del Ecuador continental. Información de libre acceso en internet a través del portal del Sistema
Nacional
de
Información
(SNI)
como
de
la
dirección
http://glcfapp.glcf.umd.edu:8080/esdi/index.jsp. El componente agrícola, definió importantes criterios representados por el uso del suelo, textura y aptitud agrícola, información encontrada del repositorio del Sistema Nacional de Información (SNI) de la SENPLADES (2013), como de la dirección http://www.bu.edu/lcsc/files/2012/08/MCD12Q1_user_guide.pdf. Además consecuentes con la incorporación de criterios importantes para el planteamiento de la metodología, se incrementó el componente climático, establecido por el criterio de precipitación, el mismo que se lo puede encontrar en la dirección web http://www.worldclim.org/current.
4
NEC: Norma ecuatoriana de la construcción dictada en el decreto ejecutivo No. 3970 de 1996, en el que se crea el Comité Ejecutivo del Código Ecuatoriano de la Construcción, el mismo que está integrado por Ministerios, Secretarias, Colegio de Ingenieros Civiles, Cámaras de la Construcción para elaborar documentos técnicos de sismicidad del país y determinación de parámetros de diseño constructivo. 5 SRTM: El Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) obtuvo datos de elevación en una escala casi mundial para generar la base de datos de alta resolución topográfico digital más completo de la Tierra. SRTM consistía en un sistema de radar especialmente modificado que voló a bordo del transbordador espacial Endeavour durante una misión de 11 días en febrero de 2000.
58
De acuerdo a esto se presentan variables restrictivas las mismas que a través de una ley o reglamento impiden cualquier actividad de índole hidrocarburífera, cabe mencionar que inicialmente son coberturas booleanas, siendo estas parques naturales, bosques-vegetación protegida y centros poblados. Se debe considerar que dentro de la propuesta metodológica planteada, se contemplan ámbitos de recopilación de información de distintas épocas y escalas, cuya metadata se encuentra disponible de forma libre en el portal del SNI-SENPLADES. Esto permitió enfocar el esfuerzo del estudio a la metodología de EMC y la búsqueda de ruta óptima para trazado de un poliducto entre Pascuales y Chaullabamba.
59
ITEM
CRITERIOS
ORIGEN DATO
1
GEOLOGIA
SI
MOVIMIENTOS EN MASA
SI
NEC MDT VIAS HIDROGRAFIA USO DEL SUELO TEXTURA
2 3 4 5 6 7 8
ESCALA
ORIGEN DEL DATO
1978-1993
1:250.000
RECOPILACION DGGM BGS INIGEMM
SIN-SENPLADES
2012
INIGEMM-MAGAP
MAGAP-INIGEMM
2010
NO
INFOPLAN INIGEMMMAGAP SGR NEC
CAMARA DE LA CONSTRUCCION Y EPN
NEC-EPN
2011
UBICACIÓN Y/O TIPOLOGIA ACELERACIONES GRAVEDAD
SI NO SI SI NO
INTERNET MTOP INFOPLAN INTERNET CLIRSEN
2010 2011 2010 2010 1999
2010 2011 2010 2008 2002
DETERMINACIÓN DE SLOPE COBERTURA DE DISTANCIA A VÍAS BUFFER DE DISTANCIA Y PROXIMIDAD USO Y COBERTURA TEXTURA SUELO
INTERVALO INTERVALO INTERVALO NOMINAL NOMINAL
2003
1:250.000 ESCALA 1:50.000 IGM FOTORESTITUCION IGM 1:50.000 FOTOGRAFIA AEREA-FOTOINTERPRETACION MTOP-IGM 1:50.000 https://lpdaac.usgs.gov/products/modis_products_table/mcd12q1 IGM 1:250.000 http://sni.gob.ec/coberturas SENPLADES 1:250.000 IEE IEE-MAGAP OBTENIDO POR PROCESOS DE INTEGRACIÓN DE TRES FACTORES CONSIDERADOS IMPORTANTES: SUELO, CLIMA Y RELIEVE, AGRUPADOS EN LA CLASE DE USO RESPECTIVO DE ACUERDO A LA EQUIVALENCIA DE LOS LÍMITES EN EL DESARROLLO DE LOS CULTIVOS, EN EL MANEJO Y CONSERVACIÓN DE LOS 1:250.000 SUELOS. MAGAP
2012
APTITUD
NOMINAL
2007
1:250.000
www.worldclim.org
www.worldclim.org
2011
MILÍMETROS DE PRECIPITACIÓN
RESTRICCION - BUFFER kms
CLIMÁTICOS RESTRICCION
S/A 2011
APTITUD AGRICOLA
SI
1:250.000 1:1000000
CONSIDERACION VARIABLES
TIPO VARIABLE
AÑO
MAGAPSIGARGO
9
AÑO ORGANISMO PROPORCIONA PUBLICACION
FUENTE
AGRÍCOLAS
CARTOGRAFÍ A BASE
AMBITOS GEOLÓGICOS
Tabla 6. Resumen de factores y restricciones ocupadas para el EMC de trazado de ductos petroleros .
LITOLOGÍA
NOMINAL
ORDINAL CUANTITATIVO
IMAGEN SATELITAL 10
11
PRECIPITACION
SI
SI
MAE
2010
1:250.000
PANE-MAE
MAE
2010
12
Areas Protegidas Bosques y Vegetación protectora
SI
MAE
2010
1:250.000
MAE
MAE
2010
13
CENTROS POBLADOS
SI
2010
1:250.000
http://sni.gob.ec/coberturas
SENPLADES
2010
INTERNET
CUANTITATIVO
INDICE
RESTRICCION - BUFFER kms INDICE CONSIDERAR CUANTIFICACION DE DATO EN MILES DE PERSONAS CUANTITATIVO
60
Se debe mencionar previo al análisis de cada uno de los criterios, que la escala de ponderación de cada criterio es de 1 a 100, por facilidad de representación porcentual, contando como el valor más bajo el valor óptimo para construcción y el valor más cercano a 100 como el valor de mayor fricción o restricción. Esto se realiza previo al ingreso de las capas hacia el software de interpretación. 3.3.1 Criterio Geológico El criterio Geológico es fundamental para determinar zonas de mayor resistencia de materiales para soportar construcciones o trazados de ductos, para lo cual se recopiló información de archivos encontrados en el repositorio del SNI y del INIGEMM, el mismo que data del año de publicación 2012. Sin embargo esta información procede del mapeo geológico de campo realizado por el Servicio Geológico Británico y la Dirección General de Geología y Minas del Ministerio de Energía del Ecuador en el año 1982, cuya escala de mapeo fue 1:1'000.000. De acuerdo a lo descrito para el área de estudio se obtienen los siguientes atributos, ver Tabla 7. Tabla 7. Clasificación de objetos cartográficos según litología FORMACIÓN
LITOLOGÍA
Ponderación
NO DEFINIDO
Gabro, riolita
1
NO DEFINIDO
Complejo máfico-ultramáfico tipo Alaskan Pipe
3
Unidad La Victoria
Esquistos y gneises semipelticos
5
NO DEFINIDO
Granito gnesico per-alumnico
7
Unidad El Pan
Esquistos verdes y negros
9
Unidad Chiguinda
Pizarras, cuarcitas
11
Unidad Guamote
Pizarras, cuarcitas
13
Unidad Upano
Esquistos, metalavas, metagrauwacas
15
Miembro Zapotal
Conglomerados, areniscas tobÿceas, lutitas
17
Unidad Peltetec
Melange ofioltico
19
NO DEFINIDO
Granodiorita
21
PiϽn
Rocas ultrabásicas
23
Unidad Misahuall
Lavas y piroclastos calco-alcalinos, capas rojas
25
Unidad La Delicia
Esquistos negros
27
Volcÿnicos Saraguro
Lavas andesticas a riolticas, piroclastos
29
Macuchi
Lavas andesticas, tobas, volcanoclastos
31
Unidad Alao-Paute
Metalavas basálticas y andesticas, esquistos
33
61 Unidad Maguazo
Metagrauwacas, metalavas
35
Balzar
Arenas, conglomerados, arcillas
37
PiϽn
Lavas basÿlticas, tobas, brechas
39
PiϽn de la Sierra
Lavas basÿlticas, tobas, brechas
41
NO DEFINIDO
Granodiorita, diorita, p½rfido
43
Volcÿnicos Cotopaxi
Piroclastos, lahares, flujos de lavas
45
Cayo
Grauwacas, lutitas
47
Grupo Anc½n
Turbiditas, lutitas
49
PiϽn
Arcillas marinas de estuario
51
Progreso
Areniscas, limolitas, lutitas
53
Volcÿnicos Pisayambo
Andesitas a riolitas, piroclastos
55
Volcÿnicos Cotopaxi
Areniscas tobáceas, conglomerados, diatomitas
57
San Eduardo
Calizas, lutitas
59
Yunguilla
Lutitas, grauwacas, gravas
61
Grupo Azocar
Lutitas, areniscas, conglomerados
63
Miembros Dos Bocas
Lutitas Blancas
65
NO DEFINIDO
Abanico aluvial mayor
67
Napo
Lutitas, calizas negras, areniscas
69
Bibliÿn
Arcillas, areniscas, lavas
71
Guayaquil
Lutitas siliceas
73
Unidad Apagua
Lutitas, grauwacas
75
NO DEFINIDO
Arcillas marinas de estuario
77
Yunguilla
Lutitas, calizas, volcanoclastos
79
Grupos Azogues, Chota y Ayancay
Arcillas, tobas, areniscas, conglomerados
81
Miembro Villingota
Lutitas chocolates
83
Punÿ
Lutitas, arcillas, arenas
85
Grupos Nab½n y Quillollaco
Arcillas, tobas, areniscas, conglomerados
87
Turi
Conglomerados, tobas, brechas
89
NO DEFINIDO
Granodiorita, diorita, p½rfido
91
Tablazo
Terrazas marinas bioclásticas
100
La ponderación de estos valores difieren en cada atributo dada la experiencia del profesional Ingeniero Geólogo responsable del componente, el mismo que atribuye mayor ponderación al atributo Tablazo ya que posee un material más resistente para obras de construcción de ductos petroleros.
Esta tabla, posee tres particularidades importantes, la unión de los atributos que poseen el mismo dato, la ponderación en la escala de 1 a 100 y la creación de zonas de mayor fricción para la aplicación de la metodología.
62
Las clases que poseen singularidades de atributos por su litología se agrupan (MERGE), pudiendo determinar 47 clases de acuerdo al criterio del experto Ingeniero Geólogo, el mismo que estandariza a las capas que puedan crear mayor “fricción” a aquellos atributos más similares a suelos, mientras que los más aptos o de menor fricción a aquellos atributos cercanos a orígenes rocosos.
Conforme a esta acotación la capa depurada de Geología, la Figura 12 presenta colores magentas como restricciones (golfo de Guayaquil y suelos sedimentarios) y colores negros o azules como aptos (rocas) para el trazado de un ducto. Figura 12. Reclasificación de atributos del factor geológico
3.3.2 Criterio Movimientos en masa El factor conocido como movimientos en masa, es fundamental para la zonificación de áreas propensas a deslizamientos, derrumbes o deslaves ya que se tornarían zonas susceptibles a inestabilidad de taludes, hundimientos o posibles pérdidas monetarias por una mala elección de determinado escenario que pueda interrumpir el normal bombeo de combustibles por rompimiento de tubería originado por este criterio. Esta información fue recopilada del portal del Ministerio de Agricultura, Ganadería Acuacultura y Pesca (MAGAP), así como de memorias explicativas del INIGEMM, y de la Secretaría de Gestión de Riesgos, a una escala de 1:250.000.
63
La capa de movimientos en masa es producto de la obtención de procesos de fotointerpretación visual digital de imágenes satelitales LANDSAT TM de los años 1999 a 2000 y combinación de bandas, a través de un análisis, clasificación e identificación de los diferentes tipos de movimientos en masa, esto se realiza a partir de la selección de insumos (imágenes satelitales), la elaboración de la leyenda para interpretación, la interpretación preliminar, la comprobación de campo y la fase final de reinterpretación, conforme lo mencionado en el portal del Sistema Nacional de Información-SNI de la Secretaria Nacional de Planificación y Desarrollo y del MAGAP. Esta síntesis de la metadata se puede encontrar en el portal del MAGAP y del SNI (http://www.sni.gob.ec/web/guest/coberturas). La capa temática presenta cuatro clases, definidas como igual intervalo de clase, con la finalidad de proponer un estándar de todas las capas que son parte de la EMC. La Tabla 8, representa la reclasificación del atributo ordinal que posee la susceptibilidad a movimientos en masa, así como su posterior ponderación de información de fricción versus aptitud. Tabla 8. Tabla de reclasificación de atributos del factor movimientos en masa DESCRIPCIÓN
VALOR
Ponderación
BAJA A NULA SUSCEPTIBILIDAD A MOVIMIENTOS EN MASA
BAJA
1
MEDIANA SUSCEPTIBILIDAD A MOVIMIENTOS EN MASA
MEDIANA
33
MODERADA SUSCEPTIBILIDAD A MOVIMIENTOS EN MASA MODERADA ALTA SUSCEPTIBILIDAD A MOVIMIENTOS EN MASA
ALTA
66 100
La calificación de cada atributo fue concebido en entrevista con un experto Ingeniero Geólogo, con la finalidad de establecer la menor subjetividad de la ponderación de la capa analizada. Para esto, se realiza la reclasificación determinando la capa indicada en la Figura 13.
64
Figura 13. Reclasificación de atributos del criterio movimientos en masa Guayaquil
Cuenca
Los colores magenta presentan mayor fricción, es decir mayor costo, no en términos monetarios, sino como fracciones de esfuerzo o gasto, para el paso de un ducto petrolero, estas zonas son menos propensas a construcciones, ya que la inestabilidad de laderas y suelo es evidente, ya sea por ubicación del Golfo de Guayaquil, cuanto de las estribaciones de cordillera.
3.3.3 Criterio de zonificación de peligro sísmico en función de la norma de la construcción ecuatoriana – NEC Los procedimientos y requisitos descritos en la NEC6 determinan la zona sísmica del Ecuador donde se va a construir edificaciones, cuanto proyectos lineales como el caso de un poliducto, tomando en consideración las características del suelo, del sitio del emplazamiento, el tipo de uso, destino e importancia de la estructura, y el tipo de sistema y configuración estructural a utilizarse. Este criterio determina 6 zonas que poseen un valor del factor de zona Z que representa la aceleración máxima en roca esperada para el sismo de diseño, expresándolo en fracción de aceleración de la gravedad, los mismos que se encuentran descritos en el código ecuatoriano de la construcción reportada por el Instituto Ecuatoriano de 6
NEC: Norma ecuatoriana de la construcción del Ecuador.
65
Normalización - INEN desde el año 2001. En esta norma se describe que en todo el territorio ecuatoriano existe amenaza sísmica alta, ver Figura 14, con excepción del nor-oriente
que presenta una
amenaza sísmica intermedia y del litoral ecuatoriano que presenta una amenaza sísmica muy alta. Figura 14. Mapa de zonificación sísmica
Fuente: Cámara de la Construcción de Pichincha, 2011
El mapa de zonas sísmicas para propósitos de diseño incluido en este criterio (Figura 14), proviene de un estudio completo que considera fundamentalmente los estudios de peligro sísmico del Ecuador actualizados al año 2011, así como también ciertos criterios adicionales que tienen que ver principalmente con la uniformidad del peligro de ciertas zonas del país, criterios de practicidad en el diseño, protección de ciudades importantes, irregularidad en curvas de definición de zonas sísmicas, suavizado de zonas de limites inter-zonas y compatibilidad con mapas de peligro sísmico de los países vecinos (INEN, 2001).
66
El mapa contempla criterios importantes como: El hecho de la subducción de la placa de Nazca dentro de la placa sudamericana, añadido del sistema de fallamiento local superficial que produce sismos importantes. Evaluación de los eventos históricos acompañada de un estudio moderno de evaluación de la magnitud y localización de eventos utilizando el método de Bakun & Wentworth. Estudio de las principales fuentes sísmicas conocidas (corticales
y de
subducción), sismicidad, tectónica, permitió modelar la geometría de las fuentes sismo genéticas y sus parámetros sismológicos. Información geodésica reciente que proporciona el campo de velocidades del Ecuador a partir de mediciones GPS de precisión y de modelos de acoplamiento de segmentos de subducción. Análisis de la homogeneidad y completitud de los catálogos sísmicos históricos del país, información facilitada por el Instituto Geofísico de la Escuela Politécnica Nacional. Se presenta en esta norma el modelamiento de 30000 eventos aproximadamente, de los cuales,
8923 sismos definieron magnitudes
mínimas de homogeneidad de entre 4.5 y 8.8. La utilización de las ecuaciones de predicción validadas por el Global Earthquake Model. Un estudio sobre incertidumbre en los distintos parámetros utilizados, especialmente las ecuaciones de predicción. La modelación de la ocurrencia de los sismos como un proceso de Poisson, obteniendo curvas de iso aceleraciones en afloramiento rocoso para diferentes niveles de probabilidad anual (Cámara de la Construcción de Pichincha, 2011)
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Para la zona de estudio se obtuvieron 4 valores en función de los atributos que posee la tabla de datos, logrando definir categorías homogéneas de acuerdo a la escala de 100 para determinar homogeneidad de capas conforme al valor del factor Z, ver Tabla 9 y Figura 15: Tabla 9. Tabla de reclasificación de atributos del factor Z de la Norma ecuatoriana de la construcción - NEC VALOR IDR
Z
Ponderación
1
0.35
66
2
0.30
33
3
0.40
100
4
0.25
1
De esta reclasificación la norma NEC menciona: Tabla 10. Factor Z de la Norma ecuatoriana de la construcción - NEC
Fuente: Cámara de la Construcción de Pichincha (2011).
La capa de análisis para la región de estudio es presentada en la Figura 15.
68
Figura 15. Valor factor z en la zona de estudio Guayaquil
Cuenca
Valores de mayor restricción son las ubicadas dentro del Golfo de Guayaquil, y de la zona intermedia de estudio, comprendida entre la provincia de Guayas y provincia de Cañar. 3.3.4 Criterio de Pendientes Partiendo que necesitamos el modelo digital de elevación para posteriormente generar la capa de pendientes para determinar áreas de restricción constructiva de paso de un ducto petrolero, se adquiere información del Servicio Geológico de Estados Unidos, USGS por sus siglas en inglés, para obtener el área del SRTM7, el mismo que posee una resolución espacial de 100 metros por píxel. Cabe destacar que, a partir del MDE8, la obtención de la capa de pendientes en grados sexagesimales, se logró utilizando el comando SLOPE del software IDRISI, ya que el objetivo en esta capa es utilizar la clasificación de pendiente cuantitativa, diferenciado de los anteriores criterios que poseen atributos nominales o de categoría, sin determinar intervalos de ponderación, ver Figura 16. Este criterio será posteriormente analizado, con la finalidad de preparar los umbrales para ingreso a la EMC. 7
SRTM: Es la misión topográfica de radar a borde del transbordador (acrónimo en inglés SRTM, Shuttle Radar Topography Mission) es una misión para obtener un modelo digital de elevación de la zona del globo terráqueo entre 56 grados Sur a 60 grados Norte, de modo que genere una completa base de cartas topográficas digitales de alta resolución en la Tierra. 8 MDE: Modelo Digital de Elevación, es el conjunto de modelos digitales de terreno a nivel del suelo más los de superficie.
69
Figura 16. Visualización del SRTM y de la capa de pendiente
Guayaquil
Guayaquil
Cuenca
Cuenca
3.3.5 Criterio de distancias hacia las vías La red vial existente es de sumo interés para aprovechar senderos para acceder al mantenimiento del ducto petrolero, ya que permite accesibilidad y disminución de indemnizaciones por el aprovechamiento de los derechos de vía en los trazos homogéneos que tanto vía y ducto pudieran compartir. La información cartográfica se la obtuvo del servicio libre (WMS) del Ministerio de Transporte y Obras Públicas (MTOP), actualizado al año 2013, los mismos que se encuentran en el geoportal del Sistema Nacional de Información de la Secretaría Nacional de Planificación y Desarrollo (SENPLADES), así como
también del
Instituto Geográfico Militar, a escala 1:50.000. La Figura 17 presenta la red vial (color negro) y la distancia euclidiana entre cada pixel y la vía más cercana, a partir del uso del comando distance. El comando Distance, es un algoritmo que permite determinar la superficie de proximidad y distancia de una celda rectangular a otra, midiendo la distancia euclidiana, en línea recta, entre cada celda y la más próxima de una serie de elementos de referencia.
70
Este criterio será posteriormente analizado, con la finalidad de preparar los umbrales para ingreso a la EMC. Figura 17. Visualización de la red vial de la zona de estudio Capa Ráster – uso comando Distance Guayaquil
Cuenca
3.3.6 Criterio de distancias a ríos Uno de los lineamientos principales del trazado de un poliducto, es conocer la cercanía a los cuerpos de agua, así como el número de ríos que el proyecto pudiera ocasionar cambios en el equilibrio ecosistémico de la zona, razón por la cual, se integra este criterio, desde el servicio WMS del SNI. Para esto se concilia información similar al registro del análisis de distancia de vías, a escala 1:50.000. Ver la Figura 18 de visualización del proceso de distancia euclidiana con las coberturas lineales de ríos.
71
Figura 18. Cobertura de ríos Capa Ráster – uso del comando Distance
Guayaquil
Cuenca
Este criterio será posteriormente analizado, con la finalidad de preparar los umbrales para ingreso a la EMC. 3.3.7 Criterio de uso de suelo El criterio de uso de suelo, radica en la funcionalidad de ubicar píxeles de mayor potencial de impacto sobre la cobertura vegetal en el trazado del ducto petrolero, considerando a la mejor zona para el trazado a aquellas regiones de siembra de pastos y cereales, mientras que el de mayor fricción son las zonas pobladas y las de cobertura de hielo o nieve. Este archivo fue adquirido de forma libre del portal de imágenes MODIS del 2010, del Servicio Geológico de Estados Unidos - USGS, producto generado a partir del sensor de percepción de cobertura de suelo anual, clasificado de acuerdo a los índices de vegetación de la zona facilitados por el Proyecto Socio Bosque del Ministerio del Ambiente del Ecuador, ver Figura 19.
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Figura 19. Cobertura de uso de suelo del año 2010, imagen satelital MODIS.
Guayaquil
Guayaquil
Cuenca
Cuenca
3.3.8 Criterio de textura de suelo Una de las necesidades intrínsecas del proyecto en su etapa de pre factibilidad, debe ser la obra de soterrar el paso del ducto en zonas sensibles como de aquellas regiones que presenten impedimento de paso por superficie. He aquí la iniciativa por el tipo de textura como de suelo para reclasificar las coberturas por mapear. La textura de suelo para la zona de estudio se presenta en la Tabla 11, en la que el atributo PSIM_F posee la ponderación de cada tipo de textura en función de lo que el experto agrícola ponderó. Tabla 11. Tabla de atributos de textura de suelo distribuidos en un escalar igual a 100
73
Considerando al menor valor, a aquella zona que es más apta para el trazado de un poliducto, y el valor cercano a 100 a aquella cobertura que debe presentar mayor fricción para el paso del ducto. En este caso al tener 11 clases de datos, se divide el valor de 100 (escala de ponderación) para el número de clases con la finalidad de determinar una clasificación uniforme y crear ponderaciones normalizadas para la capa de textura de suelo. La forma de ponderar es propuesta para el caso de datos nominales, considerando los valores de 1 a aquellos valores de menor fricción y los de 100 a los de impedimento de construcción, La cobertura de textura, conforme a la calificación del atributo de menor fricción a mayor fricción para construcción de un poliducto, se puede observar en la Figura 20, información disponible en el servicio WMS del SNI-MAGAP para el año 2013. Figura 20. Cobertura de textura de suelo
Guayaquil
Cuenca
3.3.9 Criterio de aptitud agrícola La aptitud agrícola analizada a partir de un proyecto de incidencia petrolera, toma cabida al ser considerada la capa de costos que se desea obtener, ya sea por la concepción de evitar zonas de potencial y uso actual agrícola, como de la sectorización de lugares de restricción o fricción para usos industriales. Los datos para este criterio de aptitud fueron adquiridos en el portal del SNI, a escala 1:250.000, consiste en delimitar áreas físicamente homogéneas que agrupan
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tierras que representan un uso determinado con prácticas semejantes. De manera general se establecen categorías para pastos, cultivos, bosques y sin uso agropecuario. La obtención de la capa se basa en determinar el uso de la zona, en base a las características de relieve (pendientes), clima y las condiciones físicas y químicas de los suelos cartografiados por parte del MAGAP, técnica aplicada a partir del proceso de fotointerpretación de imágenes satelitales de distintos orígenes, para el año 2003, ver Figura 21. Figura 21. Aptitud agrícola clasificada en función de la jerarquización subjetiva de fricción
De acuerdo a esta reclasificación con expertos de la rama de Agronomía, se presenta la siguiente capa continua, ver Figura 22.
75
Figura 22. Aptitud agrícola clasificada en función de la fricción
Guayaquil
Cuenca
Al igual que las anteriores capas, se encontraron 6 atributos nominales, los mismos que al dividir para el valor arbitrario de 100, se encontró un control de intervalo ingresado manualmente igual a 17, dando forma a la creación del valor de importancia en cada uno de los atributos que representan una aptitud agrícola en particular. 3.3.10 Criterio de precipitación El criterio climático, enfocado a los milímetros de precipitación para la zona de estudio,
fue
recopilada
de
datos
mundiales,
a
través
del
portal
http://www.worldclim.org/current, datos que poseen una precisión de percepción remota de 3 arcos de segundo (aproximadamente 1 km cuadrado de resolución espacial), recopilando datos históricos desde 1950-2000, o de bases de datos actualizadas en las redes mundiales de distribución de información de clima. Este criterio es de sumo interés ya que sectoriza zonas en las cuales existe mucha precipitación, para evaluar escenarios de protección de taludes o de monitoreo en épocas lluviosas, esto aplicado a nuestro proyecto permite delimitar zonas para evadir problemas de escorrentías profundas como posibles inestabilidades de taludes originadas por lluvias.
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Los datos recopilados por este portal, provienen de la interpolación de capas de estaciones climáticas a nivel del planeta para el total de un año, esta capa temática se visualiza en la Figura 23. Este criterio será posteriormente analizado, con la finalidad de preparar los umbrales para ingreso a la EMC. Figura 23. Datos de milímetros de precipitación para la zona de estudio.
Guayaquil
Cuenca
3.3.11 Restricción de áreas protegidas, bosques y vegetación protectora Todo proyecto de infraestructura de construcciones lineales, atraviesa o se acerca a zonas de restricciones, dado que la evaluación multicriterio presta mucha atención a sectores de impedimentos, estas capas son llamadas como restricciones. En este caso la capa del Patrimonio de Áreas Naturales del Ecuador (PANE), se pudo adquirir del portal web del SNI-Ministerio de Ambiente.http://geonetwork.ambiente.gob.ec/metadatos/srv/spa/main.home. Esta capa actualizada al 2012, representa 47 áreas naturales pertenecientes a cada una de las categorías de conservación. Este patrimonio de áreas naturales está constituido por el conjunto de áreas silvestres que se destacan por su valor protector, científico, escénico, educacional, turístico y recreacional, por su flora y fauna, o porque constituyen ecosistemas que contribuyen a mantener el equilibrio del medio ambiente.
77
La descripción de los límites de las áreas protegidas del PANE se ha realizado a partir de la información de descripción de límites constituidos en los registros oficiales o acuerdos ministeriales según los cuales se creó cada área protegida, ver Figura 24. Figura 24. Patrimonio de áreas naturales del Ecuador
Al ser una capa de restricción, la cobertura booleana, representa, 0 a las zonas de impedimento de tránsito de un poliducto, mientras que el valor de 1 representa áreas potenciales de trazado de un poliducto, considerando tan sólo la capa de PANE. Otra de las capas necesarias como parte de las restricciones del trazado, son las zonas de bosques y vegetación protectora. Esta información se logra recopilar desde el portal del Ministerio del Ambiente, misma que representa la distribución geográfica, ubicación y límites de los bosques protectores en el Ecuador continental, estos bosques son áreas de superficies variables que pueden incluir una o más formaciones arbóreas, arbustivas y herbáceas públicas o privadas, localizadas en áreas de topografía accidentada, en cabeceras de cuencas hidrográficas o en zonas no aptas para la agricultura y ganadería. La información data del 2012, a escala 1:50.000, este criterio se introduce como capa de restricción booleana.
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La metadata se encuentra en: http://geonetwork.ambiente.gob.ec/metadatos/srv/spa/main.home. Ver Figura 25. Figura 25. Mapa de bosques y vegetaciรณn protectora de la zona de estudio
Las zonas de bosques son los matices oscuros, mientras que las zonas en las que puedan conformar la elecciรณn de un trazado desde Pascuales a Cuenca es el valor de 1, es decir el color rosa. Cabe mencionar, para objeto de geo procesamiento, la necesidad de unir las capas de restricciรณn, tanto PANE como la de bosques y vegetaciรณn protectora. Esto con la necesidad de encontrar la capa de distancias euclidianas que poseen entre celdas de la capa rรกster fusionada. Para esto se usa el comando DISTANCE cuyo resultado se encuentra en la Figura 26.
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Figura 26. Cobertura de proximidad a las áreas protegidas y bosques protectores Guayaquil
Cuenca
3.3.12 Criterio de cercanía a centros poblados El criterio de cercanía a centros poblados permitió obtener un mapa de peso poblacional del 2008, adquirido de forma gratuita, cuyo proceso radicó en la transformación de coordenadas de Latitud y Longitud a UTM9, con interpolación bilineal, consiguiendo de esta forma un mapa de peso y no de densidad (hab/celda). La dirección url de la imagen satelital es: http://web.ornl.gov/sci/landscan/landscan_data_avail.shtml. De acuerdo a esto, se pudo obtener la siguiente cobertura, ver Figura 27.
9
UTM: Es un sistema de coordenadas basado en la proyección cartográfica transversa de Mercator normal, pero en vez de hacerla tangente al Ecuador, se la hace tangente a un meridiano.
80
Figura 27. Cobertura continua de pesos de población
Guayaquil
Cuenca
Para efectos de creación del escenario con enfoque socio ambiental (escenario A), se considera una capa de restricción unificada entre los criterios de PANE, bosques y centros poblados, al igual que en el escenario constructivo (escenario B), salvo que, en este segundo caso, no se ocupan como capas de restricción sino como capas de competición con los otros criterios, realzando la condición de unión entre PANE, bosques y centros poblados. 3.4 Preparación de criterios para EMC Para la preparación de cada criterio, se partirá mencionando que la escala de ponderación subjetiva que posee cada variable de origen nominal, intervalo, será de 100, valor escogido por la singularidad de entenderlo como porcentaje de fricción y aptitud a las áreas que elija el profesional perteneciente al círculo de expertos. Esto se hace con la finalidad de facilitar a cada uno de los expertos la interpretación de lo que es aptitud versus la fricción para un trazado de un poliducto. En consideración a lo mencionado vale describir que los criterios de geología, movimientos en masa, peligro sísmico, textura de suelo, uso de suelo, aptitud agrícola al poseer atributos nominales en cada una de sus clases, fueron
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reclasificados numéricamente con la finalidad de tenerlos preparados para el inicio de la EMC. En cuanto a los criterios numéricos, para el criterio de pendiente se realizó una reclasificación de 16 clases de forma automática en el software IDRISI, considerando que el valor de 1 se conserva mientras que el valor mayor de la capa pendiente igual a 81.77 se reclasifica a 100, de esta forma se reasignan valores ordenados para la EMC. Además se debe mencionar que el criterio de precipitación se reclasificó automáticamente considerando el valor más bajo de la cobertura de precipitación de 0 mm a 1 en escala de preparación para la EMC y el de mayor valor de 2817 mm. reclasificarlo a 100. La cobertura de uso de suelo del apartado 3.3.7, se reclasificó de igual forma de 1 a 100, como se lo ha mencionado en las capas anteriores. De acuerdo a lo descrito, en los siguientes numerales se consideran aquellos criterios que tienen una connotación diferente para valoración. 3.4.1 Preparación de criterio de distancias y cercanía a vías de acceso Para la preparación de esta capa, es necesario normalizar todos los atributos a través de la función de pertenencia fuzzy, la misma que se ingresa manualmente, ya que lo que se desea, es impedir la construcción de un ducto petrolero sobre el eje de la vía (0 metros), sin embargo se podría construir entre los 100 y 750 metros, mientras que desde la distancia a la vía de 750 metros hacia los 5 km se plantea que exista restricción de construcción, ya que se desea aprovechar la infraestructura vial existente. En función de estas necesidades se aplica el comando de FUZZY, con ingresos manuales de los puntos de control, cuyo resultado se presenta en la Figura 28.
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Figura 28. Preparación de criterio cercanía a infraestructura vial Valor Distancia
Fuzzy
Ptos
vías (m)
(0-1)
1
0-99
1
2
100-499
0.8
3
500-749
0.3
4
750-4999
0.5
5
5000
1
Guayaquil
Cuenca
3.4.2 Preparación del criterio de distancia a ríos El criterio de la distancia al recurso hídrico, no puede ser restrictivo, ya que existen ríos atravesados de norte a sur y de este a oeste, de acuerdo a la distribución natural a los cuerpos hídricos, se planifica el trazado en función de los umbrales para la función fuzzy (función definida por el usuario), para lo cual los valores se pueden observar en la Figura 29 y Tabla 12, tabla que posee los valores de los umbrales ingresados a la función fuzzy otorgados a las distancias desde el eje del río proporcionalmente hasta el límite de la región de estudio. Tabla 12. Tabla de umbrales de la función fuzzy aplicada al criterio distancia a ríos PREPARACIÓN CRITERIO DISTANCIA RÍOS Valor Fuzzy (0-1) Valor Dist. (m) 1 0-1999 0.6 2000-4999 0.5 5000-12756 0.4 12757-18554 0.1 18555
Cabe señalar que la representación gráfica de la función, en el eje de las ordenadas se coloca los valores de fuzzy, en este caso, entre 0 y 1, conociendo que 1 es la fricción más alta. Para esto se pondera que a una distancia de 0 metros es decir sobre el cauce del río, la fricción será la más alta, mientras que a
83
una distancia de 18555 metros (mayor valor que se obtuvo en el software) se pondera un valor de 0.1 (escala fuzzy). Figura 29. Aplicación de fuzzy definida por el usuario para el criterio de la distancia a ríos Guayaquil
Cuenca
3.4.3 Preparación de los criterios de restricción: Bosques y vegetación protectora, PANE y centros poblados Para efectos de planificación territorial, la infraestructura crítica que se desea construir, acoge restricción de paso por centros de conservación ambiental y vegetal por lo que se manejará para uno de los escenarios que se crearán como capa booleana, el valor de mayor fricción, para los polígonos que son parte de este criterio. A esta capa unimos la capa de centros poblados como restricción con la finalidad de poseer criterios de impedimento unificados. Cabe mencionar que a la capa final se encuentra en la Figura 30. Figura 30. Unificación de criterios restrictivos Guayaquil
Cuenca
84
Para efectos de adaptación de esta metodología a otras propuestas de trazados lineales, todos los criterios anteriormente mencionados fueron convertidos a la escala 0 a 255, para uso de la herramienta EMC dentro del programa Idrisi. 3.5 Análisis multicriterio para trazado de poliducto Para determinar cuál es el mejor método para la aplicación de trazados de proyectos lineales, se realizaron más de 20 pruebas en los dos escenarios encontrando las mejores coberturas que no precisan restricciones severas, los métodos de EMC que finalmente entraron en análisis metodológico, son: La sumatoria lineal ponderada (WLC) – Iguales Pesos para los criterios: ya que permitió
ponderar cada criterio con el peso que el círculo de expertos vió a
conveniencia de los escenarios que se crearon. Para este caso se planeó ingresar iguales pesos a cada factor permitiendo obtener un valor similar a cada factor que intervenga en el estudio, determinándose así, la opción más fácil para encontrar trazados más cortos y con menor costo de traslado desde un punto A hacia un punto B. En la práctica se divide el valor de 1 para el total de criterios y ese valor lo ingresaríamos a cada criterio, recordando que la sumatoria de todos debe ser igual a 1. Estos pesos que se ingresaron a cada criterio (normalizado en una misma escala 0-255) no se deben confundir con las preparaciones que hemos valorado en escalas de 0-100 o de 0-255. La WLC con ponderación de iguales pesos compensa de forma aditiva y homogénea a cada criterio, es decir que cada criterio tienen la misma importancia que otro. Ejemplo si poseo 10 criterios y deseo aplicar este método cada criterio deberá poseer como ponderación 0.1 La sumatoria lineal ponderada (WLC) – Iguales Pesos-OWA: Una de las alternativas de ponderación se manejan a partir del uso de la sumatoria lineal ponderada colocando iguales pesos de forma manual. Sin embargo hay la opción de combinar este resultado con selecciones de riesgo con asimetrías máximas o mínimas, recordando el triángulo de riesgo de la Tabla 3, para este caso se controló el riesgo con pesos ordenados que se agregan los factores de igual ponderación.
85
Método de Jerarquías Analíticas-SAATY: Este método como se definió en el apartado de marco teórico, se presenta la tabla de doble entrada con la ponderación que la realiza el círculo de expertos. Es un método compensatorio que valida por pares entre factores a aquellos juicios subjetivos convertidos en valores numéricos. Método de Jerarquías Analíticas-SAATY - OWA: este método fue elegido por su versatilidad en integrar luego de la aplicación de pesos por pares de Saaty, el análisis de ponderaciones relativas controladas de con valores máximos en la asimetría de revisión del triángulo de riesgo. Esto quiere decir que la fusión de metodologías que adhieran OWA, generan un nuevo promedio a la capa en función de la posición de cada pixel de forma relativa, compitiendo y compensando con valoraciones que son ingresadas manualmente. Ingreso de pesos manuales: a partir de la aplicación de la sumatoria lineal ponderada, se procedió a ponderar cada criterio de forma manual, a partir de un consenso con el circulo de expertos, ya que es necesario el establecimiento de talleres en la que cada profesional de la rama que involucra el análisis de cada criterio, se faculta en elegir el peso de su variable, siempre y cuando, la sumatoria de todos los factores sea igual a 1. Ingreso de pesos manuales – OWA: el ingreso de forma manual de cada criterio, fundamentado en la WLC, sufrió una ligera combinación en el método seleccionado ya que luego de ponderar en consenso todos los criterios, se alteró un orden de ponderación en función de las combinaciones de riesgo que se asuman, por cada una de las posiciones relativas de los píxeles, que exige el método. Esto dependerá mucho de la asimetría seleccionada en el triángulo de la Tabla 3. Luego de elegir los mejores métodos para este caso de estudio, se construyeron dos escenarios de aplicación para elección y decisión entre el mejor trazado. La diferencia de la creación entre el escenario A y B, es la ponderación hacia el mayor respeto a las zonas restrictivas ambientales versus las de mayor interés
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geológico constructivas, pasando por el mismo procedimiento pero encontrando distintos trazados en costos y distancia. 3.5.1 Creación escenario de conservación ambiental En este apartado de la metodología, se debe mencionar que las coberturas de restricción como fueron: bosques y vegetación protectora, áreas protegidas y centros poblados, no se consideraron como parte de los factores de compensación para integración con otros criterios que lograron competir en la EMC. Esto se ejecutó ya que luego de generar la capa de fricción, que no es más que la capa EMC, se realizó sobre la posición de una capa que une todas las restricciones, con esto se asegura el impedimento de paso de un trazado sobre píxeles o celdas que posean el valor de 255 (mayor restricción) y de esta manera convertirlo en un escenario de respeto ambiental y de ligeras consideraciones geológico constructivas sobre zonas de restricción. El modelo cartográfico que permitió el ingreso de distintas capas de fricción obtenidas del proceso de selección de ruta óptima de la Figura 31, integra 10 criterios para elegir la función de pertenencia fuzzy para normalización y presentación de resultados a escala 0-255 (escala de representación utilizada en IDRISI), los mismos que fueron para los dos escenarios: geología, movimientos en masa, NEC, textura de suelo, pendiente, uso de suelo, aptitud agrícola, cercanía a vías, precipitación y cercanía a ríos. 3.5.2 Creación escenario geológico constructivo Considerando el análisis de encontrar un trazado de un ducto desde un punto de vista geológico constructivo, la mejor opción fue considerar a aquellas capas de protección ambiental, no como restrictivas, sino como criterios que son ingresados para la competición entre todas las variables relacionadas a la EMC. Con este antecedente se permiten encontrar nuevos trazados que pueden ser rectilíneos y posiblemente con menor costo de traslado desde Pascuales hacia Cuenca. Los criterios que se ocuparon en los dos escenarios son los mismos. La ponderación y el enfoque hacia lo que se desea priorizar es lo variante y que cambia de un escenario a otro.
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3.5.3 Coberturas de Costo La metodología aplicada para la construcción de un macro modelo desarrollado en el software IDRISI, contempló todas las fases que hasta el momento se han detallado, esto se puede observar en la Figura 31. Figura 31. Creación de modelo cartográfico para encontrar coberturas de costos y rutas óptimas
Este macro parte de la entrega de dos puntos en formato vectorial, por un lado el punto de inicio Pascuales y por otro el punto de llegada Chaullabamba. Estos a su vez se los conviertieron en formato ráster (pointras) para luego ingresar la capa conseguida de la evaluación multicriterio, los mismos que en un escenario se consideran restricciones en el geoproceso de sobreponer las capas de conservación ambiental, mientras que en el otro escenario entraron al proceso de competición dentro delos distintos métodos de EMC aplicados (AHP, WLC, OWA, etc.), ver Anexo 2. En esta fase la selección de aquellos pixeles como vecinos más cercanos, que posean valores idóneos para el traspaso de un ducto, son fundamentales, ya que detalló la fricción o esfuerzo que debe recorrer una celda desde el punto Pascuales hacia el punto Chaullabamba. 3.5.4 Escalamiento de capas Esta etapa de la metodología, se utilizó como estándar para encontrar el mejor trazado de un poliducto a partir de una capa de valores altos de fricción, es decir, si la capa que ha sido generada por la EMC posee valores extremos para el paso de una tubería, autopista o tendido lineal, se debe escalar a aquellos valores de
88
255 a valores de 1000, con la finalidad de poder encontrar un rango amplio en cada pixel que permita determinar a aquellas zonas aptas de las friccionadas, dado el caso que el algoritmo de Dijkstra no diferencie aquellas celdas más cercanas como probables para traspaso de una tubería. El resultado final no alteró sino en la ampliación de los umbrales de 0 a 1000, versus la escala que manejamos en IDRISI de 0 a 255, para poder identificar zonas en las que es permitido el paso de una tubería. De acuerdo a lo mencionado, se desarrolló el modelo cartográfico conocido en IDRISI como macro Modeler para multiplicar la capa de las restricciones booleanas unidas, por un escalar igual a 1000, conforme a lo observado en la Figura 32 y ampliado en el anexo 2 sección escalamiento de coberturas de restricción. Esto es aplicado a los dos escenarios que se crearon ya que en el caso de conservación ambiental se multiplica toda la unión de capas de restricción por el escalar mencionado, mientras que en el caso del escenario geológico constructivo se multiplica toda la capa EMC obtenida por distintos métodos por el mismo valor escalar de 1000. Figura 32. Macro aplicando escalar sobre la capa EMC
En esta figura se describe que la capa ráster RESTRIC2, considera la unión de todas las capas restrictivas (áreas protegidas, bosques patrimoniales, centros poblados), para el escenario A y B, los mismos que se multiplicaron por un valor escalar igual a 1000. Luego se ingresó una operación de OVERLAY con la capa de fricción denominada también como EMC, con la finalidad de sobreponer los valores de la capa escalar sobre la obtenida de fricción, de esta forma automática
89
se registran los escalares de cualquier variable geográfica que no permita discernir en un rango poco representativo para determinar rutas óptimas como proceso final. La capa que representa la etapa final del escalamiento, será la cobertura EMC que se ingresará en el macro elaborado en la siguiente sección. 3.5.5 Obtención de rutas óptimas El cálculo de rutas óptimas PATHWAY, es la fase final de la metodología planteada, luego de encontrar los artificios necesarios que se validaron en el presente estudio. El criterio metodológico enfocado viene de la sección 2.2.6, ver Figura 33. Figura 33. Creación de modelo cartográfico para encontrar rutas óptimas
Donde: INICIO: es el punto vector de inicio Pascuales Vacio: Capa ráster vacía que permite guardar temporalmente al vector INICIO FINAL: es el punto vector de llegada Chaullabamba Pointras: función de geoprocesamiento para transformar capas vector a ráster Tmp_10CTR_1: Capa resultado de EMC luego de aplicar escalamiento Cost: Geoproceso para encontrar coberturas de Coste COSTO_AA2: Capa de costo, resultado de la primera fase del macro Pathway: Geoproceso para determinar rutas optimas TRAZO AA2: Capa ráster, del resultado de trazados de ductos petroleros Linevec: Geoproceso para transformar capas ráster a vector TRAZO AA2: Capa vector, resultado del macro proceso completo.
Es necesario mencionar que los resultados de las fricciones obtenidas de la EMC son muy altas, el algoritmo PATHWAY, considera trazados rectilíneos, por los impedimentos entre pixeles que poseen valores cercanos a 255. Por esta razón se desarrolló la sección 3.5.4.
90
4. RESULTADOS 4.1 Resultados de escenario A - escenario de protección socio ambiental El resultado del proceso para el escenario A en la que se presenta la unión con la cobertura booleana de restricciones, se puede observar en la Figura 34. Además mencionar que los resultados utilizando distintos métodos de EMC para este escenario, se los puede observar en la tabla 12. Figura 34. Unificación de criterios restrictivos con el resultado de EMC socio ambiental Guayaquil Guayaquil
Cuenca
Cuenca
El resultado de la EMC (mapa de la izquierda) considerando el ejemplo de utilizar la WLC con ponderaciones similares para los 10 criterios, es decir ponderar a cada criterio con el valor de 0.1, se lo sobrepuso a la capa de restricciones booleanas, (mapa de la derecha), para determinar la capa de COSTO, cuyo resultado se presenta en la Figura 35. Figura 35. Mapa de costo Guayaquil
Cuenca
91
Dando continuidad al modelo creado en la Figura 31, finalmente se encuentra la ruta óptima denominada como TrazoAA, el mismo que es el resultado de utilizar el geoproceso COSTPUSH, ver figura
36, constatando de esta manera que se
pueden generar muchas capas de costos conforme se ponderen y cambien los valores de registro en cada obtención de una capa que provenga del uso de un método de EMC. Figura 36. Mapa de ruta óptima considerando 10 criterios de igual peso
Zona de conflicto
Trazo AA
Además cabe mencionar que al ser un escenario de respeto de áreas protegidas, el geoproceso COSTPUSH, no pudo diferenciar entre los pixeles restrictivos de los de la capa de fricción (EMC), ya que al tener muchos pixeles cuyo valor es de 255, alrededor de la zona de conflicto de la Figura 36, no se logra distinguir las zonas aptas de las restrictivas, razón por la cual se realizan trazos rectos que unen la zona conflictiva con el punto de llegada Chaullabamba. Esto se corrige al multiplicar la capa EMC por un valor escalar igual a 1000, elegido luego de algunas pruebas en el ingreso de valores escalares que van desde 300 hasta 500, de acuerdo a lo observado en el macro de la Figura 32, detallando resultados en la Tabla 13. De esta forma se valora la presencia de áreas restrictivas y se crean rutas que no atraviesen zonas protegidas. Todos los datos de extracción tanto de longitud de recorrido cuanto de costo de traslado de las rutas obtenidas por medio de distintos métodos EMC, permitieron evidenciar que la ponderación de cada uno de los criterios es fundamental para
92
conseguir una capa de EMC, que puede ser obtenida por proceso de sumatoria lineal ponderada, OWA, AHP, u otros métodos. Además todos los ductos petroleros que a su paso no respetaban áreas protegidas o zonas de restricción, fue necesario escalar la capa de EMC, para observar los umbrales en las secciones que se poseían este impedimento, para lo cual se presentan finalmente los poliductos que si contestaron los objetivos de la presente metodología.
93
Tabla 13. Obtenci贸n de capas de EMC escaladas por un valor de 1000 para el escenario A Nombre
PESOS
Longitud (km)
Datos de costo del pathway
TRAZO_AA2
Equal Weight
Escalar x
0.10
176.57
168498559.54
173.15
284683751.39
1000
TRAZO_AB2
Equal Weight con OWA
Escalar x
Max235
1000
Resultado EMC
94
TRAZO_AC2
Equal Weight con OWA
Escalar x
Max532
172.70
282715223.11
173.15
279808153.32
172.78
266821257.26
1000
TRAZO_AD2
Equal Weight con OWA
Escalar x
Max334
1000
TRAZO_AE2
Equal Weight con OWA
Escalar x
Max3322
1000
95
TRAZO_AF2
AHP (*)
173.49
157193565.56
AHP-OWA MAX235
172.90
280229703.04
AHP-OWA MAX6211
175.92
Escalar x 1000
TRAZO_AG2 Escalar x 1000
TRAZO_AH2 Escalar x 1000
252464869.64
96
TRAZO_AI2
Ingreso de pesos
Escalar x
manuales (MW-Manual
1000
Weight)
TRAZO_AJ2
Ingreso de pesos
Escalar x
manuales (MW-Manual
1000
Weight) OWA MAX235
173.98
167221825.45
173.25
267787456.49
4.2 Resultados de escenario B - Constructivo Geol贸gico De la misma forma se presentan los resultados para el escenario de enfoque constructivo geol贸gico, conforme a lo observado en la Tabla 14.
97
Tabla 14. Obtenci贸n de capas de EMC escaladas x 1000 para el escenario B
Nombre
PESOS
Longitud (km)
Datos de costo del pathway
TRAZO_BA2
Equal Weight
Escalar x
0.10
174.87
166666384.16
1000
TRAZO_BB2
Equal Weight con OWA
Escalar x
Max235
1000
173.15
284397630.25
Resultado EMC
98
TRAZO_BC2
Equal Weight con OWA
Escalar x
Max532
172.70
281624747.33
173.15
279441274.44
172.78
266215988.78
1000
TRAZO_BD2
Equal Weight con OWA
Escalar x
Max334
1000
TRAZO_BE2
Equal Weight con OWA
Escalar x
Max3322
1000
99
TRAZO_BF2
AHP (*)
175.64
159001874.19
AHP-OWA MAX235
173.20
279585126.49
AHP-OWA MAX6211
175.54
Escalar x 1000
TRAZO_BG2 Escalar x 1000
TRAZO_BH2 Escalar x 1000
248521230.56
100
TRAZO_BI2
Ingreso de pesos
Escalar x
manuales (MW-Manual
1000
Weight)
TRAZO_BJ2
Ingreso de pesos
Escalar x
manuales (MW-Manual
1000
Weight) OWA MAX235
174.53
173.20
162524943.33
277409915.89
Se debe considerar que en la presentaci贸n de las opciones del escenario A y B, se plantean las mismas ponderaciones del m茅todo AHP y de la ponderaci贸n de ingreso manual para los trazados BF2 y BI2, as铆 como del AF2 y AI2 respectivamente, ya que al obtener valores por Saaty, el ingreso manual es menos subjetivo, que por la iniciativa de cada experto en su respectivo componente.
101
5. ANÁLISIS DE RESULTADOS 5.1 Análisis de resultados escenario A Para consideración de cada uno de los resultados, se utilizaron a aquellos trazos que ya han pasado por el proceso de multiplicar el escalar igual a 1000, ya que estos permiten respetar zonas de conservación en rangos en los que poseían trazos rectilíneos. Aquellos trazados que se describen de forma detallada a continuación, no se diferencian por su costo o distancia en gran mayoría. Por esta razón solo se describieron a aquellos poliductos que son los de menor o mayor costo como los de mayor o menor distancia de recorrido, siendo así aquellos métodos elegidos como los más viables para aplicación de la metodología propuesta para el escenario A. 5.1.1 Análisis de resultados usando la ponderación de iguales pesos El ingreso de iguales pesos para los 10 criterios pudo determinar que el trazado AA2, equivalente a 176.57 kms., es uno de los más extensos ya que al ser un método compensatorio ponderado, de respeto ambiental, evitó mucho el acercamiento a zonas de conservación y de áreas protegidas, razón por la cual se extendió en una longitud mayor en comparación con el resto de métodos utilizados. 5.1.2 Análisis de resultados usando el método AHP Para la consideración de valores de costo, la mejor opción es el trazado AF2, ya que es el de menor costo. Esto se da por la sistematización del proceso de competencia entre criterios bajo el manejo del método de jerarquías analíticas de Saaty, presenta la consolidación de cada uno de los expertos para el escenario de mayor protección al medio ambiente. La ruta que utilizó la metodología AHP es la mejor elección para trazado de ductos petroleros, ya que el valor de esfuerzos o costo es menor, es decir que la compensación de cada criterio así como la ponderación de cada uno de ellos al momento de competir, tuvo buen recaudo al momento de generar la cobertura del trazo del poliducto.
102
5.1.3 Análisis de resultados usando el método OWA Para esto se pudo encontrar que el trazado cuyas ponderaciones de ingreso fueron de forma manual permitió obtener, a partir del uso del método OWA (trazado AC2), el menor de los recorridos, cuyo valor es igual a 172. 7 kilómetros. Sin embargo el recorrido se cuantifica como uno de los poliductos que incurre en el mayor de los esfuerzos para la implementación o puesta en marcha de la construcción de un poliducto. Ver Tabla 15. 5.1.4 Análisis de resultados usando el método AHP y OWA combinado El método de Saaty al ser combinado con las ponderaciones máximas en rango aplicado por OWA, permitió determinar que el trazado AH2 equivalente a 175.92 km. Es uno de los de mayor recorrido ya que al pertenecer al escenario de mayor respeto ambiental, implicó considerar trayectos que evaden cercanías a áreas protegidas cuanto de zonas pobladas, este método concuerda mucho con el usado en la ponderación de iguales pesos presentado en la sección 5.1.1. 5.1.5 Análisis
de
resultados
usando
el
método
de
ponderaciones de igual peso combinado con OWA En el análisis de datos el trazado AB2 (EMC interpretada con ponderaciones de igual peso por criterio con la ligera aplicación de OWA en combinaciones máximas de 235), se presenta como el trazado más costoso (ver Figura 37), lo que se interpreta como mayor esfuerzo para operatividad en la construcción del ducto. El trazado menos costoso es AF2 (ruta que define de su resultado proveniente del método AHP).
103
Figura 37. Comparaci贸n entre trazados de mayor y menor costo
Trazado de mayor costo AB2
Trazado de menor costo AF2
104
Se debe señalar que las selecciones de cada trazado que se visualizan en la figura 38, se denotan en color celeste. 5.2 Análisis de resultados escenario B De igual forma que en la sección 5.1 se utilizaron a aquellos trazados que ya han pasado por el proceso de multiplicar el escalar igual a 1000, con la notoria diferencia que en este escenario se presentan aquellos trazados que tienen mayor interés sobre la fase geológica constructiva. 5.2.1 Análisis
de
resultados
usando
el
método
de
ponderaciones de igual peso combinado con OWA
El trazado BC2, presenta el recorrido de menor extensión, siendo igual a 172.7 kms., valor que diferencia a todos los recorridos seleccionados en esta sección ya que al ingresar ponderaciones de igual peso para todos los criterios ingresados en la EMC, se pudo encontrar menos competencia entre factores, razón por la cual termina extendiendo un ducto con menor longitud, esto se diferencia al comparar con el valor de costo, ya que este trazado presenta el segundo valor más alto para este escenario. 5.2.2 Análisis de resultados usando el método AHP Para el escenario de operatividad constructiva o de consideraciones geológicas el trazado BF2 es la opción de menor costo. Considerando a la metodología AHP como la mejor alternativa elegida a partir de una conformación de un grupo o circulo de expertos que no sesga la determinación de prioridades, sino que compiten conforme a un criterio objetivo, por tal razón posee uno de los valores más bajos en esfuerzo o costo, considerándose como una de las alternativas fijas a ser considerada para operaciones constructivas. 5.3 Análisis de la propuesta metodológica La Tabla 15 describe los registros de todos los resultados ya sea de costos cuanto de distancias de recorrido de cada trazado para los dos escenarios.
105
Tabla 15. Resumen de longitudes y costos de trazados de poliducto PascualesCuenca ID 1 2 3 4 5 6 7 8
NAME_1 TRAZO_AA2 TRAZO_AB2 TRAZO_AC2 TRAZO_AD2 TRAZO_AE2 TRAZO_AF2 TRAZO_AG2 TRAZO_AH2
9
TRAZO_AI2
10 11 12 13 14 15 16 17 18
TRAZO_AJ2 TRAZO_BA2 TRAZO_BB2 TRAZO_BC2 TRAZO_BD2 TRAZO_BE2 TRAZO_BF2 TRAZO_BG2 TRAZO_BH2
19 TRAZO_BI2 20 TRAZO_BJ2
PESOS Longitud (km) Equal_Weight_0.1 176,57 Equal_Weight_con_OWA_Max235 173,15 Equal_Weight_con_OWA_Max532 172,70 Equal_Weight_con_OWA_Max334 173,15 Equal_Weight_con_OWA_Max3322 172,78 AHP_(*) 173,49 AHP-OWA_MAX235 172,90 AHP-OWA_MAX6211 175,92 Ingreso_de_pesos_manuales_ (MW_Manual_Weight) 173,98 Ingreso_de_pesos_manuales_ (MW_Manual_Weight)_OWA_MAX235 173,25 Equal_Weight_0.1 174,87 Equal_Weight_con_OWA_Max235 173,15 Equal_Weight_con_OWA_Max532 172,70 Equal_Weight_con_OWA_Max334 173,15 Equal_Weight_con_OWA_Max3322 172,78 AHP_(*) 175,64 AHP_OWA_MAX235 173,20 AHP_OWA_MAX6211 175,54 Ingreso_de_pesos_manuales_ (MW_Manual_Weight) 174,53 Ingreso_de_pesos_manuales_ (MW_Manual_Weight)_OWA_MAX235 173,20
Para analizar los resultados es necesario detallar la Tabla 16:
Datos de costo 168'498.559,54 284'683.751,39 282'715.223,11 279'808.153,32 266'821.257,26 157'193.565,56 280'229.703,04 252'464.869,64 167'221.825,45 267'787.456,49 166'666.384,16 284'397.630,25 281'624.747,33 279'441.274,44 266'215.988,78 159'001.874,19 279'585.126,49 248'521.230,56 162'524.943,33 277'409.915,89
106
Tabla 16. Resumen estadístico de longitudes del trazado DATOS DE LONGITUD Media Error típico Mediana Moda Desviación estándar Varianza de la muestra Curtosis Coeficiente de asimetría Rango Mínimo Máximo Suma Cuenta Nivel de confianza(95.0%)
173.832014 0.273412042 173.19789 173.1452 1.222735822 1.495082891 -0.188456923 1.086365195 3.87035 172.70084 176.57119 3476.64028 20 0.57225798
La media aritmética de recorrido es 173.832km con una desviación estándar igual a 1.22, considerando sus 20 valores de medición y corrida del modelo teórico. Los valores son poco dispersos en consideración a longitud de trazado del ducto ya que la media aritmética se encuentra cercana a sus valores extremos como son 172.70 (AC2 y BC2) y 176.57(AA2) kilómetros respectivamente. Con esto se puede considerar que la propuesta metodológica implementada posee una baja desviación estándar con respecto a la media aritmética de longitud del trazado de poliducto.
Para efectos de interpretación de resultados la Tabla 17 presenta los valores de estadística descriptiva para consideración de análisis de los costos de cada trazado. En el análisis de datos, el trazo AB2 (EMC interpretada con ponderaciones de igual peso por criterio con la combinación del método OWA en combinaciones máximas de 235), se presenta como el trazado más costoso, ya que al ponderar de igual valor a cada criterio, las líneas formadas son mas rectilíneas que curvilíneas, ejerciendo menos competencia entre cada criterio y uniendo puntos que pasan por áreas de mayor fricción, otorgando de esta forma mayor esfuerzo para operatividad en la construcción del ducto al momento de pasar del punto Pascuales al punto Chaullabamba. El trazado menos costoso es AF2 (ruta que define de su resultado proveniente del método AHP).
107
Tabla 17. Resumen estadístico de costos de cada trazado DATOS DE COSTO Media 240640674 Error típico 11793811.19 Mediana 267304356.9 Moda #N/A Desviación estándar 52743527.08 Varianza de la muestra 2.78188E+15 Curtosis -1.277571904 Coeficiente de asimetría -0.844629283 Rango 127490185.8 Mínimo 157193565.6 Máximo 284683751.4 Suma 4812813480 Cuenta 20 Nivel de confianza(95.0%) 24684730.52
La media aritmética del costo adimensional de cada trazado es 240'640.674 con una desviación estándar igual a 52'743.527,08 considerando sus 20 valores de medición y ejecución del modelo teórico, estos valores no consideran interpretación de costos en dinero para construcción, sino como fracciones de esfuerzo, gasto, etc. Cabe mencionar que la interpretación a valores monetarios, dependerán de la valoración de construcción de cada metro cuadrado, realizando análisis de costos unitarios por material usado para su implementación, para esto el presente estudio no se enfoca en cuantificaciones monetarias por metro de recorrido de tubería. Cabe mencionar que la hipótesis del presente estudio se respondió con certeza que la EMC en el manejo de datos cartográficos fusionado con los SIG, si permiten planificar trazados de ductos petroleros en su fase de planificación. Esto puede mejorar siempre y cuando exista un modelo digital de terreno con alta resolución en altimetría, sea esto a escala 1:1000 o 1:500. Sin embargo los impedimentos existentes para la aplicación de este tipo de proyecto, es la cartografía a mejor resolución espacial, ya que la presentada, se realizó con escalas de 1:250.000 y en los mejores casos 1:50.000.
La metodología aplicada, no presenta impedimentos de valoración de celdas dentro de su rango a analizar, hasta la fase de traslape con la cobertura de
108
restricciones, ya que la escala de ponderación de 1 a 100 y luego la de aplicación en IDRISI 1 a 255 es muy baja para diferenciar sobre la cobertura de COSTO entre lo conveniente para el paso del ducto o la restricción del mismo. Por esta razón se incluye la multiplicación por un valor escalar de 1000 a los resultados parciales de la EMC, con la finalidad de poder encontrar en un rango más extenso las diferencias entre los escenarios geológico constructivos y los de respeto socio ambiental.
La repetición de esta propuesta metodológica a otros casos de estudio debe tomar en cuenta los puntos críticos del presente estudio, estos son:
a) Elección de expertos con experiencia comprobada. Esto es un limitante a la hora de decidir qué tipo de criterios y profesionales serán los necesarios para cerrar la ronda de factores y restricciones.
b) Actualización de imágenes satelitales: es necesario disponer de imágenes satelitales actualizadas dentro de la zona de estudio, sean para análisis de clima (precipitación, temperatura, etc.), cuanto de cobertura vegetal y su posterior interpretación para uso del suelo.
c) Ingreso de valores de umbrales en la normalización Fuzzy: se debe tener mucho cuidado en la elección de aquellos factores que necesariamente deben tener umbrales de ingreso manual ya que si se elige funciones sigmoidales crecientes o decrecientes no hay la necesidad de cambiar valores que sean definidos por el usuario. Estos umbrales son los valores que definen la metodología EMC.
d) Uso de OWA: si bien es cierto OWA es una técnica que permite controlar el riesgo y la incertidumbre asociada a cualquier toma de decisiones, el ingreso de los pesos de cada factor, como otra serie de pesos ordenados, deben ser comprobados en cada obtención de
109
las coberturas EMC, ya que se debe controlar la asimetría relativa hacia el mínimo o máximo de las ponderaciones seleccionadas, esto reconocerá cual de las opciones en recorrido y costo serán las más viables para la fase de construcción. Esto quiere decir que cada capa que resulte del uso del OWA, deberá contemplar balances en el riesgo de cada decisión o hacia umbrales máximos o mínimos de la decisión que el circulo de expertos mencione.
e) Elección del número de EMC: obtenidas a libre elección y consenso con los investigadores del proyecto, se propuso 20 corridas del macro elaborado en el módulo MACRO MODELER de Idrisi, para considerar las menores distancias y costos, esto se determinó ya que luego de la corrida 21 del macro elaborado, las longitudes como costos de cada escenario creado, no presentó cambios cuantitativos significativos, sin embargo existe la posibilidad de continuar con el análisis de cada una de las rutas desde un punto de vista estadístico, esto se puede manejar con análisis de incertidumbre media cuadrática, lo cual no es atención del presente trabajo. Los resultados de los mejores trazados ya sean para costos y para longitudes se presentan en la Figura 38, así como también en el apartado del anexo 1.
110
Figura 38. Comparación entre trazados de mayor y menor costo y longitud
Ver Anexo 1, para ampliación de mapeo. Realizando comparación del presente estudio con el planteado por Keshkamat, (2007), toda propuesta de encontrar rutas optimas de transporte presenta una gran potencialidad de análisis desde una perspectiva multicriterio, ya que la rapidez de simular y crear escenarios de protección ambiental cuanto económicos, con enfoques distintivos, permiten encontrar y redefinir rutas en función de la ponderación de los criterios planteados por expertos en temas afines al presente trabajo. A diferencia del trabajo plasmado por Keshkamat, esta propuesta permite la creación de modelos cartográficos que pueden ser editados o corridos más de 10 veces, gracias al uso de la herramienta del Macro Modeler de Idrisi, ya que se puede eliminar o aumentar criterios en función de las priorizaciones o restricciones planificadas versus las que conlleven la construcción propiamente dicha, de un proyecto lineal.
111
Además en concordancia con los estudios planteados por Anavberokhai, (2008), la mejor opción del presente estudio es la aplicación de la ponderación de criterios en función de un análisis menos subjetivo que un análisis empírico, siendo más robusto la aplicabilidad del método AHP para estructura de coberturas de costo compensatorias, ya que la comparación de criterios por pares ingresados en una matriz cuadrada determina la importancia relativa de los parámetros utilizados, principalmente para propuestas de rutas óptimas de ductos, vías o trazados de tendido eléctrico. 6. CONCLUSIONES El estudio realizado para planificación de trazados de ductos petroleros en el país es una propuesta metodológica que variará de acuerdo a las condiciones geológicas cuanto constructivas y socio ambientales que se desee emprender, si bien contempla variables cuantificables que se encuentran a distintas escalas cartográficas, la fusión entre SIG y la EMC es una fuerte posibilidad de guiar proyectos de pre factibilidad para transportar hidrocarburos cuanto derivados dentro del Ecuador continental. Es por esto que la propuesta metodológica para carácter constructivo como de respeto socio ambiental ha encontrado en la ponderación de los criterios más importantes a los de índole geológico, movimientos en masa y NEC para la creación de rutas determinadas a partir de los métodos AHP y del ingreso manual de iguales pesos. Ahora cabe mencionar que el trazado más corto es el trazo AC2 producto de la ponderación con iguales pesos compensándose cada uno de los criterios que intervinieron en la evaluación multicriterio, así también el trazado que posee menor costo es el AF2, con un valor de 157193565.56, valor que se desprende de la aplicación del método AHP, método de jerarquías analíticas desarrolladas por Saaty, razón por la cual se concluye que las ponderaciones de expertos, son minimizadas por la aplicación de este método compensatorio aditivo.
112
Con respecto a distancia de trazados, el trazo AC2 como el BC2 poseen la menor longitud para el trazado que se planea construir, sin embargo el valor del costo es muy elevado de acuerdo a la aplicación de distintos escenarios cuanto ponderaciones que se realizaron en el desarrollo del macro modelo.
7. RECOMENDACIONES
La propuesta metodológica de fusión entre SIG y EMC, es recomendable para visualización de un trazado de poliducto en la fase de pre factibilidad, para inicios de operación y construcción siendo muy necesario el reconocimiento de campo, mejorando las escalas cartográficas en cada una de sus variables de análisis, sean estas a 1:1.000 cuanto 1:5.000. Además la integración con variables cuantificables continuas como por ejemplo de censo poblacional es muy necesaria ya que los mejores trazados técnicos para construcción en la fase de campo, poseen cambios rotundos al momento de socializar o mapear áreas urbanas o rurales que posean conflictos sociales por tránsito de una obra de esta índole. Con respecto a las variables de mapeo de facilidades constructivas la Norma Ecuatoriana de la Construcción – NEC es de suma necesidad integradora para este tipo de proyectos ya que integra variables sísmicas cuanto de susceptibilidad a movimientos en masa, estas variables hacen que se elija un círculo de expertos con experiencia en temas de transportes de derivados de hidrocarburos, ya que de su valoración dependerá la sobre o subvaloración de variables de mapeo para aplicación del macro modelo que se desarrolle dentro del proceso de definir rutas óptimas. Ahora se debe tener cautela al integrar criterios restrictivos booleanos al momento de utilizar metodologías como la AHP u otros métodos compensatorios en el escenario de respeto socio ambiental, ya que al ser incluidos compiten por una solución que no respetará áreas naturales o patrimonios forestales, esto se puede evitar siempre y cuando los criterios no restrictivos compitan entre ellos, para luego ser unificados con la capa de booleana.
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Para esto es necesario encontrar al menos 2 alternativas de trazados de ductos petroleros en la fase de pre factibilidad, con la finalidad de entregar diversidad a los tomadores de decisiรณn sobre el equilibrio entre los รกmbitos econรณmico, legal, ambiental y constructivo Ahora cabe manifestar que Ecuador maneja una ley incipiente en consideraciรณn al trazado de ductos petroleros, ya que luego de revisar y aplicar el Decreto Supremo 1503 del 29 de diciembre de 1972, publicado en el Registro Oficial 279 del 4 de abril de 1973, no existe una ley actualizada a la fecha, en la que espacialice y tome en consideraciรณn indemnizaciones o compensaciones por obras estatales de esta magnitud.
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9. Anexo 1: MAPAS
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10. Anexo 2: Manual de secuencia lógica de Macro Modeler y EMC Macro modelo para reclasificar una capa a partir de un archivo AVL
El poder realizar n veces un proceso repetitivo en base a una reclasificación manual de una tabla de atributos sea esta por ejemplo de aptitud agrícola, permite generar una automatización sobre proceso cartográficos. a. Partamos de tener la capa vector de determinado criterio (AP_AG). Para iniciar con este macro es necesario tener una capa ráster con las mismas características geográficas que posee la zona de estudio (vacio.rst), esto con la finalidad de iniciar con la operación de conversión de vector a ráster, a través del geoproceso POLYRAS, este nos permitirá convertir polígonos en ráster de cada categoría. b. Ahora al tener una tabla de atributos unida a cada capa temática vector, reclasificamos de acuerdo a la conveniencia del estudio, cuyo atributo para nuestro caso lo llamaremos APAF_R (archivo con extensión avl), el mismo que fue exportado con la finalidad de guardar la nueva clasificación del criterio en estudio. Obtenidas estos dos inputs, procedemos con el siguiente paso. c. Llamamos el geoproceso ASSIGN, el mismo que necesita como capa de entrada a aquella capa convertida en ráster del criterio en estudio, para luego colocar la capa de atributos con los valores reclasificados. El resultado es la capa reclasificada en función de la reclasificación re asignada. Para nuestro caso lo llamamos APAG_R
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Nótese que en el manejo de los macro modelos de IDRISI, el color verde denota una capa de ingreso vector, el color azul una capa ráster, el color rosa un geoproceso por aplicar y el color naranja opaco un archivo con extensión AVL. De acuerdo a la evolución del desarrollo de macro modelos, tenemos opciones de poder grabar como sub procesos a aquellos procedimientos que en cartografía necesariamente se ejecutan reiteradamente. En este caso dentro del macro Modeler grabamos a este proceso en la pestaña de File-Save Model as a Submodel, encontrando una síntesis de su desarrollo de acuerdo a la siguiente captura de pantalla.
Los inputs que necesita este desarrollo son los realizados con anterioridad, con la única diferencia que existe síntesis en el despliegue del macro. Macro modelo para generación de un trazado entre dos puntos
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a. Para la generación de este macro debemos comenzar por tener el punto de partida cuanto el de llegada en formato vector, esta capa la llamaremos, INICIO y FINAL. b. Creamos una capa ráster vacía, que la llamaremos vacio.rst, en este paso, tomaremos en consideración la conversión de formatos a ráster valiéndonos del proceso denominado como POINTRAS, el cual convierte el archivo vector y lo coloca temporalmente en la capa vacio.rst, de esta forma iniciamos los subprocesos individuales tanto para INICIO cuanto para FINAL como archivos convertidos en ráster. c. Encontrando previamente la capa de EMC obtenida a partir del Decision Wizard del menú Decision Support, procedemos a crear la capa de costo, esta capa permite elegir entre el algoritmo de CostPush o CostGrow, en temas operativos, el tiempo de corrida de CostGrow es mas extenso que CostPush, razón por la cual elegimos la segunda alternativa. Este algoritmo de obtención de la capa de costo de tránsito desde el punto inicio necesita ser ingresada primero la capa ráster del punto de INICIO para luego colocar la capa de fricción (EMC). De esta manera obtenemos la capa de costo. d. Retomando la otra parte del macro dirigiéndonos hacia la capa FINAL, colocamos el geoproceso de PATHWAY, el mismo que necesita como capa de partida a la capa de Costo obtenida, y como ráster de llegada al punto
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que se desea empatar con el trazado, para nuestro caso es Cuenca, deposito Chaullabamba. Cabe manifestar que se puede elegir en este geoproceso si se desean encontrar múltiples pathways o rutas óptimas o una sola. Nuestra recomendación es colocar en esta selección NO. El resultado de esta parte del macro es el trazado que se obtiene en formato ráster. e. Como parte final del macro se integra el geoproceso LINEVEC, este permitirá convertir la línea ráster obtenida a formato vector. Macro modelo para convertir una capa EMC en escalar respetando las coberturas de restricción Dado el caso que nuestras capas obtenidas de EMC en distintas variantes no aplican sobre el respeto de atravesar un poliducto por zonas de restricción previa la fusión entre el desarrollo de EMC más las coberturas de PANE. El siguiente macro nace de la necesidad de aplicar un análisis para escalamiento sobre cada una de estas creaciones, las mismas que para efectos prácticos resultó beneficioso multiplicar a la capa EMC por un valor de 1000 y a esto realizar una operación de OVERLAY para ejecutar iteraciones de prueba a cada resultado.
a. Partamos de la capa ráster de restricciones ambientales unidas para nuestro caso los parques nacionales, los bosques protectores. Ingresamos dentro del geoproceso SCALAR el cual solicita elegir la operación que deseamos realizar, para nuestro caso una multiplicación x 1000 a la capa entrante. b. Obtenemos la capa de restricción multiplicada por 1000 y traslapamos o realizamos la operación de OVERLAY con la capa de EMC este traslape o
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sobre posición debe ser cuidadosamente ocupado ya que al elegir la opción de COVER dentro de OVERLAY debemos colocar como primera capa al escalar que se multiplicó por 1000, para luego como segunda capa colocar la EMC, asi todo el rango de la capa obtenida será reasignado sobre valores de 1000 tanto restricciones cuanto valores provenientes de una evaluación multicriterio. 11. Anexo 3: Encuesta a profesionales técnicos para consideraciones de trazados de ductos petroleros Cada profesional encuestado, realizó una valoración del estudio integrando puntos de vista en los que la EMC en la práctica puede llegar a ser subjetiva o integral cuando se manejan en un círculo de decisión para un solo objetivo. La encuesta aplicada fue:
125 ENCUESTA PARA ELECCIÓN DE CRITERIOS PARA LA PLANIFICACIÓN DE DUCTOS PETROLEROS Proyecto de Tesis de Propuesta de metodología Geomática basada en evaluación multicriterio para el trazado de ductos petroleros Señale con una o algunas X la respuesta que crea conveniente: Nombre: _________________________________________________ Profesión:________________________________________________ 1. ¿ Qué ramas de la Ingeniería u otras deben conformarse para la consolidación de un equipo de planificación de un trazado de ductos petroleros? Ingeniero Civil Ingeniero Geólogo Ingeniero Mecánico Ingeniero Electrónico Sociólogo
Ingeniero Petrolero Ingeniero Ambiental Ingeniero Geógrafo Ingeniero Hidráulico Otros
Si su respuesta es Otros, definir el profesional: _____________________________________ _______________________________________________________________________________ 2. ¿Cree Usted que el carácter social, es definitorio para elecciones de rutas óptimas en temas petroleros? Argumente su respueta: __________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 3. ¿Qué tipo de estudios preliminares cree Usted necesarios para aplicar una planificación de un trazado de poliducto en el Ecuador? Marque con una X. Geológicos Bióticos Ambientales
Constructivos Telúricos Sociales Todos los anteriores
4. ¿La normativa para transporte de hidrocarburos vigente desde 1973, es en la actualidad un instrumento que contemple variables cartográficas que permita una gestión sobre confiabilidad e integralidad de ductos petroleros? Si, No Por qué? _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________
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