Cuantificación hidrográfica de la cuenca del rio Cachi ... 06.pdf · suelo de la cuenca, a partir...

Wilmer MoncadaManuel Masias

Alex PeredaCristhian Aldana

Julio JiménezInstituto de Investigación en Ciencias Ambientales de la

Universidad de Ayacucho Federico Froebel

[email protected]

Cuantificación hidrográfica de la cuenca del rio Cachi-Ayacucho, mediante imágenes satelitales

Fecha de recepción: 13/01/14Fecha de aceptación: 31/03/14

Resumen: La presente investigación tiene como propósito evaluar la cuantificación hidrográfica de la cuenca del rio Cachi mediante el análisis de la información obtenida del procesamiento de imágenes satelitales Landsat y MODIS durante el periodo 2000 al 2008, las mismas que se han validado con los datos de estaciones meteorológicas e hidrológicas ubicadas dentro de la cuenca del rio Cachi. La caracterización morfológica y topográfica de la cuenca alta, media y baja, se da en un Modelo de Elevación Digital DEM, resultando que el NDVI más alto y la humedad más baja, se manifiestan en la cuenca baja; la temperatura y la humedad más alta y el NDVI más bajo, se manifiestan en la zona de cuenca alta. Del apilamiento de imágenes satelitales MODIS se han determinado los modelos matemáticos para cada estación del año, cuyas ecuaciones responden al comportamiento de la cuenca hidrográfica, según el NDVI promedio, en función del Índice de Precipitación IP promedio, en verano, otoño, invierno, primavera y en todo el año. Se demostró que el NDVI y el IP en serie de tiempo desde el 2000 al 2008, mantienen tendencias negativas en la cuenca, donde se observa que el NDVI se presenta tardíamente con respecto a la precipitación.

Palabras clave: Cuenca Hidrográfica, Rio Cachi, Landsat, MODIS, DEM, NDVI, Precipitación

Abstract: This research has the purpose evaluate the quantification hydrographic basin of the river Cachi by analyzing information obtained from the processing of Landsat and MODIS satellite images over the period 2000 to 2008, they have been validated with data from weather stations and hydrological located within the basin of the river Cachi. The morphological and topographical characterization of high, middle and lower basin occurs in a Digital Elevation Model DEM, resulting in high NDVI more and lower humidity, manifest in the lower basin; temperature and higher humidity and lower NDVI, manifest in the high basin. The stack of MODIS satellite images have been determined mathematical models for each season, whose equations correspond to the behavior of the watershed, according to the NDVI average, according to the average rainfall index IP, summer, autumn, winter, spring and throughout the year. It showed that NDVI and IP in time series from 2000 to 2008, maintained negative trends in the basin, which shows that the NDVI belatedly presented with respect to precipitation.

Key words: Basin, Cachi River, Landsat, MODIS, DEM, NDVI, Rainfall

KUNTUR N°3 - 2015N° ISSN: 2312 - 8836

INTRODUCCIÓN

El uso de herramientas de prospección de recursos permite la medida de manera directa o indirecta de campos físicos naturales, como el estudio de cuencas hidrográficas (1); para tal sentido es importante considerar que dentro de los cinco riesgos mayores del globo terrestre, según el orden de la posibilidad de ocurrencia, se encuentra la crisis en el suministro de agua y la desaparición de las cuencas hidrográficas para lo cual se deben adoptar las

políticas necesarias para el desarrollo y mantenimiento sustentable de las cabeceras de cuenca (2), esta es una de las razones que motivan la realización de la presente investigación denominada, cuantificación hidrográfica de la cuenca del rio Cachi de la región Ayacucho. En primer lugar, se da una breve fundamentación teórica de lo que significa una cuenca hidrográfica y sus respectivas partes, sus componentes y tipos de cuencas, sus funciones y clasificación, además de los datos que nos proporciona el ya culminado proyecto integra rio Cachi (3). En

KUNTUR N°3 - 2015N° ISSN: 2312 - 8836

Cuantificación hidrográfica de la cuenca del rio Cachi-Ayacucho, mediante imágenes satelitalesW. Moncada, M. Masias, A. Pereda, C. Aldana, J. Jiménez

segundo lugar, el uso de las imágenes satelitales para el análisis del comportamiento de la dinámica y manejo de una cuenca hidrográfica (4). Las imágenes satelitales son procesadas con ayuda del software ENVI y QGIS, generando los datos necesarios para cuantificar la cuenca hidrográfica del rio Cachi, cuyas variables contempladas serán correlacionadas y los resultados validados con los datos provenientes de las estaciones meteorológicas e hidrológicas de dicha cuenca. En tercer lugar, se demuestra que la cuantificación hidrográfica de la cuenca del rio Cachi-Ayacucho mediante imágenes satelitales presenta tendencias negativas en el periodo de estudio, por lo que es necesario la construcción de un modelo de elevación digital que caracterice los parámetros morfológicos de la cuenca así como la identificación de la influencia de las precipitaciones en la vegetación y evolución de la cuenca. Los resultados obtenidos de la variación de la vegetación con el cálculo del Índice de Vegetación de Diferencias Normalizadas (NDVI), la variación de la humedad del suelo con el Índice de Agua de Diferencias Normalizadas (NDWI), la variación de la temperatura superficial del suelo de la cuenca, a partir del análisis de la banda seis de imágenes satelitales Landsat y el apilamiento de imágenes MODIS, son validados con los datos provenientes de las estaciones meteorológicas e hidrológicas ubicadas en la cuenca hidrográfica del rio Cachi, en donde se puede notar una posible desventaja la que se manifiesta con la ausencia de datos en algunos meses de los años de estudio considerados, pero que no presentan mayor relevancia en los resultados.

MATERIALES Y MÉTODOS

DETERMINACIÓN DESCRIPTIVA Y CUANTITATIVA DE LA CUENCA HIDROGRÁFICA DEL RIO CACHI

Los materiales necesarios constituyen la base de la recolección de datos e información in situ, para lo cual se requiere adquirir imágenes satelitales del tipo LANDSAT 5 y 7, así como imágenes MODIS de baja resolución (250m), las mismas que se procesarán mediante el software ENVI, la manipulación del software QGIS se hará para el procesamiento del Modelo de Elevación Digital (DEM) en la determinación del vector cuenca del Rio Cachi con sus ríos principales y secundarios, así como sus curvas de nivel con la finalidad de describir y comprender la influencia del Rio Cachi, así mismo es necesario la utilización de computadoras con buen soporte tecnológico y características adecuadas, necesarias para el procesamiento de dichas imágenes. El método a seguir para la recolección, clasificación y procesamiento de imágenes

satelitales, con el manejo del software ENVI y QGIS; es como sigue: Primero, se procede a realizar la ubicación geográfica de la cuenca hidrográfica del Rio Cachi, la cual se ubica en las zonas influenciadas por el rio Cachi cuyas coordenadas son latitud 13°4’0» N y longitud 74°16’0» E en formato DMS (grados, minutos, segundos) o -13.0667 S y -74.2667 O (en grados decimales). Segundo, se procede a introducir las coordenadas de la ubicación del Rio Cachi en la página web de los principales proveedores de imágenes satelitales para su descarga respectiva. También es necesario contar con las curvas de nivel de la cuenca hidrográfica del Rio Cachi, para lo cual es necesario limitarlos con el vector de la cuenca con sus ríos principales y secundarios, las que se descargan de la página principal del Ministerio de Ambiente (MINAM), realizando una mejor descripción de su geofísica superficial y caracterización de la cuenca hidrográfica del Rio Cachi. Tercero, se procede a realizar la clasificación de las imágenes satelitales en relación al mes y al año de la zona de estudio, para su respectivo procesamiento con ayuda del software ENVI, lo cual consistirá en efectuar la georeferenciación de las imágenes para su posterior unión en mosaico, teniendo en cuenta las fechas de cada imagen descargada, tanto de las imágenes Landsat como de las MODIS. Cuarto, con ayuda del software ENVI se procede a la delimitación de la cuenca hidrográfica del Rio Cachi y su posterior cuantificación mediante el vector cuenca Cachi, que son imágenes de 1 bit de resolución radiométrica, donde el valor 1 corresponde a la información de interés y 0 al resto; dichos procedimientos, entre los cuales se tienen el cálculo y determinación de los índices, corresponden a cocientes que se utilizan para discriminar coberturas, tales como la vegetación, el agua, la temperatura del suelo, etc. El resultado de los índices comprenden valores entre -1 y +1, por lo que en términos generales se consideran bandas espectrales similares para diferentes sensores, ya que no todos presentan la misma configuración en el rango espectral y en el orden de las mismas, así las bandas espectrales utilizadas son aquellas donde se producen la mayor reflectividad y la mayor absorción de la radiación electromagnética (5), de ésta manera el procesamiento de las imágenes satelitales se hará en base a la determinación de los índices siguientes:

The Normalized Difference Vejetation (NDVI): Índice de Vegetación de Diferencia Normalizadas (7)

IRcercano - Rojo NDVI = IRcercano + Rojo

Ciencias Ambientales

83

KUNTUR N°3 - 2015N° ISSN: 2312 - 8836


The Normalized Difference Water (NDWI): Índice de Agua de Diferencia Normalizada

Verde - IRcercano NDVI = Verde + IRcercano

Quinto, se determina la temperatura del suelo a partir de la banda seis (b6) del espectro energético de las imágenes satelitales Landsat. Sexto, se realiza una caracterización y delimitación de la cuenca hidrográfica del Rio Cachi con un modelo de elevación digital (DEM (8)), el uso del software ENVI Y QGIS, cuya delimitación se hace con el vector cuenca Cachi, además del uso de las curvas de nivel, donde aparecen los ríos principales y secundarios. Sétimo, se ha realizado una visita a la zona de estudio, trabajo de campo, desde el lugar de nacimiento del cauce del Rio Cachi, en las alturas de Apacheta, para después realizar un recorrido del cauce y reconocimiento de los sectores de cuenca alta, cuenca media y cuenca baja, además se aprovechó el recorrido para visitar algunas de las estaciones meteorológicas, pluviométricas, hidrométricas de control operativas, instaladas dentro de la cuenca.

Octavo, se apilaron las imágenes satelitales MODIS, con el software ENVI, las mismas que han sido delimitadas con el vector cuenca Cachi, en cuyo proceso se ha podido cuantificar el NDVI promedio de toda la cuenca cada 16 días por año, desde el año 2000 al año 2008, obteniéndose así los modelos correspondientes y las series de tiempo respectivas. Noveno, se construyen los modelos matemáticos a partir de la correlación polinómica por estación anual para el NDVI en función del tiempo de precipitación, y el modelo matemático para la correlación exponencial del NDVI en función del IP para los meses comprendidos en los años de estudio, desde el año 2000 al 2008.

RESULTADOS

1. La Figura 01 muestra el mapa del NDVI de la cuenca hidrográfica del Rio Cachi en la Región Ayacucho, a partir del procesamiento de dos imágenes satelitales geo referenciadas con el software ENVI, de fechas 15 de julio de 2000 y 01 de agosto de 2000, las mismas que han sido procesadas en mosaico para su posterior unión y corte según la delimitación del vector cuenca Cachi.

Fig. 01: Mapa del NDVI de la cuenca hidrográfica del Rio Cachi, Región Ayacucho, mosaico de fecha julio-agosto de 2000

Se observa en la paleta de colores de la figura 01 que el NDVI es muy variado en zonas que llegan alcanzar un máximo del índice de NDVI de aproximadamente 0,75 así como zonas que tienen valores mínimos de 0,05 aproximadamente, por lo que se puede decir que dicha cuenca hidrográfica mantiene un NDVI aceptable y regular en la mayor parte de su área, ya que una gran parte del área de estudio se muestra verde en comparación con el resto del área limitada por el vector cuenca Cachi, pues dichas áreas verdes confirman la influencia del rio principal y secundarios. Son pocas las zonas que mantienen un NDVI muy bajo pues corresponden a la parte más altas de la cuenca muy poco influenciadas por el agua o tal como se observó en la visita al lugar corresponde a suelos no muy propicios para vegetación densa, además se debe tomar en cuenta que estas imágenes satelitales corresponden a meses del año con escazas precipitaciones pluviales.

2. La Figura 02 muestra el mapa del NDWI de la cuenca hidrográfica del Rio Cachi en la Región Ayacucho, a partir del procesamiento de dos imágenes satelitales geo referenciadas con ayuda del software ENVI, de fechas 15 de julio de 2000 y 01 de agosto de 2000, las mismas que han sido procesadas a modo de mosaico para su posterior unión y corte según la delimitación del vector cuenca Cachi.

Fig. 02: Mapa del NDWI de la cuenca hidrográfica del rio cachi, región Ayacucho, mosaico de fecha julio-agosto de 2000

Se observa en la paleta de colores de la figura 02 que di-cho NDWI es muy variado en zonas que llegan alcanzar un máximo del índice de aproximadamente 1 así como zonas que tienen valores mínimos de 0,05 aproximadamente, por lo que se puede decir que dicha cuenca hidrográfica man-tiene un NDWI con gran influencia de agua en la mayor parte del área mostrada de color azul en el mapa (fuentes de agua) en comparación con el resto del área limitada por el vector cuenca Cachi que muestra un color celeste, lo cual indica presencia de humedad en esas zonas considerando que algunas son bofedales y zonas de cultivo las mismas que son influenciadas por las escorrentías provenientes de las zonas más altas, y también los cauces de ríos con poco caudal de agua o de menor dimensión, pues dichas áreas de color celeste confirman la influencia del rio Cachi y sus ríos secundarios. Son pocas las zonas que mantienen un NDWI por debajo de cero pues corresponden a la parte más alta de los cerros o de lugares poco influenciadas por el agua, además se debe tomar en cuenta que las imágenes satelitales procesadas en el presente estudio corresponden a meses del año con escaza precipitación pluvial por lo que el suelo permanece seco en esa época del año.

3. La Figura 03 muestra el mapa de temperaturas de la cuenca hidrográfica del rio cachi en la región Ayacucho, a partir del procesamiento de la banda 6 de dos imágenes satelitales LANDSAT 5 y 7 geo referenciadas y unidas en mosaico con ayuda del software ENVI, de fechas 15 de julio de 2000 y 01 de agosto de 2000, donde se observa que dichas temperaturas fluctúan de un mínimo de 0°C a un valor máximo de 29°C.

Fig. 03: Mapa de temperaturas de la cuenca hidrográfica del rio cachi, región Ayacucho, mosaico de fecha julio-agosto de 2000

Se observa en la paleta de colores de la figura 03, que dichas temperaturas son muy variadas, las que llegan alcanzar un máximo de temperatura de aproximadamente 29°C así como zonas que tienen valores mínimos de 9°C aproximadamente, por lo que se puede decir que dicha cuenca hidrográfica mantiene una temperatura promedio de 19°C en la mayor parte del área mostrada de color verde-amarillo en el mapa, ya que en una gran parte del área de estudio se muestra el color rojo (zonas de máxima temperatura de suelo) en comparación con el resto del área que muestra un color celeste, lo cual indica zonas de baja temperatura, considerando que algunas de estas zonas son cauces de ríos con poco caudal o corresponden a zonas de máxima altura donde existe la presencia de hielo o nieve, pues dichas áreas de color celeste confirman la influencia de agua o escorrentías que alimentan los ríos principales y secundarios. Son pocas las zonas que mantienen temperaturas muy altas pues corresponden a la parte más seca de los cerros o valles, o de lugares muy poco influenciadas por el agua, además se debe tomar en cuenta que las imágenes satelitales procesadas en el presente estudio corresponden a meses del año con escaza precipitación pluvial por lo que el suelo permanece seco en esa época del año, dando lugar al secamiento del pasto o de las áreas verdes.

4. La Figura 04 muestra los ríos principales y secundarios que alimentan la cuenca hidrográfica del Rio Cachi, la cual ha sido obtenida mediante el procesamiento del Modelo de Elevación Digital (DEM) de la cuenca hidrográfica cuyos vectores han sido descargados de la página web del MINAM para después ser procesada con ayuda del software QGIS, donde se observa el nacimiento del Rio Cachi como consecuencia del afluente de otros ríos como son el Rio Chicllarazo, el Rio Choccoro y el Rio Apacheta, que abastecen al rio Cachi, pues son la fuente


85

KUNTUR N°3 - 2015N° ISSN: 2312 - 8836


principal de irrigación de las zonas agrícolas y ganaderas así como el consumo de la población Ayacuchana.

Fig. 04: Mapa de los ríos principales (Rio Apacheta, Rio Chicllarazo y Rio Cahi) y secundarios (Rio Choccoro) correspondientes a la cuenca

hidrográfica del Rio Cachi

5. La figura 05, muestra las curvas de nivel de la cuenca hidrográfica del rio cachi en donde se observa que una de las formas de alimentación del cauce es por escurrimientos desde las zonas más altas hacia las zonas más bajas.

Fig. 05: Curvas de nivel de la cuenca hidrográfica del Rio Cachi, las cuales dan lugar a los cauces de los ríos principales y secundarios que

alimentan la cabecera de cuenca

Se observa, que las curvas de nivel en el DEM limitado por el vector de la cuenca Cachi, describen el cauce de los ríos principales y secundarios de la cuenca hidrográfica, donde sus elevaciones dan lugar a las características topográficas y geográficas del terreno andino, mostrando una cuenca hidrográfica compleja con variedad de suelos, con diferentes usos de sus tierras y condiciones de manejo.

6. La figura 06 muestra la clasificación de la cuenca

en tres partes, cuenca alta, cuenca media y cuenca baja en función de la altura de las zonas.

Fig. 06: Clasificación de la cuenca hidrográfica del Rio Cachi, cuenca baja, media y alta a partir de un DEM

Como se observa la cuenca hidrográfica del rio Cachi está dividida en tres partes:

• Cuenca Baja: está comprendida hasta los 1712 m.s.n.m

• Cuenca Media: está comprendida de los 1712 m.s.n.m hasta los 3424 m.s.n.m

• Cuenca Alta: está comprendida de los 3424 m.s.n.m hasta los 5136 m.s.n.m

Así pues se observa que la zona de color amarilla es la más alta y la zona de color oscuro es la zona más baja de la cuenca, en donde se aprecia el paso del rio Cachi y su mayor influencia, por otro lado la zona más alta es quizás la zona más importante de la cuenca ya que es en este lugar donde se recolecta el agua proveniente de los deshielos, las escorrentías, y las precipitaciones, las mismas que convergen en un caudal que da lugar al rio Apacheta. La cuenca del rio Cachi se aprecia con mayor detalle en un DEM visto en tres dimensiones, tal como se muestra en la figura 07:

Fig. 07: Modelo de Elevación Digital (DEM) en tres dimensiones

7. Los datos obtenidos de la cuenca hidrográfica del Rio Cachi desde el año 2000 al 2008, con respecto al Índice de Precipitación IP y el Índice de Vegetación de Diferencias Normalizadas NDVI, han sido tratados aplicando las técnicas estadísticas adecuadas para uniformizar magnitudes que permitan realizar el modelamiento; dichos datos se han sometido a la prueba de normalidad de Kolmogorov–Smirnov, utilizando el Software SPSS, los resultados se presentan en el cuadro 01:

Cuadro 01: Prueba de Kolmogorov-Smirnov para una muestra

IP Vera no

NDVI Verano IP Otoño NDVI

OtoñoIP

InviernoNDVI

InvernioIP

PrimveraNDVI

Primvera

N 9 9 9 9 9 9 9 9

Parámetros normalesa,b

Media ,151778 ,39878 ,070667 ,476444 ,016444 ,348778 ,04656 ,34078

Desvia-ción típica ,03841 ,079268 ,028596 ,015693 ,009593 ,017020 ,02284 ,02036

Diferencias más

extremas

Absoluta ,175 ,360 ,352 ,170 ,138 ,198 ,166 ,116

Positiva ,175 ,271 ,173 ,136 ,106 ,181 ,142 ,116

Negativa -,151 -,360 -,352 -,170 -,138 -,198 -,166 -,084

Z de Kolmogorov-Smirnov ,524 1,080 1,055 ,509 ,413 ,595 ,499 ,349

Sig. asintót. (bilateral) ,946 ,194 ,215 ,958 ,996 ,871 ,965 1,000

a: La distribución de contraste es la Normal. b: Se han calculado a partir de los datos

El análisis conjunto de la significancia asintótica bilateral asociada al valor Z de Kolmogorov – Smirnov, indica que el conjunto de datos de la precipitación y del NDVI para las cuatro estaciones siguen una distribución normal, por tanto, es conveniente aplicar las técnicas estadísticas paramétricas para realizar el análisis del comportamiento de las variables de interés. Por consiguiente, realizando un corte transversal en el tiempo según las estaciones meteorológicas que se encuentran dentro de la cuenca Cachi, tal como se muestra en la tabla 01, la misma que contiene la distribución del índice de precipitación anual promedio de la estación de verano del periodo 2000 al 2008, expuesta de manera de índice,

con una media 0,152 y una desviación estándar de 0,036 presentado picos altos en el año 2001 con un índice de precipitación de 0,209 y en el 2004 con un índice de 0,208. De manera similar, se observa la distribución del NDVI promedio en la estación verano durante el periodo de tiempo en estudio, con un promedio de 0,399 con una desviación estándar de 0,075 presentando el pico más elevado en el año 2006 con un NDVI de 0,447. Así pues se puede apreciar que la correlación existente entre el índice de Precipitación promedio y el NDVI promedio es de -0,01169993 lo cual indica que el grado de asociación lineal entre estas variables es muy baja.


87

KUNTUR N°3 - 2015N° ISSN: 2312 - 8836


Tabla 01: Distribución del índice de precipitación y NDVI prome-dio de la cuenca hidrográfica del rio cachi de Ayacucho, verano del

2000 al 2008

Año Índice de precipitación NDVI

2000 0.151 0.1922001 0.209 0.3932002 0.146 0.4132003 0.123 0.4192004 0.208 0.4432005 0.172 0.4342006 0.137 0.4472007 0.124 0.4302008 0.096 0.418

Promedio 0.152 0.399Desviación 0.036 0.075

Mínimo 0.096 0.192Máximo 0.209 0.447

Correlación -0.01169993

En el gráfico 01, se observa el modelo de regresión polinomíal de grado cinco y cuya curva estimada se describe mediante la siguiente ecuación:

y = 0.0002x5 - 0.0069x4 + 0.0734x3 - 0.3692x2 + 0.8825x - 0.3865

A esta ecuación se le asocia un coeficiente de determinación de R2=0.9914, lo que indica que el índice de precipitación explica en un 99.14% al Índice de Vegetación (NDVI).

De forma similar se presenta la tabla 02, que contiene la distribución del índice de precipitación anual promedio de la estación otoño durante los años 2000 al 2008, con una media 0,071 y una desviación estándar de 0,027 donde el valor del Índice de precipitación promedio más alto es de 0,103 está registrado en el año 2007, los demás valores oscilan suavemente alrededor del promedio e indican que en esta época hay poca lluvia. Así mismo, se tiene la distribución del NDVI promedio de la estación otoño,

con un promedio de 0,476 con una desviación estándar de 0,015 donde se presenta su pico más elevado en el año 2002 con un NDVI de 0,497. La correlación que existe entre el índice de Precipitación y el NDVI promedio es de -0,324603821 lo cual indica que el grado de asociación lineal que existe entre estas variables es bajo, es decir que mientras la precipitación está en niveles bajos el Índice de Vegetación presenta crecimiento.

Tabla 02: Distribución del índice de precipitación y NDVI promedio de la cuenca hidrográfica del rio cachi de Ayacucho,

otoño del 2000 al 2008


2000 0.073 0.4552001 0.087 0.4532002 0.068 0.4972003 0.077 0.4912004 0.073 0.4732005 0.084 0.4812006 0.071 0.4672007 0.103 0.4812008 0.000 0.490


Mínimo 0.000 0.453Máximo 0.103 0.497

Correlación -0.324603821

En el gráfico 02, se observa el modelo de regresión polinomíal de grado seis cuya curva estimada se representa por la ecuación:

y = 0.00006x6 - 0.0019x5 + 0.024x4 - 0.1492x3 + 0.4664x2 - 0.6598x + 0.7754 A dicha ecuación se le asocia un coeficiente de

determinación de R2=0.8649, lo que indica que la precipitación explica en un 86.49% el comportamiento del Índice de Vegetación (NDVI)

En la tabla 03, se tiene la distribución del Índice de Precipitación anual de invierno del periodo 2000 al 2008, con una media 0,016 y una desviación estándar de 0,009, donde el valor de IP más alto es de 0,031, registrado en el año 2004, los demás valores oscilan suavemente alrededor del promedio e indican que en esta época la precipitación en el Rio Cachi es escasa. Así mismo, se tiene la distribución del NDVI en invierno, con un promedio de 0,349 con una desviación estándar de 0,016, presenta su pico más elevado en el año 2002 con un NDVI de 0,375. La correlación que existe entre la Precipitación y el NDVI es de 0,23181 esto indica que el grado de asociación lineal que existe entre estas variables es bajo en sentido directamente proporcional.

Tabla 03: Distribución del Índice de Precipitación y NDVI de la cuenca hidrográfica del rio cachi de Ayacucho, invierno del 2000

al 2008


2000 0.021 0.3632001 0.022 0.3562002 0.024 0.3752003 0.013 0.3612004 0.031 0.3382005 0.017 0.3252006 0.015 0.3352007 0.005 0.3552008 0.000 0.331


Mínimo 0.000 0.325Máximo 0.031 0.375

Correlación 0.231809827

En el gráfico 03, se observa el modelo de regresión polinomíal de grado cinco cuya curva estimada se representa por la ecuación:

y = -0.0002x5 + 0.0046x4 - 0.039x3 + 0.1448x2 - 0.2273x + 0.4791

A dicha ecuación se le asocia un coeficiente de determinación de R2=0.9842, lo que indica que la precipitación explica en un 98.42% el comportamiento del Índice de Vegetación (NDVI).

En la tabla 04, se tiene la distribución del índice de precipitación anual promedio de la estación primavera durante los años 2000 al 2008, con una media 0,046 y una desviación estándar de 0,021 donde e el valor del Índice de precipitación promedio más alto es de 0,071 registrado en los 2004 y 2005. Así mismo, se tiene que la distribución del NDVI promedio en primavera, se presenta con un promedio de 0,341 y con una desviación estándar de 0,019 presentando su pico más elevado en el año 2002 con un NDVI de 0,380. La correlación existente entre el índice de Precipitación y el NDVI promedio es de 0.606129026, esto indica que el grado de asociación lineal que existe entre estas variables es moderada en sentido directamente proporcional, por lo que recomendable buscar una correlación del tipo polinómica.

Tabla 04: Distribución del índice de precipitación y el NDVI promedio de la cuenca hidrográfica del rio cachi de Ayacucho,

primavera del 2000 al 2008


2000 0.036 0.3412001 0.045 0.3562002 0.061 0.3802003 0.029 0.3272004 0.071 0.3522005 0.071 0.3322006 0.060 0.3442007 0.046 0.3232008 0.000 0.312


Mínimo 0.000 0.312Máximo 0.071 0.380

Correlación 0.606129026

En el gráfico 04, se observa el modelo de regresión polinomíal de grado cinco cuya curva estimada se representa en la ecuación:


89

KUNTUR N°3 - 2015N° ISSN: 2312 - 8836


y = 0.00006x6 - 0.0017x5 + 0.0185x4 - 0.0985x3 + 0.2529x2 - 0.2776x + 0.4463

A dicha ecuación se le asocia un coeficiente de determinación de R2=0.6987, lo que indica que la precipitación explica en un 69.87% el comportamiento del Índice de Vegetación de Diferencias Normalizadas (NDVI) en la estación de primavera.

Los datos del Índice de Precipitación IP y el Índice de Vegetación de Diferencias Normalizadas NDVI, de la cuenca hidrográfica del Rio Cachi desde el año 2000 al 2008, se muestran ambas variables en el gráfico 05, se observa el modelo de regresión exponencial, cuya curva estimada se representa en la ecuación:

y = 0.00026e13,563x

A dicha ecuación se le asocia un coeficiente de determinación de R2=0.6099, lo que indica que la precipitación explica en un 60.99% el comportamiento del Índice de Vegetación de Diferencias Normalizadas (NDVI) durante los años de estudio, desde el año 2000 al 2008.

9. Los datos del Índice de Precipitación IP y el Índice de Vegetación de Diferencias Normalizadas NDVI, de la cuenca hidrográfica del Rio Cachi desde el año 2000 al 2008, se muestran en el gráfico 06, así pues si se hace un análisis del comportamiento de la cuenca mediante ambas variables NDVI y al IP, se tiene una serie de tiempo donde se muestra la evolución de ambas variables que caracterizan y explican el comportamiento de la cuenca, así como su evolución en un periodo de tiempo comprendido desde el año 2000 al 2008 que son las fechas de las que se dispone

datos de estaciones meteorológicas e hidrológicas y que validan la información proporcionada por las imágenes satelitales MODIS.

El gráfico 06 muestra el comportamiento de la cuenca en función de la evolución del NDVI promedio mensual por efecto de la precipitación promedio mensual dentro de la cuenca, se aprecia un comportamiento cuasi periódico del NDVI como un efecto tardío consecuente de la presencia de lluvias, así pues también se puede apreciar el mismo comportamiento cuasi periódico para la precipitación, teniendo en cuenta que el efecto tardío se da por dos meses, es decir que después de dos meses se puede apreciar el efecto de la precipitación sobre el suelo el cual se manifiesta en forma de vegetación en toda la cuenca.

DISCUSIÓN

1. La cuantificación hidrográfica de la cuenca del rio Cachi-Ayacucho mediante imágenes satelitales presenta tendencias negativas en la última década, periodo de estudio, debido a que la presencia de lluvias, cuantificado con el Índice de Precipitación (IP) muestran un efecto tardío con respecto a la vegetación, así pues la vegetación en la cuenca, cuantificado con el Índice de Vegetación de Diferencias Normalizadas (NDVI) se manifiesta en mayor plenitud después de las precipitaciones, cuya interacción entre ambas variables se refleja en las ecuaciones que modelan matemáticamente la correlación al NDVI con respecto al índice de precipitación IP promedio por estación anual, generándose de esta manera a un modelo matemático para cada estación del año:

NDVIPrimavera= 0,00006(IP)6 - 0,0017(IP)5 + 0.0185(IP)4 - 0.0985(IP)3 + 0,2529(IP)2 - 0,2776(IP) + 0,4463

NDVIVerano= 0,0002(IP)5 - 0,0069(IP)4 + 0.0734(IP)3 - 0.3692(IP)2 + 0,8825(IP) - 0,3865

NDVIOtoño= 0,00006(IP)6 - 0,0019(IP)5 + 0.024(IP)4 - 0.1492(IP)3

+ 0,4664(IP)2 - 0,6598(IP) + 0,7754

NDVIInvierno= -0,0002(IP)5 + 0,0046(IP)4 - 0,039(IP)3 + 0,1448(IP)2 - 0,2273(IP) + 0,4791

NDVI(2000-2008)=0.00026e13,563(IP)

Las ecuaciones de los NDVIs en función de los tiempos en los que se dan los Índices de precipitación y del IP, se determinan para cada estación anual y para todo el año, donde se reflejan las tendencias negativas las mismas que se manifiestan en las propiedades físicas y que no obedecen con el comportamiento esperado de la cuenca por lo que se obliga a tener que involucrar más factores o parámetros morfológicos, climatológicos e hidrológicos que expliquen dichas tendencias.

2. Ha sido necesario la construcción de un modelo de elevación digital que caracterice los parámetros morfológicos de la cuenca, tal como se aprecia en las figuras 04, 05, 06 y 07, en donde ha sido posible dividir la cuenca hidrográfica del rio Cachi en tres partes:

• Cuenca alta, que va desde los 3424 m.s.n.m hasta los 5136 m.s.n.m

• Cuenca media, que va desde los 1712 m.s.n.m hasta los 3424 m.s.n.m

• Cuenca baja, que va hasta los 1712 m.s.n.men donde se aprecia mayor predominancia de

vegetación y temperatura alta en la parte baja y mayor predominancia de temperatura baja en la parte alta, por supuesto que los ríos principales y secundarios son los que muestran una mayor influencia de borde en dichas zonas de cuenca baja, así como la identificación de la influencia de las precipitaciones sobre la vegetación y evolución del caudal, logrando obtenerse resultados como la variación de la vegetación de la cuenca con el cálculo del Índice de Vegetación de Diferencias Normalizadas (NDVI) la misma que muestra una mayor predominancia en zonas de cuenca media y baja tal como se muestra en la paleta de colores de la figura 01; la variación de la humedad del suelo con el Índice de Agua de Diferencias Normalizadas (NDWI) , la variación de la temperatura superficial del suelo de la cuenca la misma que muestra una mayor predominancia de humedad en zonas de cuenca alta y una mediana humedad en zonas de cuenca media, tal como se observa en la paleta de colores de la figura 02.

3. La variación de la temperatura del suelo de la cuenca hidrográfica del rio Cachi se muestra en la paleta de colores de la figura 03, en donde se aprecia una mayor predominancia de temperaturas altas que varían entre los19°C y 20°C en la cuenca baja, también se aprecia mayor predominancia de temperaturas medianas que varían entre los 9,8°C y 18°C en la cuenca media, pero la mayor predominancia de temperaturas bajas por debajo de los 9,8°C se aprecian en la cuenca alta, pues en esta zona los deshielos y las escorrentías aportan el agua necesaria para alimentar a la cuenca durante los meses del año, así mismo la topografía de la cuenca permite tenga gran recepción de agua, la misma que escurre de las partes altas

hacia el rio Apacheta y demás ríos, además del aporte de las precipitaciones periódicas año tras año y que suelen ser más intensas en los meses de verano con un IP promedio de 0,1517 cuyo efecto se logra apreciar en otoño con un NDVI promedio de 0,4764 muy alto comparado con los NDVIs de las otras tres estaciones del año; además se aprecia que incluso se llega a tener poca intensidad de lluvias en los meses de invierno con un IP de 0,01644 repercutiendo en un NDVI muy bajo de 0,340778 en primavera, comparado con las otras tres estaciones del año. Así mismo, existe un efecto tardío de la precipitación con respecto a la presencia de vegetación en la cuenca, gráfico 05, donde los picos más altos de precipitación se dan en los meses de enero a marzo que como consecuencia produce picos muy altos de vegetación en los meses de abril y mayo, así mismo se aprecian puntos muy bajos de precipitación en los meses de mayo, julio y agosto con incrementos progresivos en los meses de setiembre, octubre y noviembre.

4. En el gráfico 05 se observa la correlación exponencial correspondiente al NDVI en función del IP donde el IP explica en un 60,99% el comportamiento de la vegetación; en el gráfico 06, se aprecia con mayor detalle que los picos más altos de precipitación se dan en los meses de enero a marzo que como consecuencia produce picos muy altos de vegetación en los meses de abril y mayo, así mismo se aprecian puntos muy bajos de precipitación en los meses de mayo, julio y agosto con incrementos progresivos en los meses de setiembre, octubre y noviembre, por lo que se podría decir que existe un efecto tardío de la precipitación con respecto a la presencia de vegetación en la cuenca, dicho efecto tardío sería de 02 meses, es decir que después de dos meses se manifiesta el efecto de las lluvias sobre el suelo a manera de vegetación

AGRADECIMIENTOS

A las personas que en forma desinteresada aportaron en el avance del presente trabajo de investigación, al Laboratorio de Teledetección de la Facultad de Ciencias Físicas de la Universidad Nacional Mayor de San Marcos por permitirnos hacer uso de la Licencia del Software ENVI y en especial al Instituto de Investigación e Innovación de la Universidad Nacional de San Cristóbal de Huamanga por haber hecho posible su realización, quienes han aportado económicamente en su ejecución sin lo cual no hubiera sido posible su desarrollo. Finalmente, a la Universidad de Ayacucho Federico Froebel por hacer posible su publicación a través de su Fondo Editorial.


91

KUNTUR N°3 - 2015N° ISSN: 2312 - 8836


REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA

BARRETO, C., y J. MAGNO. Cuencas hidrográficas. Recuperado 12 de junio de 2014, a partir de http://www.monografias.com/trabajos96/cuencas-hidrograficas/cuencas-hidrograficas.shtml. 2010DOUROJEANNI, A. Políticas públicas para el desarrollo sustentable: La gestión integrada de cuencas. Monografía, Pag. 02. Lima. Perú. 1994CORFA. Proyecto Integral Rio Cachi. Estudio de Factibilidad. Informe General Vol. 1. Consultores y asesores. AS. SRL. Diciembre 1983. Huamanga-Ayacucho. HENAO, J. Introducción al Manejo de Cuencas Hidrográficas. Bogotá: Universidad Santo Tomás. 400 p. 1988Safety Integral Solutions. Teledetección Espacial Aplicado a la Zonificación Ecológica Económica: Guía de ejercicios prácticos con ENVI 5X. Gobierno Regional de Ayacucho. 2013Significado de hidrografía - Definición de hidrografía. Consultado el 13 de noviembre de 2013. Disponible en: http://significado.de/hidrografia.htmlÍndice de diferencia normalizada de vegetación (NDVI). Consultado el 13 de noviembre de 2013. Disponible en: http://agro.infoclima.com/?page_id=3055Modelos Digitales de Elevación (MDE) - Descripción. Consultado el 13 de noviembre de 2013. Disponible en:http://www.inegi.org.mx/geo/contenidos/datosrelieve/continental/queesmde.aspx

Cuantificación hidrográfica de la cuenca del rio Cachi ... 06.pdf · suelo de la cuenca, a partir...

Documents

Transcript of Cuantificación hidrográfica de la cuenca del rio Cachi ... 06.pdf · suelo de la cuenca, a partir...