INTRODUCCION El siguiente informe muestra los resultados del análisis espacial, con aplicación de técnicas de valuación multicriterio para la obtención de la cartografía de amenazas por deslizamientos en las zonas de estudio: Torices, sector Loma del Diamante; Loamador, sector Ricaurte; Nueva Granada; y Salto del Cabrón. Para lo anterior, es necesario crear un marco conceptual de la evaluación multicriterio y el análisis espacial, utilizando el programa ARCGIS 9.2 para la introducción de las capas de información, procesamiento, análisis, evaluación y toma de decisión de los resultados. MARCO CONCEPTUAL La evaluación multicriterio (la EMC y multiobjetivo) es un conjunto de técnicas utilizadas en la decisión multidimensional y los modelos de evaluación, dentro del campo de la toma de decisiones (Barredo, 1996). La toma de decisiones multicriteriodebe ser entendida como un "mundo de conceptos, aproximaciones, modelos y métodos, para auxiliar a los centros decisores describir, evaluar, ordenar, jerarquizar, seleccionar o rechazar objetos, en base a una evaluación (expresada por puntuaciones, valores o intensidades de preferencia) de acuerdo a varios criterios (Colsony de Bruin, 1989). Los análisis multicriterio y los modelos de decisión multiobjetivo ofrecen la oportunidad de obtener un análisis equilibrado de todas las facetas de los problemas de PLANIFICACIÓN, particularmente debido a que varios efectos intangibles, como los sociales y las repercursionesambientales pueden ser considerados cabalmente (Nijkamp y Van Delft, 1977). La EMC plantea un problema general: Seleccionar aquella alternativa que "mejor" satisfaga las preferencias del decisor. Descartada la posibilidad de alcanzar una solución óptima (el mismo concepto de óptimo carece de sentido en todo el ámbito de la Decisión Multicriterio), hemos de contentarnos con ese "mejor" entrecomillado para significar que su definición está abierta a diversas interpretaciones más o menos racionales. Para el análisis de la EMC Es necesario que todas las alternativas queden evaluadas y ordenadas en cuanto a su grado de adecuación y validez. Proceso de toma de decisiones Para comprender el proceso de toma de decisiones en el marco de la EMC, se presentan una serie de definiciones para la aplicación de la técnica de EMC: Decisión: elección de una de las alternativas posibles para solucionar un problema Alternativas: cada una de las soluciones posibles a un problema, dotadas de ventajas e inconvenientes diferentes. Criterios: los distintos aspectos de la realidad que inciden de alguna manera en las ventajas o inconvenientes de las alternativas disponibles como soluciones al problema. Tipos de criterios: -factores: los aspectos que aumentan o disminuyen la valoración de una alternativa como solución al problema (los factores pueden ser cuantitativos u ordinales). -restricciones: los aspectos de la realidad que determinan que alternativas son validas/aceptables y cuáles no como solución al problema (las restricciones son siempre binarias). El procesamiento de datos espaciales genera una nueva información acerca del mundo y que sirve para el apoyo a la toma de decisiones. Las decisiones finales suelen tratar de mejorar la calidad de vida del hombre por ejemplo a través de una gestión ambiental o un análisis de evaluación multicriterio. La calidad de las decisiones tomadas depende de la calidad de los datos ingresados y el modelo del espacio usado en el análisis. Matriz de evaluación Es una tabla de doble entrada que contiene en las filas cada una de las alternativas disponibles. En las columnas cada uno de los criterios que se consideran relevantes para valorar las alternativas como soluciones al problema. 1 Alternativas (i) 1 2 … i Los componentes de una EMC son: OBJETIVOS: Uno-varios Criterios (j) Pesos (wj) 2 3 … Valoraciones (eij) j Complementarios-conflictivos Según el número y tipo de objetivos cambia el procedimiento de combinación de los criterios para encontrar la solución deseada. Características de las alternativas (o proyectos, polígonos puntos del plano,...) Ai (i=1,m) en consideración. Son completamente disjuntas y exhaustivas. No cabe concebir alternativas "intermedias" a las enumeradas. Si tales alternativas quisieran considerarse se añaden simplemente con carácter individual a la lista anterior). El conjunto {Ai} es discreto y universal a nuestros efectos. Características de los criterios (o atributos, o variables,...). Sobre ellos se basa la decisión, forman un conjunto discreto {Cj} (j=1,n). Estructuración de los criterios (I) a) Exhaustividad: No falta ningún criterio que permita discriminar las alternativas. b) Coherencia: Las preferencias globales del decisor son coherentes con las preferencias según cada criterio. Si dos alternativas a y b tienen la misma calificación en todos los criterios, la mejora de a en un criterio implica una preferencia global de a respecto a b. c) No redundancia: Existe si la supresión de uno solo de los criterios no implica que el subconjunto de los restantes viola alguna de las anteriores propiedades. Propiedad deseable, pero no esencial. Peligro: duplicar algún hecho. Número máximo de criterios a utilizar: Puede estar limitado por el tipo de método de combinación que se vaya a emplear posteriormente para el análisis del problema. No emplear más de 7 criterios en los métodos de comparación de alternativas. Debido a la conocida limitación del cerebro humano para comparar simultáneamente más de 7 cosas. Muchos criterios => jerarquía de criterios y subcriterios. Modelización de los criterios: Los criterios pueden ser de varios tipos: Variables nominales. Esencialmente binarias, booleanas adecuado/no adecuado). Variables ordinales Variables cuantitativos Los criterios se generan de las variables explicativas/descriptivas existentes. Modelización de variables para ser criterios de variables cuantitativas a criterios cuantitativos ¿Cómo se asigna valor cuantitativo de aptitud a los valores de la variable influyente? Gráfico con las dos variables: eje X la variable influyente. Eje vertical el criterio cuantitativo con una escala normalizada (por ejemplo, entre 1, mínima aptitud y 100, máxima aptitud) y una línea de relación que muestre el paso de una a otra, en principio sería una recta, pero el usuario podría elegir la línea más adecuada a su caso. Regla de decisión (procedimiento de combinación de criterios): el mecanismo mediante el que se combinan los criterios para producir una única valoración de cada alternativa, lo que permite seleccionar una de ellas como la más adecuada. Tipos de reglas de decisión combinación booleana: todos los criterios son restricciones. (y, o lógico) ordinales: factores están medidos en la escala ordinal: método de las precedencias, etc. cuantitativas: factores medidos en la escala de intervalos o de razón. suma lineal ponderada, slp análisis del punto ideal Combinación booleana para combinar variables binarias (1, verdad, apto; 0, falso, no apto) se pueden usar los operadores booleanos. lógico: un punto es verdad (apto) únicamente en el caso en que todas los valores de los criterios en ese tengan valores de verdad (de aptitud) operador muy restrictivo, muy conservador. PREANÁLISIS DE SATISFACCIÓN Eliminar las alternativas no-satisfactorias. Simon (1955) plantea un modelo alternativo al paradigma del decisor racional, del "Homo economicus". El "hombre administrativo" de Simon: Información limitada, capacidad limitada de cálculo, no necesidad de búsqueda del óptimo en los problemas reales sino tan sólo soluciones "satisfactorias", etc. Niveles de aspiración, fijados a priori por el decisor, cumplidos los cuales cualquier alternativa que primero encuentre le servirá como solución válida para su problema de decisión. Empleando unos umbrales de satisfacción para cada criterio (umbral inferior si tal criterio se maximiza; umbral superior si se minimiza) que el decisor pueda definir previamente, se eliminen las alternativas que, en algún criterio, no los pasen (alternativas no-satisfactorias). El decisor altera dinámica e interactivamente los umbrales de satisfacción de los criterios con el fin de ir reduciendo el número de alternativas satisfactorias hasta que sólo quede una de ellas como superviviente: método PRIAM desarrollado por Léviney Pomerol. Mecanismos de combinación para variables ordinales: Existen varias posibilidades. Método de las precedencias, requiere realizar comparaciones dos a dos entre todas las alternativas. Poco viable para casos con SIG. Un procedimiento aproximado de establecer los órdenes resultados de las combinaciones. Métodos de evaluación multicriterio: variables cuantitativas Dentro de los métodos de EMC se tiene: Técnicas no compensatorias: Dominancia, Método conjuntivo y Método lexicográfico; Técnicas compensatorias y Técnicas borrosas. Compensatorias: Sumatoria lineal ponderada de concordancia Procedimiento de jerarquías analíticas (AHP, AnalyticalHierarchyProcess) Sistema de propiedades multiatributo Basadas en la aproximación al punto ideal TOPSIS Modelando el mundo real El mundo real es tan complejo y continuo que es necesario abstraer sólo los aspectos relevantes en el proceso de análisis espacial. Esto se logra usando una jerarquía de: Modelos de datos Estructuras de datos, y Formatos de archivos de datos Modelo de Datos: Reglas para la representación de la organización lógica de datos en una base de datos y la relación entre ellos. El cómo se almacena y relacionan los datos espaciales. Modelo de datos de objetos que permite combinar las propiedades de los objetos con su "comportamiento". Ejemplos: raster y vector. Estructura de datos: La implementación de un modelo de manera que sea tratable por un computador. Ejemplos: quadtree, espagueti Formato de datos: Específico de cada software SIG y el sistema operativo. Ejemplo: El formato Shapefile, éste sólo admite un tipo de representación de datos dentro del mapa, esto es, puntos, líneas o polígonos. Un modelo de datos Geográfico es una abstracción del mundo real que emplea un conjunto de objetos dato, para soportar el despliegue de mapas, consultas, edición y análisis, presentan la información en representaciones subjetivas por medio de mapas y símbolos, que representan la geografía como formas geométricas, redes de triángulos (TIN), superficies, ubicaciones e imágenes, a los cuales se les asignan sus respectivos atributos que los definen y describen. Modelo de Datos Vector y Ráster Incorporación y almacenamiento de datos: No existe una manera única de incorporación y almacenamiento de datos. Las formas variarán según el tipo de dato, los resultados deseados y el software disponible. Básicamente se emplean dos modos de representación de datos espaciales: vector y ráster. Elementos Geográficos Los sistemas vectoriales son modelos en donde los objetos espaciales se representan de tal manera de definir sus fronteras, dichas fronteras definen el límite entre el entorno y el objeto en cuestión. Las líneas fronteras son representadas mediante las coordenadas cartesianas de los elementos como puntos vértices que delimitan los segmentos rectos que la forman, además la estructura vectorial permite la generación de las relaciones topológicas del entorno. Líneas Líneas: Construido por a lo menos dos puntos en los extremos de la línea (o nodos), poseen longitud. Ej. , una camino, un cerco, etc. Polígonos Áreas o Polígonos: Conjunto de puntos, donde el punto de inicio es igual al de término, formando así un objeto cerrado con un interior y un exterior, poseen perímetro y área. Ej. un rodal, un área urbana, etc. Al emplear el modo vector cada característica geográfica se representa por medio de puntos, líneas y/o polígonos. Los mismos están definidos por un par de coordenadas X e Y referenciadas en un sistema cartográfico determinado (por ejemplo lat/long) y los atributos de tales características geográficas están almacenados en una base de datos independiente. Modelo Ráster: La estructura ráster consiste en la representación de nuestro mundo real o la representación de este en una grilla compuesta de celdas (píxel). Esta serie de datos ráster, basado en celdas, está orientado para representar fenómenos tradicionalmente geográficos que varían continuamente en el espacio, como la elevación, inclinación o precipitación. Pero además pueden ser utilizadas para representar tipos de información menos tradicionales, tales como densidad de población, comportamiento del consumidor y otras características demográficas. Las celdas también son datos ideales de representación para el modelo espacial, el análisis de flujos y tendencias sobre los datos representados como superficies continuas como el modelado de vertientes o los cambios dinámicos de población sobre el tiempo Esta estructura es simple y fácil de manejar, tiene gran capacidad de sobreposición u overlay. A la representación ráster se le denomina imagen. La estructura genera sólo un archivo que contiene las coordenadas en fila columna y el atributo del píxel. ZONIFICACION DE AMENAZA Y RIESGO La ocurrencia de deslizamientos es un fenómeno sujeto a muchos grados de incertidumbre debido a que los deslizamientos incluyen diferentes tipos de movimientos, velocidades, modos de falla, materiales, restricciones geológicas, etc. Morgenstem (1997), expresó que el papel de factor de seguridad es complejo debido a que no tiene en cuenta la incertidumbre de la ignorancia con respecto a la confiabilidad de los datos para el análisis, a incertidumbres en los modelos matemáticos y a incertidumbres humanas. Cuando existe incertidumbre de la posibilidad o no de la ocurrencia de un fenómeno, generalmente, se toman decisiones equivocadas de diseño. El costo de un proyecto puede resultar muy alto o se tienen que asumir riesgos de características y magnitudes no determinadas. La zonificación de amenazas y riesgos es una herramienta muy útil para la toma de decisiones, especialmente en las primeras etapas de planeación de un proyecto. La zonificación consiste en la división del terreno en áreas homogéneas y la calificación de cada una de estas áreas, de acuerdo al grado real o potencial de amenaza o de riesgo. El mapeo puede realizarse sobre un área donde se tiene información de la ocurrencia de deslizamientos o se tiene un inventario de estos eventos, o sobre áreas en las cuales no se tiene conocimiento de deslizamientos en el pasado, pero se requiere predecir la posibilidad de amenazas hacia el futuro. En el primer caso se trabaja con una metodología de mapeo directo con base en la experiencia y en el segundo una de mapeo indirecto con base en los factores que contribuyen a su ocurrencia. Se debe diferenciar entre técnicas de análisis relativo y técnicas de análisis absoluto. El análisis relativo presenta la posibilidad diferencial de ocurrencia de deslizamientos sin dar valores exactos y en el análisis absoluto se presentan factores de seguridad o probabilidad real de ocurrencia de movimientos. Carrara diferenció las técnicas de zonificación en tres formatos así: 1. Modelos de caja blanca (White box model), los cuales se basan en modelos físicos de estabilidad de taludes y modelos hidrológicos. A estos se le conocen como modelos determinísticos. 2. Modelos de Caja negra (Black box model), los cuales se basan en análisis estadístico solamente. 3. Modelos de caja gris (Gray box model), basados parcialmente en modelos físicos y parcialmente en estadística. La zonificación puede efectuarse en diferentes escalas, de acuerdo a la Asociación Internacional de Ingeniería Geológica (1976). 1. Escala nacional (más de 1: 1.000.000). A esta escala se pueden tomar decisiones de política general pero no permite definir metodologías de prevención o manejo. 2. Escala regional (1:100.000 a 1:500.000). 3. Escala de cuenca (1:25.000 a 1:50.000). Esta escala da información de la amenaza o riesgo y permite realizar evaluaciones de costos. 4. Escala grande (1:5.000 a 1:15.000). Esta escala permite la toma de decisiones sobre prevención y manejo. Generalmente, la escala 1:5.000 es la mejor para establecer planes de manejo de los riesgos (Leroi, 1996). Dependiendo de la escala se pueden obtener mapas de utilidad diversa, por ejemplo para planeación general se pueden utilizar mapas a escala regional, trabajando áreas de hasta 1.000 kilómetros cuadrados pero para zonificación urbana se requiere trabajar en escalas grandes que permitan trazar líneas muy claras de delimitación de las áreas de riesgo. Método para generar cartografía de amenazas Amenaza natural es la probabilidad de ocurrencia de un fenómeno potencialmente destructor, en un área específica dentro de un determinado período de tiempo. (Varnes –1984). La amenaza a los deslizamientos generalmente, se muestra en planos que indican la distribución espacial de los diversos tipos de amenaza. La zonificación de amenazas requiere tener en cuenta varios elementos: 1. Un inventario detallado de los deslizamientos y procesos de inestabilidad que han ocurrido en el pasado. 2. Un conocimiento detallado de los procesos y de los factores que los producen. 3. El análisis de la susceptibilidad a la ocurrencia de esos fenómenos, relacionada con las condiciones ambientales existentes. Tabla 1 Pesos de los diferentes factores a tener en cuenta en la evaluación de amenazas a deslizamientos (Ambalagan (1992) Factor Descripción FACTORES GEOLOGICOS Categoría Tipo I Cuarcita y Caliza Granito y Gaugo Neiss Tipo II Areniscas Areniscas con algo de lutitas Litología Tipo de material Relación de paralelismo entre el talud y las discontinuidades Estructura Relación entre el buzamiento de las discontinuidades y la inclinación del talud Buzamiento de la discontinuidad Espesor de la capa de suelo Tipo III Pizarra y Filita Esquisto Lutitas no arcillosas Lutitas, esquistos o filitas muy meteorizadas. Materiales aluviales antiguos muy bien consolidados Suelos arcillosos Suelos arenosos, blandos Coluviones antiguos Coluviones jóvenes Más de 30º 21º a 30º 11º a 20º 6º a 10º Menos de 5º Más de 10º 0º a 10º 0º 0º a –10º Más de –10º Menos de 15º 16º a 25º 26º a 35º 36º a 45º Más de 45º Menos de 5 metros 6 a 10 metros 11 a 15 metros 16 a 20 metros Más de 20 metros Peso 0.2 0.3 0.4 1.0 1.3 Observaciones Muy meteorizada multiplicar por 4. Algo meteorizada multiplicar por 3. Poco meteorizada multiplicar por 2. Muy meteorizada multiplicar por 1.5 Algo meteorizada multiplicar por 1.25. Poco meteorizada multiplicar por 1.1 1.2 1.3 1.8 2.0 0.8 1.0 1.4 1.2 2.0 0.20 0.25 0.30 0.40 0.50 Se mide el ángulo que forman la dirección del talud y la dirección de las discontinuidades más representativas. 0.3 0.5 0.7 0.8 1.0 0.20 0.25 0.30 0.40 0.50 0.65 0.85 1.30 2.00 1.20 Si el del buzamiento es mayor que el del talud el ángulo es positivo y si es menor que el del talud el ángulo es negativo. FACTORES TOPOGRAFICOS Y AMBIENTALES Categoría Peso Más de 45º 2.0 36º a 45º 1.7 Morfometría 26º a 35º 1.2 Pendiente de los taludes 16º a 25º 0.8 Menos de 15º 0.5 0.3 Relieve relativo Menos de 100 metros 0.6 Diferencia de altura entre la 101 a 300 metros 1.0 divisoria de aguas y el valle Más de 300 metros Factor Uso de la Tierra Aguas subterráneas Amenaza total I II III IV V Area Urbana Cultivos anuales Vegetación intensa Vegetación moderada Vegetación escasa Terrenos áridos Inundable Pantanoso Muy húmedo Húmedo Seco SUMATORIA O AMENAZA TOTAL Descripción Amenaza muy baja Amenaza baja Amenaza moderada Amenaza alta Amenaza muy alta 2.00 2.00 0.80 1.20 1.50 2.00 1.0 0.8 0.5 0.2 0.0 Suma de los pesos 3.5 3.5 a 5 5.1 a 6.0 6.1 a 7.5 7.5 Procedimiento para la obtención de la cartografía de amenazas con ARCGIS 9.2: 1. Migración de los archivos DWG de autocad a Shapefile 2. Conversión de los archivos vectoriales a formatos raster 3. Reclasficación de los archivos raster, asignándole los pesos, según la metodología expuesta (ver cuadro con los pesos asignados). 4. Sumatoria de las capas raster reclasificadas 5. Análisis de la información arrojada por el programa 6. Generación de la cartografía de amenazas º BIBLIOGRAFIA Manual de Análisis Espacial de ArcGis de ESRI Inc. Malczewski, J. (1999): GIS and multicriteria decision analysis. Nueva York, J. Wiley, 392 p. Malczewski, J. (1996): "A GIS-based approach to multiple criteria group decision-making" Int. J. Geographical Information Systems vol. 10, nº8, pp. 955-971 Suarez Díaz, Jaime (1998). Deslizamiento y estabilidad de taludes en zonas tropicales. Universidad Industrial de Santander.