UNIVERSIDAD DE LOS ANDES - FACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA DE DOCTORADO EN CIENCIAS APLICADAS

Resumen del Proyecto de tesis

Diseño de un Modelo de Análisis de Sensibilidad Ambiental

bajo Sistemas de Información Geográfica (SIG)

Julián A. Gutiérrez – E-mail: jgutie@ula.ve

 

1.- Introducción

 

Actualmente ha tomado auge la discusión sobre los aspectos ambientales, la contaminación y sus efectos han ganado un puesto importante en los foros mundiales, en parte ha sido una consecuencia positiva de la problemática. Cuando llegamos al meollo del asunto, se constata que gran parte de las soluciones está en mejorar la gestión que hacemos del ambiente, si se quiere, hace falta mas gestión preventiva. El diccionario se refiere al término gestión como la realización de diligencias para conseguir un objetivo, en el caso del medio ambiente el objetivo consiste en que la sociedad disponga de una elevada calidad ambiental, esto tiene consecuencias notables en el estilo de desarrollo y en las actividades que lo soportan. Al nivel de éstas últimas dicho objetivo significa integración con su entorno (Gómez Orea, 1.999), la gestión ambiental afectará, por tanto, a los dos elementos implicados en los problemas ambientales: al elemento activo, es decir, las actividades que están en la causa y que son el vehículo del desarrollo, al pasivo, los factores ambientales que reciben los efectos, y las relaciones e influjos mutuos.

 

La gestión ambiental debe entenderse como la conducción del sistema ambiental a través del comportamiento de los agentes implicados en ellos. Los agentes pueden encuadrarse en tres grandes grupos: los productores (empresas fundamentalmente), los consumidores o población en general, y las autoridades. A todos ellos afecta la gestión ambiental para mejorar su comportamiento; de hecho, la sociedad se ha dotado de instrumentos que implican, aunque de distinta forma, a todos ellos. El objetivo general señalado, sugiere una inmediata participación en cinco objetivos mas concretos o líneas de acción que se complementan y refuerzan de forma sinérgica:

 

- Prevenir degradaciones ambientales

- Corregir actividades que generen o puedan generar degradaciones

- Curar degradaciones: recuperar, restaurar, reformar, rehabilitar espacios y factores ambientales degradados

- Potenciar la fortaleza del medio ambiente y de los factores que lo forman.

- Poner en valor recursos ambientales ociosos.

 

De forma general, el Análisis de Sensibilidad Ambiental (ASA) podemos asociarlo a los primeros cuatro objetivos. La Sensibilidad Ambiental se entiende como el potencial de afectación (transformación o cambio) que pueden sufrir los componentes ambientales como resultado de la alteración de los procesos físicos, bióticos y socioeconómicos debidos a las actividades de intervención antrópica del medio o debido a los procesos de desestabilización natural que experimenta el ambiente (Sandia y Roa, 1.990).

 

 

 

 

Los objetivos del Análisis de Sensibilidad Ambiental son:

- Jerarquizar sectores espaciales susceptibles a ser afectados, para definir prioridades de protección.

- Suministrar información síntesis necesaria para la Toma de Decisiones.

- Servir de instrumento básico para la Mitigación y Control del impacto ambiental

 

La sensibilidad está asociada a:

- la realización de Informes Técnicos

- la elaboración de estudios de Caracterización Ambiental

- la elaboración de Estudios de Impacto Ambiental

 

Los Sistemas de Información Geográfica (SIG) son definidos por NCGIA (1.990), citado por Bosque (1.992), como “un sistema de Hardware, Software y procedimientos elaborados para facilitar la obtención, gestión, manipulación, análisis, modelado, representación y salida de datos espacialmente referenciados, para resolver problemas complejos de planificación y gestión”. FAO (1.996), señala que los SIG "son la mejor herramienta para combinación de información espacial, análisis, actualización y producción de nuevos mapas e información de una manera efectiva y económica; además, señala que los SIGs proveen capacidad para almacenar información espacialmente referenciada (mapas), almacenar y asociar a la información espacial información descriptiva  (tipos de suelos, tipos de coberturas, profundidad de suelos, propietarios, etc.), y análisis de la información espacial (como calcular el porcentaje de área de una cuenca con un determinado rango de pendiente)". 

 

Con respecto a las Técnicas de Evaluación Multicriterio, puede definirse como un conjunto de técnicas orientadas a asistir en los procesos de toma de decisiones (Barredo, 1.996). Su objetivo principal es investigar un número de alternativas bajo la luz de múltiples criterios y objetivos en conflicto (Voogd, 1.983, citado por Barredo, 1.996); según eso, es posible generar soluciones compromiso y jerarquizaciones de las alternativas de acuerdo a su grado de atracción (Janssen y Rietveld, 1.990, citados por Barredo, 1.996).

 

La Teoría de la Lógica Difusa (Fuzzy Logic) provee un método de reducir así como explicar la complejidad de un sistema, se refiere a un cálculo de compatibilidad a diferencia de probabilidad, la cual está basada en distribución de frecuencias en una población escogida al azar, la LD tiene que ver con la descripción de las características propias de los entes (Cox, 1.994). Describe propiedades que tienen una variación continua en sus valores, asociando partes de esos valores a una etiqueta semántica; gran parte del poder de la LD viene del hecho de que esas partes pueden solaparse, este solapamiento corresponde a la transición de un estado al siguiente (ej: los límites borrosos en los espacios naturales, Ecotono). Estas transiciones provienen de la natural ambigüedad asociada que ocurre en los estados intermedios de las etiquetas semánticas.

 

Se propone en este estudio el desarrollo de un modelo de Análisis de Sensibilidad Ambiental, que utilice las bondades de las anteriores herramientas y técnicas con el fin de mejorar la gestión ambiental de un determinado territorio, en nuestro caso la cuenca del Lago de Maracaibo, ante posibles derrames petroleros.

 

 

 

 

2.- Planteamiento del problema. Importancia

 

Teniendo conocimiento de la problemática ambiental que estamos presenciando tanto como individuos, grupos humanos, sociedades y países en general, así como la complejidad de la misma: producción de bienes y servicios vs conservación de recursos, fuentes de contaminación, crecimiento poblacional, prioridades de tratamientos, etc.; y, añadiéndole a esto, que no poseemos un conocimiento exhaustivo del medio que nos da sustento, debemos reaccionar de manera tal que podamos enfrentar el reto de mitigar la destrucción de tales recursos. Se debe entonces definir objetivos claros en cuanto a la urgencia de un manejo sustentable de los mismos, esto pudiera lograrse mediante un diagnóstico, y la planificación y gestión efectivas.

 

Si bien el petróleo en el mar siempre suscitó cierta preocupación, la opinión pública no se interesó por la contaminación en forma de petróleo y no se prestó particular atención por parte de los científicos hasta los primeros naufragios de petroleros que llevaban crudos. Éstos fueron los del Tampico Marú en 1.957 en Baja California, y el Torrey Canyon en 1.967 cerca de Cornualles, Inglaterra. Éste último naufragó en marzo no lejos de Lands End, y las playas de Cornualles se vieron inundadas por grandes cantidades de petróleo. Estas playas contaminadas eran también un atractivo turístico, por lo que las autoridades trataron por todos los medios de rehabilitarlas antes de que comenzara la temporada turística. Para eliminar el petróleo se adicionaron dispersantes, y los daños ocasionados a las playas fueron ocasionados por el uso de estos productos más que por los efectos directos del petróleo, y los animales más afectados fueron los herbívoros, en especial las lapas.

 

Igualmente, Henry y Heinke (1.999) afirman que durante la exploración en busca de petróleo, ya sea en tierra o lejos de las costas, existe el riesgo de un estallido cuando se llega a perder el control del pozo. Esto puede ocasionar graves y prolongados derrames de petróleo que dañan el ambiente marino. La recuperación del control de un pozo estallado puede tomar un tiempo considerable y generalmente es necesario perforar un pozo de alivio para interrumpir el flujo de petróleo. Los derrames de petróleo pueden ser causa de mortalidad en las aves y de contaminación en las costas, con efectos biológicos graves en los organismos que habitan en las zonas de mareas y cerca delas costa, y en valiosas pesquerías de mariscos (Costa española de Galicia, año 2.002). También se ensucian embarcaciones, redes e instalaciones de bahías, lo cual requiere una limpieza costosa. El impacto del petróleo en el medio marino abierto es mas difícil de evaluar, pero es probable que el derrame tenga cierto efecto en las pesquerías y, en general, en los organismos presentes en las aguas superficiales del océano.

 

La Cuenca del Lago de Maracaibo ha sido, tradicionalmente, asociada a la producción petrolera del país, en ella se encuentran gran cantidad de pozos en producción; además, el cuerpo del Lago es atravesado por una importante red de tuberías que transportan el hidrocarburo. Este cuerpo de agua es asiento de numerosas actividades económicas y recreativas, lo que la hace vulnerable en caso de un derrame de hidrocarburo, sea de gasolina o petróleo. Si sumamos a lo anterior el hecho de que la cuenca es asiento de ecosistemas lacustres, estuarinos, ribereños y terrestres, base de sustento de especies de importancia natural y económica, y reservorio de gran cantidad de especies marinas aprovechables, de allí que existe una gran cantidad de personas dedicadas a la pesca artesanal. Por lo tanto, la afectación del cuerpo de agua a través de un derrame, sería catastrófico para ellos, podemos afirmar entonces que es de vital importancia el desarrollo de técnicas y métodos que ayuden a la toma de decisiones al momento de darse una contingencia de este tipo, un derrame petrolero, lo que redundaría en el mejoramiento de la gestión ambiental del recurso.

No existe, para la fecha, un sistema que indique la fragilidad o vulnerabilidad de los diferentes ecosistemas y elementos antrópicos presentes en al Cuenca del Lago de Maracaibo utilizando SIG, en conjunto con la Evaluación Multicriterio y la Lógica Difusa. Y, siendo ésta asiento de actividades petroleras, además de poseer recursos naturales de importancia para la economía regional, es muy probable que éstos recursos hayan sido, estén siendo, y serán afectados considerablemente por derrames de hidrocarburos; es de esperar que tales contingencias se susciten, por lo tanto, es aconsejable disponer de las herramientas adecuadas para enfrentar tales eventualidades.

 

En este estudio se utilizan imágenes satelitales, ya que si tenemos en cuenta el tamaño del área de estudio podemos afirmar que la utilización de estos productos de los sensores remotos, nos permite agilizar el proceso de descripción y diagnóstico de las características físico-naturales de la misma, además, el procesamiento digital de tales imágenes, como el corte de subimágnes, su georeferenciación, mejoramiento de contraste, Análisis de Componentes Principales, Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada, entre otras técnicas, permite extraer, procesar y superponer información de forma rápida y eficiente de un área de tal magnitud.

 

3.- Antecedentes

 

Cooper y Zadler (1.980) en Canter (1.999), describieron un método de índice (básicamente un sistema de clasificación) para valorar la sensibilidad relativa de los ecosistemas de una región a las posibles alteraciones. Según estos autores, la sensibilidad ecológica a alteraciones de cada área o ecosistema de una región es evaluada en términos de:

 

1) Importancia del ecosistema tanto regionalmente como globalmente;

2) Rareza o Abundancia del ecosistema relativa a otros en la región o en cualquier otra parte, y  

3) la Recuperabilidad o Resiliencia del ecosistema.  

 

Siguiendo la aplicación y evaluación de estos componentes se prepara un mapa de áreas ecológicamente sensibles que se describen en texto adicional. Este texto debe indicar aquellas características específicas que hacen que cada área sea ecológicamente importante y ambientalmente sensible y debe indicar qué clases de alteraciones ecológicas podrían preverse en los proyectos propuestos.

 

Dos términos que pueden equipararse de alguna forma al de sensibilidad, están definidos por CEOTMA (1.984) de la siguiente manera: la Fragilidad o Vulnerabilidad. Se entienden como el grado de susceptibilidad al deterioro ante la incidencia de determinadas actuaciones. Pueden definirse también como el inverso de la capacidad de absorción de posibles alteraciones sin pérdida de calidad. Aunque estas definiciones, y en especial la primera, llevan implícita la idea de relación con posibles actuaciones o alteraciones, los rasgos del medio físico tienen un significado genérico de fragilidad o vulnerabilidad, que se corresponde con el impacto, como la calidad con la capacidad.

 

Michel et al (1.978) aplican un Índice de Vulnerabilidad ante derrames petroleros en la línea de costa  de la Ensenada Lower Cook, Alaska. Clasificaron 1.216 km de costa en tres tipos: erosionales (escarpes y taludes, 45 %), neutrales (estables, sin aparentes cambios horizontales en la costa, 38 %) y deposicionales (deltas o bancos de arena, 17 %). Los anteriores fueron subdivididos en 16 subclases basados en características morfológicas de pequeña escala, para de esta forma predecir la permanencia del petróleo en los diferentes ambientes costeros de la ensenada o caleta.

Los autores Jensen et al (1.990, 1.993 y 1.998) desarrollaron tres aplicaciones de ISA (Índice de Sensibilidad Ambiental), aunque exponen, los primeros, la información necesaria para construir los mapas ISA, y el proceso de creación, los segundos, una Base de Datos-ISA, no especifican cómo establecen los diferentes niveles de sensibilidad de los elementos expuestos, cómo se desarrolla el proceso de ponderación, ni su posterior inclusión y procesamiento en el SIG.

 

Lo innovador de este trabajo es que se expone la forma de ponderar los criterios utilizados para describir la sensibilidad de la línea de costa, con la aplicación de las TEMC para ponderar y jerarquizar las los componentes ambientales sensibles. Se propone el uso de la Teoría de la Lógica Difusa en el procesameinto de las imágnes satelitales y en las reglas de decisión. En este trabajo se pretende proponer un método, sin pretender ser el único ni el mejor, para solventar las anteriores lagunas.

 

4.- Objetivos

- General

- Desarrollar un Modelo, bajo SIG, para el Análisis de Sensibilidad Ambiental (ASA) ante derrames petroleros, para la Cuenca del Lago de Maracaibo  .

 

- Específicos

 

- Determinar el aporte de la Lógica Difusa y las Técnicas de Evaluación Multicriterio en la construcción de modelos ASA.

- Identificar las coberturas necesarias para el Modelo de Análisis de Sensibilidad Ambiental bajo SIG.

- Automatizar las coberturas a ser introducidas al SIG.

- Aplicar el modelo de ASA en la cuenca.

 

Se pretende entonces desarrollar un Modelo de Análisis de Sensibilidad Ambiental bajo Sistemas de Información Geográfica, para la Cuenca del lago de Maracaibo, que incorpore las bondades de las técnicas y métodos a utilizables de forma automatizada (Procesamiento digital de imágenes satelitales, Lógica Difusa y Técnicas de Evaluación Multicriterio), con el objeto de diseñar mapas de sensibilidad del área y, a la vez, identificar las posibles fuentes de error e imprecisión, para disminuirlo y controlarlo, errores que se introducen al desarrollar modelos que representan la realidad del medio físico, y que son utilizados para hacer descripciones y predicciones con el objeto de mejorar el Proceso de Toma de Decisiones en el manejo y Gestión de los Recursos Naturales. El modelo ASA a desarrollar estará basado en ecosistemas tipo presentes, características de la línea de costa, y elementos antrópicos que se hallen en la misma.

 

5.- Metodología

 

En vista de que gran parte del trabajo de investigación es original, solo se hará un breve listado de las actividades que comprenderán la metodología a desarrollar para el diseño del modelo deseado.

 

- Revisión bibliográfica referente a aplicaciones Análisis de Sensibilidad Ambiental, así como la posible existencia de las mismas bajo SIG.

- Adaptación de las técnicas la Lógica Difusa y las Técnicas de Evaluación Multicriterio a la captura/levantamiento y procesamiento de información ambiental a incluir en el modelo

- Determinación de las variables ambientales a incluir en el modelo

- Procesamiento de imágenes de percepción remota

- Diseño del modelo

- Automatización de las coberturas que representan las variables ambientales

- Aplicación del modelo de ASA bajo SIG a la cuenca

 

6.- Bibliografía

 

- Barredo, J. 1996. Sistemas de Información Geográfica y Evaluación Multicriterio en la Ordenación del Territorio. RA-MA. Madrid. 264 p.

 

- Bosque, J. 1992. Sistemas de Información Geográfica. RIALP. Madrid

 

- Canter, L. 1999. Manual de Evaluación de Impacto Ambiental: Técnicas para la elaboración de estudios de impacto. Mc Graw Hill. Madrid. 841 p.

 

- CEOTMA. 1984. Guía para la elaboración de estudios del medio físico: contenido y metodología. Centro de Estudios de Ordenación del Territorio y Medio Ambiente. Ministerio de Obras públicas y Urbanismo. España. 572. p.

 

- Cox, E. 1.994. The Fuzzy Systems Handbook. Academic Press Limited. USA.

 

- FAO. 1996. Computer-assisted watershed planning and management. Technologies for national planning. Food and Agricultural Organization of United Nations. Conservation guide 28/1. Roma.

 

- Gómez Orea, D. 1999. Evaluación del Impacto Ambiental. Coedición: Ediciones Mundi-Prensa y Editorial Agrícola Española. Madrid. España. 701 p.

 

- Henry, J. y Heinke, G. 1999. Ingeniería Ambiental. 2da edición. Prentice Hall, México. 800 p.


- Jensen, J. R.; Ramsey, E.; Holmes, J.; Michel, J.; Savitski, B.; y Davis, B. 1990. Environmental Sensitivity Index (ESI) mapping for oil spills using remote sensing and geographic information system technology. International Journal of Geographic Information Systems. Vol.4, No.2.

 

- Jensen, J. R.; Narumalani, S.; Weatherbee, O.; Murday, M.; Sexton, W.; and Green, C. 1993. Coastal Environmental Sensitivity Mapping for Oil Spills in the United Arab Emirates using Remote Sensing and GIS technology. Geocarto International (2) 1.993.

 

- Jensen, J. R.; Halls, J.; y Michel, J. 1998. A systems approach to Environmental Sensitivity Index (ESI) mapping for oil spill contingency planning and response. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing. Vol 64, No. 10.

 

- Michel, J.; Hayes, M.; y Brown, J. 1978. Application of an Oil Spill Vulnerability Index to the shoreline of Lower Cook Inlet, Alaska. Environmental Geology, Vol. 2, No. 2. p. 107-117.

 

- Sandia, L. y Roa, J. 1990. Evaluación de Impacto Ambiental del proyecto carretero Mérida-Panamericana. Trabajo especial de grado para optar al título de Geógrafo. Escuela de Geografía. Universidad de los Andes, Mérida, Venezuela.