El proceso de expansión urbana y su impacto en la cobertura y uso de suelo de la zona de presión intermunicipal de Chihuahua

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Antonio Dávila-Rodríguez *, Alfredo Pinedo-Álvarez *, Carmelo Pinedo-Álvarez
*, Jesús A. Prieto-Amparán*

CIENCIA UANL / AÑO 20, No. 86 octubre-diciembre 2017

Resumen

El objetivo principal de este trabajo fue evaluar la dinámica de cambios de uso del suelo y vegetación del área de la zona de presión intermunicipal de Chihuahua, en el periodo 2000-2010 desde la perspectiva del desarrollo urbano sustentable. Las clases identificadas a través de proceso de clasificación multiespectral fueron; Agricultura de riego y temporal (Art), Asentamientos humanos (Ah), Bosques de encino-pino (Bqp), Comunidades de Matorral (Cm), Cuerpos de agua (Ca) y Comunidades de pastizal (Cp). La evaluación mostró una adecuada separación espectral para todas las clases. La precisión de las clasificaciones mostró un coeficiente Kappa 0.80 para 2000 y de 0.81 para 2010. Los cambios más importantes y evidentes se presentaron en la clase de asentamientos humanos con una tasa de cambio de 30.80%, lo que equivale a 8,480.25 ha. Las clases de Comunidades de matorral y Comunidades de pastizal presentaron una tasa de cambio de -13.33 y -2.49, respectivamente, las cuales fueron probablemente convertidas en asentamientos humanos.

Palabras clave: sensores remotos, Landsat TM, zona metropolitana, uso del suelo, planeación urbana sustentable, área de presión intermunicipal.

Abstract

The main objective of this paper was to evaluate the dynamic around land use and vegetation in the area of the intermunicipal pressure zone of Chihuahua, in the period of 2000-2010, from a sustainable urban development perspective. The classes, identified through the multispectral classification process were: irrigated agriculture (IAg), human settlements (Hs), pine-oak forest (POf), shrublands (Sh), water bodies (Wb) and grasslands (Gr). Results from the evaluation showed an adequate spectral separation for all classes. The classification precision resulted in a Kappa coefficient of 0.80 for 2000 and of 0.81 for 2010. The most important and evident changes were found in the human settlements class, at a rate of 30.80%, which represents 8,480.25 ha. The shrublands and grasslands classes presented change rates of -13.33 and -2.49, respectively, which were probably transformed into human settlements.

Keywords: remote sensing, Landsat TM, metropolitan area, land use, sustainable urban planning, area of intermunicipal pressure.

En el proceso de crecimiento y expansión de las ciudades se adhieren y absorben tierras con aptitud diferente a la urbana, que pueden representar un beneficio medioambiental. De ahí la importancia de controlar y orientar la ocupación del suelo con el objetivo de encontrar un balance entre el medio ambiente natural y el construido por el hombre, bajo la premisa de satisfacer las necesidades de la generación presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades (WCED, 1987). El crecimiento acelerado de las aglomeraciones urbanas genera una problemática propia del proceso de urbanización, la ciudad crece y con ella las diferentes formas en que las colectividades se desenvuelven. La concentración de la población promueve el desarrollo de actividades dinámicas e innovadoras y una serie de oportunidades para la población. Sin embargo, también se presentan grandes problemas de marginalidad, desigualdad y desequilibrios. Por lo tanto, es necesario promover un crecimiento ordenado de la ciudad, es decir, que éste se dé con una adecuada administración de servicios públicos, que se presente una mezcla ordenada de usos de suelo y que se reduzca en lo posible la exposición a riesgos naturales. Hay que considerar también el uso racional de los recursos territoriales y minimizar al máximo la degradación ambiental (Moreno, 2010). En este sentido, el análisis de los cambios que ocurren en la vegetación a través del tiempo y del espacio permite entender cómo operan los procesos de regeneración, sucesión o degradación de los ecosistemas (Forman, 1995; Vitousek et al., 1997; Farina, 1998). Alrededor del mundo se han llevado a cabo estudios de este tipo empleando diferentes técnicas y metodologías (Evangelista et al., 2009; Mas et al., 2009; Camacho et al., 2010; Mas et al., 2011; Guan et al., 2011; Hong et al., 2011; Xin et al., 2012; Xu et al., 2013 y Dávila, et al., 2016) y con diferentes enfoques, ya se trate de enfatizar el aspecto forestal, agrícola o urbano.

En relación a los asentamientos humanos, la primera conferencia que se realizó sobre el tema fue en Vancouver, Canadá, en 1976. Años después, en la conferencia de Estambul, Turquía, los gobiernos participantes se comprometen en logar que las personas puedan contar con que los “asentamientos humanos sean más seguros, salubres, habitables, equitativos, sostenibles y productivos” (UN, 1996). La zona de presión intermunicipal de Chihuahua no es ajena a estos cambios, ya que actualmente se encuentra inmersa en una fuerte presión inmobiliaria considerando el desarrollo limítrofe de fraccionamientos en los límites municipales (Implan, 2015). Además de considerar que 97.94% de los habitantes de la ZMCH viven en las tres localidades clasificadas como urbanas de las 1,268 que la integran (INEGI, 2010a). El desarrollo urbano sustentable puede ser el medio a través del cual se logre el compromiso de la conferencia de Estambul. En él se presenta una clara combinación entre el desarrollo sustentable y el desarrollo urbano, como ambiente, sociedad y economía (Ridell, 2004). Aunado a lo anterior, puede decirse que el desarrollo urbano sustentable significa evolución potencial de la actividad humana para moverse de los problemas hacia las oportunidades (Ravetz, 2000). Es también la forma en que se puede alcanzar la sustentabilidad integrando temas como política económica, infraestructura y servicios, calidad del aire y salud (Pug, 2000). Con base en lo anterior, el objetivo principal de este trabajo fue evaluar la dinámica de cambios de uso de suelo y vegetación del área de influencia de las tres localidades urbanas que conforman la zona de presión intermunicipal de Chihuahua, en el periodo 2000-2010 desde la perspectiva del desarrollo urbano sustentable, usando imágenes de satélite Landsat-TM5 como una alternativa en la adquisición de datos de bajo costo y empleado métodos basados en técnicas de teledetección.

Material y métodos

Descripción del área de estudio

La zona metropolitana de Chihuahua (figura 1) se conforma de tres municipios: Aldama, Aquiles Serdán y Chihuahua; entre los tres suman 852,533 habitantes que representan 25.03% con respecto al estado. La determinación del área de estudio se realizó con base en la zona de presión intermunicipal conformada por las áreas susceptibles a desarrollar urbanísticamente ubicada entre los tres municipios conurbados, la cual se encuentra actualmente inmersa en una fuerte presión inmobiliaria considerando el desarrollo limítrofe de fraccionamientos en los límites municipales (Implan, 2015). Además de considerar que 97.94% de los habitantes de la ZMCH viven en las tres localidades clasificadas como urbanas de las 1,268 que la integran (INEGI, 2010a).

Se utilizaron dos escenas de satélite del sensor Landsat TM 2000 y 2010. El Path/Row correspondiente a la localización de la imagen con relación al índice Landsat fue el 32-40. Los datos y análisis de la información fueron soportados y procesados en el software IDRISI® y ArcGIS®.

Fuentes de datos

Se utilizaron dos escenas de satélite del sensor Landsat TM 2000 y 2010. El Path/Row correspondiente a la localización de la imagen con relación al índice Landsat fue el 32-40. Los datos y análisis de la información fueron soportados y procesados en el software IDRISI® y ArcGIS®.

Procesamiento de las imágenes de satélite

Todas las imágenes fueron preprocesadas por el U.S Geological Survey (USGS) usando métodos estándar de procesamiento, incluyendo corrección geométrica, calibración radiométrica y corrección por terreno, también fue necesario hacer una conversión de nivel digital (ND) a valores de reflectancia con la intención de comparar los cambios (Chuvieco, 2000).

Sobreposición de bandas

Como procedimiento base, las bandas de Landsat TM fueron sobrepuestas entre sí para lograr una conjunción en una sola imagen, procedimiento que se aplicó utilizando la función de composite de IDIRISI®. En el análisis geoespacial fue empleado Arcmap de ArcGis 9.0. Las imágenes satelitales fueron tratadas con métodos estándar de acuerdo a los requerimientos que sugiere Chuvieco (2000) para el análisis de cambio de cobertura y uso del suelo. Por último, para comparar la serie de tiempo y determinar los cambios (ganancias o pérdidas) para cada tipo de cobertura en los periodos evaluados, se calculó la tasa de cambios de la zona de presión intermunicipal de Chihuahua utilizando la fórmula de interés compuesto (Puyravaud, 2003).

Resultados

Composición de bandas

El análisis de imágenes de satélite multiespectrales permite generar mapas base de uso de suelo y vegetación. El análisis preliminar de estos insumos permite obtener una representación real de las condiciones actuales y pasadas de las coberturas del uso del suelo y vegetación. Las imágenes de falso color o RGB (Red, Green y Blue), consiste en la combinación de tres bandas de información para formar una imagen en color. Con este tipo de combinaciones se pretende extraer y resaltar la información en función de los colores resultantes. En este trabajo de investigación el empleo de imágenes Landsat TM5 proporcionó los elementos necesarios para obtener mapas base, conformados de las siguientes combinaciones de las bandas 3 (0.63 – 0.69 µm), 4 (0.76 – 0.90 µm) y 7 (2.08 – 2.35 µm) en el orden del espectro visible rojo, verde y azul (RGB), fueron las seleccionadas y las que mostraron un buen nivel de detalle en la discriminación de las coberturas vegetales para los dos periodos evaluados, 2000 y 2010. Las figuras 2 y 3 muestran las composiciones en falso color obtenidas para los años 2000 y 2010, dichos mapas muestran las características de las condiciones de uso de suelo y vegetación en 2000 y las mismas condiciones, con ligeros cambios espaciales, para la imagen de 2010. En las figuras 4 y 5 las composiciones en falso color manifiestan buen contraste entre los dos periodos evaluados, evidenciando que la banda que corresponde al infrarrojo cercano (banda 4) es clave en el análisis de imágenes de satélite, donde el objetivo principal sea determinar cambios entre las coberturas que componen el territorio.

Figura 2. Composición en falso color de la escena de Landsat TM de 2000 (elaboración propia).

Figura 3. Composición en falso color de la escena de Landsat TM de 2010 (elaboración propia).

Separabilidad espectral

Se aplicó la técnica de clasificación supervisada basada en el método de máxima probabilidad para las imágenes del sensor Landsat TM de 2000 y 2010, se llevó a cabo a través de la asignación de seis clases, las cuales permitieron observar un punto medio entre la generalización y la dispersión de las clases, y de alguna forma establecer zonas homogéneas de algunas categorías de uso de suelo y vegetación.

La selección de áreas de entrenamiento fue realizada considerando cada tipo de cobertura presente en el área de estudio. Las clases identificadas fueron Agricultura de riego y temporal (Art), Asentamientos humanos (Ah), Bosques de encino-pino (Bqp), Comunidades de matorral (Cm), Cuerpos de agua (Ca) y Comunidades de pastizal (Cp).

El análisis de separabilidad espectral es un procedimiento importante en la determinación de la similitud que poseen las clases que se determinan en el proceso de clasificación. La evaluación mostró una adecuada separación espectral para todas las clases, lo que se traduce en una buena identificación de las coberturas en todas las bandas del sensor Landsat TM, que se utilizaron para generar la clasificación supervisada.

Clasificación multiespectral

En las figuras 4 y 5 se observa la distribución de la vegetación presente en la clasificación para 2000 y 2010, respectivamente, misma que se encuentra definida por el límite de presión intermunicipal de Chihuahua, es decir, más de la suma de los tres centros de población.

Figura 4. Clasificación supervisada de la imagen de Landsat TM de 2000 (elaboración propia).

Figura 5. Clasificación supervisada de la imagen Landsat TM de 2010 (elaboración propia).

En la determinación de las superficies de 2000, la comunidades más ampliamente distribuidas eran las de matorral, con 64,550.71 ha (44.54%), seguidas de la agricultura de riego y temporal con 29,653.01 ha y las comunidades de pastizal con 29,376.75, que aproximadamente equivale a 20.27% del área de estudio. Los asentamientos humanos o áreas urbanas ocupaban 19,055.97 ha y estaban representados principalmente por la ciudad de Chihuahua como el principal polo de desarrollo de la zona metropolitana. En los resultados de las superficies de la vegetación presente en 2010, se observa claramente que siguen el mismo comportamiento respecto al porcentaje en su distribución, sin embargo, se observa una disminución en las comunidades de matorral y pastizal y un incremento en la categoría de Agricultura de riego y temporal y Asentamientos humanos, esta última con un incremento de 8,480.25 ha (tabla I).

Matriz de error para la clasificaciónbasada en Landsat-TM

En este estudio, la relación entre el número de puntos asignados y el total analizados expresaron la confianza global del mapa. Los residuales en las columnas indican los tipos de cubierta real que no se incluyeron en el mapa, mientras los residuales en filas son las cubiertas en el mapa que no se ajustan a la realidad.

En definitiva, muestran los errores de omisión y comisión (Chuvieco, 2002). La exactitud basada en el coeficiente multivariado discreto Kappa, para la clasificación de la imagen Landsat-TM5 de 2000 fue de 0.80, mientras que para 2010 fue de 0.81; este valor refleja el grado de exactitud esperada, más que la llevada a cabo por el simple azar.

Análisis de cambios

La comparación de imágenes clasificadas con respecto al periodo evaluado se presenta en la tabla II, en ésta se detallan los cambios ocurridos en el lapso de diez años. Los resultados del análisis se efectuaron tomando como base las clasificaciones independientes de cada fecha.

El cambio más importante y evidente se presentó en la clase de asentamientos humanos con una tasa de cambio de 30.80%, lo que equivale a 8,480.25 ha. Los datos anteriores concuerdan con los registrados por el INEGI, el cual reporta una condición, en 2000, de 675,330 habitantes para la zona metropolitana de Chihuahua, aumentando su población, para 2010, a 852,533 (INEGI, 2010b).

En este sentido, el crecimiento de la población ha impactado fuertemente en el aumento de la mancha urbana, el cual ha promovido la construcción de fraccionamientos no planeados en tierras ejidales y de pastizales abiertos (Implan, 2015). Las clases Comunidades de matorral y Comunidades de pastizal presentaron una tasa de cambio de -13.33 y -2.49, respectivamente, las cuales fueron convertidas posiblemente en Asentamientos humanos.

Discusión

En estudios relacionados se encontró que los datos empleados del sensor multiespectral Landsat TM5 permiten determinar con buena precisión el uso de suelo y vegetación de determinada región (Pinedo, 2008; Ashraf et al., 2008; Dávila, et al., 2016). En el primer estudio llevado a cabo en la región de Guadalupe y Calvo, Chihuahua, se resalta la importancia de la utilización de composiciones en falso color adecuadas y ajustadas para la región bajo estudio.

En el segundo estudio realizado para la parte norte y oeste de los Estados Unidos se determinó que las composiciones que mejor se ajustan para representar las coberturas fueron: banda 3 (0.5 – 0.6 µm), banda 4 (0.7 – 0.8 µm) y banda 5 (0.5 – 0.7 µm), información que coincide con los análisis obtenidos en este estudio para las bandas 3 y 5. La pérdida de tierra agrícola que presenta este estudio coincide con un estudio realizado en Guanajuato, en el cual se obtuvo como principal resultado una tendencia a la disminución del área agrícola a consecuencia del crecimiento urbano (García et al., 2002). Sin embargo, si bien se observa de forma visual una pérdida por el crecimiento urbano que hubo hacia la ciudad de Aldama, por otro lado, existe una ganancia por el incremento que se observa hacia la parte norte de la ciudad.

En el presente estudio la técnica de clasificación supervisada permitió identificar seis clases de cobertura, situación similar se presentó en un estudio realizado en la reserva nacional de Valdivia (Segura y Trincado, 2003); en dicho estudio se pudieron identificar cinco clases de cobertura correspondientes a bosque adulto, renoval, plantaciones, matorral y comunidades de pastizal, la exactitud de la clasificación global fue de 64%, mientras que la clasificación de tipos de cobertura forestal fue de 77%. Con respecto al análisis de cambios, en este estudio se pude determinar una tasa de deforestación de 0.00, situación que no coincide con un estudio realizado en la región centro-norte de la Sierra Madre Occidental en Chihuahua (Pinedo et al., 2007), en el cual la tasa de deforestación anual fluctuó entre 1.9 y 2.7%. Lo anterior debido a que el crecimiento de la mancha urbana no afectó la poca cantidad de la categoría de bosque que fue identificada en el área de estudio.

Conclusiones

Tomando en cuenta que los cambios más importantes se presentaron en la clase de asentamientos humanos, resulta evidente la relación que existe entre los procesos de crecimiento y expansión de la ciudad con el cambio de cobertura y uso de suelo. Por lo tanto, se concluye que el proceso de expansión urbana de la zona de presión intermunicipal de Chihuahua ha provocado cambios en la cobertura y uso de suelo. Viéndose afectadas comunidades de matorral y pastizales de la zona de estudio.

Estudios como éste inciden favorablemente en los patrones y dinámica de cambio en el uso del suelo mediante la anticipación de las tendencias de cambio y elaboración de pronósticos que permitan determinar el menor impacto en los recursos naturales debido al crecimiento de la ciudad en el marco de la planeación urbana sustentable.

Es indudable que la forma en la que se manifiesta la ciudad hoy en día reclama ser vista desde una forma integral y holística. De esta forma entenderemos que la ciudad se comporta de un modo distinto que la suma de las partes que la integran. Lo anterior nos permite encontrar soluciones de forma integral entre las relaciones e interacciones de las partes y no solamente con un enfoque reduccionista.

La ciudad es una estructura que tiene que ser tratada como sistema complejo, dadas las múltiples interacciones e interrelaciones de sus variados elementos económicos, sociales y ambientales. Al hablar de metropolización, hacemos alusión invariablemente a un crecimiento y expansión de la ciudad y podríamos pensar que este crecimiento representa un mecanismo de progreso para la población que ocupa ese espacio, al transitar de una sociedad rural a una eminentemente urbana. Sin embargo, en este proceso de crecimiento y expansión de la ciudad refleja acentuadas desigualdades sociales y económicas. Por otro lado, se dificulta la administración de servicios públicos, como el transporte, la seguridad, la limpieza, entre otros.

La planeación del espacio físico es una actividad impostergable, la cual se debe apoyar en instrumentos como el ordenamiento del territorio y el enfoque de la sustentabilidad en la planeación urbana.

La planeación urbana sustentable puede ser una posibilidad para satisfacer las necesidades de la población sin agotar el capital natural e incluyendo la minimización de costos ambientales hacia el futuro. Siempre y cuando se desarrolle a escala de ciudad-región, dado que es un sistema abierto y se tienen que considerar los flujos de agua, energía, materiales y residuos, sin embargo, las acciones que se realicen en materia de sustentabilidad cuentan desde cualquier escala espacial. La planeación urbana sustentable tiene la tarea de integrar la dinámica económica, social y ambiental de la ciudad en beneficio de la población.

*Universidad Autónoma de Chihuahua
Contacto: gdavila@uabc.edu.mx

Referencias

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Recibido: 10/10/2016
Aceptado: 15/08/2017