Vulnerabilidad a la intrusión marina de acuíferos costeros con ArcGis

Para calcular la vulnerabilidad a la intrusión marina de acuíferos costeros usando ArcGIS, debemos, en primer lugar citar algunos aparte del artículo LA EXPLORACIÓN DE ACUÍFEROS COSTEROS COMO BASE DE SU GESTIÓN SUSTENTABLE por Emilia María Bocanegra. En este artículo la autora afirma que “la intrusión marina es un fenómeno de migración lateral y los métodos comúnmente utilizados para evaluar la vulnerabilidad de acuíferos sólo toman en cuenta la migración vertical de contaminantes (GOD y DRASTIC), por lo cual propone 2 nuevos indicadores, el SEA-GIndex y el SEA-Dindex, que están orientados a evaluar la intrusión salina lateral y no tienen en cuenta el movimiento vertical de contaminantes desde la superficie del terreno, por tanto, no incluyen las variables de suelo y zona no saturada. En la figura siguiente se puede observar este fenómeno.

Para la obtención del método SEA-GIndex se adaptó el método GOD incluyéndose dos nuevos parámetros, que juegan un papel importante en la posición de la interfaz agua dulce – agua salada:

• La distancia a la costa (en lugar de la distancia vertical al agua subterránea); la parte del acuífero más alejada de la costa es menos vulnerable a la contaminación por intrusión salina.
• La altura piezométrica (en lugar del grado de confinamiento hidráulico); Este factor es importante porque se convierte en una barrera natural contra el avance de la intrusión marina.
• El último factor y que se conserva del método GOD es la Litología; dependiendo de ella, el agua salada o salobre va a tener menor o mayor resistencia a contaminar el acuífero de agua dulce.

Con este método se pueden obtener vulnerabilidades en un rango de “insignificante” a “extrema”, tal como se muestra la siguiente figura.

Dado que en el proceso de reclasificación con Spatial Analyst solo se pueden introducir números enteros, debemos multiplicar cada una de las ponderaciones por 10, con lo cual el cuadro anterior quedaría de la siguiente manera.

En este trabajo de Emilia Bocanegra también se habla del método SEA-DIndex (que es una adaptación del método DRASTIC), para la evaluación de la vulnerabilidad de acuíferos costeros a la intrusión salina pero por ahora nos ocuparemos el método SEA-GIndex.

Para calcular la vulnerabilidad a la intrusión marina con ArcGIS, utilizando el método SEA-GIndex, debemos tener tres mapas: La distancia a la costa, La altura piezométrica y la Litología

Para realizar esta labor los insumos con los que contamos con el shape de línea de costa, la litología y nivel piezométrico, tal como se muestra en la siguiente figura.

Paso 1. Personalizamos los cálculos en Spatial Analyst en Añadiendo la mascara (Mask_I). La adición de la mascara se hace con el fin que solo sea tenida en cuenta nuestra área de interés en el análisis. para ello, de Spatial Analyst seleccionamos Options y en la pestaña General asignamos la carpeta “Vulnerabilidad” como directorio de trabajo y en Analysis mask colocamos Mask_I.

Damos clic en aceptar para aplicar los cambios.

Paso 2. La distancia a la costa. Se obtiene a partir de un shape de la línea de costa al que se le aplica la función Straight Line de la herramienta Spatial Analyst.

Para ello, de Spatial Analyst seleccionamos distancia seguido de Striaght Line, aparece una ventana donde rellenamos la siguiente información.

• Distance to: Colocamos el shape “lineaCosta”.
• Output cell size: colocamos el valor de 30.
• Output raster: Le damos el nombre de “Distancia” al archivo de salida.

Pulsamos Ok y obtenemos el siguiente resultado.

 

Paso 2.1. Reclasificación del raster de “distancia”. De acuerdo al cuadro de ponderaciones visto anteriormente, se tienen los siguientes rangos para reclasificar la distancia a la costa.

Distancia (km)	Distancia (m)	Peso
<1.5	<1500	10
1.5 a 3	1500 a 3000	9
3 a 6	3000 a 6000	7
6 a 10	6000 a 10000	4
>10	>10000	2

De Spatial Analyst seleccionamos Reclassify. En la ventana que aparece, en el campo Reclass field seleccionamos <Value> y damos clic en el botón Classify…

En la ventana siguiente hacemos lo siguiente.

• En Classes seleccionamos 5 (que será el número de rangos)
• En Break Values colocamos los valores 1500, 3000, 6000, 10000. El último valor que aparece no lo tocamos.

Damos clic en Ok y volvemos a la ventana inicial. En el campo New values colocamos los pesos correspondientes a cada uno de los rangos y en Output raster introducimos el nombre con el que se guardará el archivo de salida. En este caso “Distancia_R”

Al pulsar Ok …

Paso 3. La altura piezométrica. Se obtiene a partir de datos puntuales de monitoreo de niveles, interpolando los datos ya sea aplicando IDW, Spline o Kriging de la herramienta Spatial Analyst o aplicando un modelo geoestadístico a través de la herramienta Geostatistical Analyst.

En este caso de la herramienta Spatial Analyst seleccionamos Kriging

Aparece una ventana donde rellenamos la siguiente información.

• Input points: Seleccionamos el shape Niveles.
• Z Value field: introducimos el campo por medio del cual queremos hacer la interpolación. En este caso “NP” (nivel piezométrico).
• Output cell size: colocamos el valor 30.
• Output raster: Guardamos el archivo de salina con el nombre “Piezometria”.

En los demás campos dejamos los valores que aparecen por defecto.

Al presionar Ok obtenemos el siguiente resultado.

Vemos que no se le aplicó la máscara. No hay problema, la aplicaremos de la siguiente manera.

De ArcToolbox seleccionamos Spatial Analyst Tools seguido de Extract by Mask

En la ventana que aparece rellenamos la siguiente información.

• Input raster: seleccionamos el raster “piezometria” recién creado
• Input raster or feature mask data: seleccionamos el shape “Mask_I”.
• Output raster: como nombre del archivo de salida escribimos “E_Piezometria”.

Al pulsar Ok y modificar la simbología obtenemos lo siguiente

Paso 3.1. Reclasificación del raster de “piezometría” . De acuerdo al cuadro de ponderaciones visto anteriormente, se tienen los siguientes rangos para reclasificar la piezometría.

Nivel piezométrico (msnm)	Peso
>1	10
1 a 2.5	9
2.5 a 5	8
5 a 10	6
>10	3

De Spatial Analyst seleccionamos Reclassify, en la ventana que aparece, en el campo Reclass field seleccionamos <Value> y damos clic en el botón Classify…

En la ventana que aparece rellenamos la siguiente información.

• En Classes seleccionamos 5 (que será el numero de rangos)
• En Break Values colocamos los valores 1, 2.5, 5, 10. El ultimo valor que aparece no lo tocamos.

Damos clic en Ok y volvemos a la ventana inicial. En el campo New values colocamos los pesos correspondientes a cada uno de los rangos y en Output raster introducimos el nombre con el que se guardará el archivo de salida. En este caso “Piezometria_R”.

Al pulsar Ok …

Paso 4.Litología. A partir del shape de litología, vamos a Spatial Analyst, seleccionamos Convert seguido de Feature to raster. En la ventana que aparece rellenamos la siguiente información.

• Input features: Seleccionamos “Litología_I”.
• Field: seleccionamos el campo “Geol”.
• Output cell size: Introducimos el valor de 30.
• Output raster: Como nombre de salida colocamos “Litología”

Clic en Ok y obtenemos el raster de “litología” con la respectiva mascara aplicada…

Paso 4.1. Reclasificación del raster de Litología. De acuerdo al cuadro de ponderaciones visto anteriormente, se tienen los siguientes rangos para reclasificar la Litología.

Litología	Peso
Gravas, arenas, calizas y kars	10
Arenas eólicas, areniscas y rocas volcánicas	8 - 9
Loes	6
Rocas de baja permeabilidad	3 - 6

De Spatial Analyst seleccionamos Reclassfy, en la ventana que aparece indicamos lo siguiente:

• En el campo Reclass fiel seleccionamos <Value>, dado que solo existe un valor el cual corresponde a la “Arenisca” que conforma el acuífero podemos reclasificar de una vez.
• En el campo New values colocamos los pesos correspondientes a cada uno de los rangos y en Output raster guardamos el archivo de salida como “Litologia_R”.

Al pulsar Ok…

Paso 5. Algebra de mapas. A través de Raster Calculator multiplicamos los tres mapas hallados para determinar la vulnerabilidad a la intrusión marina por el método SEA-GIndex.

SEA-Gindex = [Distancia_R] * [Piezometria_R] * [Litología_R].

De Spatial Analyst seleccionamos Raster Calculator, en la ventana siguiente escribimos la ecuación correspondiente:

Clic en Evaluate y…

Cambiamos la simbología de acuerdo a los rangos que se muestran en la siguiente tabla

Rango	Calificación
V < 300	insignificante
300 < V < 500	baja
500 < V < 700	moderada
700 < V < 900	alta
900 < V < 1000	extrema

Obtenemos el siguiente map de indice de vulnerabilidad…

Este mapa de vulnerabilidad se construyó teniendo en cuenta niveles estáticos, en mi opinión las condiciones de explotación modifican la dinámica del flujo y el nivel piezométrico con lo cual se deberá calcular un nuevo mapa de vulnerabilidad teniendo en cuenta los niveles medios de explotación del acuífero.

REFERENCIAS.

• DETERMINACIÓN DE LA SUSCEPTIBILIDAD A LA CONTAMINACION SALINA EN EL ACUIFERO DEL EJE BANANERO DE URABA CON TECNICAS HIDROGEOQUIMICAS E ISOTOPICAS. Vanessa Paredes. Universidad de Costa Rica, 2010.

• LA EXPLORACIÓN DE ACUÍFEROS COSTEROS COMO BASE DE SU GESTIÓN SUSTENTABLE. Emilia María Bocanegra. Mar del Plata.