DOI: https://doi.org/10.7203/CGUV.107.21218

Caracterización diacrónica de formas y cambios fluviales mediante análisis automatizado de ortofotografías y técnicas de machine learning


Resumen


El análisis de la evolución temporal de formas y procesos fluviales mediante fotografía aérea presenta un alto grado de interpretación subjetiva y un elevado coste de tiempo, dificultando su implementación a grandes áreas de estudio. En la práctica ha supuesto que la cartografía geomorfológica no haya sido considerada suficientemente en la caracterización “hidromorfológica” requerida en la implementación de la Directiva Marco del Agua, lo que hace que los indicadores de estado ambiental aplicados sean principalmente biológicos y ecológicos. La elevada disponibilidad de imágenes remotas con periodos de revisita cada vez más cortos supone una oportunidad para impulsar nuevos avances y aplicaciones de la geomorfología fluvial en el análisis medioambiental y de uso de los indicadores morfo-sedimentarios en la evaluación medioambiental en el ámbito de las escalas de tiempo y espacio requeridos por la normativa europea. Estos indicadores físicos resultan particularmente esenciales para el desarrollo de la Directiva en los ríos efímeros mediterráneos. En este trabajo se ensayan nuevos métodos de análisis de ortofotografías para la identificación y mapeo de unidades fluviales y su análisis espacio-temporal. Estas ortografías de alta resolución (0.25m pixel) presentan además de las bandas RGB otra infrarroja. La clasificación de las formas fluviales se hizo mediante Support Vector Machine y, posteriormente, se realizaron varios análisis de transición entre los años de estudio. El estudio se ha centrado en tres tramos de un río efímero de gravas (Rambla de Cervera) en el periodo 2017-2020. Los resultados permiten caracterizar los cambios anuales en las formas indicadoras de actividad morfogenética y el grado de recuperación morfo-sedimentaria en respuesta a la dinámica del flujo. Se pone de manifiesto la diferente respuesta de los tramos estudiados condicionados por la geometría del corredor fluvial y la historia de impactos humanos (e.g. extracción de gravas).


Palabras clave


Cambio ambiental; geomorfología fluvial; machine learning; ríos efímeros; teledetección

Texto completo:

PDF

Referencias


Breiman, L. (2001). Random Forests. Machine Learning, 45(1), 5-32. https://doi.org/10.1023/A:1010933404324

Calle, M., Alho, P., & Benito, G. (2017). Channel dynamics and geomorphic resilience in an ephemeral Mediterranean river affected by gravel mining. Geomorphology, 285, 333-346. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2017.02.026

Calle, M., Alho, P., & Benito, G. (2018). Monitoring ephemeral river changes during floods with SfM photogrammetry. Journal of Iberian Geology, 44(3), 355-373. Scopus. https://doi.org/10.1007/s41513-018-0078-y

Camarasa, A. M., & Segura, F. (2001). Flood events in Mediterranean ephemeral streams (ramblas) in Valencia region, Spain. CATENA, 45(3), 229-249. https://doi.org/10.1016/S0341-8162(01)00146-1

Cohen, J. (1960). A Coefficient of Agreement for Nominal Scales. Educational and Psychological Measurement, 20(1), 37-46. https://doi.org/10.1177/001316446002000104

Cortes, C., & Vapnik, V. (1995). Support-vector networks. Machine Learning, 20(3), 273-297. https://doi.org/10.1007/BF00994018

Demarchi, L., Bizzi, S., & Piégay, H. (2016). Hierarchical Object-Based Mapping of Riverscape Units and in-Stream Mesohabitats Using LiDAR and VHR Imagery. Remote Sensing, 8(2), 97. https://doi.org/10.3390/rs8020097

Demarchi, L., Bizzi, S., & Piégay, H. (2017). Regional hydromorphological characterization with continuous and automated remote sensing analysis based on VHR imagery and low-resolution LiDAR data. Earth Surface Processes and Landforms, 42(3), 531-551. https://doi.org/10.1002/esp.4092

European Commission, 2000. Directive 2000/60/EC of the European Parliament and of the Council of 23 October 2000 establishing a framework for Community action in the field of water policy.

European Commission (EC), 2003. Common Implementation Strategy for the Water Framework Directive (2000/60/EC). Guidance Document No. 10: River and lakes – Typology, reference conditions and classification systems. Office for Official Publications of the European Communities, Luxembourg. https://ec.europa.eu/environment/water/water-framework/facts_figures/guidance_docs_en.htm  Accessed 23 June 2021

Gómez, R., Hurtado, I., Suárez, M. L., & Vidal-Abarca, M. R. (2005). Ramblas in south-east Spain: Threatened and valuable ecosystems. Aquatic Conservation: Marine and Freshwater Ecosystems, 15(4), 387-402. https://doi.org/10.1002/aqc.680

Gurnell, A. M., Bertoldi, W., & Corenblit, D. (2012). Changing river channels: The roles of hydrological processes, plants and pioneer fluvial landforms in humid temperate, mixed load, gravel bed rivers. Earth-Science Reviews, 111(1), 129-141. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2011.11.005

Kuhn, M. (2020). caret: Classification and Regression Training. https://CRAN.R-project.org/package=caret

Lobera, G., Besné, P., Vericat, D., López-Tarazón, J. A., Tena, A., Aristi, I., Díez, J. R., Ibisate, A., Larrañaga, A., Elosegi, A., & Batalla, R. J. (2015). Geomorphic status of regulated rivers in the Iberian Peninsula. Science of The Total Environment, 508, 101-114. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2014.10.058

López-Bermúdez, F., García, C., & Alonso, F. (2002). Floods: Magnitude and Frequency in Ephemeral Streams of the Spanish Mediterranean Region. En Dryland Rivers: Hydrology and Geomorphology of Semi-arid Channels.

Martín-Vide, J. P., Ferrer-Boix, C., & Ollero, A. (2010). Incision due to gravel mining: Modeling a case study from the Gállego River, Spain. Geomorphology, 117(3-4), 261-271. Scopus. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2009.01.019

McFeeters, S. K. (1996). The use of the Normalized Difference Water Index (NDWI) in the delineation of open water features. International Journal of Remote Sensing, 17(7), 1425-1432. https://doi.org/10.1080/01431169608948714

Phiri, D., Simwanda, M., Salekin, S., Nyirenda, V. R., Murayama, Y., & Ranagalage, M. (2020). Sentinel-2 Data for Land Cover/Use Mapping: A Review. Remote Sensing, 12(14), 2291. https://doi.org/10.3390/rs12142291

Puigdefábregas, J., & García-Ruiz, J. M. (1985). Efectos de la construcción de pequeñas presas en cauces anastomosados del Pirineo Central. Cuadernos de Investigación Geográfica, 11(0), 91-102. https://doi.org/10.18172/cig.946

R Core Team. (2019). R: A Language and Environment for Statistical Computing. R Foundation for Statistical Computing. https://www.R-project.org/

Rivas Casado, M., Gonzalez, R. B., Kriechbaumer, T., & Veal, A. (2015). Automated Identification of River Hydromorphological Features Using UAV High Resolution Aerial Imagery. Sensors, 15(11), 27969-27989. https://doi.org/10.3390/s151127969

Rivas Casado, M., González, R. B., Ortega, J. F., Leinster, P., & Wright, R. (2017). Towards a Transferable UAV-Based Framework for River Hydromorphological Characterization. Sensors, 17(10), 2210. PubMed. https://doi.org/10.3390/s17102210

Rouse, J. W., Jr., Haas, R. H., Schell, J. A., & Deering, D. W. (1974). Monitoring vegetation systems in the Great Plains with ERTS Tech. Report No. Accession Number: 74N30727 – ScienceOpen. https://www.scienceopen.com/document?vid=96ed0508-aa77-4441-98d2-efccc70d2521

Sabater, S., Timoner, X., Bornette, G., De Wilde, M., Stromberg, J. C., & Stella, J. C. (2017). Chapter 4.2 - The Biota of Intermittent Rivers and Ephemeral Streams: Algae and Vascular Plants. En T. Datry, N. Bonada, & A. Boulton (Eds.), Intermittent Rivers and Ephemeral Streams (pp. 189-216). Academic Press. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-803835-2.00016-4

Sanchis-Ibor, C., & Segura-Beltrán, F. (2014). Spatial variability of channel changes in a Mediterranean ephemeral stream in the last six decades (1946-2006). Cuadernos de Investigación Geográfica, 40(1), 89. https://doi.org/10.18172/cig.2530

Sanchis-Ibor, C., Segura-Beltrán, F., & Almonacid-Caballer, J. (2017). Channel forms recovery in an ephemeral river after gravel mining (Palancia River, Eastern Spain). CATENA, 158, 357-370. https://doi.org/10.1016/j.catena.2017.07.012

Sanchis-Ibor, C., Segura-Beltrán, F., & Navarro-Gómez, A. (2019). Channel forms and vegetation adjustment to damming in a Mediterranean gravel-bed river (Serpis River, Spain). River Research and Applications, 35(1), 37-47. https://doi.org/10.1002/rra.3381

Segura-Beltrán, F., & Sanchis-Ibor, C. (2013). Assessment of channel changes in a Mediterranean ephemeral stream since the early twentieth century. The Rambla de Cervera, eastern Spain. Geomorphology, 201, 199-214. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2013.06.021

Segura-Beltrán, F., & Sanchis-Ibor, C. (2018). Estrechamiento de cauces y cambio de patrón en cursos fluviales mediterráneos como consecuencia del cambio global en las últimas seis décadas: Indicadores geomorfológicos. En C. Garcia, L. Gomez-Pujol, E. Moran-Tejeda, & R. J. Batalla (Eds.), Geomorfología del Antropoceno. Efectos del cambio global sobre los procesos geomorfológicos. (pp. 395-398). UIB, SEG.

 Thanh Noi, P., & Kappas, M. (2018). Comparison of Random Forest, k-Nearest Neighbor, and Support Vector Machine Classifiers for Land Cover Classification Using Sentinel-2 Imagery. Sensors, 18(1). https://doi.org/10.3390/s18010018


Enlaces refback

  • No hay ningún enlace refback.


Cuadernos de Geografía de la Universitat de València
Revista editada por el Departament de Geografia de la UV
Equipo Editorial, Consejo de Redacción y Asesor

ISSN: 0210-086X | ISSN Digital: 2695-7965
Contacto | Políticas | Envíos | Indexación