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An�lisis jer�rquico aplicado a la determinaci�n de la fragilidad ambiental de la subcuenca del R�o Carrizal

 

Hierarchical analysis applied to the determination of the environmental fragility of the Carrizal River sub-basin

 

An�lise hier�rquica aplicada � determina��o da fragilidade ambiental da sub-bacia do rio Carrizal

 

Lenin Francisco Moreira-Franco ^I

leninmoreirafranco@gmail.com

https://orcid.org/0000-0002-8099-7765

 

������������������������������������������������� Carlos Francisco Ortega-Ord��ez ^{II�����������������������}

car_francisco@hotmail.com

https://orcid.org/0000-0001-6956-8209

 

Correspondencia: leninmoreirafranco@gmail.com

 

Ciencias Naturales

Art�culo de investigaci�n

 

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*Recibido: 30 de enero de 2021 *Aceptado: 15 de febrero de 2021 * Publicado: 01 de marzo de 2021

 

       I.            Estudiante de la Universidad Estatal del Sur de Manab�, Jipijapa, Ecuador.

    II.            Ingeniero Geografo y del Medio Ambiente, Prevenci�n en Riesgos Laborales, Magister en Gestion Ambiental, Universidad Estatal del Sur de Manab�, Jipijapa, Ecuador.

Resumen

La determinaci�n de la fragilidad ambiental permite identificar la capacidad intr�nseca que poseen los diferentes elementos de un medio biof�sico ante factores degradantes y de su capacidad de regeneraci�n. Este estudio tuvo la finalidad de determinar la fragilidad ambiental de la subcuenca del R�o Carrizal, mediante el m�todo de Proceso de An�lisis jer�rquico (AHP), el cual crea un modelo de jerarqu�a que permite tener una visi�n general en la toma de decisiones complejas, reduci�ndolo a una simple comparaci�n por pares, utilizando tres criterios cruciales como la pendiente, geopedolog�a, y cobertura y uso de la tierra, considerando cinco clases de fragilidad: muy baja, baja, media, alta y muy alta. El uso de herramientas de geoprocesamientos mediante la superposici�n ponderada permite cruzar los criterios de an�lisis de manera imparcial, dando como resultado las �reas con un nivel de fragilidad muy alta donde los suelos del orden entisol son usados para cultivos anuales, pastizales y �reas urbanas, las cuales son vulnerables a procesos erosivos, inundaciones y deslizamientos, determinando que la fragilidad ambiental de la subcuenca es de clase media.

Palabras Claves: Proceso de An�lisis Jer�rquico; fragilidad ambiental; Sistemas de Informaci�n Geogr�fica (GIS); an�lisis multicriterio.

 

Abstract

Determining environmental fragility allows us to identify the intrinsic capacity of the different elements of a biophysical environment in the face of degrading factors and their regenerative capacity. The purpose of this study was to determine the environmental fragility of the Carrizal River sub-basin, using the Hierarchical Analysis Process (AHP) method, which creates a hierarchy model that allows a general vision in making complex decisions, reducing it to a simple pairwise comparison, using three crucial criteria such as slope, geopedology, and cover and land use, considering five classes of fragility: very low, low, medium, high and very high. The use of geoprocessing tools through weighted overlay allows crossing the analysis criteria in an impartial way, resulting in areas with a very high level of fragility where soils of the entisol order are used for annual crops, grasslands and urban areas, the which are vulnerable to erosive processes, floods and landslides, determining that the environmental fragility of the sub-basin is middle class.

Keywords: Hierarchical Analysis Process; environmental fragility; Geographic Information Systems (GIS); multicriteria analysis.

 

Resumo

A determina��o da fragilidade ambiental permite identificar a capacidade intr�nseca que os diferentes elementos de um ambiente biof�sico t�m perante os fatores degradantes e a sua capacidade de regenera��o. O objetivo deste estudo foi determinar a fragilidade ambiental da sub-bacia do rio Carrizal, utilizando o m�todo Hierarchical Analysis Process (AHP), que cria um modelo de hierarquia que permite uma vis�o geral na tomada de decis�es complexas, reduzindo-o a um simples par a par. compara��o, usando tr�s crit�rios cruciais como declividade, geopedologia e cobertura e uso do solo, considerando cinco classes de fragilidade: muito baixa, baixa, m�dia, alta e muito alta. A utiliza��o de ferramentas de geoprocessamento atrav�s de sobreposi��o ponderada permite cruzar os crit�rios de an�lise de forma imparcial, resultando em �reas com alto grau de fragilidade onde s�o utilizados solos da ordem entisol para culturas anuais, pastagens e �reas urbanas, os quais s�o vulner�veis ​​a processos erosivos, inunda��es e deslizamentos de terra, determinando que a fragilidade ambiental da sub-bacia seja de classe m�dia.

Palavras-chave: Processo de An�lise Hier�rquica; fragilidade ambiental; Sistemas de Informa��o Geogr�fica (SIG); an�lise multicrit�rio.

 

Introducci�n

Para la gesti�n ambiental de una unidad hidrogr�fica o de un territorio, se requiere de herramientas y metodolog�as que faciliten el an�lisis de los diferentes factores que determinan la calidad ambiental. Para ello se podr�a definir a la fragilidad ambiental como la capacidad intr�nseca que poseen los diferentes elementos y condiciones de un medio f�sico a soportar cambios y alteraciones, bas�ndose en su capacidad de asimilaci�n y velocidad de regeneraci�n. Seg�n Ross (1994), el medio ambiente se analiza bajo el prisma de la Teor�a de Sistemas, que asume que en la naturaleza los intercambios de energ�a y materia se procesan a trav�s de relaciones en equilibrio din�mico. Este equilibrio, sin embargo, es frecuentemente alterado por intervenciones humanas, generando estados de desequilibrios temporales o incluso permanentes.

Dependiendo de las condiciones medioambientales que presente una sistema biof�sico en afrontar los impactos ya sean de origen antropog�nicos o naturales, se determina por la resiliencia, la cual, seg�n el Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), se define como la capacidad de un sistema y sus componentes para absorber y recuperarse de los efectos de un evento (IPCC, 2001), y la resistencia la cual es la cantidad de cambio que puede soportar un sistema sin que cambie con ello su estado (IPCC, 2012).

En el Ecuador actualmente se vive una delicada situaci�n en lo que respecta al manejo integrado de las cuencas h�dricas, entre los que tenemos un alto nivel de deforestaci�n debido al incremento de la frontera agr�cola y ganadera, y al mal uso de las tierras cultivables (Analuisa et al., 2019).

Uno de los problemas que presenta la subcuenca del rio Carrizal, producto de las actividades antr�picas, es que las zonas de bosque natural han disminuido un 14%, debido al aumento de la frontera agr�cola y ganadera (Corral & Mac�as, 2015), donde la cobertura vegetal de alta estabilidad hidrol�gica es la arboricultura tropical y bosque intervenido, el pasto cultivado y vegetaci�n arbustiva no favorece la retenci�n h�drica, al contrario la escorrent�a y erosi�n del suelo ser�n de mayor proporci�n, (Lucas, 2019). Seg�n el Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo (PNUD) la subcuenca presenta una morfolog�a susceptible a inundaciones y deslizamientos; el 47.2% del �rea poseen un nivel entre alto y m�ximo de amenaza de sequ�a, un 19.5% del �rea est�n expuestos a inundaciones y el 6.6 % del �rea est�n bajo amenaza m�xima de deslizamientos. Por tal situaci�n la subcuenca R�o Carrizal ha sido objeto de diversos estudios principalmente por el aprovechamiento h�drico en la generaci�n de energ�a el�ctrica en el abastecimiento de agua potable y riego, que generan cambios en la morfolog�a de los afluentes de la subcuenca (PNUD, 2009).

La investigaci�n tuvo como objetivo determinar la fragilidad ambiental de la subcuenca del Rio Carrizal aplicando el an�lisis jer�rquico (AHP), desarrollado por Thomas Saaty (1980) el cual es un proceso de elecci�n basado en la l�gica de comparaci�n por pares de diferentes factores que influyen en la toma de decisiones organizando y comparando jer�rquicamente entre s�, y un valor de importancia relativa (peso) atribuyendo a la relaci�n entre estos factores ya que la escala predefinida que expresa la intensidad con la que un factor predomina sobre otro, en relaci�n con la toma de decisiones (Silva & Nunes, 2009).

Haciendo uso de herramientas de geoprocesamiento permite identificar el nivel de fragilidad ambiental mediante el an�lisis y mapeo de los criterios de cobertura vegetal, suelo y la pendiente del terreno.

 

Materiales y m�todos

Unidad de an�lisis

La subcuenca del Rio Carrizal, cuenta con un �rea de 1.359,35 km2, ubicada al centro noreste de la provincia de Manab�, entre los cantones Bol�var, Chone, Jun�n, Pichincha, Rocafuerte, Sucre, Portoviejo y Tosagua, con las coordenadas UTM (Universal Transversal de Mercator) 17 sur Este: 607640; Norte: 9902754, la cual cuenta con una red h�drica aproximada de 668 km. Esta se encuentra en el subsistema hidrogr�fico Chone, limitada con las subcuencas al norte con Arenas Menores y R�o Chone, al sur con R�o Chico y R�o Portoviejo, al este con R�o Daule y al oeste con Estero Bachillero y Estero Pajonal. Tiene una temperatura entre 24-26 C0 con un clima tropical seco y precipitaci�n anual de 106,05 mm. La subcuenca se encuentra a una altitud que va desde los 10 m.s.n.m. y 500 m.s.n.m, esta se caracteriza por las grandes planicies y tierras productivas utilizadas para cultivos agr�colas y pecuarias, es una de las m�s grandes de la provincia de Manab�, adem�s de presentar una alta productividad tiene una gran importancia por servir de estabilizador a zonas de alta biodiversidad, el R�o Carrizal nace en las zonas monta�osas del cant�n Bol�var. Dentro de la subcuenca encontramos la presa y embalse �La Esperanza� sobre el curso del Rio Carrizal y Membrillo, que tiene el prop�sito de abastecer de agua para riego, consumo y generaci�n de energ�a el�ctrica.

 

 

 

 

 

 

 

 

Anexo 4: Mapa de ubicaci�n geogr�fica de la Subcuenca del Rio Carrizal

Elaboraci�n: Propia.

 

Materiales

Para la elaboraci�n e identificaci�n del nivel de fragilidad ambiental en las subcuenca del R�o Carrizal se� requiri� de informaci�n vectorial cartogr�fica tem�tica de geopedolog�a del Ecuador de escala 1:25.000 del a�o 2009-2015, obtenida del geoportal SIGTIERRAS (Sistema Nacional de Informaci�n y Gesti�n de Tierras Rurales e Infraestructura Tecnol�gica) desarrollado por el Ministerio de Agricultura, Ganader�a, acuacultura y pesca (MAGAP), para el proceso de teledetecci�n se hizo uso de im�genes (raster) obtenidas del sat�lite Landsat 8, sensor OLI TIRS, capturada el 15 de julio del 2019 y el modelo digital de elevaci�n (DEM), ambos con resoluci�n de 30 metros descargadas del geoportal Earth Explore del Servicio Geol�gico de los Estados Unidos (USGS). Las herramientas utilizadas para procesar la informaci�n son los programas ArcGIS 10.5 para el geoprocesamiento y cartograf�a de la informaci�n vectorial y raster, el programa de teledetecci�n y an�lisis de im�genes ENVI 5.3 y el programa Microsoft Excel 2019 para desarrollar el modelo matem�tico por medio de matrices y formulas.�

 

M�todo

Para determinar la fragilidad ambiental el estudio se bas� en la metodolog�a emp�rica de la fragilidad propuesta por Ross (1994), la cual se basa en el principio de que la naturaleza tiene una funcionalidad intr�nseca entre sus componentes f�sicos y bi�ticos. Los procedimientos operativos para su construcci�n requieren, en un primer momento, estudios b�sicos de relieve, suelo, geolog�a, clima, uso del suelo y cobertura vegetal, generando un producto que expresa los diferentes grados de fragilidad que tiene el medio ambiente debido a sus caracter�sticas gen�ticas. En nuestro estudio usaremos como elementos la pendiente, la geopedolog�a y la cobertura vegetal y uso de la tierra.

Proceso de jerarqu�a anal�tica (ahp)

El Proceso de Jerarqu�a Anal�tica (AHP), presentado por Thomas Saaty (1980), es una herramienta eficaz para hacer frente a la toma de decisiones complejas, y puede ayudar al responsable de la toma de decisiones a establecer prioridades y tomar la mejor decisi�n. Al reducir las decisiones complejas a una serie de comparaciones por pares y luego sintetizar los resultados, el AHP ayuda a capturar aspectos subjetivos y objetivos de una decisi�n. Adem�s, el AHP incorpora una t�cnica �til para comprobar la consistencia de las evaluaciones del responsable de la toma de decisiones, reduciendo as� el sesgo en el proceso de toma de decisiones (Saaty T. L., 1980).

En su ap�ndice matem�tico, esta se presenta en cuatro axiomas:

Axioma 1: La condici�n rec�proca es una relaci�n local entre pares de elementos: aij = l/aij, necesario para asegurarse de que, como perturbaciones de las relaciones, aij y aji se pueden aproximar por proporciones de una escala de relaci�n que son a su vez rec�procas. Es una condici�n necesaria para la consistencia.

Axioma 2: La homogeneidad es tambi�n una condici�n local en cada aij. Para asegurar la coherencia en las comparaciones emparejadas, los elementos deben ser del mismo orden de magnitud, lo que significa que nuestras percepciones al compararlos, deben ser casi del mismo orden de magnitud.

Axioma 3: El Principio de Composici�n Jer�rquica se relacionan con sistemas de reaprovechamiento. Aqu� hay que caracterizar la dependencia entre los elementos, dando un criterio para este prop�sito.

Axioma 4: Las expectativas son creencias sobre el rango de alternativas derivadas del conocimiento previo, de un conjunto finito de alternativas, debe asegurar de que sus ideas est�n adecuadamente representadas para que el resultado coincida con estas expectativas; es decir, todos los criterios est�n representados en la jerarqu�a (Saaty T. L., 2006).

Esquema del modelo AHP (Analytic Hierarchy Process)

 

 

 

Figura 1: Representaci�n gr�fica de las etapas de la aplicaci�n del m�todo AHP

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Fuente: (Silva & Nunes, 2009)

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Estructura de jerarqu�a de decisiones

Una jerarqu�a es una representaci�n de un problema complejo en una estructura multinivel cuyo primer nivel es el objetivo seguido sucesivamente por niveles de factores, criterios, subcriterios, hasta un nivel inferior de alternativas. Una jerarqu�a tambi�n es una manera conveniente de descomponer un problema complejo en busca de explicaciones de causa-efecto en pasos que forman una cadena lineal, (Saaty T. L., 1994).

 

Figura 2: Modelo de la estructura Jer�rquica

Fuente: Adaptado de Carvalho & Mingoti (2005)

 

Juicio y comparaciones

Un juicio o comparaci�n es la representaci�n num�rica de una relaci�n entre dos elementos que comparten un pariente en com�n. El conjunto de todos esos juicios se puede representar en una matriz cuadrada en la cual el conjunto de elementos se compara con s� mismo. Cada juicio representa la dominancia de un elemento de la columna de la izquierda sobre un elemento de la fila de arriba, usando la escala 1-9 de la (Tabla 1). Si el elemento de la izquierda es menos importante que el elemento de la parte superior de la matriz, entramos el valor rec�proco en la posici�n correspondiente de la matriz (Saaty T. L., 1998).

 

Tabla 1: Escala fundamental de evaluaci�n o juicios.

Intensidad de Importancia		Definici�n	Explicaci�n
Escala num�rica	Reciprocidad
1	1/1	Igual importancia	Dos actividades contribuyen de igual manera al objetivo.
3	1/3	Importancia moderada	La experiencia y el juicio favorecen ligeramente una actividad sobre otra.
5	1/5	Importancia fuerte	La experiencia y el juicio favorecen fuertemente una actividad sobre otra.
7	1/7	Importancia muy fuerte o demostrada	La experiencia y el juicio favorecen fuertemente una actividad.
9	1/9	Extrema importancia	La evidencia que favorece una actividad sobre otra es el orden m�s alto de afirmaci�n.

Fuente: (Saaty T. L., 2008)

Para calcular las ponderaciones para los diferentes criterios, el AHP comienza a crear una matriz de comparaci�n por pares. La matriz A es una matriz real n�n, donde n es el n�mero de criterios de evaluaci�n considerados. Cada entrada aij de la matriz A representa la importancia del criterio i en relaci�n con el criterio j. Si aij > 1, entonces el criterio i es m�s importante que el criterio j, mientras que si aij < 1, entonces el criterio i es menos importante que el criterio j. Si dos criterios tienen la misma importancia, entonces la entrada aij es 1, (Saaty T. L., 1980).

 

Formula 1: Matriz reciproca de juicios

 

La anterior matriz satisface la propiedad rec�proca de aij = 1/aij, donde aij son valores reales positivos, i es el �ndice que representa la fila y j la columna. Estas caracter�sticas hacen que la matriz se desaf�e como positiva rec�proca. Se percibe que la diagonal de la matriz es todo unitario, despu�s de todo cada atributo en comparaci�n con s� mismo es igual a la unidad (Saaty T. L., 1990).

De acuerdo con la Metodolog�a de Saaty (1990), los valores de aij son calculados dividiendo Wm/Wn por las sumatorias de la columna en cuesti�n:

 

Formula 2: Construcci�n y sumatoria de la matriz de comparaci�n pareada

Aw =

 

D�nde:

Wm= Peso referido a la l�nea.

Wn= Peso que hace referencia a la columna.

Posteriormente, estos valores se normalizan, donde la suma de cada fila de la matriz encontrada (Aw) se divide por el orden de la matriz n, encontrando as� el valor del peso procesado Pn de cada factor de ponderaci�n (F�rmula 3). La suma de estos resultados debe ser 1,0.

 

Formula 3: Procesamiento de pesos

 

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Comprobaci�n de la consistencia

Cuando se realizan muchas comparaciones por pares, por lo general pueden surgir algunas incoherencias. El AHP incorpora una t�cnica eficaz para comprobar la consistencia de las evaluaciones (Saaty T. L., 1980). El c�lculo del λmax indica el valor m�ximo del valor propio, y se obtiene mediante la (F�rmula 5):

 

Formula 4: Calculo del λmax

 

Donde:

[Aw] es la matriz resultante del producto de comparaci�n emparejado por la matriz de los pesos a procesar (wi).

El �ndice de consistencia (CI) se obtiene calculando anteriormente la λmax escalar como el promedio de los elementos del vector cuyo elemento i es la relaci�n del elemento j del vector Aw al elemento correspondiente del vector W y n es el n�mero de criterios o alternativas de la matriz de comparaci�n pareada (Formula 5).

 

Formula 5: C�lculo del �ndice de consistencia

 

El c�lculo de la relaci�n de consistencia (CR) se obtiene por la (F�rmula 6). Una toma de decisiones perfectamente coherente siempre debe obtener CR=0, pero se pueden tolerar peque�os valores de incoherencia (Saaty T. L., 1980).

 

Formula 6: Calculo de la relaci�n de consistencia

Cuando la consistencia ha sido calculada, el resultado se compara con aquellos del mismo �ndice de una matriz rec�proca aleatoria de una escala desde 1 hasta 9, con rec�procos forzados. Este �ndice se llama �ndice aleatorio (R.I). La siguiente (Tabla 2) da el orden de la matriz (primera fila) y el valor promedio del R.I (segunda fila):

 

Tabla 2: Valores del �ndice aleatorio para matrices cuadradas

N	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
�ndice aleatorio de consistencia	0	0	0,52	0,89	1,11	1,25	1,35	1,40	1,45	1,49

Fuente: (Saaty T. L., 1980)

 

La relaci�n de C.I con el promedio R.I para la misma matriz de orden se llama relaci�n de consistencia (C.R). Una relaci�n de consistencia de 0,10 o menos es evidencia positiva para un juicio informado (Saaty T. L., 1980).

 

Resultados

Para obtener la fragilidad ambiental, fue necesario el desarrollo y definici�n de tres criterios, tales como: pendiente, geopedolog�a y cobertura vegetal y uso de la tierra, para lo cual se estructur� el �rbol de jerarqu�a el cual se define su influencia mutua entre otros grupos o criterios. En el primer nivel, es el objetiv� principal el cual se define la fragilidad ambiental, en el segundo nivel los criterios que determinan las clases de fragilidad en la subcuenca y en el tercer nivel las alternativas o caracter�sticas de cada criterio, estructurando el siguiendo el modelo jer�rquico (Figura 3):

 

 

 

 

Figura 3: Estructura jer�rquica de los criterios y alternativas

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Elaboraci�n: Propia.

 

Una vez que definidos los criterios y alternativas en el �rbol jer�rquico, se realizan las comparaciones pareadas utilizando los valores de la escala fundamental de evaluaci�n de la tabla 1, la cual tiene la finalidad de determinar la importancia relativa en cada criterio y alternativas entre s� mismos donde los juicios dados a la pendiente se eval�an� en funci�n de la estabilidad e inestabilidad del tipo de relieve, a la geopedolog�a que se eval�a en funci�n del nivel susceptibilidad a la erosi�n, y la cobertura y uso de la tierra se analiza en funci�n de la capacidad de regeneraci�n y protecci�n hacia el suelo (Bola�os, 2014).

 

Tabla 3: Matriz de comparaciones pareadas de criterios

Criterios	Cobertura y uso de la tierra	Geopedolog�a	Pendiente
Cobertura y uso de la tierra	1	3	5
Geopedolog�a	1/3	1	3
Pendiente	1/5	1/3	1

Elaboraci�n: Propia.

Los juicios dados entre la comparaci�n pareada en la tabla 3, indican que la cobertura y uso de la tierra tiene un valor de 3 que indica una importancia moderada en relaci�n con la geopedolog�a y su valor reciproco de 1/3, entre la cobertura y uso de la tierra tiene un valor de 5 que indica una importancia fuerte entre la pendiente con un valor reciproco de 1/5 y la geopedolog�a tiene un valor de 3 que indica una importancia moderada en relaci�n a la pendiente y con una reciprocidad 1/3, el valor 1 indica igual importancia entre criterio.

 

Criterio pendiente

La pendiente determina el grado de inclinaci�n del terreno e indica respectivamente el potencial de ocurrencia de procesos erosivos, los riesgos a deslizamiento y suministro de sedimentos por lo que a mayor inclinaci�n mayor fragilidad (Kawakubo et al, 2005). Para desarrollar la matriz de comparaci�n pareada es necesario describir el tipo de rangos y geomorfolog�as (ver anexo 1) de pendiente que son menos susceptible a procesos degradantes.

 

Tabla 4: Matriz de comparaciones pareadas de las alternativas del criterio pendiente

Rangos	0-5%	5-10%	10-15%	15-30%	30-60%	>60%
Plano o casi plano (0-5%)	1	3	3	5	7	9
Ligeramente inclinado (5-10%)	1/3	1	3	5	5	7
Fuertemente inclinado (10-15%)	1/3	1/3	1	3	5	7
Moderadamente escarpado (15-30%)	1/5	1/5	1/3	1	3	5
Escarpado (30-60%)	1/7	1/5	1/5	1/3	1	3
Muy escarpado (> 60%)	1/9	1/7	1/7	1/5	1/3	1

Elaboraci�n: Propia.

 

El rango de pendiente plano o casi plano tiene una importancia moderada de 3 en relaci�n a al rango de ligeramente inclinado y su reciprocidad 1/3, Fuertemente inclinado tiene una importancia muy fuerte de 7 en comparaci�n a muy escapado, con una reciprocidad de 1/7 y plano o casi plano tiene una extrema importancia de 9 en relaci�n a muy escarpado, con una reciprocidad de 1/9.

Criterio geopedolog�a

La Geopedolog�a corresponde a la integraci�n entre geomorfolog�a y pedolog�a como sustrato, que soporta ecosistemas terrestres y que hace parte del ambiente (Castro & Agualimpia, 2017). La fragilidad o erosionabilidad del suelo corresponde a la vulnerabilidad del suelo a la erosi�n (Kawakubo et al, 2005). Para ejecutar la evaluaci�n en la matriz de comparaci�n pareada y obtener su importancia fue necesario definir las alternativas del orden de los suelos por medio de metadatos del mapa de geopedolog�a escala 1:25.000 y memoria del orden de los suelos (ver anexo 2).

 

Tabla 5: Matriz de comparaciones pareadas de las alternativas del criterio de geopedolog�a

Orden	Alfisoles	Entisoles	Inceptisoles	Molisoles	Vertisoles
Alfisoles	1	3	3	1/7	3
Entisoles	1/3	1	1/3	1/9	1/7
Inceptisoles	1/3	3	1	1/5	1/3
Molisoles	1/7	9	5	1	5
Vertisoles	1/3	7	3	1/5	1

Elaboraci�n: Propia.

 

Los suelos del orden alfisoles tiene una importancia moderada de 3 en comparaci�n con los suelos entisoles con su reciprocidad de 1/3, los inceptisoles tiene una importancia moderada de 3 en relaci�n a los suelos entisoles con una reciprocidad de 1/3 y los suelos molisoles tienen una importancia fuerte de 5 en comparaci�n con los suelos vertisoles con su reciprocidad de 1/5.

Criterio cobertura y uso de la tierra

La vegetaci�n juega un papel primordial en la protecci�n del suelo contra la erosi�n, por lo que distintas coberturas vegetales proveen distintos grados de protecci�n de tal manera que pueda controlar en gran parte la erosi�n. Los suelos bajo vegetaci�n permanente como bosque natural y cultivos perennes son menos susceptibles a la erosi�n que los suelos bajo cultivos anuales (Fern�ndez, 1995). El mapa de cobertura y uso de la tierra se realiz� a partir de fotointerpretaci�n de im�genes obtenidas del sat�lite Landsat 8 identificando las coberturas que existen dentro de la subcuenca (ver anexo 3), las cuales fueron de an�lisis en la matriz de comparaci�n pareada.

 

 

 

Tabla 6: Matriz de comparaciones pareadas de las alternativas del criterio de cobertura vegetal y uso de la tierra

Coberturas	BS	VA	PZ	CA	CP	CAg	AA
Bosque (BS)	1	5	5	7	3	5	9
Vegetaci�n Arbustiva y Herb�cea (VA)	1/5	1	1/3	5	1/7	5	5
Pastizales (PZ)	1/5	3	1	5	1/5	5	5
Cultivos Anuales (CA)	1/7	1/5	1/5	1	1/7	1/3	3
Cultivos Perennes (CP)	1/3	1/7	5	7	1	5	7
Cuerpos de Agua (CAg)	1/5	1/5	1/5	3	1/5	1	3
�reas Antr�pica (AA)	1/9	1/5	1/5	1/3	1/7	1/3	1

Elaboraci�n: Propia.

 

El bosque tiene una importancia muy fuerte de 7 en comparaci�n con cultivos anuales con una reciprocidad de 1/7, los cultivos perennes tienen una importancia fuerte de 5 en relaci�n a los cuerpos de agua con reciprocidad de 1/5 y pastizales con una importancia moderada de 3 en comparaci�n con la vegetaci�n arbustiva y herb�cea con una reciprocidad de 1/3.

A partir de la matriz de comparaci�n pareada de los criterios y factores, se normalizo la matriz para obtener sus pesos los cuales muestran la importancia e influencia en la fragilidad ambiental, estos pesos necesitan ser verificados tanto de los criterios del segundo nivel y las alternativas del tercer nivel jer�rquico si sus matrices son consistentes, para ellos es necesario obtener el λmax que indica el valor m�ximo, �ndice de consistencia (CI) y calcular la relaci�n de consistencia (CR), valor resultante que debe ser menor o igual a 0,1. La relaci�n de consistencia muestra la coherencia que existe entre los criterios.

 

Tabla 7: Resumen de pesos procesados y consistencia de los criterios

Criterios de An�lisis	Pesos Procesados		Consistencia
	Peso	Porcentajes
Pendiente	0,1062	11%	λmax= 3,0387 CI= 0,0194 CR= 0,0372
Geopedolog�a	0,2605	26%
Cobertura vegetal y uso de la tierra	0,6333	63%

Elaboraci�n: Propia.

 

 

Los pesos obtenidos presentados en la tabla 7, muestra al criterio de cobertura vegetal y uso de la tierra con un peso ponderante del 63% que tiene mayor importancia en brindar estabilidad y protecci�n a la subcuenca, a diferencia del criterio de geopedolog�a con un peso del 26% que se considera el nivel de resistencia de este factor es dependiente del tipo de protecci�n que le brinde la cobertura vegetal y la geomorfolog�a del terreno, el criterio de pendiente con una ponderaci�n menor con el 11% porque dependiendo de los otros factores tanto de vegetaci�n o tipo de suelo se ve reflejado en su nivel de incidencia en la fragilidad.

 

Tabla 8: Resumen de pesos procesados y consistencia de las alternativas de cada criterio

Criterios de An�lisis	Alternativas	Pesos Procesados		Consistencia
		Pesos	Porcentaje
Rangos de pendientes en porcentajes
Pendiente	0-5 %	0,4052	41%	λmax=6,4557 CI= 0,0911 CR= 0,0729
	5-10 %	0,2584	26%
	10-15 %	0,1692	17%
	15-30 %	0,0907	9%
	30-60 %	0,0497	5%
	> 60 %	0,0268	3%
Orden de suelos
Geopedolog�a	Alfisoles	0,2487	25%	λmax=5,2916 CI= 0,0729 CR= 0,0657
	Entisoles	0,0617	6%
	Inceptisoles	0,1046	10%
	Molisoles	0,3991	40%
	Vertisoles	0,1859	19%
Tipos de cobertura
Cobertura vegetal y uso de la tierra	Bosque	0,3945	39%	λmax=7,7589 CI= 0,1265 CR= 0,0937
	Cuerpos de Agua	0,0590	6%
	Cultivos Perennes	0,2119	21%
	Cultivos Anuales	0,0391	4%
	Pastizales	0,1548	15%
	Vegetaci�n Arbustiva y Herb�cea	0,1158	12%
	�reas Antr�picas	0,0250	5%

Elaboraci�n: Propia.

 

En la tabla 8 se muestran los resultados obtenidos donde se distinguen las consistencias de las ponderaciones, los de mayor valor son aquellos que son beneficiosos o tienen mejor resistencia ante factores degradantes. Las alternativas del criterio de pendiente que obtuvieron mayor valor ponderante es el rango de 0-5% con el 41% y en menor valor el rango >60% con 3% de ponderaci�n. En la geopedolog�a las alternativas del orden de los suelos que tiene mayor importancia son los molisoles con un peso del 40% y el entisol con una importancia menor del 6%. Los tipos de cobertura vegetal y uso de la tierra que mayor importancia tiene son los bosques con un peso de un 39% y las �reas antr�picas con una importancia menor del 5%.

Una vez se obtuvieron los pesos, se reclasificaron las alterativas de cada criterio mediante una escala de nivel de fragilidad ambiental donde muy bajo representa la ponderaci�n m�s alta y muy alto la ponderaci�n de menor importancia, con la finalidad de darle homogeneidad a los criterios, para poder reclasificar las alternativas de cada criterio es necesario convertir la informaci�n de tipo vector a raster por medio de las herramientas de conversi�n del programa ArcGIS 10.5.

 

Tabla 9: Nivel de fragilidad de las alternativas de cada criterio

Elaboraci�n: Propia.

 

Siguiendo los resultados de la tabla 9, encontramos que el relieve predominante de la subcuenca es de pendientes de 0-5% de clase plano o casi plano ocupando el 25,32% del �rea con una fragilidad muy baja, el 24,98% del �rea es ocupada por pendientes de 15-30% de tipo moderadamente escarpado de una fragilidad media, el 21,80% del �rea con una pendiente escarpada entre 30-60%, con una fragilidad alta y en menor influencia pendientes muy escarpadas >60% con una fragilidad muy alta.

La geopedolog�a predominante son los suelos del orden Inceptisoles representan el 66,76% del �rea la cual tiene una fragilidad alta, los molisoles representan el 20,74% con una fragilidad muy baja y los entisoles representan el 3,84% de la subcuenca, los molisoles al ser suelo mejor desarrollados favorecen el desarrollo radicular y principalmente se forman bajo coberturas de bosques a diferencia de los dem�s suelos que tienen poco desarrollo edafog�nicos y est�n bajo coberturas de matorrales o vegetaci�n de herb�ceas.

La protecci�n hidrol�gica de la vegetaci�n de la subcuenca hidrogr�fica del rio Carrizal corresponde a una importancia media, las coberturas con importancia h�drica moderadamente mala son cultivos de ciclo corto, vegetaci�n arbustiva y pasto cultivado, la arboricultura tropical y Bosque Intervenido con una protecci�n hidrol�gica buena al aportar al ciclo hidrol�gico por retenci�n, almacenamiento y regulaci�n (Lucas, 2019). Las coberturas vegetales y uso de la tierra con fragilidad muy alta son las �reas urbanas con un �rea 2,24% y los cultivos anuales con un �rea de 20,17%, la cobertura de bosques tiene una fragilidad muy baja con un �rea de 27,22%.

Por medio del geoprocesamiento realizado en el programa ArcGIS 10.5, se utiliz� la herramienta Overlay �Weighted Overlay�, el cual toma los tres criterios de an�lisis en formato raster se superponen asign�ndoles los pesos de cada uno, por lo que se identifican las �reas de mayor o menor fragilidad dependiendo de las caracter�sticas que se evaluaron de cada alternativa entre criterios, para poder calcular las �reas de influencia es necesario utilizar las herramientas de conversi�n de raster a vector, calculando el �rea en hect�reas y en porcentajes, (Tabla 10).

 

Tabla 10: Porcentajes del nivel de fragilidad ambiental de la subcuenca del R�o Carrizal

Fuente: ArcGis 10.5.

Elaboraci�n: Propia.

 

Como resultado se obtuvo el mapa de fragilidad ambiental, en el cual se puede observar la distribuci�n espacial de la fragilidad predominante, donde las zonas de nivel muy bajas corresponden a un �rea del 9,83% distribuidas en zonas de cobertura boscosas adem�s de estar en pendientes escarpadas, la fragilidad baja con un �rea de 28,10% en zonas con pendientes escarpadas y con una cobertura boscosa, la fragilidad media es la m�s predominante con un� 38,29% del �rea,� la cual se distribuye en zonas de poca pendiente y cerca de los efluentes h�dricos de la zona baja y media de la cuenca, la fragilidad de nivel alta tiene un �rea de 19,02% distribuida en zonas con presencia de cultivos anuales, con pendientes ligeramente inclinadas, las zonas con una fragilidad muy alta comprenden un �rea del 4,77% debido a que al estar en �reas con pendientes poco pronunciadas destinadas a cultivos de ciclo corto.

 

Gr�fico 1: Nivel de fragilidad ambiental de la subcuenca del R�o Carrizal

Elaboraci�n: Propia.

 

 

 

 

 

 

 

Anexo 8: Mapa de fragilidad ambiental de la subcuenca R�o Carrizal

Elaboraci�n: Propia.

 

Discusiones

Mediante la aplicaci�n del m�todo de an�lisis jer�rquico de Thomas Saaty, propuesta para la determinaci�n de la fragilidad ambiental de la subcuenca del R�o Carrizal, se clasifico los niveles de fragilidad a cada criterio identificando las zonas donde son m�s vulnerables a ser degradadas de acuerdo a sus caracter�sticas. Los criterios de an�lisis se eval�an de manera imparcial por lo que es requerido conocer y clasificar debidamente cada alternativa que se interrelacionan con el ambiente para tener mejores resultados. La relaci�n de consistencia (CR) es de gran importancia al implementar este m�todo, por lo que muestra el grado de error de la inconsistencia al momento de ejecutar las comparaciones y asignaciones de pesos a cada juicio.

Como hemos visto anteriormente la metodolog�a emp�rica de la fragilidad propuesta por Ross (1994)� requiere, en un primer momento, estudios b�sicos de relieve, suelo, geolog�a, clima, uso del suelo y cobertura vegetal, generando un producto que expresa los diferentes grados de fragilidad que tiene el medio ambiente debido a sus caracter�sticas gen�ticas. Para determinar la fragilidad de la subcuenca se utiliza tres factores como la pendiente, la cobertura vegetal y el tipo de formaci�n de suelo, estos dependiendo de su desarrollo e incidencia de un factor entre otro, se logrando conocer las zonas que tiene una resistencia o resiliencia ante las alteraciones ambientales.

El uso de las herramientas de sistemas de informaci�n geogr�fica permiti� el cruce de los criterios utilizados para realizar un an�lisis emp�rico de la fragilidad donde muy baja se da por estar en pendientes escarpadas con geoformas de colina altas y laderas de mesetas, est�n bajo cobertura de bosques que brinda una buena estabilidad hidrol�gica y protecci�n a los suelos del orden molisoles que tienen una fertilidad alta que favorecen el desarrollo de la vegetaci�n, por ser ricos en materia org�nica, buen drenaje y profundidad efectiva, lo que reduce la susceptibilidad a deslizamientos y a procesos erosivos. La fragilidad media debido a los suelos del orden vertisol e inceptisoles ambos son poco desarrollados, pero con la diferencia de que tienen una profundidad efectiva moderada y alta fertilidad, comprendida entre relieves colinados y mesetas, bajo coberturas de pastizales y vegetaci�n arbustiva, tienen una ligera susceptibilidad a procesos erosivos y deslizamiento de masa. La parte baja de la subcuenca se encuentra entre niveles de fragilidad entre alta y muy alta, que pesar de estar en pendientes planas con geoforma de llanuras y valles fluviales, son utilizadas para cultivos anuales y pastizales que generan alteran las propiedades f�sicas en los suelos de tipo vertisoles, entisoles e inceptisoles, lo que los convierte en zonas vulnerables ante procesos erosivos, sedimentaci�n, y a inundaciones peri�dicas.

 

Conclusiones

El uso de herramientas de sistemas de informaci�n geogr�fica y la aplicaci�n del m�todo de Proceso de An�lisis Jer�rquico (AHP), mostro ser efectivo para realizar un an�lisis emp�rico de la fragilidad ambiental. Por medio del uso de t�cnicas de geoprocesamiento y utilizando los pesos procesados obtenidos en las matrices de comparaci�n pareada de cada criterio y alternativa, se clasificaron en cinco niveles de fragilidad ambiental, en muy baja, baja, media, alta y muy alta. Con la informaci�n obtenida del tipo pendiente, suelo y cobertura vegetal y uso de la tierra que presenta la subcuenca, se logr� evaluar e identificar por medio del uso de la escala fundamental propuesta por Thomas Saaty, que las pendientes muy escarpadas, los suelos del orden entisoles, y las coberturas de cultivos anuales y �reas antr�picas dieron como resultado una fragilidad muy alta, debido a que estas �reas demuestran que tienen poca resistencias y tendencia a degradarse con facilidad ante perturbaciones antr�picas o naturales, llegando a determinar que la subcuenca del R�o Carrizal tiene una fragilidad media.

 

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