vulnerabilidad a la inundaciÓn en las formas …

VI Seminário Latino-Americano de Geografia Física

II Seminário Ibero-Americano de Geografia Física

Universidade de Coimbra, Maio de 2010

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VULNERABILIDAD A LA INUNDACIÓN EN LAS FORMAS EXOCARSTICAS

DEL NORESTE DE LA PENÍNSULA DE YUCATAN

Oscar FRAUSTO-MARTÍNEZ, Thomas Ih, Steffen Giese, Adrian Cervantes y Martha

Gutiérrez

División de Desarrollo Sustentable – Universidad de Quintana Roo, México

[email protected]

Resumen

La identificación de las formas exocársticas, a escala 1:50000, y los procesos de

inundación a las que son vulnerables es un aporte significativo para el manejo y

prevención de los desastres en el noreste de la península de Yucatán. A través de un

mapeo detallado de la identificación morfológica de las formas cársticas (dolinas,

úvalas y poljes) y su diferenciación morfométrica (altura, profundidad, diámetro,

longitud y densidad) y la diferenciación de los tipos de inundaciones (permanentes,

ordinarias y extraordinarias) se caracteriza la vulnerabilidad a la inundación. Así los

principales resultados son: la identificación de 1101 formas exocársticas (80 %

correspondientes a dolinas, 18% a úvalas y 2% a poljes); la diferenciación de los

procesos de inundación, donde el 39% son permanentes, 6% ordinarias y 55%

extraordinarias; y, finalmente, elaboración de 29 cartas temáticas a escala 1:50000

correspondiente al sector noreste de la península de Yucatán, las cuales sintetizan

información topográfica, geomorfológica e hidrológica para la toma de decisiones

Palabras Clave: karst, geomorfología, riesgos naturales, cartografía, Yucatán,

México

INTRODUCCIÓN

Se estima que 50,000,000 km2 de la superficie terrestre es de tipo cárstico

(Gvozdetskiii, 1967), lo que representa el 20% de la misma. La geomorfología se

encarga de estudiar el tipo y el tamaño de este tipo de relieve a través del estudio de

mapas y con apoyo de interpretación visual de fotografías aéreas, imágenes de

satélite, así como de trabajo de campo para su cuantificación. Como complemento,

dos ciencias fortalecen el estudio de estos paisajes: la espeleología y la hidrología.

En México, en los últimos cinco años, se promovió el estudio sistemático del relieve

a través de los programas de ordenamiento territorial con el fin de integrar conceptos

[email protected]

Tema 3 – Geodinâmicas: entre os processos naturais e socioambientais

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de uso, manejo y desarrollo sustentable de los recursos naturales, sin embargo, pese a

la recomendación de realizar estudios ambientales con cartografía temática

(geomorfológica, suelos, usos del suelo y vegetación) a escala 1:50000, no fue posible

realizarla por dos motivos específicos:

a) La base cartográfica de referencia (topográfica) no está completa y se carece de

información confiable, y

b) La amplitud del territorio nacional impide la generación de estudios a escala

media que sirva para la toma de decisiones.

Pese a lo anterior, el enfoque multidisciplinar, a través del análisis geomorfológico,

es el de referencia (véase los mapas de ordenamiento territorial de México a escala

1:1000000 y 1:250000 elaborados por Ortiz, et al. 1996), aunque debe de considerarse

que estos estudios son de carácter prospectivo y de diagnóstico, lo cual ha generado

una serie de controversias para el uso y manejo de los recursos a una escala mayor

(50000 y 20000).

Conjuntamente al problema de la escala, se tiene el tipo de paisajes o ecosistemas a

estudiar, donde predominan los estudios geomorfológicos de relieves volcánicos,

costeros y altiplanos, sin embargo para relieves cársticos la referencias son mínimas y

de carácter general (Lugo, 1999; Oropeza, 1999).

Finalmente, los estudios del relieve cárstico, según Häuselmann (2005), se dividen

en tres: a) aquellos que estudian el proceso de carstificación (se ha ampliado a

cualquier tipo de litologías y ambientes), b) los estudios de las formas, destacando la

condición sub-aérea o subterránea (endo- y exocárstica), y c) los estudios del uso y

manejo de los paisajes cársticos. Esta diferenciación de estudios no ha cambiado desde

que White (1988) sistematizó el tipo análisis del karst.

ANTECEDENTES

Las bases de datos y mapas geomorfológicos desarrollados hasta ahora en el

noreste de la península de Yucatán se dividen en dos tipos: a) estudios regionales de

carácter prospectivo con énfasis en el reconocimiento de conjuntos estructurales

(Lugo, 1999 y Oropeza 1999) con escalas de resolución 1:250000 que tienen como fin

una representación cartográfica de 1: 1000000 y superiores y b) estudios puntuales de

reconocimiento de unidades del relieve y formas menores centradas en la descripción

de la génesis, evolución y dinámica de las formas (Bautista et. al., 2003; Goldacker et

al., 2005; Frausto et al., 2006, Ihl et al., 200 y, Frausto e Ihl, 2008).




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Conjuntamente al problema de representación y resolución cartográfica, se suma la

ausencia de bases de datos del medio físico de calidad (principalmente en el tema de

los metadatos y la confianza de la información), lo cual dificulta los estudios

comparativos, la suma de información georreferenciada y la certeza del uso de la

información.

Construcción y uso de las bases de datos del medio físico

La toma de decisiones sobre aspectos ambientales, así como de los ámbitos sociales

y económicos, requiere de un manejo ágil de grandes volúmenes de información. En el

sector oriental de la Península de Yucatán se cuenta con una gran cantidad de

información en bases de datos digitales en los ámbitos ambiental, social y económico.

Sin embargo, se requiere el análisis y evaluación de las bases de datos; la aplicación de

modelos para convertir la información taxonómica en información para los tomadores

de decisiones y la integración de la información con objetivos definido.

El objetivo de este trabajo es la generación de información para la toma de

decisiones y la elaboración de mapas de inundación con énfasis en las formas

exocársticas del relieve a escala 1:50000.

Así, la estructura de la base de datos considera los siguientes campos (Espadas,

2004):

a) Metadatos. Elementos de control que permiten la combinación y/o

construcción de bases paralelas para el uso y fortalecimiento de un proyecto de datos

compartidos.

b) Georeferencia. Sistema de coordenadas que permite el control de cambios,

combinaciones y usos con alto grado de confianza.

c) Accesibilidad de lenguaje a usuarios potenciales. El lenguaje simple permitirá el

uso potencial de la base de datos, evitar sistemas complejos de acceso y siempre

preferir el uso potencial de la base de datos.

El objetivo y finalidad de la base de datos, es la construcción del mapa de formas

exocársticas, la cual se compone de los siguientes elementos:

1. Topografía, entendida como la expresión en el relieve de estas formas.

2. Altura y profundidad, elementos que permiten la comparación y

diferenciación.


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3. Morfología, descripción de la forma que auxilia en la clasificación básica

de las dolinas, uvalas y poljes, para ello se usa la representación internacional de

Häuselmann (2005).

4. Clasificación de los cuerpos de agua, que en su relación con la

topografía permite la clasificación del sistema de inundación en permanente,

ordinaria y extraordinaria (según clasificación de Zamorano et al., 1993).

5. Determinación del área de influencia, se muestra a nivel de

equidistancia entre la superficie límite de la forma exocárstica en la horizontal,

diferenciada en km (siendo de hasta 2 kilómetros la influencia determinada).

MÉTODOS Y TÉCNICAS

Para la elaboración de los mapas del área de estudio se realizaron las siguientes

actividades:

- Interpretación de mapas topográficos y datos vectoriales de 29 mapas escala

1:50000 de INEGI (Fig. 1), para identificar las formas del relieve de acuerdo a su

morfología. La revisión, comprobación y enriquecimiento de las formas identificadas

en los mapas topográficos y/o los datos vectoriales, se realizó con interpretación de

imágenes de satélite y fotografías aéreas escala 1:20000 y 1:50000.

- Interpretación de imágenes de satélite (tipo y características) y fotografías aéreas

a escala 1:20000 y 1:50000 cuyo objeto fue la revisión, comprobación y

enriquecimiento de las formas identificadas en los mapas topográficos o los datos

vectoriales.

- Identificación y clasificación de los cuerpos de agua de acuerdo al régimen de

inundaciones (permanentes, ordinarias y extraordinarias), con el fin de caracterizar los

tres tipos de forma de relieve.




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Fig. 1. Área de estudio e índice de mapas a escala 1:50000 utilizados para la construcción de

la base de datos. Se definen aquellos mapas donde se generaron los datos vectoriales y

toponímicos para este estudio. La carta F16D-71 no se considera para la zona de investigación.

- Determinación de la morfometría elaborada a partir de dos mapas altimétricos. El

primero con el fin de diferenciar las propiedades de altura y profundidad de las formas

del relieve (la altura máxima de las formas fue de 30 m), por lo que las dolinas, uvalas y

poljes se diferenciaron en cuatro pisos altitudinales (0, 10, 20 y 30 m). El segundo

mapa, es el Modelo Digital de Elevación, resultado de un proceso de trabo del SRTM

(Shuttle Radar Topography Mission) con el fin de construir un mapa detallado de

alturas que permite reconocer la dirección del flujo superficial, las diversas áreas de

inundación y verificar las formas del relieve.

- Área de influencia. Con base en el sistema de Buffer, se define un área de

influencia en las zonas de dolinas, úvalas y poljes de acuerdo a su equidistancia por

kilómetro en la horizontal. Así, se construyeron isolineas de influencia de 500, 1000,


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1500 y hasta 2000 m. La configuración del área de influencia determina campos de

flujo, densidades y zonas de homogeneidad superficial.

- Enriquecimiento puntual de formas del relieve (dolinas, úvalas y poljes) no

identificados por los métodos indirectos arriba señalados, y es por medio del trabajo

de campo o bases de datos bibliohemerográficas, que permite la actualización

permanente del SIG y de los mapas de formas exocársticas.

EL RELIEVE EXOCARSTICO DEL NORESTE DE LA PENÍNSULA DE YUCATÁN.

El área de estudio se constituye de 29 mapas topográficos a escala 1:50000 que

representan más del 47% del territorio de Quintana Roo (ver Fig. 1). Lugo (1999)

define el relieve de la región como una planicie moderadamente carstificada y una

llanura costera mixta; en contraparte, Oropeza (1999), diferencia los paisajes de la

región de acuerdo a los ambientes (lagunas, manglares, planicies cársticas, etc.). La

referencia del paisaje cárstico se encuentra en los mapas de Ortiz et al. (1996), quienes

señalan las áreas de subsidencia del terreno por fenómenos de carstificación o

disolución cárstica, donde la escala de resolución es a 1:250000. Finalmente, los

trabajos de Bautista et al. (2003), Goldacker et al. (2005), Frausto et al. (2006), Ihl et al.

(2007) y Frausto e Ihl (2008), inician un proceso de reconocimiento y diferenciación del

paisaje cárstico en la península de Yucatán, definiendo estadios de evolución del

relieve de acuerdo a la densidad y tipo de formas del relieve, sin embargo la escala de

representación continúa siendo 1:250000 y más pequeñas.

A continuación se presenta la descripción de relaciones ambientales y las formas

exocársticas: topografía, altimetría, procesos de inundación y relaciones de densidad.

Topografía y formas exocársticas

Las formas cársticas se dividen en dos tipos (White, 1988 y Häuselmann, 2005): a)

endocarsticas, que hacen referencia a las cuevas – grutas y los túneles o cavernas, y b)

exocársticas. En este sentido, en el área de estudio se han identificado más de 1100

dolinas y úvalas, de las cuales 67% corresponden a formas exocársticas destructivas

mayores, y la mayor densidad de este tipo de formas se ubica entre Cobá y Solferino,

en dirección SW 87° NE.

La información generada en la base de datos topográfica sobre las formas

identificadas son tres: a) largo (L), b) ancho (A), que determinan el control geológico -

estructural y c) profundidad (P), relacionada con el proceso de subsidencia. Estos tres

elementos permiten la evaluación, diferenciación y caracterización morfológica de




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cada una de las 1100 unidades y, en su conjunto, se puede determinar evolución del

relieve y las tendencias de flujo superficial y subsuperficial existente.

Altimetría y formas exocársticas

El Noreste de la península de Yucatán se caracteriza por ser una planicie

ligeramente inclinada en dirección Sureste – Noreste, con altitudes máximas de 40

metros sobre el nivel del mar. Si bien, el contraste altitudinal no es relevante, su

significado radica en la configuración de los pisos altitudinales, reconocimiento de

estructuras de escala media y definición del escurrimiento superficial, asimismo, al

relacionar el tipo de formas exocársiticas, podemos señalar las áreas de intensidad del

proceso cárstico en profundidad.

El relieve de esta región se dividió en cuatro pisos altitudinales (de 0 y hasta 40 m,

ver Fig. 2), en todos ellos se ubican dolinas y úvalas claramente diferenciadas, donde la

máxima registra 30 metros de profundidad (ubicada al oeste de Kantunilkin); en

contraste, es factible identificar regiones con dolinas con pocos centímetros de

profundidad, pero bien diferenciadas por el escarpe o por el cuerpo de agua que las

delimita (ejemplo de lo anterior son las áreas con dirección SW-NE entre Cobá y

Guadalupe Victoria o entre Solferino y Moctezuma en dirección W-E, o Nuevo Xcán y

Kantulnikin en dirección N-S).


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Fig. 2. Mapa altitudinal, elaborado con datos topográficos, Vectoriales y Toponímicos de

INEGI.

Debido a que el contraste de alturas es mínimo en la zona de estudio, se procedió a

desarrollar un modelo tridimensional del terreno con base en la técnica SRTM con el

fin de construir un mapa con equidistancia altitudinal de 1 metro (Fig. 3).




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Fig. 3. Modelo Digital de Elevación desarrollado con la técnica SRTM con equidistancia de

1m.

Con este tipo de mapas se identifican los lineamientos estructurales relacionados

con las formas exocársticas (con dirección SW – NE, N-S y E-W), así mismo, la

pendiente del terreno se destaca a través del MDT, el cual permite la configuración

potencial del escurrimiento superficial. Es claro el sistema de drenaje ordinario que se

forma en época de lluvia, siendo la zona entre Kantunilkin y Cancún la más propensa a

escurrimientos en dirección Norte.

Adicionalmente, se reconocen las amplias zonas de deficiente drenaje (entre Cobá y

Leona Vicario). Finalmente, debido a que la técnica de SRTM resalta el contraste

altitudinal metro a metro, es factible señalar como hipótesis aquellas “dolinas y

úvalas” que no fue posible identificar mediante el método de análisis topográfico y de

vectores con la información de INEGI.


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Cuerpos de agua y procesos de inundación en las formas exocársticas.

El tercer elemento considerado en la base de datos es la presencia de cuerpos de

agua en las dolinas y úvalas, conjuntamente, se diferenció sí el sistema la presencia de

agua es permanente, ordinaria (durante época de lluvias) o extraordinaria. La Tabla 1

muestra la relación entre las 1100 formas exocársticas identificadas en este estudio, la

presencia de agua y el tipo de inundación, siendo el determinante de la vulnerabilidad.

Tabla 3. Dolinas y úvalas diferenciadas según la presencia de agua en su interior y por el

tipo de régimen de inundación.

Formas exocársticas Tipo Régimen de inundación

Número de unidades

Porcentaje

Dolinas (80%)

Dolinas Extraordinaria 459 41.68

Chichen Itzá Ordinaria 18 4.6

Permanente 7 0.7

Dzilbilchaltún Ordinaria 39 0.4

Permanente 368 33.42

Úvalas (20%)

Úvalas Extraordinaria 159 14.6

Chichen Itzá Ordinarias 15 1.39

Permanente 13 1.18

Dzilbilchaltun Ordinaria 2 0.1

Permanente 21 1.98

Total 1101 100

Las dolinas y úvalas secas (y con régimen de inundación extraordinario) representan

el casi el 50%, se distribuyen en las zonas con alturas mayores a 10 metros, en la

región entre Tihosuco y Chemax y Chemax – Kantulinkin, asimismo un grupo

significativo se distribuye entre Kantunilkin y Buenaventura.

Cabe destacar que las dolinas y úvalas tipo Chichen Itzá o Dzilbilchaltún pueden

registrar áreas de inundación ordinaria y permanente. Así, se registra que 375

presentan procesos de inundación permanente y 57 están sujetas a inundaciones

ordinarias. Por otro lado, 34 úvalas presentan procesos de inundación permanente y

sólo 17 un carácter ordinario (Figura 4).

Finalmente, la relación con los cuerpos de agua, lagunas, lagos y ríos superficiales, y

las dolinas y úvalas nos permite reconocer la conexión superficial del sistema

hidrológico y lacustre, además de inferir las tendencias de escurrimiento subterráneo




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se registran los recursos de aguas superficiales de la zona (ver Figura 5, ejemplo de la

cartografía detallada a escala 1:50000).

Figura 4. Identificación de las formas exocársticas sujetas a procesos de inundación.

Formas exocársticas y área de influencia

Tradicionalmente se han elaborado mapas de densidad de formas cársticas, para

ello se ha usado la relación entre el área carstificada y el área total de análisis, sea por

km2 o por el número de formas existentes. Sin embargo, este procedimiento, aunque

sencillo, es difícil de utilizar y relacionar con otros componentes del paisaje. Debido a

lo anterior, se elaboró el análisis de área de influencia, para lo cual se realiza un

procedimiento técnico denominado Buffer, el cual define un área de influencia en las

zonas de dolinas, úvalas y poljes de acuerdo a su equidistancia por kilómetro en la

horizontal. Así, se construyen isolineas de influencia de 500, 1000, 1500 y hasta 2000

m. La configuración del área de influencia determina campos de flujo, densidades y

zonas de homogeneidad superficial (figura 5).

Se reconoce el campo de flujo paralelo a la costa, que abarca de Tulum hasta Punta

Brava, en dirección SW65NE; el abrupto cambio en dirección de los escurrimientos


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superficiales entre Nuevo Xcán y Leona Vicario con rumbo Norte franco. Asimismo, los

sistemas aislados entre Cancún y Cabo Catoche, relacionados más con los sistemas

lagunares de toda la franja costera. Finalmente, se reconoce el campo que forman la

dolinas y úvalas entre Solferino y Cobá, cuya frontera queda definida claramente por el

piso altitudinal de 20 metros y por los cambios en el padrón de las lagunas y los

cenotes.

Figura 5. Ejemplo de la determinación de áreas de influencia de las formas cársticas.

CONCLUSIONES

Se ha desarrollado una base de datos del medio físico que se compone de los

siguientes elementos: topografía, altimetría e hidrología, con una resolución a escala

1:50000. Los metadatos y la calidad de la información permiten tomarla como

plataforma para el desarrollo del estudio hidrogeológico regional.

Se han desarrollado los datos vectoriales y toponímicos de 10 cartas a escala

1:50000 en los temas de topografía, altimetría e hidrología. Las cartas son: F16 D- 21,

F16 D-31, F16 D-41, F16 D-51, Fl6C-59, Fl6C-69, Fl6C-37, F16C-47, F16C-36 y F16C – 46.




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Se han desarrollado 29 mapas temáticos a escala 1:50000 de las formas

exocársticas del Noreste de la península de Yucatán, ejemplo de esta cartografía

temática se muestra en la figura 6.

Se identificaron las formas exocársticas con expresión directa en el relieve,

contabilizando más de 1100 unidades diferenciadas, las cuales se han clasificado según

la relación que guardan con su forma, altimetría y drenaje.

El mapa de formas exocársticas del área de estudio tiene una resolución a escala

1:50000 y su uso potencial para detallar estudios regionales es significativo, asimismo,

permitirá determinar la vulnerabilidad del acuífero a la contaminación, sistemas

morfométricos de intensidad del proceso cárstico y la planificación de muestreos

sistemáticos de fauna, vegetación, suelos, datos fisicoquímicos, entre otros, lo cual

permita correlacionar variables independientes con otros componentes ambientales y

multidisciplinarios.

Figura 6. Ejemplo de la cartografía temática a escala 1:50000 donde se resalta el tipo de

forma, la energía del relieve, el proceso de inundación y el área de influencia cárstico.


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AGRADECIMIENTOS

El presente documento es parte del proyecto de investigación "Estudio

geohidrológico y evaluación de fuentes contaminantes del acuífero Norte de Quintana

Roo, México", clave: QROO-2005-C01-19177, auspiciado por el Fondo Mixto de

investigación CONACYT-Gobierno del Estado de Quintana Roo. Se agradece el apoyo

financiero y logístico de la Universidad de Quintana Roo, División de Desarrollo

Sustentable y Cuerpo Académico de Conservación y Manejo de Recursos Naturales

Acuáticos.

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