Día mundial de los humedales: matemática aplicada a su estudio y conservación

En el Día Mundial de los Humedales, el investigador del Instituto de Investigación e Ingeniería Ambiental de la UNSAM Rafael Grimson explica las ventajas del modelado matemático y de las herramientas de teledetección para la conservación de estos ecosistemas complejos.

El 2 de febrero se celebró el Día Mundial de los Humedales. Este día también es el aniversario de la Convención Relativa a los Humedales de Importancia Internacional (RAMSAR), que se aprobó como tratado internacional en 1971. Durante las últimas décadas, distintas disciplinas han puesto el foco en estos ambientes y reconocido su rol fundamental en la conservación de la biodiversidad y de la vida en general. Su estudio se fue volviendo cada vez más interdisciplinario debido a la necesidad de abarcar una gran variedad de dimensiones: ecológicas, hidrológicas, geomorfológicas, sociales y económicas, entre otras.

¿Es posible, además, analizar los humedales desde la matemática?

Rafael Grimson es matemático e investigador del CONICET en el Instituto de Investigación e Ingeniería Ambiental (3iA-EHyS) de la UNSAM, donde integra el Laboratorio de Ecología, Teledectección y Ecoinformática (LETyE). “Siempre me interesó la temática ambiental”, cuenta. “Cuando finalicé el doctorado busqué aplicar ahí mis conocimientos y dejé de lado la matemática pura”. Licenciado en Matemática por la Universidad de Buenos Aires, Grimson viajó a Francia para realizar una Maestría en Computación Teórica en la École Polytechnique de París. Luego continuó sus estudios en la Universidad de Hasselt (Bélgica), donde se doctoró con una tesis sobre la teoría de la complejidad algorítmica. Hoy Grimson también es profesor de programación en el proyecto de Inteligencia Artificial Interdisciplinaria de la UNSAM.

“La interdisciplinariedad es difícil, hay que encontrar un lenguaje común. Pero cuando se logra, resulta súper potente y enriquecedora”, asegura. Su grupo de investigación desarrolla metodologías de identificación, delimitación y monitoreo de humedales en diferentes paisajes de nuestro país. “Utilizamos herramientas de teledetección, modelado matemático y técnicas de aprendizaje automático”, cuenta.

Hacia un modelo de las dinámicas hídricas del delta argentino

Entre otros proyectos, hoy Grimson trabaja en el desarrollo de un modelo numérico de la dinámica del agua en el complejo fluvio-litoral del Bajo Paraná, más conocido como Delta del Paraná. ”Si bien en el delta hay modelos ya hechos de la dinámica del agua, son muy sencillos porque están elaborados en una sola dimensión. Nosotros estamos trabajando en un modelo bidimensional que incorpora la dinámica de los humedales. Aquí las imágenes satelitales tienen un rol fundamental en la calibración y en la evaluación de los modelos”, cuenta.

¿En qué consiste el modelado matemático? Para explicarlo, Grimson recurre al ejemplo del artista que modela arcilla: “Los matemáticos hacemos un modelado matemático o numérico, que es una forma de representar la realidad mediante ecuaciones o fórmulas”. En el caso de los humedales, el modelado sirve para entender y predecir la dinámica del agua en diferentes contextos. Así, es posible prever cómo afectará una crecida o la construcción de un emprendimiento inmobiliario.

Hoy en el delta se está produciendo un proceso de “pampeanización”, con cambios en el uso del suelo que afectan enormemente la dinámica del agua. “Entre otras cosas, los terraplenes impiden que se inunden las islas destinadas a la ganadería, y esto hace que se inunden otros sectores. No hay que olvidar que el delta bordea el principal cordón urbano-industrial del país, que va de Rosario a Buenos Aires”, advierte el investigador. “Con un modelo numérico adecuado podemos medir el impacto de estas modificaciones”.

El delta se encuentra sometido al régimen de inundaciones del río Paraná y al aporte de lluvias locales. Pero también a las influencias de los principales cursos tributarios y a los efectos de las sudestadas y mareas del Río de la Plata. “La recurrencia periódica de las fases de inundación y sequía conforman un régimen de pulso”, detalla Grimson. “El alcance espacial del agua durante cada pulso es variable y depende de la magnitud del pulso, de las condiciones previas de anegamiento y de su conjunción temporal con otros aportes de agua. Y además se ve altamente influenciado por la vegetación”.

Prácticamente toda la superficie del Delta del Paraná presenta una cobertura vegetal continua, formada por asociaciones de plantas herbáceas; toda esta vegetación interactúa con la dinámica hídrica. “La formulación de modelos hidrológicos e hidrodinámicos requiere la incorporación de una dimensión ecosistémica que incluya aspectos estructurales y funcionales de las cubiertas de vegetación.” Este enfoque permite dimensionar la regulación hidrológica que aportan los humedales, es decir, sus funciones ecosistémicas.

“Junto con investigadores del Instituto Nacional del Agua (INA) estamos desarrollando un modelo numérico operativo de la dinámica hídrica del delta que incorpore estos aspectos y permita pronosticar su estado hidrológico, realizar alertas tempranas y gestionar los riesgos asociados”. El especialista afirma que se trata de un desafío enorme, ya que aún no se cuenta con series temporales de zonas anegadas ni con buena información sobre la altura del agua fuera de los principales cursos navegables que permitan la calibración directa de un modelo. “En este contexto, las herramientas de teledetección y la capacidad del satélite SAOCOM de detectar la presencia de agua debajo de vegetación densa son fundamentales”, señala.

Inteligencia artificial al servicio del ambiente

“Otra parte de nuestro trabajo consiste en el desarrollo de algoritmos de aprendizaje automático que, a partir de atributos derivados de imágenes multiespectrales ópticas y de radar, permiten delimitar las diferentes unidades de humedal insertas en una matriz terrestre”, explica Grimson. Las imágenes de radar provienen del satélite argentino SAOCOM y del Sentinel-1 de la ESA, mientras que las multiespectrales son aportadas por el Sentinel-2 de la ESA.

A diferencia de otros ecosistemas terrestres, que pueden ser identificados a partir de una sola imagen, los humedales se caracterizan por su dinámica. Por eso es necesario trabajar con series de tiempo —es decir, muchas imágenes de diferentes fechas— que capturen sus variaciones espacio-temporales para poder delimitarlos con precisión.

Este proyecto no se limita al trabajo con algoritmos e imágenes realizado desde el laboratorio y las salidas de campo: también incluye el trabajo colaborativo con instituciones públicas. Actualmente, el grupo de investigación lleva adelante varios proyectos de transferencia junto con la Autoridad de Cuenca del río Matanza-Riachuelo (ACUMAR) y el Comité de Cuenca del río Reconquista (COMIREC), que incluyen la delimitación y caracterización de los humedales de las dos principales cuencas del AMBA en el marco del desarrollo del Inventario Nacional de Humedales.

Además, el equipo colabora en un proyecto de inventario de humedales de toda la Provincia de Buenos Aires junto con la Organización Provincial para el Desarrollo Sostenible (OPDS). “Conocer nuestros humedales es fundamental para poder conservarlos”, dice Grimson. “El trabajo de inventario avanzó mucho porque la OPDS ya completó el segundo nivel de inventario, que corresponde al Sistemas de Paisajes. Ahora el desafío es definir las unidades de paisaje y delimitar las unidades de humedal”.

“El concepto de paisaje propuesto por las investigadoras Patricia Kandus y Priscilla Minotti es central en nuestro trabajo”, explica Grimson. “Brinda un enfoque más amplio que complementa los enfoques tradicionales centrados en los ecosistemas y las cuencas, y permite ubicar a los humedales en su contexto territorial.” Para poder realizar un ordenamiento ambiental del territorio, el Inventario Nacional de Humedales es un insumo fundamental. Y el concepto de paisaje permite que las acciones de dicho ordenamiento se hagan en forma integrada y no para cada ecosistema particular. “Cuando analizamos los humedales a partir del vínculo que tienen con su contexto de paisaje podemos comprender y valorizar mejor sus funciones ecosistémicas”, explica el especialista. “Este enfoque tiene consecuencias incluso en los algoritmos de clasificación que desarrollamos, que son entrenados para cada unidad de paisaje de manera diferente. Los datos espectrales o atributos que son fundamentales en un paisaje para distinguir dos tipos de humedales pueden resultar superfluos o incluso confundir en otro contexto”, detalla.

Grimson hace hincapié en el trabajo institucional conjunto: “Trabajamos junto a lxs técnicxs de los organismos para poder interactuar, transferir metodologías y, a la vez, nutrirnos del enorme conocimiento que tienen de sus zonas de trabajo. Nuestro objetivo es dejar las capacidades instaladas en las instituciones para que en el futuro puedan seguir adelante con el monitoreo de los humedales”.

 

 

 

 

Por Mariana Lanfranco. Imagen: ACUMAR

Dejá un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada.