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iii
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA, MINAS, PETRÓLEOS Y AMBIENTAL
CARRERA DE INGENIERÍA AMBIENTAL
ESTABLECIMIENTO DE PATRONES DE RESPUESTA ESPECTRAL DEL AGUA
QUE RECIBE DESCARGAS LÍQUIDAS POR ACTIVIDADES FLORÍCOLAS Y
URBANAS EN LA MICROCUENCA DEL RÍO BLANCO
TRABAJO DE TITULACIÓN, MODALIDAD PROYECTO DE INVESTIGACIÓN PARA
LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE INGENIERA AMBIENTAL
AUTORES:
SILVIA VALERIA CARGUA PROAÑO
MARLENE ERNESTINA CUEVA ROSILLO
TUTOR:
ING. SUSANA ROCÍO ARCINIEGAS ORTEGA
QUITO
2018
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iv
© DERECHOS DE AUTOR
Nosotras, Silvia Valeria Cargua Proaño y Marlene Ernestina Cueva Rosillo en calidad
de autores del trabajo de investigación: ESTABLECIMIENTO DE PATRONES DE
RESPUESTA ESPECTRAL DEL AGUA QUE RECIBE DESCARGAS LÍQUIDAS POR
ACTIVIDADES FLORÍCOLAS Y URBANAS EN LA MICROCUENCA DEL RÍO
BLANCO, autorizamos a la Universidad Central del Ecuador hacer uso de todos los
contenidos que nos pertenecen o parte de los que contiene esta obra, con fines
estrictamente académicos o de investigación.
Los derechos que como autores nos corresponden, con excepción de la presente
autorización, seguirán vigentes a nuestro favor, de conformidad con lo establecido en
los artículos 5, 6, 8; 19 y demás pertinentes de la Ley de Propiedad Intelectual y su
Reglamento.
Asimismo, autorizamos a la Universidad Central del Ecuador para que realice la
digitalización y publicación de este trabajo de investigación en el repositorio virtual, de
conformidad a lo dispuesto en el Art. 144 de la Ley Orgánica de Educación Superior.
En la ciudad de Quito, a los 16 días del mes de marzo de 2018
_______________________ ________________________
Silvia Valeria Cargua Proaño Marlene Ernestina Cueva Rosillo
C.C. 1722240551 C.C. 1725201709
val_ecu@hotmail.es marnina.20@gmail.com
mailto:val_ecu@hotmail.esmailto:marnina.20@gmail.com
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v
APROBACIÓN DEL TUTOR
Yo, Susana Arciniegas Ortega en calidad de tutor del trabajo de titulación, modalidad
proyecto de investigación ESTABLECIMIENTO DE PATRONES DE RESPUESTA
ESPECTRAL DEL AGUA QUE RECIBE DESCARGAS LÍQUIDAS POR ACTIVIDADES
FLORÍCOLAS Y URBANAS EN LA MICROCUENCA DEL RÍO BLANCO, elaborado
por las estudiantes Silvia Valeria Cargua Proaño y Marlene Ernestina Cueva Rosillo de
la Carrera de Ingeniería Ambiental, Facultad de Ingeniería en Geología, Minas,
Petróleos y Ambiental de la Universidad Central del Ecuador, considero que el mismo
reúne los requisitos y méritos necesarios en el campo metodológico y en el campo
epistemológico, para ser sometido a la evaluación por parte del jurado examinador que
se designe, por lo que lo APRUEBO, a fin de que el trabajo sea habilitado para
continuar con el proceso de titulación determinado por la Universidad Central del
Ecuador.
En la ciudad de Quito a los 16 días del mes de marzo de 2018
________________________
Susana Arciniegas Ortega
C.C. 1705179511
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vi
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA, MINAS, PETRÓLEOS Y AMBIENTAL
CARRERA DE INGENIERÍA AMBIENTAL
APROBACIÓN DEL TRABAJO DE TITULACIÓN POR PARTE DEL TRIBUNAL
El Delegado del Decano y los Miembros del tribunal calificador del trabajo de titulación,
modalidad proyecto de investigación, titulado: “ESTABLECIMIENTO DE PATRONES
DE RESPUESTA ESPECTRAL DEL AGUA QUE RECIBE DESCARGAS LÍQUIDAS
POR ACTIVIDADES FLORÍCOLAS Y URBANAS EN LA MICROCUENCA DEL RÍO
BLANCO”, preparado por las señoritas Cargua Proaño Silvia Valeria y Cueva Rosillo
Marlene Ernestina, Egresadas de la Carrera de Ingeniería Ambiental, declaran que el
presente proyecto ha sido revisado, verificado y evaluado detenida y legalmente,
calificándose como original y auténtico del autor.
En la ciudad de Quito DM a los 16 días del mes de marzo del 2018.
_________________________
Dr. Carlos Ordoñez
DELEGADO DEL DECANO
_______________________ ______________________
Ing. Diana Fabara Ing. Eduardo Espín
MIEMBRO MIEMBRO
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vii
DEDICATORIA
A mi madre, Gloria, por ser esa mano amiga que siempre estuvo conmigo cuando más
la necesité, porque con su amor y su apoyo pude vencer mis miedos y ganar más
fuerza para continuar firme en este camino, porque ella se merece todo y yo se lo voy
dar.
A mis abuelitos, Carlos y Gloria que siempre se preocuparon tanto por mí,
demostrándome todo su amor, comprensión, paciencia y sabiduría a través de todos
sus consejos que ahora me permiten alcanzar esta meta.
A mi Nim, mi pequeño, que cada día me ayudó a combatir las largas jornadas de
trabajo brindándome su paz, ternura y tranquilidad cuando más lo necesitaba.
A mis amigos, quienes me acompañaron siempre y me ayudaron a crecer como
persona, compartiendo tantas madrugadas de desvelo para cumplir nuestras tareas,
además de darme ánimo para terminar este proyecto.
Finalmente a Marle, quien supo hacer de mis días un poquito mejor, apoyándome en
cada momento de mi vida y dándome valor en el proceso de elaboración de este
trabajo.
Valeria
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viii
A Dios por ser mi mayor soporte, mi fan número uno, la mano que siempre necesité y
jamás se apartó de mi hombro durante este viaje.
A mis padres, que son los promotores de este objetivo, por sus consejos, su paciencia
y su amor, por apoyarme en los momentos más difíciles y siempre creer en mis
capacidades aun cuando yo mismo dudé.
A mis hermanos, que con su insistencia me impulsaron para continuar y no desmayar
en esta travesía.
A mi sobrino, por su paciencia y gran corazón para perdonar los momentos que no
pudimos pasar juntos.
A mi abuelito, mi tía y mi prima, por sumarse a mi club de fans y darme ánimos para
cumplir mis metas.
A mis amigos por su paciencia y comprensión en cada proyecto iniciado.
Finalmente a Vale por su paciencia, apoyo y compañía incondicional en todo
momento, especialmente durante los más difíciles a lo largo de este proyecto y de
nuestra carrera.
Marlene
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ix
AGRADECIMIENTOS
Nuestros sinceros agradecimientos están dirigidos hacia el Instituto Espacial
Ecuatoriano que nos brindó las bases, fundamentos y recursos necesarios para la
realización de este proyecto, a los miembros del Área de Desarrollo e Investigación
que aportaron con ideas y nos apoyaron constantemente, de manera muy especial al
Ingeniero José Luis Rivadeneira, nuestro primer tutor en el Instituto, el cual nos ayudó
en la formulación del plan de tesis y nos brindó su conocimiento en temas
relacionados a nuestro proyecto, al Ingeniero Javier Maiguashca, nuestro segundo
tutor, que nos colaboró durante todo el desarrollo de esta tesis, ayudándonos a
mejorar nuestra comprensión y fortaleciendo nuestros conocimientos mediante la
investigación y la práctica, al Sargento Vicente Condolo, quien formó parte de las
salidas de campo que realizamos para la toma de muestras y análisis in situ.
A nuestra tutora Ingeniera Susana Arciniegas por la confianza puesta en nosotras y
constante motivación para la realización de este trabajo.
A nuestros profesores que nos enseñaron con dedicación y nos inculcaron el
verdadero propósito, la ética y los valores de un ingeniero ambiental.
Y en general a todas aquellas personas que, de alguna forma, fueron parte de la
culminación de este proyecto.
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x
CONTENIDO
pág.
CONTENIDO ................................................................................................................ x
LISTA DE TABLAS ...................................................................................................... xi
LISTA DE FIGURAS .................................................................................................... xii
LISTA DE ECUACIONES ........................................................................................... xiii
LISTA DE ANEXOS .................................................................................................... xiv
ABREVIATURAS ....................................................................................................... xvii
GLOSARIO ............................................................................................................... xviii
RESUMEN .................................................................................................................. xix
ABSTRACT ................................................................................................................ xx
INTRODUCCIÓN .......................................................................................................... 1
1. MARCO TEORICO ................................................................................................ 3
1.1. Espectro electromagnético........................................................................................ 3
1.2. Ley de Planck .............................................................................................................. 4
1.3. Radiometría ................................................................................................................. 4
1.3.1. Tipos de sensores .............................................................................................. 5
1.4. Interacción de la radiación electromagnética y la materia ................................... 6
1.4.1. Comportamiento espectral de la vegetación .................................................. 8
1.4.2. Comportamiento espectral del suelo ............................................................... 9
1.4.3. Comportamiento espectral del agua ................................................................ 9
1.5. Índices .......................................................................................................................... 9
1.5.1. Índice simplificado de calidad de aguas (ISQA) .......................................... 10
1.5.2. Índice de Agua de Diferencia Normalizada (NDWI) .................................... 12
2. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ...................................................................... 13
2.1. Área de estudio ......................................................................................................... 13
2.1.1. Ubicación geográfica ........................................................................................ 13
-
xi
2.1.2. Características del sitio experimental ............................................................ 14
2.2. Material y métodos ................................................................................................... 14
2.2.1. Metodología de campo .................................................................................... 16
2.2.2. Metodología de laboratorio ............................................................................. 18
2.2.3. Procesamiento de las respuestas espectrales ............................................ 21
2.2.4. Cálculo de los índices ISQA y NDWI............................................................. 21
2.2.5. Análisis estadístico ........................................................................................... 22
3. CÁLCULOS Y RESULTADOS ............................................................................. 23
3.1. Análisis fisicoquímico y espectral .......................................................................... 23
3.1.1. Análisis fisicoquímico ....................................................................................... 23
3.1.2. Análisis espectral .............................................................................................. 24
3.2. Relación entre parámetros fisicoquímicos y reflectancia ................................... 26
3.2.1. Cálculo del ISQA: ............................................................................................. 26
3.2.2. Cálculo del NDWI ............................................................................................. 28
3.2.3. Análisis estadístico ........................................................................................... 30
4. DISCUSIÓN ......................................................................................................... 33
4.1. Relación entre parámetros fisicoquímicos y espectrales ................................... 33
5. CONCLUSIONES ................................................................................................ 36
6. RECOMENDACIONES ........................................................................................ 38
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................ 39
ANEXOS ..................................................................................................................... 43
-
xi
LISTA DE TABLAS
pág.
Tabla 1. Clasificación de la calidad del agua según el ISQA (Ros, 2011) ................... 12
Tabla 2. Características de los puntos de muestreo ................................................... 15
Tabla 3. Métodos de conservación de las muestras de agua ...................................... 18
Tabla 4. Métodos de análisis fisicoquímico ................................................................. 18
Tabla 5. Intervalos utilizados de Landsat 8 ................................................................. 22
Tabla 6. Prueba de Tukey ........................................................................................... 22
Tabla 7. Datos fisicoquímicos de la primera visita ....................................................... 23
Tabla 8. Datos fisicoquímicos de la segunda visita ..................................................... 24
Tabla 9. Características de los puntos durante la primera visita ................................. 25
Tabla 10. Características de los puntos durante la segunda visita .............................. 26
Tabla 11. Índice Simplificado de Calidad del Agua ..................................................... 27
Tabla 12. Índice Diferencial Normalizado del Agua ..................................................... 28
Tabla 13. Relación entre ISQA y NDWI ...................................................................... 29
Tabla 14. Análisis de la Varianza para la primera visita .............................................. 30
Tabla 15. Prueba de Tukey para la primera visita ....................................................... 30
Tabla 16. Análisis de la Varianza para la segunda visita ............................................. 31
Tabla 17. Prueba de Tukey para la segunda visita ..................................................... 32
-
xii
LISTA DE FIGURAS
pág.
Figura 1. Firmas espectrales típicas para diferentes cubiertas terrestres ...................... 8
Figura 2. Ubicación del área de estudio ...................................................................... 13
Figura 3. Mapa de puntos de muestreo ...................................................................... 15
Figura 4. Metodología de campo ................................................................................ 17
Figura 5. Elaboración del sistema usado para las mediciones en laboratorio ............. 19
Figura 6. Esquema del sistema utilizado en laboratorio .............................................. 20
Figura 7. Respuestas espectrales de la primera visita ................................................ 25
Figura 8. Respuestas espectrales de la segunda visita ............................................... 26
Figura 9. Prueba de Tukey para la primera visita ........................................................ 31
Figura 10. Prueba de Tukey para la segunda visita .................................................... 32
-
xiii
LISTA DE ECUACIONES
pág
Ecuación 1. Emitancia radiante espectral ..................................................................... 4
Ecuación 2. Tamaño del pixel ....................................................................................... 5
Ecuación 3. Índice simplificado de calidad de aguas (ISQA) ....................................... 10
Ecuación 4. T si 𝑡 ≤ 20º𝐶 ........................................................................................... 10
Ecuación 5. T si 𝑡 > 20º𝐶 ........................................................................................... 10
Ecuación 6. DQO si 𝑎 ≤ 10𝑚𝑔𝐿 .................................................................................. 10
Ecuación 7. DQO si 60𝑚𝐿 ≥ 𝑎 > 10𝑚𝑔𝐿 .................................................................... 10
Ecuación 8. DQO si 𝑎 > 60𝑚𝑔𝐿 .................................................................................. 11
Ecuación 9. SS si 𝑆𝑆 ≤ 100𝑚𝑔𝐿 ................................................................................. 11
Ecuación 10. SS si 250𝑚𝑔𝐿 ≥ 𝑆𝑆 > 100𝑚𝑔𝐿 .............................................................. 11
Ecuación 11. SS si 𝑆𝑆 > 250𝑚𝑔𝐿 ............................................................................... 11
Ecuación 12. OD si 𝑂2 < 10𝑚𝑔𝐿 ................................................................................ 11
Ecuación 13. OD si 𝑂2 ≥ 10𝑚𝑔𝐿 ................................................................................ 11
Ecuación 14. Conductividad si 𝐶𝐸 ≤ 4000𝜇𝑆𝑐𝑚 .......................................................... 11
Ecuación 15. Conductividad si 𝐶𝐸 > 4000𝜇𝑆𝑐𝑚 .......................................................... 11
Ecuación 16. Índice de agua de diferencia normalizada (NDWI) ................................. 12
-
xiv
LISTA DE ANEXOS
pág.
ANEXO A: REGISTRO FOTOGRÁFICO .................................................................... 44
Fotografía A1. Río Blanco - Antes de las florícolas ........................................................ 44
Fotografía A2. Río Blanco - Dentro de la ciudad ............................................................. 44
Fotografía A3. Punto de descarga – florícola después de la ciudad ............................ 44
Fotografía A4. Punto de descarga - florícola antes de la ciudad .................................. 44
Fotografía A5. Punto de descarga - aguas grises ........................................................... 44
Fotografía A6. Ubicación aproximada de los puntos de muestreo ............................... 45
Fotografía A7. Pintada del exterior del tanque ................................................................ 45
Fotografía A8. Primeras adaptaciones del tanque .......................................................... 45
Fotografía A9. Construcción del sistema de circulación ................................................ 45
Fotografía A10. Anclaje de la lámpara .............................................................................. 45
Fotografía A11. Registro de muestras - punto P2 ........................................................... 46
Fotografía A12. Medición de parámetros fisicoquímicos in situ - punto P4 ................ 46
Fotografía A13. Medición de reflectancia in situ - punto P1 .......................................... 46
Fotografía A14. Registro de muestras - punto P3 ........................................................... 46
Fotografía A15. Medición de parámetros fisicoquímicos in situ .................................... 46
Fotografía A16. Medición de la altura del agua - punto P2 ........................................... 46
Fotografía A 17. Canal de recolección de aguas para riego – punto P5 ..................... 47
Fotografía A 18. Caja de distribución - punto P5 ............................................................ 47
Fotografía A19. Medición de DQO en laboratorio ........................................................... 47
Fotografía A20. Medición de la reflectancia en laboratorio ........................................... 47
Fotografía A21. Medición de Sólidos suspendidos ......................................................... 47
ANEXO B: FICHA DE CAMPO ................................................................................... 48
B1. Modelo de ficha de campo ........................................................................................... 48
B2. Ficha de campo registrada .......................................................................................... 49
ANEXO C. ESQUEMA DEL SISTEMA UTILIZADO EN LABORATORIO .................... 50
Esquema C 1. Vista frontal del sistema ............................................................................ 50
-
xv
Esquema C 2. Vista superior del sistema ......................................................................... 50
Esquema C 3. Equipos en posición ................................................................................... 50
Esquema C 4. Vista superior del sistema de circulación ............................................... 50
ANEXO D: CALCULO DEL NDWI ............................................................................... 51
Tabla D1. Rangos utilizados para el primer muestreo: Campo 1-Banda verde ......... 51
Tabla D2. Rangos utilizados para el primer muestreo: Campo 1-Banda IR ............... 53
Tabla D3. Rangos utilizados para el primer muestreo: Laboratorio 1-Banda verde .. 54
Tabla D4. Rangos utilizados para el primer muestreo: Laboratorio 1-Banda IR ........ 56
Tabla D5. Rangos utilizados para el segundo muestreo: Campo 2-Banda verde ..... 57
Tabla D6. Rangos utilizados para el segundo muestreo: Campo 2-Banda IR ........... 59
Tabla D7. Rangos utilizados para el segundo muestreo: Laboratorio 2-Banda
verde ....................................................................................................................................... 60
Tabla D8. Rangos utilizados para el segundo muestreo: Laboratorio 2-Banda IR .... 62
Tabla D9. Promedios de bandas por punto y por medición ........................................... 63
ANEXO E: TABLAS PARA EL ANALISIS ESTADISTICO ........................................... 64
Tabla E1. Promedios de repetición para los puntos P1y P2: Campo 1-Banda
verde ....................................................................................................................................... 64
Tabla E2. Promedios de repetición para los puntos P3y P4: Campo 1-Banda
verde ....................................................................................................................................... 66
Tabla E3. Promedios de repetición para los puntos P5 y P6: Campo 1-Banda
verde ....................................................................................................................................... 68
Tabla E4. Promedios de repetición para los puntos P1 y P2: Campo 1-Banda IR .... 70
Tabla E5. Promedios de repetición para los puntos P3 y P4: Campo 1-Banda IR .... 71
Tabla E6. Promedios de repetición para los puntos P5 y P6: Campo 1-Banda IR .... 72
Tabla E7. Promedios de repetición para los puntos P1 y P2: Laboratorio 1-Banda
verde ....................................................................................................................................... 73
Tabla E8. Promedios de repetición para los puntos P3 y P4: Laboratorio 1-Banda
verde ....................................................................................................................................... 75
Tabla E9. Promedios de repetición para los puntos P5 y P6: Laboratorio 1-Banda
verde ....................................................................................................................................... 77
Tabla E10. Promedios de repetición para los puntos P1 y P2: Laboratorio 1-Banda
IR ............................................................................................................................................. 79
Tabla E11. Promedios de repetición para los puntos P3 y P4: Laboratorio 1-Banda
IR ............................................................................................................................................. 80
Tabla E12. Promedios de repetición para los puntos P5 y P6: Laboratorio 1-Banda
IR ............................................................................................................................................. 81
-
xvi
Tabla E13. Promedios de repetición para los puntos P1 y P2: Campo 2-Banda
verde ....................................................................................................................................... 82
Tabla E14. Promedios de repetición para los puntos P3 y P4: Campo 2-Banda
verde ....................................................................................................................................... 84
Tabla E15. Promedios de repetición para los puntos P5 y P6: Campo 2-Banda
verde ....................................................................................................................................... 86
Tabla E16. Promedios de repetición para los puntos P1 y P2: Campo 2-Banda IR .. 88
Tabla E17. Promedios de repetición para los puntos P3 y P4: Campo 2-Banda IR .. 89
Tabla E18. Promedios de repetición para los puntos P5 y P6: Campo 2-Banda IR .. 90
Tabla E19. Promedios de repetición para los puntos P1 y P2: Laboratorio 2-Banda
verde ....................................................................................................................................... 91
Tabla E20. Promedios de repetición para los puntos P3 y P4: Laboratorio 2-Banda
verde ....................................................................................................................................... 93
Tabla E21. Promedios de repetición para los puntos P5 y P6: Laboratorio 2-Banda
verde ....................................................................................................................................... 95
Tabla E22. Promedios de repetición para los puntos P1 y P2: Laboratorio 2-Banda
IR ............................................................................................................................................. 97
Tabla E23. Promedios de repetición para los puntos P3 y P4: Laboratorio 2-Banda
IR ............................................................................................................................................. 98
Tabla E24. Promedios de repetición para los puntos P5 y P6: Laboratorio 2-Banda
IR ............................................................................................................................................. 99
Tabla E25. Promedios por puntos: Campo 1-Banda verde ......................................... 100
Tabla E26. Promedios por puntos: Campo 1-Banda infrarroja cercana .................... 102
Tabla E27. Promedios por puntos: Laboratorio 1-Banda verde .................................. 103
Tabla E28. Promedios por puntos: Laboratorio 1-Banda infrarroja cercana ............. 105
Tabla E29. Promedios por puntos: Campo 2-Banda verde ......................................... 106
Tabla E30. Promedios por puntos: Campo 2-Banda infrarroja cercana .................... 108
Tabla E31. Promedios por puntos: Laboratorio 2-Banda verde .................................. 109
Tabla E32. Promedios por puntos: Laboratorio 2-Banda infrarroja cercana ............. 111
Tabla E33. Tablas por tratamiento y repetición de las mediciones en campo ......... 112
Tabla E34. Tablas por tratamiento y repetición de las mediciones en laboratorio .. 113
Tabla E35. Tablas para procesamiento en Infostat de las mediciones en campo ... 114
Tabla E36. Tablas para procesamiento en Infostat de las mediciones en
laboratorio ............................................................................................................................ 115
ANEXO F: INFORMACIÓN DE PROGRAMAS ......................................................... 116
F1. INFOSTAT – Versión Estudiantil ............................................................................... 116
F2. RS3 – View Spec Pro .................................................................................................. 117
-
xvii
ABREVIATURAS
OD: Oxígeno Disuelto
T: Temperatura
SS: Sólidos Suspendidos
DQO: Demanda Química de Oxígeno
NDWI: Índice de Agua de Diferencia Normalizada
NDVI: Indice de Vegetación de Diferencial Normalizada
ISQA: Índice Simplificado de Calidad del Agua
SWIR: Infrarrojo de Onda Corta
NIR: Infrarrojo Cercano
NSF: Fundación Nacional de Sanidad
ICA: Índice de Calidad del Agua
CEDEX: Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas
CE: Conductividad Eléctrica
IEE: Instituto Espacial Ecuatoriano
FIGEMPA: Facultad de Ingeniería en Geología, Minas, Petróleos y Ambiental
SIG: Sistemas de Información Geográfica
SNI: Sistema Nacional de Información
IGM: Instituto Geográfico Militar
-
xviii
GLOSARIO
ABSORTIVIDAD: Relación entre el flujo incidente y el que absorbe una superficie.
(Chuvieco, 2008)
EMISIVIDAD: Relación entre la emitancia de una superficie y la que ofrecería un
emisor perfecto, denominado cuerpo negro, a la misma temperatura. (Chuvieco, 2008)
EMITANCIA: Total de energía radiada en todas las direcciones desde una unidad de
área y por unidad de tiempo. Se mide en vatios por metro cuadrado (Chuvieco, 2008)
NADIR: Punto de la esfera celeste diametralmente opuesto al que ocupa en ella el
centro del astro. (RAE, 2018)
PSEUDO BANDAS: Al aplicar un proceso que calcula una nueva imagen, utiliza un
análisis que produce dicha transformación, creando nuevas bandas llamadas pseudo
bandas. (Delgado, 2015)
RESPUESTA ESPECTRAL: Es la distribución de valores de la radiancia en función de
la longitud de onda. (Lira, 2010)
TRANSMISIVIDAD: Relación entre el flujo incidente y el transmitido por una superficie.
(Chuvieco, 2008)
-
xix
TEMA: ESTABLECIMIENTO DE PATRONES DE RESPUESTA ESPECTRAL DEL
AGUA QUE RECIBE DESCARGAS LÍQUIDAS POR ACTIVIDADES FLORÍCOLAS Y
URBANAS EN LA MICROCUENCA DEL RÍO BLANCO
Autores: Cargua Proaño Silvia Valeria
Cueva Rosillo Marlene Ernestina
Tutor: Susana Arciniegas Ortega
RESUMEN
Esta investigación se realizó en el Río Blanco ubicado en el Cantón Cayambe, con el
objetivo de establecer los patrones de respuesta espectral del agua que recibe las
descargas líquidas por actividades florícolas y urbanas. Las firmas espectrales fueron
contrastadas con parámetros fisicoquímicos, mediante el cálculo de los índices NDWI
(Índice Diferencial de Agua Normalizado), que se obtuvo a partir de la relación entre
las bandas verde e infrarroja y el ISQA (Índice Simplificado de Calidad del Agua), el
cual se lo calculó considerando los parámetros fisicoquímicos medidos (OD, T, SS,
DQO, CE). Los resultados obtenidos mostraron que no es posible establecer una
correlación entre estos dos índices puesto que no fue factible la formación de rangos
para el NDWI que estuvieran de acuerdo a la clasificación establecida por el ISQA. Sin
embargo, mediante el análisis de Tukey realizado se observó que aquellos puntos que
presentaron valores negativos del NDWI se podían diferenciar de los demás y
correspondían a aguas de baja calidad o a una altura del agua inadecuada para la
medición espectral en campo.
PALABRAS CLAVE: RESPUESTA ESPECTRAL/ NDWI/ PARÁMETROS
FISICOQUÍMICOS/ ISQA/ TELEDETECCIÓN
-
xx
TITLE: ESTABLISHMENT OF SPECTRAL RESPONSE PATTERNS OF WATER
RECEIVING LIQUID DISCHARGES FROM FLORIC AND URBAN ACTIVITIES IN THE
SUB BASIN OF BLANCO RIVER
Authors: Cargua Proaño Silvia Valeria
Marlene Ernestina Cueva Rosillo
Tutora: Susana Arciniegas Ortega
ABSTRACT
This investigation was made in the Blanco River, at Cayambe city, with the aim of
establishing the spectral response patterns of water that receives liquid discharges
from floric and urban activities. Spectral Signatures were contrasted with
physicochemical parameters by calculating the NDWI (Normalized Difference Water
Index), which was obtained from the relationship between green and infrared bands,
and the ISQA (Simplified Water Quality Index), which was calculated considering
measured physicochemical parameters (OD, T, SS, COD, conductivity). Results show
that it is not possible to establish a correlation between these indices because it was
not feasible the formation of ranks for the NDWI which were in agreement with the
classification established by the ISQA, nevertheless by the Tukey analysis performed,
some of the negative NDWI can be discriminated against by others because of the low
quality waters or the inadequate water height for the spectral measurement in the field.
KEYWORDS: SPECTRAL SIGNATURES/ NDWI/ PHYSICOCHEMICAL
PARAMETERS/ ISQA/ REMOTE SENSING
I CERTIFY that the above and foregoing is a true and correct translation of the original document in Spanish.
____________________ Ing. Susana Arciniegas Tutora ID: 1705179511
-
1
INTRODUCCIÓN
El ser humano se encuentra en constante expansión geográfica y con él la
degradación del medioambiente, debido a las actividades productivas que desarrolla.
Para determinar el grado de esta degradación y proveerle seguimiento es necesario
realizar análisis fisicoquímicos, los mismos que pueden llegar a ser costosos pues
conllevan visitas de campo, recolección de muestras y los respectivos costos de
laboratorio. (Haji, 2016)
Es por ello que se inició el desarrollo de métodos basados en teledetección que
determine el estado de un área o cualquiera de sus componentes naturales, cuyos
costos sean reducidos, acelerando la producción de datos y siendo de ayuda para
lugares de difícil acceso, ya que posee una cobertura globalizada (Amanollahi, 2016).
A partir de la obtención de las primeras fotografías aéreas por Gaspar de Tournachon
desde un globo cautivo en el año de 1859, la teledetección ha tenido un gran
desarrollo, la incorporación de sensores en plataformas satelitales y aeronáuticas ha
ayudado a obtener imágenes inclusive en tiempo real de la superficie de la Tierra
permitiendo tratar esta información en el campo de los agrónomos, geógrafos,
forestales, biólogos y desde el año de 1973, mediante la inclusión de nuevos
proyectos, de observación ambiental. (Chuvieco, 2008)
Las imágenes son obtenidas mediante sensores que trabajan en base a los principios
de radiometría, es decir, captando la reflectancia de los objetos que se encuentren
dentro de su alcance, en bandas espectrales. La reflectancia se mide en porcentaje y
las bandas en nanómetros, de acuerdo a las características del sensor que se emplee.
(Pérez y Muñoz, 2006)
También existen sensores que no generan imágenes sino curvas espectrales, las
cuales permiten el análisis de las características ópticas de un elemento, uno de ellos
es el espectroradiómetro que necesita de una fuente de luz externa para proyectarlas.
(Chuvieco, 2008)
-
2
Este tipo de sensor ha sido utilizado en estudios ambientales para: la determinación de
las firmas espectrales de sedimentos de diferentes ríos (Whitlock, 1977), para
establecer la influencia de los materiales orgánicos disueltos en las propiedades
ópticas del agua turbia y en su reflectancia (Witte, 1982), entre otras aplicaciones.
Por las razones señaladas, en este estudio se planteó como objetivo general el uso de
estos sensores para establecer los patrones de respuesta espectral del agua que
recibe las descargas líquidas por actividades florícolas y urbanas en la Microcuenca
del Río Blanco.
A nivel específico los objetivos fueron: identificar los puntos de muestreo adecuados;
establecer la metodología adecuada para la captura de firmas espectrales tanto en
campo como en laboratorio; realizar el análisis fisicoquímico y espectral; y relacionar
los parámetros fisicoquímicos con la reflectancia obtenida.
En el país existe una gran preocupación en temas ambientales debido a escenarios de
contaminación ocurridos en los últimos años, razón por la cual organismos
gubernamentales se han convocado para hacer frente a esta problemática, es por ello
que el Gobierno Autónomo Descentralizado Intercultural y Plurinacional Del Municipio
de Cayambe da paso a un trabajo conjunto con la Universidad Central del Ecuador
para el desarrollo de propuestas tecnológicas y líneas de investigación que beneficien
a la comunidad. Sumándose el Instituto Espacial Ecuatoriano con la disposición de
apoyar el trabajo de la Universidad Central del Ecuador, mediante el acceso a sus
recursos.
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3
1. MARCO TEORICO
1.1. Espectro electromagnético
Para comprender la definición de espectro electromagnético es preciso conocer sobre
la radiación electromagnética:
Las propiedades de la radiación electromagnética se han explicado por
dos teorías aparentemente contrapuestas: aquella que la concibe como un
haz ondulatorio (Huygens, Maxwell), y aquella otra que la considera como
una sucesión de unidades discretas de energía, fotones o cuantos, con
masa igual a cero (Planck, Einstein). (Chuvieco, 2008)
En base a dichas teorías se concluyó que cualquier tipo de energía radiante se puede
definir por su longitud de onda o frecuencia. En función de la primera, la radiación
electromagnética se presenta de forma continua y se puede asociar en bandas,
conforme presenten comportamientos similares, a esta organización de bandas se le
denomina espectro electromagnético. (Chuvieco, 2008)
Según Chuvieco (2008) las bandas se organizan desde las longitudes más cortas, con
denominaciones de micrómetros, hasta las kilométricas. Entre las bandas espectrales
más empleadas en la teledetección se encuentran:
Espectro visible: de 0,4 a 0,7 µm, es la única parte del espectro
electromagnético que puede percibir el ojo humano. Esta banda se divide en
tres bandas elementales, azul (A: 0,4-0,5 µm), verde (V: 0,5-0,6 µm) y rojo (R:
0,6-0,7 µm).
Infrarrojo cercano: de 0,7 a 1,3 µm es usado para discriminar masas vegetales
y concentraciones de humedad o cuerpos de agua.
Infrarrojo lejano o térmico: de 8 a 14 µm, detecta las diferentes cubiertas
terrestres mediante el calor que emiten.
Microondas: se ubica por encima de 1mm.
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4
1.2. Ley de Planck
Un cuerpo negro se define como un cuerpo ideal que puede absorber toda la radiación
que llega en toda longitud de onda y emitirla en función de la temperatura y de la
frecuencia de onda (García, 2008).
Plank determinó la expresión de la emisión de radiación de un cuerpo negro,
considerando que la energía que pueda ser emitida y absorbida por dicho cuerpo sea
infinita, por lo cual este cuerpo ideal no refleja ni transmite nada. (García, 2008). Dicha
expresión se describe, en función de la longitud de onda, mediante la siguiente
fórmula:
𝑀𝜆 =𝜀𝑐1
𝜆5(𝑒𝑐2 𝜆⁄ 𝑇−1) [𝑊 (𝑚2 ⋅ 𝜇𝑚)⁄ ] (1)
Ecuación 1. Emitancia radiante espectral
Donde:
Mλ = Emitancia radiante espectral
ε = Emitancia (emisividad), adimensional
c1 = Primera constante de la radiación = 3,7413 x 108 W μm4 /m²
λ = Longitud de onda en μm
c2 = Segunda constante de la radiación = 1,4388 x 104 μm*K
T = Temperatura absoluta radiante en grados Kelvin
Los cuerpos de agua se comportan como un cuerpo negro al observarlos en imágenes
satelitales ya que absorben casi toda la radiación incidente, calentándose de esta
manera y emitiendo radiación en función de la temperatura. (Lira, 2010)
1.3. Radiometría
Según McCluney (2014) la radiometría se entiende como un sistema de lenguaje,
relaciones matemáticas e instrumentos de medición usado para describir y medir la
propagación de la radiación electromagnética, incluyendo los efectos de la radiación
como reflexión, absorción, transmisión y dispersión, a través de la materia que puede
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5
estar en fase sólida, líquida o gaseosa. La radiometría emplea sensores para medir la
interacción de la radiación electromagnética con la materia.
1.3.1. Tipos de sensores
La clasificación de los sensores remotos según Chuvieco (2008), se la puede realizar
de acuerdo a su procedimiento para captar la energía procedente de distintas
cubiertas.
a) Pasivos: Cuando se limitan a recibir la energía proveniente de un foco exterior
a ellos y
b) Activos: Cuando son capaces de emitir su propio haz de energía, es decir, no
dependen únicamente de las condiciones exteriores al sistema sensor-Tierra.
Un ejemplo de este tipo sensores es el espectroradiómetro.
Los sensores empleados para la teledetección se manejan a través de cuatro
resoluciones que son: espacial, espectral, radiométrica y temporal. (Chuvieco, 2008)
Resolución espacial: Se interpreta como el tamaño del objeto más pequeño o tamaño
del píxel que pueda distinguirse en una imagen satelital, por lo que mientras más
pequeño sea el objeto que se distingue mayor resolución espacial posee dicho sensor.
(Pérez y Muñoz, 2006)
El tamaño de píxel puede variar conforme se acerque o aleje del punto nadiral, por lo
que es preciso introducir el concepto de IFOV (campo instantáneo de visión) (Pérez y
Muñoz, 2006). El IFOV es la sección angular (radianes) observada en un momento
determinado (Chuvieco, 2008) y se relaciona con el tamaño del píxel así:
𝑑 = 2𝐻𝑡𝑎𝑛 (𝐼𝐹𝑂𝑉
2) (2)
Ecuación 2. Tamaño del pixel
Donde:
d = es el tamaño de píxel
H = es la distancia del sensor a la superficie terrestre
Resolución espectral: indica el número y anchura de las bandas que el sensor puede
diferenciar. Por lo tanto, un sensor tendrá mejor resolución espectral si tiene un mayor
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6
número de bandas cuya anchura no sea muy amplia para que no se omitan diferencias
entre las cubiertas de interés. (Chuvieco, 2008)
Resolución radiométrica: se refiere a la capacidad del sensor para diferenciar
pequeñas variaciones de la radiación que capta. Se expresa en bits, que es el formato
binario necesario para la codificación de la energía electromagnética a nivel digital. Si
un sensor posee mayor resolución radiométrica, mayor será el número de detalles
captados en la imagen. (Pérez y Muñoz, 2006)
Resolución temporal: Es el tiempo que tarda el satélite en pasar por un mismo punto
del globo terrestre, determinando así la periodicidad en la obtención de las imágenes
satelitales de una misma zona. Esta resolución permite determinar si las imágenes de
un satélite son útiles para estudios evolutivos, ya que estos precisan información
continua que detalle las variaciones temporales de una zona. (Chuvieco, 2008)
1.4. Interacción de la radiación electromagnética y la materia
La radiación electromagnética que interacciona con las cubiertas terrestres proviene
del sol y se denomina radiación solar, esta se encuentra comprendida entre el visible y
el Infrarrojo de onda corta, también conocido como SWIR (Short Wavelength Infrared)
por sus siglas en inglés, es decir, abarca desde los 0,4 a 2,5 μm. (Chuvieco, 2008)
La radiación solar que llega a la Tierra disminuye tanto por la distancia como por el
tamaño del planeta. Además, una porción de la radiación solar que llega a la
atmósfera se filtra por los gases que la forman, por lo que la radiación solar directa que
incide en el suelo es mucho menor (1366 Wm-2). También, se debe considerar que la
tierra se ilumina solo una parte en cada momento resultando en una radiación solar
promedio de 342 Wm-2, que varía de acuerdo a las condiciones de transmisividad de la
atmósfera y la altura del sol (Chuvieco, 2008). La radiación solar que incide en la
superficie terrestre, también denominada irradiancia espectral total, se compone de: la
radiación solar directa y la radiación solar difusa atmosférica. (Lira, 2010)
La interacción de la radiación solar incidente con la materia puede incluir procesos
sub-atómicos, atómicos y moleculares, depende de la longitud de onda de la radiación
y comprende los siguientes mecanismos básicos: absorción, reflexión, transmisión y
dispersión. (Lira, 2010)
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La absorción se define como la transformación energética de la radiación solar
incidente de una determinada longitud de onda al atravesar un objeto, produciendo
alteraciones en el movimiento atómico y molecular, lo que se traduce en un cambio de
temperatura (Sobrino, 2000). La reflexión es la porción de la radiación solar incidente
que se refleja, la transmisión es la parte de la energía incidente que es transmitida por
dicho objeto y la dispersión ocurre cuando la radiación es reflejada o refractada por las
partículas del medio sin ser atenuada, solo produciéndose un cambio de dirección.
(Lira, 2010)
La cantidad de energía en cada uno de estos mecanismos puede variar de acuerdo al
tipo de superficie, material y condición del objeto que recibe dicha radiación. El tipo de
superficie o forma geométrica de un objeto se considera importante en cuanto a la
reflexión de energía y se encuentra en función de la rugosidad. Existen dos tipos de
superficies: especulares y lambertianas. (Lira, 2010)
Las superficies especulares reflejan la energía con el mismo ángulo del flujo incidente,
mientras las superficies lambertianas reflejan en todas las direcciones de manera
uniforme. Esta característica, también determina si el sensor recibirá la radiación
reflejada solo si se encuentra en la misma dirección del ángulo de reflexión
(especulares) o es constante para cualquier ángulo (lambertianas). (Chuvieco, 2008)
La mayoría de las superficies tienen un comportamiento intermedio entre los dos tipos,
por lo que es necesario conocer el comportamiento de reflexión que poseen las
cubiertas terrestres en diferentes longitudes de onda para que sea posible su
discriminación bajo cubiertas espectralmente similares. (Chuvieco, 2008)
Bajo estas determinaciones, se han realizado medidas en laboratorio para obtener las
firmas espectrales de las principales cubiertas terrestres, tal como se observa en la
figura 1, donde algunas curvas tienen una tendencia uniforme en diferentes longitudes
de onda y otras tienen mayor variación a lo largo del espectro en el que están
presentes. (Chuvieco, 2008)
La nieve mantiene la reflectancia en el espectro visible, lo que explica su color blanco
pues refleja toda la radiación incidente. Al contrario, el agua absorbe la mayor parte de
la radiación incidente, aumentando para longitudes de onda mayores. Por otro lado, la
vegetación presenta poca reflectancia en el espectro visible, aumenta en el infrarrojo
cercano y disminuye en el infrarrojo medio. Los materiales de construcción tienen
comportamientos similares a lo largo del espectro electromagnético. (Chuvieco, 2008)
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Figura 1. Firmas espectrales típicas para diferentes cubiertas terrestres
(Chuvieco, 2008)
1.4.1. Comportamiento espectral de la vegetación
El estudio espectral de las masas vegetales depende de los factores que influyen en la
radiancia reflejada. Según Chuvieco, E. (2008), estos se dividen en tres grupos:
Relacionados a la reflectancia de la hoja, como los pigmentos, estructura celular
y contenido de humedad
Características geométricas de la planta, como el área foliar, forma de las hojas,
distribución en la planta, entre otros
Factores asociados a la situación geográfica de la planta: pendiente, orientación,
condiciones atmosféricas, etc.
El color de esta capa se debe a un pico relativo de reflectancia que coincide con la
banda verde del espectro visible. Mientras que, la alta reflectancia en el infrarrojo
cercano se debe: por una parte a la baja absortividad de las clorofilas en esta banda y
por otro a la estructura celular interna de la hoja, donde se encuentra el mesófilo que,
mediante intercambios gaseosos, produce la dispersión de la radiación incidente en el
infrarrojo cercano o NIR. A partir de 1,4 μm, se pueden discriminar las hojas secas de
las infiltradas con agua puesto que el efecto absorbente del agua es muy claro en el
SWIR. (Chuvieco, 2008)
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1.4.2. Comportamiento espectral del suelo
La respuesta espectral del suelo varía según sus propiedades fisicoquímicas
(Chuvieco, 2008) como:
Composición química: el contenido de óxido de hierro y materia orgánica influyen
en el color del suelo y por tanto en su reflectancia, por ejemplo: suelos calcáreos
presentan una mayor reflectancia en el espectro visible por su color blanco
mientras que los suelos arcillosos reflejan más en el rojo por su alto contenido de
óxido de hierro.
Textura: el porcentaje de limo, arcilla y arena permite conocer la capacidad de
retención de agua. La reflectancia aumenta para suelos más finos y apelmazados.
Contenido de humedad: los suelos secos presentan mayor reflectancia que los
suelos húmedos, debido a la alta absorción del agua.
Estas propiedades se relacionan por lo que: si un suelo es arcilloso tiende a retener
mejor la humedad pero la reflectancia disminuye. Por otro lado, si un suelo es arenoso
tiene bajo contenido de humedad y la reflectancia más elevada. (Chuvieco, 2008)
1.4.3. Comportamiento espectral del agua
Los cuerpos de agua absorben o transmiten la mayor parte de la radiación incidente,
aumentando a medida que la longitud de onda sea mayor. La reflectancia del agua
aumenta en el espectro visible, específicamente en los colores verde o azul, para
disminuir a medida que aumenta la longitud de onda desde el infrarrojo cercano.
(Chuvieco, 2008)
La reflectancia del agua se relaciona con la profundidad del cuerpo de agua, el
contenido de materiales en suspensión y la rugosidad de la superficie. La turbidez del
agua aumenta la reflectancia en todas las bandas del visible, mientras que a mayor
profundidad esta disminuye, debido a la reflectancia derivada de los materiales de
fondo. La rugosidad de la superficie produce la reflexión difusa lo que aporta mayor
reflectancia, sin embargo, las aguas muy tranquilas se comportan de manera
especular produciendo una dependencia entre la reflectancia y la ubicación del sensor.
(Chuvieco, 2008)
1.5. Índices
Existen varios tipos de índices de acuerdo a lo que se requiera determinar, estos
pueden ser: índices de calidad de agua, suelo o aire o índices de contaminación. Esta
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clase de índices relaciona parámetros físicos, químicos y/o microbiológicos para
determinar la calidad o el nivel de contaminación de recursos naturales. (Torres, 2009)
Sin embargo, mediante el desarrollo de la tecnología aeroespacial se han desarrollado
índices cuyos datos se obtienen de la interacción de la radiación solar con las
diferentes coberturas terrestres. (McFeeters, 1996). Por ejemplo: NDWI (McFeeters,
1996; Xu, 2006), NDVI (Rouse et al., 1973), Índice para determinar áreas inundadas
del CEDEX (Bustamante et al., 2005), entre otros.
1.5.1. Índice simplificado de calidad de aguas (ISQA)
En 1982 Queralt desarrolló el índice simplificado de calidad del agua para las cuencas
de Cataluña (España), el mismo emplea cinco parámetros: temperatura (T), demanda
química de oxígeno (DQO), sólidos suspendidos (SS), oxígeno disuelto (OD) y
conductividad (Ros, 2011), se obtiene mediante las siguientes ecuaciones:
𝐼𝑆𝑄𝐴 = 𝑇 ∗ (𝐴 + 𝐵 + 𝐶 + 𝐷) (3)
Ecuación 3. Índice simplificado de calidad de aguas (ISQA)
Donde:
T: es la temperatura en ºC. Sus valores pueden ir de 0,8 a 1 según
𝑇 = 1 (4)
Ecuación 4. T si 𝒕 ≤ 𝟐𝟎º𝑪
𝑇 = 1 − (𝑡 − 20) ⋅ 0,0125 (5)
Ecuación 5. T si 𝒕 > 𝟐𝟎º𝑪
A: es la demanda química de oxígeno expresada en mg/L. Puede tomar valores
comprendidos entre 0 y 30 según
𝐴 = 30 − 𝑎 (6)
Ecuación 6. DQO si 𝒂 ≤ 𝟏𝟎 𝒎𝒈 𝑳⁄
𝐴 = 21 − (0,35 ⋅ 𝑎) (7)
Ecuación 7. DQO si 𝟔𝟎 𝒎𝒈 𝑳⁄ ≥ 𝒂 > 𝟏𝟎 𝒎𝒈 𝑳⁄
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𝐴 = 0 si 𝑎 > 60 𝑚𝑔 𝐿⁄ (8)
Ecuación 8. DQO si 𝒂 > 𝟔𝟎 𝒎𝒈 𝑳⁄
B: corresponde a sólidos suspendidos en mg/L. Sus valores van de 0 a 25 según:
𝐵 = 25 − (0,15 ⋅ 𝑆𝑆) (9)
Ecuación 9. SS si 𝑺𝑺 ≤ 𝟏𝟎𝟎 𝒎𝒈 𝑳⁄
𝐵 = 17 − (0,07 ⋅ 𝑆𝑆) (10)
Ecuación 10. SS si 𝟐𝟓𝟎 𝒎𝒈 𝑳⁄ ≥ 𝑺𝑺 > 𝟏𝟎𝟎 𝒎𝒈 𝑳⁄
𝐵 = 0 (11)
Ecuación 11. SS si 𝑺𝑺 > 𝟐𝟓𝟎 𝒎𝒈 𝑳⁄
C: es el oxígeno disuelto en mg/L. Los valores que puede tomar están entre 0 y 25
según
𝐶 = 2,5 ⋅ 𝑂2 (12)
Ecuación 12. OD si 𝑶𝟐 < 𝟏𝟎 𝒎𝒈 𝑳⁄
𝐶 = 25 (13)
Ecuación 13. OD si 𝑶𝟐 ≥ 𝟏𝟎 𝒎𝒈 𝑳⁄
D: es la conductividad (CE en μS/cm a 18ºC). Puede tomar valores comprendidos
entre 0 y 20 según
𝐷 = (3,6 − 𝑙𝑜𝑔(𝐶𝐸)) ⋅ 15,4 (14)
Ecuación 14. Conductividad si 𝑪𝑬 ≤ 𝟒𝟎𝟎𝟎𝝁 𝑺 𝒄𝒎⁄
𝐷 = 0 si 𝐶𝐸 > 4000𝜇 𝑆 𝑐𝑚⁄ (15)
Ecuación 15. Conductividad si 𝑪𝑬 > 𝟒𝟎𝟎𝟎𝝁 𝑺 𝒄𝒎⁄
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12
La clasificación de la calidad del agua de acuerdo al ISQA se observa a continuación:
Tabla 1. Clasificación de la calidad del agua según el ISQA (Ros, 2011)
Valor del índice Tipo de agua
76-100 Aguas claras sin aparente contaminación
51-75 Ligero color de agua con espumas y ligera turbidez del agua, no natural
26-50 Apariencia de aguas contaminadas y de fuerte olor
0-25 Aguas negras, con procesos de fermentación y olor
1.5.2. Índice de Agua de Diferencia Normalizada (NDWI)
Según McFeeters (1996), existen varios métodos para el análisis de las características
de fuentes hídricas en base a la interacción de la radiación solar con el agua, los
mismos pueden emplear imágenes satelitales, o en su forma básica, datos
provenientes de sensores, estos datos pueden provenir de métodos que usen:
radiación solar reflejada, radiación térmica emitida o emisión activa de microondas. El
método más empleado es aquel que usa la radiación solar reflejada, ya sea por medio
de una banda o la relación de dos bandas de datos.
El método de una banda emplea los productos de la radiación reflejada en el infrarrojo
cercano (NIR) ya que la vegetación y el suelo seco reflejan fuertemente esta porción
del espectro electromagnético, mientras que el agua lo absorbe. Este método asume
la presencia de agua con la baja reflectancia en el NIR y la alta reflectancia, con tierra
o vegetación. (McFeeters, 1996)
El segundo método emplea, tanto la reflectancia en el NIR como la reflectancia en el
espectro visible ya sea el verde (GREEN) o rojo. La adición de una segunda banda
resalta la presencia del agua y disminuye la presencia del suelo y la vegetación, es así
como se deriva el NDWI (McFeeters, 1996). La relación se plantea de la siguiente
manera:
𝑁𝐷𝑊𝐼 =𝐺𝑅𝐸𝐸𝑁−𝑁𝐼𝑅
𝐺𝑅𝐸𝐸𝑁+𝑁𝐼𝑅 (16)
Ecuación 16. Índice de agua de diferencia normalizada (NDWI)
El índice proporciona resultados en un rango de -1 a +1, donde los valores positivos
corresponden a fuentes de agua, mientras el cero y valores negativos señalan la
presencia de suelo o vegetación. (McFeeters, 1996)
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2. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL
2.1. Área de estudio
2.1.1. Ubicación geográfica
La presente investigación se llevó a cabo en la Microcuenca del Río Blanco dentro del
Cantón Cayambe, Provincia de Pichincha, con una extensión aproximada de 38,927
km2. (Fig. 2)
Figura 2. Ubicación del área de estudio
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2.1.2. Características del sitio experimental
Las temperaturas más altas registradas en el área de estudio son de 15 a 18°C
localizadas al Noroeste del cantón, mientras que las temperaturas más bajas oscilan
de los 0 a 10°C al Noreste debido a la presencia del Volcán Cayambe (Municipio de
Cayambe, 2015). El suelo presente en la zona de estudio está constituido por franco
arcilloso y franco arenoso, lo que lo vuelve muy permeable; el primero caracterizado
por tener un drenaje de bueno a moderado, pH en su mayoría básico y una fertilidad
media a alta en pocas proporciones y el segundo tipo de suelo posee una saturación
de media a baja lo que indica su poca fertilidad en algunos sitios y de media a alta en
otros.
El Río Blanco es uno de los más importantes dentro del Cantón, en este existen dos
tomas de agua en la parte alta de la microcuenca, utilizadas para su potabilización y
para agua de riego (Cadena M., 2013). Sin embargo actualmente existe una tercera
toma en el centro de la ciudad que es usada en los meses en los que el caudal del río
disminuye y esa agua es distribuida hacia otros sectores.
2.2. Material y métodos
Los días 7 de noviembre y 19 de diciembre de 2017 se realizaron 2 campañas de
muestreo, en las cuales se midieron y recolectaron muestras de agua de 6 puntos
situados en el Río Blanco, la ubicación de los mismos fue determinada en base a dos
métodos considerando ciertos factores recomendados por la OMS (1996): el primero
se fundamentó en el uso de los Sistemas de Información Geográfica (SIG) mediante la
aplicación de las herramientas contenidas en el software ArcGIS 10.1.3 y la cartografía
de la zona referente a uso de suelo, obtenida del Sistema Nacional de Información
(SNI, 2015), la Cartografìa base IGM, mapa de microcuencas del Ecuador, red vial y
canales de riego del cantón, mientras que el segundo método partió de la delimitación
geográfica de la zona, para esto se realizaron visitas de campo (ANEXO A) en las
cuales se identificaron los lugares más propicios para la medición y toma de muestras
considerando los sitios de descargas más cercanos de las principales actividades que
se realizan en el sector como son: la agricultura, ganadería, floricultura y área urbana.
La nomenclatura de los puntos seleccionados para el muestreo se la realizó tomando
en cuenta la facilidad de llegar hasta ellos, es por ello que al punto más alto y alejado
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de la microcuenca se lo denominó como P1, asignándose una numeración creciente
conforme se desciende por la Microcuenca.
En la figura 3 se observa el área de estudio delimitada por la superficie de la
Microcuenca del Río Blanco y los puntos de muestreo.
Figura 3. Mapa de puntos de muestreo
La ubicación geográfica y características de los puntos seleccionados se detallan a
continuación, siendo C y P: conservación y protección, Ag: agrícola y An: antrópico.
Tabla 2. Características de los puntos de muestreo
P Coordenadas Uso de suelo
(SNI, 2015)
Descripción Altitud
X Y m
1 825566.56 2740.74 C y P No recibe descargas antrópicas 3451
2 821467.2 3357.9 C y P Después de actividades pecuarias (porcino) 3061
3 820808.70 4166.76 Ag Entre actividades antrópicas y agrícolas 3001
4 820041.99 4948.80 Ag Antes de las descargas de la ciudad 2952
5 818076.73 5373.87 An Actividades antrópicas 2846
6 815200.43 5156.12 Ag Junta de todas las actividades del área 2760
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16
El trabajo de investigación comprendió 2 fases, la primera en campo y la segunda en
laboratorio.
2.2.1. Metodología de campo
Los materiales y equipos utilizados para el muestreo in situ se detallan a continuación:
Guantes
Botas
Jarra
Fichas de campo
Cinta métrica
Flexómetro
Cámara fotográfica
GPSMAP 64sc (GARMIN)
Multiparámetro (WTW 3410)
Espectroradiómetro ASD Field Spec 4 Hi Res. Precisión: 0.5 nm
Laptop LENOVO
Lente de 1 grado
Soporte para el lente
Embudos
En cada muestreo se realizaron dos tipos de mediciones in situ, una fisicoquímica y
otra espectral, la primera la constituyeron pruebas de oxígeno disuelto, conductividad y
temperatura del agua, las cuales se midieron con un sistema multiparámetro portátil
conectado a multisondas y se lo realizó según la Norma INEN 2176:1998.
En la segunda medición se utilizó un espectroradiómetro ASD y su respectiva portátil,
en la cual se creó una carpeta para guardar la información obtenida, tomándose 2
mediciones de 10 datos por punto.
Previo a la captura de las respuestas espectrales se consideraron las condiciones
meteorológicas presentes en el lugar como son el tipo de radiación solar y la cantidad
de nubosidad, adicional a esto se determinó el sitio adecuado que sirva para la
colocación del trípode y que sea lo suficientemente descubierto para que reciba la
radiación del sol, es decir que no presente obstáculos que puedan interferir entre la luz
y la medición.
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Una vez identificado este lugar se procedió a calibrar el equipo, para ello fue necesaria
la utilización del trípode que permita fijar el panel de referencia, asegurándose de que
el campo de visión del sensor cubra dicho panel.
Es importante que el tiempo entre la calibración del equipo y la captura de respuestas
espectrales sea el mínimo puesto que si existe una variación en la radiación durante
las capturas de dichas respuestas, estas se anulan y se deberá volver a calibrar el
equipo con la nueva radiación para obtener respuestas espectrales válidas (Lira,
2010).
Una vez calibrado el equipo se realizaron las capturas de las firmas o respuestas
espectrales en un lugar dentro del río que reciba la radiación de tipo directa o indirecta
del sol, para esto también fue necesaria la elaboración de una ficha de campo
(ANEXO B) en la cual se anotaron los valores medidos del multiparámetro, altura del
agua, color de fondo del río y características climáticas relacionadas a la medición
espectral.
Las capturas de las firmas se realizaron manteniendo el sensor de manera vertical
sobre la superficie del agua con el fin de minimizar el brillo solar (Clarke, 1974) y a una
distancia aproximada de 15 cm de la superficie, lo que permitió excluir las paredes del
río y la vegetación presente en ellas ya que debido al lente de 1° utilizado se cubrió 0,3
cm de diámetro de la superficie del agua tal como lo menciona Novo et al. (1989), tal
como se observa en la figura 5.
Figura 4. Metodología de campo
Las curvas obtenidas tanto en campo como en laboratorio requieren de su
procesamiento respectivo en el software View Spec Pro TM versión 5.6., el mismo que
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está incluido en los implementos adquiridos con el equipo al igual que el programa RS3
(ANEXO F2).
2.2.2. Metodología de laboratorio
De cada punto se recogieron muestras tanto para análisis espectral como para los
análisis fisicoquímicos, los cuales se midieron en el laboratorio del Instituto Espacial
Ecuatoriano (IEE) y de la Facultad de Ingeniería en Geología, Minas, Petróleos y
Ambiental (FIGEMPA) respectivamente.
a. Método Fisicoquímico
Las muestras se recolectaron en botellas de plástico de 1 L. Sobre cada muestra se
analizaron los siguientes parámetros: DQO, sólidos suspendidos, conductividad,
oxígeno disuelto y temperatura.
La recolección y preservación de las muestras se realizaron según lo indica la Norma
INEN 2169:2013, tal y como se detalla en la tabla 3:
Tabla 3. Métodos de conservación de las muestras de agua
Parámetro
Recipiente
P: Plástico
V: Vidrio
Volumen
típico (mL) Técnica de preservación
Tiempo máximo
de preservación
antes del análisis
DQO P o V 100 Congelar a – 20°C 1 mes
Sólidos
suspendidos P o V 500 Enfriar entre 1°C y 5°C 2 días
Conductividad P o V 100 Enfriar entre 2°C y 5°C 24h
Los métodos de análisis utilizados para cada parámetro se realizaron de acuerdo al
manual de los Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, como
se observa en la siguiente tabla:
Tabla 4. Métodos de análisis fisicoquímico
Parámetro Método
Conductividad SM 2510-B
Oxígeno Disuelto SM 4500 O-G
Temperatura SM 2550-B
DQO SM 5220-C
Sólidos suspendidos SM 2540-D
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b. Método espectral
Este análisis estuvo compuesto de dos partes, la primera consistió en la medición de
las respuestas espectrales en un sistema elaborado en las instalaciones del IEE y la
segunda se fundamentó en el procesamiento de las curvas obtenidas en el programa
RS3 y su respectivo análisis en el software INFOSTAT. Cabe recalcar, que el software
estadístico empleado es una versión estudiantil gratuita obtenida del sitio oficial
(ANEXO F1).
Durante los meses de agosto a octubre de 2017 se realizaron alrededor de 73 pruebas
de laboratorio tomando de base la metodología realizada por Whitlock et al. en el año
de 1977 con el fin de encontrar el recipiente, la atura del agua, la fuente de luz, el lente
y los ángulos de posición adecuados para desarrollar la medición de las muestras
llevadas al laboratorio, tal como se observa en la figura 5.
Figura 5. Elaboración del sistema usado para las mediciones en laboratorio
Según Lyzenga (1980), la reflectancia de aguas poco profundas depende de tres
factores entre los que se encuentra la altura del agua o su equivalente, el volumen de
muestra, por lo que fue necesario realizar ensayos a dos alturas previamente
determinadas para la construcción del sistema de circulación, concluyendo 44 L como
el volumen de muestra necesario para las mediciones de reflectancia.
Una vez obtenida toda la información necesaria se realizó la recolección de 44 L de
muestra de agua por cada punto establecido y se empleó un tanque de plástico
pintado de color negro mate con el fin de evitar que las respuestas espectrales del
agua se alteren por la reflexión del color de base del recipiente tal como lo señala
Chuvieco (2008).
-
20
Este sistema está compuesto por una bomba de pecera conectada al exterior a una
altura de 5 cm del fondo del tanque que aporta movimiento al agua debido a la
recirculación por medio de mangueras y una llave colocada en el lado opuesto a la
bomba a una altura de 23 cm, haciendo que disminuya la sedimentación de los sólidos
suspendidos y provoque un comportamiento intermedio entre especular y lambertiano
de la superficie del agua, por lo que la reflectancia se volvió dependiente tanto de la
dirección de la energía incidente como de la dirección a la que la energía reflejada era
detectada por el sensor (Ranson et al., 1985; citados en Novo et al., 1989).
El tipo de luz se definió por medio de ensayos con luz cálida y luz blanca,
obteniéndose mejores resultados con la luz cálida, la lámpara empleada para el
análisis se la colocó en el extremo superior del tanque, sin embargo debido a la
implementación de un cono negro y un lente biconvexo necesarios para que la luz se
concentre en una sola dirección la distancia entre estos y la superficie del agua fue de
13,7 cm, el ángulo en el que se la ubicó fue de 78° con el objetivo de que la luz
reflejada sea captada por la fibra colocada al otro extremo del tanque a una altura de
19,8 cm de la superficie del agua y un ángulo de 82°, (debido a la reflexión difusa no
es necesario que los ángulos sean los mismos). A la fibra se le adjuntó un lente de 1°
lo que asegura la captación de una respuesta espectral únicamente del agua debido a
los 0,4 cm de diámetro captados después de realizar las pruebas de altura
correspondientes (Novo, 1989). La altura del agua fue de 26 cm. Para la medición,
todo el sistema experimental fue cubierto con una tela negra que impida la entrada de
una luz externa. En la figura 6 se puede observar el esquema empleado para las
mediciones de las muestras de agua llevadas al laboratorio:
Figura 6. Esquema del sistema utilizado en laboratorio
-
21
2.2.3. Procesamiento de las respuestas espectrales
Para el tratamiento de las curvas obtenidas por el software RS3 fue necesaria la
utilización del software de procesamiento View Spec Pro TM versión 5.6 en el cual se
realizó el depurado de los datos mediante la eliminación de las respuestas espectrales
capturadas con errores durante las mediciones y los promedios respectivos para cada
punto.
El procedimiento para realizar el promedio de las curvas en este software se detalla a
continuación:
Ingresar las curvas a promediar
Dar clic en la pestaña Process
Elegir la opción Statistics
Seleccionar mean
Clic en OK
Guardar el archivo con el nombre de promedio en la carpeta seleccionada y
aceptar.
Una vez obtenida la respuesta espectral promedio para cada punto se prosiguió a
exportar los datos en formato texto a través del mismo programa como se indica a
continuación:
Dar click en la pestaña Process
Elegir la opción ASCII Export
En la ventana que aparece seleccionar la opción Reflectance y en la sección
Field Separator de la misma ventana marcar la opción Output a Single File
Clic en OK
En la nueva ventana ubicar la carpeta en la que se guardará la información y
colocar el nombre del archivo.
Aceptar
2.2.4. Cálculo de los índices ISQA y NDWI
Una vez que los datos hayan sido exportados en formato texto se los abre en Excel y
se realiza el cálculo del índice NDWI, para esto es necesario realizar un promedio de
-
22
los valores obtenidos para cada punto tomando en cuenta los rangos establecidos por
el satélite Landsat 8 para la Banda Verde e Infrarroja, como se observa en la tabla 5.
Tabla 5. Intervalos utilizados de Landsat 8
Bandas u Verde Infrarrojo cercano
Intervalos nm 520 a 590 850 a 890
Una vez obtenidos estos valores se utiliza la ecuación (16) para calcular el NDWI.
Para el cálculo del ISQA se emplean los parámetros fisicoquímicos medidos tanto en
campo como en laboratorio reemplazados en las ecuaciones (4), (6), (9), (12), (14) y
finalmente en la (3).
2.2.5. Análisis estadístico
De las 20 capturas de firmas espectrales obtenidas tanto para campo como para
laboratorio se procedió a diferenciarlas por repeticiones y tratamiento, obteniéndose
cuatro repeticiones por punto de cinco datos cada una, donde los tratamientos son los
seis puntos ubicados en la microcuenca. Una vez creada la tabla con estos datos se
realiza el análisis de la varianza y la prueba de significancia de Tukey como se
observa en la siguiente tabla.
Tabla 6. Prueba de Tukey
Test:Tukey Alfa=0,05 Test:Tukey Alfa=0,05
Error: 0,0118 gl: 15 Error: 0,0155 gl: 15
TRATAMIENTO Medias n E.E. Clases TRATAMIENTO Medias n E.E. Clases
P2 -0.04 4 0.05 A P2 -0.36 4 0.06 A
P6 0.19 4 0.05 A B P4 0.45 4 0.06 B
P4 0.22 4 0.05 B P3 0.57 4 0.06 B C
P1 0.27 4 0.05 B P1 0.69 4 0.06 B C
P3 0.62 4 0.05 C P6 0.73 4 0.06 B C
P5 0.74 4 0.05 C P5 0.74 4 0.06 C
Medias con una letra común no son significativamente diferentes (p > 0,0
Donde:
n: número de repeticiones
E.E.: Error experimental
-
23
3. CÁLCULOS Y RESULTADOS
3.1. Análisis fisicoquímico y espectral
3.1.1. Análisis fisicoquímico
Se realizaron los análisis tanto en campo como en laboratorio tomando en cuenta los
parámetros necesarios para la obtención del índice simplificado de calidad del agua
(ISQA).
Los resultados obtenidos durante la primera visita se resumen en la siguiente tabla
donde la letra C significa campo y L representa a laboratorio:
Tabla 7. Datos fisicoquímicos de la primera visita
Puntos Temperatura DQO
Sólidos suspendidos
Oxígeno disuelto
Conductividad
C L L L C L C L
- °C °C mg/L mg/L mg/L mg/L µS/cm µS/cm
P1 7.8 21.6 4 12 6.22 5.1 320 308
P2 12.2 21.5 442 247 7.7 1.1 505 563
P3 13.5 21.5 30 8 6.74 4.8 385 276
P4 15.7 21.7 4 8 6.56 4.7 488 476
P5 19.9 21.7 42 5 6.51 4.6 427 424
P6 18.2 21.8 6 0 6.26 4.7 635 635
De acuerdo a esta tabla se observa que el punto P2 posee los valores más altos de
DQO y sólidos suspendidos sin embargo presenta el valor más bajo de oxígeno
disuelto medido en laboratorio ya que disminuye aproximadamente el 85,7% del valor
medido en campo. Es posible identificar también que el punto P6 posee un valor
elevado de conductividad en relación con los otros puntos.
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24
Los resultados obtenidos para el segundo período de muestreo se resumen en la
siguiente tabla:
Tabla 8. Datos fisicoquímicos de la segunda visita
Puntos Temperatura DQO
Sólidos Suspendidos
Oxígeno Disuelto
Conductividad
C L L L C L C L
u ºC ºC mg/L mg/L mg/L mg/L uS/cm uS/cm
P1 9.7 18.2 25 6 5.9 5.5 87 86.96
P2 11.8 18.4 4 4 6.3 5.6 299 300
P3 10.5 17.6 22 7 5.7 5.6 316 320
P4 14.6 18.7 15 5 6 5.4 351 353
P5 10.5 18.6 22 8 5.5 5.8 359 365
P6 16.5 20.4 19 5 5.2 5.2 668 670
En esta visita es posible observar que los valores para cada parámetro no presentan
grandes variaciones, a excepción de la conductividad para los puntos P1 y P6, los
cuales exhiben valores por debajo de los 100 uS/cm para el primer caso y superiores a
600 uS/cm para el segundo, mientras que los demás puntos permanecen en el rango
de los 300 a 400 uS/cm.
3.1.2. Análisis espectral
Se realizó una comparación entre las respuestas espectrales obtenidas en campo y
aquellas medidas en laboratorio, encontrándose las siguientes diferencias:
En las primeras, Figura 7(a), la respuesta espectral del punto P1 presenta una
reflectancia constante a partir de los 560 nm hasta los 680 nm mientras que en
laboratorio, Figura 7(b), este mismo punto tiene una tendencia semejante que el resto
de puntos a excepción del punto P2, el cual tanto para campo como para laboratorio
presenta un comportamiento totalmente diferente a partir del rango de los 675 nm a los
950 nm. Se observa también que en la figura 7(a) la respuesta obtenida del punto P3
es sumamente baja y no presenta la misma tendencia que el resto de puntos.
Se observó también que la profundidad del agua en los puntos P2 y P3 fue de 0,20 y
0,70 m, con una coloración verde y grisácea respectivamente, siendo estos puntos por
su característica en el color y concentración de elementos, fácilmente detectables por
el sensor (tabla 9).
-
25
(a) (b)
Figura 7. Respuestas espectrales de la primera visita
Tabla 9. Características de los puntos durante la primera visita
Puntos Profundidad del río
Color de fondo
Color del agua
Radiación Nubosidad
u m - - - - P1 0.23 café-tierra clara indirecta altoestratos P2 0.20 no visible verde aceituna indirecta altoestratos P3 0.70 no visible grisáceo directa - P4 0.55 piedras clara directa - P5 0.23 café-piedras clara directa -
P6 0.23 café verdoso clara indirecta altoestratos
En las respuestas espectrales obtenidas en campo durante el segundo periodo de
muestreo, Figura 8(a), se puede apreciar que en el rango de los 500 a 670 nm los
puntos P1 y P2 presentan una respuesta sin mayores variaciones en la reflectancia,
sin embargo a partir de los 700 nm el primer punto aumenta y se mantiene constante
hasta los 950 nm donde termina la curva, mientras que el punto P2 a partir de los 700
nm disminuye y a los 800 nm aumenta, formándose un pico que tiene la misma
tendencia que cinco de las seis respuestas obtenidas, todo lo contrario sucede con las
respuestas obtenidas en laboratorio, Figura 8(b), donde presentan una misma
tendencia para cada una de las curvas variando únicamente en el porcentaje de
reflectancia.
En la tabla 10 se observa que el punto P1 presentó la menor altura de agua con
apenas 0,1 m, mientras que la altura máxima fue observada en el punto P5 con 0,5 m.
Se encontró también que durante la toma de firmas espectrales en todos los puntos el
tipo de radiación fue indirecta debido a la presencia de nubosidad en la zona.
-
26
(a) (b)
Figura 8. Respuestas espectrales de la segunda visita
Tabla 10. Características de los puntos durante la segunda visita
Puntos Profundidad del río
Color de fondo Color del agua
Radiación Nubosidad
u m - - - -
P1 0.1 café -piedras clara indirecta altostratos
P2 0.22 gris - piedras clara indirecta cirrustratos
P3 0.25 arena blanquecina indirecta altostratos
P4 0.24 café - piedras blanquecina indirecta altostratos
P5 0.5 café-piedras clara indirecta altostratos
P6 0.2 café - piedras clara indirecta altostratos
Para las 2 mediciones realizadas en laboratorio la radiación fue directa, la altura del
agua fue de 26 cm y el color de fondo fue negro.
3.2. Relación entre parámetros fisicoquímicos y reflectancia
Con los valores obtenidos tanto de las mediciones fisicoquímicas como de las
espectrales se realizó el cálculo de los siguientes índices:
3.2.1. Cálculo del ISQA:
Cabe recalcar que el ISQA calculado en laboratorio es referencial y se usa únicamente
para contrastar con los datos obtenidos en el laboratorio espectral.
Punto P1 medido en campo:
-
27
𝑇 = 1 (4)
𝐴 = 30 − 𝑎 (6)
𝐴 = 30 − 4
𝐴 = 26
𝐵 = 25 − (0,15 ⋅ 𝑆𝑆) (9)
𝐵 = 25 − (0,15 ⋅ 12)
𝐵 = 23,2
𝐶 = 2,5 ⋅ 𝑂2 (12)
𝐶 = 2,5 ⋅ 6,22
𝐶 = 15,55
𝐷 = (3,6 − 𝑙𝑜𝑔(𝐶𝐸)) ⋅ 15,4 (14)
𝐷 = (3,6 − 𝑙𝑜𝑔(320)) ⋅ 15,4
𝐷 = 16,861
𝐼𝑆𝑄𝐴 = 𝑇 ∗ (𝐴 + 𝐵 + 𝐶 + 𝐷) (3)
𝐼𝑆𝑄𝐴 = 1 ∗ (26 + 23,2 + 15,55 + 16,861)
𝐼𝑆𝑄𝐴 = 81,61
Los índices obtenidos para cada punto se detallan en la siguiente tabla:
Tabla 11. Índice Simplificado de Calidad del Agua
PUNTOS ISQA CAMPO 1
ISQA LABORATORIO 1
ISQA CAMPO 2
ISQA LABORATORIO 2
p1 81.61069 77.48499 76.6714 75.67448
p2 32.76931 15.25076 83.46466 81.69233
p3 66.7739 62.94719 68.44482 68.11069
p4 80.23833 74.14506 71.24 69.70427
p5 61.75641 55.8167 66.94155 67.58069
p6 76.92728 71.38417 63.53844 63.51845
De acuerdo a la Tabla 11 es posible observar que los datos obtenidos en la segunda
visita no presentan grandes variaciones en el ISQA de campo en relación con el ISQA
-
28
de laboratorio, identificándose dos tipos de calidad de agua, mientras que durante la
primera visita ocurre todo lo contrario, puesto que los valores obtenidos en cada punto
descienden considerablemente, como es el caso del punto P2 que de la medida
obtenida en campo baja a la mitad en laboratorio, convirtiéndola de “apariencia de
aguas contaminadas y de fuerte olor” a “aguas negras con proceso de fermentación y
de fuerte olor”. En este primer muestreo se diferenciaron los cuatro tipos de calidad del
agua, pues para los puntos P1, P4 y P6 las aguas eran claras sin aparente
contaminación y los puntos P3 y P5 correspondieron a ligero color del agua con
espumas y ligera turbidez del agua, no natural.
3.2.2. Cálculo del NDWI
Para el cálculo de este índice, se simularon pseudo bandas espectrales utilizando las
características del sensor Landsat 8, las longitudes de onda de cada banda utilizada
se observan en la tabla 5 mencionada anteriormente.
Promedio punto P1 medido en campo:
𝑁𝐷𝑊𝐼 =𝐺𝑅𝐸𝐸𝑁−𝑁𝐼𝑅
𝐺𝑅𝐸𝐸𝑁+𝑁𝐼𝑅 (16)
𝑁𝐷𝑊𝐼 =0,03460 − 0,01914
0,03460 + 0,01914
𝑁𝐷𝑊𝐼 = 0,28764
Los índices obtenidos se sintetizan en la siguiente tabla:
Tabla 12. Índice Diferencial Normalizado del Agua
PUNTOS NDWI CAMPO 1
NDWI LABORATORIO 1
NDWI CAMPO 2
NDWI LABORATORIO 2
p1 0.28764 0.686108 -0.26207 0.832163
p2 -0.02159 -0.35068 0.270695 0.81449
p3 0.636306 0.535923 0.221652 0.887841
p4 0.250516 0.425082 0.224016 0.845881
p5 0.732181 0.744891 0.690941 0.895171
p6 0.142337 0.733087 0.342347 0.877736
-
29
Conforme a los resultados obtenidos en la tabla 12 se observa que tres de las cuatro
mediciones presentan valores negativos. En la primera visita estos valores se
muestran en el punto P2 para campo y laboratorio, mientras que para la segunda visita
el valor negativo solo aparece en campo, además es posible identificar también que la
segunda medición realizada en laboratorio posee valores del índice muy parejos en
comparación con la primera medición.
Los datos utilizados para el cálculo del NDWI se encuentran en el ANEXO D.
Una vez calculados los índices se procedió a compararlos como se observa en la
siguiente tabla:
Tabla 13. Relación entre ISQA y NDWI
Se ordenaron los puntos de manera descendente de acuerdo al ISQA obtenido y se
realizó la comparación entre estos dos índices, sin embargo es posible apreciar que no
existe una relación entre estos, ya que no fue factible determinar un rango para el
NDWI que sea capaz de diferenciar el tipo de calidad presente en el agua.
Es importante recalcar que los valores negativos obtenidos en el NDWI
correspondieron a un tipo de agua de baja calidad, o a cuerpos de agua con una altura
pequeña como es el caso de la medición in situ registrada en la segunda visita en el
punto P1, cuya medición en laboratorio, por el contrario, dio como resultado un NDWI
positivo debido a las condiciones controladas del sistema.
VISITA 1 CAMPO VISITA 2 CAMPO
PUNTOS ISQA NDWI PUNTOS ISQA NDWI P1 81.61069 0.28764031 P2 83.46466 0.27069516
P4 80.23833 0.25051583 P1 76.6714 -0.2620667
P6 76.92728 0.1423367
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