Metodología detección de alteración de sedimentos en suspensión mediante índices espectrales

La metodología de detección de alteraciones de sedimentos en suspensión fue desarrollada en el marco del convenio 589 de 2015, entre el Ministerio de Justicia y del Derecho y la Oficina de las Naciones Unidas contra la Droga y el Delito - UNODC. En este convenio se llevó a cabo una aproximación metodológica para la detección de explotación de oro de aluvión con uso de maquinaria en agua a partir de evidencias de percepción remota. Esta metodología fue validada mediante un estudio piloto en el río Inírida, en el sector comprendido entre las comunidades “El Zancudo” y “Morroco”, en el departamento de Guainía. El modelo está basado en la identificación de cambios en el comportamiento natural de los sedimentos en ríos que se pueden medir a través de cambios en los índices espectrales y que se pueden asociar con actividades de explotación de oro de aluvión. Para la aplicación del modelo se seleccionó el índice MNDWI (Modification for normalized difference water index).

Los índices espectrales se basan en la combinación algebraica de bandas en sus valores espectrales corregidos y calibrados radiométricamente (reflectancias), mejorando la capacidad de interpretación de resultados; el objetivo es agrupar y minimizar las diferentes respuestas de los sensores en un único valor por píxel, que pueda relacionarse con éxito con un fenómeno a investigar [90].

El modelo inicia con el establecimiento de la línea base de comportamiento natural espectral, es decir, sin afectación por actividades de explotación, sigue con la aplicación de índices espectrales para detección de alteración en los sedimentos suspendidos, para la identificación de la dinámica de cambios y finaliza con la validación de los datos.

La detección de la evidencia generada por la explotación de oro de aluvión con uso de maquinaria en agua, se aborda a partir de la identificación de alteración en los sedimentos suspendidos, a través de herramientas de percepción remota con el uso de álgebra de bandas (índices espectrales). El modelo involucra cuatro etapas:

i) Identificación del marco general de la zona.

ii) Construcción de la línea de base para el río en la que se garantiza el comportamiento espectral “natural”, es decir, sin intervención de actividades de explotación.

iii) Detección de cambios en el comportamiento natural mediante análisis de índices espectrales. iv) Validación de los hallazgos mediante información secundaria, elementos de asociación de la detección de la alteración de sedimentos. Por otra parte, el modelo aborda la detección teniendo en cuenta las siguientes premisas para garantizar la comparabilidad:

  • Comparabilidad espacial, aplicación de técnica corrección geométrica, co-registro de las imágenes y muestreo sistemático de puntos.
  • Comparabilidad espectral, empleo de herramientas de corrección atmosférica.

El modelo de detección de evidencias de explotación por uso de maquinaria en agua, basado en índices espectrales, está orientado a la identificación de “hot spots” o puntos activos de alteración de sedimentos en suspensión. Esto quiere decir que identifica zonas en el cuerpo hídrico que tienen actividad de explotación mediante el uso de maquinaria en agua, al momento de la toma de la imagen satelital.

  • Comparabilidad en función del caudal hídrico, ventana de tiempo correspondiente a la estación seca en función de las siguientes premisas: i) el menor caudal facilita la detección de alteraciones en los sedimentos suspendidos; ii) el periodo lluvioso representa un régimen fuerte de precipitación, lo cual conlleva un incremento en los sedimentos trasportados, generados tanto por el régimen de lluvias como por otros factores inherentes a derrumbes y arrastre de material y iii) información secundaria adquirida por instituciones presentes en la zona reporta que el mayor caudal dificulta el acceso al yacimiento por parte de la maquinaria utilizada.

Sin embargo, el modelo metodológico, permite de igual forma, la aplicación en periodo de lluvias, por cuanto la alteración de los sedimentos en estos periodos afectan el caudal hídrico de manera uniforme y los “hot spots” de sedimentos en suspensión ocasionados por la explotación pueden ser detectados por la sensibilidad del índice y por ajustes de correlación estadísticos.

Marco general: esta etapa aborda: i) identificación de zona de estudio, ii) selección de imágenes y iii) evaluación del régimen de lluvias [46]. En cuanto a este último se mantiene la premisa de temporada seca, para reducir el ruido en los resultados por la alteración en los sedimentos debida a factores naturales.

De acuerdo con lo anterior, se define el establecimiento de la línea base natural espectral del río, en periodo seco, para garantizar la lectura del índice sin ninguna alteración exógena ocasionada por factores externos, entre ellos derrumbes.

Ilustración 17. Diagrama de modelo metodológico para la detección de alteración de sedimentos en suspensión mediante índices espectrales.

De acuerdo con la escala regional del modelo metodológico y considerando la resolución temporal, espectral y espacial de las imágenes; se recomienda el uso de imágenes Landsat 5, 7 y 8 ya que cuentan con bandas homólogas que capturan información en el rango del espectro visible e infrarrojo.

Por otra parte, las bandas del infrarrojo facilitan la separación entre suelo, coberturas vegetales y cuerpos de agua, esto permite la discriminación o separación de los elementos presentes en la cubierta terrestre, en razón de las diferencias en contenidos de humedad, calor o temperatura [38]. La combinación mediante índices espectrales de estos grupos de bandas, permite realzar y suministrar información sobre una cobertura específica, de esta manera es posible obtener de forma objetiva y precisa información cuantitativa del objeto de estudio.

Construcción de línea base de comportamiento natural espectral

La metodología hace énfasis en el establecimiento de una línea base de sedimentos en suspensión normales en el cuerpo de agua, que permita la comparabilidad en el tiempo para detección de cambios. Es de destacar que los cuerpos de agua en las imágenes satelitales están entre los elementos que mejor explican las propiedades ópticas de reflectancia, transmitancia y absorción; el agua absorbe o transmite la mayor parte de la radiación visible que recibe y su absortividad78 es mayor cuanto mayor sea la longitud de onda. La mayor reflectividad79 del agua clara se produce en el rango del espectro electromagnético que comprende desde 0,45 hasta 0,52 μm, en el cual se reduce su valor paulatinamente hacia el infrarrojo cercano, donde ya es prácticamente nulo. La reflectividad se ve afectada por factores como el contenido de clorofila, sedimentos en suspensión, rugosidad superficial y profundidad [47].

La siguiente ilustración presenta una comparación entre el comportamiento de la reflectividad en agua clara (sin turbidez) y agua turbia afectada por sedimentos suspendidos, donde se observa que a mayor cantidad de sólidos en suspensión hay mayor reflectividad [48].

La construcción de la línea base para el río, establece el comportamiento espectral “natural”, es decir, sin afectación por actividades de explotación de oro. De esta manera, garantiza que los resultados de la comparación con los índices en diferentes periodos de tiempo se relacionen con alteraciones de los sedimentos en suspensión. La validación de las curvas espectrales obtenidas, se realiza mediante un análisis de congruencia con respecto a información secundaria80 y cualitativa, relativa a la presencia de la actividad en la región durante los periodos en estudio.

Ilustración 18. Comportamiento espectral del agua (Fuente: Aligarh Muslim University).

Detección de cambios en el comportamiento “natural” espectral del río

Una vez identificado el rango del comportamiento natural espectral del río en estudio, la metodología permite evaluar en diferentes periodos de tiempo la dinámica de los elementos en suspensión, mediante la lectura del índice y su comparación con la línea base de comportamiento natural espectral. En esta etapa la metodología hace énfasis en el análisis de posibles fuentes externas que impliquen alteración en los resultados. En este sentido, previo a la identificación de los “hot spots” de alteración de sedimentos en suspensión, se realiza un análisis con información de coberturas e información secundaria proveniente de comunidades, que permita descartar falsos “hot spots”, entre estos, derrumbes, avalanchas, talas recientes en las riberas y procesos erosivos activos. Una vez descartadas las alteraciones externas se identifica la dinámica espectral.

En la siguiente ilustración, se observa, en color azul, la curva de comportamiento espectral esperada en un periodo con comportamiento natural, sin alteración por la actividad de explotación; las otras curvas reflejan el comportamiento del índice en diferentes periodos de tiempo con actividades de explotación. El eje horizontal representa los puntos81 para lectura del índice tomados sobre la imagen satelital a lo largo del tramo del río en estudio. El eje vertical representa el valor del índice.

Tal como se observa, la curva de comportamiento espectral genera una alerta en dos dimensiones i) en tiempo, cuando aparece la alerta y ii) espacio en que sitio geográfico. Las alertas se consolidan cuando el valor del índice se ubica por debajo del rango de comportamiento espectral (recuadro amarillo).

Validación de los hallazgos mediante información secundaria, elementos de asociación y sobrevuelos de verificación

Como parte de la validación de los hallazgos, se rea-lizan cruces espaciales, mediante correspondencia espacial con información secundaria proveniente de instituciones oficiales82 y talleres con comunidades sobre lugares de exploración y explotación, donde se corroboran o validan los hallazgos obtenidos por la aplicación metodológica. Hasta el momento se han realizado dos estudios caso, con validación de hallazgos exitosa, una en río Sipí - Chocó, año 2013 y otro en Río Inírida - Guainía, año 2014.

Finalmente, vale la pena resaltar que la corroboración de los hallazgos no siempre se registra por la detección de la maquinaria en flagrancia, sino por elementos de asociación que permiten inferir con certeza su relación con la actividad de explotación (balsas escondidas en caños aledaños, contenedores de sustancias utilizadas para el beneficio, planchones base para el soporte de la maquinaria en el agua etc.).

Gráfico 19. Curvas esperadas de afectación, valores cercanos a 1,0 indican aguas claras, sin alteración en los sedimentos.