Batimetría de lagunas mediante teledetección: ajustes de un modelo empírico en el sureste de Córdoba, Argentina.

A. Degioanni

Description

Resumen
El objetivo de este trabajo es estimar la batimetría de una laguna mediante el procesamiento de una imagen Landsat y calcular su capacidad de embalse. El mapa batimétrico se generó por correlación entre profundidades medidas y niveles digitales. El mejor ajuste se obtuvo con la banda 3 (r=0,81). Se generaron además mapas batimétricos por interpolación de las profundidades medidas. La correlación espacial entre estos mapas y el mapa generado con la imagen arrojó un Indice de Kappa de 0,24. El volumen embalsado se calculó con el método del área media. El volumen calculado sobre el mapa generado con teledetección resultó un veinte porciento menor que el calculado sobre los mapas generados por interpolación. Se concluye que la utilización de imágenes Landsat para el estudio de lagunas muy someras resulta más apropiado para estimar el volumen total embalsado que para generar mapas batimétricos.
Abstract
The objective in this work is to estimate a lagoon’s bathymetry by processing a Landsat image, and calculate its reservoir capacity. The bathymetric map was based on the correlation between actual depths and digital numbers. Band 3 delivered the best adjustment (r=0.81). More bathymetrics maps were generated by interpolation of actual depths. The spatial correlation between the image based map and the interpolation based maps resulted in a Kappa Index of 0.24. The lagoon’s volume was calculated with the mean area method. The volume calculated from the image map was twenty percent less than the volume calculated from the interpolation maps. The conclusion is that Landsat imagery applied to shallow lagoons’ studies can better suits volume estimation than the generation of bathymetric maps.

Sujets

• Batimetría
• Landsat
• Río Quinto
• Inundación
• Bathymetry
• Quinto River
• Floods

Informations

• Publié par: erevistas
• Publié le: 01 janvier 2002
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Extrait

Revista de Teledetección. 2002. 17: 89-95.
Batimetría de lagunas mediante teledetección:
ajustes de un modelo empírico en el sureste de
Córdoba, Argentina.
A. Degioanni, M. A. Reynero, J. Cisneros y A.Cantero
Correo electrónico: [e-mail]
Servicio de Conservación y Ordenamiento de Tierras (SECYOT)
Facultad de Agronomía y Veterinaria. Universidad Nacional de Río Cuarto
Ruta Nac. 36, Km 601 - X5804BJA Río Cuarto, Argentina
RESUMEN ABSTRACT
El objetivo de este trabajo es estimar la batimetría The objective in this work is to estimate a lagoon’s
de una laguna mediante el procesamiento de una ima- bathymetry by processing a Landsat image, and cal-
gen Landsat y calcular su capacidad de embalse. El culate its reservoir capacity. The bathymetric map
mapa batimétrico se generó por correlación entre pro- was based on the correlation between actual depths
fundidades medidas y niveles digitales. El mejor ajus- and digital numbers. Band 3 delivered the best adjust-
te se obtuvo con la banda 3 (r=0,81). Se generaron ment (r=0.81). More bathymetrics maps were genera-
además mapas batimétricos por interpolación de las ted by interpolation of actual depths. The spatial
profundidades medidas. La correlación espacial entre correlation between the image based map and the
estos mapas y el mapa generado con la imagen arrojó interpolation based maps resulted in a Kappa Index of
un Indice de Kappa de 0,24. El volumen embalsado 0.24. The lagoon’s volume was calculated with the
se calculó con el método del área media. El volumen mean area method. The volume calculated from the
calculado sobre el mapa generado con teledetección image map was twenty percent less than the volume
resultó un veinte porciento menor que el calculado calculated from the interpolation maps. The conclu-
sobre los mapas generados por interpolación. Se con- sion is that Landsat imagery applied to shallow lago-
cluye que la utilización de imágenes Landsat para el ons’ studies can better suits volume estimation than
estudio de lagunas muy someras resulta más apropia- the generation of bathymetric maps.
do para estimar el volumen total embalsado que para
generar mapas batimétricos. KEY WORDS: bathymetry, Landsat, Quinto river,
floods.
PALABRAS CLAVES: batimetría, Landsat, río
Quinto, inundación
su extensión hacia las provincias de La Pampa yINTRODUCCIÓN
Buenos Aires (Cisneros et al., 2001). Para la pre-
vención y control de las inundaciones provocadasEn el sureste de la provincia de Córdoba,
por el río Popopis o Quinto se realizan actualmenteArgentina, se encuentra un sistema de trece lagunas
estudios hidrológicos para los cuales resultainterconectadas que funciona como regulador de las
imprescindible conocer la capacidad de embalse decrecidas del río Popopis o Quinto (Cantero et al.,
las lagunas. A tales fines, la teledetección es una1998). La cuenca y el cauce del río están afectados
herramienta adecuada, ya que permite determinar elpor permanentes procesos de erosión, los cuales
producen arrastre de sedimentos que se depositan volumen de los cuerpos de agua a partir de la esti-
mación de su extensión y profundidad. La exten-en las lagunas y causan su colmatación. Las conse-
cuencias son, entre otras, la disminución de la capa- sión es determinada en base al claro contraste del
cidad de embalse y de la función reguladora de cre- agua con el resto de las cubiertas terrestres en el
cidas de todo el sistema, con el consiguiente espectro electromagnético, lo cual facilita su identi-
aumento del área inundada aledaña a las lagunas y ficación y delimitación (Jensen et al., 1986; Koeln,
N.º 17 - Junio 2002 89A. Degioanni, M. A. Reynero, J. Cisneros y A. Cantero
1986; Lunetta y Balogh, 1999; Dewivedi et al., MATERIALES Y MÉTODOS
1998; Gorgas et al., 2000; Degioanni, et al., 2000).
Por otro lado, la profundidad puede ser ser estima- De las trece lagunas del sistema, se seleccionó la
da mediante modelos empíricos que establecen una laguna La Margarita por ser la más importante por su
regresión lineal entre ese parámetro y la radiancia extensión y profundidad (Figura 1). Es un cuerpo de
del agua en las bandas del visible del espectro elec- agua muy somero, con profundidades en el orden de
tromagnético (Zhang et al., 1999). Lyzenga (1981) tres metros, con materiales en suspensión de alta
y Bierwirth et al. (1993) al estimar la profundidad reflectividad (sedimentos arenosos), particularmente
de cuerpos de agua clara, somera y con distribución durante las crecidas del río Popopis. En el momento
homogénea de sólidos en suspensión, determinaron del estudio la superficie del espejo de agua era de
que la reflectividad del agua es 1) función lineal del 761 hectáreas y no se registraba crecida del río.
tipo de sustrato del fondo y 2) función exponencial
de la profundidad. Smit (2001) confirma que la A los efectos de contar con datos de profundidad
radiancia que llega al sensor es función de la reflec- real se tomaron 75 medidas distribuidas en cuadrí-
tividad del sustrato del fondo, la atenuación por cula y cubriendo toda la superficie del espejo de
profundidad y los sólidos en suspensión en la agua. Esta tarea se realizó desde una embarcación
columna de agua. Estas funciones han sido aplica- utilizando una regla telescópica. Cada registro de
das con resultados satisfactorios por Corona profundidad fue georreferenciado con un receptor
Hinojosa et al. (1994) utilizando las tres bandas del GPS Garmin. Para el estudio mediante teledetec-
visible del sensor TM del Landsat 5 y por Hamren- ción la Comisión Nacional de Actividades
Larsson (1998) utilizando sólo la banda del azul del Espaciales (CONAE) de Argentina proveyó una
mismo sensor. En este trabajo se aplican esas fun- imagen Landsat5 TM, capturada en fecha contem-
ciones para estimar la profundidad de un cuerpo poránea a la medición de profundidad.
lagunar representativo del sistema de lagunas inter- Los primeros pasos para el procesamiento de la
conectadas del sureste de Córdoba. A partir de la imagen consistieron en la obtención de una ventana
batimetría resultante se calcula el volumen total abarcando el área de interés y en la transformación
embalsado por la laguna. de los niveles digitales a valores de radiancia regis-
Figura 1. Localización del área de estudio
90 N.º 17 - Junio 2002Batimetría de lagunas mediante teledetección: ajuste de un modelo empírico en el sureste de Córdoba, Argentina
trados por el sensor, utilizando la siguiente ecua- (D ) y las medidas de profundidad (z), según laa,k
ción (Chuvieco, 1996): siguiente ecuación:
[1] [3]z = − p D + fL = a + a ND k a,k kd ,k 0,k l ,k k
donde L es la radiancia espectral recibida por el Con los valores de p y f se estima la profundidadd,k k k
-2 -1 -1sensor para la banda k (en W m sr μm ), a y a utilizando todas las bandas en conjunto o de mane-0,k l,k
son los coeficientes de calibración para esa banda ra individual, aplicando la siguiente ecuación
y ND corresponde al nivel digital de la imagen (Corona Hinojosa et al., 1994):k
para esa misma banda. Posteriormente, se proce-
dió a la corrección geométrica de la ventana y a su 3 ln()D − ln(f )1 a,k kgeorreferenciación al sistema de proyección car- [4]z = ∑
tográfica Gauss Krüger. Para este paso se utiliza- 3 pk =n k
ron doce puntos de control previamente registra-
dos con el receptor GPS sobre cruces de caminos
en el área circundante a la laguna. No se aplicó donde z es la profundidad estimada en metros, Da,k
corrección diferencial a las lecturas GPS por con- es el valor de radiancia ajustada por profundidad
siderárselo innecesario para la corrección geomé- registrada por el sensor en la banda k, p es el coe-k
trica de esta subescena Landsat (Gao, 2001). La ficiente de atenuación por profundidad de la radian-
ventana georreferenciada se obtuvo mediante el cia en la banda k y f es el efecto del fondo sobre lak
ajuste de una ecuación polinómica de primer radiancia en la banda k.
grado, en tanto que la transferencia de niveles Con este procedimiento, realizado en Idrisi 2.0
digitales (ND) se realizó con el método del veci- (Eastman, 1997), se obtuvo el mapa batimétrico a
no más cercano. La transformación tuvo un error partir de la imagen Landsat. Para verificar la cali-
medio cuadrático (EMC) de 0,82 pixel. Final- dad de este mapa se generaron dos mapas batimé-
mente se digitalizó el perímetro de la laguna tricos a partir de la interpolación de sesenta regis-
sobre la composición falso color 4,5,3 para gene- tros de profundidad en Surfer Win32 Ver.6.03
rar una máscara que excluyó toda el área circun- (Golden Software, 1996), con dos interpoladores:
dante al cuerpo de agua. kriging —opción semivariograma esférico— y
El procedimiento para estimar la profundidad se triangulación. Se utilizaron los restantes quince
inicia c