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UNIVERSIDAD MAYOR REAL Y PONTIFICIA DE SAN FRANCISCO XAVIER DE
CHUQUISACA
VICERECTORADO
CENTRO ESTUDIO Y POSGRADO E INVESTIGACIN
TESIS DE POSGRADO
Hidrogeologa e hidrogeoqumica del humedal altoandino de
Chaquilla (Potos-Bolivia)
Por
Luis Alberto Avila Borja
Tutor
Ing. MSc. Miguel Madrid
Maestra en Hidrogeologa y Recursos Hdricos
Sucre, Bolivia Agosto, 2013
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Resumen
Los humedales alto andinos comnmente llamados bofedales en
Bolivia, Peru y Chile son
peatlands o turberas de gran altitud que se desarrollan a pesar
de la aridez extrema, intensa
radiacin solar, fuertes vientos, oxigeno escaso, congelamiento
diario y cortos periodos de
crecimiento vegetal. Estas caractersticas distinguen a los
bofedales como ecosistemas nicos
que prosperan en los lmites extremos para la vida. Los bofedales
son aprovechados
principalmente para el pastoreo de camlidos debido a que
mantienen una cobertura vegetal
permanente, vale decir que estos ecosistemas son el ncleo
econmico de estas poblaciones.
El bofedal Chaquilla se desarrolla en una zona de transicin
entre la puna rida y hmeda del
departamento de Potos (Bolivia). La poblacin asentada a sus
orillas es tpicamente
representativa de las comunidades andinas de la Cordillera
Oriental que prosperan en zonas
con condiciones climticas severas para la actividad humana.
El objetivo de este estudio es caracterizar la hidrogeolgica e
hidrogeoqumica del bofedal
Chaquilla. Para tal efecto, se busca determinar los procesos que
controlan el flujo y aquellos
que previenen la nitrificacin, salinizacin y alcalinizacin.
El agua que ingresa al bofedal en un sistema de flujo regional y
a travs de los ros Taru y
Tabla Cruz proviene de zonas de recarga ubicadas en la formacin
Los Frailes que es el
depsito ms grande del mundo de un tipo de rocas volcnicas
llamadas ignimbritas. Los pH
neutros, la ausencia de carbonatos y altas concentraciones de
SiO2 brindan evidencia de que la
hidrogeoqumica est controlada por la meteorizacin de silicatos
de las rocas ignimbritas de
dicha formacin.
Valores elevados de pH, TDS y conductividad en aguas
superficiales del bofedal podra
deberse a una intensa evaporacin que resulta en la precipitacin
de minerales en la superficie.
En la zona de descarga del bofedal se ha detectado condiciones
altamente reductoras,
cantidades elevadas de CO2 y descarga de metano que podran estar
relacionadas a procesos de
oxidacin de materia orgnica y reduccin de nitratos.
[i]
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Discriminacin litolgica se efectu con mapeos de campo acompaados
de procesamiento de
imgenes multiespectrales Landsat. Se efectu el clculo de ndices
de vegetacin (NDVI) y
del infrarojo (NDII) en diferentes periodos para evaluar la
evolucin temporal de este
ecosistema, delimitar su extensin y ubicar zonas de descarga y/o
niveles freticos someros.
Balance energtico e hidrogeolgico regional se efectu con datos
del modelo GLDAS-2 no
muestran anomalas en las variables climticas e hidrogeolgicas ms
importantes.
Se instal una red de piezmetros para monitorear fluctuacin de
niveles y determinar la
conductividad hidrulica a travs de pruebas slug y anlisis de
tamao de grano. Se midieron
parmetros fsico-qumicos, alcalinidad, CO2 y se efectu toma de
muestras de agua
subterrnea y superficial para anlisis de iones mayoritarios y
SiO2.
Las conductividades hidrulicas varan entre 2E-4m/seg en las
capas de arena hasta 2E-7m/seg
en capas de turba muy descompuesta. Las velocidades de flujo
somero varan en un rango
entre 10 a 20 cm/da. Se ha verificado que la evaporacin es el
proceso ms importante para el
incremento de pH en el bofedal y se produce por degasificacin de
CO2 a la atmsfera. Aguas
sometidas a una fuerte evaporacin muestran valores elevados de
pH, Cl-, SO4-2, Na+, NO3
-,
HCO- y CO3-2; ausencia de SiO2 y bajas concentraciones de K
+ y Mg+2 se podran explicar por
precipitacin de silicatos como la illita, lo cual es consistente
con la deteccin de arcillas en el
lecho de la laguna efectuado con procesamiento de imgenes
Landsat.
Si bien el balance de masas establece la posibilidad de
contaminacin por nitratos
provenientes de la intensa actividad pastoril y de aguas
residuales, no se ha encontrado aguas
subterrneas con concentraciones mayores a 8mg/L, por lo que
parece evidente que los
nitratos son rpidamente reducidos en las capas de turba. Si bien
la modelacin de este
proceso establece valores de CO2 consistentes con los medidos en
campo, no es el caso del
pH, cuyos valores medidos son mucho menos cidos que los
estimados con el software
Phreeqc, lo cual podra explicarse por un proceso de mezcla con
aguas someras.
Estos resultados plasmados en un modelo conceptual
hidrogeoqumico no establecen
evidencias concluyentes de un proceso de salinizacin y
alcalinizacin de la superficie del
bofedal y muestran que la actividad pastoril no est produciendo
nitrificacin.
[ii]
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Reconocimientos
Esta investigacin ha sido desarrollada con soporte econmico y
logstico de la Agencia Canadiense
de Desarrollo Internacional (ACDI) y la Universidad de Calgary
en el marco de la Maestra en
Hidrogeologa y Recursos Hdricos de la Universidad San Francisco
Xavier.
Anlisis y visualizaciones usadas en este estudio fueron
producidas con el sistema de datos online
GIOVANNI, el cual es desarrollado y mantenido por el GES DISC de
la NASA, Analysis and
visualizations used in this study were produced with the
Giovanni online data system, developed and
maintained by the NASA GES DISC. I acknowledge the mission
scientists and Principal Investigators
of NASA Goddard Space Flight Center who provided the data used
in this research effort.
A mi tutor el Ing. MSc. Miguel Madrid por su paciencia y
valiosas sugerencias.
A David Bethune y a los docentes de la maestra por su dedicacin
al Programa.
Invaluable apoyo a esta investigacin fue otorgado por Servicio
Departamental de Caminos de
Chuquisaca, un reconocimiento especial en la persona del Arq.
Jos Lambertin.
Reconocimiento a docentes y estudiantes de la Facultad de
Geologa de la Universidad Autnoma
Tomas Fras por el apoyo brindado en el marco del convenio
firmado para este estudio.
A todos mis compaeros de la maestra en especial a Alberto
Aranibar, todos compartimos lo mejor y
lo peor en duras jornadas de trabajo.
[iii]
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Dedicatoria
Dios mo, nunca tu fuego bendito ser doblegado en este
espritu.
Madre ma tu fortaleza me acompaara por siempre.
A mi amada esposa y a mis tiernos hijos cuyo tiempo fue
arrebatado en la bsqueda del conocimiento.
[iv]
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Tabla de contenido
Captulo 1
Introduccin.....................................................................................
1
1.1. Humedales Altoandinos... 1 1.2. Objetivos.. 4 1.2.1.
Objetivo general....... 4 1.2.2. Objetivos Especficos... 4 1.3.
Establecimiento del problema...... 4 1.4. Organizacin de la
tesis............... 5 1.5. Supuestos y limitaciones para la
realizacin de la tesis... 5
Captulo 2 Descripcin del
sitio......................................................................
6 2.1. Estado del conocimiento del bofedal Chaquilla 6 2.2.
Descripcin del sitio de investigacin... 7 2.2.1.
Ubicacin....................................... 7 2.2.2. Topografa
y relieve... 7 2.2.3. Cobertura y uso actual del sitio.. 7 2.2.4.
Hidrologa.. 8 2.2.4.1. Rgimen de precipitacin...... 8 2.2.4.2.
Temperatura y evapotranspiracin..... 10 2.2.5. Geologa..... 11
2.2.6. Hidrogeologa.... 14
Captulo 3 Mtodos, materiales e instrumentacin.. 18 3.1.
Aplicacin de datos de sensores remotos...... 18 3.2. Procesamiento
de imgenes Landsat del espectro visible y del infrarojo. 22 3.2.1.
Composicin en canales Rojo Verde y Azul (RGB)..... 24 3.2.2.
Discriminacin litolgica supervisada, Anlisis de Componentes
Principales 24 3.2.3. Aplicacin de ndices de vegetacin y del
infrarojo.. 28 3.3. Balance energtico e hdrico...... 30 3.3.1.
Datos de precipitacin del satlite TRMM 31 3.3.2. Evapotranspiracin
y recarga regional con el modelo GLDAS. 33 3.4. Caracterizacin
hidrogeolgica..... 37 3.4.1. Seleccin de mtodos. 37 3.4.2.
Levantamiento topogrfico 39 3.4.3. Logging e instalacin de
piezmetros... 40 3.4.4. Determinacin de la conductividad
hidralica.. 42 3.4.4.1. Pruebas
slug.......................................................................................................
42 3.4.4.2. Distribucin de tamao de grano................... 44
3.4.5. Fluctuacin de niveles piezomtricos 46 3.5. Monitoreo y
modelacin hidrogeoqumica 47
[v]
-
3.5.1. Monitoreo de parmetros fisicoqumicos.. 47 3.5.2. Muestreo
y anlisis de iones mayoritarios. 47 3.5.3. Medicin de CO2 y
alcalinidad.. 50 3.5.4. Modelacin hidrogeoqumica 52
Captulo 4 Resultados y
discusin.................................................................
54 4.1 Geologa. 54 4.1.1. Geologa regional... 54 4.1.2.
Clasificacin no supervisada..... 55 4.1.3. Clasificacin
supervisada...... 57 4.1.4. Geologa local.... 60 4.2. Delimitacin
del bofedal, zonas de descarga y niveles freticos someros 61 4.3.
Balance energtico e hdrico regional................... 64 4.3.1.
Precipitacin...... 64 4.3.2. Evapotranspiracin y recarga regional
potencial.................. 68 4.4. Caracterizacin
hidrogeolgica..... 76 4.4.1. Estudio de la Cuenca. 76 4.4.2.
Estratigrafa de las capas someras. 78 4.4.3. Conductividad
hidralica.. 79 4.4.3.1. Pruebas slug........................... 79
4.4.3.2. Anlisis de tamao de grano.. 82 4.4.4. Fluctuacin de
niveles piezomtricos........ 85 4.4.5. Direccin y velocidad de
flujo de agua subterrnea.. 86 4.4.6. Modelo conceptual
hidrogeolgico....... 89 4.5 Caracterizacin hidrogeoqumica del
bofedal... 91 4.5.1. Parmetros fisicoqumicos.....................
91 4.5.2. Iones mayoritarios..... 93 4.5.3. Meteorizacin de
silicatos en la formacin Los Frailes.... 95 4.5.4. Efectos de la
evaporacin......... 96 4.5.5. Condiciones de oxidacin
reduccin.................... 102 4.5.6. Modelo conceptual
hidrogeoqumico.... 105
Captulo 5 Conclusiones y
recomendaciones.................................................
109
Referencias
bibliogrficas...............................................................................
111
Anexos
Anexo A: Resultados del procesamiento de imgenes Landsat........
120
Anexo B: Reporte
fotogrfico...........................................................................
152
Anexo C: Estratigrafa y piezmetros instalados... 160
Anexo D: Resultados pruebas slug 181
Anexo E: Resultados del anlisis de tamao de grano.. 188
[vi]
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Lista de tablas
Tabla 3.1. Resumen de satlites y aplicaciones en esta tesis.. 22
Tabla 3.2. Dominio, resolucin y regin del espectro electromagntico
de
instrumentos de los satlites TRMM y
Landsat............................................. 22 Tabla 3.3.
Matriz de covarianza del Anlisis de Componentes Principales de
bandas
1, 2, 3, 4, 5 y 7 de Landsat. 27 Tabla 3.4. Resumen de mtodos
para la evaluacin de la evapotranspiracin a escala
global, regional y local... 30 Tabla 3.5. Parmetros del modelo
Global Land Data Assimilation System................... 34 Tabla
3.6. Estilos o patrones de heterogeneidad de las facies en las
unidades
hidrogeolgicas.. 38 Tabla 3.7. Viscosidades cinemticas del agua
para diferentes temperaturas.. 44
Tabla 3.8. Formulas empricas para el clculo de la conductividad
hidralica en base a la distribucin de tamao de grano (GSD).. 45
Tabla 3.9. Descripcin general del proceso de muestreo de agua
subterrnea... 48 Tabla 3.10. Descripcin del equipo usado en el
proceso de muestreo de agua
subterrnea. 48 Tabla 3.11. Resumen de los puntos de toma de
muestras. 49 Tabla 4.1.1. Interpretacin de resultados de ACP usando
bandas Landsat 1345, 1457 y
123457 mostrados en los mapas 4.2.1. a 4.2.5... 56 Tabla 4.1.2.
Matriz de covarianza del Anlisis de Componentes Principales de
las
bandas 1 a 6 de Landsat de la cuenca del humedal Chaquilla... 58
Tabla 4.1.3. Eigenvalores y eigenvectores resultantes del Anlisis
de Componentes
Principales de bandas Landsat 1, 2, 3, 4, 5 y 7.. 58 Tabla 4.2.
Descripcin macroscpica de muestras de rocas ignimbritas 61 Tabla
4.3.1. Calculo de la conductividad hidrulica con las formulaciones
GSD de
Kozeni, Hazen y Schlichter 84 Tabla 4.3.2. Clculo de la
velocidad de flujo de agua subterrnea en el bofedal
Chaquilla entre los piezmetros P-2, P-4 y P-5. 86 Tabla 4.4.
Parmetros fsico qumicos medidos en la campaa del 10 al 13 de
agosto
de 2012... 92 Tabla 4.5.1. Resultados del anlisis de laboratorio
de iones mayoritarios de la campaa
del 6 al 13 de junio de 2012... 94 Tabla 4.5.2. Resultados del
anlisis de laboratorio de iones mayoritarios de la campaa
del 9 al 12 de agosto de 2012. 94 Tabla 4.6. Concentraciones de
SiO2 en agua subterrnea y superficial. 95 Tabla 4.7. Rangos
normales esperados de concentracin en agua dulce no
contaminada y fuente principal de elementos 96 Tabla 4.8.1.
Resumen de resultados del modelo de evaporacin en el agua
superficial
del bofedal Chaquilla. 101
[vii]
-
Tabla 4.8.2. Relacin de concentracin del Cl- de lluvia y el agua
de la capa de turba para evaluar la evapotranspiracin. 101
Tabla 4.9. Balance de masas para la estimacin de la carga de
nitratos y valores medidos con kit Hach. 104
Lista de figuras
Figura 2.1. Seccin transversal esquemtica de Sud Amrica en el
sector de los Andes Centrales que muestra a gran escala los
elementos principales que controlan el rgimen de precipitacin 9
Figura 2.2. Magmatismo Mioceno en el borde oeste de la
Cordillera Oriental 12 Figura 2.3. Erupciones piroclsticas de gran
volumen y de volumen intermedio en el
retroarco de los Andes bolivianos.. 13 Figura 3.1. Zonas del
espectro electromagntico usadas para aplicaciones en
hidrogeologa.. 21 Figura 3.2. Resumen de mtodos aplicados para
el procesamiento de imgenes
Landsat.... 23 Figura 3.3. Firmas espectrales de los materiales
ms importantes..... 26 Figura 3.4. Esquema para la definicin de
parmetros del balance de masas en las
zonas saturada y no saturada.. 36 Figura 3.5. Comparacin entre
resolucin y porcin de volumen del acufero testeado
para los mtodos core logging, pruebas de bombeo y ensayos
geofsicos. 39 Figura 3.6. Procedimiento de instalacin de piezmetros
en material de turba y arena
saturada usando un tubo de encamisado 40 Figura 3.7. Drive
points y tarugos fabricados en taller. 41 Figura 3.8. Fraccin de
CO2 en la atmsfera terrestre medido con satlite Aqua 51 Figura 4.1.
Modelo conceptual hidrogeolgico de la cuenca del bofedal Chaquilla
89 Figura 4.2. Modelo conceptual hidrogeolgico simplificado de la
cuenca del bofedal
Chaquilla. 90 Figura 4.3. Esquema conceptual simplificado de los
procesos hidrogeoqumicos... 106 Figura 4.4. Modelo conceptual de la
hidrogeoqumica. 107 Figura 4.5. Modelo conceptual
hidrogeolgico-hidrogeoqumico..................................
108
[viii]
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Lista de grficos
Grfico 2.1. Precipitacin, temperatura y evapotranspiracin media
mensual de la estacin Potos. 11
Grfico 4.1. Eigenvectores factores de carga de los tres primeros
componentes principales que contienen el 98% de la informacin de
las bandas Landsat 1, 2, 3, 4, 5 y 7 58
Grfico 4.2. Variacin del ndice de vegetacin (NDVI) de 22 abril
del 1990, 27 de mayo del ao 2000 y 18 de abril del 2006 en una
seccin transversal del bofedal Chaquilla mostrada en mapa 4.8.1.
63
Grfico 4.3.1. Perfil de precipitacin media anual en una seccin
norte-sur de la Cordillera de Los Andes atravesando la formacin Los
Frailes y el bofedal Chaquilla.. 65
Grfico 4.3.2. Perfil de precipitacin media anual en una seccin
este-oeste de la Cordillera de Los Andes atravesando el bofedal
Chaquilla. 65
Grfico 4.4. Serie de tiempo de la precipitacin diaria del primer
semestre del ao 2012 en el sector de la cuenca del bofedal con el
modelo 3B42 del satlite TRMM.. 66
Grfico 4.5. Series de tiempo de precipitacin mensual segn los
modelos Willmott-Matsuura (periodo 1950 a 1999), GLDAS-NOAH 2
(periodo 1950 a 2008) y TRMM 3B42 (periodo 1999 a 2011)... 67
Grfico 4.6.1. Serie de tiempo del balance de energa del modelo
GLDAS-2 (NOAH model) para el clculo de la evaporacin en la regin de
la cuenca del bofedal Chaquilla.. 69
Grfico 4.6.2. Serie de tiempo de la precipitacin y
evapotranspiracin del modelo GLDAS (NOAH Model) para la zona de la
cuenca del bofedal Chaquilla (S 19.75 a 19.95 y E 60.05 a 60.25).
70
Grfico 4.6.3. Serie de tiempo de escorrenta y cambio de
almacenamiento del modelo GLDAS (NOAH Model) y estimacin de la
recarga regional potencial mensual. 71
Grfico 4.6.4. Serie de tiempo de intervalo de 3 Hrs. de la
precipitacin, evaporacin y escorrenta total del modelo GLDAS 2
(NOAH Model) para el periodo enero a mayo de 2012.. 72
Grfico 4.6.5. Serie de tiempo de intervalo 3 Hrs. de la
escorrenta superficial, subsuperficial y cambio de humedad de la
zona no saturada del modelo GLDAS 2 (NOAH Model) para el periodo
enero a marzo de 2012 73
Grfico 4.6.6. Estimacin de la recarga regional potencial con
datos del modelo GLDAS (NOAH Model) con un balance de masas en zona
no saturada 73
Grfico 4.6.7. Recarga y evaporacin desde la zona saturada de
febrero de 2012.. 74 Grfico 4.7. Clasificacin de alturas y
pendientes en la cuenca... 77 Grfico 4.8. Perfil Longitudinal a lo
largo de la cuenca del bofedal Chaquilla. La
ubicacion del alineamiento se muestra en mapa
2D................................. 77 Grfico 4.9.1. Presencia de
ruido en los primeros segundos de realizacin de la prueba
slug test en piezmetro P-1... 80
[ix]
-
Grfico 4.9.2. Datos de respuesta de ensayos rising head
repetidos con distinto desplazamiento inicial y graficados en forma
normalizada.. 81
Grfico 4.10.1. Curva granulomtrica de la arena muestreada en
sobre el rio Taru a la altura de la poblacin de Chaquilla... 83
Grfico 4.10.2. Curva granulomtrica de la arena muestreada en los
alrededores de las rocas ignimbritas en la parte norte del bofedal.
83
Grfico 4.11.1. Aplicacin del mtodo de White para la estimacin de
la evapotranspiracin del agua somera en base a la variacin de
niveles en un periodo de 24Hrs.. 85
Grfico 4.11.2. Niveles piezomtricos estticos en el bofedal
Chaquilla.. 87 Grfico 4.11.3. Variacin de niveles estticos en el
bofedal Chaquilla. 88 Grficos 4.12. Variacin de ORP y OD con la
profundidad de la muestra para los
piezmetros P-12, P-15, P-23 y P-24 93 Grfico 4.13.1. Serie de
tiempo mensual de la presin de dixido de carbono en la
regin del bofedal Chaquilla (datos AIRX3C2M.005 satlite Aqua)..
98 Grfico 4.13.2. Molaridad de especies disueltas en un modelo
hidrogeoqumico de
evaporacin en el bofedal Chaquilla. 99 Grfico 4.13.3. Variacin
de la concentracin de CO2 acuoso respecto al pH en el
modelo de evaporacin mostrado en el grfico 4.13.2. 99 Grfico
4.14. Variacin de la concentracin de CO2 con la profundidad en
los
piezmetros P 12 y P 24 para las campaas de junio y agosto de
2012... 103 Grfico 4.15. Modelo preliminar de degradacin de materia
orgnica en el bofedal
Chaquilla....... 105
Lista de mapas
Mapas del captulo 2.
Mapa 2.1. Ubicacin del sitio de estudio. 15 Mapa 2.2. Mapa A:
Imagen del satlite CBERS de 2.5mx2.5m. Mapa B: Pendientes
en la cuenca del bofedal. Mapa C: Variacin de alturas en el
bofedal. Mapa D: Variacin de alturas en la cuenca.................
16
Mapa 2.3. Ubicacin del bofedal Chaquilla en las ecoregiones de
los Andes centrales... 17
Anexo A (Mapas del captulo 4)
Mapas 4.1. Geologa regional y composicin simple RGB.... 121 Mapa
4.1.1. Anlisis de Componentes Principales de bandas Lansat 7, 4 y 1
122 Mapa 4.1.2. Anlisis de Componentes Principales de bandas Lansat
7, 4 y 2 123 Mapa 4.1.3. Geologa
regional........................................................................................
124 Mapa 4.1.4. Composicin RGB simple de bandas Landsat de abril de
1990 125 Mapa 4.1.5. Composicin RGB en falso color bandas 543
gestiones 1990, 2000 y
2006. 126
[x]
-
Mapas 4.2 Clasificacin no supervisada de Anlisis de Componentes
Principales bandas 1345, 1457 y 123457. 127
Mapa 4.2.1. Tercer Componente
Principal.....................................................................
128 Mapa 4.2.2. Segundo Componente
Principal.................................................................
129 Mapa 4.2.3. Primer Componente
Principal.....................................................................
130 Mapa 4.2.4. Cuarto Componente
Principal.....................................................................
131 Mapa 4.2.5. Composicin RGB de Componentes Principales 132
Mapas 4.3. a 4.5. Clasificacin
supervisada............................................ 133 Mapa
4.3. Resumen de resultados Anlisis de Componentes Principales de
bandas
123457. 134 Mapa 4.4. Mapeo de Geologa local del rea circundante
al bofedal Chaquilla.. 135 Mapa 4.5.1. Clasificacin supervisada de
slice por el Anlisis de Componentes
Principales... 136 Mapa 4.5.2. Clasificacin supervisada de
arcillas por el Anlisis de Componentes
Principales... 137
Mapas 4.6. Composicin RGB de componentes principales. 138 Mapa
4.6.1. Composicin RGB del 1, 3 y 5 componentes principales.. 139
Mapa 4.6.2. Composicin RGB del 1, 2 y 5 componentes principales..
140 Mapa 4.6.3. Composicin RGB del 1, 2 y 5 comp.principales. Se
omite texturas
en el cuaternario.. 141 Mapa 4.6.4. Combinacin de operaciones
algebraicas y Anlisis de Componentes
Principales... 142 Mapa 4.7. Geologa
local.............................................................................................
143
Mapas 4.8. Indices de vegetacin y del infrarojo... 144 Mapa
4.8.2. Indice de Diferencia Normalizada de Vegetacin NDVI de abril
1990,
mayo 2000 y abril 2006.. 145 Mapa 4.8.1. Indice de Diferencia
Normalizada del infrarojo (NDII). 146
Mapas 4.9. a 4.13. Caracterizacin
hidrogeolgica................................ 147 Mapa 4.9.
Precipitacin Media Anual (1998-2010 satlite TRMM) en la
Cordillera
Oriental 148 Mapa 4.10. Ubicacin de piezmetros y puntos de
monitoreo.. 149 Mapa 4.11 Variacin del espesor de la capa de turba
en el Bofedal Chaquilla 150 Mapa 4.12. Curvas equipotenciales
correspondientes al 11 de agosto de 2012 151
[xi]
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Captulo 1
Introduccin
1.1. Humedales Altoandinos
Los bofedales son peatlands o turberas de gran altitud cuya
ubicacin est restringida a
cinturones alpinos y subalpinos de los Andes centrales (Otto M.
et al 2011; Madrid M. datos
no publicados). Los Humedales Alto Andinos (HAA) conocidos en la
bibliografa como High
Altitude Wetlands of the Andes (HAWA), son llamados comnmente
bofedales en Bolivia,
Peru y Chile, pertenecen a un tipo nico de humedales en un
entorno rido y semirido de las
altas regiones andinas (Alzerreca H. et al 2001). Los HAA se
desarrollan a pesar de la aridez
extrema, intensa radiacin solar, fuertes vientos, oxigeno
escaso, congelamiento diario y
cortos periodos de crecimiento vegetal. Estas caractersticas
distinguen a los bofedales como
ecosistemas nicos que prosperan en los lmites extremos para la
vida en las fras y ridas
regiones de Bolivia, Per y Chile (Squeo F. et al 1994, 2006). En
resumen, se sabe que los
bofedales son ecosistemas extremadamente frgiles por su
dependencia del agua, sensibles a
los cambios climticos y vulnerables a la alteracin por
actividades antropognicas..
Por una parte, el agua dulce y a veces poco salina de los
bofedales proviene de agua
subterrnea asociada a riachuelos proveniente de glaciares,
derretimiento de nieve y lluvia
(Squeo F. et al 2006; Otto M. et al 2011). Por otra parte,
parece ser que los bofedales
influencian la hidrologa a travs de la retencin de agua y el
crecimiento de vegetacin
cambiando la velocidad del flujo (Soliz H. 2011 datos no
publicados).
El bofedal Chaquilla se desarrolla en una zona de transicin
entre la puna rida y la hmeda y
la poblacin asentada a sus orillas es tpicamente representativa
de las comunidades andinas
de la Cordillera Oriental de Bolivia que se ubican en las
orillas de los bofedales en zonas con
condiciones climticas severas para la actividad humana. A
orillas del bofedal Chaquilla se
asienta la comunidad del mismo nombre cuyos habitantes se
dedican a la crianza de llamas,
ovejas, cerdos y bovinos, actividad que ha determinado un fuerte
impacto sobre las especies
vegetales nativas (ISA Bolivia, 2005), vale decir que los
bofedales son el ncleo econmico de
[1]
-
los pobladores de este tipo de regiones (Alzrreca H. et al
2001). El bofedal Chaquilla
prospera en condiciones climatolgicas extremas, en razn de que
la precipitacin es de solo
326 mm/ao y la evapotranspiracin de 264mm/ao est ligada a una
intensa radiacin solar y
fuertes vientos.
Actualmente la comunidad cientfica internacional est
intensificando el estudio integral de las
regiones montaosas; reconociendo la importancia de estas
regiones, las Naciones Unidas
declaro al ao 2002 como el ao Internacional de las Montaas. Ms
aun, el programa
International Geosphere Biosphere Programme (IGBP) inicio el
proyecto Mountain Research
Initiative (MRI), el cual se enfoca en el impacto del cambio
climtico global en regiones
montaosas y asume que el calentamiento global tendr importantes
consecuencias en dichas
regiones. (Viviroli D. et al 2011, Buytaert W. et al 2010).
Adicionalmente, la comunidad cientfica est efectuando esfuerzos
conjuntos para la
preparacin de estrategias de adaptacin al cambio global. Una
importante cantidad de
informacin procesada y datos crudos de sensores remotos de
diferentes programas
relacionados a las ciencias de la tierra estn ahora disponibles
a travs del Global Change
Master Directory (GCMD) de la Administracin Nacional de
Aeronutica y el Espacio
(NASA por sus siglas en ingles). Este proyecto tiene por misin
asistir a investigadores,
legisladores y pblico en general en el acceso a datos e
informacin accesoria (incluyendo
informacin relacionada a los instrumentos y plataformas) que es
relevante en trminos del
cambio global y las ciencias de la tierra. Es as que en la pgina
web del GCMD Goddard
Space Flight Center (GCMD GSFC) se tiene acceso a modelos
globales, algoritmos de
procesamiento, anlisis y visualizacin de datos que marcan el
estado del arte en esta ciencia.
Por otra parte, en un mbito ms especifico, una intensa
investigacin se est efectuando para
estudiar el retroceso de los glaciares andinos en el escenario
actual de cambio climtico
(Ramrez E. 2006). Sin embargo, los modelos de balance de masas
no incorporan las variables
de almacenamiento de agua subterrnea y por lo tanto ignoran el
efecto de los bofedales sobre
el ciclo hidrolgico (Soliz H., 2010 datos no publicados).
[2]
-
Una revisin exhaustiva de la literatura dedicada a la
investigacin de los humedales
altoandinos permite establecer que en contraposicin a los
avances en el conocimiento
cientfico de humedales y turberas ubicadas en el hemisferio
norte de los cuales se puede
encontrar miles de artculos y estudios, los humedales
altoandinos son poco conocidos (Squeo
F. et al 2006 y aun son limitados los estudios cientficos que se
realizan de ellos.
Hasta el momento, el conocimiento de humedales altoandinos ha
sido derivado principalmente
de estudios a pequea escala de sitios nicos ubicados en
diferentes partes de los Andes y
basados esencialmente en estudios biolgicos y aplicacin de datos
de sensores remotos (Otto
M. 2011). En Bolivia se han efectuado estudios para conocer las
caractersticas, distribucin y
casos de manejo de los bofedales en Bolivia (Prieto G. 2008; De
la Barra N. y Bilbao J. 2005).
En el campo especifico de la hidrogeologa de los bofedales, en
2008 Miguel Madrid aplic
mtodos hidrogeolgicos, hidrogeoqumicos e isotpicos para estudiar
dos bofedales
localizados en la cuenca del Rio Huasco en la III Region de
Chile. Tambin en esta temtica,
una primera experiencia en nuestro pas fue el estudio
hidrogeolgico del bofedal del nevado
Illimani, que fue realizado por Hugo Sols en el marco de la
primera versin de la Maestra en
Hidrogeologa y Recursos Hdricos y con el apoyo de la ONG Agua
Sustentable. En dicho
estudio, el bofedal fue caracterizado como un acuitardo, por lo
cual los cursos de agua serian
alimentados principalmente por precipitacin y el deshiele del
glaciar.
Debido a los pocos estudios cientficos al respecto, muchas
preguntas quedan por contestar.
Por ejemplo, es importante conocer si ellos son alimentados por
sistemas de flujo regional
siendo recargados en las cabeceras de las cuencas por la fusin
del hielo glacial y nieve o si
ellos son alimentados por sistemas de flujo de agua subterrnea a
una escala regional y local.
En razn de que la hidrogeologa fsica e hidrogeoqumica son
ciencias multidisciplinarias con
fundamentos y procedimientos de validez universal, es evidente
que el estado del arte en estas
ciencias son perfectamente aplicables al estudio de los
humedales altoandinos, pero teniendo
en cuenta las particularidades propias de estos. Es as que el
estudio del bofedal Chaquilla se
efecta con metodologas pertenecientes a las mltiples disciplinas
que forman parte de la
hidrogeologa fsica y qumica, las cuales se explican en detalle
en el captulo 3.
[3]
-
1.2. Objetivos
1.2.1. Objetivo general
El objetivo de esta investigacin es efectuar la caracterizacin
hidrogeolgica e
hidrogeoqumica del bofedal Chaquilla (Potos-Bolivia). Para tal
efecto, se busca determinar
los procesos que controlan el flujo y aquellos que previenen la
nitrificacin, salinizacin y
alcalinizacin.
1.2.2. Objetivos especficos - Justificar y organizar la
investigacin.
- Establecer el estado actual de conocimiento del bofedal
Chaquilla y determinar los
mejores mtodos para su estudio desde un punto de vista
hidrogeolgico.
- Caracterizar la geologa, precipitacin, evapotranspiracin y
recarga a escala regional.
- Caracterizar la geologa, evapotranspiracin, conductividad
hidrulica, velocidad y
sistema de flujo en el bofedal y elaborar un modelo conceptual
hidrogeolgico.
- Caracterizar y modelar los procesos principales que controlan
la hidrogeoqumica en el
bofedal. Determinar si la evapotranspiracin est produciendo
salinizacin-
alcalinizacin en el bofedal y si las condiciones de
oxidacin-reduccin previenen la
contaminacin por nitratos. Elaborar un modelo conceptual
hidrogeoqumico.
1.3. Establecimiento del problema
El bofedal Chaquilla se constituye en un ecosistema estratgico
de adaptacin a condiciones
extremas para la vida; sin embargo, en la actualidad los
pobladores se niegan a utilizar el
bofedal como fuente de agua para consumo por temor a las
sustancias que precipitan a lo largo
del bofedal adems de un probable incremento en las emisiones de
metano que se observa en
forma de salida de burbujas y por su olor caractersticamente
desagradable.
Los pobladores expresan temor sobre la calidad de las aguas y
efectos nocivos sobre la salud y
atribuyen esos efectos a un cambio radical en el clima, cuyo
conocimiento subyace en
prcticas y costumbres ancestrales en el uso de los bofedales
como entidades nicas para su
subsistencia.
[4]
-
Por lo tanto, se establece el problema como la posible
degradacin del bofedal Chaquilla por
procesos de salinizacin-alcalinizacin y nitrificacin;
considerando a este ecosistema como
un punto estratgico de adaptacin a fenmenos de cambio
climtico.
1.4. Organizacin de la tesis
En el captulo 1 se justifica y organiza coherentemente la
investigacin. En el captulo 2 se
presenta el estado actual del conocimiento del bofedal Chaquilla
efectundose una descripcin
general del sitio de estudio.
En el captulo 3 se describe rigurosamente los mtodos, materiales
e instrumentos utilizados
en esta investigacin; estableciendo las posibilidades de
aplicacin de los avances en las
disciplinas que concurren en la hidrogeologa e hidrogeoqumica
como ciencias
multidisciplinarias, destacndose el procesamiento de datos de
sensores remotos, la
piezometra y la modelacin hidrogeoqumica.
En el captulo 4 presentan los resultados en el mismo orden
secuencial y se acompaa la
discusin de los resultados. Finalmente, en el captulo 5 se
proponen las conclusiones y
recomendaciones resultantes del trabajo de investigacin.
1.5. Supuestos y limitaciones para la realizacin de la tesis
Los supuestos asumidos en la realizacin de esta investigacin
estn referidos a la validez de
las simplificaciones necesarias para comprender y modelar los
complejos procesos que
controlan la hidrogeologa fsica y qumica, las cuales se expresan
en modelos conceptuales
simplificados.
Las limitaciones para la realizacin de la investigacin estn
relacionadas al tiempo y recursos
econmicos limitados, de tal manera que se efecta un monitoreo
peridico de niveles y
parmetros fsico qumicos y se realiza dos campaas de toma y
anlisis de muestras.
[5]
-
Captulo 2
Descripcin del sitio
2.1. Estado del conocimiento del bofedal Chaquilla
El ao 2005, el Instituto Socioambiental de Bolivia (ISA) elaboro
una propuesta tcnica para
la elaboracin del proyecto comunitario de manejo de bofedales de
la comunidad de
Chaquilla, como documento de solicitud de financiamiento ante la
Corporacin Andina de
Fomento (CAF) y el Banco Interamericano de Desarrollo (BID) bajo
el formato de
presentacin de proyectos del GEF, y que estaba enmarcado en las
polticas nacionales de
manejo de las tierras del rea altoandina de Bolivia y de
prevencin de desertificacin.
Por otra parte, en diciembre de 2010, la Administradora
Boliviana de Carreteras (ABC) lanzo
la licitacin pblica para la Supervisin tcnica y ambiental de la
carretera Potos - Uyuni,
un componente importante de dicha supervisin es el tem 11,1,2,4
denominado Plan de
Manejo de bofedales y Capacitacin de Manejo Sostenible del
Humedal Chaquilla, el cual se
enmarca dentro del componente socioambiental y Plan de Prevencin
y Mitigacin Ambiental.
Dentro de este Plan de Prevencin y Mitigacin, el consultor deba
realizar una confeccin
clara y detallada del alcance y delinear objetivamente los hitos
de pago para las capacitaciones
que se tienen para el Plan de Manejo del Bofedal Chaquilla y la
Capacitacin para
Productividad Artesanal en dicha poblacin. Para dicho efecto
cuenta con la informacin
disponible del Estudio de Evaluacin de Impacto Ambiental (EEIA)
y la documentacin
generada por la consultora que efectu el diseo final del
proyecto.
Posteriormente, la ABC contrat servicios de consultora para
efectuar un estudio
hidrogeolgico del Bofedal Chaquilla con el objetivo de
determinar el impacto de la
construccin de la carretera si sta atravesaba el bofedal. Como
resultado de este estudio, se
defini la construccin de una variante que rodea el bofedal por
el sector sur y atraviesa las
aguas del ro Taru que sale del bofedal por medio de una
alcantarilla en la progresiva 72+887.
Pese a haberse efectuando mltiples gestiones para tener acceso a
dicho estudio, la
informacin se maneja con absoluta reserva y solo se ha tenido
acceso al diseo de la variante.
[6]
-
2.2. Descripcin del sitio de investigacin
2.2.1. Ubicacin
El bofedal Chaquilla debe su nombre a la poblacin asentada a sus
orillas sobre el kilmetro
67 de la carretera que une las ciudades de Potos y Uyuni y que
fue recientemente inaugurada.
La zona de estudio se ubica en el Departamento de Potos en el
territorio del Municipio de
Porco segunda seccin de la provincia Antonio Quijarro entre las
coordenadas 194937-
195423de latitud y 6609'51''- 6608'42'' de longitud y una altura
media de 3750 m.s.n.m.
Limita al oeste y al sur con el municipio de Tomave, al norte
con el municipio de Yocalla y al
este con el municipio de Potos, los dos ltimos pertenecientes a
la provincia Tomas Fras (ver
Mapa 2.1.). El departamento y la ciudad de Potos son famosos en
el mundo por la riqueza
mineral que ha sido explotada desde tiempos de la colonia
espaola.
2.2.2. Topografa y relieve
El bofedal se orienta de norte a sur segn la direccin de los ros
Taru y Tabla Cruz; el sitio de
estudio se encuentra en un valle formado entre dos serranas que
corren paralelamente de norte
a sur por una extensin de 5 Km con un ancho de 1.6 Km a la
altura de la poblacin de
Chaquilla y que disminuye gradualmente hasta el lmite sur del
bofedal. La pendiente media
del primer tramo de la superficie del bofedal es de 0.4%
mientras que la del segundo tramo es
de solo 0.3%; esto significa, que la superficie del bofedal es
prcticamente horizontal (ver
mapas 2.2.).
2.2.3. Cobertura y uso actual del sitio
El sitio es tpicamente representativo de las comunidades andinas
de la Cordillera Oriental de
Bolivia que se ubican a orillas de los bofedales en zonas con
condiciones climticas severas
para la actividad humana y en las cuales prima una intensa
actividad pastoril (Carafa T. 2009).
En el sector del bofedal de Chaquilla se asienta la comunidad
del mismo nombre cuyos
habitantes se dedican a la crianza de llamas, ovejas y cerdos,
actividad que ha determinado un
fuerte impacto sobre las especies vegetales nativas del bofedal
(ISA Bolivia 2005). Debido a
que los bofedales mantienen una cobertura vegetal durante la
mayor parte del ao, son
[7]
-
aprovechados principalmente en la poca seca para el pastoreo de
ganado camlido, actividad
que favorece el asentamiento humano, vale decir que los
bofedales son el ncleo econmico
de los pobladores de este tipo de regiones (Alzerreca H. et al
2001).
El bofedal Chaquilla cubre un rea total de 2168Ha. de las
cuales, actualmente, 1445Ha. Estn
cubiertas permanentemente por vegetacin; el abanico aluvial que
forma el ro Tabla Cruz a su
ingreso al bofedal tiene una extensin de 645Ha. El rea
circundante se caracteriza por la
predominancia de superficies descubiertas inestables con
depsitos de arena en las serranas y
montaas que rodean el bofedal. Asimismo, destacan pero de forma
dispersa depsitos de
suelo salino y pequeos campos temporales de nieve. La vegetacin
predominantemente en
los sectores aledaos al bofedal es arbustiva y herbcea
graminoide con sinusia arbustiva
xeromrfica.
2.2.4. Hidrologa
2.2.4.1. Rgimen de precipitacin
La cordillera de Los Andes representa la mayor barrera
topogrfica para la circulacin
atmosfrica en Sud Amrica. En la porcin central (15 a 27 S), la
barrera de Los Andes
forman la provincia Altiplano-Cordillera Occidental
caracterizadas por zonas ridas y
semiridas. Siguiendo criterios de clasificacin de ecoregiones
(Olson et al 2001 WWF 2001)
y segn rangos de precipitacin indicados por Squeo F. et al
(2008), se ha efectuado la
ubicacin del bofedal Chaquilla en las ecoregiones de los Andes
centrales. La Precipitacin
Media Anual (PMA) ha sido calculada con datos 3B43 del periodo
1998 a 2010 del satlite
Tropical Rainfall Measurement Mission (TRMM) disponibles en el
Goddard Earth Sciences
Data and Information Service Center (GES DISC) de la NASA. Segn
estos criterios, el
bofedal Chaquilla se ubica en la puna semihmeda que se ubica en
un rango de precipitacin
de 250 a 500 mm anuales (ver mapa 2.3.).
La fuente de humedad para lluvia en los flancos del este de la
cordillera de Los Andes es
principalmente el ocano Atlntico con humedad de recirculacin
proveniente de la cuenca del
Amazonas (Vera et al 2006). Durante el verano austral, el
anticicln de ncleo clido
[8]
-
(Bolivian High) se desarrolla en la parte superior de la
troposfera sobre la regin del
Altiplano-Cordillera occidental y sobre los flancos orientales
adyacentes de la cordillera de los
Andes (Vera et al 2006). En recientes investigaciones se ha
utilizado datos TRMM 2B31 para
diferenciar zonas de mayor precipitacin por efectos orogrficos
en la cordillera de Los Andes
centrales (Bookhagen B. et al 2008) y se ha efectuado anlisis de
datos TRMM 3B42
(resolucin temporal horaria) para identificar la ocurrencia de
eventos extremos de
precipitacin (Scheel et al 2011).
Figura 2.1. Seccin transversal esquemtica de Sud Amrica en el
sector de los Andes Centrales que muestra a gran escala los
elementos principales que controlan el rgimen de
precipitacin (SAMS) (Fuente CLIVAR Web site online at
http://www.clivar.org).
[9]
-
No existe informacin meteorolgica de la cuenca de los ros Taru y
Tablacruz que
alimentan el bofedal, pese a que exista en el pasado una estacin
meteorolgica ubicada en
la poblacin de Chaquilla. Por consiguiente, se utiliza datos de
precipitacin mensual
TRMM 3B43 del satlite Tropical Rain Measurement Mission TRMM y
se compararan los
valores con datos recabados de la estacin meteorolgica de Potos
que es la ms cercana y
est ubicada aproximadamente a la misma altura y tiene
similitudes fsicas y
climatolgicas. No se ha encontrado estudios del rgimen de
precipitacin en la zona de la
cuenca del Bofedal Chaquilla ni tampoco en la regin de las
cuencas vecinas. Los datos de
la estacin pluviomtrica de Chaquilla son incompletos y no se
pueden utilizar para
caracterizar el rgimen de precipitacin ni para calibrar los
datos del satlite TRMM. En el
captulo 3 se discute en profundidad la aplicacin de datos del
satlite TRMM para
caracterizar el rgimen de precipitacin.
De acuerdo a los datos del Servicio Nacional de Meteorologa e
Hidrologa (SENAMHI)
de la estacin de Potos, la precipitacin media anual es de 410 mm
por ao,
caracterizndose por una secuencia de aos secos (La Nia) y aos
hmedos (El Nio); se
estima que el fenmeno del nio ocurre en promedio cada cinco aos.
En la figura 2.2. se
muestran las precipitaciones y temperaturas medias mensuales
para un periodo de registro
de 15 aos. Es notable que el valor de la precipitacin media
anual para la ciudad de Potos
(400mm) calculada con datos del satlite TRMM vare solamente en
un 2.5% del valor
obtenido con datos del SENAMHI (410mm).
2.2.4.2. Temperatura y evapotranspiracin.
De acuerdo a datos del SENAMHI de la estacin de Potos, la
temperatura media anual es
9.2C mientras que las temperaturas mnimas medias mensuales son
menores a los 4.47C
y con valores menores a 0C entre los meses de mayo a
septiembre.
De acuerdo al balance hdrico efectuado por la Facultad de
Geologa de UATF, se produce
un dficit en el periodo comprendido entre los meses de mayo a
noviembre y la
evapotranspiracin calculada para la poca de lluvias es de
63mm.
[10]
-
Grfico 2.1. Precipitacin, temperatura y evapotranspiracin media
mensual de la estacin Potos.
2.2.5. Geologa
Los bordes de la Cordillera Oriental estn recubiertos por vastas
acumulaciones de
ignimbritas daciticas Mio-Pliocenas de las mesetas de Morococala
y de los Frailes, las
cuales indican una fuerte actividad magmtica. Por otro lado, la
Cordillera Oriental est
fuertemente deformada por las fases tectnicas Hercnica y
Tardihercnica, as como por
las fases tectnicas Andinas en particular Miocenas y Pliocenas
(Suarez-Soruco R. 2000,
Argollo J. et al 2008 y Jimnez N. et al 2009)
La formacin Los Frailes es una extensa meseta de ignimbritas con
un dimetro medio
mayor a los 100Km, se constituye en uno de los ms grandes
depsitos de este tipo de roca
en el mundo (Crown D.A. et al 2008). Esta formacin est
localizada en la margen oeste de
la Cordillera Oriental de Los Andes (ver Mapa 2.1.), cubre 8500
Km2 y se origin en el
Mioceno Superior, es decir hace 5 a 8 Ma (ver figura 2.3.).
Estas rocas presentan diferentes
grados de soldadura con espesores que varan entre los 100 a
1000m que superyacen a
secuencias plegadas de sedimentos paleozoicos y cretcicos, adems
de otras secuencias
volcnicas del Mioceno inferior. En esta formacin se presentan
domos de rocas andesitas
y riolitas adems de coladas de lava (Crown D. A. et al 2008). En
razn de la
mineralizacin producida en varios sectores de la meseta de
ignimbritas de Los Frailes y de
la particular evolucin tectonomagmtica de los Andes bolivianos
(Horton B. 2005), existe
0
2
4
6
8
10
12
0.00
20.00
40.00
60.00
80.00
100.00
120.00
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
Parmetros medio mensuales
PRECIPITACION EVAPOTRANSPIRACION POTENCIAL TEMPERATURA MEDIA
Tem
pret
atur
a (C
)
Prec
ipita
cion
y Eva
potra
nspir
acin
Pot
encia
l (m
m)
[11]
-
una amplia bibliografa que estudia esta formacin (Grant et al
1979; Schneider 1981,
1985, 1987; Schneider y Halls 1985; Koeppen et al 1987; Ort
1991, 1992; Gubbels 1993 y
Leroy y Jimnez 1996, mencionados por Suarez-Soruco R. 2000 y
Jimnez N. et al 2009).
Figura 2.2. Magmatismo Mioceno en el borde oeste de la
Cordillera Oriental (Modificado por Suarez-Soruco (2000) de: Grant
et al 1979; Schneider 1981, 1985; Schneider y Hall 1985;
Koeppen et al. 1987; Ort 1991, 1992; Gubbels, 1993)
Un grupo coherente de edades K-Ar de 3,89 a 2,06 Ma, obtenidas
en domos e ignimbritas
del interior del campo volcnico, indica que la gran meseta
central de Los Frailes se edific
principalmente durante el Plioceno (Schneider y Halls 1985,
Leroy y Jimnez 1996
mencionados por Suarez-Soruco R. 2000 y Jimnez N. et al 2009).
La actividad magmtica
prosigui durante el Cuaternario; Schneider y Halls dataron una
ignimbrita del borde
suroriental de la meseta en 1,24 Ma. En el borde occidental,
Legros (1998) (mencionado
por Suarez-Soruco R. 2000) dat varios centros que se esparcen
hacia el Altiplano y cuyas
composiciones varan de andesitas africas a dacitas y riodacitas
porfdicas; centros
shoshonticos cuaternarios se encuentran entre ellos. Las edades
Ar-Ar oscilan entre 8,66 y
[12]
-
0,03 Ma. Al sur de la meseta, se encuentra el centro volcnico
Nuevo Mundo constituido
por espesas coules dacticas, depsitos de nubes ardientes y
lahares que se derramaron
sobre morrenas cuaternarias formadas durante la ltima glaciacin
ocurrida hace 12.000
aos. Por lo tanto, ste sera el volcn holoceno situado ms al
interior del continente en la
regin. Depsitos plinianos que se extienden hasta la ciudad de
Potos, se originaron en
este volcn, aparentemente en tiempo prehistrico (de Silva y
Francis 1991, mencionado
por Suarez-Soruco 2000). En la figura 2.4. se muestra un resumen
de las grandes
erupciones piroclsticas ocurridas en el retroarco de los Andes
de Bolivia, pese a que las
dataciones K-Ar disponibles no permiten una alta precisin, se
puede advertir que estas
erupciones ocurrieron con un grosero sincronismo a lo largo de
toda la faja de Huarina.
Figura 2.3. Erupciones piroclsticas de gran volumen y de volumen
intermedio en el retroarco de los Andes bolivianos. La mayor parte
de las edades radiomtricas actualmente disponibles son K-
Ar con amplios rangos de error. Ntese en la parte superior
derecha la particularmente larga historia de erupciones
piroclsticas de la meseta de Los Frailes. Segn Jimnez N. et al
(2009).
[13]
-
2.2.6. Hidrogeologa
Las rocas ignimbritas de la formacin Los Frailes tienen
diferentes grados de soldadura. La
unin de estas rocas est fuertemente relacionada con el proceso
de soldado el cual
controla la unin o cohesin de los fragmentos de vidrio de
cuarzo. El grado de soldadura
se relaciona con la conductividad hidrulica de manera inversa;
es decir, materiales
densamente soldados son mas susceptibles de contener fracturas
de enfriamiento, lo cual
conduce a altas conductividades del volumen representativo
(Tracey 1986, mencionado por
Davis A. y McCuen R. 2005). Por el contrario, ignimbritas
dbilmente soldadas pese a ser
muy porosas presentan un pobre fracturamiento e interconexin.
Hind 1985 (mencionado
por Davis A. y McCuen R. 2005) estableci que las ignimbritas
densamente soldadas
pueden tener conductividades de 3E-3 m/seg, mientras que las
pobremente soldadas tienen
conductividades de alrededor de 6E-6m/seg. En general, el
proceso de infiltracin-
escurrimiento controla la ocurrencia de sistemas de flujo
regional o local hacia los
depsitos cuaternarios del bofedal.
De acuerdo a la descripcin estratigrfica y el control del
relieve, el agua de los humedales
est compuesta de una parte activa y una inactiva. El flujo
inactivo es aquel que solo puede
ser removido por evaporacin y por infiltracin (Davis A. y McCuen
R. 2005); mientras
que el flujo de la parte activa es controlada por las
condiciones de frontera, la
conductividad hidrulica y el almacenamiento especfico de los
materiales. Se considera
que el flujo de agua subterrnea del bofedal Chaquilla que se
produce en la roca paleozoica
subyacente es despreciable, consecuentemente, el nico flujo
importante parece ser el que
se produce desde la formacin Los Frailes hacia las capas
cuaternarias superyacentes. El
bofedal Chaquilla contiene una capa de turba de espesor y grado
de descomposicin
variable cuyo rol hidrogeolgico aun se desconoce y que se
investigara en este estudio. No
se ha encontrado ninguna informacin sobre la existencia de
gradientes hidrulicos desde
los sectores laterales hacia el ro y del norte hacia el sur
aguas abajo, pese a que estos
parecen evidentes en las observaciones de campo.
[14]
-
Formacin Los Frailes
Formacin Morococala
Porco
Tomave
YocallaTinquipaya
Uyuni (Thola Pampa)
Oruro
Sucre
Potosi
Cochabamba
Salar de Uyuni
65.5 W66 W66.5 W67 W
17
S17
.5
S18
S
18.5
S
19
S19
.5
S20
S
20.5
S
21
S
Antonio Quijarro
Tomas Frias
66 W68 W70 W
18
S20
S
22
S
Cuenca Bofedal
790000 80000078
0000
078
1000
078
2000
0
Dpto. Potosi
Llanura Beniana
Cordillera Oriental
Altiplano
Escudo precambrico
SubandinoLlan
ura Ch
aco
Cordillera O
ccidental-Volcanica
Llanura Madre de Dios
BoliviaLF
MR
62W64W66W68W70W
14S
16S
18S
20S
22S
DescripcinLmite nacional
Departamento de Potos
Fm Morococala
Fm Los Frailes"
Mapa 2.1. Ubicacin del sitio de estudio. El bofedal Chaquilla se
ubica en el departamento de Potos, a70Km hacia el sudoeste sobre la
carretera que une la ciudad de Potos con el salar de Uyuni.
Descripcin!( Capital departamental
!. Capital municipal
Altiplano
Ignimbritas del Mioceno
Departamento de Potos
Salar de Uyuni
Cuenca Bofedal ChaquillaProvincias
Antonio Quijarro
Tomas Frias
0 3 6 9Km
0 25 50 75Km
Ubicacin en elDepartamentode Potos
Altiplano
"1 cm = 20 km
[15]
-
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000
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000
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000
7815
000
7820
000
785000 790000 795000 800000 805000
7795
000
7800
000
7805
000
7810
000
7815
000
7820
000
7825
000
794000 796000 798000 800000 802000 779
6000
7798
000
7800
000
7802
000
7804
000
7806
000
ReferenciasBofedal Chaquilla
Ros y quebradas
Pendientes (%)0 - 20
20 - 35
35 - 109
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6000
7798
000
7800
000
7802
000
7804
000
7806
000
ReferenciasBofedal Chaquilla
Mapa de alturas3,900
Cuenca alta
Cuenca media
Cuenca baja
Mapa B. Pendientes en la cuenca del bofedal
Mapa C. Variacin de alturas en el bofedal Chaquilla
Mapa A. Imagen del satlite Cbers de 2.5x2.5 resolucin
Ro Taru
DescripcinBofedal Chaquilla
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Perfil longitudinal
AlturasHigh : 4904
Low : 3714
Mapa D. Variacin de alturas en la cuenca
0 1 2 3
Km
0 2.5 5 7.5
Km
Ro Tabla Cruz
Laguna
Mapas 2.2. El mapa A muestra una imagen de alta resolucin CBERS
del bofedal, se puede apreciar las caractersticas mas relevantes
delrelieve y el sistema de drenaje; resaltan en color blanco los
depsitos de arena y en color oscuro las zonas saturadas en el
bofedal. En el mapa
B se muestra la distribucin de pendientes de la cuenca del
bofedal; es destacable que el 81% del rea de la cuenca tiene una
pendientemenor al 20%, lo cual es consistente con este tipo de
material volcnico. El mapa C presenta la distribucin de alturas en
el bofedal, que varan
en un rango de solo 40 m. El mapa D muestra la variacin de
alturas en la cuenca del bofedal.
0 1 2 3
Km
[16]
-
Llanura Beniana
Cordillera OrientalAltiplano Llanura Chaco
Llanura Madre de Dios
Subandino
Cordillera Occidental-Volcanica
5730'W
5730'W
600'W
600'W
6230'W
6230'W
650'W
650'W
6730'W
6730'W
700'W
700'W10
0'S
123
0'S
150
'S17
30'
S20
0'S
223
0'S
0 280 560
Km1 cm = 80 km
"
Antonio Quijarro
Tomas Frias200
250
300350
400
450
150 500500
-660'-670'
-19
0'-2
00'
-21
0'
Ecoregiones de los Andes CentralesPuna arida PMA(*)700mm
PMA(*) en la zonaHigh : 548.189
Low : 100.637
Isoyetas
Provincias
Bolivia
Mapa 2.3. Ubicacin del bofedal Chaquilla en las ecoregiones de
los Andes centrales (segn mapa modificado de Olson et al 2001 WWF
2001) ysegun rangos de precipitacin indicados por Squeo et al
(2008). La PMA (*) ha sido calculada con datos del satlite Tropical
Rainfall
Measurement Mission (TRMM) disponibles en el Goddard Earth
Sciences Data and Information Service Center (GES DISC) de la
NASA.(*) PMA=Precipitacin Media Anual del periodo 1998 a 2010 con
datos 3B43 del satlite TRMM.
Area de estudio en las ecoregiones Lmite nacionalArea influencia
(Provincias)Cuenca Bofedal Chaquilla
[17]
-
Captulo 3
Mtodos, materiales e instrumentacin
3.1. Aplicacin de datos de sensores remotos.
El Foro Mundial en desarrollo Sostenible llevado a cabo el ao
2002 reconoci que la escacs
de informacin de recursos hdricos en muchos pases en vas de
desarrollo era uno de los
principales obstculos para lograr un desarrollo sostenible y las
Metas de Desarrollo del
Milenio. Asimismo, la alarmante degradacin de los sistemas de
monitoreo y la obsolescencia
de sistemas de medicin in situ en pases en vas de desarrollo,
requiere soluciones adicionales
para mejorar polticas estatales basadas en informacin hdrica
confiable y perdurable.
(Meijerink A. 2007).
Asimismo, existen numerosos aspectos que dificultan la
investigacin hidrogeolgica;
actividades como la evaluacin, modelado y gestin de recursos de
agua subterrnea se
dificultan considerablemente por la falta de datos,
especialmente en ambientes ridos donde
existen redes, instrumentos y recursos dbiles de vigilancia
(Brunner et al 2006). Este es
precisamente el caso de la escasez de datos hidrometeorolgicos y
de parmetros
hidrogeolgicos en Bolivia, donde se cuenta con un nmero limitado
de mediciones puntuales
o no existe ningn dato.
Las tecnologas de observacin de la tierra y del ciclo hidrolgico
pueden ayudar a llenar estos
vacios. Diferentes aspectos del cambio global afectan el ciclo
hidrolgico; los datos de
sensores remotos satelitales proveen informacin valiosa que
puede ser usada para monitorear
cambios en la precipitacin, evapotranspiracin, en almacenamiento
de agua subterrnea,
extensin de los cuerpos de agua, etc. Segn se acepta
actualmente, las claves para asegurar
que datos de sensores remotos sean accesibles para
investigadores y estudiosos de los recursos
de agua son la educacin y el entrenamiento (Meijerink A. 2007;
DePasquale 2010).
La estimacin de la recarga es una tarea dificultosa
especialmente en regiones ridas, ya que
depende de la variacin espacial de la lluvia, caractersticas del
suelo, la cobertura vegetal y
factores que determinan la escorrenta (por ejemplo propiedades
topogrficas). Una de las
[18]
-
primeras y actualmente ms comunes aplicaciones de datos de
sensores remotos es la
caracterizacin de la cobertura vegetal adems de ser usada como
indicador del contenido de
humedad del suelo y profundidad del nivel fretico.
En terrenos llanos, el potencial de recarga de agua subterrnea
en intervalos grandes de tiempo
es la diferencia promedio de largo plazo entre la precipitacin y
la evapotranspiracin. Ambas
cantidades pueden ser estimadas de datos de sensores remotos
(ver por ejemplo Hossam H. y
Atef A. 2011). La precipitacin puede ser estimada de la
temperatura de las nubes a travs de
ciertos algoritmos (Kummerow C. et al 2000) tal es el caso de
los datos del Tropical Rainfall
Mission, los cuales deben combinarse y calibrarse con datos de
estaciones terrenas. La
evaporacin puede ser evaluada usando imgenes multiespectrales de
las regiones del visible e
infrarojo (ver figura 3.1.) a travs de un balance de energa; de
forma sencilla, la temperatura
de un pixel seco subir ms que la de un pixel que contiene una
gran cantidad de agua pues
este ultimo perder energa a travs de la evaporacin del agua.
Es cada vez ms comn la utilizacin de los sistemas de
teledeteccin (remote sensing) para el
monitoreo de la evolucin de diferentes sistemas hidrolgicos como
ser glaciares (Cassasa et
al 2007), humedales (Meijerink A. 2007), lagos, represas. La
escasa o inexistente informacin
hidrolgica, geolgica y topogrfica en Bolivia hace que la
aplicacin de mtodos de
teledeteccin para la delimitacin y monitoreo del comportamiento
de sistemas hidrolgicos
como los bofedales, brinden una herramienta til para la
delimitacin, mapeo de potencialidad
y vulnerabilidad, monitoreo de cambios en periodos largos de
tiempo, caracterizacin de la
recarga, evaporacin, temperatura y cobertura de la cuenca.
La aplicacin de mtodos de teledeteccin para la delimitacin y
monitoreo del
comportamiento de humedales altoandinos es esencial en razn de
la escases de datos en la
regin. En general, los estudios hidrogeolgicos especialmente los
modelos de agua
subterrnea necesitan distribuciones temporales y espaciales de
datos de entrada y calibracin.
En caso de que los datos requeridos no estn disponibles, los
modelos no pueden servir
adecuadamente en el apoyo de decisiones ya que en estas
circunstancias son bastante inciertos
[19]
-
e indeterminados. Los avances y desarrollo de nuevos sistemas en
sensores remotos han
abierto nuevas fuentes para datos con distribucin espacial.
En los humedales, la interaccin entre el agua superficial de ros
y lagos con el agua
subterrnea es crucial para la comprensin de estos humedales. La
calibracin puede
efectuarse considerando variaciones de las superficies de agua y
zonas de inundacin.
Variaciones del contenido de humedad del suelo puede ser
evaluado con datos
multiespectrales. Estos datos complementan datos de precipitacin
y evapotranspiracin para
el balance hdrico (Brunner et al 2006).
Actualmente existen cuatro tipos de datos de sensores remotos
que pueden ser aplicados a la
investigacin y monitoreo de las aguas subterrneas. La
clasificacin de los tipos de datos est
basada en las partes del espectro electromagntico (ver figura
3.1.) que son usados por los
sensores satelitales para el registro de la energa que es
reflejada o emitida por la superficie de
la tierra (Meijerink A. 2007). El primero y que ser utilizado
con preferencia en esta tesis, es
el procesamiento de imgenes multiespectrales de la regin del
visible e infrarojo; el segundo
tipo son imgenes de la regin del infrarojo trmico; el tercer
tipo es el procesamiento de
imgenes de radar que utilizan microondas con frecuencias entre
0.3 a 30 GHz (Jackson T. et
al 1996; Jackson T. 2002; Wigneron J.P. et al 2003) y finalmente
la utilizacin de sensores
gravitacionales que miden variaciones en el campo gravitacional
por variaciones en el
almacenamiento de agua y que por ser aplicables a cuencas
mayores a 150.000Km2 (Rodell
M. 2011, Cesanelli A. et al 2011) no se aplicaran en esta
investigacin. Algunos de los
algoritmos de procesamiento de datos ms avanzados, como los de
tercer nivel como el 3B42
y 3B43 del satlite TRMM, utilizan una combinacin de datos del
espectro electromagntico
para la obtencin de los resultados finales. En la tabla 3.1. se
presenta un resumen de los datos
de satlites aplicados en esta tesis.
La aplicabilidad de datos de sensores remotos depende de la
resolucin y la cobertura espacial
y temporal de los datos. Por ejemplo la disponibilidad de
imgenes Landsat desde el ao 1972
determina una cobertura temporal de casi 40 aos, mientras que la
elevada resolucin de
30mx30m para todas las bandas excepto para la banda trmica
permite efectuar anlisis sobre
[20]
-
reas de pequea extensin. Por otro lado, el satlite TRMM tiene
una cobertura temporal
desde el ao 1998, la cobertura espacial est restringida al rea
ubicada entre los trpicos, la
resolucin temporal mxima otorga registro cada 3hrs y la
resolucin espacial es de 0.25. En
la tabla 3.2. se presenta un resumen del dominio, resolucin y
regin del espectro
electromagntico de instrumentos de los satlites TRMM y
Landsat.
Figura 3.1. Zonas del espectro electromagntico usadas para
aplicaciones en hidrogeologa. Los tipos de datos dependen del
sector del espectro que son usadas por los sensores satelitales
para el registro
de la energa que es reflejada o emitida por los diferentes
materiales de la superficie de la tierra.
Anlisis y visualizaciones usadas en este estudio fueron
producidas con el sistema de datos
online GES-DISC Interactive Online Visualization ANd aNalysis
Infrastructure
(GIOVANNI) el cual es desarrollado y mantenido por Goddard Earth
Sciences (GES) Data
and Information Services Center (DISC) de la NASA. De este sitio
se ha extrado datos de
series de tiempo del balance energtico e balance hdrico del
modelo Global Land Data
Assimilation System (GLDAS) para el sector de la Meseta de Los
Frailes en relacin a su
impacto directo en la cuenca del bofedal que es objeto de
estudio. Otra informacin relevante
descargada de este sitio y utilizada repetidamente en esta tesis
son datos de algoritmos de
precipitacin de nivel 3B43 del satlite Tropical Rainfall
Measuring Mission (TRMM).
0.4 0.5 0.6 0.7 (m)
UV Azul Verde Rojo IR cercano
Longitud de onda ( m)1E-06 1E-05 1E-04 1E-03 1E-02 1E-01 1 10
1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07 1E+08 1E+09
Ray
os
csm
ico
s
rayo
s Y
rayo
s X
Ult
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Vis
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Infr
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Trm
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Mic
roo
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Tele
visi
n
y r
adio
Zonas del espectro electromagntico con aplicaciones en
hidrogeologa
[21]
-
Satlite Abreviacin Aplicacin Advanced Spaceborne Thermal
Emission and
Radiation ASTER
Topografa, propiedades de cuenca. DEM base para modelo
conceptual
Landsat Landsat
Discriminacin litolgica
Indice NDVI, monitoreo de vegetacin
Indice NDII, agua superficial y del suelo
Tropical Rainfall Measuring Mission
TRMM Propiedades y variacin de precipitacin
Tabla 3.1. Resumen de satlites y aplicaciones en esta tesis
Propiedad Satlite TRMM Landsat
Dominio: Espacial solo regin de trpicos -
Temporal 1998 a la actualidad 1972 a la fecha
Resolucin: Espacial depende del sensor
datos 3B42 0.25x0.25 30mx30m
Temporal cada 3hrs.
Regin de espectro
electromagntico de Instrumentos
Visible Si Si
Infrarojo Si Si
IR trmico - Si
Microondas Si -
Radar Si - Tabla 3.2. Dominio, resolucin y regin del espectro
electromagntico de instrumentos de los satlites
TRMM y Landsat
3.2. Procesamiento de imgenes Landsat del espectro visible y del
infrarojo
Datos del satlite Landsat han sido ampliamente usados para la
investigacin de humedales
(Meijerink A. 2007). Para la delimitacin del bofedal Chaquilla
en estaciones secas y hmedas
se utiliza tres series de datos Landsat ortogeoreferenciadas y
sin cobertura de nubes de 30 m
de resolucin espacial correspondientes a las siguientes fechas
22 abril del 1990, 27 de mayo
del ao 2000 y al 18 de abril del 2006. Se ha elegido estas
imgenes en razn de que estn
ortogeorectificadas y estn disponibles para descarga libre de
costo en la pgina del Global
Land Cover Facility www.landcover.com. No ha sido aplicada
correccin por efectos
atmosfricos porque stos son insignificantes debido a la gran
altitud de las zonas andinas en
Bolivia y la poca influencia del suelo de transfondo por la
densa cobertura vegetal (Otto M et
al 2011).
[22]
-
El procesamiento de imgenes multiespectrales Landsat se basa en
las diferentes firmas
espectrales (reflectividad) de los minerales componentes de las
rocas en los rangos del
espectro visible e infrarojo de las ondas electromagnticas. Los
mtodos de procesamiento de
imgenes multiespectrales incluyen: a) Mtodos de composicin en
color o color composite
(CC) en color verdadero de bandas del espectro visible y
composiciones en falso color de
bandas de los sectores del visible y del infrarojo. b) Mtodos de
operaciones algebraicas entre
bandas, siendo la ms comn la divisin entre bandas, procedimiento
que es conocido en la
literatura como rationing y finalmente c) El Anlisis de los
Componentes Principales que
pertenece a los mtodos geoestadsticos de anlisis multivariado y
que es conocido en la
literatura como Principal Component Analysis (PCA). En la figura
3.2. se muestra un
resumen de los mtodos aplicados.
Figura 3.2. Resumen de mtodos aplicados para el procesamiento de
imgenes Landsat
En este trabajo, se procesa imgenes multiespectrales Landsat de
las regiones visible e
infrarojo para tres objetivos principales: a) Delimitacin y
caracterizacin general del bofedal
b) Discriminacin litolgica local del rea del bofedal Chaquilla y
de su cuenca superficial y
c) Clculo de los ndices Normalized Difference Vegetacin Index
(NDVI) y Normalized
Difference Infrared Index (NDII) para delimitar las zonas con
vegetacin perenne asociadas a
sectores de descarga y niveles freticos someros.
Procesamiento de imgenes Landsat
Composicin en colores Operaciones entre bandas Anlisis de
Componentes Principales
Ortogeoreferenciacin
[23]
-
3.2.1. Composicin en canales Rojo Verde y Azul (RGB)
El procedimiento ms simple para efectuar la caracterizacin
superficial general del bofedal
consiste en la combinacin RGB de tres de las seis bandas
Landsat. Dependiendo de las
bandas seleccionadas las combinaciones se denominan en verdadero
falso color. En el
primer caso se combinan las bandas 3, 2 y 1 en los canales Rojo,
Verde y Azul (RGB por sus
iniciales en ingls); sin embargo, esta combinacin en color
verdadero tiene limitaciones que
no permiten discriminar los diferentes materiales.
Alternativamente se emplear la
combinacin RGB de las bandas 543, la cual realza diferencias
cromticas que son similares a
la apariencia real. Otras combinaciones posibles son 721 y 742
pero en general el resultado es
similar al anterior. En esta etapa aun no se efecta una
clasificacin supervisada (ground truth
validation) utilizndose las imgenes resultantes nicamente para
un reconocimiento general
del terreno.
3.2.2. Discriminacin litolgica supervisada y Anlisis de
Componentes Principales
Las metodologas empleadas para discriminar litologa comprenden
la divisin selectiva entre
bandas (rationing) y procedimientos geoestadsticos sofisticados
como el Anlisis de
Componentes Principales. Para establecer superficialmente las
fronteras entre las rocas
sedimentarias paleozoicas, las rocas ignimbritas y los depsitos
cuaternarios, se ha utilizado
informacin del sensor TM del satlite Landsat cuyas imgenes
multiespectrales estn
disponibles en la pgina web de Landcover. La fecha de adquisicin
de la imagen
seleccionada (path - row = 228-074) corresponde a la poca
invernal del 22 abril de 1990,
considerndose adecuada a los fines perseguidos en esta tesis
dada la disminucin estacional
del vigor de la vegetacin. La imagen seleccionada esta
ortogeoreferenciada y no se realizan
correcciones atmosfricas por las condiciones de la zona de
estudio (Scheel et al 2011) y por
que los procedimientos basados en divisin entre bandas minimizan
el efecto atmosfrico. El
programa usado para el procesamiento es el mdulo ArcMap de
ArcGis 9.3 recurrindose a
procedimientos y recursos estratgicos propios del anlisis
digital de imgenes, con el soporte
de la informacin de campo y los antecedentes bibliogrficos
disponibles.
[24]
-
Recientemente, Crown y otros aplicaron el procesamiento de
imgenes multiespectrales
Landsat TM para la delimitacin y caracterizacin de la meseta de
ignimbritas de Los Frailes
(Crown, 2008); no se ha encontrado otros antecedentes de
discriminacin litolgica mediante
la aplicacin de estos recursos en la regin; sin embargo, es
abundante la bibliografa
disponible donde se citan estudios aplicados a litologas de
origen volcnico dominados por
aluminosilicatos de hierro y minerales arcillosos con alto
contenido de OH-.
Consecuentemente, se han usado diferentes estrategias dirigidas
al propsito de establecer
mapas de geologa regional y local que sirvan de apoyo al mapeo
de detalle efectuado en
campo. Se utiliza la literatura existente sobre discriminacin de
estas litologas mediante
cocientes entre bandas y Anlisis de Componentes Principales.
El procedimiento seguido fue el siguiente: Inicialmente se
recogi la informacin geolgica
disponible del Servicio de Geologa y Tcnico de Minas
(SERGEOTECMIN) y de la literatura
existente (Suarez Soruco R. 2000, Horton 2001, Jimenez N. et al
2009). Asimismo, en el
trabajo de gabinete inicial se efectu observaciones monobanda y
composiciones en falso
color. Posteriormente, se procedi a un reconocimiento de campo
de las rocas paleozoicas con
Docentes de la Facultad de Geologa de la Universidad Autnoma
Toms Fras (UATF) y de
las rocas de la formacin Los Frailes con la colaboracin del Ing.
MSc. Jaime Garabito. De
este reconocimiento general, se han recogido muestras de rocas
para permitir el conocimiento
cualitativo de los minerales componentes de esas rocas. El
estudio macroscpico de las
muestras de rocas ignimbritas se llev adelante en el laboratorio
de petrografa de la UATF,
esta informacin permite evaluar el peso o importancia de cada
banda en la caracterizacin
inicial de las litologas investigadas.
Sobre la base de los antecedentes generales, se trabajo en la
bsqueda de diferencias
litolgicas, procedimiento que se basa en la firma espectral
(reflectividad) caracterstica de los
minerales componentes de las rocas en el espectro de las ondas
electromagnticas de las
bandas Landsat segn se aprecia en la figura 3.3. (Wilford J. et
al 2002).
[25]
-
Figura 3.3. Firmas espectrales de algunos materiales (Segn
Wilford J. et al 2002)
El Anlisis de Componentes Principales es un mtodo de reduccin de
variables basado en las
relaciones entre dichas variables que se expresan a travs de la
covarianza. El anlisis de datos
multivariados desempea un rol clave en el anlisis de datos y
consiste en un conjunto de
diferentes atributos o variables anotadas en cada observacin. El
espacio hiperdimensional es
difcil de visualizar, por lo tanto, es til simplificar atributos
multivariados a un mximo de
dos o tres, de tal manera que puedan ser mostrados en forma
grfica con un mnimo de prdida
de informacin. El mtodo del Anlisis de Componentes Principales
simplifica variaciones de
un conjunto multivariado correlacionado en otro de componentes
no correlacionados, cada uno
de los cuales es el resultado de la combinacin linear de las
variables originales. (Davis J.
1973).
[26]
-
Solo unos pocos de los primeros componentes principales
contienen la mayor parte de las
variaciones de los datos originales. En razn de que el primer
componente principal contiene
las variaciones compartidas por todos los atributos, resulta ser
una mejor estimacin que los
promedios simples o ponderados de las variables originales. En
la tabla 3.3. se presenta la
matriz de covarianza del Anlisis de Componentes Principales de
bandas 1, 2, 3, 4, 5 y 7.
1 2 3 4 5 7 1 S11 S12 S13 S14 S15 S17 2 S21 S22 S23 S24 S25 S27
A= 3 S31 S32 S33 S34 S35 S37
4 S41 S42 S43 S44 S45 S47 5 S51 S52 S53 S54 S55 S57 7 S71 S72
S73 S74 S75 S77
Tabla 3.3. Matriz de covarianza del Anlisis de Componentes
Principales de bandas 1, 2, 3, 4, 5 y 7 de Landsat.
Donde la varianza Sxy para las bandas X y Y se calcula usando la
conocida frmula de covarianza (ecuacin 3.1.).
, = = 1 [=1 ( ). ( )] (3.1.) Los eigenvalores l y eigenvectores
X asociados a la matriz de covarianza A se calculan con la
ecuacin 3.2. Los eigenvalores y eigenvectores asociado