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“Capacitación en Teledetección Aplicada a la Reducción del Riesgo por Inundaciones”

Instituto de Altos Estudios Espaciales “Mario Gulich”

Centro Espacial Teófilo Tabanera

Falda del Carmen, Córdoba, Argentina 4 al 8 de mayo de 2009

Foro Virtual Informe

1. Introducción

En preparación a la “Capacitación en Teledetección Aplicada a la Reducción del Riesgo por Inundaciones”, organizada por la Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE), agencia espacial de Argentina, y el Departamento de Desarrollo Sostenible de la Secretaría General de la Organización de los Estados Americanos (OEA), a desarrollarse entre el 4 y 8 de mayo de 2009, en el Centro Espacial Teófilo Tabanera, en Falda del Carmen, Provincia de Córdoba, República Argentina, se estableció un foro virtual de disusión, usando la plataforma tecnológica de la Red Interamericana de Mitigación de Desastres, en http://www.rimd.org. El foro buscó intercambiar conocimientos teóricos relacionados a la temática, experiencias previas y avanzar en el conocimiento de las problemáticas comunes a la Región, con el fin de adoptar en lo posible el problema a las necesidades de la Región.

El objetivo principal del Foro Virtual de Discusión fue precisar los detalles del Programa Final de la

Capacitación, con la intención de que su desarrollo esté orientado a cubrir las necesidades de instrucción de los participantes e identificar a los profesionales que participarán de la Capacitación a partir de los perfiles expuestos y su participación en el mismo. 2. Metodología

El desarrollo del Foro Virtual de Discusión inició con un proceso de difusión de información durante el mes de octubre de 2008, mediante el envío de Notas Verbales a las Misiones Permanentes de los países miembro ante la OEA, y comunicaciones vía correo electrónico a cada una de las instituciones que conforman los Puntos Focales Operacionales Nacionales (PFON) de la Red Interamericana de Mitigación de Desastres (RIMD) y a los Puntos Focales de la Red Interamericana de Recursos Hídricos (RIRH), así como a cada una de las instituciones y personas registradas en las bases de datos de ambas redes.

Para el desarrollo del Foro Virtual se establecieron tres sesiones de discusión (Chat), sesiones que fueron moderadas por el Ing. Álvaro Soldano, especialista de CONAE, y las cuales se distribuyeron de la siguiente manera:

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Primera sesión de conversación: “Conceptos de riesgo y caracterización de las Inundaciones en el país de origen” - 24 de noviembre de 2008 entre las 11:00 AM y 1:00 PM (hora del este de los EEUU);

Segunda sesión de conversación: “Aplicación de Sensores Remotos Satelitales Ópticos” – 15 de

diciembre de 2008 entre las 11:00 AM y 1:00 PM (hora del este de los EEUU); y

Tercera Sesión de Conversación - “Aplicación de Sensores Remostos Satelitales de Microondas” - 15 de enero entre las 11:00 AM y la 1:00 PM (hora del este de los EEUU).

Pertenecientes a las Américas, nombradas a continuación:

País Nombre Apellido Institución

Argentina Julio Benedetti Universidad del Salvador Argentina Erik de Badts Aurea Imaging Bahamas Maurice Bowe Ministerio del Trabajo Belice Víctor Miranda Association of Professional Engineers of Belize Brasil João Augusto de Pessoa Agencia Nacional de Aguas Brasil Aloisio Lelis de Paula Cruz Roja Brasilera CEPREDENAC Freddy Giron CEPREDENAC Colombia Fidel Alberto Pardo IDEAM Colombia Rafael Cárdenas INGEOMINAS El Salvador Nelson Servicio Nacional de Estudios Territoriales SNET Guatemala Manolo Barillas MBarillas@oxfam.org.uk Guatemala Billy Pineda CONRED México César Rosas Comisión Nacional del Agua - CONAGUA México Carlos Montano Comisión Nacional del Agua - CONAGUA México Rodrigo Murillo Comisión Nacional del Agua - CONAGUA México Miguel A. Rodríguez Comisión Nacional del Agua - CONAGUA México jmtavarez Comisión Nacional del Agua - CONAGUA México José Llanos Arias Comisión Nacional del Agua - CONAGUA México Francisco Martínez Comisión Nacional del Agua - CONAGUA México Máximo Mora Comisión Nacional del Agua - CONAGUA México Yrma Yesela Cetina Comisión Nacional del Agua - CONAGUA Panamá Carlos Montiel R Autoridad del Canal de Panamá Perú Erick García Instituto Nacional de Recursos Naturales - INRENA Perú José Carlos Eche Instituto Nacional de Defensa Civil - INDECI Estados Unidos José C. Argudin Asesor Junta Interamericana de Defensa JID

Estados Unidos Will Logan International Center for Integrated Water Resources Management (ICIWaRM)

Cada Sesión contó con documentos de referencia preparados por especialistas de CONAE, con la

finalidad de generar un proceso de consulta y discusión previo al desarrollo de cada “Chat”. El idioma en el cual se adelantaron las sesiones de discusión fue español. Sin embargo se contaba con la capacidad de realizarlas en inglés y portugués simultáneamente.

A la fecha se han recibido ocho presentaciones por parte de los participantes, en las que se describe la problemática y los avances de sus respectivos países en cuanto a teledetección y mitigación de desastres,

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seis participantes han enviado un resumen de su experiencia en el tema, e igual número participo a través del Post establecido en el sitio Web de la RIMD.

3. Desarrollo de las Sesiones de Disución “CHAT” 3.1 Primera sesión de discusión Nombre: “Conceptos de riesgo y caracterización de las Inundaciones en el país de origen” Número de participantes: 8 Docuemetnos de Referencia: Qué es Susceptibilidad?

Conceptos de Riesgo Aspectos más relevantes:

Para el desarrollo de estudios de catastro municipal se necesita trabajar con una resolución de 2.5m o más.

Brasil es uno de los países que cuenta con mayores avances en la región en cuanto a Teledetección.

Sin embargo la información generada a la fecha aún se encuentra muy fragmentada y de difícil accesibilidad. Por tal razón el Instituto Nacional de Estudios Espaciales de Brasil (INPE) se encuentra trabajando en una caracterización de todo el territorio del país através del levantamiento de Información satelital de manera organizada y sistematizada, y la cual será puesta en línea de forma gratuita.

La aplicación de la Teledetección es ideal para inundaciones de llanura donde los tiempos de

evolución de las crecidas permiten hacer un monitoreo con los sensores satelitales disponibles, como en los casos de Argentina y Brasil; países que presentan características comunes en la hidrología y la geomorfología de sus cuencas, y en donde las inundaciones afectan especialmente las áreas de llanuras donde se encuentran asentadas la mayor cantidad de poblaciones en número e importancia.

La Teledetección es una importante medida no estructural que puede ser utilizada para la reducción

del riesgo ante inundaciones. Facilitando el desarrollo y aplicación de otras medidas, como lo son redes de medición, sistemas de alerta temprana, cartografía de riesgo, legislación y ordenamiento territorial, entre otros.

Una característica común en cada uno de los países de la Américas es el asentamiento de

comunidades en zonas de alto riesgo, ya sea a causa de sus necesidades económicas ó al simple desconocimiento de la zona por parte de las personas que migran. Según lo anterior, generar mapas que indiquen las áreas de riesgo y niveles de susceptibilidad, contribuirá a la formulación de políticas que guíen el desarrollo y uso de la tierra en dichas áreas.

El riesgo va asociado a la integración de las variables de amenaza que es posible medir con

sensores, y a la vulnerabilidad que es la probabilidad de daño. Por tal razón la teledetección no permite registrar la amenaza (salvo las imágenes meteorológicas) pero si la susceptibilidad que es la predisposición del territorio ante una amenaza.

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Con la teledetección, además de caracterizar la topografía de una zona en particular, determinando orientaciones, planicies de inundación, etc. también es posible con la ayuda de análisis de registros históricos determinar las características bajo las cuales se ha dado una inundación específica, llegando a estimar períodos de retorno y agentes disparadores.

En los últimos años algunos países latinoamericanos como Guatemala han venido trabajando en el

desarrollo de mapas de estimación de riesgo a diferentes niveles, mejorando cada vez más el detalle de la información con la finalidad de reducir la estimación de los datos.

Las inundaciones rápidas no se pueden monitorear con sensores en tiempo real, pero si se pueden

estudiar las características del territorio (coberturas, pendientes, etc.) con la finalidad de determinar la susceptibilidad.

La Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio de Estados Unidos (NASA) ha desarrollado

un modelo que permite determinar con tres horas de anticipación el lugar exacto y la cantidad de precipitación que caerá en zonas especñificas, contribuyendo así a la integración de la información satelital con el desarrollo y aplicación de sistemas de alerta temprana.

Se identifica la necesidad de incluir en la capacitación un espacio dedicado a la explicación del

marco normativo requerido para promover el desarrollo y aplicación de la teledetección en la mitigación de desastres.

3.2 Segunda sesión de discusión Nombre: “Aplicación de Sensores Remotos Satelitales Ópticos” Número de participantes: 8 Docuemetnos de Referencia: Teledetección Aplicada - Reducción Riesgo por Inundación Los temas propuestos para el desarrollo de esta segunda sesión de conversación fueron los siguientes:

1. Resoluciones: temporal, espacial, radiométrica, espectral; 2. Ventajas y desventajas de los datos en espectrales; 3. Su aplicación en hidrología, experiencias; 4. Detección de cambios y técnicas conocidas; 5. Mapa de frecuencia relativa de agua en superficie; y 6. Posibilidades de fusión con otros datos (microondas).

Aspectos más relevantes:

La información generada a partir de información satelital facilita al desarrollo de mapas o planos de zonas anegadizas o de mayor susceptibilidad a inundación.

Para el uso de información satelital tan solo es requerido un computador de última generación, un

software para procesamiento de imágenes satelitales y un Sistema de Información geográfica (SIG).

En la actualidad, las limitaciones de los sensores espectrales satelitales se han ido reduciendo cada vez más en la medida que un nuevo satélite es puesto en constelación (Cada satélite ofrece distintas

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resoluciones: temporal, espacial, radiométrica, y espectral). Estas características son las mismas en cualquier parte del continente.

La temporal refiere a la revisita del satélite-sensor sobre un mismo punto de la superficie terrestre.

Actualmente, hay sensores con revisita cada 15' (los meteorológicos) o 2 veces por día en el caso del MODIS de las plataformas satelitales TERRA y AQUA. Por ejemplo, el MODIS realiza una cobertura global del planeta en forma operativa. Sin embargo, la mayoría de los sensores ópticos realizan coberturas de pocos minutos por órbita según su capacidad de memoria y eléctrica.

La resolución radiométrica refiere a cómo se guarda la información que recibe el sensor: Cantidad de

información por unidad (8bits, 16bits, 32bits, etc.).

La resolución espectral refiere a la cantidad de bandas espectrales del sensor, es decir, en la región del espectro electromagnético registra energía. Por ejemplo, el Landsat tiene 6 bandas, que van de la región del azul, verde, rojo, infrarrojo, etc.

Países como Argentina, Brasil o Estados Unidos que cuentan con satélites puestos en orbita ofrecen

información gratuita de sus sensores disponible en los sitios Web de sus respectivas agencias - INPE CONAE y NASA.

Se observa que la mayoría de los inscritos a la capacitación son expertos en lo referente a

inundaciones. Sin embargo, no cuentan con conocimientos avanzados en teledetección. Por tal razón en la capitación se hace necesario realizar una introducción previa sobre teledetección.

La información de satélite usada para la obtención de cartografía de riesgo y/o ordenamiento

territorial ofrece una ventaja comparativa de costos con respecto a las fotografías aéreas. Adicionalmente, con los datos satelitales es posible observar la Tierra en condiciones de observación más estables (las órbitas están controladas constantemente), por ejemplo, con el Landsat (con serie histórica continua desde 1987) es posible trabajar con un pixel de 30m, es decir con una escala cartográfica entre 1:100.000 y 1:250.000. Sin embargo, para el estudio de las inundaciones se requiere tener en cuenta la evolución de las mismas, y para esto es necesario las series de datos satelitales y, por supuesto, cualquier otra información (fotografías, cartografía, etc.).

La Teledetección aprovecha todos los avances logrados con la fotografía aérea ampliando su

observación a nivel global (pero también con la posibilidad de trabajar localmente). Actualmente la teledetección permite determinar las coberturas que existen sobre un terreno (vegetal, suelos, agua, hidrocarburos, etc.). Asimismo, es posible la medición del cambio de estas coberturas en el tiempo, siendo esto muy útil para el aprovechamiento de las cosechas agrícolas o determinar el crecimiento de de árboles.

Con las imágenes satelitales además de poder observar los cambios en una determinada área,

también es hace su cuantificación y posicionamiento en el terreno, y asimismo, potenciándose con el uso de sistemas de información geográfica; que para el caso de los Sistemas de Alerta, se convierte en una importante alternativa para lograr anticiparse a un evento de la magnitud de una inundación, a partir de un análisis de correlación entre mapas de inundación y cantidad de lluvia generada, con respecto a las dimensiones y pendientes topográficas de las cuencas.

En general, las agencias espaciales entregan los datos en un nivel de pre-procesamiento. Las

imágenes recibidas ya están corregidas por defectos de posición, deformaciones y problemas de

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radiometría (calibración de la imagen recibida respecto de los valores realmente medidos por el sensor). Una imagen recién recibida por el usuario debe ser corregida:

1. Geométricamente - para corregir deformaciones espaciales y referirla geográficamente; 2. Radiométricamente - para pasar los valores digitales que contienen sus píxeles a valores de

radiancia, que es la verdadera energía que recibe el sensor; y 3. Corrección atmosférica - para corregir el hecho de que al capturar la energía el sensor no recibe

directamente la energía que reflejan las coberturas del suelo sino que esta debe atravesar la atmósfera.

Algunos países, agencias especializadas como el Instituto Nacional de Defensa Civil de Perú

(INDECI), se encuentran desarrollando programas específicos sobre aplicación de datos satelitales. El INDECI constituye un buen ejemplo al crear un grupo de datos geoespaciales, el cual esta conformado por especialistas en SIG y teledetección, y tienen como su principal objetivo promover el uso de las imágenes satelitales para la prevención y atención de desastres.

3.3 Tercera sesión de disusión Nombre: “Aplicación de Sensores Remostos Satelitales de Microondas” Número de participantes: 7 Documentos de referencia: “Aplicación de Sensores Remostos Satelitales de Microondas” Aspectos más relevantes:

En el desarrollo de la Teledetección, los sensores radar han seguido un camino paralelo al de los sensores espectrales (rango visible e infrarrojo del espectro electromagnético). No obstante, en las últimas décadas su desarrollo ha cobrado un nuevo impulso dadas sus características complementarias a los sensores ópticos y a su importancia en el seguimiento de los procesos.

La Teledetección por microondas o radar se ha vuelto cada vez más indispensable para la gestión de

emergencias por inundaciones. En eventos de gran escala es necesario contar con capturas de escenas seguras sin depender de las condiciones atmosféricas, que en casi todos los casos son las que generan las condiciones de inundación.

La tendencia mundial actual apunta hacia el desarrollo de constelaciones de plataformas satelitales

que cuenten con sensores de radar, asegurando de esta manera, no solo la captura de una escena de la zona de afectación, ya que es posible lograr una cobertura temporal adecuada para realizar un seguimiento del evento de inundación.

Las ventajas de la Teledección por microondas se basan en su trasparencia atmosférica (gran

trasmisibilidad) y el conocimiento técnico de la geometría con la que observamos el terreno.

Las ondas electromagnéticas en la región de las microondas son susceptibles al contenido de humedad del suelo. A mayor longitud de onda más penetración se tendrá hasta encontrar un cambio en las condiciones de humedad. En ese momento el sensor prácticamente no recibe respuesta del objeto alcanzado (agua) y en la imagen conformada podemos identificar zonas inundadas de las que no lo están. Los datos satelitales de radar permiten además realizar modelos digitales de

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elevaciones de alta calidad, ya que del mismo modo, la señal se ve muy afectada por la geometría del terreno, siendo esto muy útil para el desarrollo de cartografía de riesgo (o susceptibilidad) ante inundaciones.

Las imágines satelitales por si solas, solo representan la imagen de la fecha de inundación

cartografiada. Para generar una cartografía de riesgo a inundación se deben analiza muchas fechas que representen las características hidrológicas y geomorfológicas de esa región, además de otros aspectos socio-económicos e institucionales.

La Teledetección satelital espectral tiene limitaciones que pueden ser complementadas con la

Teledetección por microondas. En las zonas tropicales casi es imposible trabajar con imágenes espectrales dadas las condiciones atmosféricas de cobertura nubosa casi permanente.

Teóricamente, las microondas son susceptibles a la constante dieléctrica del suelo y por ende a su

contenido de humedad. Dado el caso de que la captura de la imagen se realice en plena tormenta, es posible que la imagen se vea afectada a causa de reflejo de la onda retrodispersada. Por tal razón en estos casos se hace necesario complementar la información con los pronósticos meteorológicos ya que en la práctica “es muy difícil que solicitar una captura justo en el momento previo a una inundación”.

Para avanzar en el conocimiento de la Teledetección Satelital es necesario entender el

funcionamiento y aplicación de datos de microondas. Por ejemplo, la banda L que tiene una longitud aproximada de 23 cm es muy útil para conocer el estado de humedad de un suelo, puesto que tiene la capacidad de penetrar hasta 2 m o hasta encontrar humedad. En este sentido, las microondas pueden ser aplicadas para determinar la susceptibilidad a deslizamientos al permitir observar las condiciones previas de humedad de un área y así monitorear su evolución.

Una de las principales diferencias entre las imágenes ópticas y de radar, consiste en que el Sistema

Satelital de Radar no es de adquisición operativa (como era la serie Landsat), debido a que requiere de un consumo de energía para obtener las imágenes, la cual limita su disponibilidad.

Actualmente desde una estación terrena es posible tener acceso a los sensores existentes y futuros,

además de contar con los recursos humanos e infraestructura necesaria para el procesamiento de los datos satelitales.

Existen varias clases de software gratuitos para el procesamiento de imágenes de satélite, de los

cuales se pueden destacar el Spring del INPE y al del ITC de Holanda: ILWIS. Ambos disponibles en línea. Para tal fin, es necesario incluir en la capacitación un entrenamiento en el manejo de este tipo de software.

Algunas imágenes de radar se encuentran disponibles en línea sin ningún costo a través de la Carta

Internacional. Sin embargo, actualmente se están desarrollando constelaciones de este tipo de sensores dedicados exclusivamente para seguir emergencias, por ejemplo la constelación SIASGE, Argentina-Italia, ya tiene 2 de los 6 satélites dedicados a asistir en inundaciones a todos los países.

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Algunos ejemplos de uso de imágenes de radar:

Inundaciones ocurridas en Colombia, diciembre de 2008. Se puede ver un producto satelital realizado con datos Radarsat, polarimétrico, que muestra la zona de inundación y las urbanizaciones más afectadas. http://www.disasterscharter.org/graphics/dis/CALLID_236/3_ZAPATOSA%20SWAMP-Radarsat%201-14DEC08-jpg.jpg

Inundaciones ocurridas en Chile, mayo del 2008. Se oberva un producto de fusión entre una

imagen radar (Radarsat 1) y una imagen óptica (Spot 4): http://www.disasterscharter.org/graphics/dis/CALLID_205/bp_Huale-Radar-Spot_fusion-28may08.jpg

Inundaciones ocurridas en Bolivia, enero de 2007. Uso de imagen de radar para evaluación

de daños: http://www.disasterscharter.org/disasters/CALLID_147_e.html

ro producto interesante que muestra las capacidades de las microondas en su aplicación a

inundaciones es un producto de alta resolución (TSX 1, de la DLR) en las inundaciones de Colombia de diciembre de 2008: http://www.disasterscharter.org/graphics/dis/CALLID_236/8_Plato-TSX%201-SAR-19dec08-2m.jpg

Inundaciones en Argentina, 2003. Muestra un ejemplo de cómo se pueden intercalar

clasificaciones de agua en superficie realizadas con imágenes ópticas con las de radar y mostrar, cómo mejora la situación en una inundación urbana (Radarsat 1 y clasificaciones a partir de Landsat 5 TM): http://www.disasterscharter.org/graphics/dis/argentina/argentina2.jpg