Embed Size (px)
Citation preview
“CAMBIO DE USO DE SUELO EN LA LADERA SUROESTE
DEL VOLCÁN PICO DE ORIZABA”.
1
Introducción:
El Volcán Pico de Orizaba (Citlaltépetl) es un estratovolcán cuaternario localizado en el
sector Este de la Faja Volcánica Transmexicana, su cima oval (400 x 500m) de 300m de
profundidad se encuentra en los 19.01º N y 97.16º W a una altura de 5675 m s.n.m.
(Macías, 2005). Abarca parte de los estados de Puebla y Veracruz y junto con los
volcanes Cofre de Perote, La Gloria y Las Cumbres forman una barrera orográfica
separando la provincia fisiográfica del Altiplano Central de la Planicie costera del Golfo de
México. La estructura del volcán Pico de Orizaba se emplaza sobre depósitos mesozoicos
calcáreos y lutíticos con alto grado de plegamiento, alta densidad de fallas normales e
inversas (NW-SE) y un fracturamiento perpendicular (NE-SW) que influye en el drenaje de
las rocas calizas pertenecientes a la Sierra Madre Oriental (Rodríguez et al., 2006).
Este volcán tiene un gran riesgo potencial en la formación de deslizamientos y flujos de
escombros debido a la combinación de varios factores como alta precipitación durante la
época de lluvias, alto intemperismo de las rocas, fuertes pendientes y la presencia de
glaciares en el sector Norte. El riesgo se ha incrementado debido al establecimiento de
asentamientos humanos y actividades económicas que han cambiado el uso de suelo a lo
largo del sistema fluvial del volcán. Lo anterior pone en riesgo a 750,000 habitantes de las
comunidades establecidas en un radio de 40km (De la Cruz y Carrasco-Nuñez, 2002;
Palacios et al., 1999). Tal como ocurrió en 1920 cuando un flujo de escombros descendió
30km sobre la ladera Este (Singh et al., 1984; Crausaz, 1994); y en 2003 cuando un
periodo de lluvias intensas provocó un flujo de escombros por el cauce del Río Chiquito-
Barranca del Muerto, ocasionando la ruptura y explosión de dos ductos de hidrocarburos
en la comunidad de La Balastrera (Rodríguez et al., 2006; El Universal, 2003).
Dado lo anterior, este estudio analizará la influencia del cambio de uso de suelo en la
generación de deslizamientos en diferentes depósitos de origen volcánico al interior de la
subcuenca del Río Chiquito-Barranca del Muerto al suroeste del Volcán Pico de Orizaba.
Para ello se evaluara el número de deslizamientos así como el uso de suelo que ha tenido
la subcuenca entre los años 1999 y 2005. Haciendo uso de la técnica de análisis
multitemporal en imágenes de satélite Landsat ETM, a fin de generar un mapa de riesgo
de deslizamiento por uso de suelo. Con este mapa se podrán difundir los riesgos
potenciales que implican los deslizamientos para las 500,000 personas de las poblaciones
de Ciudad Mendoza, Nogales y Orizaba; contribuyendo con las autoridades
2
gubernamentales tanto a una mejor planeación urbana, como a la toma de decisiones,
manejo y atenuación de la probabilidad en caso de un nuevo flujo de escombros.
Antecedentes.
En nuestro país los estudios sobre cambio de uso de suelo se han incrementado debido a
la disminución de la cubierta de vegetación natural, pasando del 78.55% en 1976 a
71.03% en el año 2000. Dichos estudios analizan y clasifican los diferentes tipos de usos
asociados a la transformación de la cobertura natural a áreas del aprovechamiento
humano, así como el impacto físico, químico y biológico que tienen en su entorno (Bocco
et al., 2001). Sin embargo, aun no se ha llegado a un consenso sobre los parámetros,
variables, categorías o escalas que se deben seguir para el análisis de cambio de uso de
suelo (Palacio et al., 2000). Es por ello que actualmente con la prospección de los
cambios de uso de suelo, se ha logrado analizar y comparar datos de manera más
homogénea; utilizando imágenes donde no solo es posible comparar diferentes fechas
sino realizar una comparación con otros estudios mediante imágenes del mismo satélite;
un ejemplo es la técnica de análisis multitemporal con clasificación cruzada, la cual
detecta cambios en imágenes corregidas radiométrica y geométricamente con la finalidad
de atribuir el cambio de uso de suelo solo a modificaciones en el paisaje y no al ruido en
las imágenes (Ruiz, 2006; Pineda, 2009; Williamson, 2009).
Por otro lado, los estudios realizados para el Volcán Pico de Orizaba se centran en la
actividad eruptiva o asociada a sus productos volcánicos (Carrasco-Núñez, 1993;
Palacios, 1999; Sheridan, 2001; De la Cruz-Reyna y Carrasco-Núñez, 2002; Macías,
2005; Rodríguez, 2006); dejando de lado la degradación que ha tenido la vegetación por
el cambio de uso de suelo. No obstante en el sector occidental del volcán, Ruiz, 2004
analizó el cambio de uso de suelo entre 1975 y 1995 en los municipios de Guadalupe
Victoria, Tlachichuca, Cd. Serdan y Atzitzintla, a través de una fotointerpretación llevada a
un SIG para evaluar la tasa de deforestación en esa zona del estado de Puebla. Este
estudio constituye una pieza fundamental para los estudios de cambio de uso de suelo en
el Volcán Pico de Orizaba, sin embargo, aun faltan estudios que asocien el cambio de uso
de suelo a eventos de remoción en masa en las laderas del volcán.
Justificación.
Actualmente el cambio de uso de suelo ha derivado no solo en la pérdida de biodiversidad
sino en la inestabilidad del relieve al acelerar los procesos erosivos con actividades
3
agrícolas, forestales, ganaderas e infraestructurales. En el caso del Volcán Pico de
Orizaba, el cambio de uso de suelo ha ido en aumento debido a la nula actividad eruptiva
que permite la confianza de la población para la generación asentamientos urbanos en
sus laderas, ocasionando posteriores alteraciones a la vegetación natural por actividades
agrícolas, forestales y ganaderas. Sin embargo, estas actividades sumadas a la ubicación
geográfica del volcán que contribuye a la incidencia de altas precipitaciones, favorecen la
inestabilidad de laderas al dejar expuestos materiales parentales altamente
intemperizados y fracturados, que posteriormente colapsan y se remueven con lluvias
excepcionales. Esta situación pone en riesgo a las comunidades que habitan las laderas
del Volcán Pico de Orizaba tal como ocurrió en los eventos de 1920 y 2003. Es por ello
que este estudio analizara cual es la influencia que tiene el cambio de uso de suelo en
laderas para la formación de deslizamientos en diferentes depósitos de origen volcánico,
a fin de determinar zonas de riesgo que necesiten regresar a su vegetación natural. Al
abordar directamente este problema y difundir los resultados se ayudará a las autoridades
gubernamentales y locales a una mejor planeación, toma de decisiones, manejo y
atenuación de la probabilidad de que un nuevo evento lahárico ponga en riesgo a las
comunidades que habitan en la subcuenca del Río Chiquito-Barranca del Muerto.
Planteamiento del Problema.
El cambio de uso de suelo en laderas ha contribuido a la erosión de los materiales
parentales, que en zonas volcánicas expuestas a una temporada de lluvias intensas
ocasionan la formación de deslizamientos y flujos de escombros que afectan a las
poblaciones que habitan en su base. En la historia reciente del Volcán Pico de Orizaba se
han documentado dos eventos de remoción en masa de alto impacto para la población. El
primero ocurrió en 1920 cuando un sismo ocasiono el descenso de un flujo de escombros
por la ladera Este, alcanzando 30km de longitud (Singh et al., 1984; Crausaz, 1994). El
segundo evento se genero en el 2003 en la ladera Sur, cuando después de un periodo de
lluvias intensas (260mm de precipitación en ese día), descendió por el cauce del Río
Chiquito-Barranca del Muerto un flujo de escombros considerado de baja magnitud al
inundar un área relativamente pequeña. El flujo ocasiono la ruptura y explosión de dos
ductos de hidrocarburos causando la pérdida de vidas humanas y económicas en la
comunidad de La Balastrera (Rodríguez et al., 2006; El Universal, 2003).
4
En zonas volcánicas montañosas, además de los factores de pendiente y precipitación, el
cambio de uso de suelo también constituye un factor determinante para la inestabilidad de
laderas, lo que intensifica la carga de material volcánico durante los flujos de escombros a
lo largo de las barrancas. El cambio de uso de suelo en la región del Volcán Pico de
Orizaba se da principalmente por cinco causas. La primera es la extracción de Pino y
Encino para comercialización de madera. La segunda es el cambio de cubierta vegetal
para el aprovechamiento agrícola del suelo, cultivando papa, haba, chícharo, frijol, chile y
maíz. La tercera es la extracción de depósitos piroclásticos para la elaboración de materia
prima para la construcción. La cuarta ocurre con alteración de los depósitos para la
inserción de ductos petroleros y la construcción de carreteras. Finalmente, la quinta
corresponde al crecimiento de zonas urbanas en las laderas del volcán (Cuanalo y
Melgarejo, 2002; Ellis y Martínez, 2010; Ruiz, 2004). Es necesario mencionar que la
vegetación natural contribuye a dar estabilidad a los depósitos volcánicos y reduce los
procesos erosivos eólicos (remoción de suelo) e hídricos (erosión laminar, formación de
cárcavas y surcos o intemperización de la roca); beneficios que no son otorgados por el
uso de suelo agrícola o urbano. Es por ello que la modificación que ocurre en el uso de
suelo de las laderas del Volcán Pico de Orizaba junto con la presencia de lluvias intensas,
acelera la velocidad e intensidad de procesos erosivos, originando la formación de flujos
de escombros al interior de los barrancos (Cuanalo y Melgarejo, 2002).
Ejemplos de la afectación por remoción en masa asociados a la lluvia han ocurrido en
varios volcanes de nuestro país y del mundo, demostrando el impacto que tienen los flujos
de escombros en las comunidades. Por ejemplo, en 1985 la erupción del Volcán Nevado
de Ruiz produjo flujos piroclásticos que fundieron los glaciares y la nieve ocasionando el
descenso de varios flujos de escombros hacia los sectores W, N y E matando a 23,000
personas que habitaban la base del volcán (Pierson et al., 1990). En Nicaragua durante
las intensas lluvias del huracán Mitch (1998), se produjo el colapso del flanco Sur del
Volcán Casitas, el colapso formo un flujo de escombros que mato a 2500 personas en las
comunidades El Porvenir y Rolando Rodríguez (Kerle et al., 2001). En nuestro país, en el
año 1995 tras tres días de intensa lluvias, descendió por la vertiente E del Volcán Nevado
de Colima un flujo de escombros, el cual enterró en forma parcial al municipio de
Atenquique con depósitos de hasta 8.9m y causo la muerte de más de 23 personas
(Saucedo et al., 2008). En el Volcán de Fuego de Colima, la temporada de lluvias de 2005
produjo 16 lahares que descendieron por las barrancas La Arena, La Lumbre y
5
Montegrande causando daños en la infraestructura eléctrica y carretera (Macías et al.,
2006). Estos eventos son ejemplo del riesgo que tienen las comunidades al habitar
laderas volcánica y cambiar su uso de suelo enriqueciendo con la erosión la
intemperización y fragmentación de material volcánico, aportando material que será
removido durante la temporada de lluvias.
Diseño de la investigación.
Objetivos Generales.
Determinar cuál es la influencia que tiene el cambio de uso de suelo en la formación de
deslizamientos al interior de la subcuenca del Río Chiquito-Barranca del Muerto.
Objetivos Particulares.
- Determinar la geomorfología y generar un mapa de unidades geomorfológicas del
relieve volcánico.
- Cuantificar la incidencia de deslizamientos por unidad geomorfológica y generar un
mapa del inventario de deslizamientos.
- Evaluar el cambio de uso de suelo entre 1999 y 2005 y generar un mapa de
cambio de uso de suelo.
- Categorizar el riesgo por deslizamientos y generar un mapa de riesgo de
deslizamiento por unidad geomorfológica y cambio de uso de suelo.
Hipótesis de Trabajo.
La intensidad de la influencia del cambio de uso de suelo en la formación de
deslizamientos dependerá de la unidad geomorfológica y del tipo de depósito en que se
presente con la hipótesis nula de que el cambio de uso de suelo no influye en la
generación de deslizamientos de laderas.
Marco Teórico de Referencia.
- Cambio de uso de suelos.
El cambio de uso de suelo en nuestro país se ha intensificado desde 1976 cuando se
tenía un 78.55% del territorio con vegetación natural que descendió a 71.03% en el año
2000. Para este mismo periodo, el uso de suelo antrópico (agrícola, ganadero o urbano)
aumento de 21.44% a 28.96% (Velázquez et al., 2002). SEMARNAT en 2009, reporta que
entre los años 1993 y 2000 se perdieron anualmente por el cambio de uso de suelo más
de un millón de hectáreas de vegetación silvestre. La principal causa del cambio de uso
6
de suelo es la obtención de terrenos viables para la agricultura, las actividades pecuarias
y la urbanización, utilizando técnicas de roza, tumba y quema para el desmonte
agropecuario. (Rosete et al., 2008).
Uno de los principales impactos que ocurren con el cambio de uso de suelos es la erosión
de los depósitos por la acción del agua. Esto se debe a que en un deposito desprovisto de
vegetación durante y posterior a un evento pluvial, inicialmente se da una pérdida de la
estructura del suelo debido al impacto de las gotas de lluvia, lo cual favorece las
escorrentías superficiales que arrastran materiales no consolidados en dirección a la
pendiente (erosión laminar). A su vez estos canales crecen y se conectan entre sí en
sitios cercanos al borde de los depósitos ocasionando la formación de surcos y
posteriormente cárcavas remontantes debido al escurrimiento superficial del agua de
lluvia (León, 2005; Rivera, 2006).
Esta erosión hídrica representa la fase inicial de los procesos de remoción en masa, ya
que ocasiona una gran inestabilidad al favorecer la intemperización, al expandir y contraer
el material parental formando fracturas y al proveer de movimiento a los depósitos y
generar deslizamientos. Por esta razón, la cobertura vegetal natural es importante ya que
proporciona protección física al suelo y estabilidad de laderas evitando los impactos
erosivos por la lluvia que se infiltra a través de las grietas que forman las raíces de las
plantas, y reduciendo la velocidad de la escorrentía con la resistencia que otorga la
vegetación (Rivera, 2006).
- Inestabilidad de laderas.
La inestabilidad de ladera es definida como un proceso geomorfológico relacionado con la
evolución de los paisajes que se expresa con movimientos de depósitos, rocas o detritos
siguiendo la dirección de la pendiente debido a la fuerza de gravedad (Varnes, 1978;
Cruden, 1991; Chacon et al., 2003).
Los movimientos gravitacionales pueden originarse por la influencia de factores externos
e internos. Los factores externos producen una mayor concentración de fuerzas motoras
como ocurre con las erupciones volcánicas, sismos, precipitaciones inusuales y
actividades antrópicas que involucran deforestación, excavaciones, exploraciones y
urbanización de los depósitos. Mientras que los factores internos reducen la resistencia de
los materiales, por ejemplo, parámetros geotécnicos, pendientes, vegetación y geología
7
que involucra la presencia de fracturas, la dureza de las rocas y la capacidad de
infiltración de los materiales (Cruden, 1991).
Existen diferentes clasificaciones de los productos derivados de la inestabilidad de laderas
como son la de Sharpe, 1938, Varnes, 1958 y 1975, Nemcok et al., 1972, Hutchinson,
1988, Sassa, 1989, Dikau et al., 1996, Cruden y Varnes, 1996 y Mendoza et al., 2002.
Esta última elaborada para nuestro país a raíz de un gran deslizamiento producto del
intenso periodo de lluvias ocurrido en 1999 en el estado de Puebla, clasificándolos así:
Derrumbes. Son movimientos abruptos de suelo erosionado y rocas que se
originan en pendientes abruptas y en acantilados, por lo que los fragmentos tienen
una caída libre.
Deslizamientos. Son movimientos de masa que siguen la pendiente del terreno, se
delimitan por superficies de falla que favorecen el descenso sobre la ladera
remanente. Pueden ser rotacionales arrastrando los materiales a través de una
superficie de falla cóncava o translacionales con un desplazamiento del material
en una superficie de falla plana.
Flujos. Son movimientos de suelos y rocas no consolidadas a través de una ladera
o cauce. Principalmente se dividen en flujos de lodo que son una mezcla de agua y
material no consolidado que fluye rápidamente sobre la pendiente; flujos de
detritos que es una mezcla de suelo, rocas, vegetación, aire y agua que desciende
rápidamente formando una masa viscosa; flujo de tierra muy lento que es una
mezcla de suelo y rocas con poca o nula presencia de agua; y finalmente los
lahares que son una mezcla de suelo y material piroclástico que se encauce en
una barranca volcánica debido al deshielo de un glacial o la presencia de una
lluvia.
De acuerdo con el proyecto UNESCO-RAPCA los productos de inestabilidad de ladera
mayores a 30m pueden diferenciarse en imágenes de satélite ETM y en campo con base
a la morfología, vegetación y drenaje que presenten. Así por ejemplo, los derrumbes
pueden detectarse por la presencia de caras libres con ausencia de vegetación en
pendientes de laderas de entre 20° a 30° y paredes verticales con pendientes mayores a
50°, la vegetación adyacente muestra una cicatriz vertical bien definida. En deslizamientos
rotacionales se observan formas cóncavas en la cabecera y convexas en la parte frontal
del deslizamiento, la vegetación muestra diferencias en su estructura con respecto a la
8
vegetación circundante y el drenaje muestra áreas de declive inverso. En el caso de
deslizamientos translacionales muestra una cabecera plana, lisa y relativamente poco
profunda con una superficie caótica frontal y una gradación en el tamaño de los bloques
respecto a la distancia y el drenaje es desviado por el lóbulo frontal. Los flujos de lodo
muestran una superficie cóncava con un área acumulativa plana y lobulada que sobresale
del cauce por el que descendió, la vegetación evidencia una destrucción parcial con una
ligera capa de sedimentos que la cubren en los bordes del cauce. Por su parte, los flujos
de detrito presentan muchas concavidades pequeñas al interior de una cicatriz mayor que
muestra la cabecera del flujo y que genera una destrucción muy marcada durante su
movimiento, la vegetación es destruida en toda su extensión y el drenaje se muestra
obstruido por la misma naturaleza caótica del depósito.
- Uso de Sistemas de Información Geográfica (SIG).
El uso de SIG en la evaluación de cambios del suelo e inestabilidad es requerido para la
captura de bases de datos espaciales, almacenamiento, manipulación, análisis, cambio
de uso de suelos, inestabilidad, modelado o cartografía de un fenómeno específico
apoyándose en una imagen en la que se mostrara la distribución espacial de los datos
capturados. Por su parte las técnicas de Percepción Remota (PR) se basan en el análisis
de la radiación electromagnética reflejada sobre los objetos, la cual es capturada por los
sensores remotos colocados en satélites, esta información genera datos que permiten la
determinación de los elementos o factores ambientales que la produjeron; contribuyendo
a la determinación, el análisis y la predicción de procesos que ocurren sobre la superficie
terrestre (Martínez y Díaz, 2005).
Al realizar el análisis de la distribución de objetos o procesos que acontecen en una
región determinada de nuestro planeta, la PR utiliza las longitudes de onda de infrarojo
cercano (0.75-1.1 μm), infrarrojo medio (1.1-15 μm), infrarrojo lejano o térmico (15-100
μm), visible (0.38-0.75 μm) y microondas (1 mm-30 cm); cuya intensidad de recepción
depende de las condiciones atmosféricas, el ángulo de observación, capacidad de
reflectividad, de absorción y transmisión de la radiación de los objetos. Por lo anterior, es
posible por ejemplo clasificar a los objetos no metálicos en cuerpos negros (con absorción
total de la radiación que reciben), cuerpos grises (absorben y emiten la radiación en
diferentes longitudes de onda) y cuerpos blancos (con reflectividad total de la radiación). A
su vez cada objeto tiene una variación particular en su capacidad de reflectividad
9
(porcentajes de radiación reflejada, absorbida o transmitida), lo que le permite tener una
caracterización visual única que se le conoce como firma espectral y que permite hacer
clasificaciones de las cubiertas terrestres.
Diversos estudios de clasificación de elementos en imágenes satelitales, se basan en la
distribución de las firmas espectrales del elemento que se desee analizar. En el caso del
cambio de uso de suelo por medio de técnicas de PR, se ha realizado la identificación de
diferencias en la distribución de cubiertas no solo al interior de una imagen sino haciendo
la comparación con imágenes de diferentes fechas; por lo que se pueden detectar y medir
los cambios que ocurren a través de tiempo en las cubiertas. A esta técnica se le llama
detección de cambios, la cual permite estimar y evaluar cambios en la cobertura del suelo
a través de la identificación de áreas deforestadas, áreas cultivadas, áreas urbanizadas o
áreas afectadas por inundaciones o vulcanismo (Williamson, 2009).
La detección de cambios se puede realizar a partir de una secuencia multi-temporal de
imágenes corregidas de forma radiométrica y geométricamente para que los resultados
sean lo más cercanos a las verdaderas modificaciones de la cubierta del suelo. Este
análisis multitemporal se puede implementar en imágenes de satélite comerciales
(Landsat ETM, SPOT y NOAA-AVHRR).
Inicialmente consiste en corregir geométricamente una imagen transformando las
coordenadas de sus pixeles a las coordenadas de una imagen de referencia, por medio
de un número suficientemente alto de puntos de control distribuidos homogéneamente en
la imagen para así tener una transformación de coordenadas más exacta. En este
proceso es conveniente que los puntos de referencia sean sitios cuya movilidad espacial
es poco probable. Una vez que se tiene la imagen corregida se calcula el nivel de gris de
los pixeles por medio de una convolución cubica que promedia el valor de los pixeles
cercanos, se puede utilizar el criterio de vecino más próximo, interpolación lineal o de16
pixeles vecinos. Este último es el más usado para obtener una mejor estimación del nivel
de gris.
Posteriormente se necesita realizar una corrección radiométrica para eliminar el ruido
provocado por las condiciones atmosféricas o lumínicas, esta se puede realizar por medio
de la especificación de histograma que modifica el nivel de intensidad de los pixeles de la
imagen, con lo cual se asigna un peso igual a todos los valores de los pixeles y el
histograma muestra barras que tienen el mismo valor. También se puede hacer una
corrección radiométrica con la utilización de un filtro que modifica en el histograma de la
10
imagen, la frecuencia o numero de pixeles con una determinada intensidad de reflectancia
o brillo (numero digital), asignándoles a los números digitales diferentes tonos de gris con
el fin de homogeneizar el histograma. Existen los filtros paso-baja si se desean eliminar
las frecuencias altas y homogeneizar los pixeles en una imagen con numerosos y notorios
cambios de brillo; o un filtro paso-alta que elimina las frecuencias bajas y realza los
bordes de imágenes con pocos cambios de brillo.
Por último, para obtener la imagen de cambios, la imagen corregida se resta a la imagen
de referencia y se toma el valor absoluto de los valores que resultaron.
Subsecuentemente, la imagen de cambios se segmenta en regiones con pixeles de un
valor de intensidad similar convirtiendo todo lo que sea superior a ese valor en 1 y lo que
sea inferior en 0 (umbralización de la imagen); para anular cambios debidos al ruido no
eliminado. Se filtra para retirar pixeles aislados y regiones con muy pocos pixeles y se
codifica mediante colores para hacer un realce de los cambios. Así, esta imagen puede
ser introducida a un SIG para realizar un mejor análisis de cambios de uso de suelo al
compararla con otras fuentes cartográficas.
Estructura Capitular.
Capitulo 1 Introducción. 1.1 Antecedentes. 1.2 Planteamiento del problema. 1.3 Justificación. 1.4 Hipótesis. 1.5 Objetivos. Capitulo 2 Cambio de uso de suelo y su influencia en la inestabilidad de laderas. 2.1 Cambio de uso de suelo. 2.1.1 Impacto del cambio de uso de suelo en el paisaje. 2.1.2 Evaluación del cambio de uso de suelos con percepción remota. 2.2 Dinámica de la inestabilidad de laderas. 2.2.1 Causas y consecuencias de la inestabilidad de laderas. 2.2.2 Inestabilidad de laderas en regiones volcánicas. 2.3 Relación entre cambio de uso de suelo e inestabilidad de laderas. Capitulo 3 Método. 3.1 Antecedentes del uso de suelo del Volcán Pico de Orizaba. 3.2 Metodología. Capitulo 4 Resultados. 4.1 Dinámica de las cubiertas de la subcuenca del Rio Chiquito-Barranca del Muerto 1999-2005. 4.1.1 Distribución de las unidades geológicas y geomorfológicas. 4.1.2 Evaluación del cambio de uso de suelo. 4.2 Características de los deslizamientos en la subcuenca del Rio Chiquito-Barranca del Muerto 1999-2005. 4.2.1 Distribución e incidencia de deslizamientos por unidad geomorfológica. 4.2.2 Análisis de probabilidad de deslizamientos por unidad geomorfológica. 4.3 Influencia del cambio de uso de suelo en los deslizamientos. 4.3.1 Análisis del riesgo a deslizamientos por unidad geomorfológica y cambio de uso de suelo.
11
4.3.2. Acciones preventivas ante deslizamientos asociados al cambio de uso de suelos. Capitulo 5. Discusión. Capitulo 6. Conclusión.
Metodología del Estudio.
Área de Estudio.
Para el análisis de la influencia del cambio de uso de suelo en la inestabilidad de material
piroclástico en la cima del Volcán Pico de Orizaba, se realizara una evaluación de cambio
de uso de suelo en la subcuenca del Río Chiquito-Barranca del Muerto, localizada en la
ladera Sur del volcán; subcuenca del Rio Blanco que tiene riesgo potencial de formación
de flujos de escombros durante la temporada de lluvias para las poblaciones de Ciudad
Mendoza, Nogales y Orizaba, donde habitan cerca de 500 000 personas (Rodríguez et al.,
2006). La subcuenca del Río Chiquito-Barranca del Muerto consta de un cauce principal
que tiene cerca de 30km de longitud con pendientes máximas de 5° a 90° y pendientes
promedio de 2° a 5° en depósitos piroclásticos y derrames de lava. El sector alto recibe el
nombre de Barranca del Muerto con una anchura de 10 a 15m en dirección norte-sur, en
tanto que en la zona media se le conoce como Barranca El Infiernillo cuyo ancho varia de
10 a 25m y presenta una orientación oeste-este, y finalmente el valle ubicado en la
comunidad de La Balastrera y Ciudad Mendoza es considerado como la zona baja de la
subcuenca y tiene una orientación oeste-este (Rodríguez et al., 2006). El régimen de
lluvias ocurre entre los meses de junio y octubre con una precipitación promedio de
150mm al día. La vegetación que se encuentran en la parte baja de la subcuenca (1700-
2600 m s.n.m.) corresponde a una mezcla de degradados bosques mixtos templados,
matorrales arbustivos, campos de cultivo y zonas de pastoreo. Hacia las partes más altas
de la subcuenca se observa la presencia un denso bosque de coníferas entre los 2600 y
3200 m s.n.m., en tanto que en la región superior a los 3200 m s.n.m. predominan los
bosques de abetos que disminuyen su densidad a los 4100 m s.n.m. para dar paso a una
vegetación de paramo.
Etapas del estudio.
- Etapa 1. Recopilación de información base.
Se realizara una búsqueda exhaustiva de material bibliográfico relativo a antecedentes e
información del área de estudio, cambio de uso de suelo, deslizamientos de ladera,
aplicaciones de la percepción remota y técnicas para la determinación-modelado del
cambio de uso de suelos y deslizamientos. Asimismo, se comenzara con la recopilación
12
de información cartográfica como son cartas topográficas, fotografías aéreas, ortofotos e
imágenes de satélite Landsat ETM disponibles para los años 1999 y 2005. También se
realizaran visitas de reconocimiento a la subcuenca con la finalidad de recaudar un
inventario de datos acerca de los actuales usos del suelo y de la incidencia de
deslizamientos.
- Etapa 2. Fotointerpretación del sitio.
Se hará un análisis e interpretación de fotografías aéreas para determinar la
geomorfología y los procesos gravitacionales, creando un primer mapa de unidades
geomorfológicas del relieve volcánico (susceptibles y no susceptibles de deslizamiento).
Asimismo, se realizara un mapa de deslizamientos por unidad geomorfológica. Estos
mapas se digitalizaran posteriormente.
- Etapa 3. Tratamiento de imágenes de satélite.
Inicialmente se procederá a realizar una corrección geométrica de las imágenes de
satélite, utilizando puntos de control distribuidos en la imagen, este proceso se apoyara en
el uso de una imagen correctamente georreferenciada y cartografía temática.
Posteriormente, en caso de que las imágenes muestren ligeros efectos de ruido, albedo o
nubes se utilizara la técnica de filtrado paso-baja con distribución Butterwort para
homogenizar componentes de alta frecuencia en el dominio de la Transformada de
Fourier y dejar inalteradas a las bajas frecuencias que serán con las que se trabajara.
Este filtrado consiste en seguir el teorema de convolución el cual aplica a una imagen la
transformada de Fourier para conocer los valores de pixel en el dominio de la frecuencia,
posteriormente se aplica la multiplicación de un filtro paso-baja con distribución
Butterwort, cuyo tamaño varía de acuerdo al ruido de la imagen, este filtro solo actúa en
pixeles centrales dejando inalterado el borde; así, los nuevos valores sustituyen a los
valores originales generando una imagen con menor variabilidad espacial de la escena.
- Etapa 4. Clasificación supervisada de unidades de uso de suelo y
deslizamientos.
Una vez tratadas las imágenes de satélite, se procederá a la combinación de bandas
TM3-TM4-TM5 para hacer el realce de vegetación y suelo descubierto; esta combinación
facilitara la clasificación supervisada de unidades de uso de suelo, la cual consiste en
determinar clases partiendo de un conocimiento previo del área de estudio que se ajuste
más con la realidad. Para ello se identificaran y delimitaran los polígonos representativos
de las distintas unidades y se utilizara el método de máxima probabilidad, el cual evalúa la
13
probabilidad de que un pixel pertenezca a una de las categorías colocándolo en la
categoría donde tenga mayor probabilidad de pertenecer, lo anterior para cada una de las
imágenes (1999 y 2005). Finalmente, se realizara una validación para comprobar la
exactitud de la clasificación, dicha validación se ayudara de una matriz de confusión con
datos de referencia obtenidos en campo y la categorización de pixeles que realizo por el
clasificador en cada unidad de uso de suelo. Los resultados mostraran en la diagonal de
la matriz al número de pixeles correctamente clasificados y en el resto de la matriz a los
erróneos. Como resultado tendremos un mapa de uso de suelo y uno de deslizamientos
para cada imagen.
- Etapa 5. Verificación en campo.
Dado que el sitio de estudio tiene una longitud 30km aproximadamente, se realizara una
verificación en campo de entre 15% y 25% de los mapas con la finalidad de resolver
posibles diferencias entre los mapas generados y la fotointerpretación, y para detallar la
cartografía generada.
- Etapa 6. Determinación del riesgo de deslizamientos.
Inicialmente se integrara la información de los mapas de geoformas, uso de suelo y
deslizamientos de diferente fecha junto con la información recabada en campo; con ello
se podrá asignar un rango de valoración con base en el número y la frecuencia de
deslizamientos por unidad geomorfológica. Lo anterior para poder categorizar el riesgo de
deslizamientos en las unidades geomorfológicas por uso de suelo e incidencia de
deslizamientos, utilizando las categorías de baja, mediana alta y muy alta con un criterio
semicuantitativo relacionando el número de deslizamientos por unidad geomorfológica.
Con esta categorización se procederá a realizar una reclasificación de las unidades
geomorfológicas para la generación de un mapa de riesgo de deslizamientos por unidad
geomorfológica y cambio de uso de suelo.
- Etapa 7. Entrega de Resultados.
Cronograma de Actividades.
1. Búsqueda y lectura bibliográfica. 2. Recopilación de material cartográfico. 3. Fotointerpretación. 4. Visitas a campo. 5. Procesamiento de datos de campo. 6. Examen tutoral. 7. Tratamiento de imágenes satelitales. 8. Clasificación supervisada de unidades de uso de suelo. 9. Clasificación supervisada de deslizamientos. 10. Realización del mapa de riesgos.
14
11. Elaboración de documento de tesis. 12. Solicitud de candidatura. 13. Preparación y participación en congresos. 14. Estancias académicas. 15. Preparación y envío de artículos especializados. 16. Entrega de documento de tesis. 17. Correcciones al documento de tesis. 18. Trámites administrativos para titulación. 19. Obtención de grado.
A 2012-1 2012-2 2013-1 2013-2 2014-1 2014-2
B 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6
1 x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x
2 x x x
3 x x x x x x x x x x x x x x x
4 x x x x x
5 x x x x x x x x x x
6 x x x x x
7 x x x x x
8 x x x
9 x x x
10 x x x x x x x
11 x x x x x x x x x x x x x x x x
12 x
13 x x x x
14 x x
15 x x x
16 x
17 x
18 x x x
19 x
A: Semestres B: Actividades.
Bibliografía.
Bocco, G., Mendoza, M. y Masera, O. (2001). La dinámica del cambio del uso del suelo en Michoacán. Una propuesta metodológica para el estudio de los procesos de deforestación. Investigaciones Geográficas 44.
Instituto de Geografía, UNAM. México. (18-38). Carrasco-Núñez, G., Vallance, J. y Rose, W. (1993). A voluminous avalanche induced lahar from Citlaltépetl
volcano, México: Implications for hazard assessment. Journal of Volcanology and Geothermal Research. 59(35-46)
Chacon, J., Irigaray, C., Fernandez, T. y El Hamdouni, R. (2003). Susceptibilidad a los movimientos de ladera en el sector central del la Cordillera Bética. En: Ayala, F, y Corominas, J. (eds.) Mapas de susceptibilidad a los movimientos de ladera con técnicas SIG. Fundamentos y Aplicaciones en España. 83-96. I.G.M.E, Serie Medio Ambiente. 4(191)
Crausaz, W. (1994). Pico de Orizaba or Citlaltépetl: Geology, Archeology, History, Natural History and Mountaineering Routes. Geopress International. (594).
Cruden, D. (1991). A simple definition of a landslide. Bulletin of the International Association of Engineering Geology. 43(27-29).
Cruden, D. M. y Varnes D.J. (1996). Landslide types and processes. In Turner, A. and Schuster, R. (Eds):
Landslides. Investigation and mitigation. Transportation Research Board Special Report 247. National Academy Press. Washington D.C. (36-75).
Cuanalo, O. y Melgarjo, G. (2002) Inestabilidad de Laderas Sierra Norte y Nororiental del Estado de Puebla. Ciencia y Cultura. 9.
De la Cruz-Reyna, S. y Carrasco-Núñez, G. (2002). Probabilistic hazard analysis of Citlaltépetl (Pico de Orizaba) Volcano, Eastern Mexican Volcanic Belt. Journal of Volcanology and Geothermal Research. 113(307-318).
Dikau, R., Brunsden, D., Schrott, L. y Ibsen, M. (Eds). (1996). Landslide recognition: identification, movement and causes. John Wiley and Sons. (251).
15
Ellis, E. y Martínez, M. (2010) Vegetación y Uso de Suelo. Patrimonio Natural. (205-226). El Universal, Estados. Estallido en Veracruz; 5 muertos. (6 de junio, 2003). Hutchinson, J.N. (1988). Morphological and geotechnical parameters of landslides in relation to geology and
hydrogeology. In Bonnard, Ch. (Ed.): Landslides. Proceedings 5th International Conference on Landslides.
Lausanne. 1(3-35). Kerle, N. y Wyk de Vries, B. (2001). The 1998 debris avalanche at Casita volcano, Nicaragua investigation of
structural deformation as the cause of slope instability using remote sensing. Journal of Volcanology and Geothermal Research. 105(49-63).
Leon, J. (2005). Estrategias para el control y manejo de la erosión en cárcavas. En: Cuadernos Ambiental. No. 2. Posgrados de Ambiental. Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. (88-101).
Macías, J. L. (2005). Geología e historia eruptiva de algunos de los grandes volcanes activos de México. Boletín de la Sociedad Geológica Mexicana. Volumen conmemorativo del centenario. Tomo LVII. 3(379-424).
Macías, J. L., Saucedo, R., Gavilanes, J., Varley, N., Velasco, S., Bursik, M., Gutierrez, V. y Cortés, A. (2006). Flujos piroclásticos asociados a la actividad explosiva del Volcán de Colima y perspectivas futuras. GEOS. 25(3).
Martínez, J. y Díaz, A. (2005). Percepción remota: fundamentos de teledetección espacial. Comisión Nacional del
Agua. Mendoza, M., Noriega, I. y Domínguez, L. (2000). Deslizamientos de laderas en Teziutlán, Puebla, provocados
por las lluvias intensas de octubre 1999. SEGOB. CENAPRED. Nemcok, A.; Pasek, J. y Ryber, J. (1972). Classification of landslides and other mass movements. Rock
Mechanics. 4(71-78). Palacios, D., Parrilla, G. y Zamorano, J. (1999). Paraglacial and postglacial debris flows on a Little Ice Age
terminal moraine: Jamapa Glacier, Pico de Orizaba (México). Geomorphology. 28(95-118). Palacio, J. L., Bocco, G., Velázquez, A., Mas, F., Takaki, F., Victoria, A., Luna, L., Gómez, G., López, J., Palma,
M., Trejo, I., Peralta, A., Prado, J., Rodríguez, A., Mayorga, R. y González, F. (2000). La condición actual de los recursos forestales en México: resultados del inventario forestal nacional 2000. Investigaciones Geográficas 43. Instituto de Geografía, UNAM. México, (183-203).
Pierson, T., Janda, R., Thouret, J. y Borrero, C. (1990). Perturbation and melting of ssnow and ice by the 13 November 1985 eruption of Nevado de Ruiz, Colombia, and consequent mobilization, flow and depositation of lahars. Journal of Volcanology and Geothermal Research. 41(17-66).
Pineda, N., Bosque, J., Gomez, M. y Plata, W. (2009). Análisis de cambio del uso de suelo en el Estado de México mediante sistemas de información geográfica y técnicas de regresión multivariantes. Investigaciones
Geográficas 69. Instituto de Geografía, UNAM. México. (33-52). Rivera, J. (2003). Las raíces de la vegetación como elementos estructurales en la estabilidad de laderas.
Seminario Internacional de Agricultura de conservación en tierras de ladera. (1-6). Rodríguez, S., Mora, I. y Murrieta, J. (2006). Flujos de baja concentración asociados con lluvias de intensidad
extraordinaria en el flanco sur del volcán Pico de Orizaba (Citlaltépetl), México. Boletín de la Sociedad
Geológica Mexicana. Número Especial de Geología Urbana. 2(223-236). Rosete, F., Pérez, J. y Bocco, G. (2008). Cambio de uso del suelo y vegetación en la Península de Baja
California, México. Investigaciones Geográficas. 67(39-58). Ruiz, R., (2006). Evaluación multitemporal de cambios en la cubierta vegetal y el uso del suelo en el sur de
Quintana Roo, México. Tesis Facultad de Filosofia y Letras. Sassa, K. (1989). Geotechnical classification of landslides. Landslide News. 3(21-24). Saucedo, R., Macías, J., Sarocchi, D., Bursik, M. y Rupp, B. (2008). The rain-triggered Atenquique volcaniclastic
debris flow of Octubre 16, 1955 at Nevado de Colima Volcano, México. Journal of Volcanology and
Geothermal Research. 173(69-83). Sharpe, C. (1938). Landslides and related phenomena. New Jersey. Pageant Books Inc. Sheridan M.F, Carrasco–Núñez G., Hubbard B.E., Siebe, C. y Rodriguez–Elizarraráz, S. (2001), Mapa de
Peligros del Volcán Citlaltépetl (Pico de Orizaba), escala 1:250,000: Universidad Nacional Autónoma de
México, Universidad Autónoma de Puebla, Gobierno del Estado de Veracruz, 1 mapa. Singh, S., Rodríguez, M. y Espíndola, J. (1984). A catalog of shallow earthquakes of México from 1900 to 1981.
Bulletin of the Seismological Society of America. 74(267-279). Varnes, D.J. (1958). Landslide types and processes. In Eckel, E. (Ed.) Landslides in Engineering Practice.
Highway Research Board. Special Report. 29(20-47). Varnes, D.J. (1978). Slope movement types and processes. In Schuster, R. and Krizek R. (Eds.) Landslides:
analysis and control. Transportation Research Board. Special report. 176(11-339). Velázquez, A., Mas, J., Díaz, J., Mayorga, R., Alcántara, P., Castro, R., Fernández., Bocco, G., Ezcurra, E. y
Palacio, J. (2002). Patrones y tasas de cambio del uso del suelo en México. Gaceta Ecológica. 62(21-37). Williamson, M. (2009). Análisis multitemporal para la detección de cambios en el uso de suelo en tres municipios
afectados por el huracán Juana. Wani. 58(52-57).
