Metodología para los Mapas de Susceptibilidad Geológica

Metodología para los Mapas de Susceptibilidad Geológica Empleando Sistemas de Información Geográficos S.I.G. Elving Oliver Noguera Andrade, Ingeniero Civil, Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño 

Resumen— El presente artículo tiene como finalidad describir una metodología para la creación de mapas de susceptibilidad geológica empleando sistemas de información geográficos (SIG). Se describen de forma general los elementos de los SIG, como son los componentes, análisis de datos y campo de aplicación. Se da una explicación de los componentes de los SIG, de igual forma, se orienta en el análisis de los datos, como se suministran la información y como debe estructurarse para el procesamiento de los datos en el software, se destaca el campo de aplicación siendo muy amplio y versátil para la manipulación de amplios volúmenes de datos adaptándose a las necesidades y requerimientos de las áreas de estudio. Se procedió a realizar una descripción detallada de una metodología descrita en diversos estudios, que se aplica para la generación de mapas de susceptibilidad, esta metodología describe que información que se requiere para la construcción del mapa, como se suministra los datos en el sistema y bajo cuales criterios se deben evaluar, con el fin de obtener varias capas de información que permitan realizar el álgebra de mapa, con la finalidad de formar el mapa de susceptibilidad. Concluyendo que los análisis de susceptibilidad promueven una visión más amplia de la realidad de las zonas de estudio, permitiendo desarrollar medidas de mitigación, contingencia, de acción inmediata a los lugares de mayor sensibilidad a deslizamientos, siendo una herramienta vital para la toma de decisiones de planificación, ordenamiento territorial, proyectos, entre otros. Palabras claves: SIG, deslizamientos, susceptibilidad, mapa Abstract — This article aims to describe a methodology for mapping geological susceptibility using geographic information systems (GIS). Generally describes the elements of GIS, such as components, data analysis and scope. An explanation is given of the components of the SIG, similarly, are oriented in the analysis of the data, as is supplied as information should be structured to data processing in the software highlights the scope being very broad and versatile for handling large volumes of data relevant to the needs and requirements of the study areas. He proceeded to make a detailed description of a methodology described in several studies, applied for generating susceptibility maps, this methodology describes what information is required for the Envio del artículo el 04/04/2013 como requisito para optar al título de Especialista en Vías Terrestre. Elving Oliver Noguera Andrade, Ingeniero Civil, Tlfn: +584147076724, Email: [email protected]

construction of the map, as supplied in the system data and under what criteria will be evaluated in order to obtain layers of information which enable the map algebra, in order to form a map of susceptibility. Concluding that promote susceptibility testing a broader view of the reality of the study areas, allowing develop mitigation measures, contingency, immediate action to the most sensitive areas to landslides, being a vital tool for decision making planning, land use planning, projects Keywords: GIS, landscape, susceptibility, map.

I. INTRODUCCION A lo largo de la historia se han registran incontables eventos geológicos producto de las amenazas geológicas existentes en las adyacencias de las comunidades. Ello se debe a la condición frágil existente del terreno en las regiones donde se han manifestado deslizamientos, hundimientos y desplazamientos de tierra, especialmente en los sectores donde proliferan factores geológicos inestables, lo que aumenta los niveles de riesgo. Por esta razón no se puede ignorar el hecho que ante los eventos adversos se produce emergencias. Los movimientos de tierra son uno de los mayores desastres naturales que ocurren sin que el hombre pueda hacer nada para evitarlo, causando grandes pérdidas económicas y humanas, sin embargo, se puede de alguna manera mitigar los daños, previniendo, anticipando, es donde se debe poner mayor interés. En la actualidad existen diversas tecnologías para la determinación de los riesgos geológicos, entre los cuales se destacan los Sistemas de Información Geográfica (SIG), trabajan interactivamente en desarrollar métodos automatizados implicando análisis cualitativos como cuantitativos para el estudio de la variabilidad espacial de los movimientos de tierra. Una integración mayor del SIG a los métodos de evaluación de deslizamientos existentes proveerá una mejor perspectiva en un contexto espacial, considerando la administración y evaluación de riesgo. En el presente trabajo se pretende determinar zonas con riesgo geológico por medio de un método de análisis aplicando software especializados en SIG como el ArcView, PC ARC/INFO, MapInfo, ILWIS, entre otros software de análisis el cual ayuda a cuantificar las zonas potenciales de riesgo y así tener herramientas para la toma de decisiones sobre el uso de la tierra y las medidas de mitigación.

II. SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICOS A. DEFINICIÓN Un concepto generalizado de GIS (SIG Sistema de Información Geográfica o siglas en ingles GIS Geographic Information System) [1], es un sistema computacional diseñado para permitir a los usuarios reunir, manejar y analizar grandes volúmenes de datos espacialmente referenciados y con atributos asociados. Los componentes principales de un SIG son: interfaz de usuario; capacidad para manejar el sistema y las bases de datos; capacidad para crear e ingresar bases de datos; paquetes de análisis y manejo de datos espaciales; y funciones de generación de presentaciones y productos. En el sentido más amplio, un SIG es cualquier sistema de información integrado que incluye un componente geográfico [1]. B. COMPONENTES DE UN SIG Los componentes de un SIG comprenden de varios elementos que se operan [2]: a) Hardware: soporte físico. b) Software: soporte lógico c) Datos: geográficos y tabulares, que se integran y compactan para una mejor representación del mundo real. d) Personal: que trabaja con el SIG. e) Método: técnicas usadas para la adquisición, mantenimiento, análisis espacial de datos geográficos y no geográficos.

áreas inundables, masas de vegetación, áreas inundables entre otras [4]. 3. Capas de información

En general, la información espacial se representa en forma de “capas”, en los que se describen la topografía, la disponibilidad de agua, los suelos, los bosques y praderas, el clima, la geología, la población, la propiedad de la tierra, los limites administrativos, la infraestructura (carreteras, vías férreas, sistemas de electricidad o de comunicaciones) [5]. C. Manipulación y análisis de los datos.- La información que puede ser generada por el SIG. El análisis de los datos genera varias alternativas, factibles o no para definir planes de acción. En esta etapa se manipulan los datos, ya sea por medio de algebra de mapas por modelos RASTER, sumatoria de tablas de base de datos, superposición de capas, reclasificación de datos, entre otros análisis. En la figura 1, se aprecia el modelo de superposición de capas, este análisis como finalidad la generación de mapas informativos donde se resaltan ciertos componentes.

C. ANALISIS DE DATOS EN UN SIG El principio del procesamiento de los datos a analizar, se describe a continuación [3]: A. Ingreso y colección de los datos.- Mapas en formato de papel, tablas de atributos, archivos de mapas en formato digital, fotografías aéreas e imágenes satelitales o tablas estadísticas. B. Administración y manejo de los datos.- Funciones que permiten almacenar y recuperar la información desde la base de datos. 1. Modelo Vectorial

El modelo vectorial hace uso de coordenadas discretas para representar las características geográficas en forma de puntos líneas y polígonos, esta información posee una expresión espacial claramente definida como cursos de agua, vías de comunicación, entre otros [4]. 2. Modelo RASTER

Por otro lado el modelo RASTER trabaja con celdas de igual tamaño que poseen un valor; el tamaño de la celda define el nivel de detalle de la información, esta no posee una expresión espacial claramente definida, ejemplo de ello son:

Figura 1. Superposición de capas [5]. D. Salida y reporte de los datos.- Mapas, tablas, textos o archivos electrónicos Esta es la etapa de resultados, dependiendo de los datos suministrados al SIG, se obtendrán tablas, shapefile, mapas, imágenes, entre otros, como se aprecia en la figura 2, un mapa resultante con información de diferentes capas que aportan datos importantes para el usuario.

C. Vulnerabilidad, Diversos autores definen la vulnerabilidad como el grado de pérdida o destrucción de un elemento señalado o de un grupo de elementos en riesgo, como resultado de la ocurrencia de un fenómeno natural de magnitud determinada [3]. En otras palabras, es el grado de daños la población, vidas humanas, propiedades, actividades económicas, servicios públicos, condiciones ambientales etc., en un área específica por la manifestación física de un evento determinado. IV. PROCEDIMIENTO PARA LA CONSTRUCCIÓN DE MAPAS DE SUSCEPTIBILIDAD A DESLIZAMIENTOS UTILIZANDO SIG

Figura 2. Ejemplo ilustrativo de datos [6]. D. CAMPOS DE APLICACIÓN DE LOS SIG Los SIG tienen una amplia gama de aplicaciones en diferentes ámbitos, que son aplicados para diferentes tipos de análisis, sin embargo, su aplicación es muy similar con respecto al análisis de capas, se destacan en las áreas [3]: Agricultura, comercio, cartografía, servicios de localización, telecomunicaciones, defensa, educación, ingeniería ambiental, elecciones, defensa civil, crimen, emergencias, minería, petróleo, salud, arqueología, ingeniería civil, topografía, catastro, ordenamiento territorial, visualización 3d, geología, cuencas hidrográficas. III. SUSCEPTIBILIDAD A DESLIZAMIENTOS Antes de incurrir al tema de deslizamientos, cabe destacar lo siguiente: A. Susceptibilidad Expresa la facilidad con que un fenómeno puede ocurrir sobre la base de las condiciones locales del terreno. La susceptibilidad es una propiedad del terreno que indica qué tan favorables o desfavorables son las condiciones de éste, para que puedan ocurrir deslizamientos. Es por ello, que el mapa de susceptibilidad clasifica la estabilidad relativa de un área, en categorías que van de estable a inestable. El mapa de susceptibilidad muestra donde hay o no, condiciones para que puedan ocurrir deslizamientos [3]. B. Amenazas Las amenazas de índole natural son la manifestación física de un fenómeno que puede tener un efecto negativo sobre vidas humanas, infraestructura, pertenencias, actividades o condiciones naturales, hasta el punto de causar un desastre [7]. Éstas se convierten en desastres, cuando provocan daños o pérdidas; y requieren la intervención activa o pasiva del hombre para que sucedan [2]. Si se conoce el potencial destructivo de las amenazas naturales, se puede incorporar esa información en los procesos de planificación del desarrollo.

El mapa de susceptibilidad zonifican las unidades de terreno que muestran una actividad de deslizamientos similar o de igual potencial de inestabilidad, que se obtiene de un análisis multivariable entre los factores del terreno que afectan la susceptibilidad a los deslizamientos [3]. Cabe destacar que no existe un procedimiento estandarizado para la preparación de mapas de susceptibilidad a los deslizamientos, es por esa razón, que existen diversos métodos para la determinación y análisis de los mismos, obteniendo resultados que contrastan con el panorama real, a continuación se describe un método que bien puede aplicarse a la creación de mapas de susceptibilidad de deslizamientos. A. Etapa Inicial - Información requerida Esta etapa consistirá primordialmente, en la creación de un inventario de datos, cabe destacar, que los sistemas de información geográficos se construyen con la información recopilada y esta sea lo más exacta posible para obtener los mejores resultados. Para la creación de un mapa de susceptibilidad a deslizamiento se debe recopilar datos de los principales factores condicionantes en la ocurrencia de deslizamientos expuestos corresponden a la geología y la morfología, esto debido al hecho de que el tipo de suelo y rocas, además de la pendiente, condicionan en gran medida la ocurrencia de los movimientos en masa, de igual forma también influye la cobertura vegetal y el uso de los suelos, provenientes de registros, cartografía, fotografías, entre otros [3]. B. Segunda Etapa - Modelo cartográfico y digitalización. Consiste en construir una secuencia en la creación de los datos que serán suministrados al SIG, como primer paso se procede en digitalizar todos los datos recopilados por medio de cartografía a modelos RASTER con formato TIF ó IMG, generación de tablas de base de datos, levantamiento de información por medio de GPS, entre otros.

2) Características geológicas, geotécnicas del terreno.

geomorfológicas

y

De igual forma que en el anterior, se parte de la digitalización de una carta donde se cuente con las características geológicas, geomorfológicas y geotécnicas, y se procede en construir la capa, en la figura 5, se coloca como ejemplo ilustrativo la capa de características geológica.

Figura 3. Ejemplo de modelo cartográfico [3]. Luego de obtener los datos, se procede a construir un modelo cartográfico, este modelo permite llevar una secuencia del análisis de los datos como se observa en la figura 3, para evitar tener perdida de información y trabajar ordenadamente, se aconseja crear este modelo secuencial para el análisis de datos. C. Construcción de las capas de información Las capas de información más importantes para la creación de un mapa de susceptibilidad a deslizamientos son:

Figura 5. Ejemplo de la capa de geología [6]. 3) Inventario de deslizamientos ocurridos en el pasado. En esta capa se construye partiendo de los datos obtenidos en la recolección de información por medio de levantamiento de GPS de deslizamientos del pasado que se tengan registros, en la figura 6, se observa un ejemplo de una capa de deslizamientos antiguos obtenida por GPS.

1) Relieve y mapa de pendientes. Para la creación del mapa del relieve y el mapa de pendiente partimos de la digitalización de una carta donde se cuente con las curvas de nivel vectorial y partiendo del mismo se obtiene el modelo digital de elevación RASTER, en la figura 4, se coloca como ejemplo ilustrativo la capa de la pendiente.

Figura 6. Ejemplo de la capa de deslizamientos pasados [6]. En áreas de montañas de alta pendiente y valles semiplanos se pueden identificar las áreas de acuerdo con su relieve, el cual es uno de los factores que más afecta la susceptibilidad a los deslizamientos [3]. Figura 4. Ejemplo de la capa de la pendiente [6].

D. Superposición de capas y Reclasificación de datos. Esta etapa es de vital importancia debido a que se tiende a homogenizar los datos, al construir las capas de información, se suministran datos vectoriales y otros RASTER, es por ello, que se debe trabajar con un solo modelo de datos, para una mayor comodidad, se sugiere realizar el álgebra de mapas de modelos RASTER para obtener el mapa de susceptibilidad.

lugares puede ocurrir deslizamientos y el color rojo vendría siendo el grado de mayor susceptibilidad a deslizamientos, lo cual indica que en esos lugar son más sensibles a deslizamientos.

Sin embargo, al realizar el álgebra de mapas, queda una gran cantidad de datos en una lista de la tabla de base de datos, como se muestra en la figura 7, se describe el proceso de superposición de datos, esta operación da como resultado una clasificación de datos más ajustada a lo requerido en el mapa de susceptibilidad de deslizamiento, para un mayor entendimiento, en la tabla 1, se describe el proceso de reclasificación. Mapa calculado 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Reclasificación

Susceptibilidad

1 1 1 2 2 2 2 3 3 3

Baja Baja Baja Media Media Media Media Alta Alta Alta

Tabla 1. Ejemplo de reclasificación de datos [6].

Figura 8. Ejemplo de mapa de deslizamiento [6]. Estos mapas brindan una gran ayuda para visualizar la situación actual que presentan las áreas con mayor vulnerabilidad, sin embargo, estos mapas deben ser validados y contrastados con los escenarios reales, es decir, verificar si la información que suministra es acorde a la realidad. Cabe destacar que se pueden agregar más capas de información con datos que permitan obtener la vulnerabilidad de sectores poblados como de servicios públicos de igual forma se pueden adjuntar datos provenientes de amenazas geológicas, con el fin, de obtener un mapa de riesgo geológico como se aprecia en la figura 9, obteniendo un mapa con más información que permita a los usuarios desarrollar criterios para evaluar los riesgos.

Figura 7. Superposición de capas [3]. E. Resultados obtenidos Los resultados obtenidos del algebra de mapas y de la reclasificación, es un mapa de susceptibilidad como se aprecia en la figura 8, el cual viene representado con tres colores representando el grado de susceptibilidad, el verde representa un grado bajo de susceptibilidad a deslizamientos, esto significa que en esas áreas no se encuentra un peligro potencial a deslizamiento, el color amarillo representa un grado de susceptibilidad moderado significa que en esos

Figura 9. Resultado del Algebra de mapas [3].

V. CONCLUSIONES Los sistemas de información geográfica brindan las herramientas necesarias para recolectar, analizar y evaluar información resaltante en los estudios espaciales. Cabe destacar que aunque exista diferente software de SIG, el método del análisis es muy similar en todos convirtiéndolo en una metodología que podría llegar a ser un estándar. Los análisis de susceptibilidad promueven una visión más amplia de la realidad de las zonas de estudio, permitiendo desarrollar medidas de mitigación, contingencia, de acción inmediata a los lugares de mayor sensibilidad a deslizamientos, siendo una herramienta vital para la toma de decisiones de planificación, ordenamiento territorial, proyectos, entre otros.

VI. BIBLIOGRAFIA [1] Microimage (2004). Glosario para el análisis geoespacial. . [documento online] Recuperado el 01 de Abril de 2013 del sitio web http:// www.microimages.com/documentation/miglossary/gloss ary_esp.pdf [2] Cevallos, L. (2007). Using a GIS to establish potentially affected zones of natural risk (earthquakes, volcanic eruptions and landslides): Possible consequences for the health of the population of Tababela. [documento online] Recuperado el 29 de Marzo de 2013, del sitio web http://www.wou.edu/~lopezced/TESIS_final_withindex. pdf [3] Suárez, J. (2008). Deslizamientos - Análisis Geotécnico Vol I y Vol II. [documento online] Recuperado el 01 de Abril de 2013, del sitio web http://www.erosion.com.co/index.php?option=com_cont ent&task=view&id=156&Itemid=263 [4] González, J. y Chang, V. (2008). Consulta, Edición y Análisis Espacial con Arcgis 9.2. Tomo I: Teoría y Tomo II: Ejercicios. [documento online] Recuperado el día 28 de Marzo de 2013, del sitio web http://www.gabrielortiz.com/descargas/2008_Manual_T eoria_ArcGIS92_VBCyJLVG.pdf [5] FAO – GIS (1999) Sistemas de Información Geográfica para un Desarrollo Sostenible. [ documento online ] Recuperado el 28 de Marzo de 2013, del sitio web http://www.fao.org/sd/spdirect/gis/chap2.htm [6] Noguera, Ely. Propuesta de alternativas para el manejo de deslizamientos de terreno producto de la amenaza geológica existente en el Sector El Hiranzo, Municipio Cárdenas, Estado Táchira. San Cristóbal. 2010. Presentada en la Universidad Experimental del Táchira para obtención del título de Ingeniero Ambiental [7] UNESCO/CEPREDENAC (2003). Análisis de riesgo por inundaciones y deslizamientos de tierra en la microcuenca del Arenal de Montserrat. [documento

online] Recuperado el 2 de febrero de 2010, del sitio web http://www.itc.nl/external/

VII. BIOGRAFIA Elving O. Noguera Andrade es ingeniero civil graduado del Instituto Politecnico Santiago Mariño y contador publico graduado de la Universidad Catolica del Tachira, ha participado en el diseño y ejecucion de diversos proyectos de vialidad, vivienda, acueductos, entre otros.. Actualmente es estudiante de la Especialización en Vias Terrestres en la Universidad Pontificia Bolivariana, Bucaramanga, Colombia.