Geomorfometría y cálculo de erosión hídrica en diferentes litologías a través de fotogrametría digital con drones

Resumen

En esta investigación se pone a prueba la fotogrametría digital con drones cuyos objetivos son conocer el modelado erosivo del paisaje a través de análisis geomorfométricos a gran detalle y cuantificar tasas de erosión en volumen (m³/área) y masa (t/área) en diferentes litologías. Para ello se estudiaron la longitud, el área de captación y la disección vertical de los escurrimientos de tres tipos contrastantes de rocas sobre una misma ladera en el valle de Yanhuitlán, Oaxaca: arcillas lacustres, cenizas volcánicas litificadas y lavas andesíticas. A partir de la hipótesis de que el tipo de erosión en rocas depende del tipo litológico, los resultados muestran una mayor incisión en las arcillas, mayores áreas de captación en las cenizas volcánicas y escurrimientos de menor tamaño en la andesita, la roca más resistente. Del mismo modo, se obtuvieron resultados de pérdida de volumen en el periodo de lluvias (mayo-octubre) de 2016, los cuales están asociados a los valores que muestran los parámetros geomorfométricos en cada formación litológica. Este trabajo compara la manera en que la erosión hídrica modela diferentes formaciones litológicas bajo condiciones similares y la forma en que la fotogrametría digital de alta resolución, a partir de fotografía aérea tomada con drones, es una herramienta válida para calcular tasas de erosión.

Objetivos. Los objetivos de este trabajo son analizar la manera en que la erosión modela diferentes litologías y calcular la tasa de erosión en volumen (m³/área) y masa (t/área) en tres litologías diferentes en el valle de Yanhuitlán, Oaxaca. Para ello se levantó un modelo digital del terreno de alta resolución (10 cm) de una ladera de 200 m de longitud con similares condiciones de pendiente, orientación, clima y cubierta vegetal, sobre la cual se analizó la morfometría del terreno y la tasa de erosión en volumen, así como la masa antes y después de las lluvias. Las tres litologías son las siguientes.

1) Formación Yanhuitán: capas arcillo-limosas con poca consolidación de origen y la menor dureza categoría 1 (USDA, 2012). Tipo de erosión: cárcavas.

2) Toba Llano de Lobos: tobas riodacíticas y andesíticas con intercalaciones de calizas en una matriz arenosa con una dureza categoría 3 (USDA, 2012). Tipo de erosión: laminar.

3) Andesita Yucudaac: derrames lávicos andesíticos con alto grado de intemperismo a través de sus fisuras con dureza categoría 5 (USDA, 2012). Tipo de erosión: surcos.

Materiales y métodos

1) Levantamiento fotogramétrico con dron de un Modelo Digital de Superficie (MDS) de alta resolución (10 cm).

2) Análisis hídrico superficial del MDS en formato shape con la herramienta Watershed en Global Mapper 16, tanto de los escurrimientos como de su área de captación, los cuales fueron analizados por litología en parcelas de 50 x 50 m establecidas en zonas sin vegetación.

3) En el software ArcGIS 10.2 se analizaron cuatro parámetros morfométricos: longitud de los escurrimientos o cauces, área de captación de los escurrimientos, disección vertical y densidad de disección, así como los órdenes de drenaje que se forman por litología.

4) Cálculo de pérdida de erosión en volumen y masa a través de la sobreposición de modelos en dos fechas: 16 de mayo de 2016 y 25 de septiembre de 2016, con una precipitación de 532 mm.

Resultados

1) Las arcillas de la formación Yanhuitlán son el material más deleznable (erosionable), por su escasa consolidación, con mayores índices de densidad de disección y disección vertical. Por ello también tiene el mayor número de cuencas de captación de mínimo tamaño. Se diferencia ampliamente de las demás litologías por una tasa de pérdida de volumen entre 380-492 m³/ha y masa de 532-689 t/ha.

2) La toba es la que mayor superficie de captación genera para los escurrimientos y menor densidad de disección. Su tasa de erosión en volumen se sitúa entre 100-128m³/ha y 110-141 t/ha.

3) La andesita, la roca más dura, tiene la menor disección vertical, con una tasa de erosión en volumen de 37.48-48 m³/ha y en masa de 92-118 t/ha/año.

            Si se extrapolan estos datos al periodo anual con base en el total de lluvia en 2016 (699 mm), resultan tasas de 701-898 t/ha/año para la formación Yanhuitlán, 143.4-183.9 t/ha/año para la toba y 128.4-164.6 t/ha/año para la andesita.

Conclusiones. Con levantamientos multitemporales por medio de fotogrametría digital con drones es posible cuantificar la erosión real (no estimada) en volumen y masa de una unidad litológica, así como analizar la dinámica geomorfométrica de la erosión. Por tanto, este método contribuye a estudios de erosión en cuencas más integrales, precisos y realistas, que incluyen el análisis de la evolución de laderas, válido para estudios de análisis de riesgo.