Análisis multiespectral para la estimación de la turbidez como indicador de la calidad del agua en embalses del estado de Chihuahua, México

  • Jesús Amado-Alvarez Instituto Nacional de Investigaciones Forestales Agrícolas y Pecuarias
  • Pedro Pérez-Cutillas, Doctor Universidad de Murcia, Campus Espinardo
  • Luis Carlos Alatorre-Cejudo, Doctor Universidad Autónoma de Ciudad Juárez
  • Orlando Ramírez-Valle, Maestro Instituto Nacional de Investigaciones Forestales Agrícolas y Pecuarias
  • Elsa Fabiola Segovia-Ortega Universidad Politécnica de Gómez Palacio
  • Juan José Alarcón-Cabañero, Doctor Universidad de Murcia Campus Espinardo
Palabras clave: Aguas interiores; Contaminación hídrica; Eutrofización; Teledetección, Distribución espacial de la turbidez.

Resumen

La cuenca del río Conchos, situada en el Estado de Chihuahua (México), ha sufrido un notable deterioro por el desarrollo de las actividades humanas. El crecimiento urbano, la industrialización y la agricultura han degradado de manera notable los recursos hídricos de esta cuenca. Para examinar la calidad de sus aguas se han analizado los embalses de la presa de Las Vírgenes, el lago Colina y la presa la Boquilla, determinando los parámetros de Oxígeno Disuelto, pH, Nitratos, Sólidos Totales Disueltos, Turbidez y Temperatura a partir de muestras de agua. Mediante estos datos y la información espectral de imágenes del satélite Landsat 5 se evaluaron 30 modelos de regresión lineal de los cuales, la turbidez obtuvo el mejor ajuste. Las regiones del espectro 0,52 – 0,6 μm y 0,63 - 0,69 μm, aportados por la variable predictora, se mostraron como los rangos de mayor correlación con los valores de turbidez. El modelo empleado para representar la turbidez espacialmente distribuida muestra que la presa la Boquilla obtiene los valores más altos, relacionados con la suspensión de sedimentos aportados por cauces efímeros a lo largo de todo el embalse.

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Biografía del autor

Jesús Amado-Alvarez, Instituto Nacional de Investigaciones Forestales Agrícolas y Pecuarias
Doctor en Hidrociencias. Instituto Nacional de Investigaciones Forestales Agricolas y Pecuarias (INIFAPCIRNOC-CESICH). Calle Hidalgo No 1213, Cd. Cuauhtemoc, Chihuahua. C. P. 31500. Correo electrónico:jesusaa@colpos.mx
Pedro Pérez-Cutillas, Doctor, Universidad de Murcia, Campus Espinardo
Doctor en Geografía. Centro de Edafología y Biología Aplicada del Segura - Consejo Superior deInvestigaciones Científicas (CEBAS-CSIC). Campus Universitario de Espinardo. Espinardo. Murcia,España. CP.30100. Correo electrónico: perezcutillas@cebas.csic.es
Luis Carlos Alatorre-Cejudo, Doctor, Universidad Autónoma de Ciudad Juárez
Doctor en Ordenación del Territorio y Medio Ambiente. Universidad Autónoma de Ciudad Juárez (UACJ).División Multidisciplinaria de la UACJ, Cuauhtémoc, Chihuahua, México. C.P. 31579. Correo electrónico:luis.alatorre@uacj.mx
Orlando Ramírez-Valle, Maestro, Instituto Nacional de Investigaciones Forestales Agrícolas y Pecuarias
Maestro en Ciencias en administración de los recursos hídricos. Instituto Nacional de InvestigacionesForestales Agricolas y Pecuarias (INIFAP-CIRNOC-CESICH). Calle Hidalgo No 1213, Cd. Cuauhtemoc,Chihuahua. C. P. 31500. Correo electrónico: ramirez.orlando@inifap.gob.mx
Elsa Fabiola Segovia-Ortega, Universidad Politécnica de Gómez Palacio
Universidad Politécnica de Gómez Palacio (UPGP). El Vergel, Gómez Palacio, Durango, México. C.P.35120. Correo electrónico: fabisegovia92@gmail.com
Juan José Alarcón-Cabañero, Doctor, Universidad de Murcia Campus Espinardo
Doctor en Biología. Centro de Edafología y Biología Aplicada del Segura - Consejo Superior deInvestigaciones Científicas (CEBAS-CSIC). Campus Universitario de Espinardo. Espinardo. Murcia,España. CP.30100. Correo electrónico: jalarcon@cebas.csic.es

Citas

Aboites-Aguilar, L. (2000). Demografía histórica y conflictos por el agua: Dos estudios sobre 40 kilómetros de historia del río San Pedro, Chihuahua. Ciesas.

Aboites-Aguilar, L. (2002). Hacia una historia del río Conchos. Ciesas, Cd. Juárez, Chihuahua.

Almasri, M.N. & Kaluarachchi, J.J. (2004). Assessment and management of long-term nitrate pollution of ground water in agriculture-dominated watersheds. Journal of Hydrology, 295, 225-245. Recuperado de http://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2004.03.013

Amado Álvarez, J.P. y Ortíz Franco, P. (2001). Consecuencia de la fertilización nitrogenada y fosfórica sobre la producción de avena irrigada con agua residual. Terra, 19, 175-182. Recuperado de https://chapingo.mx/terra/contenido/19/2/art175-182.pdf

Amado Álvarez, J.P., Pérez-Cutillas, P., Ramírez Valle, O. y Alarcón, J.J. (2016). Degradación de los recursos hídricos en un ambiente semiárido. Las lagunas de Bustillos y de Los Mexicanos (Chihuahua, México). Papeles de Geografía, 62, 107-118. Recuperado de http://dx.doi.org/10.6018/geografia/2016/255811

Brivio P.A., Giardino, C. & Zilioli, E. (2001). Validation of satellite data for quality assurance in lake monitoring applications. Sci Total Environ, 268, 3–13. Recuperado de http://doi.org/10.1016/S0048-9697(00)00693-8

Bustamante, J., Pacios, F., Díaz-Delgado, R. y Aragonés, D. (2009). Predictive models of turbidity and water depth in the Doñana marshes using Landsat TM and ETM images. Journal of Environmental Management, 90, 2219–2225. http://doi.org/10.1016/j.jenvman.2007.08.021

Camargo, J.A. y Alonso, A. (2007). Contaminación por nitrógeno inorgánico en los ecosistemas acuáticos: problemas medioambientales, criterios de calidad del agua, e implicaciones del cambio climático. Ecosistemas, 16, 98-110. Recuperado de www.revistaecosistemas.net/index.php/ecosistemas/article/download/457/438

Calvo B.; Mora, G. y Molina, J. (2007). Evaluación y clasificación preliminar de la calidad del agua de la cuenca del río Tárcoles y el Reventazón Parte I: Análisis de la contaminación de cuatro ríos del área metropolitana.

Tecnología en Marcha 20. Recuperado de http://revistas.tec.ac.cr/index.php/tec_marcha/article/view/46

Carbajal-López, Y., Gómez-Arroyo, S., Villalobos-Pietrini, R., Calderón-Segura, M.E. y Martínez-Arroyo, A. (2016). Biomonitoring of agricultural workers exposed to pesticide mixtures in Guerrero state, Mexico, with comet assay and micronucleus test. Environmental Science and Pollution Research, 23, 2513-2520. Recuperado de https://doi.org/10.1007/s11356-015-5474-7

Carreón, H.E., Pinedo, A. y Lafón, T. (2001). Aplicación de tecnología geoespacial en el estudio de cuencas: caso rio Conchos. XI Congreso Nacional de Irrigación. Simposio 5, 10-15. Manejo Integral de Cuencas. Guanajuato, Gto, México.

Chen, J., Tang, C., Shen, Y., Sakura, Y. & Fukushima, Y. (2003). Nitrate pollution of groundwater in a wastewater irrigated field in Hebei Province, China. IAHS-AISH Publication, 285, 23-27. Recuperado de http://hydrologie.org/redbooks/a285/iahs_285_0023.pdf

Chen, Z., Hu, C., and Muller-Karger, F. (2006). Monitoring turbidity in Tampa Bay using MODIS/Aqua 250-m imagery. Remote Sens. Environ., 109, 207–220. Recuperado de http://doi.org/10.1016/j.rse.2006.12.019

Chen, S., Fang, L., Zhang, L. & Huang, W. (2009). Remote sensing of turbidity in seawater intrusion reaches of Pearl River Estuary – A case study in Modaomen water way, China. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 82, 119–127. Recuperado de http://doi.org/10.1016/j.ecss.2009.01.003

Chen, F., Xiao, D. & Li, Z. (2016). Developing water quality retrieval models with in situ hyperspectral data in Poyang Lake, China. Geo-Spatial Information Science, 19, 255-266. Recuperado de http://dx.doi.org/10.1080/10095020.2016.1258201

Chien, W.H., Wang, T.S., Yeh, H.C. & Hsieh, T.K. (2016). Study of NDVI Application on Turbidity in Reservoirs. J Indian Soc Remote Sens, 44, 829–836. Recuperado de http://dx.doi.org/10.1007/s12524-015-0533-6

Comisión Internacional de Límites y Aguas [CILA]. (1944). Tratado entre el gobierno de los Estados Unidos Mexicanos y el gobierno de los Estados Unidos de América de la distribución de las aguas internacionales de los ríos Colorado, Tijuana y Bravo, desde Fort Quitman, Texas, hasta el Golfo de México. Comisión Internacional de Límites y Aguas Entre México y los Estados Unidos Sección Mexicana, 28 p. Recuperado de http://www.sre.gob.mx/cila/

Comisión Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad [CONABIO]. (2014). La biodiversidad en Chihuahua: Estudio de Estado. México.

Comisión Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad [CONABIO]. (2016). Recuperado de: http://www.conabio.gob.mx/informacion/gis/. Comisión intersecretarial del Gobierno de México.

Diario Oficial de la Federación [DOF] (1997a). NOM-OO1-ECO-1997. México. 6 de enero de 1997.

Diario Oficial de la Federación [DOF] (1997b). NOM-127-SSA1-1994. México. 10 de enero de 1997.

Estrada Gutiérrez, G., Silva Hidalgo, H., Villalba1, M.L., Astorga Bustillos, F. y Franco Estrada, B. (2015). Tasa de acumulación de sedimentos en embalses del río Conchos, Chihuahua, México. 1er Congreso Iberoamericano sobre sedimentos y ecología Querétaro, Querétaro México.

Feyisa, G.L., Meilby, H., Fensholt, R. & Proud, S.R. (2014). Automated Water Extraction Index: A new technique for surface water mapping using Landsat imagery. Remote Sensing of Environment, 140, 23–35. Recuperado de http://doi.org/10.1016/j.rse.2013.08.029

Fichot, C.G., Downing, B.D., Bergamaschi, B.A., Windham-Myers, L., Marvin-DiPasquale, M., Thompson, D.R. & Gierach, M.M. (2016). High-Resolution Remote Sensing of Water Quality in the San Francisco Bay-Delta Estuary.
Environmental Science & Technology, 50, 573-583. Recuperado de http://doi.org/10.1021/acs.est.5b03518

Friedl, G. & Wuest, A. (2002). Disrupting biogeochemical cycles. Consequences of damming. Aquat. Sci., 64, 55–65. Recuperado de http://doi.org/10.1007/s00027-002-8054-0

Gholizadeh, M.H., Melesse, A.M. & Reddi, L. (2016). A Comprehensive Review on Water Quality Parameters Estimation Using Remote Sensing Techniques. Sensors, 16, 2-43. Recuperado de https://doi.org/10.3390/s16081298

Giardiano, C., Pepe, M., Brivio, P.A., Ghezzi, P. & Zilioli, E. (2001). Detecting chlorophyll, secchi disk depth and surface temperature in a sub-alpine lake using Landsat imagery. Sci Total Environ, 268, 19–29. Recuperado de http://doi.org/10.1016/S0048-9697(00)00692-6

Gitelson, A.A., Dall’Olmo, G., Moses, W., Rundquist, D.C., Barrow, T., Fisher, T. R., & Holz, J. (2008). A simple semianalytical model for remote estimation of chlorophyll-a in turbid waters: Validation. Remote Sens. Environ., 112, 3582–3593. Recuperado de http://doi.org/10.1016/j.rse.2008.04.015

Hakanson, L., Mikrenska, M., Petrov, K., & Foster I. (2005). Suspend particulate matter (SPM) in rivers: empirical data and models. Ecological Modelling, 183, 251-267. Recuperado de http://doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2004.07.030

Hansen, C.H., Williams, G.P., Adjei, Z., Barlow, A., Nelson, E.J. & Miller, A.W. (2015). Reservoir water quality monitoring using remote sensing with seasonal models: case study of five central-Utah reservoirs. Lake and Reservoir Management, 31, 225–240. Recuperado de http://dx.doi.org/10.1080/10402381.2015.1065937

Hou, X., Feng, L., Duan, H., Chen, X., Sun, D. & Shi, K. (2017). Fifteen-year monitoring of the turbidity dynamics in large lakes and reservoirs in the middle and lower basin of the Yangtze River, China. Remote Sensing of Environment, 190, 107-121. Recuperado de http://doi.org/10.1016/j.rse.2016.12.006

Instituto Nacional de Estadística y Geografía [INEGI]. X.I.I. (2015). Censo General de población y Vivienda. Recuperado de http://www.beta.inegi.org.mx/temas/estructura/

Jack, B. (2006). Member state responsibilities concerning nitrate pollution and eutrophication: A role for the waste framework directive?: EC environmental law-agricultural pollution-eutrophication-urban waste water treatment directive-agricultural nitrates directive-waste framework directive-EIA directive-groundwater directive Commission of the European Communities v Kingdom of Spain, intervener. Journal of Environmental Law, 18, 301-311. Recuperado de https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=914764

Kameyama, S., Yamagata, Y., Nakamura, F. & Kaneko, M. (2001). Development of WTI and turbidity estimation model using SMA — application to Kushiro Mire, eastern Hokkaido, Japan. Remote Sensing of Environment, 77, 1–9. Recuperado de http://doi.org/10.1016/S0034-4257(01)00189-4

Kloiber, S.M., Anderle, T.H., Brezonik, P.L., Olmanson, L.G., Bauer, M.E. & Brown, D.A. (2000). Trophic state assessment of lakes in the Twin Cities (Minnesota, USA) region by satellite imagery. Arch Hydrobiol Adv Limnol, 55, 137–151.

López, J. Z. (2014). Programa de manejo integral de la cuenca del río conchos. Primera edición, DR© Comisión Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad. Liga Periférico–Insurgentes Sur 4903 Parques del Pedregal.

Martínez-Valenzuela, C. y Gómez-Arroyo, S. (2007). Genotoxic risk in agricultural workers exposed to pesticides. Revista Internacional de Contaminación Ambiental, 23, 185-200. Recuperado de www.revistascca.unam.mx/rica/index.php/rica/article/download/21636/21636

McDonald, R.I., Douglas, I., Revenga, C., Hale, R., Grimm, N., Grönwall, J. & Fekete, B. (2011). Global urban growth and the geography of water availability, quality, and delivery. Ambio, 40, 437-446. Recuperado de https://dx.doi.org/10.1007%2Fs13280-011-0152-6

Melgoza Castillo, A., Royo, M. y Ortega Ochoa, C. (2014). Sobrepastoreo, en: La biodiversidad en Chihuahua: Estudio de Estado. CONABIO. México, 228-230. Recuperado de http://www.biodiversidad.gob.mx/region/EEB/pdf/Chihuahua_Final_Web.pdf

Michaud, J. P. (1991). A citizen’s guide to understanding and monitoring lakes and streams, Publ. #94-149, Washington State Dept. of Ecology, Publications Office, Olympia, WA.,

Moreno, D.P., Quintero, J. y López, A. (2010). Métodos para identificar, diagnosticar y evaluar el grado de eutrofia. ContactoS, 78, 25-33. Recuperado de http://www.izt.uam.mx/newpage/contactos/anterior/n78ne/eutrofia2.pdf

Olmanson, L.G., Brezonik, P.L. & Bauer, M.E. (2013). Airborne hyperspectral remote sensing to assess spatial distribution of water quality characteristics in large rivers: The Mississippi River and its tributaries in Minnesota. Remote Sensing of Environment, 130, 254-265. Recuperado de http://doi.org/10.1016/j.rse.2012.11.023

Palà, V. y Pons, X. (1995). Incorporation of relief into geometric corrections based on polynomials. Photogrammmetric Engineering and Remote Sensing, 61, 935-944.

Potes, M., Costa, M.J., da Silva, J.C.B., Silva, A.M. & Morais, M. (2011). Remote sensing of water quality parameters over Alqueva, Reservoir in the south of Portugal. International Journal of Remote Sensing, 32, 3373–3388. Recuperado de http://dx.doi.org/10.1080/01431161003747513

Potes, M., Costa, M.J., & Salgado, R. (2012). Satellite remote sensing of water turbidity in Alqueva reservoir and implications on lake modelling. Hydrol. Earth Syst. Sci., 16, 1623–1633. Recuperado de http://dx.doi.org/10.5194/hess-16-1623-2012

Ramos, O.R., Sepúlveda, M.R. y Villalobos, M.F. (2003). Agua en el medio ambiente. Muestreo y análisis. Universidad Autónoma de Baja California. Ed. Plaza y Valdés, México.

Raynal, J.A. y Rodríguez-Pineda, J.A. (2008). Posibles escenarios del impacto del cambio climático en la cuenca del río Conchos, México. XX Congreso Nacional de Hidráulica, Toluca, Estado de México, México.

Rawson, D.S. (1951) The Total Mineral Content of Lake Waters. Ecology, 32, 669-672. Recuperado de http://doi.org/10.2307/1932733

Reyes-Gómez, V.M., Núñez-López, D., Muñoz-Robles, C.A., Gadsden, H., Rodríguez, J.A., López, M.A. y Hinojosa, O.R. (2006). Caractérisation de la sécheresse hydrologique dans le bassin versant Rio Conchos, Chihuahua, Mexique. Science et Changements Planétaires-Sécheresse, 17, 475-484. Recuperado de http://doi.org/10.1684/sec.2006.0059

Robert, E., Grippa, M., Kergoat, L., Pinet, S., Gal, L., Cochonneau, G. & Martinez, J.-M. (2016). Monitoring water turbidity and surface suspended sediment concentration of the Bagre Reservoir (Burkina Faso) using MODIS and field reflectance data. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 52, 243-251.
Recuperado de http://doi.org/10.1016/j.jag.2016.06.016

Secretaría de Economía. (1996). Establecimiento de los límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de agua residuales en aguas y bienes nacionales. NOM-001-SEMARNAT-1996. Diario Oficial de la federación. 6 de enero de 1997. México.

Tilman, D.; Kilham, S. S. & Kilham, P. (1982). Phytoplankton community ecology: The role of limiting nutrients. Ann. Rev. Ecol. Syst., 13, 349-372. Recuperado de http://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev.es.13.110182.002025

Vermote, E.F., Tanré, D., Deuzé, J.L., Herman, M. & Morcrette, J.J. (1997). Second simulation of the satellite signal in the solar spectrum, 6s: an overview. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 35, 675–686.
Recuperado de https://modis-atmos.gsfc.nasa.gov/new_reference/data/papers/Vermote_et_al_B.1997.pdf

Vogt, M.C. & Vogt, M.E (2016). Near-Remote Sensing of Water Turbidity Using Small Unmanned Aircraft Systems. Environmental Practice, 18, 18–31. Recuperado de http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1017/S1466046615000459

Von Gunten, L., Grosjean, M., Eggenberger, U., Grob, P., Urrutia, R. & Morales, A. (2009). Pollution and eutrophication history AD 1800-2005 as recorded in sediments from five lakes in Central Chile. Global and Planetary Change, 68, 198-208. Recuperado de http://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2009.04.004

Zhou, K.-P., Bi, W.-H., Zhang, Q.-H., Fu, X.-H. & Wu, G.-Q. (2016). Influence of temperature and turbidity on water COD detection by UV absorption spectroscopy. Optoelectronics Letters, 12, 461-464. Recuperado de http://doi.org/10.1007/s11801-016-6178-z
Publicado
2018-09-19
Cómo citar
Amado-Alvarez, J., Pérez-Cutillas, P., Alatorre-Cejudo, L., Ramírez-Valle, O., Segovia-Ortega, E., & Alarcón-Cabañero, J. (2018). Análisis multiespectral para la estimación de la turbidez como indicador de la calidad del agua en embalses del estado de Chihuahua, México. Revista Geográfica De América Central, 1(62), 49 - 77. https://doi.org/10.15359/rgac.62-1.2
Sección
Teoría, Epistemología, Metodología (Evaluados por pares)