Identificación de desarrollos hidráulicos

con imágenes de satélite realzadas1

M . Cambridge, J . McMahon y A.A. Cañas

En los estudios de planeación efectuados para evaluar de manera preliminar sitios donde fuera factible construir presas en la cuenca del río Ulu Jelai, en la zona este de la Malasia peninsular, se emplearon imágenes fotográficas de exploración multies- pectral Landsat, junto con mapas topográficos y geológicos. Se utilizó el sistema prototipo de procesamiento de imágenes analógicas del Imperial College, con objeto de dar color y realzarlas para el mapeo de drenajes, plegamientos geológicos, fallas y trayectorias de grietas (trama tectónica), así como para obtener información sobre la distribución de tipos de rocas en escalas de 1:250000 a 1:50000. Las imágenes espa- ciales registradas a distancia, realzadas mediante técnicas análogas (ópticas), son un complemento económico y útil de los mapas geológicos y topográficos para la eva- luación preliminar de ciertas regiones en zonas tropicales.

En 1984, se comisionó a un grupo de consultores para realizar un estudio de planeación en la cuen- ca del río Ulu Jelai, para el Lembaga Letrik Nega- ra (Consejo Nacional de Electricidad) en coordi- nación con la Overseas Development Administra- tion (Reino Unido). El objetivo consistía en identificar y clasificar el potencial hidroeléctrico de la cuenca. Durante la fase I, iniciada en marzo de 1985 y terminada en 12 meses, se obtuvo infor- mación geotécnica mediante una investigación de campo que se limitó a los sitios principales; se realizaron algunos mapeos y muestreos, pero se trató básicamente de un trabajo de gabinete de los datos geológicos publicados y de los no publi- cados. Dicha información se complementaría con la revisión de imágenes de satélite del área del proyecto. Después de analizar las fotografías dis- ponibles del Skylab y del taxi espacial, imágenes aerotransportadas y de radar SIR-A e imágenes de alta resolución del Landsat 4/5 Thematic Map- per, se decidió utilizar las de exploración multies- pectral (em) Landsat 2 como punto de partida. Se solicitó, así mismo, un estudio relativo a la inter- pretación fotográfica de dichas imágenes, en es-

calas entre 1:500000 y 1:50000, y se emplearon amplificaciones fotográficas para complementar los datos obtenidos de las fotografías aéreas (es- cala 1:40000) y los mapas de Malasia, así como para llevar un control básico del trabajo de campo y del muestreo.

El área de estudio

La cuenca del río Ulu Jelai comprende la con- fluencia del río Jelai, principal tributario del Pa- hang en el lado este de la península de Malasia (véase ilustración 1). El área estudiada abarca una superficie aproximada de 2600 km, que va desde las tierras altas de Camerón en el oeste, cuya elevación es de 1500 m, hasta las Kuala Li- pis en el este, con una elevación de 80 m, a una distancia de alrededor de 50 km. La vegetación de la zona es abundante con bosques primarios y secundarios; puede llegarse a ella a pie por cami- nos selváticos; o mediante pequeñas embarcacio- nes por los ríos principales en la zona este. Debi- do a su difícil acceso, los mapas geológicos del área se han basado fundamentalmente en la inter-

pretación de fotografías aéreas y sólo se han efectuado trabajos de campo para la correlación espacial de tipos de rocas y fronteras litológicas.

La información inicial indicaba que la secuen- c ia geológica en la captación comprendía un le- cho granítico dentro de los sedimentos silúricos. El gran batolito resultante, que forma las tierras altas de Camerón, se extiende paralelamente a la trayectoria que siguen las rocas de la región e incluye las de tipo granítico que dominan la geo- logía y la topografía de la mayor parte del lado oeste de la cuenca. AI este de la cordillera princi- pal, una zona de rocas metamorfizadas regional- mente (sobre todo esquistos) está seguida de oeste a este por sedimentos. Los lechos de las colinas de dicha cordillera, hoy considerados del Paleozoico inferior, incluyen conglomerados, areniscas y cuarcitas con lutitas subordinadas, pi- litas y esquistos. Estos lechos están sucedidos, a su vez, por rocas del Paleozoico superior con se- dimentos calcáreos, en su mayor parte lutitas, pe- ro contienen también pilitas, areniscas y volcáni- cas interestratificadas.

Conforme al objetivo principal del estudio, du- rante la primera fase se consideraron proyectos d e almacenamiento en las zonas de las captacio-

nes graníticas de las tierras altas de Camerón, donde los ríos son pequeños y bajan en forma escalonada, y cuyas caídas naturales, de hasta 400 m, pueden explotarse mediante túneles. En la parte oriental de la zona de captación, donde los ríos son más largos y los niveles del lecho más planos, la generación hidroeléctrica depende de la construcción de presas en los ríos Telom, Jelai Kechil, Jelai y Serau, para explotar las caídas de hasta 100 metros.

La meta de la interpretación fotográfica fue analizar la información geológica regional para complementar tanto el limitado trabajo de campo que se efectuó durante esta etapa como la evalua- ción geotécnica de los sitios identificados en la valoración inicial del mapeo.

Las primeras evaluaciones de los sitios poten- ciales para construir presas revelaron que la geo- logía de la parte oriental de la captación era más compleja de lo que se había supuesto en función de los mapas y las referencias disponibles. Du- rante esta fase, la interpretación fotográfica se concentró en el área de tierras bajas del proyecto y en los sitios para las presas que se indican en la ilustración 2. La interpretación de las imágenes Landsat y los trabajos de campo produjeron infor-

a partir de que su precio se volvió accesible, al quedar exento de derechos (gracias a la NASA).

Con la exploración multiespectral Landsat se obtienen imágenes digitales, que pueden proce- sarse en estaciones receptoras de diversas partes del mundo, en formato de cinta digital o de foto- grafía impresa. Dichas imágenes, captadas me- diante técnicas de exploración de línea y transmi- tidas digitalmente a las estaciones receptoras, se componen de secuencias de elementos de ima- gen (pixels) que abarcan aproximadamente 79 m*. La resolución espacial conseguida con este sistema permite detectar objetos con dimensio- nes de 50 a 100 m, según su brillantez relativa y el área circundante; los datos obtenidos se corrigen considerando tanto la rotación de la tierra como ciertas distorsiones geométricas y, antes de reali- zar la impresión controlada digitalmente de los negativos, se realzan mediante la escala de grises. Los fotoproductos Landsat estándar correspon- den en buena medida a las proyecciones ortográ- ficas del terreno y, debido al empleo de la explo- ración de línea, no presentan distorsiones radiales, a diferencia de las fotografías aéreas; in- clusive, algunas secciones de las imágenes em pueden correlacionarse con cierta precisión con mapas topográficos en escalas de 1:100000, aun-

mación geológica más detallada de sitios especí- que los mosaicos de imágenes requieren de co- ficos y sirvieron para determinar la estructura rrecciones planimétricas digitales más rigurosas geológica y litológica de ciertas areas de interés. para correlacionarlos adecuadamente con pro- En particular, esta tarea se orientó al mapeo de yecciones de mapas. En pocas palabras, esto sig- trayectorias de grietas y trama tectónica, así nifica que las imágenes em pueden emplearse sin como al trazado de formaciones de rocas ningún problema en escalas de hasta 1:100000, carbonatadas. pero que empiezan a degradarse en elementos

de imagen cuando esta proporción aumenta. Los patrones de drenaje principales pueden ma- pearse directamente en ampliaciones de escala 1:100000 y, con efectos de sombreado topográ- fico, es posible representar características más pequeñas.

Para la interpretación fotográfica, se recurrió a las Para el proyecto Ulu, Jelai, se compró al US imágenes Landsat visibles y cercanas al infrarrojo Geological Survey (EROS Data Center) un grupo de exploración multiespectral (em). El programa de cuatro negativos de imágenes em Landsat, que Landsat, iniciado bajo la denominación de “Tec- representan bandas espectrales en longitudes de nología de satélite para recursos terrestres”, ha onda verde, visible y cercana al infrarrojo (bandas estado en marcha desde 1972; además de los di- em 4 , 5 , 6 y 7). Los negativos monocromáticos de versos sensores de imágenes experimentales, los 240 mm2 registrados corresponden a un área con cinco satélites Landsat fueron equipados con forma de romboide de aproximadamente 180 X cuatro instrumentos em de banda espectral. Las 180 km en una escala de contacto de 1:1000000. imágenes obtenidas, que representan superficies Las imágenes, que comprenden el área del Ulu de aproximadamente 180 X 180 km, se han em- Jelai (trayectoria 135/fila 057), se obtuvieron el 5 pleado para registrar muchas porciones del mun- de enero de 1978, época en que la parte central de do fuera de las regiones polares, sobre todo la zona está libre de nubes.

Imágenes Landsat

Realce analógico de imágenes

La interpretación de imágenes tradicional se efec- túa con la vista y es una técnica muy eficaz; sin embargo, requiere de personal altamente capaci- tado y puede verse limitada por la sensibilidad del ojo humano a pequeños cambios de matiz, textu- ra o tono. A fin de simplificar la tarea del intérpre- te, pueden realzarse las imágenes para destacar ese tipo de características y revelar así detalles antes imperceptibles. A menudo el realce se con- sigue mediante sistemas basados en grandes computadoras que manejan las imágenes como series de números digitales, capturadas en cintas magnéticas compatibles; dichos sistemas requie- ren de fuertes inversiones, por lo que las cintas de imágenes digitales también resultan costosas. Un método alternativo consiste en trabajar con pro- ductos fotográficos, mediante técnicas de cuarto oscuro, proyectores de color aditivos y explora- dores de imágenes electrónicos. Esto permite usar imágenes no digitales, como fotografías aéreas, lo que implica costos más bajos, ade- más, puede ser tan efectivo como el procesa- miento digital y, en general, es más rápido y conveniente.

El procesamiento de imágenes para el proyecto Ulu Jelai se basó en un sistema prototipo desarro- llado por la sección de Óptica del Departamento de Física del Imperial College. El sistema, similar a una máquina de telecine y diseñado especial- mente, permite explorar de manera simultánea hasta cuatro transparencias de 70 mm (las cuatro bandas em del espectro Landsat), mediante una luz giratoria; la información derivada de las imá- genes se presenta en forma de señales estándares de video. Contempla las medidas necesarias para registrar con exactitud las cuatro imágenes (tras- lación y rotación), y posibilita efectuar acerca- mientos para observar en detalle las subáreas se- leccionadas. Las señales de video pueden manejarse por separado en monitores monocro- máticos, o bien sobreponerse en un monitor cro- mático para desplegar imágenes compuestas en color. Por tanto, es posible realizar una amplia variedad de realces si se manipulan adecuada- mente las señales de video, mediante un hardwa- re electrónico analógico que opere en tiempo real.

Para este estudio, se obtuvieron las imágenes en copia dura, al fotografiar directamente la pan- talla del monitor con película de diapositivas Ek- tachrome de 35 mm; se cortaron cuatro transpa- rencias de 70 mm (una para cada banda espectral)

del área del Ulu Jelai, a partir de la parte central de los negativos de 240 mm (escena em 136/957). Puesto que la zona está cubierta por bosques tro- picales y hay bruma atmosférica casi constante, la imagen de la banda 4 (que representa la por- ción verde del espectro) mostró un contraste muy bajo y resultó de poca utilidad; debido a sus ma- yores longitudes de onda, las bandas 5, 6 y 7 son menos propensas a la dispersión causada por la bruma, por lo que las imágenes correspondientes fueron de buena calidad. La falta de una imagen adecuada de la banda 4 impidió producir una composición estándar de falso color (banda 4, azul; banda 5, verde; banda 7, rojo), por lo cual, en su lugar, se utilizaron diferentes combinaciones de las bandas 5,6 y 7; las asignaciones de color se variaron a fin de permitir que la sensibilidad del ojo diferenciara los cambios en el espectro. Para obtener una imagen diferenciada, se segregó la banda 6 de la 7 (ambas cercanas al infrarrojo), a fin de descubrir pequeñas diferencias en la vege- tación que podrían controlarse geológicamente.

Para realzar bordes en forma direccional con objeto de destacar las fronteras de tonos y textu- ras, incluso sombras, se desplazó ligeramente (menos de 1 mm) una imagen de negativo de una de positivo de la banda 7 en la cual se había registrado.

Esta técnica de corrimiento y sustracción equi- vale a aplicar un operador de convulsión diferen- cial, pero la distancia y la dirección del corrimien- to soh controladas por el usuario y pueden ajustarse de manera interactiva. En todos los ca- sos, las distintas imágenes de la composición se contrastaron para posibilitar la máxima discrimi- nación de matiz o tono. Un realce de buen con- traste es particularmente importante cuando se trata de una imagen compuesta en color, puesto que es necesario distinguir variaciones de matiz m u y tenues.

Las imágenes que se indican a continuación se registraron e interpretaron selectivamente para efectuar tanto el mapeo litológico y de vegetación (imágenes 1 a 5) como estudios estructurales (grupo de imágenes 6):

1. Composición de falso color (banda 5, azul;

2. Composición de falso color (banda 5, rojo;

3. Composición de falso color (banda 5, azul;

4. Composición de falso color (banda 5, verde;

banda 6, verde; banda 7, rojo).

banda 6, verde; banda 7, azul).

banda 7, verde; bandas 7-6, rojo).

banda 7, azul; bandas 7-6, rojo).

5. Imagen de diferencia monocromática (bandas

6. Realce de borde direccional en la banda 7 (E- 7-6, con peso variable).

O, NE-SO, N-S, NO-SE)

Interpretación de imágenes

La información geológica y topográfica para el sistema de drenaje se compiló en la fotoimpresión de la banda 7 em (infrarrojo), con base en la esca- la 1:100000. El laboratorio fotográfico del Depar- tamento de Geología del Imperial College elaboró impres iones fo tográf icas br i l lantes (escala 1:000000) y fotodiapositivas translúcidas que pueden sobreponerse en mapas y que permiten su reproducción mediante un sistema de líneas de tinta (diazo); también produjo amplificaciones ex- perimentales seleccionadas en una escala de 1:50000. Las diapositivas de 35 mm que mostra- ban diversas imágenes analógicas realzadas se modificaron de escala y se interpretaron median- te un retroproyector; los elementos de las trans- parencias que representaban bordes y realces es- pectrales se incorporaron posteriormente en las imágenes fotográficas completas.

La compilación se inició con el trazado de sis- temas de drenaje visibles; después, se continuó con la interpretación de los rasgos de las imáge- nes correspondientes a fallas y trayectorias de grietas que, junto con las trazas de afloramientos de estratificación y el cercado metamórfico (es- quistosidad, etc.), se integraron como un mapa de trama tectónica (véase ilustración 3). En dicha ilustración se incluyen los resultados fotográficos del realce de bordes, a fin de compararlos con la interpretación que muestra las direcciones. E-O, N-S y NO-SE.

La ilustración 4 corresponde al segundo mapa de interpretación geológica, que presenta la dis- tribución de tipos de rocas (tipos litológicos), con base en la textura del terreno y la vegetación y en la respuesta espectral (tono y matiz). La ilustra- ción 5, incluida con propósitos comparativos y que muestra las principales fronteras litológicas del área representada en la imagen, permite apre- ciar el grado de detalle del mapa geológico con el que se contaba antes de la interpretación de ima- genes y del estudio de campo.

Por último, los mapas geológicos de archivo se transfirieron a la base de imágenes fotográficas en escala 1:100000 y las compilaciones redibuja- das a las ampliaciones translúcidas de película de diazo para su reproducción múltiple.

Interpretación geológica

Esta interpretación se efectuó en dos etapas: es- tructura y litología.

Estructura

Diversos rasgos, principalmente ciertas caracte- rísticas topográficas como valles, lomas o trunca- mientos de accidentes topográficos, se trazaron y registraron a partir de impresiones maestras y de imágenes realzadas direccionalmente en sus bor- des. Estas características se compararon con las de los mapas geológicos disponibles y se intentó separar conjuntos de trayectorias de grietas de fracturas con desplazamientos no observados o previstos, de líneas de falla sobre las cuales po- drían esperarse saltabandas y desplazamientos importantes. Para ello, se analizó la continuidad de las unidades litológicas, expresada en térmi- nos de la continuidad topográfica y de los bordes que representan unidades más fuertes a través del lineamiento. Otro de los criterios para iden- t i f icar posibles fallas fue la cont inuidad de los lineamientos principales de la zona, nume-

rosas líneas de falla la atraviesan y gran parte se define por la proximidad de los enjambres de fracturas conectadas entre sí. Estos conjuntos se combinaron para elaborar el mapa de trama tec- tónica (véase ilustración 3).

Litología

Las rocas sedimentarias metamorfizadas y plega- das abarcan una porción considerable de la parte central del área investigada; las metaareniscas, esquistos, lutitas y estratos conglomerados, junto con lentes de calizas, están contenidos en diversos granitos e incluyen capas intrusivas ígneas básicas intercaladas y flujos de lava metamorfizada.

Un segundo conjunto de características topo- gráficas de valles y lomas lineales corresponde a las trazas de afloramientos de unidades litológi- cas más duras y otras más blandas distribuidas en forma más o menos escalonada en la estratigrafía de rocas metamórficas que cubren gran parte del área. Las unidades de rocas individuales pueden identificarse y definirse en función de diversos criterios, como textura de la vegetación, tono (ca- rácter espectral) y expresión topográfica (lomas y valles). Los terrenos graníticos forman las porcio- nes más elevadas de las tierras altas de Camerón en el área de la imagen que corresponde a la parte occidental y tienen patrones de conexión de Ií- neas característicos.

La distribución de las unidades de rocas princi- pales con base en ese criterio y su comparación con los mapas geológicos publicados se muestra en las ilustraciones 4 y 5. Las observaciones de campo para identificar los tipos de rocas, realiza- das en el cauce de un río, sirven de referencia para interpretar la información correspondiente en la imagen de los valles del río en las secciones importantes.

Aplicación de la ingeniería a la interpretación

Durante esta fase se hizo una investigación limita- da del sitio que comprendió excavaciones de prueba, estudios sísmicos y un programa de per- foración ligera; se prestó especial atención a las sitios de la cortina principal y del puerto, con ob- jeto de determinar los perfiles de intemperismo de cada uno. La valoración geológica más importan- te del área de las tierras bajas del proyecto se obtuvo en recorridos efectuados a lo largo del río, y se complementó y dirigió con base en la inter- pretación de las imágenes de satélite, en particu- lar por lo que se refiere a la litología y estructura de los sitios de la cortina y del embalse.

Los recorridos a lo largo del río y la recolección de muestras se llevaron a cabo desde el inicio de la investigación, es decir, aun antes de que se dispusiera de las imágenes o el material de refe- rencia geológico; ello permitió establecer un pro- ceso interactivo entre el investigador de campo y el intérprete para dirigir la investigación subse- cuente. Así, la valoración preliminar de las imáge- nes de satélite, junto con las nuevas interpretacio- nes fotogeológicas y con el estudio completo de las referencias, sirvieron de base para orientar los recorridos posteriores; los datos de la interpreta- ción se emplearon para destacar y completar las áreas específicas de interés en el proyecto de

desarrollo hidráulico. Los recorridos de campo y la interpretación de imágenes revelaron que las primeras valoraciones geológicas del sitio resul- taban demasiado simples. Concretamente, se constató lo siguiente:

La complejidad de la secuencia estratigráfica y los problemas geotécnicos potenciales depen- den de los sitios específicos elegidos para la construcción.

e La existencia de unidades litológicas lenticula- res que no se detectaron en el primer mapeo, pero que se descubrieron en la interpretación, al observar fallas notables subparalelas a los contactos litológicos.

e Las unidades de rocas carbonatadas en las coli- nas de la cordillera principal y cerca de los si- tios importantes para la construcción de presas no eran rasgos litológicos constantes, sino uni- dades lenticulares aisladas.

e La complejidad de los plegamientos a lo largo de los ríos Telom y Jelai Kechil, dentro de los sedimentos clásticos de las colinas de la cordi- llera principal, resultaba incompatible con las primeras publicaciones, que indicaban que se trataba de un pliegue isoclinal. La interpretación de las imágenes proporcionó

también un conocimiento más amplio y detallado del tejido estructural de la geología del lecho de roca que el obtenido de los mapas geológicos (compárense ilustraciones 4 y 5); además, diver- sas unidades litológicas distintivas, que no se muestran en los mapas, se delinearon y trazaron a partir de dichas imágenes, particularmente en lo que respecta a la distribución de tipos de rocas en función de su durabilidad (resistencia relativa a la erosión).

Conclusiones las estructuras principales observadas o previstas durante el trabajo de campo.

En la fase de planeación de un estudio relativo a El empleo de imágenes en un proyecto de esta la cuenca de un río en regiones como la del Ulu naturaleza es iterativo, por lo cual requiere que el Jelai de Malasia, donde el acceso es dificil y el intérprete y el geólogo de campo trabajen en con- mapeo tanto geológico como topográfico resulta junto para aprovechar al máximo los beneficios limitado, se puede realzar en forma significativa la correspondientes. En los últimos años esta técni- base de datos del mapeo a u n costo razonable, ca ha sido de gran ayuda en el trabajo de por medio de imágenes de satélite y de técnicas campo y, en consecuencia, sus resultados han de realce óptico. contribuido a mejorar la interpretación de imáge-

Este tipo de técnicas permite obtener imágenes nes geológicas. Esta, en combinación con estu- con una definición adecuada del área de estudio dios de campo y referencias de archivo, puede en escalas apropiadas para el mapeo litológico, ayudar en gran medida al conocimiento de tierras estratigráfico y de trama tectónica. Dichas imáge- remotas y de los parámetros geológicos relacio- nes resultan u n complemento muy Út i l de los ma- nados con desarrollos hidroeléctricos en cuencas pas geológicos para interpretar la distribución y de ríos durante las etapas de planeación de los continuidad tanto de los tipos de rocas como de estudios respectivos.

Bibliografía

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Goobett y Hutchinson. Geology of the Maly Peninsular, Wiley Interscience, EUA, 1973.

Richardson, J.D. “Geological Survey of Malasya, Memo- ria núm. 1”, Geology and Mineral Resources of Neighborhood of Chegar, Perak y Merapoh.

1 Traducido por Gabriel Nagore con permiso de los editores de Water Power and Dam Construction, octubre de 1986, pp 13-17.