universidad central del ecuador carrera de …marlene ernestina, egresadas de la carrera de...

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

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

[email protected] [email protected]

mailto:[email protected]:[email protected]

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

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

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

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

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.

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 E7. Promedios de repetición para los puntos P1 y P2: Laboratorio 1-Banda

verde ....................................................................................................................................... 73


verde ....................................................................................................................................... 75


verde ....................................................................................................................................... 77


IR ............................................................................................................................................. 79


IR ............................................................................................................................................. 80


IR ............................................................................................................................................. 81

xvi


verde ....................................................................................................................................... 82


verde ....................................................................................................................................... 84


verde ....................................................................................................................................... 86

Tabla E16. Promedios de repetición para los puntos P1 y P2: Campo 2-Banda IR .. 88




verde ....................................................................................................................................... 91


verde ....................................................................................................................................... 93


verde ....................................................................................................................................... 95


IR ............................................................................................................................................. 97


IR ............................................................................................................................................. 98


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.

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.

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

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

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)

7

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)

8

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)

9

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

10

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⁄

11

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⁄

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)

13

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

14

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

15

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

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.

17

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

18

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

19

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.

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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