METODOLOGÍA PRELIMINAR PARA UBICACIÓN DE ESTACIONES HIDRO-    METEOROLÓGICAS AUTOMATICAS EN LA CUENCA DEL RÍO ZARUMILLA   ...
 Cercanía a vías. Por la accesibilidad del personal encargado de la estación para el  mantenimiento. Cercanía a centros ...
3. DESCRIPCIÓN DE LA BASE DE DATOS CARTOGRÁFICA UTILIZADA.                              Tabla1. Base de Datos Cartográfica...
Component Variable (1-10)                                   Logistico, cercania vias                                   ope...
4.1. Análisis de Pesos con el método de comparación por pares de Saaty.     Este método se encuentra dentro del conjunto d...
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4.2. Mascaras o exclusión de zonas para el Análisis.Las zonas que se excluyen en el análisis son los polígonos de riesgo p...
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Figura5. Evaluación Multicriterio para la aptitud en la ubicación de estaciones.En una segunda aproximación a la ubicación...
CONCLUSIONES Y REMENDACIONES SOBRE LAS ESTACIONES YA INSTALADAS POR EL PROYECTO SAT ZARUMILLA.          Figura6. Aptitud ...
“alta” debido también a las condiciones de logística según la cartografía, sin embargo habría queverificarlo en campo si e...
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Metodología preliminar para ubicación de estaciones hidrometeorológicas

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Metodología preliminar para ubicación de estaciones hidrometeorológicas

  1. 1. METODOLOGÍA PRELIMINAR PARA UBICACIÓN DE ESTACIONES HIDRO- METEOROLÓGICAS AUTOMATICAS EN LA CUENCA DEL RÍO ZARUMILLA COMO PARTE DEL SAT Unidad de Estudios e Investigaciones Hidrológicas (INAMHI) Jorge Hurtado Pidal jhurtado@inamhi.gob.ec Dirección de Análisis, Estudios e Investigación de Riesgos (SNGR) Luis Garzon Quintero egarzon@snriesgos.gob.ec1. INTRODUCCIÓN.En vista de que no se cuenta con una metodología para la ubicación de estacioneshidrometeorológicas automáticas, se ha visto necesario elaborar el presente documento comouna propuesta preliminar para determinar la ubicación óptima de estaciones hidrometeorológicasautomáticas para el Sistema de Alerta Temprana (SAT) Zarumilla, y para esto se preparó unametodología de análisis espacial con técnicas de Evaluación Multicriterio, integradas a un modelocartográfico. Para el análisis espacial se ha tomando en cuenta tanto criterios desde el punto devista antrópico (logística, operatividad y seguridad) como criterios desde el punto de vistahidrometeorológico (p.e.variabilidad espacial del clima), para que de esta manera la ubicación delas estaciones sea lo mejor posible.2. CRITERIOS DEL ANÁLISIS ESPACIAL.Primeramente se enuncian y describen los criterios propuestos.2.1. Criterios espaciales desde el punto de vista de la logística, operatividad y seguridad.Lo que se busca con este conjunto de criterios es que las estaciones estén en lugares donde elaspecto logístico como abastecimiento de combustible, alimentación estén accesibles para elpersonal técnico encargado de la operación y/o mantenimiento, así mismo que la estación no seencuentre en zonas bajo peligro, (p.e. inundaciones), o en zonas con coberturas vegetalesdesfavorables para la medición de los parámetros hidrometeorológicos. Estos criterios son: 1
  2. 2.  Cercanía a vías. Por la accesibilidad del personal encargado de la estación para el mantenimiento. Cercanía a centros urbanos. Por el tema logístico como abastecimiento de combustible, alimentación, alojamiento, etc. Fuera de los polígonos de inundación. Por seguridad de la estación. Lejanía a las estaciones automáticas ya existentes (en caso de haber). A pesar de que en la zona de estudio del SAT Zarumilla no hay estaciones automáticas instaladas previamente y operativas, este criterio si debería considerarse en caso de haber estaciones. Coberturas de suelo que no intercepten precipitación. Porque interesa medir el total de la precipitación caída o precipitación bruta sin interceptación de la cobertura vegetal.2.2. Criterios espaciales desde el punto de vista hidrometeorológico.Estos criterios buscan que las estaciones se encuentren por un lado, en lugares representativos dela precipitación y la temperatura de la zona circundante, y también en lugares representativos dela subcuenca para el modelamiento hidrológico. Estos criterios son. Zonas homogéneas de temperatura y precipitación. Lo que se busca con este criterio es zonificar climáticamente, identificando aquellas áreas que no varían mucho respecto a su entorno. Cercanía al centroide de la subcuenca. Considerando al centroide como un punto espacialmente representativo de la subcuenca. Zonas de mayor iluminación. Para que la topografía no obstaculice y poder recibir la mayor cantidad de horas de sol (información meteorológica). 2
  3. 3. 3. DESCRIPCIÓN DE LA BASE DE DATOS CARTOGRÁFICA UTILIZADA. Tabla1. Base de Datos Cartográfica Utilizada.La figura 1 muestra el mapa base y las coberturas del componente hidrometeorológico. a. Mapa Base b. Temperatura Media Anual c. Precipitación Trimestre más Húmedo. Figura1. Mapa base, Temperatura, Precipitación de la cuenca del Río Zarumilla.4. EVALUACIÓN MULTICRITERIO.La evaluación multicriterio es una técnica que se usa en análisis espacial y busca integrar como sunombre lo dice muchos criterios, los cuales están debidamente ponderados de acuerdo a suimportancia así el resultado es producto de una sumatoria ponderada de los diferentes criteriosdonde generalmente mientras mas alto el valor, la ubicación es mejor , y por el contrario, mientrasmas bajo, la ubicación es peor.Las variables que se usaron son las siguientes: 3
  4. 4. Component Variable (1-10) Logistico, cercania vias operativo cercania cent pob cercania centroide Hidrometeo iluminacion rológico rango temperatura rango precipitacion Tabla2. Componentes y variables de la EMC.Las variables se derivan de las coberturas de la tabla1. La figura 2 corresponde a los mapas de lasvariables indicadas en la tabla2. a. Distancia a Vías b. Distancia a centros poblados. c. Distancia al centroide. d. Zonificación Temperatura. e. Zonificación Precipitación. f. Iluminación. FIGURA2. Mapas de las variables utilizadas en la EMC. 4
  5. 5. 4.1. Análisis de Pesos con el método de comparación por pares de Saaty. Este método se encuentra dentro del conjunto de métodos de asignación de pesos basados en el cálculo del autovector dominante (o eigenvector) de una matriz de comparaciones binarias de los factores (Barba, Romero y Pomerol, 1997)1.  Matriz de comparación por pares. Importancia de cada factor, sobre cada uno de los demás. MATRIZ A: comparacion pares FACTORES cv ccp cc il rt rp cv 1.00 1.00 0.50 4.00 0.50 0.50 ccp 1.00 1.00 0.50 4.00 0.50 0.50 cc 2.00 2.00 1.00 7.00 3.00 3.00 il 0.25 0.25 0.14 1.00 0.20 0.20 rt 2.00 2.00 0.33 5.00 1.00 1.00 rp 2.00 2.00 0.33 5.00 1.00 1.00 suma 8.25 8.25 2.81 26.00 6.20 6.20 Donde: cv; cercanía a las vías. ccp; cercanía a los centros poblados. cc; cercanía al centroide de la subcuenca. il; Iluminación. rt; rango de temperatura. rp; rango de precipitación.  Eigenvector Principal. Una vez establecidos los juicios de valor en la matriz de comparación por pares, el procedimiento establece el cálculo del eigenvector principal de la matriz, el cual representa el orden de prioridad de los factores (ver Saaty 1980). La forma más común de obtener este eigenvector es haciendo un cociente entre cada celda y la sumatoria de la columna, posteriormente se suma por filas para obtener el eigenvector, luego se normaliza dividiéndolo para el numero de factores (6 en nuestro caso) y se obtienen los pesos (eig_princ_norm).1 Para mas información consultar “Sistemas de Información Geográfica y Evaluación Multicriterio en laOrdenación del Territorio”, Gomez. M y Barredo. J, 2005. 5
  6. 6. A normalizada B FACTORES cv ccp cc il rt rp eig_princ eig_princ_norm cv 0.12 0.12 0.18 0.2 0.1 0.1 0.74 0.12 ccp 0.12 0.12 0.18 0.2 0.1 0.1 0.74 0.12 cc 0.24 0.24 0.36 0.3 0.5 0.5 2.08 0.35 il 0.03 0.03 0.05 0 0 0 0.21 0.04 rt 0.24 0.24 0.12 0.2 0.2 0.2 1.12 0.19 rp 0.24 0.24 0.12 0.2 0.2 0.2 1.12 0.19 Razón de consistencia.El paso siguiente a la obtención del eigenvector principal es sin duda uno de los aspectos másimportantes e interesantes de este método. Este se diferencia de los demás métodos, ya queindica un valor cuantitativo acerca de la consistencia. El valor que ofrece este procedimientopara el cálculo de la consistencia es la “razón de consistencia (cr)” dicho valor se establece apartir del cociente entre el valor del índice de consistencia (ci) y el índice aleatorio (ri) (cr=ci/ri),concretándose así que para valores mayores o iguales a 0.10 los juicios de valor deben serrevisados, ya que no son suficientemente consistentes para establecer los pesos, y si cr esmenor a 0.10 podemos considerar satisfactorios los juicios de valor. El ci es un valor obtenido apartir del eigenvector máximo (λmax), de la manera siguiente ci=(λmax-n)/(n-1), siendo n elnumero de factores en la matriz de comparación, mientras que el valor del eigenvector máximo(λmax) se obtiene a partir del producto del eigenvector principal normalizado por la matriz decomparación de factores (Barredo y Gomez, 2005). Los resultados de este ensayo son: AXB (AXB)/B 0.75 6.10 0.75 6.10 2.21 6.37 0.22 6.19 1.16 6.21 1.16 6.21 suma 37.17 Razón de consistencia λmax ci ri cr = (ci/ri) 6.19 0.04 1.24 0.03Por tanto con un valor de cr de 0.03 podemos concluir que los juicios de valor y porconsiguiente los pesos asignados a los factores son adecuados. 6
  7. 7. 4.2. Mascaras o exclusión de zonas para el Análisis.Las zonas que se excluyen en el análisis son los polígonos de riesgo por inundaciones de la basecartográfica nacional y las coberturas que representan por un lado, mayores niveles deinterceptación de la precipitación y por otro dificultan el tema logístico. A partir de operacionesboleanas (Raster binarios de 0,1) de multiplicación con algebra de mapas, lo que sería unequivalente a una intersección si lo hiciéramos en formato vector con polígonos, el resultado va aser, que se mantienen con 1 aquellas zonas donde todas las capas raster son 1 (aptas) y aquellasdonde cualquiera de las capas sea 0 (no apta) quedará con 0. Los mapas resultantes se muestran acontinuación. a. Riesgo Inundación. b. Coberturas Aptas. c. Máscara resultante. Figura3. Mapas utilizados para la Máscara de la EMC.En el mapa de “Riesgo de inundación”(a) se ven con colores cafés las zonas donde existe riesgo deinundación de acuerdo a la base cartográfica. En el mapa de “coberturas aptas para estaciones”(b), se ven con colores verdes oscuros aquellas coberturas que excluimos del análisis. Por último la“Máscara”, resultante (c), muestra en colores naranjas las zonas no aptas o excluidas.4.3. Modelo Cartográfico.El primer paso es reclasificar de 1 a 10, las variables de tipo logístico e hidrometeorológico, donde1 serán las zonas más desfavorables en cada criterio y 10 las más favorables. Es así por ejemploque en distancia a vías 1 serán las distancias más grandes y 10 las distancias más cortas, en el casode rango de temperatura 1 serán las zonas de mayor rango (heterogéneas) y 10 las de menorrango (homogéneas), con esta lógica reclasificamos todas las variables espaciales de tipo logísticoe hidrometeorológico para proceder a la EMC. La figura 4 indica el modelo cartográfico utilizado yla figura 5 el resultado de aplicar este modelo, que es una cobertura de aptitud que va de 1 a 10, y 7
  8. 8. que a su vez para la leyenda se categoriza en 5 niveles de aptitud; Muy Baja, Baja, Regular, Alta yMuy Alta. La figura 5 muestra la influencia de la cercania al centroide de la subcuenca, calificando de “muyalta aptitud” (colores rojos), las zonas cernanas a los centroides de las subcuencas de sistemahidrico del SAT. Además las coberturas desfavorables y los poligonos de inundación se encuentranen la categoria de muy baja aptitud. En la parte del Perú en vista de que no se cuenta con lacartografia necesaria tenemos muchas zonas con aptitud regular (colores celestes) por los criteriosde logística. Algo importante de destacar es que del lado Ecuatoriano si tenemos zonas rojasalrededor de todos los centroides, lo que indica que hay condiciones logisticas en estos sectores. Distancia Distancia al Rango Rango Distancia Vias Centros Centroide Iluminación Temperatura Precipitación Poblados Subcuenca RECLASIFICACIÓN 1 a 10 Distancia Distancia al Rango Rango Distancia Vias - Centros Centroide Iluminación - Temperatura - Precipitación - reclasificado Poblados - Subcuenca - reclasificado reclasificado reclasificadon reclasificado reclasificado Fp 0.12 Fp 0.12 Fp 0.35 Fp 0.19 Fp 0.19 Fp 0.04 Distancia Distancia Centroide Rango Rango Distancia Vias - Centros Iluminación - Subcuenca - Temperatura - Precipitación - ponderado Poblados - ponderado ponderado ponderado ponderado ponderado Sumatoria Aptitud Estaciones (ponderada) (1-10) Zonas Aptas Coberturas de Suelo multiplicación Estaciones Aptas (0 y 1) (1 -10) Mascara de la EMC (0 multiplicación y 1) 1: Menos Apta 10: Mas Apta Zonas de Riesgo Inundaciones (0 y 1) Figura4. Modelo Cartográfico de la EMC. 8
  9. 9. Figura5. Evaluación Multicriterio para la aptitud en la ubicación de estaciones.En una segunda aproximación a la ubicación de las estaciones en un afán de optimizar el SAT seriarecomendable identificar los puntos de quiebre o saltos en la continuidad espacial por lasprecipitaciones maximas en 24 horas, que serian zonas de rango alto en un grilla de interpolacióncon las precipitaciones máximas en 24horas de toda la serie considerada, 1980-1990 en nuestrocaso, de las 7 estaciones usadas. 9
  10. 10. CONCLUSIONES Y REMENDACIONES SOBRE LAS ESTACIONES YA INSTALADAS POR EL PROYECTO SAT ZARUMILLA. Figura6. Aptitud para estaciones y con un esquema de análisis respecto a su ubicación.En base a información entregada sobre las estaciones que estarían ya instaladas previamente porel proyecto SAT Zarumilla y de las que tenemos las coordenadas de su ubicación, después desuperponerlas a la EMC como se ve en la figura6 se concluye lo siguiente.La estación hidrológica 1 se encuentra bien ubicada según el modelo cartográfico y también desdeel punto de vista hidrológico, por estar a la salida del sistema hídrico del SAT. Sería importanteindicar que esta estación es muy necesaria para la calibración del modelo hidrológico.Por otro lado, se puede decir que las estaciones hidrometeorológicas 2 y 3 (puntos verdes) estánbien ubicadas en términos generales, sin embargo se recomendaría a la estación 2, (sectorPalmales), ubicarla más al sureste (flecha negra) en la zona del circulo violeta (figura6), quecorresponde al centroide de esa unidad hidrográfica y que tiene sectores de aptitud “muy alta” y 10
  11. 11. “alta” debido también a las condiciones de logística según la cartografía, sin embargo habría queverificarlo en campo si es factible hacer esta reubicación. Respecto a la estación 3 (sector LaVictoria, que se encuentra más al sur en la parte alta de la cuenca), se recomendaría simplementehacer una inspección en campo para garantizar las condiciones de seguridad, ya que es una zonade peligro de inundación (por la cartografía). SOBRE LAS ESTACIONES QUE FALTARIAN PARA EL SAT ZARUMILLA.Para completar las estaciones del SAT del lado ecuatoriano se plantearía la ubicación en las zonasde círculos negros señalados con flechas cafés (figura6), considerando que el centroide que seencuentra del lado ecuatoriano tienen zonas con aptitud “muy alta” y el centroide que está en ellado peruano (pero pegado a la frontera), tiene zonas con aptitud “alta” (del lado de Ecuador), loque indica que sería factible y recomendable instalar estaciones en estos sectores.ANEXOS Figura7. Mapa Base de la Cuenca del Río Zarumilla. 11

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