Antón-Pacheco y otros

22 Pages·2007·0.6 MB·Spanish

Antón-Pacheco, C. etal.,2007. Identificación y cartografía de surgencias costeras en el acuífero kárstico de El Maestrazgo (Castellón) mediante técnicas de
teledetección aeroportada en el infrarrojo térmico.Boletín Geológico y Minero, 118 (Núm. Especial): 649-670
ISSN: 0366-0176
Identificación y cartografía de surgencias costeras en
el acuífero kárstico de El Maestrazgo (Castellón)
mediante técnicas de teledetección aeroportada en el
infrarrojo térmico
C. Antón-Pacheco(1), B.J. Ballesteros(2), M. Mejías(3), E. de Miguel(4), J.C. Gumiel(1), J. A. Gómez(4) y P. Callejo(4)
(1) Instituto Geológico y Minero de España. La Calera 1. 28760. Tres Cantos. 28760 Madrid.
[email protected]
(2) Instituto Geológico y Minero de España. C/ Cirilo Amorós, 42. 46004 Valencia.
(3) Instituto Geológico y Minero de España. C/ Ríos Rosas, 23. 28003 Madrid.
(4) Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial. Ctra. de Ajalvir, k.4. 28850. Torrejón de Ardoz. Madrid.
RESUMEN
Se presentan los resultados obtenidos del tratamiento e interpretación de los datos registrados mediante una campaña de vuelos con el
sensor AHS. El objetivo ha sido la medida de la temperatura superficial del agua del mar mediante imágenes térmicas con el fin de iden-
tificar y cartografiar las descargas de aguas subterráneas (DAS) en el sector costero situado entre Peñíscola y Benicasim (Castellón), pro-
cedentes del acuífero Jurásico de El Maestrazgo. La ejecución de los vuelos se ha realizado mediante convenio de colaboración entre el
Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA) y el Instituto Geológico y Minero de España (IGME), en el marco del proyecto HIPRO-
MA (Investigación sobre el Comportamiento Hidrogeológico de Formaciones Acuíferas Profundas. Aplicación a la Unidad Hidrogeológica
08.07 El Maestrazgo) que pretende mejorar el conocimiento hidrogeológico de los acuíferos profundos mediante la aplicación de dife-
rentes técnicas multidisciplinares: geológicas, hidrogeológicas, geofísicas y de teledetección. El acuífero regional jurásico de El
Maestrazgo (Castellón, España) constituye un sistema kárstico litoral con una amplia extensión, del orden de 2.400 km2,caracterizado por
un gradiente hidráulico extremadamente bajo (0,1-0,2%), lo que hace que, debido a la rápida elevación topográfica continental, el nivel
piezométrico se localice a gran profundidad en zonas alejadas del mar. Cabe destacar la casi total ausencia de descargas naturales en las
áreas interiores, produciéndose éstas principalmente hacia el Mediterráneo. Por este motivo, una de las principales incertidumbres exis-
tentes, y de los objetivos planteados en el estudio, ha sido conocer si las salidas al mar del acuífero son de carácter difuso o, por el con-
trario, se verifican en puntos concretos de la línea de costa y de forma localizada a través de surgencias no visibles. Para proceder a eva-
luar de forma más precisa el balance hídrico del sistema era necesario confirmar, en primer lugar, el mecanismo mediante el cual tiene
lugar la transferencia de recursos hacia el Mediterráneo, y en su caso, localizar y cartografiar las surgencias litorales como paso previo
para la determinación del volumen total drenado por el sistema al mar. La metodología utilizada se basa en el registro de imágenes en la
región del infrarrojo térmico del espectro electromagnético con objeto de identificar las anomalías térmicas relacionadas con las descar-
gas de agua subterránea (DAS). Se han realizado dos campañas de vuelo (una diurna y otra nocturna) durante la época estival, cuando
se dan las condiciones de máximo contraste térmico entre las aguas de las surgencias y las aguas litorales. En ambos vuelos se han regis-
trado tres pasadas de 40 km a diferentes alturas y resoluciones (3,5 m y 7 m). Los datos de temperatura registrados in situ con una cáma-
ra térmica Thermacam de forma simultáneamente a los vuelos, se han utilizado para validar las imágenes una vez calibradas de los efec-
tos atmosféricos. La interpretación de las imágenes ha permitido identificar una serie de anomalías térmicas que corresponden a
surgencias de agua dulce.
Palabras clave: acuíferos kársticos, descarga submarina agua subterránea, imágenes infrarrojo térmico, Maestrazgo
Identification and mapping of submarine groundwater discharges from the karstic aquifer
of El Maestrazgo (Castellón) by means of airbone thermal infrared images
ABSTRACT
This study describes the results achieved by the use of thermal infrared (IRT) images acquired by a hyperspectral scanner system (AHS)
along the Peñiscola and Benicassin localities (Castellón) in the Mediterranean coast of Spain to map fresh water discharges from the
Jurassic Maestrazgo aquifer.The study has been carried out in the framework of a multidisciplinary project HIPROMA (Investigación sobre
el Comportamiento Hidrogeológico de Formaciones Acuíferas Profundas. Aplicación a la Unidad Hidrogeológica 08.07 El Maestrazgo),
which the Instituto Geológico y Minero de España (IGME) is conducting to improve the insight of the Maestrazgo aquifer hydrogeological
behavior. The Maestrazgo aquifer (Castellón, Spain) is a karstic coastal system which extents 2.400 km2.Low hydraulic gradient (0,1-0,2%)
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and rapid increase of topography towards inland condition the location of the saturated zone at a considerable depth. Groundwater dis-
charge is scarce inland and in the coastal area is mainly restricted to coastal springs. The location and mapping of coastal springs as well
as the discharge volume will help to more precisely evaluate the hydric balance. The applied methodology is based on the registration of
high-radiometric resolution TIR images to map sea surface temperature (SST) to identify the thermal expression of groundwater plumes.
The aerial survey was conducted using the Instituto Nacional de Tecnica Aeroespacial (INTA) AHS system, which registers 750 pixel-wide
swath images throughout the visible up to long-wave infrared spectrum. Day and night data collection was performed in the summer sea-
sonto take into account the warmest and the coolest time of the solar radiation cycle. Three 40 km long passes were acquired: two over-
lapping passes at low altitude with 3.5 m spatial resolution and one high altitude pass with 7 m resolution. Temperature measurements
atground sites and sea surface were taken with a Thermacam infrared camera in order to validate the AHS data. Calibrated images have
allowed mapping several fresh water plumes.
Key words: karstic aquifers, Maestrazgo aquifer,submarine groundwater discharge, thermal infrared images
Introducción térmicas procedentes de vertidos y descargas de
agua subterránea en áreas costeras (Scarpace et al.,
Una de las aplicaciones de la teledetección es la utili- 1975; Schott, J. R. 1979; Dalle Luca et al., 2005). La
zación de imágenes registradas en el infrarrojo térmi- temperatura superficial del mar (SST) se ha estudia-
co para determinar las diferencias de temperatura en do a partir de imágenes de satélite, con NOAA-
las superficies de los cuerpos de agua, ya sean oceá- AVHRR, TERRA-MODIS y ERS/ENVISAT-AATSR
nicas, costeras o continentales. Este método se ha uti- (McClain et al.; 1985; Reynolds et al.; 1994; Zavody et
lizado con éxito para identificar y cartografiar plumas al., 1995), que presentan resoluciones temporales y
Figura 1: Localización del área de estudio en el marco geológico y morfoestructural de El Maestrazgo (Canerot, 1974) e inventario de
manantiales y puntos acuíferos
Figure 1: Geological and morphostructural framework of the study area (Canerot, 1974) with location of springs and hydrogeological bore-
holes
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espaciales apropiadas para el estudio y seguimiento localizan en el sector oeste de la zona de estudio
de fenómenos de dimensiones globales. Sin embar- (Anticlinal de Bovalar), en el norte (Macizo del
go, las resoluciones espaciales de estas imágenes no Turmell) y en la cadena montañosa litoral (Sierra de
permiten detectar pequeños fenómenos locales, Irta), en este caso por efecto de una estructura anti-
como las descargas de agua subterránea al mar o los forme de dirección perpendicular a la línea de costa
vertidos de aguas procedentes de usos agrícolas e (fig.1). Los mayores espesores de la serie mesozoica
industriales. Las imágenes de la serie Landsat TM y se encuentran en el sector norte y este, mientras que
ETM+, con una única banda en el infrarrojo térmico son menores en el sur como consecuencia de la pre-
(IRT), y resoluciones de 120 m y 60 m respectivamen- sencia de un umbral o alto estructural. Los materiales
te, y las imágenes ASTER, con cinco bandas en el IRT del acuífero regional son carbonatados y se deposita-
y una resolución de 90 m, se han utilizado para estu- ron en el Lías-Dogger, fundamentalmente entre el
diar diferencias de temperatura en aguas marinas y Kimmeridgiense y el Valanginiense, en la denomina-
continentales en relación con diversos fenómenos da cuenca del Maestrazgo. Estas formaciones, en
(Ikeda y Emery, 1984; Steissberg et al., 2005). La utili- algunos lugares y en conjunto, llegan a alcanzar
zación de sensores aeroportados en avión es más potencias superiores a los 1.500 m. En general, la
efectiva para la detección de anomalías de dimensio- sedimentación mesozoica está relacionada con una
nes menores, siendo, además, posible programar los tectónica distensiva de bloques limitados por fallas
vuelos tanto de día como de noche y en las fechas lístricas, de dirección NO-SE, y reactivación de fractu-
más adecuadas para la identificación de estos fenó- ras del basamento paleozoico que condicionan una
menos. disposición en grabens y semigrabens.
El Laboratorio de Teledetección del INTA, en el La evolución del margen este de la cuenca Ibérica
marco de diversos proyectos de investigación con el ha estado condicionada por la influencia de dos ciclos
IGME, ha realizado vuelos multiespectrales con diver- de rifting (Martín-Chivelet et al.,2002; Mas and Salas,
sos objetivos, cuyos resultados han puesto en evi- 2002; Bádenas et al., 2004). El primero tuvo lugar
dencia el interés de la utilización de estas técnicas entre finales del Pérmico y el Triásico, mientras que el
(Alonso et al., 2001; Antón-Pacheco et al., 2006). El segundo comenzó a final del Oxfordiense, mante-
INTAtiene experiencia en la realización de vuelos tér- niéndose hasta el Albiense medio. En la cuenca
micos para la detección de surgencias de agua dulce Ibérica, este segundo ciclo de rifting originó la pro-
al mar (Fernández et al.,2000), y ha adquirido recien- gresiva destrucción de la plataforma del Jurásico
temente un sensor hiperespectral aerotransportado superior y el desarrollo de un nuevo sistema de cuen-
AHS (Airborne Hyperspectral Scanner) que registra cas extensionales muy subsidentes que se superpu-
en 80 bandas dentro de las ventanas atmosféricas, sieron de forma discordante sobre el anterior rift
desde el visible al infrarrojo térmico (IRT). Esta región Ibérico triásico. En síntesis, la secuencia
del espectro es idónea para detectar diferencias de Kimmeridgiense superior-Berriasiense tiene carácter
temperatura entre las salidas de agua dulce y el agua regresivo y el intervalo Berriasiense-Hauteriviense
del mar, por lo que su aplicación en la localización de continúa con carácter regresivo aunque interrumpido
las descargas de agua subterránea al mar del acuífe- por un pulso transgresivo menor durante el
ro regional jurásico de El Maestrazgo supone una Valanginiense.
aplicación óptima de esta técnica para la resolución
de las incertidumbres identificadas.
Modelo hidrogeológico conceptual del acuífero
regional del Maestrazgo
Marco geológico
Definición geométrica del acuífero y aspectos
La zona de estudio se sitúa en el sector oriental de la litológicos.
Rama Aragonesa de la Cordillera Ibérica, en su zona
de transición hacia las Cadenas Costeras Catalanas y El acuífero Jurásico de El Maestrazgo es el de mayor
corresponde, de manera aproximada, a las zonas importancia de la Unidad Hidrogeológica 08.07, El
Central Subtabular y Oriental Fallada definidas por Maestrazgo, en la que se encuentra integrado, ocu-
Canerot (1974). Los materiales aflorantes abarcan pando, además, parte de otras unidades colindantes.
desde el Paleozoico hasta el Cenozoico, con predomi- La zona de estudio tiene una extensión de unos 2.400
nio de litologías carbonatadas y, en menor medida, km2, de los que aproximadamente el 30% son aflora-
detríticas. mientos permeables directamente relacionados con
Los afloramientos de las formaciones jurásicas se el acuífero (fig. 1). El resto pertenece a formaciones
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lizadas en la mayor parte del acuífero a profundida-
des muy elevadas, aunque llegan a aflorar en la
Sierra Espaneguera (Mejías et al. 2006). Además de
los conjuntos permeables diferenciados, se pueden
distinguir también una serie de acuíferos de menor
entidad y de naturaleza detrítica o carbonatada,
caracterizados por ocupar una extensión restringida y
por albergar niveles elevados y colgados sobre la
superficie piezométrica regional.
Funcionamiento hidrogeológico. Características
hidrodinámicas.
La gran extensión del acuífero, y los relativamente
pocos sondeos que logran captar las formaciones
permeables saturadas, implica que no sea fácil deter-
minar sus características hidrodinámicas, ya que
hasta hace escasos años la casi totalidad de las cap-
taciones se localizaban en la zona más próxima al
litoral, donde las condiciones de los materiales acuí-
feros son muy buenas, con transmisividades entre los
1.000 y 4.000 m2d-1 (ITGE, 1989), caudales medios de
explotación entre 50 y 100 L s-1ycaudales específicos
entre los 5 y los 10 L s-1m-1. La modelación matemáti-
ca llevada a cabo en algunos estudios (COPUT, 1990
y1992) eleva dichas transmisividades hasta los 9.000
y 15.000 m2d-1. Esta circunstancia se puede ajustar a
Figura 2. Cronoestratigrafía de los acuíferos de El Maestrazgo
lo observado, ya que en este sector (Sierra de Irta) el
Figure 2. Chronostratigraphy of the Maestrazgo aquifers
acuífero se encuentra sometido a un alto grado de
karstificación, puesto en evidencia por las surgencias
costeras de Las Fuentes de Alcocebre, Prat de
Peñíscola y Badum, (fig. 1). Recientemente, en 2007,
se han realizado varios ensayos de bombeo en son-
deos de investigación que han arrojado valores de
impermeables o a estructuras acuíferas superpuestas transmisividades para las formaciones jurásico-cretá-
con funcionamiento hidrogeológico independiente y cicas del orden de 3.000 m2d-1, con caudales específi-
superficies piezométricas topográficamente más ele- cos entre 5 y 60 L s-1m-1.
vadas (fig. 2). La superficie piezométrica asciende lentamente
En esencia, se diferencian tres conjuntos litológi- hacia el oeste desde la cota cero, en el litoral, hasta
cos permeables: las calizas del Cenomaniense- cerca de los 60 m s.n.m. en las proximidades de la ali-
Senoniense, las series calizas del Aptiense y los mate- neación que forman las localidades de Tírig y
riales carbonatados (calizas y dolomías) del Jurásico Benlloch (fig. 3). Más hacia el oeste asciende de
superior-Cretácico inferior que conforman el acuífero forma importante hasta alcanzar los 500-600 m s.n.m.
regional y se encuentran desconectados hidráulica- en las áreas de Cinctorres y Morella, lo que implica la
mente de los anteriores. Este último conjunto, con existencia de una considerable zona no saturada en
una potencia media del orden de 1.100 a 1.500 m, pre- una gran parte del acuífero, donde la superficie pie-
senta una alta permeabilidad por fisuración y karstifi- zométrica se encuentra a profundidades superiores a
cación, siendo los tramos de dolomías del los 500 metros.
Kimmeridgiense superior-Portlandiense y los de cali- El análisis general de las campañas piezométricas
zas y dolomías del Lías-Dogger los que cuentan con llevadas a cabo por el IGME en el período 2004-2006,
mejores características hidrodinámicas. La base indica que el flujo subterráneo se ordena según dos
impermeable del acuífero la conforman las arcillas y grandes sectores separados entre sí por una zona de
margas con yesos de la facies Keuper del Trías, loca- umbral de dirección NNE-SSW, en donde los niveles
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se encuentran algo más elevados, que parte cerca de Badum. (fig. 3). De esta forma, las líneas de flujo del
la localidad de Albocácer, Tírig, San Mateo y La Jana sector nororiental y la mayor parte de la descarga
(fig. 3). Aunque su origen no ha podido establecerse procedente de la Sierra de Irta y de la zona de umbral
todavía con precisión, este umbral no implica la exis- convergerían hacia los manantiales del Prat de
tencia de desconexión hidráulica entre ambos secto- Peñíscola y Torre de Badum, respectivamente, así
res, ya que no se han identificado formaciones imper- como de forma subterránea hacia el acuífero de la
meables que la justifique (Mejías et al., 2007). La Plana de Vinaroz-Peñíscola. Por otro lado, el flujo sub-
presencia de tramos acuíferos con diferentes cargas terráneo del área suroccidental (Villores-rambla de
hidráulicas, variables según la posición relativa de los Celumbres hasta las proximidades de Cuevas de
niveles en la zona de umbral, o la existencia de una Vinromá), se orientaría hacia las surgencias de
mayor permeabilidad a ambos lados del mismo, Alcocebre y hacia el acuífero de la Plana de Oropesa-
podrían explicar este fenómeno. En el sector de acuí- Torreblanca.
fero más próximo a la costa, coincidente con la En coherencia con lo expuesto, y de forma resu-
estructura antiforme jurásica de dirección NO-SE per- mida, se puede establecer que el drenaje principal del
pendicular a las alineaciones montañosas de acuífero se verifica de oeste a este hacia el mar, a tra-
Valdancha Oriental y de Irta, la presencia de este vés de la mencionada Sierra de Irta, y en menor medi-
umbral podría estar generada, por el contrario, por da por alimentación lateral a los acuíferos detríticos
flujos de circulación preferencial a través de conduc- instalados en las planas costeras de Vinaroz-
tos kársticos instalados a favor del eje de dicha Peñíscola y Oropesa-Torreblanca. Estos últimos
estructura, y que en última instancia serían los res- recursos podrían ser finalmente transferidos de
ponsables de la surgencia costera del manantial de forma difusa al mar a través de las formaciones
Figura 3. Esquema conceptual de flujo del acuífero Jurásico profundo de El Maestrazgo
Figure 3. Conceptual flow model diagram of the deepast El Maestrazgo Jurassic aquifer
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mesozoicas infrayacentes a dichas planas costeras (1989). Según éste, la alimentación del acuífero tiene
(Mejías et al., 2006). lugar por infiltración del agua de lluvia sobre los aflo-
ramientos permeables, con un volumen medio 81
hm3a-1;por alimentación vertical y lateral de la unidad
Balance hídrico y origen de los recursos colindante del sistema de Mosqueruela (fig. 3), esti-
mada en 60 hm3a-1; por alimentación vertical proce-
Los recursos del acuífero Jurásico de El Maestrazgo dente de acuíferos suprayacentes de menor entidad y
se generan principalmente por la infiltración directa con niveles piezométricos de mayor cota, unos 12
del agua de lluvia caída sobre los afloramientos per- hm3a-1,ypor aportes laterales procedentes del sector
meables pertenecientes al Jurásico y al tránsito acuífero del Turmell, evaluados en unos 10 hm3a-1. El
Jurásico-Cretácico, al que hay que sumar la escorren- total de todos estos conceptos permitiría cuantificar
tía generada sobre las formaciones impermeables la recarga del acuífero en unos 163 hm3a-1. Por su
que se infiltra posteriormente en el subsuelo al circu- parte, la descarga, estimada en el mismo volumen
lar sobre materiales permeables localizados aguas que el asignado a la alimentación, se establece en el
abajo. Debido a la particularidad de su estructura mencionado estudio de la siguiente forma: 80 hm3a-1
geológica, otro de los conceptos a considerar es la serían drenados al mar a través de los manantiales de
reinfiltración de aguas procedentes del drenaje de los la Sierra de Irta (Prat de Peñíscola, Las Fuentes de
acuíferos colgados superiores o de tramos permea- Alcocebre y Badum) y 65 hm3a-1 serían aportados a
bles de disposición subtabular con altos coeficientes las Planas de Vinaroz-Peñíscola y Oropesa-
de infiltración (barras calizas del Gargasiense, Torreblanca. Finalmente, unos 18 hm3a-1 serían extra-
Bedouliense y, especialmente, Barremiense superior), ídos por bombeos dispersos en sectores cercanos a
pero incapaces de almacenar agua. Este hecho debe las planas litorales.
potenciar un cierto efecto de retardo en la respuesta No obstante, estudios posteriores basados en la
del acuífero a las precipitaciones, con lo que el siste- reinterpretación del modelo geológico y en sondeos
ma adquiere una mayor componente inercial. de investigación (Serrano et al., 1995), así como en
También puede contribuir a este fenómeno la exis- una modelación matemática del sector costero del
tencia de epikarst o acuíferos colgados dentro de la acuífero, consideraron que la descarga es de 64 hm3
propia serie Jurásico-Cretácica, posiblemente propi- a-1,de los que 9 hm3a-1 descargarían por el sector cos-
ciados por los horizontes margosos del Portandiense- tero de las Fuentes de Alcocebre. Hay, por tanto, una
Valanginiense, como parece ser el caso del manantial importante disparidad entre las diversas estimacio-
Font del Molinar (fig.1) (Antón-Pacheco et al., 2005). nes existentes sobre los caudales y volúmenes dre-
Durante cierto tiempo fue asumido como válido, nados por dichas surgencias, que van desde los 1 a 2
en una primera aproximación y como punto de parti- m3s-1 (IGME-IRYDA, 1977; IGME, 1988), ambas equi-
da, el balance hídrico referido en el estudio del ITGE valentes a una media de 47 hm3a-1, para una descar-
Tabla 1. Volúmenes de agua drenados al mar desde la Sierra de Irta y desde la surgencia de Las Fuentes
Table 1. Water volume drained to the sea from the Sierra de Irta and Las Fuentes spring
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ga total del acuífero al mar a lo largo de todo el fren- ha calculado la recarga natural mediante la aplicación
te costero de 175 hm3a-1, hasta los mencionados 9 de métodos numéricos soportados en un sistema de
hm3a-1(Serrano et al.,1995) que implicarían caudales información geográfica, en concreto mediante el
medios de 0,25 a 0,3 m3s-1.Por último, en ITGE (1989) método APLIS (Andreo et al., 2004), obteniéndose un
se deducen valores de drenaje intermedios cifrados valor de 420 hm3 a-1.
entre 21 a 22 hm3a-1 (0,68 m3s-1), en este caso para Este relativamente amplio rango de valores en la
una descarga total a través de la Sierra de Irta de 80 cuantificación de la infiltración ha llevado a buscar
hm3a-1 (tabla 1). métodos que permitan evaluar las salidas de este sis-
Esta divergencia en los datos y conclusiones refe- tema hidrogeológico a lo largo de la línea costera,
rentes al balance hídrico del sistema no hace sino con objeto de intentar lograr de forma indirecta una
reflejar las dificultades existentes para la determina- aproximación al valor real de la recarga. Para estimar
ción de la recarga natural del mismo y, especialmen- dicho término ha sido preciso, en primer lugar, la
te, de sus salidas, dada la complejidad para realizar identificación de los puntos donde se producen las
mediciones directas del agua drenada por las surgen- descargas de aguas subterráneas (DAS) al mar y, a
cias a lo largo de la costa. continuación, la cartografía de dichas descargas
Con el objetivo de mejorar las estimaciones de mediante técnicas de teledetección aeroportada en el
algunos términos del balance hídrico, durante los infrarrojo térmico, obteniendo así unos datos objeti-
años 2005-2007, se ha realizado por parte del IGME, vos de partida para su evaluación posterior.
en el marco del mencionado proyecto HIPROMA,
varios estudios basados en diferentes métodos. Así,
se ha llevado a cabo un estudio hidrometeorológico Características del sensor AHS
para el cálculo de la lluvia útil, utilizando el método
de Thornthwaite, obteniéndose un valor medio anual El Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA)
de la recarga del sistema de 373 hm3a-1. También se ha adquirido recientemente un sensor de tipo hipe-
respectral aeroportado. Se trata de un espectrómetro
de imagen AHS (Airborne Hyperspectral Scanner) de
tipo opto-electrónico de barrido mecánico (whiskbro-
om) con 80 bandas (fig. 4), desarrollado por la com-
pañía Imaging Group ArgonST. Las características
técnicas del sensor se definen por su resolución espa-
cial, radiométrica, espectral y temporal, así como por
el tipo de geometría de adquisición (http:
//www.argonst.com/) (Rejas et al., 2004; Fernández-
Renau et al., 2005). El diseño óptico está compuesto
por un espejo giratorio cuya rotación produce el
barrido de la superficie observada en dirección per-
pendicular a la trayectoria del avión. Cada giro del
espejo adquiere una línea de imagen del terreno, de
manera que el avance del avión a una velocidad aco-
plada a la del espejo del sensor, permite la adquisi-
ción de la imagen mediante líneas consecutivas en la
dirección del vuelo.
La energía reflejada y/o emitida por la superficie
del suelo que se registra en el espejo, se fracciona
mediante un sistema de filtros dicroicos en diferentes
longitudes de onda en las ventanas atmosféricas del
visible al infrarrojo térmico, en 5 espectrómetros o
“puertos” individuales (Tabla 2). Estos espectróme-
tros constan de distintos detectores: una matriz lineal
de fotodiodos de silicio para el puerto 1, de InGaAs en
el puerto 2A, de InSb en los puertos 2 y 3, y MCT en
el puerto 4, estos últimos refrigerados con nitrógeno
Figura 4. El sistema AHS instalado en un avión CASA 212-200 del
líquido a 77ºK. Las diferentes bandas del sensor se
INTA
Figure 4. The AHS scanner in the CASA 212-200 INTA aircraft forman separando la energía mediante rejillas de
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difracción según su longitud de onda. Cada banda registra en 750 pixeles. Los canales en el infrarrojo
tiene una curva de responsividad espectral, que típi- térmico entre 8 a 14 mpueden llegar a detectar gra-
µ
camente es de forma gausiana, y se caracteriza por su dientes horizontales de temperatura de hasta 0,10 º C,
centro espectral de máxima respuesta y un ancho de en función de la diferencia de temperatura de ruido
banda o Full With Half Maximun (FWHM). Tanto el equivalente o NETDs (Noise Equivalent Temperature
número de bandas como su FWHM condicionan la Difference), que depende de la frecuencia de rotación
resolución espectral del sensor y el muestreo de la del espejo y del IFOV seleccionados (SenSytech,
signatura espectral. 2002).
La señal analógica de salida es amplificada por un
sistema electrónico y digitalizada en 12 bits. Las fuen-
tes de referencia interna son dos cuerpos negros cuya Campañas de vuelos
temperatura es seleccionable, y son observados y
registrados en cada línea de imagen, proporcionando Las características de estos sensores requieren una
un valor de “radiancia cero” en los canales reflectivos meticulosa planificación de los parámetros de vuelo
(1, 2 y 2A) y niveles de referencia para la calibración para obtener unos resultados satisfactorios en fun-
de los canales “emisivos” de los puertos 3 y 4. La ción de los objetivos planteados. En la planificación
geometría del sensor esta determinada por el FOV de la campaña se han tenido en cuenta las siguientes
(Field of View) y el IFOV (Instantaneous Field of View) variables: altura de vuelo, campo de visión instantá-
que, junto a la velocidad de barrido, determinan la neo (IFOV), velocidad de la plataforma, velocidad de
cobertura y resoluciones espaciales a las que puede barrido del espejo y temperatura máxima y mínima
registrar los datos. El IFOV del sensor y la altura de la de los cuerpos negros internos de calibración.
plataforma determinan la resolución espacial del Para la realización de los vuelos se ha selecciona-
píxel. La gama de velocidades de barrido del AHS es do una banda en dirección NNE, determinada por la
6,25; 8,3; 12,5; 16,7; 25; 40 Hz, que para un FOV de 90º orientación general de la línea de costa, que cubre el
yun IFOV de 2,5 mrad permiten obtener resoluciones sector litoral situado entre las localidades de
de 2,5 m a 13,7 m. El ángulo de barrido, medido en Benicasim y Peñiscola (Castellón) (fig. 5). Se han efec-
grados, determina la franja del terreno que se obser- tuado dos campañas de vuelos con objeto de regis-
va y el ancho de la imagen registrada. trar dos momentos térmicamente diferentes durante
Normalmente los sensores aeroportados barren la época estival, cuando se dan las condiciones de
con ángulos de 90º a 120º, mientras los satélites debi- máximo contraste térmico entre las aguas de las sur-
do a su mayor altura, necesitan ángulos menores, del gencias y las aguas litorales, ya que la temperatura
orden de 10º a 20º, para cubrir regiones mucho mas de la superficie del mar en verano es superior a la
extensas. Debido a que la distancia del sensor al temperatura del agua subterránea que permanece
terreno aumenta hacia los bordes de la línea de barri- prácticamente constante a lo largo del año. Se han
do, la resolución espacial y las distorsiones geométri- consultado a través de SAIDIN (Satellite Image
cas de la imagen se incrementan también en estas Database Interface, CNIMA-CSIC, http://www.cnima.
áreas. La anchura de la línea varía con la altura de csic.es/) los datos de temperatura de la superficie del
vuelo al variar el campo de visión. Cada línea se mar (SST) calculados a partir de datos AVHRR/NOAA
del Mediterráneo occidental.
La campaña diurna se realizó el día 21 de junio de
2006, entre las 12:45 UTC y las 14:00 UTC (14:45 y
16:00 hora local), y la campaña nocturna ese mismo
día, entre las 20:45 UTC y 22:50 UTC (22:45 y 00:50
hora local). En cada campaña se registraron tres
pasadas de aproximadamente 40 km de longitud: dos
pasadas a altura media (1.370 m; 4.500 ft) con una
anchura de 2,6 km, y una pasada alta (2.740 m; 9.000
ft) con una anchura de 5,2 km., y resoluciones espa-
ciales de 3,5 m y 7 m respectivamente.
Todas las pasadas de vuelo fueron registradas en
la misma dirección N40º con el fin de mantener unas
condiciones similares respecto a la iluminación solar
y a la dirección del viento. Las condiciones meteoro-
Tabla 2. Configuración espectral del sensor AHS
Table 2. AHS spectral configuration lógicas en las horas locales de los vuelos resultaron
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Antón-Pacheco, C. et al.,2007. Identificación y cartografía de surgencias... Boletín Geológico y Minero, 118 (Núm. Especial): 649-670
favorables, con cielo despejado, sin viento y mar en calidad aceptable, excepto varios canales del infrarro-
calma. Se adquirieron simultáneamente datos auxi- jo de onda corta (SWIR), entre 2,0-2,5 µm, (AHS47,
liares para calibración de las imágenes. AHS53, AHS55 y AHS61), que presentan una relación
señal/ruido < 5. Al tratarse de datos del infrarrojo
reflectivo, no ha tenido incidencia en el tratamiento
Tratamiento de los datos AHS de la información térmica. La pasada P02MD muestra
asimismo unos pequeños saltos en el nivel de ganan-
El INTA ha suministrado la información registrada por cia en los canales del visible por debajo de 0,6 µm y
el sensor AHS en unos ficheros de imagen en forma- líneas anómalas en algunos canales térmicos.
to ENVI de nivel L1a, que contienen los datos origina-
les sin proceso geométrico ni radiométrico, así como
los quicklooks (fig. 6) y gráficos con el histograma de Proceso radiométrico
las imágenes. También se han incluido los datos esta-
dísticos (ficheros *_stats.csv) para evaluar la calidad Obtención de radiancias en el sensor
de las imágenes. Incluyen las medidas de la relación
señal ruido (SNR), calculada como el cociente entre la En este proceso se han considerado por una parte las
radiancia media de la imagen y la desviación típica de imágenes correspondientes a la región reflectiva
la señal registrada sobre los cuerpos negros de refe- registradas en el VIS/NIR/SWIR (puertos 1y 2) y las
rencia en vuelo. En general, los datos presentan una imágenes correspondientes a la región del infrarrojo
Figura 5. Esquema de los vuelos (21/06/2006). Centro de las pasadas bajas P1 y P2 en rojo. Centro de la pasada alta P3 en azul
Figure 5. Flight paths location (21/06/2006). P1 and P2 low path lines in red and P3 high path line in blue
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Antón-Pacheco, C. et al.,2007. Identificación y cartografía de surgencias... Boletín Geológico y Minero, 118 (Núm. Especial): 649-670
térmico TIR (puertos 3 y 4). En ambos casos, el nivel
digital en cada banda ha sido convertido a radiancia
en el sensor. El proceso radiométrico utilizado ha sido
diferente en cada caso, utilizándose coeficientes de
calibración de laboratorio para las bandas reflectivas,
e información de los dos cuerpos negros de referen-
cia térmica y de las curvas de responsividad espectral
del instrumento en las bandas térmicas. Las tempera-
turas máximas y mínimas de los cuerpos negros de
referencia se definieron a 30ºC y 15°C respectivamen-
te para el vuelo nocturno, y a 45º C y 15º C para el
diurno. La resolución térmica de los vuelos diurno y
nocturno se expresa en las tablas 3 y 4.
Obtención de reflectividad y temperatura
Los valores de radiancia en el sensor se han converti-
do en valores de reflectividad lambertiana del terreno
(puertos 1 y 2) y en temperatura (puerto 4) utilizando
el modelo de corrección radiométrica ATCOR4. Los
valores de reflectividad obtenidos se han validado
comparando con firmas espectrales de superficies
equivalentes, y los valores de temperatura se han
contrastado con los datos tomados sobre el terreno,
simultáneamente al vuelo, con el instrumento
Thermacam del INTA. No se han calculado valores de
emisividad, ya que el valor del agua del mar es cons-
tante (0.985).
Figura 6. Quicklooksde las pasadas de la campaña diurna (PO1MD,
PO2MD, PO3AD) y de la campaña nocturna (PO1MN, PO2MN, Reducción del ruido en las bandas térmicas
PO3AN)
Figure 6. Quicklooks corresponding to the diurnal flight (PO1MD,
PO2MD, PO3AD) and to the nocturnal flight (PO1MN, PO2MN, El ruido en los canales térmicos es, en valor absoluto,
PO3AN) bajo en todas las bandas térmicas excepto en AHS80
Tabla 3. NEDT y resolución de digitalización en ºC de los vuelos diurnos
Tabla 3. Diurnal flights NEDT and digitization resolution in ºC
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