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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

Delimitación de línea de costa mediante ortomosaicos históricos. Caso de estudio isla Zapotal, Ecuador

Delimitation of coastline through historical ortomosaics.

Case study isla Zapotal, Ecuador by/por

Ing. Alan Eduardo Pinos Sánchez

A thesis submitted in partial fulfilment of the requirements of the degree of Master of Science– MSc

Guayaquil - Ecuador, 22 de diciembre 2017

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.

Guayaquil, 22 de diciembre 2017 (Lugar, Fecha)

(Firma)

DEDICATORIA

A la memoria de: Sra. Dina, Tía Silvia, Andreita, Tío Gonzalo, Don Francisco y Pancho.

AGRADECIMIENTOS

A mi amada esposa Pritha Tutasi

A los directivos y personal técnico del Instituto Geográfico Militar (IGM) e Instituto Oceanográfico de la Armada del Ecuador (INOCAR)

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RESUMEN

El análisis de la variabilidad de la línea de costa es básico en trabajos y estudios referidos a la zona costera. Procesos continuos de cambio de origen natural o antrópico determinan su localización espacial en la superficie terrestre. En ese contexto, la variabilidad de la línea de costa presente en el flanco occidental de la isla Zapotal, en el cantón Muisne, provincia de Esmeraldas, Ecuador exhibe una alta inestabilidad.

El uso de dos ortomosaicos fechados el 13 de abril 1982 y 18 de diciembre 2011 permitieron conocer la ubicación espacial de la línea de costa. La línea de pleamar fue el indicador de línea de costa utilizada. La fotointerpretación permitió, mediante la ayuda de características básicas presentes en los ortomosaicos, localizar el indicador propuesto.

La tasa de cambio de la línea de costa se la efectuó mediante el método estadístico denominado tasa del punto final (EPR) propio del software DSAS. La zona centro-sur del flanco occidental de la isla presenta la mayor tasa de erosión cifrada en 63.53 m/año, con un movimiento de línea de costa negativo de 1883.05 m; localizado en el transecto número 28.

Palabras claves: Línea de costa, Ortomosaico, Variabilidad, DSAS, EPR.

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ABSTRACT

The analysis of the variability of the coastline is vital in studies related to the coastal zone.

Continuous processes of change of natural or anthropic origin determine its spatial location on the earth's surface. In this context, the variability of the coastline on the western flank of isla Zapotal, canton Muisne, province of Esmeraldas, Ecuador; exhibits high instability.

The use of two orthomosaic photos dated April 13, 1982 and December 18, 2011, allowed to define the spatial location of the coastline. The high tide line was used as indicator.

Photointerpretation techniques were used to locate the proposed indicator. The exchange rate of the coastline was made using the statistical method called end point rate (EPR) in the chosen software, DSAS. The southern zone of the western flank of the island shows the highest erosion average rate estimated at 63.53 m/yr, with a negative shoreline movement of 1883.05 m; located in the transect number 28.

Keywords: Coastline, Orthomosaic photo, Variability, DSAS, EPR.

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TABLA DE CONTENIDOS

Resumen ……………………………………………………………………………………………………………

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Abstract …………………………………………………………………………………………………………….

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CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN …………………………………………………………………………… 14 1.1. Antecedentes del problema ………………………………………………………………………. 14 1.2. Objetivos ………………………………………………………………………………………………….. 16 1.2.1. Objetivo general …………………………………………………………………………….. 16 1.2.2. Objetivos específicos ……………………………………………………………………….. 17 1.3. Preguntas de investigación …………………………………………………………………….…. 17 1.4. Hipótesis …………………………………………………………………………………………….……. 17 1.5. Justificación ……………………………………………………………………………………….…….. 18 1.6. Alcance …………………………………………………………………………………………………… 18

CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO ………………………………………………………………………… 20 2.1. Flujo energético ……………………………………………………………………………….………. 20 2.2. Espectro electromagnético ……………………………………………………………………..… 23 2.3. Espectro visible ………………………………………………………………………………………….. 25 2.4. Interacción energía – superficie terrestre ………………………………………………... 26 2.5. Comportamiento de coberturas en el espectro visible …………………………….. 31 2.6. Teledetección ……………………………………………………………………………………..……. 34 2.6.1. Fotografía aérea y ortofoto ………………………………………………………….

35

2.6.2 Fotointerpretación ………………………………………………………………………..

38

2.6.3. Características básicas de la fotointerpretación ……………………………. 39 2.7. Indicadores de línea de costa …………………………………………………………………... 40 2.8. Nivel de marea …………………………………………………………………………………….…… 43

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CAPÍTULO 3. METODOLOGÍA ……………………………………………………………………………… 45 3.1. Área de estudio ……………………………………………………………………………….…………. 45 3.2. Indicador y delimitación de la línea de costa …………………………………….………… 47 3.2.1. Indicador de línea de costa ………………………………………………………………. 48 3.2.2. Delimitación de línea de costa ………………………………………………………….. 49 3.3. Cálculo de la tasa de cambio, método EPR ……..………………………………………… 51

CAPÍTULO 4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN …………………………………………………........... 53 4.1. Resultados …………………………………………………………………………………………………. 53 4.2. Discusión ……………………………………………………………………………………………………. 62 4.2.1. Definir y delimitar la línea de costa …..…..………………………………………………

62 4.2.2. Tasa de cambio de la línea de costa

…..………………………………………………….

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4.2.3. Respuestas a las preguntas de investigación planteadas

..…………………....

67

CAPÍTULO 5. CONCLUSIONES ……………………………………………………………………………… 69 Referencias …………………………………………………………………………………………………………. 72 Anexos ……………………………………………………………………………………………………………….. 81

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GLOSARIO GLOSARIO - ACRÓNIMOS BMMI.- Mínima Bajamar Astronómica BMMM.- Bajamar Muerta Media BMVM.- Bajamar Viva Media DSAS.- Digital Shoreline Analysis System - Sistema Digital de Análisis de Línea de Costa DTM.- Digital Terrain Model - Modelo Digital del Terreno EPR.- End Point Rate - Tasa de Punto Final ESRI.- Environmental Systems Research Institute- Instituto de Investigación de Sistemas Ambientales GPS.- Global Position Systems - Sistemas de Posicionamiento Global HWL.- Hight Water Line - Línea de Pleamar IGM.- Instituto Geográfico Militar IHM.- Instituto Hidrográfico de la Marina de España INEC.- Instituto Nacional de Estadísticas y Censos INOCAR.- Instituto Oceanográfico de la Armada del Ecuador IOA.- Instituto Oceanográfico de la Armada LIDAR.- Light Detection and Ranging - Tecnología de Detección de Luz y Rangos NDVI.- Normalized Difference Vegetation Index - Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada NM.- Nivel Medio del Mar NSM.- Net Shoreline Movement - Movimiento Neto de Línea de Costa OHI.- International Hydrographic Organization - Organización Hidrográfica Internacional PM.- Línea de Pleamar

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PMMA.- Máxima Pleamar Astronómica PMMM.- Pleamar Muerta Media PMVM.- Pleamar Viva Media RGB.- Red, Green, Blue – Rojo, Verde, Azul SFM.- Structure from motion - Estructura del movimiento TLS.- Terrestrial Laser Scanning - Escáner Laser Terrestre USGS.- United States Geological Survey - Servicio Geológico de los Estados Unidos de Norteamérica UTM.- Universal Transversa Mercator

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GLOSARIO - TÉRMINOS TÉCNICOS Acreción.- Proceso de acumulación de sedimentos (suelo).

Carta náutica.- Representación de las profundidades presentes en el fondo marino.

Carta topográfica.- Representación de los elementos presentes en la superficie terrestre.

Erosión.- Proceso de desgaste del suelo.

Espectro electromagnético.- Conjunto de longitudes de onda de todas las radiaciones electromagnéticas.

Espectro visible.- Región del espectro electromagnético perceptible al ojo humano.

Estabilidad.- La no presencia de ganancias o pérdidas (estado de equilibrio).

Fotogrametría.- Ciencia y técnica de realizar mediciones sobre una imagen.

Fotointerpretación.- Acción de identificar y caracterizar los diferentes elementos presentes en una imagen.

Hiper-estabilidad.- Termino que refiere cuando las ganancias superan a las pérdidas.

Imágenes satelitales.- Producto obtenido por el sensor de un satélite artificial.

Inestabilidad.- Termino que refiere cuando las pérdidas superan las ganancias.

Línea de costa.- Límite entre el agua y la tierra firma.

Morfología.- Forma identificable del suelo.

Onshore.- Expresión anglosajona del término tierra adentro.

Ortofoto.- Fotografía aérea en la que todos los elementos presentan la misma escala libre de errores y deformaciones.

Ortomosaico.- Asociación de dos o más ortofotos.

Remote sensing.- Expresión anglosajona del término teledetección. Técnica que permite obtener información de la superficie terrestre sin entrar en contacto con ella.

Transectos.- Porción de espacio geográfico delimitado.

Variabilidad.- Movilidad de un elemento u objeto.

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LISTA DE FIGURAS Figura 1. Espectro Electromagnético …………………………………………………………………

21

Figura 2. Características de una onda ………………………………………………………………..

21

Figura 3. Espectro electromagnético …………………………………………………………………

24

Figura 4. Espectro visible …………………………………………………………………………………..

25

Figura 5. Percepción visual de los colores ………………………………………………………….

26

Figura 6. Distribución de la energía radiada ………………………………………………………

27

Figura 7. Transmisividad atmosférica ………………………………………………………………..

28

Figura 8. Diferentes características espectrales …………………………………………………

29

Figura 9. Interacción energía radiante - superficie terrestre ……………………………..

30

Figura 10. Diferentes curvas de reflectancia espectral ………………………………………

34

Figura 11. Indicadores de línea de costa ……………………………………………………………

41

Figura 12. Niveles de marea ………………………………………………………………………………

44

Figura 13. Mapa de ubicación ……………………………………………………………………………

45

Figura 14. Esquema de trabajo ………………………………………………………………………….

46

Figura 15. Mapa línea de costa año 1982, fecha de imagen 13 abril 1982 …………

54

Figura 16. Mapa línea de costa año 2011, fecha de imagen 18 diciembre 2011

55

Figura 17. Mapa generación de transectos ……………………………………………………...

56

Figura 18. Mapa valores de erosión según cálculo EPR ……………………………………..

57

Figura 19. Mapa valores de erosión según cálculo NSM …………………………….……….

58

Figura 20. Mapa valores de acreción según cálculo EPR …………………………….……….

59

Figura 21. Mapa valores de acreción según cálculo NSM …………………………………..

60

Figura 22. Mapa área erosión y acreción (1982 - 2011) ……………………………………..

61

Figura 23. Collage de fotografías que registran la erosión en el flanco occidental de la isla Zapotal ……………………………………………………………………………..

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LISTA DE TABLAS Tabla 1. Unidades de longitud de onda …………………………………………………………….. 23 Tabla 2. Unidades de frecuencia ……………………………………………………………….………. 23 Tabla 3. Longitudes de onda del espectro electromagnético ……………………….......

24

Tabla 4. Especificaciones técnicas de las ortofotos …………………………………….……… 50 Tabla 5. Resumen de transectos para cada dominio del área de estudio durante 1982 – 2011: Tasa de punto final (EPR); Movimiento neto de línea de 81 costa (NSM) ……………………………………………………………………………………………………….

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CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN 1.1. ANTECEDENTES DEL PROBLEMA

Las zonas costeras son sistemas que, a nivel mundial, exhiben una elevada dinámica geomorfológica (Balica, Wright y Van der Meulen, 2012). El frecuente dinamismo es caracterizado por la acción directa y periódica de distintos factores exógenos de origen natural y antrópico, en el cual la línea de costa representa uno de los principales rasgos o elementos cartográficos dinámicos históricamente registrados. La línea de costa constituye el límite de contacto entre el agua y la tierra firme (Tarbuck y Lutgens, 2005), por lo tanto es un área altamente dinámica, con constante movimiento de sedimentos, que cambian su posición y crean nuevas características morfológicas. Esta dinámica genera erosión y retroceso costeros que, en diversos casos, es una de las principales amenazas a la vida humana y a la infraestructura civil (Absalonsen y Dean, 2011; Xue, Feng, Yin y Xia, 2009). Si bien muchos factores contribuyen a la regresión costera y por tanto a la alteración de la línea de costa, el aumento del nivel del mar representa uno de los factores más importantes y casi omnipresentes en las zonas litorales (Leatherman, Zhang y Douglas, 2000); este efecto es registrado a escala mundial (Cazenave y Le Cozannet, 2014). Otros factores incluyen los cambios en las condiciones hidrodinámicas y actividades humanas (Xue et al., 2009), la variabilidad climática relacionada con el evento ENOS (El Niño – Oscilación del Sur), conocido también como fenómeno del Niño (Arteaga, Tutasi y Jiménez, 2006); el accionar de alguno de estos componentes contribuye a la existencia de un balance negativo en la tasa de cambio de la línea de costa, expresada por medio de la erosión (Dillenburg, Esteves y Tomazelli, 2004; Turner, McClenachan y Tweel, 2016; Zhang, et al. 2017; Toimil, Losada, Camus, y Díaz-Simal 2017).

No obstante que la definición de línea de costa como elemento de contacto entre la superficie terrestre y el agua está consensuada (Dolan, Hayden, May y May, 1980), su delimitación supone un gran desafío dada la gran dinamicidad natural de este límite, que además depende de la elección de criterios específicos para su delineación, definidos en

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función del objetivo perseguido, la resolución espacial, la fuente de información utilizada o del sistema de digitalización empleado (Ojeda, 2000).

Esta temática es relevante dado que se puede vislumbrar la importancia desde diferentes ángulos muy disímiles entre sí pero que conllevan a la consecución de un objetivo en común, que es generar geoconocimiento aplicado. Considerando la geodinámica presente en las zonas costeras léase línea de costa, como el escenario de estudio a corto, mediano y largo plazo, es de mucha utilidad e importancia estudiar su dinamismo para fundamentar la adecuada gestión y planificación de este elemento geográfico, así como la relación con su entorno (Ojeda, Díaz, Prieto y Álvarez, 2013).

Varios fenómenos naturales sobre la superficie terrestre pueden ser capturados en una escena y representados por medio de fotografías aéreas (Knödel, Lange y Voigt, 2007). En este contexto el uso del producto cartográfico denominado ortomosaico ha demostrado ser una herramienta indispensable para el análisis de información geolocalizada con precisión, ya que representan fotografías aéreas a las que se les ha corregido todos los errores geométricos, para que cada punto en el terreno sea observado desde una perspectiva perpendicular (ortogonal) (Paine y Kiser, 2012). Sin embargo y a pesar de su importancia el desconocimiento de las nuevas tecnologías aplicadas al mundo de la cartografía impide que amplios sectores dedicados a diversas áreas como la docencia, cuenten con geoinformación necesaria para abordar temas relacionados con las ciencias de la tierra (Luque, 2011), de forma puntual aquellas áreas en las cuales es necesaria la identificación y delimitación de la línea de costa.

El hecho de generar geoinformación para estudios actuales partiendo desde un archivo histórico fotográfico conlleva de manera inexorable a plantearse varios objetivos como el de generalizar el uso de ortomosaicos históricos para la realización de análisis multitemporales, conocer la tasa de cambio anual de la línea de costa una vez delimitada, así como el de establecer las relaciones naturales o antrópicas de un evento determinado (Shoshany y Degani, 1992; Del Río, Gracia y Benavente, 2012).

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Los resultados obtenidos mediante la realización de la presente investigación permitieron conocer en forma detallada la tasa de cambio existente en la zona de estudio, de esta manera se cuenta con información específica de la realidad presente en la isla Zapotal. La ejecución de este trabajo es importante conociendo de antemano que en la zona de estudio existe población civil susceptible de soportar potenciales riesgos generados por la erosión presente en el área. En los asentamientos humanos de las localidades de Bolívar y Portete viven 1039 habitantes, según censo del Instituto Nacional de Estadísticas y Censos (INEC) efectuado en el año 2010; poblaciones geográficamente ubicadas dentro del perímetro de la isla, las mismas corresponden a la Parroquia Bolívar.

Enfocándose una vez más en la gestión de riesgo pero desde otra arista, es importante conocer de forma específica la geodinámica del sector considerando aspectos de seguridad marítima aplicada a la navegación. La actualización de la línea de costa empleada en la carta náutica IOA (Instituto Oceanográfico de la Armada) 1020 denominada ‘Aproximación a Cojimíes – Pedernales’, generada a escala 1:50,000, producto cartográfico elaborado por el Instituto Oceanográfico de la Armada del Ecuador (INOCAR), es relevante considerando que la zona de estudio presenta cercanía geográfica con importantes puertos pesqueros artesanales como por ejemplo Cojimíes, Daule y Mompiche. El fin último recaería en la generación de políticas públicas encaminadas a la protección de la ciudadanía del sector, así como de la infraestructura civil.

1.2. OBJETIVOS

1.2.1. Objetivo General

Delimitar la línea de costa en la isla Zapotal ubicada en la provincia de Esmeraldas, cantón Muisne, Ecuador para los años 1982 y 2011.

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1.2.2. Objetivos Específicos

1. Definir el elemento cartográfico denominado línea de costa presente en los ortomosaicos de los años 1982 y 2011.

2. Delimitar el indicador de línea de costa conocido como línea de pleamar en los ortomosaicos de los años 1982 y 2011.

3. Calcular la tasa de cambio de la línea de costa para los años 1982 y 2011, mediante el método estadístico denominado tasa del punto final (EPR).

1.3. PREGUNTAS DE INVESTIGACIÓN

¿Es posible delimitar el elemento cartográfico denominado línea de costa mediante el uso de ortomosaicos históricos?

¿Dónde se ubicará el indicador de línea de costa conocido como línea de pleamar en los ortomosaicos de los años 1982 y 2011?

¿Se podrá calcular la tasa de cambio de la línea de costa mediante el método estadístico denominado tasa del punto final (EPR)?

1.4. HIPÓTESIS

El empleo de ortomosaicos históricos correspondientes a los años 1982 y 2011 permite la fotoidentificación y posterior delimitación de la línea de costa presente en la isla Zapotal, provincia de Esmeraldas.

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1.5. JUSTIFICACIÓN

Existen zonas en el litoral ecuatoriano que presentan una alta dinámica en la geomorfología del perfil costero (Boothroyd, Ayón, Robadue, Vásconez y Noboa, 1994; Santana, Dumont y King, 2001). Esta dinámica se acentúa de forma específica en ecosistemas estuarinos dada la influencia directa de fenómenos naturales como vientos, mareas, corrientes (Davis y Fitzgerald, 2004), así como acciones provocadas por el ser humano como por ejemplo la transformación del paisaje natural circundante (Camfield y Morang, 1996).

La provincia de Esmeraldas exhibe una alta geodinámica en lo que a la posición geoespacial de su línea de costa se refiere (Federici y Rodolfi, 2001). Poseer información cartográfica histórica expresada en el uso de ortomosaicos correspondientes a los años 1982 y 2011 permite conocer la dinámica presente en el flanco occidental de la isla Zapotal; mediante la delimitación de la línea de costa se conoce las antiguas posiciones geoespaciales y el valor de la tasa de cambio de las mismas (Thieler, Himmelstoss, Zichichi y Ergul, 2017).

1.6. ALCANCE

La ubicación espacial del presente estudio está restringida al flanco occidental de la isla Zapotal, cantón Muisne, provincia de Esmeraldas, Ecuador. Esta investigación pretende, como primera acción, definir el elemento cartográfico línea de costa; segundo, determinar espacialmente la ubicación de la línea de costa en los años 1982 y 2011; finalmente, mediante el método estadístico denominado tasa del punto final (EPR), incorporado en el software DSAS (Digital Shoreline Analysis System) versión 4.4, calcular la tasa de cambio de la línea de costa. Estas acciones se las efectúa mediante el empleo de dos ortomosaicos pertenecientes a las fechas de abril 1982 y diciembre 2011.

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El presente trabajo se centra en el estudio de la línea de costa ubicada en el flanco occidental de la isla Zapotal, considerando que dicha banda costera exhibe de forma directa los efectos por el accionar de las mareas, olas, corrientes marinas, vientos, deriva litoral; estos elementos describen el comportamiento morfodinámico del margen costero expuesto. Considerando lo antes mencionado el flanco oriental de la isla, no forma parte bajo ningún concepto del presente estudio por no estar expuesto a dichas acciones.

La información resultante podría ser utilizada por personal técnico, comunidad académica, científicos y ciudadanía en general, interesada en conocer la variabilidad de la línea de costa existente en la zona de estudio; de igual forma por instituciones públicas y privadas encaminadas a la prevención de riesgos y desastres por medio del análisis, gestión y planificación de la zona costera. En general, este documento constituye una fuente de geoinformación histórica.

El beneficio que proporciona este trabajo está enfocado en visibilizar la problemática existente en la zona, considerando que no existe registro alguno de literatura académica publicada que verse sobre el tema de variabilidad costera en la zona de estudio al momento de realizar esta investigación.

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CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO Uno de los fenómenos naturales que animó la curiosidad e ingenio de la humanidad fue la capacidad de entendimiento sobre la luz visible. En ese sentido el científico inglés Isaac Newton, en el año de 1665 en un primer paso logra descomponer un estrecho haz de luz solar blanca en bandas de luz de color con la utilización de un prisma de cristal (Campbell y Wynne, 2011). Desde el desarrollo de aquel experimento en la segunda mitad del siglo XVII (Zajonc, 1995), el conocimiento asociado a la capacidad de observación de los ojos hacia los objetos presentes en la superficie de la tierra ha permitido estar al tanto de lo que se conoce actualmente como “luz visible” es tan solo una pequeña porción de la distribución energética presente en el espectro electromagnético de la cual se sirve el presente trabajo.

2.1. FLUJO ENERGÉTICO

La capacidad de visión del ser humano, que permite entender su entorno, puede ser explicada por medio de dos proposiciones que inicialmente pueden ser contrapuestas entre sí; estas teorías explican el flujo energético existente entre una fuente de energía (sol) y el objeto (superficie terrestre) (Chuvieco, 1995). La primera de estas entiende a la energía como un haz de onda que viaja a la velocidad de la luz en un movimiento armónico y continuo; la segunda considera al flujo energético como una partícula discreta de energía, fotones o cuantos, con masa igual a cero (Chuvieco, 1995). Estas dos teorías convergen y convierten al flujo energético en una dualidad onda-partícula, creándose de esta forma campos oscilante perpendiculares entre el campo magnético y el campo eléctrico que viajan a la velocidad de la luz (Fig. 1).

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Figura 1. Espectro Electromagnético modificado de Lusch, 1999

El flujo energético, al comportarse como una onda, puede ser descrita por medio de tres componentes: longitud de onda (λ), frecuencia o fase (ⱷ) y amplitud (α). λ es la distancia entre dos cumbres continuas de una onda, es medida en micrómetros (μm= 10 -6 m); ⱷ determina el número de cumbres por una determinada unidad de tiempo (s); α entendida como la distancia vertical de la onda (Tempfli, Kerle, Huurneman y Janssen, 2009) (Fig.2).

Figura 2. Características de una onda tomado de Tempfli et al., 2009

La relación entre la velocidad de la luz (c=3x108 m/s), la longitud de onda y la frecuencia, está representada por medio de la siguiente formula (Ecuación 1) (Chuvieco, 1995).

c= λ ⱷ

(Ecuación 1)

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Entender al flujo energético como una partícula o fotón permite calcular la energía que posee conociendo de antemano su frecuencia, por medio de la siguiente formula (Ecuación 2) (Chuvieco, 1995).

Q= h ⱷ

(Ecuación 2)

Dónde: Q: energía radiante de un fotón expresada en Julios h: constante de Planck (6.626x10-34 J sec) ⱷ: frecuencia

Reemplazando el dato de frecuencia, la misma queda expresada mediante la siguiente formula (Ecuación 3) (Chuvieco, 1995).

Q= h (c/ λ)

(Ecuación 3)

Dónde: Q: energía radiante de un fotón expresada en Julios h: constante de Planck (6.626x10-34 J sec) c: velocidad de la luz (3x108 m/s) λ: longitud de onda

Existe una relación inversa entre la longitud de onda y la frecuencia, es decir que a menor longitud de onda mayor frecuencia (mayor energía) y viceversa (Chuvieco, 1995). La radiación energética con mayor longitud de onda es más difícil de detectar (Chuvieco, 1995). El conocer las unidades de la longitud de onda y de la frecuencia, permiten determinar las características del flujo energético (Campbell y Wynne, 2011) (Tabla 1).

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Tabla 1. Unidades de longitud de onda

Unidad

Distancia

Kilómetros (km)

1,000 m

Metros (m)

1m 2

Centímetros (cm)

0.01 m =

10- m

Milímetros (mm)

0.001 m =

10- m

Micrómetro (μm)

0.000001 m =

10- m

Nanómetro (nm)

3 6

9

0.000000001 m = 10- m

La frecuencia es usualmente medida en Hertz (Campbell y Wynne, 2011) (Tabla 2).

Tabla 2. Unidades de frecuencia

Unidad Hertz (Hz)

Frecuencia (ciclos por segundo) 1

Kilohertz (kHz)

103

(=1,000)

Megahertz (MHz)

106

(=1,000,000)

Gigahertz (GHz)

109

(=1,000,000,000)

2.2. ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO

La distribución de las diferentes longitudes de onda, o frecuencias, es conocida como espectro electromagnético (Chuvieco, 1995). El flujo de energía que recibe la superficie terrestre esta categorizada en diferentes bandas del espectro electromagnético, de tal forma que aquellas bandas que tienen una longitud de onda corta poseen mayor energía, como por ejemplo los rayos X, rayos gamma, rayos cósmicos (Chuvieco, 1995). Las mismas están ubicadas de forma distante de aquellas bandas con una longitud de onda larga, es decir que poseen menor energía como por ejemplo las microondas, ondas de radio y televisión (Chuvieco, 1995). Estos flujos de energía señalados están situados en localidades diametralmente opuestas en el espectro electromagnético, además mencionar que son imperceptibles al ojo humano.

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El único segmento del espectro que puede ser detectado por dicho sentido es aquel confinado en el rango del espectro visible. La luz visible para el ser humano representa una pequeña porción del espectro electromagnético situada entre 0.4 μm – 0.7 μm aproximadamente (Lillesand, Kiefer y Chipman, 2004). La siguiente gráfica permite visualizar la ubicación de los diferentes espectros (Fig. 3).

> energía

< energía

longitud de onda corta

longitud de onda larga

Figura 3. Espectro electromagnético modificado de Lillesand et al., 2004

Cabe mencionar que estos valores varían de acuerdo al autor, sin embargo, la clasificación presentada en la tabla 3 es la más frecuente (Campbell y Wynne, 2011).

Tabla 3. Longitudes de onda del espectro electromagnético

División Rayos Gamma:

Límites <0.03 nm

Rayos X:

0.03 – 300 nm

Radiación ultravioleta:

0.30 – 0.38 μm

Luz visible:

0.38 – 0.72 μm

Radiación infrarrojo: Infrarrojo cercano: 0.72 – 1.30 μm Infrarrojo medio:

1.30 – 3.00 μm

Infrarrojo lejano:

7.0 – 1000 μm (1 mm)

Microondas:

1 mm – 30 cm

Ondas de radio:

≥ 30 cm

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2.3. ESPECTRO VISIBLE

La luz visible al estar encasillada en un determinado rango del espectro electromagnético (Fig.4), permite al ojo humano enfocarse en reconocer objetos sobre la superficie terrestre que interactúen con la radiación electromagnética propia de este rango. Dicho de otra forma, el ojo humano presenta limitaciones al momento de identificar aquellas interacciones o fenómenos cotidianos con otra longitud de onda o frecuencia distinta a la longitud de onda o frecuencia de la luz visible, por ejemplo la imposibilidad de percibir visualmente las ondas de radio, microondas, infrarrojo, rayos ultravioleta, rayos X, rayos gamma (Chuvieco, 1995).

Figura 4. Espectro visible tomado de Lusch, 1999

La luz visible dentro de esta distribución es conocida como espectro visible, cuya longitud de onda determina su posición en la misma (0.4 μm a 0.7 μm). En el espectro visible existen tres bandas esenciales: azul (0.4 μm a 0.5 μm), verde (0.5 μm a 0.6 μm) y rojo (0.6 μm a 0.7 μm) (Chuvieco, 1995); las mismas son conocidas como bandas RGB (Red, Green, Blue), acrónimo formado por los colores de las bandas, o secciones, que componen dicho

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espectro visible, como son el rojo (Red), verde (Green) y azul (Blue). Es importante indicar que el presente trabajo se centra en la interacción del espectro visible.

La visualización de un determinado color presente en un objeto está ligada a la capacidad de reflejar o absorber colores determinados (Campbell y Wynne, 2011) (Fig.5). En el caso de los colores primarios, un elemento refleja color azul dado que absorbe los colores verde y rojo; un elemento refleja color verde dado que absorbe los colores azul y rojo; por ultimo un elemento refleja color rojo dado que absorbe los colores azul y verde.

Los elementos de color negro o blanco tienen una particularidad. Un elemento es de color negro dado que absorbe todos los colores primarios; un elemento es de color blanco dado que refleja todo los colores primarios. Se puede concluir de forma general que el color observado de un elemento pertenece al color reflejado por el mismo, dicho de otra forma el comportamiento de las diferentes longitudes de onda aplicadas en los objetos es lo que se conoce como color (Chuvieco, 1995).

Figura 5. Percepción visual de los colores modificado de Campbell et al., 2011

2.4. INTERACCIÓN ENERGÍA – SUPERFICIE TERRESTRE

Como se mencionó anteriormente este trabajo está centrado en el rango visible del espectro electromagnético, sin que ello signifique que se deje de mencionar conceptos de la relación intrínseca de la mayor fuente de energía radiante proveniente del sol con la

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superficie terrestre. Los elementos de la superficie terrestre se comportan de forma disímil ante la energía radiante. El flujo de energía del sol cuya temperatura exterior es de aproximadamente 6000° K que viaja a la velocidad de la luz, es determina según la Ley de Wein, que la máxima emitancia espectral de un cuerpo en la superficie se da a los 0.48 μm (Chuvieco, 1995), coincidiendo con el rango del espectro visible que correspondiente al color verde (Fig. 6).

Figura 6. Distribución de la energía radiada tomado de Lillesand et al., 2004

De igual forma es en un estrecho rango del espectro electromagnético que se da otra reacción entre el sol y la superficie de la tierra; la misma está comprendida entre 0.3 μm – 2 μm; este es el rango del espectro conocido como dominio óptico (Universidad de Salamanca, 2006), lugar en el cual la curva espectral del sol presenta su mayor emitancia o excitancia radiante (total de energía radiada en todas las direcciones desde una unidad de área y por unidad de tiempo, su unidad de medida es vatios W/m2) de energía. Es precisamente este grupo de longitudes de onda conocido como dominio óptico las que dependen exclusivamente del sol y son las de mayor aplicación en el campo de la percepción remota.

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La curva descrita por la irradiación solar directa sobre la superficie de la tierra se asemeja a la curva generada por un cuerpo negro (teorización de un objeto que absorbe toda la energía radiante que sobre él se aplica) a la misma temperatura (6000° K), permitiendo de esta manera tener una relación directa del comportamiento espectral de un determinado objeto terrestre conociendo su temperatura y su capacidad de emisión.

No todo el flujo energético proveniente del sol llega a tener contacto con los objetos de la superficie terrestre, por ejemplo existe energía radiante que es absorbida o reflejada por la presencia de ciertos componentes de la atmosfera, esta característica de permeabilidad selectiva se conoce como ventana atmosférica (Chuvieco, 1995). Por ejemplo los rayos X, ultravioleta y gamma son absorbidos casi por completo por el ozono y el oxígeno ordinario; ciertos rangos de la radiación infrarroja son absorbidos por el agua y el dióxido de carbono de la atmosfera (Fig. 7).

Figura 7. Transmisividad atmosférica modificado de Lusch, 1999

El siguiente gráfico muestra (a) el comportamiento espectral de la energía radiante, (b) la transmisión atmosférica y (c) los sensores utilizados de acuerdo al rango del espectro electromagnético. Haciendo un hincapié especial a la ventaja del espectro visible en lo referente a la energía radiante recibida y la poca injerencia al momento de absorber o reflejar el flujo energético por parte de la atmosfera (Fig. 8).

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Figura 8. Diferentes características espectrales modificado de Lillesand et al., 2004

La relación flujo energético-superficie terrestre, pone en evidencia el comportamiento de los objetos terrestres ante las distintas longitudes de ondas que inciden sobre ellos (Lillesand et al., 2004). Cada cubierta es única, por lo tanto, se registra en un determinado rango del espectro electromagnético; este registro único es conocido como firma espectral (Chuvieco, 1995). Esta firma espectral se genera en función de los siguientes factores (Universidad de Salamanca, 2006):

- Factores físicos: temperatura, humedad, textura.

- Factores químicos: composición, contenido de materia orgánica, etc.

- Factores ambientales: pendiente, orientación, estación del año, hora de la toma, etc.

En la relación antes citada también se debe de considerar cuatro componentes de acción– reacción por parte de la energía radiante proveniente del sol que actúa sobre los

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objetos presentes en la superficie de la tierra. Estos componentes son la energía de incidencia, energía reflejada, energía absorbida y energía transmitida (Fig. 9). Aplicando el principio de conservación de energía se puede cuantificar la cantidad de energía existente en esta interacción por medio de la siguiente formula (Ecuación 4) (Lillesand et al., 2004).

EI(λ)= ER(λ) + EA(λ) + ET(λ)

(Ecuación 4)

Dónde: EI: energía incidente ER= energía reflejada EA= energía absorbida ET= energía transmitida

Todos los componentes del flujo energético están en función de la longitud de onda (λ), la definición de cada flujo de energía es la siguiente (Lillesand et al., 2004).

- Energía incidente.- Total de energía radiada en una determinada longitud de onda - Energía reflejada.- Longitud de onda que el objeto repela - Energía absorbida.- Longitud de onda absorbida por el objeto - Energía transmitida.- Longitud de onda que el objeto puede transmitir

Figura 9. Interacción energía radiante - superficie terrestre tomado de Lillesand et al., 2004

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De los tres tipos de reacciones que toma la energía incidente en la superficie terrestre la de mayor relevancia para el presente trabajo es la energía reflejada; la forma en que esta se disipa en la atmosfera para ser luego captada por un sensor puede ser descrita por medio de dos maneras (Tempfli et al., 2009). La primera es conocida como reflector especular que actúa como un espejo al reflejar la energía en una sola dirección; en la misma, el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión; este tipo de comportamiento se da en cuerpos de agua. La segunda forma conocida como reflector difuso o reflector lambertiano refleja la energía incidente en todas las direcciones de manera casi uniforme; este tipo de comportamiento se da en el suelo (Tempfli et al., 2009). En el caso del reflector especular, cuando la imagen resultante obtenida por un sensor genera una zona muy brillante, la misma es conocida con el nombre de hot spot (punto caliente) (Tempfli et al., 2009).

2.5. COMPORTAMIENTO DE COBERTURAS EN EL ESPECTRO VISIBLE

Si bien es cierto que el flujo de energía radiante concentra las diferentes longitudes de onda en el espectro electromagnético, este trabajo se enfoca en analizar los aspectos concernientes a la luz visible (llamado también espectro visible o espectro óptico). Por tal motivo esté apartado sirve para mencionar algunas de las características presentes en los tres grupos principales de elementos útiles en el desarrollo de esta obra, como son el agua, el suelo, la vegetación y su interacción con el espectro visible.

Los cuerpos de agua presentan diversas características particulares a la longitud de onda visible, este tipo de superficies absorben o trasmiten la mayor parte del flujo energético si se consideran aspectos como la turbidez, profundidad y concentración de materia orgánica (Chuvieco, 1995). La poca reflectividad generada en el agua clara se produce en el rango del azul, permitiendo que la identificación de la superficie de contacto agua – tierra, se la realice de una forma legible en esta banda (Chuvieco, 1995).

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De forma general los cuerpos de agua tienen una mayor reflectividad en el espectro visible en las bandas con mayor flujo de energía, es decir las bandas del azul y el verde, sin embargo el valor de la energía reflejada no llega al 10% (Tempfli et al., 2009).

Por su parte, el comportamiento del suelo está asociado a diversos factores como por ejemplo la composición química, el contenido de humedad, o la textura. El suelo de la zona de estudio está conformado por sedimentación deltaica (Ayón, 1988). La presencia de suelo arenoso, cuya característica estructural es débil, sumado al bajo contenido de humedad favorece a una alta reflectividad en el espectro visible (Chuvieco, 1995).

El rango de mayor reflectividad de la vegetación en el espectro visible se da en el segmento del verde (aprox. 0.55 μm) (Chuvieco, 1995). El comportamiento de la vegetación en el espectro visible de forma general presenta poca reflectividad dado que los pigmentos de las hojas, entre ellos la clorofila, xantofilas y carotenos (útiles para el proceso de fotosíntesis) absorben el flujo de energía (Chuvieco, 1995). Estos pigmentos actúan en menor o mayor proporción dependiendo de un determinado segmento del espectro visible, por ejemplo, todos los pigmentos actúan en el rango del 0.445 μm que coincide con la banda azul, la clorofila actúa sola al absorber en el rango de 0.654 μm que coincide con el rango del rojo (Chuvieco, 1995).

Es por este motivo que la banda del verde tiene mayor reflectividad. Es importante mencionar que es en el segmento del infrarrojo y de forma puntual en el infrarrojo cercano (0.7 – 1.1 μm) el lugar donde la reflectancia de la vegetación es elevada; por tal motivo para estudiar la vigorosidad o el estado de salud de la vegetación se utiliza el contraste entre la banda roja y la del infrarrojo cercano, ejemplo de aquello es la utilización del índice de vegetación de diferencia normalizada (NDVI) (Chuvieco, 1995).

La vegetación está enferma o senescente cuando la actividad clorofílica disminuye, por lo tanto deja de absorber en las bandas del azul y rojo lo que produce un aumento de su reflectividad, misma que se iguala a la establecida anteriormente en el rango verde. Este efecto es palpable en la coloración amarillenta de la hoja.

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Elementos de la cubierta terrestre como el agua y el suelo presentan comportamientos distintos en las curvas de reflectividad espectral. El agua muestra una reflectividad baja y decreciente según se acerca a longitudes de onda mayores, esto debido a que está cubierta absorbe la mayor parte de la energía que recibe; el suelo por su parte, presenta una curva espectral plana y de carácter ascendente, si se dirige hacia longitudes de onda largas; su comportamiento espectral dependerá de su estructura química (Chuvieco, 1995).

El concreto y el asfalto presentan un comportamiento semejante en distintas longitudes de onda; en el espectro visible, el comportamiento de las dos cubiertas presentan una baja reflectividad espectral (Lillesand et al., 2004). La nieve y las nubes muestran una reflectividad alta y constante, dado que estos elementos reflejan la mayor cantidad de energía incidente en el espectro visible (Chuvieco, 1995).

La arena de yeso exhibe una alta y ascendente reflectividad espectral, considerando su composición química que es de origen calcáreo (Lillesand et al., 2004). El pasto verde presenta una reflectividad espectral baja, relacionada con la presencia de pigmentos fotosintéticos y su efecto absorbente, así como del agua que almacenan las hojas (Chuvieco, 1995). Por el contrario, el pasto seco muestra una menor actividad clorofílica en consecuencia una menor absorción (mayor reflectividad) en el espectro visible (Chuvieco, 1995). La figura 10 muestra las curvas de reflectancia espectral de algunos elementos de la superficie terrestre.

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Figura 10. Diferentes curvas de reflectancia espectral tomado de Lillesand et al., 2004

2.6. TELEDETECCIÓN

Teledetección, también llamada percepción remota, es la técnica que permite obtener información de la superficie terrestre sin entrar en contacto con ella (Campbell y Wynne, 2011, citado en Lintz y Simonett, 1976). El termino teledetección es la traducción de la expresión anglosajona remote sensing, del cual la fotografía aérea, materia prima para la obtención de ortofotos, forma parte.

Como se comentó anteriormente, el flujo de energía interactúa de formas diferentes con la superficie terrestre enfocado en el proceso de reflexión de un determinado objeto, sin embargo, este no es el único proceso por el cual se puede obtener información a distancia. La teledetección fundamentalmente es posible considerando tres elementos: flujo energético, entidad observada y sensor.

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En el presente estudio, la cámara fotográfica es el sensor que capta la reflexión de los objetos; este sensor en particular está clasificado como de tipo pasivo dado que no emite flujo energético alguno, tan solo capta la señal reflejada de la luz solar en una determinada longitud de onda (espectro visible). Por fuera de esta obra se señala que existen otros tipos de sensores pasivos que captan el flujo energético que emite un determinado cuerpo, por ejemplo el sensor infrarrojo que capta el calor que despiden los objetos (termal); por ultimo están los sensores activos, los mismos son capaces de emitir y recibir una determinada longitud de onda, por ejemplo el escáner laser (Lidar- Light Detection and Ranging Technology) y los radares (radar altimetría, imagen radar) (Tempfli et al., 2009).

2.6.1. Fotografía aérea y ortofoto

Desde la primera guerra mundial la fotografía aérea ha sido utilizada en el campo militar para el reconocimiento principalmente de las formas del terreno y de las infraestructuras construidas; dotándola de un elemento indispensable como es la identificación de los objetos presentes en la superficie terrestre de un área geográfica determinada (Lusch, 1999). La fotografía aérea es el proceso o arte de producir imágenes de la luz en una superficie sensible (Tempfli et al., 2009).

Esta actividad creció de forma acelerada, tal es el caso que para la década de 1950 la fotografía aérea ya era utilizada de forma institucionalizada por varias disciplinas en las que la identificación (fotointerpretación) de elementos es la base fundamental para la extracción de información, como por ejemplo cartógrafos, geógrafos, geólogos, ecólogos, forestales, es decir profesiones afines al estudio de las ciencias de la tierra (Boak y Turner, 2005).

Desde el trabajo de McCurdy en 1950 se ha utilizado como punto de partida las fotografías aéreas para la delimitación de la línea de costa. Existen numerosos estudios en los cuales se evidencian las bondades presentadas por este producto para la obtención de información geoespacial costera (McCurdy, 1950; Dolan, Hayden y Heywood, 1978a;

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Dolan, Hayden y Heywood, 1978b; Shoshany y Degani, 1992; Zhang, Douglas y Leatherman, 2002).

En los estudios antes mencionados se ha utilizado la fotografía aérea en su formato original (sin georeferenciar), así como modificada por medio de la georeferenciación. Los métodos utilizados para la extracción de la información con base en la fotografía aérea fueron evolucionando en el tiempo hasta llegar por ejemplo a la generación de ortofotos.

La aparición de un producto generado a partir de fotografías aéreas originales denominado ortofotos permite la obtención, entre otros, de información costera, de forma puntual la delimitación de la línea de costa (Dolan et al., 1978a; Overton y Fisher 1996; Kazimierz y Dudzinska-Nowak, 2011; Chen, Yang, Wen, Ruan, Zhou, Luo y Zhong, 2018).

La ortofoto es una fotografía aérea en la que todos los elementos presentan la misma escala libre de errores y deformaciones (Lillesand et al., 2004). Deformaciones presentes en la fotografía aérea como las distorsiones radiales, cambios de altitud a lo largo de la línea de vuelo; cabeceo, ladeo y deriva de la aeronave al momento de la toma de la imagen son corregidas; es decir que por medio de la corrección de estas deformaciones el producto resultante es ortogonal (perpendicular) a la superficie terrestre en el momento de la captura de la imagen.

La ortofoto posee características idénticas a un mapa cartográfico en cuanto a medición de distancias, ángulos y áreas; con el adicional de que exhibe mucha más información de la existente en un mapa tradicional como colores, texturas, formas completas (no utiliza simbología), tonos, patrones, asociaciones, etc. La moderna fotogrametría permite que fotografías áreas se conviertan en una ortofoto georrectificada (Overton y Fisher, 1996).

La ortofoto es el resultado del vínculo entre fotografías aéreas y el modelo digital del terreno (DTM) de una zona en común.

Mediante el uso del producto cartográfico denominado ortofotos en la extracción de información, la técnica conocida como fotogrametría es aplicada. La fotogrametría es la

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ciencia y técnica de realizar mediciones sobre una imagen (Tempfli et al., 2009). Es importante recalcar que la combinación de diferentes ortofotos genera un solo archivo denominado ortomosaico (Escalante, Cáceres y Porras, 2016). Este procedimiento misceláneo es generado sin el deterioro de las características geométricas propias de las ortofotos originales, dado que utiliza la zona central de la misma para generar el ortomosaico.

Existen otras fuentes de información primaria para la obtención de datos referidos a la delimitación de la línea de costa enfocada en el estudio multitemporal, como por ejemplo: - La digitalización planimétrica sobre cartas topográficas (Hernández, Ortiz, Méndez y Gama, 2008),

- El uso de imágenes satelitales (Chen y Rau 1998),

- Ortofotos procedentes de registros fotográficos aéreos así como ortofotos de imágenes satelitales (Gangadhara y Subrahmanya 2000; Ojeda, Álvarez, Martín y Fraile, 2008; Pablo, Martínez-Clavel, Rodríguez, Blazquez, 2014),

- Fotografía aérea empleada para la visualización en tercera dimensión por medio de pares estereoscópicos (Domínguez, Gracia y Anfuso, 2004),

- Aplicación de haces de luz por medio de tecnología Lidar aerotransportado (Stockdon, Sallenger, List y Holman, 2002),

- Uso de sistemas de posicionamiento global (GPS) (Morton, Leach, Paine y Cardoza, 1993),

- El uso de vehículos aéreos no tripulados (Klemas, 2015; Chen et al., 2018),

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- Fotografías aéreas tomadas por medio de globos aerostáticos (Eulie, Walsh y Corbett, 2013),

- Aplicación de estación de escáner laser terrestre (TLS) (Feagin, Williams, Popescu, Stukey y Washington-Allen, 2014),

- Aplicación de metodología Structure from motion (SFM) - Estructura del movimiento (Fonstad, Dietrich, Courville, Jensen y Carbonneau, 2013).

Existe un abanico de posibilidades para el estudio de la variabilidad de la línea de costa, la misma como en otras áreas de la ciencia, está sujeta a la disponibilidad de la información primaria, el tipo de indicador utilizado, el propósito del estudio, la estacionalidad, la accesibilidad del área, presupuesto, entre otros aspectos a tener en cuenta.

2.6.2. Fotointerpretación

La acción de identificar y caracterizar los diferentes elementos presentes en la ortofoto también es conocida como fotointerpretación. La fotointerpretación de los elementos depende de la percepción individual y experiencia (Lillesand et al., 2004), que basa su análisis en entender como los objetos de la superficie terrestre son planteados como elementos de interpretación en una imagen y como tal presentan características básicas.

Es importante que el técnico que realice fotointerpretación tenga un conocimiento previo del fenómeno del caso de estudio, así como la comprensión de la región geográfica circundante, de tal forma que permita establecer familiaridad entre los diversos elementos extraídos que se convierten en datos y finalmente en información utilizable (Lillesand et al., 2004).

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2.6.3. Características básicas de la fotointerpretación

La configuración aérea de la fotografía, a diferencia del mapa, permite captar las características visibles de la superficie terrestre sin la generalización ni simbolización propia de los mapas; este ejercicio resulta en una tarea ardua de no ser por la presencia de características básicas de los objetos terrestres visibles en las fotografías aéreas que permiten su correcta identificación y delimitación; entre esas características básicas están (Olson, 1960):

Formas.- Las formas regulares, simétricas por lo general indican presencia de actividad humana (puertos, carreteras, puentes, edificios, etc), por oposición formas irregulares indican representación de acción natural (límite de ríos y esteros, límites de vegetación natural, etc).

Tamaños.- Las dimensiones como longitud, altura o volumen de un objeto permiten su identificación (identificación de la berma de una playa por acción de las mareas o los vientos).

Tonos.- Las diferentes longitudes de onda reflejadas por un objeto son captadas por el sensor y reflejadas en la imagen por medio de variaciones en las tonalidades o en el color (la arena tiene un tono brillante mientras que el agua un tono oscuro).

Sombras.- La sombra proporciona información sobre la altura, la forma y la orientación de un objeto, sin embargo también podría ocultar detalles de objetos aledaños (presencia de faros, árboles, infraestructura que oculte la delimitación de la línea de costa).

Patrones.- Los patrones entendidos como una repetición, son características de objetos tanto artificiales como naturales (acción de las mareas).

Texturas.- Cada elemento posee características visuales de rugosidad o suavidad (el agua presenta una textura suave).

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Sitio.- La ubicación de los objetos en relación a sus características o a otros objetos permite su identificación (relación agua de mar – tierra firme).

Asociación.- De igual forma que el sitio, la asociación permite relacionar objetos con idénticas características (línea de alta marea con la línea de escombros).

Resolución.- El tamaño de los objetos en la imagen es una limitante para su identificación (tamaño de objetos para la identificación de la línea de escombros o de la berma).

Otra característica que permite la identificación de un objeto presente en la imagen es el tiempo (Natural Resources Canada, 2016).

Tiempo.- Información multitemporal permite identificar y conocer la dinámica de los objetos a través de un periodo de tiempo determinado (utilización de geoinformación histórica).

2.7. INDICADORES DE LÍNEA DE COSTA

Los primeros estudios rigurosos, documentados a inicios de la década de los cincuenta (Boak y Turner, 2005), fueron realizados por científicos de las diversas aristas de la ciencia, como, por ejemplo, aquellos involucrados en áreas como sensores remotos, sistemas computacionales, ingenieros portuarios, informáticos, cartógrafos, geodestas, entre otros; con el objetivo de poder determinar y delimitar de forma geoespacial un elemento dinámico presente en las zonas litorales como lo es la línea de costa. En décadas posteriores los trabajos de investigación proliferaron abarcando una gama aun mayor de fuentes de datos sujetos a una particular perspectiva, tales como el uso de diferentes sensores remotos e indicadores de línea de costa hasta la técnica utilizada para su detección (Stafford y Langfelder 1971; Moore, Benumof y Griggs 1999).

Considerando que la zona costera es una interfase dinámica con presencia y capacidad de modificación por parte de actores tanto naturales (Tarbuck y Lutgens, 2005), como

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humanos (Xue et al., 2009), es substancial precisar aquellos indicadores presentes en el litoral, logrando de esta forma la identificación y comprensión de cada uno de ellos, así como el rol que desempeñan de forma conjunta (Fig. 11).

Figura 11. Indicadores de línea de costa tomado de Boak y Turner, 2005

El primer grupo de indicadores son fácilmente detectables dada la macro-escala de los componentes que la forman (Boak y Turner, 2005).

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A

Acantilado

B

Base del acantilado

C

Borde de tierra de la estructura de protección de la costa

El segundo grupo de indicadores presentan un cierto grado de dificultad para su identificación; sin embargo la misma es viable tomando en cuenta la presencia de características básicas de los objetos expresados en la imagen como tonos, texturas, patrones, sombras, etc (Boak y Turner, 2005).

D

Línea de duna conformada por vegetación, estable al mar

E

Línea de duna conformada por vegetación

F

Línea de erosión

G

Línea de escombros

H

Antiguo nivel de marea alta

I

Nivel previo de marea alta

J

Nivel promedio de marea alta

K

Línea seca/mojada o runup máxima

L

Punto de salida del agua subterránea

M

Marca de agua en un determinado instante

N

Rompiente de intensidad máxima

O

Línea inferior de marea baja

P

Cresta de mar

Existen trabajos que recogen diversos indicadores utilizados para la delimitación de línea de costa, como por ejemplo aquellos que son determinados por la línea de duna (Stafford y Langfelder, 1971), la base del acantilado (Moore et al., 1999), la línea de alta marea (Smith y Zarillo, 1990; Crowell, Leatherman y Buckley, 1991; Thieler, O`Connell y Schupp, 2001; Zhang et al., 2002; Pajak y Leatherman, 2002), la línea de vegetación (Hoeke, Zarillo y Synder, 2001), la cresta de la berma (Kraus y Rosati, 1997), por citar algunos ejemplos.

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Todos los indicadores antes citados presentan conflictos para la delimitación de la línea de costa ya que son perturbados por factores que influyen en la determinación y evaluación de la posición espacial de un indicador propuesto (Liu, Xia, Wright y Arnold, 2014). Por ejemplo, la influencia del nivel del mar por factores como mares, olas, fenómenos del Niño y la Niña, aumento del nivel del mar, vientos; así como la influencia de acciones en tierra firme reflejados en la variación espacial y temporal por factores como la acreción y erosión de la playa.

2.8. NIVEL DE MAREA

El nivel de marea es un plano de referencia altimétrico en el cual se relacionan las alturas de mareas, así como las profundidades; es decir que el nivel de marea, también llamado datum vertical, actúa como una referencia o base para la medición o control altimétrico.

Es preciso mencionar que desde el punto de vista de la producción hidrográfica existen al menos siete niveles de mareas planteados por la Organización Hidrográfica Internacional (OHI) y el Instituto Hidrográfico de la Marina de España (IHM), (Fig.12); de tal manera que existen dos niveles de referencia astronómicos, Máxima Pleamar Astronómica (PMMA) y Mínima Bajamar Astronómica (BMMI); dos niveles de referencia de mareas vivas, Pleamar Viva Media (PMVM) y Bajamar Viva Media (BMVM); dos niveles de referencia de mareas muertas, Pleamar Muerta Media (PMMM ) y Bajamar Muerta Media (BMMM) y por último, el Nivel Medio del Mar (NM); siendo el nivel de referencia denominado PMVM, el utilizado en la elaboración de las cartas náuticas para identificar el límite entre la tierra firma y el agua (OHI, 2005); a este nivel de marea también se lo conoce como Línea de Pleamar (PM) (OHI e IHM , 2011).

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Figura 12. Niveles de marea modificado de OHI e IHM, 2011

La selección de este nivel de referencia para delimitar la línea de contacto entre la tierra firme y el mar es consistente con lo propuesto por la OHI, órgano rector en el tema hidrográfico, que plantea a la pleamar viva media como el nivel de referencia altimétrico que determina la ubicación espacial de la línea de costa (OHI e IHM, 2011); permitiendo de este modo poseer adicionalmente un sustento desde el punto de vista hidrográfico.

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CAPÍTULO 3. METODOLOGÍA 3.1. ÁREA DE ESTUDIO El área de estudio se sitúa en la isla Zapotal, Cantón Muisne, Provincia de Esmeraldas, Ecuador (Fig. 13).

Figura 13. Mapa de ubicación

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El presente estudio se rige de acuerdo al siguiente esquema de trabajo (Fig. 14).

Figura 14. Esquema de trabajo

El punto de partida del proceso es la utilización de dos ortomosaicos fechados el 13 de abril 1982 y 18 de diciembre 2011. El siguiente paso es la identificación de la línea de costa, la misma se estableció considerando el indicador de línea de costa conocido como línea de pleamar. Esto se realizó tomando en cuenta los diferentes niveles de mareas planteados por la Organización Hidrográfica Internacional con el propósito de mantener una estandarización con las cartas náuticas elaboradas por el Instituto Oceanográfico de

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la Armada del Ecuador. Un siguiente paso correspondió a la delimitación espacial de la línea de pleamar en los ortomosaicos señalados; esto se efectuó mediante la identificación visual de características básicas de la fotointerpretación presentes en los ortomosaicos como formas, tamaños, tonos, sombras, patrones, texturas, asociaciones (Olson, 1960) y su posterior digitalización mediante el uso de los sistemas de información geográficos. Finalmente, se calculó la tasa de cambio de la línea de costa para los años 1982 y 2011, esto se realizó mediante la aplicación del método estadístico denominado tasa del punto final, disponible en el software DSAS.

El esquema de trabajo planteado en el presente estudio se fundamenta en dos motivaciones relevantes; la primera referida al insumo inicial de trabajo representado en la disponibilidad del producto cartográfico conocido como ortomosaicos y su aplicabilidad en estudios de variabilidad de línea de costa (Del Río et al., 2012; Ojeda et al. 2013). La segunda motivación versa en el conocimiento por parte del autor en temas de fotointerpretación costera y aplicación del software DSAS.

Desde la perspectiva geológica la isla Zapotal corresponde al periodo Cuaternario – Holoceno (Longo y Baldock, 1982), cuyos materiales de origen provienen de sedimentos recientes por depósitos fluvio - marinos, propios de una fisiografía ubicada en zonas litorales y marinas (manglares). Las características proceden de suelos poco drenados, limo arcillosos, saturados con presencia de agua con contenido de sales durante todo el año (Vallejo y Maldonado, 1986). La isla Zapotal forma parte del estuario del río Cojimíes.

Los asentamientos humanos de Portete en la cabecera norte y Bolívar en la cabecera sur se sitúan dentro de los límites de la isla.

3.2. INDICADOR Y DELIMITACIÓN DE LA LÍNEA DE COSTA

La identificación y delimitación de la línea de costa se efectuó mediante la fotointerpretación, considerando las diferentes características básicas como la forma, tono, textura, asociación, contenidas en los ortomosaicos generados por el Instituto Geográfico Militar del Ecuador (IGM) en los años 1982 y 2011. Se utilizó la ubicación

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espacial del indicador de línea de costa conocido como línea de pleamar para su delimitación; este indicador está influenciado por las mareas que ejercen efectos sobre los escombros existentes en la zona de estudio; cabe indicar que la línea de costa fue obtenida mediante la identificación visual

expresada en un tiempo t determinado

(captura de la fotografía aérea).

3.2.1. Indicador de línea de costa

El indicador denominado línea de pleamar presenta determinas ventajas respecto de otros, considerando aspectos como la detectabilidad y la estabilidad, útiles al momento de su delimitación. Estas ventajas deben de ser entendidas como el cambio de tono en la interfase agua/arena por un lado y el registro correspondiente por el accionar de las mareas expresados por los escombros en el otro (Shoshany y Degani, 1992; Pajak y Leatherman, 2002). A estas acciones deben de sumarse factores de erosión que se reflejan en la morfología costera, permitiendo con esta maniobra el ejercicio de identificación de la línea de costa.

Indicadores de línea de costa como la base del acantilado (Moore et al., 1999), línea de duna (Stafford y Langfelder, 1971), pie de la duna (Battiau-Queney, Billet, Chaverot, y Lanoy-Ratel, 2003) no son aplicables en la zona de estudio por la inexistencia de estas geoformas en la playa. El indicador denominado línea de vegetación (Hoeke et al., 2001) es poco útil considerando que el accionar de las mareas erosiona el borde costero, lo cual impide la formación de vegetación duradera que sea apropiada como un indicador principal. Por último el indicador denominado línea promedio de alta marea (Moore, Ruggiero y List, 2006) no se ajusta al propósito del estudio dado que este indicador se basa en el registro instrumental de las alturas de mareas, así como la utilización de un modelo digital del terreno para su aplicación.

Considerando que todos los indicadores de línea de costa antes mencionados no son aplicables en la zona de estudio, se adoptó como característica delimitante agua – tierra firme la línea de pleamar ó high water line por la presencia de la misma en la zona de

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estudio y la factible disposición al momento de su identificación visual. Es importante mencionar que este indicador en particular es un excelente registro cuando de estudio histórico de línea de costa se refiere (Crowell et al., 1991); de igual forma es el indicador comúnmente utilizado a nivel mundial en investigaciones que versan sobre el tema (Boak y Turner, 2005).

3.2.2. Delimitación de línea de costa

La delimitación de la pleamar en los ortomosaicos se sintetiza indicando que su demarcación considera el rastro dejado por la marea más alta (Dolan et al., 1978a; Shoshany y Degani, 1992; Pajak y Leatherman, 2002), usualmente conocida como línea de escombros; nombre alusivo al registro de desperdicios abandonados en la playa al momento de efectuarse el nivel más alto alcanzado en un determinado punto por el cuerpo de agua entrante (marea) (Pajak y Leatherman, 2002).

Si bien es cierto que la zona de estudio presenta una playa de arena con pendiente suave, no significa que dicha geomorfología costera manifieste un indicador de línea de costa altamente variable por acción del aumento del nivel del mar por temas climáticos, como ocurre por ejemplo en playas con una influencia directa por la actividad de tormentas tropicales como huracanes, que perturban la costa este de los Estados Unidos de Norteamérica (Pajak y Leatherman, 2002). Sin embargo en determinadas áreas de la zona de estudio la dinámica de la línea de costa está influenciada más bien por el accionar de las mareas y su ímpetu, que se manifiestan en la erosión de la playa, convirtiéndose de esta manera en un marcador que permite una clara identificación visual.

Otro factor a considerar es la fecha de toma de las fotografías aéreas de la zona de estudio, mismas que fueron realizadas en épocas de invierno lo que dificulta la identificación de la línea de costa, considerando la no existencia del límite conocido como arena seca/arena húmeda; puesto que es en épocas de verano cuando la dinámica costera es mucho más estable y propicia para una rápida identificación (Pajak y Leatherman, 2002). Sin embargo esta postura no presenta un condicionamiento al

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momento de su delimitación considerando que la identificación de la línea de costa en el área se da por la presencia de la huella de escombros o por la erosión en la morfología costera accionadas por las mareas, estas dos bases de identificación de la línea de costa son las que rigen el presente trabajo.

Las fechas seleccionadas para este estudio (abril 1982 y diciembre 2011) no registran eventos climáticos extremos relacionados con el evento ENOS; por tal motivo el mismo no tiene influencia en la identificación y posición espacial de la línea de costa, determinado, por ejemplo, por el aumento del nivel del mar o por acciones de erosión/acreción.

Las fotografías aéreas utilizadas como información base para los ortomosaicos pertenecen a planes de vuelos fotográficos realizados en los años 1982 y 2011; estas fechas seleccionadas son el resultado de la disponibilidad de ortomosaicos en el IGM. La delimitación sobre ortofotos para obtención de línea de costa es utilizada ampliamente por investigadores de diferentes latitudes (Thieler et al., 2001; Fletcher, Rooney, Barbee, Lim y Richmond, 2003; Casal, Sánchez-Carnero y Freire, 2010; Rondón, 2011; Del Río et al., 2012; Ojeda et al. 2013). Las especificaciones técnicas son descritas a continuación (Tabla 4).

Tabla 4. Especificaciones técnicas de las ortofotos

Escala

Proyección

Datum

Formato

GSD

Bandas

Fecha

1:5000

UTM

WGS 84

TIFF

1m

3

13 Abril 1982

1:5000

UTM

WGS 84

ECW

0.30 m

3

18 Diciembre 2011

La proyección cartográfica de los ortomosaicos es Universal Transversa Mercator (UTM), zona 17 Sur.

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Una vez determinada de forma visual la línea de pleamar se procedió a realizar su delimitación vectorial, la misma que se ejecutó mediante la utilización de las herramientas propias de digitalización presente en los sistemas de información geográfica, de forma específica con el software de la compañía Environmental Systems Research Institute (ESRI) denominado ArcGIS versión 10.4. La delimitación vectorial está representada por un archivo shapefile con una geometría de tipo lineal, permitiendo de esta forma obtener un registro de la línea de pleamar, (como ya se mencionó) ubicado en el flanco occidental de la isla Zapotal, por cada año de estudio. No se digitalizó el perímetro completo de la isla.

Los datos vectoriales lineales son utilizados para análisis espacial en una aplicación SIG, por ejemplo el programa DSAS, mediante métodos estadísticos, realiza el cálculo de la tasa de cambio de la línea de costa de forma exclusiva sobre este tipo de geometría específica.

No se utilizó al polígono como tipo de geometría dado que representa áreas cerradas, lo cual significa que el primer y último vértice se encuentra en la misma posición. De igual forma el punto como geometría espacial no fue empleado dado que no representa una secuencia de vértices unidos. Los datos vectoriales punto y polígono no fueron utilizados para el análisis espacial de tasa de cambio de la línea de costa, considerando las características propias que impiden cuantificar la posición de la línea de costa en relación al componente temporal y la distancia entre las mismas. La escala de digitalización sobre los ortomosaicos fue de 1: 1500.

3.3. CÁLCULO DE LA TASA DE CAMBIO, MÉTODO End Point Rate (EPR)

El cálculo estadístico de la tasa de cambio de las posiciones históricas de la línea de costa entre 1982 y 2011 fue ejecutado por el software DSAS, versión 4.4; siendo dicha versión estable desde julio 2017, programa compatible con el software ArcGIS versión 10.4. El software DSAS es de libre descarga, fue desarrollado por el Servicio Geológico de los Estados Unidos de Norteamérica (USGS). Para obtener la tasa neta del cambio a largo

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plazo, se utilizó el método de Tasa de Punto Final (End Point Rate - EPR), aplicable en el presente caso ya que sólo requiere de dos fechas para realizar el análisis. El mismo se calcula dividiendo la distancia en metros del movimiento de línea de costa por el tiempo transcurrido entre la última línea de costa (2011) y la más antigua (1982) (Thieler et al., 2001; Thieler et al., 2017), procedimiento que permite conocer la tasa de cambio por año en un determinado transecto (Dolan, Fenster y Holme, 1991).

La obtención de estadísticas de cambio de tasa de línea de costa por medio del software DSAS, facilita su cálculo dado que permite vincular los diferentes registros vector – línea con las geodinámicas históricas de la costa, logrando conocer la morfología costera en relación a la erosión o acreción de la misma. La herramienta DSAS es utilizada por diferentes investigadores que estudian la tasa de cambio temporal de la línea de costa (Moore, 2000; Rondón, 2011; Ojeda et al., 2013; Oyedotun, 2014; Dwarakish y Nithyaprya, 2016; Jonah et al., 2016).

DSAS requiere de forma adicional a las líneas de costa de una línea base, que sirve como punto de partida para los diferentes transectos que atraviesen las dos líneas de costa; la línea base fue generada de forma manual, paralela a las líneas de costa, formando un ángulo recto. Cada uno de los transectos tiene una longitud de 3100 m y están espaciados entre sí por una distancia de 100 m. Como parte del cálculo del EPR, el programa DSAS generó de forma automática el cómputo de la distancia existente entre las dos líneas de costa analizadas, procedimiento denominado Movimiento Neto de Línea de Costa (Net Shoreline Movement - NSM).

La línea base fue elaborada tierra adentro, es decir onshore. El valor de incertidumbre relacionada a las líneas de costa fue fijado en 2.5 m; considerando para ello el año de las fotografías, los puntos de control utilizados y el error en el momento de la digitalización (Crowell et al., 1991).

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CAPÍTULO 4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Se exponen los resultados obtenidos a partir de la metodología descrita; de igual forma se analizan los resultados alcanzados.

4.1. RESULTADOS Dos ortomosaicos correspondientes a los años 1982 y 2011 se fotointerpretarón de manera visual, delimitando la interfase agua – tierra mediante el indicador conocido como línea de pleamar (Fig. 15 y 16).

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Figura 15. Mapa lĂ­nea de costa aĂąo 1982, fecha de imagen 13 abril 1982

55

Figura 16. Mapa lĂ­nea de costa aĂąo 2011, fecha de imagen 18 diciembre 2011

56

Mediante el uso del programa DSAS se aplicó el método estadístico denominado tasa del punto final (EPR). Se generaron 60 transectos sobre la línea de costa (Anexo 1, Fig. 17).

Figura 17. Mapa generación de transectos

57

El transecto número 28 presentó la mayor tasa de erosión (pérdida) correspondiente a 63.53 m/año (Fig. 18), con un movimiento neto de línea de costa negativo de 1,883.05 m (Fig. 19).

Figura 18. Mapa valores de erosión según cálculo EPR

58

Figura 19. Mapa valores de erosión según cálculo NSM

59

El transecto número 57 presentó la mayor tasa de acreción (ganancia) correspondiente a 3.33 m/año (Fig. 20), con un movimiento neto de línea de costa positivo de 98.71 m. (Fig. 21).

Figura 20. Mapa valores de acreción según cálculo EPR

60

Figura 21. Mapa valores de acreción según cálculo NSM

61

Considerando el periodo de 29 años de estudio, el área erosionada es de 255.82 ha; el área de acreción es de 3.49 ha (Fig. 22).

Figura 22. Mapa área erosión y acreción (1982 - 2011)

62

La longitud total de la línea de costa estudiada es de 6.47 km, de los cuales 6 km que representan el 92.74% muestran erosión en diferente grado; la tasa promedio de erosión es de 16.30 m/año. Los restantes 0.47 km que constituyen el 7.26% exhiben acreción en distintas magnitudes; la tasa promedio de acreción es de 2.63 m/año.

Entre los transectos número 54 y 55 se localiza el punto de inflexión (coordenada XY: 605,859.175; 10,053,364.133) relacionado a la estabilidad (en equilibrio) de los depósitos sedimentarios, entendido como la no presencia de ganancias o pérdidas netas en el sector.

4.2. DISCUSIÓN

La delimitación de las líneas de costa fotointerpretadas a través de dos ortomosaicos y su posterior incorporación a una base de datos espacial, garantizan una práctica obtención de diferentes tipos de indicadores sobre su variabilidad tanto espacial como temporal.

Los resultados obtenidos en este estudio corroboran esta hipótesis a través de la información obtenida en la tasa de cambio donde se observó que los transectos 27, 28, 29 y 30 presentaron tasas de erosión elevadas.

4.2.1. Definir y delimitar la línea de costa

Las fotografías aéreas base para la elaboración de los ortomosaicos presentan considerables características visuales para la identificación de la línea de costa partiendo de la particularidad que resulta su resolución temporal y espacial que no puede ser descrita por otros medios de fuentes de información primaria como por ejemplo aquellos mapas impresos considerando su legibilidad e imágenes satelitales por su elevado tamaño de pixel en el suelo.

Basados en los resultados alcanzados, el uso del indicador de línea de costa conocido como línea de pleamar o línea de escombros fue el apropiado, dado que se logró definir y delimitar la ubicación espacial del límite de contacto entre el agua y la tierra firme. La

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consideración para seleccionar este indicador se debió a la factibilidad de su identificación, así como su aplicabilidad en la zona de estudio. Otros tipos de indicadores como la línea de vegetación, línea de acantilado, línea promedio de alta marea, por citar tres ejemplos, no presentaron características de aplicabilidad en la zona de estudio ya sea por su inexistencia o simplemente porque no se ajustaban a las particularidades del presente trabajo.

En el caso específico de la línea de pleamar ó high water line (HWL) bajo ningún concepto debe de ser relacionada con el indicador de línea de costa conocido como línea promedio de alta marea ó mean high water (MHW), dado que este último se calcula con el promedio de todas las elevaciones de mareas altas ocurridas en un periodo de 19 años, que tiene asociado un datum o nivel de referencia de altura local que sirve de guía para el computo de la posición-elevación (Kraus y Rosati, 1997).

Es importante notar que la línea de pleamar que se obtuvo no hace referencia a un tipo de marea o elevación puntual, por el contrario, lo que establece es una característica medible en playa por la presencia de una huella de escombros que puede ser identificada e interpretada de forma visual en una imagen (Crowell et al., 1991). El presente estudio utilizó como categoría de contacto agua – tierra a un indicador cuya delimitación se basó en la percepción visual del operador para localizar la huella de escombros en la playa y no sobre la utilización de instrumentos para la medición de un datum o nivel de referencia altimétrico determinado.

La utilización de este tipo de indicador de línea de costa también está relacionada con la morfología presente en la zona de estudio, dado que en el área centro-sur de la isla, la línea de pleamar coincide con el registro de erosión en el frente de playa efectuado por el accionar de las olas, permitiendo una rápida identificación del indicador utilizado. Es importante resaltar que la cabecera norte de la isla mostró cierto grado de dificultad para la delimitación de la línea de pleamar en los ortomosaicos de los dos años de estudio, de forma particular en el ortomosaico del año 1982 dado el poco nivel de detalle útil para la identificación de la línea de pleamar, sin embargo la delimitación fue realizada

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coincidiendo la posición de la línea de pleamar con registros o características básicas de la imagen que expresaban asociaciones y patrones del cuerpo de agua entrante reflejados en los ortomosaicos.

La decisión para la elección de este indicador presenta un componente adicional desde la esfera de la hidrografía, dado que el producto hidrográfico llamado carta náutica que muestra la profundidad de los océanos cuenta como uno de los elementos principales la línea de costa para definir el límite entre el agua y la tierra firma. La línea de costa utilizada en las cartas náuticas regidas por la OHI, es la línea de pleamar (OHI, 2005). En el caso ecuatoriano el INOCAR utiliza el mismo indicador de línea de costa para la elaboración de sus cartas náuticas, dado que esta institución forma parte de la OHI; permitiendo de esta forma que un próximo estudio sobre variabilidad costera con datos recopilados por el INOCAR pueda ser ejecutado y complementado con la información obtenida en el presente estudio, logrando un panorama temporal más amplio y un mayor entendimiento de la variabilidad costera de la zona de estudio.

La aplicación de esta metodología basa su análisis en considerar valores de magnitud tiempo de dos líneas de costa en las cuales se mide la distancia entre ellas y se divide por el número de años transcurridos. La aplicación de este tipo de metodología que trabaja en ambiente SIG automatiza el procedimiento en general, permitiendo obtener datos confiables, en contraparte con aquellos estudios que emplean datos cuantificados de la variabilidad de línea de costa obtenidos por procedimientos manuales como por ejemplo los desarrollados en la zona de Punta Gorda, en la provincia de Esmeraldas, Ecuador (Santana et al., 2001).

4.2.2. Tasa de cambio de la línea de costa

El objetivo general planteado originalmente en el presente trabajo que consistía en la delimitación de la línea de costa en la isla Zapotal, fue factible en su realización permitiendo de esta manera obtener registros vectoriales que representan la línea de

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costa para cada año de estudio. Estos registros lineales sirvieron para conocer la tasa de cambio en el flanco occidental de la zona de estudio en un periodo de tiempo de 29 años.

La zona de estudio muestra un importante retroceso de la línea de costa respecto al año inicial de estudio (1982) debido al accionar del cuerpo de agua entrante. Este tipo de característica es notoria en la parte centro – sur de la isla, lugar en el cual el accionar de las mareas presentan un mayor trabajo de agresividad formando playas de poca pendiente a nivel superficial y abundante acumulación de material a nivel subacuático, tipologías propias de una playa disipativa (Wright y Short, 1984).

Los agentes que modifican la morfología de la playa ya sean estas disipativas o reflectivas están en función de determinados componentes como la potencia de las olas, mareas, viento (Sánchez-Arcilla y Jiménez, 1995), nivel del mar, precipitación (Pye, Saye y Blott, 2007), aporte sedimentario de los ríos, así como las escalas temporales (Sánchez-Arcilla y Jiménez, 1994). Estos elementos son responsables de la evolución costera considerando que en la zona de estudio propiamente dicha no existe presencia de infraestructura civil que altere de forma significativa la línea de costa.

Mediante la aplicación del método estadístico de tasa del punto final, el cual obtiene su valor del cálculo entre la distancia de las dos líneas de costa y la división de los años transcurridos, se logra la tasa de erosión/acreción en un transecto determinado por coordenadas X-Y (Anexo 1) medido en metros/año. DSAS genera el cálculo de la tasa de cambio en sitios puntuales conocidos como transectos (líneas equidistantes que trasponen las dos líneas de costa), en el presente caso se generaron 60 transectos de los cuales los transectos 1 y 60 no se obtuvieron resultado alguno, dado que solo existe información de una línea de costa en esos sitios específicos.

El transecto número 28 presentó la mayor tasa de erosión correspondiente a 63.53 m/año, con un movimiento neto de línea de costa negativo de 1,883.05 m, valores similares de tasa de erosión se encontraron en los transectos 27, 29 y 30; estos valores muestran que la zona de mayor erosión se ubica en el sector centro – sur del flanco

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occidental de la isla Zapotal (Anexo 2). Este fenómeno físico hallado, es similar a registros de erosión presentes en otras regiones de América Latina (Silva et al., 2014) cuyo análisis del deterioro de la línea de costa debe de ser analizado de forma holística incluyendo especialistas en geología, oceanografía, transporte de sedimentos, ecología del paisaje, entre otros.

Por otro lado, el transecto número 57 presentó la mayor tasa de acreción correspondiente a 3.33 m/año, con un movimiento neto de línea de costa positivo de 98.71 m; valores similares de tasa de acreción se encontraron en los transectos 56, 58 y 59; estos valores muestran que la zona de mayor acreción se ubica en el sector norte del flanco occidental de la isla Zapotal. Este dato particular de la cabecera norte debe de ser analizado con mayor detenimiento, una de las vías debe de considerar que existen procesos de transporte de arena que actúan depositando material sedimentario en zonas donde la energía de las olas disminuye (cabecera norte). En el presente caso la acumulación de sedimento corresponde a una forma deposicional conocida como flecha (Tarbuck y Lutgens, 2005), cuya dirección noreste refleja la dirección dominante de la corriente litoral en la zona.

La longitud total de la línea de costa estudiada es de 6.47 km; de los cuales, 6 km están categorizados como erosión, ubicados en el sector centro norte, centro y sur, representan el 92.74% de la extensión total; tan solo 0.47 km de línea de costa presenta acreción, localizados en el sector norte, constituyen el 7.26%. Según los datos encontrados la línea de costa exhibe dos realidades diferentes considerando las tendencias de los depósitos sedimentarios (Martínez, 1997); en el sector norte la tendencia del depósito sedimentario se encuentra en hiper-estabilidad, la misma se refiere cuando las ganancias superan a las pérdidas. Los sectores centro y sur reflejan una realidad distinta, aquí la tendencia del depósito sedimentario se encuentran en inestabilidad, es decir las pérdidas superan las ganancias.

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La geoinformación encontrada en la zona de estudio puede alcanzar un mayor grado de detalle en el resultado final, si se contara con registros adicionales intermedios enfocados en el periodo de estudio (1982 - 2011), que aporten datos relevantes sobre la morfodinámica de la línea de costa; estos nuevos registros pueden proceder de ortomosaicos, imágenes satelitales de alta resolución, cartas náuticas, cartas topográficas, delimitación de línea de costa por medio del GPS, datos Lidar, etc. Este accionar permite predecir con mayor realidad las tendencias de erosión/acreción de la línea de costa en la zona.

4.2.3. Respuestas a las preguntas de investigación planteadas

En este apartado se incluyen las respuestas a las preguntas de investigación planteadas inicialmente.

¿Es posible delimitar el elemento cartográfico denominado línea de costa mediante el uso de ortomosaicos históricos?

El uso de ortomosaicos históricos para la delimitación de la línea de costa es factible, considerando

aspectos

como

la

presencia

de

características

básicas

de

la

fotointerpretación, por ejemplo formas, tamaño, tonos, patrones, expresadas en la imagen que permiten su identificación.

¿Dónde se ubicará el indicador de línea de costa conocido como línea de pleamar en los ortomosaicos de los años 1982 y 2011?

El indicador de línea de costa conocido como línea de pleamar, logró ser ubicado en los ortomosaicos de los años 1982 y 2011, considerando para ello la erosión costera y la huella de escombros proporcionada por la pleamar.

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¿Se podrá calcular la tasa de cambio de la línea de costa mediante el método estadístico denominado tasa del punto final (EPR)?

Se consiguió el cálculo de la tasa de cambio de la línea de costa mediante el método estadístico denominado tasa del punto final (EPR), dada la aplicabilidad del software DSAS para este estudio.

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CAPÍTULO 5. CONCLUSIONES

El uso de ortomosaicos para la delimitación de la línea de costa fue adecuado, considerando que es un producto cartográfico útil desde el punto de vista del análisis multitemporal, así como por la minimización de errores de tipo geométrico, características que permiten obtener registros de línea de costa anteriores con valores de ubicación fiables. Constituyéndose por tanto en un archivo digital en el cual se puede sustraer información espacial con coordenadas reales.

El indicador de línea de costa conocido como línea de pleamar fue factible en su aplicación considerando para tal efecto la línea de escombros, así como el registro producto de la alta dinámica en la geomorfología del flanco occidental de la isla.

El sector centro-sur del flanco occidental de la isla presenta las mayores tasas de erosión en el periodo de tiempo de 29 años de estudio, logrando obtener una tasa de 63.53 m/año, con un movimiento neto de línea de costa negativo de 1,883.05 m, evidente en el transecto número 28. La tasa promedio de erosión es de 16.30 m/año.

La cabecera norte, en el mismo periodo de tiempo muestra una tasa de acreción de 3.33 m/año, con un movimiento neto de línea de costa positiva de 98.71 m, visible en el transecto número 57. La tasa promedio de acreción es de 2.63 m/año.

La longitud total de la línea de costa estudiada es de 6.47 km, de los cuales 6 km que representan el 92.74% muestran erosión en diferente grado. Los restantes 0.47 km que constituyen el 7.26% exhiben acreción en distintas magnitudes.

Se confirma la realización de la hipótesis planteada en el presente trabajo. De igual forma el objetivo general y objetivos específicos trazados originalmente fueron verificados, analizados y efectuados.

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Para futuros estudios encaminados al análisis de la variabilidad de la línea de costa se recomienda el uso de vehículos aéreos no tripulados considerando su practicidad y bajo costo para la obtención de geoinformación en zonas costeras (Turner, Lucieer y Watson, 2012; Mancini, Dubbini, Gattelli, Stecchi, Fabbri y Gabbianelli, 2013; Goncalves y Henriques, 2015; Long, Millescamps, Guillot, Pouget, y Bertin, 2016).

Enfocados en minimizar los errores en la identificación y posterior delimitación vectorial de la línea de costa, la misma debe de ser obtenida en el momento en que el cuerpo de agua alcanza su máxima altura es decir en pleamar; el uso de imágenes satelitales de alta resolución se limita fundamentalmente por la resolución temporal (hora de la captura de la escena) y costos; sin embargo su uso, así como el de otros subproductos derivados de la teledetección, no están restringidos bajo ningún concepto en este tipo de estudios.

El uso de fotografías aéreas históricas para la generación de ortomosaicos resulta de gran ayuda en la realización de estudios multitemporales, por lo tanto se recomienda el uso de fotografías aéreas del perfil costero ecuatoriano almacenadas en el Instituto Oceanográfico de la Armada del Ecuador y el Instituto Geográfico Militar.

La información resultante podría ser utilizada por personal técnico, comunidad académica, científicos y ciudadanía en general, interesada en conocer la variabilidad de la línea de costa existente en la zona de estudio. De igual forma por instituciones públicas y privadas encaminadas a la prevención de riesgos y desastres por medio del análisis, gestión y planificación de la zona costera.

Este estudio podría ser enriquecido con el conocimiento de profesionales ligados a las ciencias del mar como oceanógrafos físicos, ecólogos marinos, geólogos, ingenieros portuarios, hidrógrafos, meteorólogos, entre otros, cuya impronta de seguro podría ahondar en detalles que revelen con mayor minuciosidad la dinámica geomorfológica de la línea de costa presente en la zona de estudio.

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Investigaciones futuras en temas como sistema de transporte y depósitos de sedimentos, modelación numérica de playas, acreción y erosión sedimentaria, granulometría, afectación en el litoral por el aumento del nivel del mar, evolución de playas proporcionarían continuidad a la información exhibida en el presente trabajo.

Es importante considerar el plantearse nuevos proyectos dirigidos al análisis de variabilidad de la totalidad de línea de costa en el Ecuador; dado que al momento existen estudios focalizados en ciertos sectores como por ejemplo Santa Elena, Jambelí, Punta Gorda, isla Zapotal, que registran dicha información.

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ANEXOS

ANEXO 1 Tabla 5. Resumen de transectos para cada dominio del área de estudio durante 1982 – 2011: Tasa de punto final (EPR); Movimiento neto de línea de costa (NSM) Transecto

EPR

NSM

Estado

1

606869.11 10047998.79 606869.11 10047998.79

Inicio X

Inicio Y

Final X

Final Y

0.00

0.00

N/A

2

606862.04 10048098.80 606751.19 10048098.81

-3.74

-110.84

Erosión

3

606730.80 10048198.82 606643.66 10048198.83

-2.94

-87.14

Erosión

4

606587.25 10048298.84 606553.47 10048298.84

-1.14

-33.79

Erosión

5

606530.52 10048398.84 606471.49 10048398.85

-1.99

-59.03

Erosión

6

606458.52 10048498.86 606405.42 10048498.86

-1.79

-53.10

Erosión

7

606401.54 10048598.86 606351.65 10048598.87

-1.68

-49.89

Erosión

8

606372.49 10048698.87 606310.37 10048698.88

-2.10

-62.12

Erosión

9

606372.14 10048798.87 606272.22 10048798.88

-3.37

-99.92

Erosión

10

606340.79 10048898.87 606233.59 10048898.89

-3.62

-107.19

Erosión

11

606306.99 10048998.88 606189.98 10048998.90

-3.95

-117.01

Erosión

12

606279.33 10049098.88 606144.74 10049098.90

-4.54

-134.58

Erosión

13

606230.64 10049198.89 606104.70 10049198.91

-4.25

-125.94

Erosión

14

606198.35 10049298.89 606053.23 10049298.92

-4.90

-145.13

Erosión

15

606149.65 10049398.90 606000.21 10049398.92

-5.04

-149.44

Erosión

16

606085.27 10049498.91 605927.86 10049498.93

-5.31

-157.42

Erosión

17

606048.16 10049598.92 605870.96 10049598.94

-5.98

-177.20

Erosión

18

606037.87 10049698.92 605797.63 10049698.95

-8.10

-240.23

Erosión

19

606039.57 10049798.92 605716.86 10049798.97 -10.89

-322.72

Erosión

20

606039.46 10049898.92 605631.40 10049898.98 -13.77

-408.06

Erosión

21

606040.55 10049998.92 605570.74 10049998.99 -15.85

-469.81

Erosión

22

606044.47 10050098.92 605491.34 10050099.00 -18.66

-553.12

Erosión

23

606049.68 10050198.92 605389.81 10050199.01 -22.26

-659.88

Erosión

24

606050.89 10050298.92 605265.77 10050299.03 -26.49

-785.12

Erosión

25

606051.57 10050398.92 605002.63 10050399.07 -35.39 -1048.94

Erosión

26

606044.35 10050498.92 604580.34 10050499.13 -49.39 -1464.02

Erosión

27

606029.19 10050598.92 604189.90 10050599.19 -62.05 -1839.30

Erosión

28

605995.41 10050698.92 604112.36 10050699.20 -63.53 -1883.05

Erosión

29

605960.18 10050798.93 604104.80 10050799.21 -62.60 -1855.37

Erosión

30

605918.27 10050898.94 604123.25 10050899.20 -60.56 -1795.02

Erosión

82

31

605860.04 10050998.94 604178.46 10050999.19 -56.73 -1681.58

Erosión

32

605796.69 10051098.95 604255.87 10051099.18 -51.98 -1540.82

Erosión

33

605725.11 10051198.96 604341.48 10051199.17 -46.68 -1383.63

Erosión

34

605647.10 10051298.98 604416.66 10051299.16 -41.51 -1230.44

Erosión

35

605553.22 10051398.99 604503.94 10051399.15 -35.40 -1049.28

Erosión

36

605461.61 10051499.00 604606.85 10051499.13 -28.84 -854.77

Erosión

37

605375.98 10051599.02 604712.10 10051599.12 -22.40 -663.88

Erosión

38

605319.55 10051699.02 604814.24 10051699.10 -17.05 -505.31

Erosión

39

605254.77 10051799.03 604929.36 10051799.08 -10.98 -325.42

Erosión

40

605240.22 10051899.04 605038.26 10051899.07 -6.81

-201.96

Erosión

41

605305.01 10051999.03 605133.17 10051999.05 -5.80

-171.84

Erosión

42

605373.88 10052099.02 605214.12 10052099.04 -5.39

-159.76

Erosión

43

605421.85 10052199.01 605283.17 10052199.03 -4.68

-138.67

Erosión

44

605463.44 10052299.00 605348.73 10052299.02 -3.87

-114.71

Erosión

45

605491.65 10052399.00 605409.78 10052399.01 -2.76

-81.87

Erosión

46

605531.36 10052498.99 605466.14 10052499.00 -2.20

-65.22

Erosión

47

605583.91 10052598.99 605516.71 10052599.00 -2.27

-67.19

Erosión

48

605634.05 10052698.98 605562.14 10052698.99 -2.43

-71.91

Erosión

49

605678.97 10052798.97 605609.52 10052798.98 -2.34

-69.45

Erosión

50

605717.06 10052898.97 605652.58 10052898.98 -2.18

-64.48

Erosión

51

605754.16 10052998.96 605694.98 10052998.97 -2.00

-59.18

Erosión

52

605789.71 10053098.95 605735.89 10053098.96 -1.82

-53.82

Erosión

53

605815.69 10053198.95 605777.20 10053198.96 -1.30

-38.49

Erosión

54

605843.40 10053298.95 605823.82 10053298.95 -0.66

-19.58

Erosión

55

605885.03 10053398.94 605870.79 10053398.94

0.48

14.23

Acreción

56

605991.63 10053498.92 605894.20 10053498.94

3.29

97.43

Acreción

57 58

606017.88 10053598.92 605919.17 10053598.94 606044.80 10053698.92 605949.69 10053698.93

3.33 3.21

98.71 95.10

Acreción Acreción

59

606080.01 10053798.91 605995.47 10053798.92

2.85

84.54

Acreción

60

606114.84 10053898.91 606114.84 10053898.91

0.00

0.00

N/A

83

ANEXO 2 Figura 23. Collage de fotografĂ­as que registran la erosiĂłn en el flanco occidental de la isla Zapotal