Cómo obtener y calcular la superficie de sellado de suelo a partir de conjuntos de datos espaciales de ocupación del suelo

El sellado del suelo es un proceso que se define básicamente por la ocupación sobre suelos de origen natural de estructuras y construcciones artificiales caracterizadas por la impermeabilidad de sus materiales. No obstante existen multitud de definiciones y semánticas relacionadas con este concepto. Las definiciones de este proceso afrontan tantas perspectivas como campos de conocimiento intervienen en su estudio, yendo desde las ópticas puramente edáficas, agrarias, biogeográficas o geotécnicas, hasta visiones integristas de la mano de la ecología y el ambientalismo (García Alvarado et al., 2014).

La Unión Europea ya en 2002 hizo pública su Estrategia temática para la protección del Suelo, donde se hace importante referencia a la problemática del sellado del suelo antropogénico desde el punto de vista de sus implicaciones socioeconómicas y naturales para los territorios de la Unión. En este trabajo se definió al propio proceso como la consecuencia de la construcción de viviendas, carreteras o cualquier tipo de infraestructura, añadiendo además que la consecuencia primera del proceso de sellado del suelo es la alteración de las funciones naturales y procesos del propio suelo, tales como la absorción de agua (infiltración y filtrado), modificaciones de los cursos de agua o la fragmentación de la biodiversidad (CCE, 2002).

En 2012 se hicieron públicos los documentos de trabajo de los servicios de la Comisión un informe que define al sellado del suelo como la acción de cubrir de forma permanente una superficie de terreno con material impermeable artificial (CE, 2012), apelando además al informe de la Agencia Europea de Medio Ambiente en 2010, donde ya se considera al sellado como la principal causa de degradación de suelos.

El suelo es uno de los elementos del medio físico natural con mayores dinámicas asociadas, sobre todo desde el punto de vista de la prestación de servicios ecosistémicos al territorio. Las principales características del suelo pueden resumirse en: regulación de los flujos de agua en tanto a las capacidades de absorción, filtrado y almacenamiento; reductor natural del riesgo de inundaciones; retención de contaminantes gracias a la capacidad de amortiguamiento así como absorción de dióxido de carbono y regulación de procesos biogeoquímicos; regulador microclimático, especialmente en entornos urbanos actuando sobre la amplitud térmica, el riesgo de tormentas o la humedad; mantiene la biodiversidad general y es un elemento constitutivo y esencial del paisaje (García Alvarado et al., 2014). Asimismo se distinguen importantes funciones del suelo asociadas a la generación de beneficios naturales, socioeconómicos y culturales tales como la producción de alimentos y la biomasa, el hábitat y la reserva genética, el entorno físico y cultural para la humanidad y como fuente de materias primas (CCE, 2002).

Es por esto lógico pensar que las consecuencias e impactos del sellado del suelo tendrán su reflejo inmediato en cualquiera de los procesos y funciones que afectan al normal funcionamiento del medio físico natural así como a los insumos y efluentes que de él se demandan. El sellado de suelo provoca cambios en el estado medioambiental de las cuencas fluviales afectando a los ecosistemas y elementos relacionados con el agua, reduciéndose la capacidad de infiltración con la consecuente reducción del caudal máximo de ríos y corrientes de agua superficiales. Se produce también un aumento del riesgo de inundación así como de sequías al favorecerse la pérdida de agua por aumento de la escorrentía. También se atribuye al sellado de suelos la fragmentación de hábitats y pérdida de las pautas migratorias de multitud de especies, además se reduce la distribución de las poblaciones de animales y plantas y se generan importantes alteraciones en las comunidades bióticas que viven directa e indirectamente del suelo, incrementándose así la pérdida de biodiversidad. La proliferación de espacios artificiales, sobre todo en zonas tradicionalmente ocupadas por fértiles espacios de cultivos tiene a su vez una incidencia directa sobre la seguridad y la calidad agroalimentaria de los territorios (CE, 2012) (García Alvarado et al., 2014).

Otros aspectos importantes son las implicaciones generadas en los propios espacios urbanos debido a las modificaciones microclimáticas, motivadas por la reducción de la evapotranspiración (por pérdida de superficie vegetal) con el consiguiente aumento de la absorción de energía solar por las superficies artificiales, provocando el efecto de islas de calor así como el empeoramiento de la calidad del aire como consecuencia de la pérdida de absorción por parte del sustrato arbóreo y arbustivo, que actúan como fijadores de partículas y gases contaminantes. Disponer de una gran superficie de sellado de suelo sin amplios espacios dentro de las categorías de infraestructuras verdes, provoca a su vez una pérdida de la calidad de vida en los entornos urbanos, agravado además por la rotura del entorno perceptivo a través de la fragmentación del paisaje, lo que provoca una disociación cultural y de identidad con el propio territorio (CE, 2012) (CE, 2012) (CE, 2013) (FAO, 2017).

Una de las mejores formas de plantear y llevar a cabo los estudios acerca del sellado de suelo en los territorios se basa en el empleo de las tecnologías de la información geográfica. Existen multitud de criterios así como metodologías y aplicaciones prácticas para ello, por lo que la elección del método adecuado de trabajo se debe adaptar a las necesidades y requerimientos tanto del territorio a estudiar (entorno escogido, características del territorio, variables territoriales a considerar, etc.) así como a las cuestiones relativas a las fuentes de información, materiales disponibles o la calidad de los datos. Es por este motivo por el que pueden encontrarse estudios generados a partir de técnicas de fotointerpretación y edición combinados con teledetección (Pérez González y García Rodríguez, 2013) (García Rodríguez et al., 2014), o bien mediante la integración de conjuntos de datos espaciales (Añó Vidal et al., 2005).

Conjunto de Datos útiles para estimar el sellado del suelo

SIOSE 2011: Sistema de Información de Ocupación del Suelo de España, con fecha de referencia 2011. Posee cobertura completa y homogénea de todo el país a escala 1:25.000. De carácter vectorial con polígonos como estructura geométrica básica y una unidad mínima cartografiable de 1 ha en entornos urbanos. SIOSE se produce de manera descentralizada y compartida entre la Administración General del Estrado y las Comunidades Autónomas, y es coordinado y publicado a nivel nacional por el Instituto Geográfico Nacional, siendo accesible desde su Centro de Descargas

High Resolution Layer 2012 (HRL): producto perteneciente al Programa Copernicus de la UniónEuropea. HRL se insertan dentro del componente pan-european del Land Monitoring Service. Proporcionan información sobre características específicas de la cubierta del suelo y son complementarias a otros productos en materia de ocupación del suelo. Se trata de imágenes producidas a partir de imágenes satelitales de 20 metros de resolución, fruto de la combinación de procesos automáticos y clasificación basada en reglas interactivas. Existen cinco productos pertenecientes a las HRL (sellado de suelo, densidad arbórea y tipo de bosque, pastizales, humedales y cuerpos de agua permanentes). El producto de Sellado de Suelo captura la distribución espacial de las superficies de sellado del suelo haciendo referencia al nivel de sellado por cada unidad (píxel) expresado en tantos por cien (%) y calculado mediante un algoritmo automático a partir de NDVI calibrado.

Urban Atlas 2012: otro producto perteneciente al Programa Copernicus, en este caso dentro del componente local del Land Monitoring Service. Urban Atlas ofrece información sobre los usos y las cubiertas del suelo de las Áreas Urbanas Funcionales (FUA). Se trata de una iniciativa conjunta de la Dirección General de Política Regional y Urbana de la Comisión Europea y de la Dirección General de Empresas e Industria con el apoyo de la Agencia Espacial Europea y la Agencia Europea de Medio Ambiente. Este producto recoge un total de 697 FUAs, las cuales son ciudades de al menos 50.000 habitantes. Dispone de un modelo de datos jerárquico de 27 clases y una unidad mínima cartografiable de 0,25 hectáreas a una resolución espacial de 1:10.000.

Superficie de Sellado a partir de SIOSE

Para la obtención de la superficie de sellado a partir de SIOSE se lleva a cabo mediante un proceso de explotación y consulta sobre su base de datos. El modelo de datos SIOSE, orientado a objetos, tiene la peculiaridad de presentar relaciones de uno a muchos entre el elemento geométrico y la información alfanumérica. En un primer paso, y tras establecer la relación entre la geometría y sus atributos, se procede a la selección de únicamente aquellas coberturas simples SIOSE estrictamente artificiales y con relación directa con el sellado de suelo:

Una vez obtenida la selección exclusiva de aquellos polígonos que contienen cada una de las clases que se muestran en la tabla anterior, se extraen cada uno de los porcentajes relativos a las coberturas de sellado seleccionadas mediante análisis de frecuencia en primer lugar, el sumatorio de porcentajes para totalizar en caso de repetición de coberturas, y finalmente el cálculo de la superficie por cada polígono:

Superficie de Sellado a partir de HRL

La obtención de la superficie de sellado del suelo a partir de las HRL se caracteriza por una metodología más sencilla, puesto que como producto específico sobre sellado del suelo que es, ya tiene la información recogida sobre el porcentaje de ocupación del sellado en sí mismo. Como se comentó anteriormente, las HRL (en todas sus temáticas) se tratan de imágenes con una resolución de 400 m2 (20 x 20 m) el píxel. El valor de cada celda en este caso será el equivalente en porcentaje de la superficie de sellado de suelo en el territorio. Asimismo, la HRL de sellado viene acompañada por una tabla de atributos en la que se determina por cada valor posible de pixel (de 1 a 100), el conteo existente (número de píxeles con dicho valor). De esta manera, la obtención de la superficie real de sellado del suelo para toda el área de estudio se basa en la relación entre la superficie del píxel y la superficie de ocupación en porcentaje de sellado sobre ese mismo píxel. El disponer del conteo de píxeles por cada valor de porcentaje simplifica la labor, ya que entendiendo que cada píxel mide 400 m2, si existen, por ejemplo, 20 píxeles con un valor de 50 (50%) de sellado, la superficie real sobre esos píxeles será de 4.000 m2, (20*400)*(0,5) = 4.000 m2.

Superficie de Sellado a partir de la integración de Urban Atlas y HRL

La estimación de la superficie de sellado del suelo en este último punto se realiza mediante la integración de la información contenida en los conjuntos de datos Copernicus: Urban Atlas 2012 y HRL. Dada la alta resolución geométrica del Urban Atlas como producto de ocupación del suelo, se ha procedido a la identificación de las clases Urban Atlas que comprenden el sellado del suelo (al igual que ocurría en SIOSE, se consideran clases de ocupación de sellado del suelo aquellas de más íntima relación con la “artificialización” del territorio) para la asignación geométrica de la zona de estudio.

Al efectuar la selección por cada una de las clases UA anteriormente descritas, se obtiene una cobertura geométrica completa para la zona de estudio. Hay que añadir que pese a que Urban Atlas, en su modelo de datos incluye referencia al porcentaje de sellado del suelo en las clases de tejido urbano continuo (Urban fabric) bajo el criterio de densidad, se trata únicamente de un dato descriptivo (cualitativo) fundamentalmente válido para la representación temática. Como el objetivo es el de la obtención cuantitativa del sellado del suelo en términos de superficie de ocupación sobre el territorio, se ha obviado este dato del Urban Atlas, sirviendo exclusivamente los polígonos obtenidos de la selección de clases artificiales como esqueleto geométrico al que aplicar la integración de los datos de HRL. El proceso de integración de los datos de HRL parte de la vectorización de la imagen ráster original. Para ello se ha transformado en una capa de puntos, en el que cada píxel acaba representado por su centroide con el valor de porcentaje de sellado como atributo.

Una vez obtenida la capa de puntos para todo el territorio, el paso final para la integración de ambas fuentes se fundamenta en la unión de entidades llevado a cabo mediante un proceso de unión espacial. Asimismo, ha de configurarse la forma en la que los atributos van a integrarse entre las dos capas. En este sentido, se procede a una unión cuyo resultado final sean las geometrías de polígonos de Urban Atlas (tras la selección de clases de sellado) en la que cada polígono contenga como indicador de la superficie de sellado la media del valor de sellado de los puntos de la capa de HRL que contienen.

Resultados. Ejemplo calculado para Cáceres y Badajoz.

Una vez integrados los datos, y efectuado las metodologías de análisis correspondientes, pueden verse los resultados obtenidos de forma genérica para el área definida por los términos municipales de Cáceres y de Badajoz.

Como se aprecia en la tabla previa, los resultados van diferir en función del conjunto de datos empleados como fuente de información. Así, en el caso de Cáceres, la mayor superficie de sellado se ha obtenido de HRL con 2.679,93 ha, seguida en relación descendente por la obtenida a partir del SIOSE (2.477,35 ha) y de la combinación UA-HRL (2.230,04 ha). Por su parte en Badajoz no se ha observado la misma tendencia, siendo en este caso del SIOSE del conjunto de datos que mayor superficie de sellado del suelo se ha obtenido con un valor absoluto de 3.529,88 ha, muy lejos de las 2.509,52 ha extraídas de HRL y algo más similar a las 3.459,51 ha de la combinación UA-HRL.

La explicación a la variabilidad de datos en cuanto a la superficie obtenida por cada procedimiento tiene su origen en la distinta naturaleza de cada conjunto de datos y la aplicación de diferentes metodologías (como la combinación entre fuentes de carácter vectorial e imágenes), así como que cada producto vectorial dispone de unas especificaciones distintas a otro (distinta resolución temática, geométrica, etc.).

Por otro lado y aprovechando el componente espacial de los datos, pueden construirse productos derivados en forma de mapas temáticos de la zona de estudio para una mejor representación e interpretación del territorio.

Conclusiones

La obtención de parámetros e indicadores territoriales a partir de información geográfica de referencia se convierte en una tarea indispensable para el planificador territorial. De este modo, se pueden obtener productos derivados que tendrán como características elementales la oficialidad, la consistencia y la integridad.

Dado que para el ámbito de actuación en este artículo se han utilizado los términos municipales (y siendo los Cáceres y Badajoz de los más extensos de España), no se ha efectuado un análisis determinante sobre la relación entre la superficie de sellado y la superficie de aplicación ya que para tal fin habrían de emplearse escalas de trabajo y ámbitos de aplicación exclusivamente urbanas (planes de ordenación urbana, catastro, etc.) para poder en última instancia evaluar el grado de afección de los territorios ante este proceso.

No obstante, los datos presentados reflejan una perfecta interoperabilidad entre las distintas fuentes de información, mostrando resultados válidos y apropiados tras la aplicación de varios procesos y procedimientos cartográficos. Ello también es objeto de mejoras, fundamentalmente en la precisión temática de los conjuntos espaciales de ocupación del suelo, ya que considerando conjuntos de datos con mayores resoluciones tanto temáticas como geométricas, éstos ofrecerán mejores resultados cuando se sometan a procesos de análisis y tratamiento.

Consideraciones sobre el artículo

El presente artículo pertenece a la publicación López Rodríguez, E. y Delgado, J. (2018). Obtención de la superficie de sellado de suelo a partir del tratamiento e integración de conjuntos de datos espaciales de Ocupación del Suelo. En Nieto Masot, A. y Cárdenas Alonso, G. (Eds.) "Sistemas de Información Geográfica y Teledetección: aplicaciones en el Análisis Territorial". Grupo de Investigación en Desarrollo Sostenible y Planificación Territorial de la Universidad de Extremadura/Grupo de Investigación Geo-Ambiental de la Universidad de Extremadura. Cáceres. I.S.B.N: 978-84-09-03749-0. pp. 25-38

Bibliografía

Añó Vidal, C., Pascual Aguilar, J. A. y Sánchez Díaz, J. (2005): Capacidad de uso y sellado antropogénico del suelo en la franja litoral de la provincia de Castellón. Investigaciones Geográficas, nº 38. pp. 65-77.

CCE (2002): Hacia una estrategia temática para la protección del suelo. Comunicación de la Comisión al Consejo, el Parlamento Europeo, el Comité Económico y Social y el Comité de las Regiones. Comisión delas Comunidades Europeas. Bruselas. 40 pp.

CE (2012): Directrices sobre mejores prácticas para limitar, mitigar o compensar el sellado del suelo. Documentos de Trabajo de los servicios de la Comisión. Comisión Europea. Bruselas. 69 pp.

CE (2013): Los costes ocultos del sellado del suelo. En busca de alternativas a la ocupación y el sellado del suelo. Comisión Europea. Luxemburgo. 31 pp.

Copernicus. EAGLE Group: Geometric test cases http://land.copernicus.eu/eagle/files/documents-and-reports/t41-geometric-testcase-report

FAO (2017): Directrices voluntarias para la gestión sostenible de los suelos. Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura, Roma. 26 pp.

García Alvarado, J. M., Pérez González, M. E. y García Rodríguez, M. P. (2014): Revisión del concepto de sellados de suelos y propuesta de tipología urbana. Anales de Geografía, vol. 14, nº 1. pp. 87-103.

García Rordríguez, P. et al. (2014): Sellado de suelos a partir de teledetección y SIG: estudio en el Tajo medio-alto. Universidad Complutense de Madrid. Madrid. 66 pp.

Pérez González, Mª. E. y García Rodríguez, Mª. P. (2013): Sellado de suelos en áreas con riesgo de inundación. XV Congreso de la Asociación Española de Teledetección. INTA, Torrejón de Ardoz (Madrid). 4pp.