Curvas Area Capacidad

METODOLOGÍA PARA LA ESTIMACIÓN DE VOLÚMENES DE AGUA EN PRESAS MEDIANTE IMÁGENES DE SATÉLITE E INFORMACIÓN COMPLEMENTARIA

Jorge Brena Zepeda*, Cervando Castillo Romano*, Héctor Sanvicente Sánchez y Ana Wagner Gómez*

*Instituto Mexicano de Tecnología del Agua

Resumen

Basado en la relación existente entre la elevación y la superficie para calcular el volumen de agua almacenado en presas (Curva de elevación, área capacidad, CEAC), este estudio presenta un método para calcular el volumen disponible en presas mediante el cálculo de la superficie del espejo de agua registrado en las imágenes de satélite, El método se aplicó a 10 presas de México tomando en cuenta la morfología y dimensión de los embalses. Se emplearon series de imágenes de diferentes tipos que comprenden el período 1990 - 2003. Los resultados demostraron la confiabilidad del método al coincidir los datos obtenidos de la imagen con los de lectura de escala basados en las CEAC actualizadas, y se encontraron diferencias hasta en dos órdenes de magnitud en presas con CEAC antiguas, lo que constituye un indicador para decidir la actualización de la CEAC de una presa.

1. Introducción

Los estudios y proyectos realizados por la Comisión Nacional del Agua (CNA) para apoyar la adecuada administración y uso eficiente del agua, requieren de información objetiva y confiable, por lo que la Comisión ha venido actualizando de manera continua sus métodos de trabajo, así como la actualización del estado que guarda la infraestructura hidráulica construida, destacando por su importancia lo referente a la capacidad de almacenamiento de las principales presas del país con levantamientos topo-batimétricos de los embalses, que por procesos de arrastres y depósito de sedimentos han ido reduciendo el volumen de almacenamiento de las presas.

La creciente demanda del recurso agua y la irregularidad en su disponibilidad, hace indispensable un seguimiento continuo del estado que guarda el volumen de agua en las presas. Los métodos de evaluación indirecta basados en técnicas de percepción remota e información complementaria, permiten calcular el volumen de los cuerpos de agua sin necesidad de estar en el sitio de estudio.

Los satélites de recursos naturales son en la actualidad una fuente de información digital muy importante, ya que proporcionan imágenes de la superficie terrestre de manera continua a intervalos regulares de tiempo, donde se puede evaluar, entre otras cosas, la superficie del espejo de agua. Las imágenes digitales pueden ser procesadas en equipos de cómputo convencionales y analizadas conjuntamente con otras fuentes de información, como son los datos hidrométricos del embalse, la morfología topo-batimétrica, etc. En este caso, la relación entre estas fuentes nos proporciona el volumen almacenado en el momento en que la imagen fue tomada.

Por lo anterior este estudio es una oportunidad para validar un método indirecto encaminado a proporcionar información de la capacidad de almacenamiento de las presas, prácticamente para cualquier fecha del año.

2. Metodología

Para presentar los resultados obtenidos de la aplicación de la metodología, solamente se detallan los aspectos relativos a la selección de presas e imágenes empleadas, y se exhibe de manera esquemática en la figura 2.1 el diagrama de la metodología empleada. En el informe técnico del proyecto es posible consultar la descripción completa de cada etapa.

Figura 2.1. Diagrama metodológico seguido para el cálculo del volumen de agua disponible en presas.

2.1 Selección de presas

La Gerencia de Aguas Superficiales e Ingeniería de Ríos (GASIR) seleccionó diez grandes presas del país para ser analizadas en este estudio, teniendo en cuenta la morfología del embalse, disponibilidad de información en medios digitales de la hidrometría [funcionamiento de vaso y curva de elevación–área–capacidad (CEAC)] y la cantidad de imágenes en el acervo histórico que posee el IMTA. De las diez presas seleccionadas (tabla 2.1), tres se consideran como prioritarias: El Cuchillo, N.L; Luis D. Colosio, Sin; y Solís, Gto.

2.2. Selección de imágenes

Considerando que la parte fundamental de este estudio fue la medición precisa del espejo de agua, se utilizaron imágenes del satélite de diferente resolución, con la finalidad de comparar los alcances de cada una.

Se utilizaron imágenes LANDSAT de los sensores TM con resolución de 30 m en seis bandas, y ETM+ con resolución espacial de 30 m en seis bandas y de 15 m en una banda pancromática. En el acervo del IMTA existen imágenes de diferentes fechas que cubren el periodo de 1991 a 2002.

Tabla 2.1. Presas seleccionadas.

Núm. Nombre de la presa

1 El Cuchillo, N. L.

2 Luis Donaldo Colosio, Huites, Sin.

3 Solís, Gto.

4 La Angostura, Son.

5 El Tintero, Chih.

6 La Boquilla, Chih.

7 Miguel Hidalgo, El Mahone, Sin.

8 Adolfo López Mateos, El Humaya, Sin.

9 Gustavo Díaz Ordaz, Sin.

10 Plutarco Elías Calles, El Novillo, Son.

Con respecto a las imágenes SPOT, se emplearon las producidas en modo pancromático con resolución espacial de 10 m, las disponibles en el acervo corresponden a tomas hechas durante el año 2001, SPOT5 XS con resolución de 10 m en cuatro bandas y SPOT HRG de 2.5 m en una banda pancromática, las que fueron transferidas al IMTA por ASERCA (Apoyos y Servicios para la Comercialización Agropecuaria).

Para las presas consideradas como prioritarias, se adquirieron tres imágenes del satélite RADARSAT de 6.25 metros.

3. Resultados

Como resultado de la aplicación de la metodología se obtuvo la superficie del embalse de cada presa en cada una de las 87 imágenes procesadas. Esta superficie se correlacionó con los datos de la CEAC correspondiente, para estimar el volumen almacenado.

Los resultados obtenidos se muestran en la tabla 3.1, que por cuestiones prácticas sólo presenta 26 registros, representativos de este estudio, de datos correspondientes a las tres presas prioritarias.

En la tabla se hace la comparación entre las superficies y volúmenes calculados a partir de los datos extraídos del procesamiento de las imágenes de satélite, con los datos hidrométricos obtenidos del funcionamiento histórico del vaso referidos a fecha de la toma de cada imagen.

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