martes, 9 de abril de 2019

Proyectando hacia el futuro: El programa Dinámica EGO/ Projecting towards the future: The Dinamica EGO software


Dinamica EGO [1] es un programa libre creado para para el análisis ambiental y la dinámica de paisajes, que permite la creación de tendencias futuras a partir de un auto-entrenamiento utilizando situaciones previas en distintos momentos temporales. La plataforma permite la creación de modelos a través de una interfaz gráfica en la que se incorporan las funciones de cálculo (functors), los datos iniciales (mapas y tablas) y los resultados (mapas, tablas y pesos o “weights”) mediante los conectores de sus puertos (Figura 1). Dinámica EGO tiene implementados unos motores de cálculo que permiten maximizar los recursos de hardware (procesado en paralelo, memoria, …).
Su principal uso se basa en la aplicación de diversas funciones de cálculo relacionadas con los cambios de las cubiertas superficiales y los usos del suelo, así como una parte del análisis de paisajes del que dispone la plataforma. De esta forma se genera un modelo con una gran flexibilidad en las variables que inciden en el cambio según el territorio analizado. El modelo resultante, una vez calibrado, permitirá el análisis y la propuesta de un escenario futuro de los cambios ocurridos a lo largo del tiempo en los usos del suelo o los paisajes.
Los resultados del análisis de tendencias futuras permiten también su aplicación para evaluar las posibles incidencias ambientales de las mismas. Algunos ejemplos de análisis ambientales utilizando el resultado pre-establecido con Dinámica se relacionan con el estudio de de distintos escenarios como la deforestación [2, 3], los cambios recientes de usos del suelo  y cambio climático [4, 5, 6] y también la evaluación de procesos relacionados con los recursos hídricos {7,8,9].


Dinamica EGO [1] is free software developed for environmental analysis and landscape dynamics, which allows the creation of future trends from a self-training procedure using previous situations at different times. The platform construct models through a graphical interface in which the calculation functions (functors), the initial data (maps and tables) and the results (maps, tables and weights) are incorporated through the connectors of its ports (Figure 1). Dynamica EGO has implemented calculation engines that allow maximizing hardware resources (parallel processing, memory, ...).
Its main use is based on the application of various calculation functions related to changes in land cover and land use structures, as well as a part of the analysis of landscapes available to the platform. In this way, a model with great flexibility is generated using the variables that affect the change according to the territory analyzed. The resulting model, once calibrated, will allow the analysis and the proposal of a future scenario of the changes that have occurred over time in land uses or landscapes.
The results of future trends analysis also allow their application to evaluate their possible environmental incidents. Some examples of environmental analyzes using the pre-established result with Dynamica EGO are linked  to the study of different scenarios such as deforestation [2, 3], recent changes in land use and climate change [4, 5, 6] and also the evaluation of processes related to water resources {7,8,9].


Descarga del programa/Sotware Download: https://csr.ufmg.br/dinamica/releases/

Figura.  Diseño gráfico con funciones y conectores para la modelización y validación de cambios de cubiertas/usos del suelo (LUCC)
Figure 1. Graphic Design with functions and connectors for Land Use/Cover Changes (LUCC) Modeling

[1] Ferreira, B.M, Soares Filho, B.S, Pereira, F.M.Q. 2019. The Dinamica EGO Virtual Machine. Science of Computer Programming. Doi: https://doi.org/10.1016/j.scico.2018.02.002
[2] Ghilardi, A., Bailis, R., Mas, J.-F., Skutsch, M., Elvir, J.A., Quevedo, A., Masera, O., Dwivedi, P., Drigo, R., Vega, E., 2016. Spatiotemporal modeling of fuel wood environmental impacts: Towards improved accounting for non-renewable biomass. Environ. Model. Softw. 82, 241–254. Doi. https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2016.04.023
[3] Jaramillo-Giraldo, C., Soares Filho, B., Carvalho Ribeiro, S.M., Gonçalves, R.C., 2017. Is It Possible to Make Rubber Extraction Ecologically and Economically Viable in the Amazon? The Southern Acre and Chico Mendes Reserve Case Study. Ecol. Econ. 134, 186–197. Doi. https://doi.org/10.1016/j.ecolecon.2016.12.035
[4] Ahmed, S., Bramley, G., 2015. How will Dhaka grow spatially in future?-Modelling its urban growth with a near-future planning scenario perspective. Int. J. Sustain. Built Environ. 4, 359–377.
[5] Maeda, E., Pellikka, P., Siljander, M., J.F. Clark, B., 2010. Potential impacts of agricultural expansion and climate change on soil erosion in the Eastern Arc Mountains of Kenya. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2010.07.019
[6] Troupin, D., Carmel, Y., 2016. Landscape patterns of development under two alternative scenarios: Implications for conservation. Land Use Policy 54, 221–234. https://doi.org/10.1016/j.landusepol.2016.02.008
[7] Lima, L.S., Coe, M.T., Filho, B.S.S., Cuadra, S.V., Dias, L.C.P., Costa, M.H., Lima, L.S., Rodrigues, H.O., 2014. Feedbacks between deforestation, climate, and hydrology in the Southwestern Amazon: implications for the provision of ecosystem services. Landsc. Ecol. 29, 261–274. https://doi.org/10.1007/s10980-013-9962-1
[8] Veerbeek, W., Pathirana, A., Ashley, R., Zevenbergen, C., 2015. Enhancing the calibration of an urban growth model using a memetic algorithm. Comput. Environ. Urban Syst. 50, 53–65. https://doi.org/10.1016/j.compenvurbsys.2014.11.003
[9] Huong, H.T.L., Pathirana, A., 2013. Urbanization and climate change impacts on future urban flooding in Can Tho city, Vietnam. Hydrol Earth Syst Sci 17, 379–394. https://doi.org/10.5194/hess-17-379-2013

viernes, 22 de marzo de 2019

Hydro-BID una herramienta para el manejo y planificación del recurso hídrico en América Latina y el Caribe/Hydro-BID a tool for water resource management & planning in Latin America and the Caribbean


El Banco Inter-Americano de Desarrollo (BID) ha impulsado la creación de una plataforma de simulación de los recursos hídricos llamada Hydro-BID (Figura 1). El objetivo es apoyar a la región en el gran desafío que supone la gestión del agua, principalmente intentado reducir los efectos negativos que suponen los fenómenos extremos que están ocurriendo cada vez con más frecuencia y que están relacionados con el cambio climático.
 
The Inter-American Development Bank (IDB) has promoted the creation of a water resources simulation platform called Hydro-BID (Figure 1). The objective is to support the region in a great challenge: water management. They are trying to reduce the negative effects of the extreme phenomena that are occurring more and more frequently and that are related to climate change.
 
Figura 1. Logotipo de Hydro-BID.
Figure 1. Hydro-BID logo.
 

Esta herramienta facilita la gestión eficiente y la planificación de los recursos hídricos. Permite hacer predicciones de la disponibilidad de agua bajo diferentes circunstancias, tales como los efectos del cambio climático, el crecimiento demográfico y los cambios en el uso de la tierra. Por otro lado, Hydro-BID realiza análisis más específicos como gestión de embalses y capacidades generales de asignación del agua, simulación de aguas subterráneasy cambios en la calidad del agua atribuibles al transporte de sedimentos.
 
Hydro-BID fue creado para proveer una plataforma común para todos los países de América Latina y el Caribe. Con ella se puede crear una comunidad de conocimiento en la región para apoyar la gestión de los recursos hídricos, no sólo en cada país o cuenca, sino también en conjunto. El sistema Hydro-BID permite:
 
  • Evaluar la cantidad y calidad del agua de una cuenca o subcuenca hidrográfica.
  • Calcular las necesidades de infraestructuras.
  • Diseñar las estrategias y proyectos de adaptación a los cambios futuros.
 
The main goal of this tool is the efficient management and planning of water resources. It allows to make predictions of water availability under different circumstances, such as the climate change effects, population growth and land use changes. Besides, Hydro-BID performs more specific analyses such as reservoir management and general water allocation capabilities, groundwater simulation and water quality changes forecasts attributable to sediment transport.
 
Hydro-BID was created to provide a common platform for all countries in Latin America and the Caribbean that create a knowledge community in the region to support the management of water resources, not only in each country or basin, but also as a whole. The Hydro-BID system allows:
 
  • To evaluate the quantity and quality of wáter.
  • To calculate infrastructures needs.
  • To design strategies and adaptive projects in response to different planning.
 
El sistema Hydro-BID incluye varios componentes diferentes para la simulación y gestión de los recursos hídricos bajo escenarios de cambio:
 
  • Una Base de Datos Hidrográficos (LAC-AHD) que contiene más de 230.000 cuencas hidrográficas y cauces fluviales de América Latina y el Caribe (LAC).
  • Un Sistema de navegación GIS para examinar las cuencas y cauces.
  • Un modelo de datos: SQLITE, para organizar y formular bases de datos con diferentes tipos de información: clima, tipos de suelo, características de los suelos... Este modelo está relacionado con las subcuencas de la base de datos LAC-AHD.
  • Modelo hidrológico lluvia-escorrentía que permite generar caudales diarios en cada subcuenca basado en la formulación Generalized Watershed Loading Factor (GWLF).
 
The Hydro-BID system includes several components for the water resources simulation and management under change scenarios:
 
  • An Analytical Hydrography Dataset (AHD) representing over 230,000 catchments in the Latin America and Caribbean (LAC) region and their corresponding topography, river and stream segments.

    A GIS-based navigation tool to browse AHD catchments and streams with the capability of navigating upstream and downstream.
  • A data model: SQLITE, which allows to organize and formulate databases with different types of information: climate, soil types, soil characteristics ... This model is related to the LAC-AHD database.
  • A rainfall-run-off model based on the Generalized Watershed Loading Factor (GWLF) formulation that generates daily flows in each basin (Figure 2).
 
Se trata de una fuente abierta (open-source), diseñado para ser impulsado por la comunidad, permitiendo un proceso de mejora constante. Además, permite hacer simulaciones de los recursos hídricos en cualquier escala de tiempo: intra/inter-anual, decenal y más allá. Esta plataforma se está aplicando actualmente en varios países de la región como son Argentina, Perú (a nivel nacional), Ecuador, Brasil y Haití.
 
Hydro-BID is an open-source tool: designed to be community-driven, opening the doors to a rich development and improvement process. It simulates basin hydrology driven by climate in a modular, flexible and scalable way and it is tailored to simulate water resources at all time-scales: near term, intra/inter-annual, decadal and beyond. Hydro-BID is currently being piloted in Argentina, Peru, Ecuador, Brazil, and Haití.
 
Figura 2. Estructura y flujo de trabajo de Hydro-BID.
Figure 2. Hydro-BID structure and workflow.

miércoles, 6 de marzo de 2019

¿Cómo elaborar una base de datos espacial de patrimonio hidráulico? Aplicación de la metodología en la Comunidad de Madrid/ How to elaborate a hydraulic heritage spatial database? Methodological application in the Community of Madrid


El patrimonio hidráulico es un legado que generalmente ha sido olvidado en la gestión territorial y en las acciones de protección de las administraciones públicas. Este patrimonio expresa la forma en que los habitantes han usado sus recursos hídricos y sus estructuras relacionadas durante siglos. Para una correcta gestión del patrimonio hidráulico, es necesario elaborar un inventario de los bienes existentes. Por este motivo se ha creado un inventario espacial y temático del patrimonio hidráulico de la Comunidad de Madrid, utilizando las herramientas del Sistema de Información Geográfica (SIG) (Figura 1).
Hydraulic heritage is a legacy that has generally been forgotten in territorial management and protective actions. This heritage expresses the way in which inhabitants have used their water resources and related structures for centuries. For proper management, it is necessary to draw up an inventory. Using Geographical Information System (GIS) tools (Figure 1), a spatial and thematic inventory of the hydraulic heritage located in the Community of Madrid has been created.


Figura 1. Esquema metodológico para el inventario del patrimonio hidráulico.
Figure 1. Methodological scheme for the inventory of the hydraulic heritage.

Este inventario muestra tanto la abundancia (más de 5800 entidades de tipo puntual) como la diversidad (28 categorías en la capa de tipo de entidades de punto) de elementos hidráulicos históricos que hay en la región. Toda la información de este trabajo ha sido extraída de mapas antiguos (1870–1960). Para ello, se diseñó una base de datos para proporcionar información espacial, temática y temporal sobre este patrimonio.
This inventory shows the conditions, both in abundance (more than 5800 point type entities) and diversity (28 categories in the point entities type layer), of historical hydraulic elements in the region. All the information in this work has been extracted from old maps (1870–1960). A database was designed to provide spatial, thematic and temporal information on this heritage.
La distribución de elementos se concentró principalmente en las llanuras aluviales y las áreas metropolitanas de la región (Figura 2). Gran parte de los elementos hidráulicos están en peligro debido al aumento de la presión urbana en la región y el paulatino abandono de alguno de ellos. El crecimiento urbano y la modernización agrícola son los principales factores que influyen en la supervivencia de este tipo de elementos patrimoniales.
Element distribution was concentrated mainly in the alluvial plains and the metropolitan areas of the region (Figure 2), and it has been proven how hydraulic elements are endangered due to increasing urban pressure. Urban expansion and agricultural modernisation are the main factors influencing the survival of this type of assets.


Figura 2 Distribución de los elementos de tipo punto del Patrimonio Hidráulico de la Comunidad de Madrid (a) y Mapa de densidad de elementos patrimoniales (b).
Figure 2. (Spatial distribution of the hydraulic Heritage point entities in the Community of Madrid (a) and heritage elements density map (b).

El trabajo, publicado en la revista Science of The Total Environemnt (1), ha sido desarrollado por el Dr. Alberto Blanco, la Dra. Irene de Bustamante y el Dr. Juan Antonio Pascual, investigadores del Instituto IMDEA Agua. El artículo presenta una metodología extrapolable a cualquier parte del mundo que posea unos mapas antiguos que representen elementos patrimoniales relacionados con el agua (o de cualquier otro tipo).
This work, which has been published in Science of The Total Environment (1), has been authored by Dr. Alberto Blanco, Dr. Irene de Bustamante and Dr. Juan Antonio Pascual researchers at the IMDEA Water Institute. The paper presents a methodology that can be extrapolated to any part of the world that has old maps that represent heritage elements related to water (or any other type of heritage).
 
(1) Blanco, A., Bustamante, I., Pascual-Aguilar, J.A. (2019). Using old cartography for the inventory of a forgotten heritage: The hydraulic heritage of the Community of Madrid. Science of The Total Environment, 665: 314-328.