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Morphometric Properties and Land Cover Dynamics of River Shemankar Upper Drainage Basin, Plateau State, Nigeria

Este estudio analiza las propiedades morfométricas y la dinámica de la cobertura del suelo de la cuenca de drenaje superior del río Shemankar de sexto orden en el estado de Plateau, Nigeria, revelando una expansión agrícola significativa y un declive de la vegetación junto con fuertes correlaciones entre los cambios en el uso del suelo y las características de la cuenca, al tiempo que valida la utilidad comparable del SRTM y otros DEM para el modelado hidrológico.

Autores originales: Peter Damulak DAKUNG, Aderemi ADEDIJI, Samson Akintunde OGUNYEMI, Damilola Bolarinwa FAGBOHUN, Samuel Adeyemi SAMSON, Arinzechukwu Charles OWOH, Gloria Ucham Maren MASHAT, Mark Fredrick OCHOLI, Daniel

Publicado 2026-07-30

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CC BY 4.0

Autores originales: Peter Damulak DAKUNG, Aderemi ADEDIJI, Samson Akintunde OGUNYEMI, Damilola Bolarinwa FAGBOHUN, Samuel Adeyemi SAMSON, Arinzechukwu Charles OWOH, Gloria Ucham Maren MASHAT, Mark Fredrick OCHOLI, Daniel Nandi DABIS

Artículo original bajo licencia CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Esta es una explicación generada por IA del artículo a continuación. No ha sido escrita ni avalada por los autores. Para mayor precisión técnica, consulte el artículo original. Leer descargo de responsabilidad completo

El plano de un vecindario de un río

Imagine una cuenca de un río no solo como una colección de agua fluyendo cuesta abajo, sino como un vecindario bullicioso y vivo. En este vecindario, los ríos son las calles, las colinas son los edificios y el suelo es el pavimento. Los científicos que estudian estos lugares se llaman geomorfólogos e hidrólogos. Ellos utilizan una herramienta especial llamada análisis morfométrico, que es esencialmente una forma de medir la "forma del cuerpo" de un sistema fluvial. Así como un médico podría medir su altura, envergadura y peso para entender su salud, estos científicos miden la longitud de los arroyos, el número de ramificaciones y la pendiente del terreno para entender cómo se mueve el agua, dónde podría inundarse y cuánto se filtra la lluvia en el suelo.

Otra parte crucial de esta historia es la cobertura del suelo, que es simplemente lo que está situado sobre el terreno. ¿Es un bosque exuberante y verde, una montaña rocosa, una ciudad concurrida o una granja? Piense en la cobertura del suelo como el "atuendo" del vecindario. Cuando el atuendo cambia —por ejemplo, de un bosque suave y esponjoso a una calle de la ciudad dura e impermeable— la forma en que el vecindario maneja la lluvia cambia por completo. Esto es importante para todos porque si no entendemos cómo están formados estos vecindarios y cómo están cambiando, no podemos predecir inundaciones, gestionar el agua para la agricultura o proteger nuestros hogares de la erosión.

La historia del rostro cambiante del Río Shemankar

En este estudio, un equipo de investigadores decidió observar de cerca el "vecindario" de la Cuenca de Drenaje Superior del Río Shemankar en el Estado de Plateau, Nigeria. Querían mapear su forma física y ver cómo había cambiado su "atuendo" a lo largo del tiempo. Para hacer esto, actuaron como detectives digitales, utilizando imágenes satelitales y modelos computarizados de la superficie terrestre (llamados DEMs) para medir los huesos y la piel de la cuenca.

Primero, midieron el "cuerpo" de la cuenca. Descubrieron que es un área masiva de 4,249.5 km², aproximadamente el tamaño de un país pequeño. Es una cuenca de 6º orden, lo que significa que tiene una jerarquía compleja de corrientes, comenzando con pequeños hilos (1er orden) que se fusionan en ríos más grandes, formando finalmente un gigante río principal (6º orden). La cuenca es bastante alta, con una diferencia de altura total (relieve) de 1,380 metros desde sus picos más altos hasta sus valles más bajos. Sin embargo, a pesar de ser alta, las "calles" (arroyos) son en realidad bastante escasas. La densidad de drenaje es baja, con 0.79 km/km², lo que significa que no hay muchos arroyos agrupados estrechamente. Esto sugiere que el suelo es bueno absorbiendo agua, y la cuenca tiene la forma de un óvalo largo y estirado en lugar de un círculo perfecto.

Después, el equipo observó cómo cambió el "atuendo" del vecindario entre los años 2000 y 2024. Los resultados mostraron un cambio de imagen dramático. En el año 2000, el área era una mezcla de granjas (51.3%) y afloramientos rocosos (28.5%). Avanzando rápidamente hasta 2024, el paisaje se había transformado. Las tierras agrícolas explotaron, tomando el control del 80.8% de la cuenca. Mientras tanto, los afloramientos rocosos y la vegetación natural disminuyeron significamente. Las áreas urbanas (ciudades y pueblos) también crecieron, triplicándose desde un minúsculo 0.5% hasta un 3.7%. Es como si el vecindario hubiera cambiado su abrigo verde y rocoso por una chaqueta de granja pesada y uniforme.

Luego, los investigadores se preguntaron: "¿Cambia este nuevo atuendo la forma en que funciona el cuerpo del río?". Realizaron pruebas estadísticas para ver si la cantidad de tierras de cultivo o rocas estaba vinculada a cuántos arroyos existían. La respuesta fue un "sí" rotundo. Encontraron una fuerte relación positiva (con una puntuación estadística, R², entre 0.70 y 0.81) entre las tierras agrícolas/afloramientos rocosos y el número de arroyos. En lenguaje sencillo, cuanto más se despejaba la tierra para la agricultura o se exponía como roca, más nuevos pequeños arroyos y canales se formaban. Esto sucede porque el suelo desnudo y la roca no absorben bien el agua, por lo que la lluvia escurre rápidamente, tallando nuevos caminos. Por el contrario, la vegetación tuvo un efecto inverso y débil; donde permanecían las plantas, se formaban menos arroyos nuevos porque las plantas actuaban como esponjas, reteniendo el agua y evitando que tallara nuevos canales.

Finalmente, el equipo realizó una misión secundaria para ver si sus herramientas digitales decían la verdad. Compararon dos tipos diferentes de mapas satelitales: uno del sensor ASTER y otro de SRTM. Se preguntaban si una herramienta daba una mejor imagen de la forma del río. Realizaron una prueba estadística llamada ANOVA, que comprueba si dos grupos de números son significativamente diferentes. El resultado fue sorprendente: no hubo una diferencia significativa (p = 0.285) entre los dos mapas. Ambas herramientas dieron mediciones muy similares de la forma de la cuenca. Sin embargo, el mapa SRTM pareció captar algunos arroyos más pequeños y mostró números ligeramente más altos para la "intensidad" de su drenaje, lo que lo convierte en una herramienta ligeramente más nítida para ver los detalles finos del flujo de agua.

Al final, el estudio revela que la cuenca del Río Shemankar es un sistema estable y bien organizado que está siendo remodelado por las manos humanas. La rápida expansión de la agricultura y la pérdida de la vegetación natural están cambiando activamente la estructura del río, creando más canales y alterando cómo se mueve el agua. Aunque los mapas digitales utilizados para estudiar esto son confiables, el mensaje es claro: la forma en que vestimos nuestra tierra importa. A medida que el "atuendo" pasa de la naturaleza a la agricultura, el cuerpo del río responde, tallando nuevos caminos y cambiando el flujo de vida en la cuenca.

Resumen Técnico: Propiedades Morfométricas y Dinámicas de Cobertura Terrestre de la Cuenca Alta del Río Shemankar, Estado de Plateau, Nigeria

Planteamiento del Problema y Brechas de Investigación
A pesar de la disponibilidad de numerosos estudios morfométricos en Nigeria, persisten brechas significativas respecto a la Cuenca Alta del Río Shemankar en el Estado de Plateau. La literatura carece de una caracterización morfométrica detallada y de una investigación de la cobertura terrestre espacio-temporal para esta cuenca específica. Además, los estudios existentes emplean frecuentemente metodologías aisladas que no logran integrar los cambios en la cobertura terrestre (como la deforestación y la expansión agrícola) con el comportamiento hidrológico. Adicionalmente, existe una falta de evaluación crítica sobre la precisión y el rendimiento comparativo de diferentes Modelos Digitales de Elevación (DEM), específicamente ASTER frente a SRTM, al ser aplicados en cuencas tropicales. Este estudio aborda estas deficiencias mediante la realización de un análisis integrado de las propiedades morfométricas y las dinámicas de la cobertura terrestre, evaluando simultáneamente la fiabilidad de diferentes fuentes de DEM.

Metodología
El estudio utilizó un enfoque geoespacial combinando Teledetección (RS) y Sistemas de Información Geográfica (SIG).

Fuentes de Datos: La investigación empleó coordenadas GPS para la verificación de campo, imágenes Landsat de 2000 (L7 ETM+), 2012 (L7 ETM+) y 2024 (L9 OLI/TIRS), y dos DEM (ASTER y SRTM) con una resolución de 30 m.
Preprocesamiento: Los datos se sometieron a corrección radiométrica (FLAASH), enmascaramiento de nubes y llenado de sumideros (sink filling) para asegurar la precisión.
Análisis Morfométrico: Utilizando herramientas de Arc Hydro, se extrajo la red de drenaje basada en un umbral de acumulación de 1,000 celdas. El orden de los corrientes siguió el método de Strahler (1952). Se calcularon los parámetros lineales, de área y de relieve utilizando fórmulas estándar.
Clasificación de Cobertura Terrestre: Se aplicó la Clasificación de Máxima Verosimilitud (MLC) supervisada a las imágenes Landsat para clasificar seis tipos de cobertura terrestre: tierras agrícolas, vegetación, afloramientos rocosos, suelo desnudo, áreas urbanas y cuerpos de agua.
Análisis Estadístico:
- Análisis de Regresión: Se utilizó para evaluar las relaciones entre las clases de cobertura terrestre (variables independientes) y las propiedades morfométricas (variables dependientes) a través de diez subcuencas.
- ANOVA: Se realizó un Análisis de Varianza de un factor para probar las diferencias significativas entre los parámetros morfométricos derivados de los DEM ASTER y SRTM.

Resultados Clave

Características Morfométricas: La cuenca es un sistema de sexto orden que cubre 4,249.5 km². Presenta una elongación moderada (Relación de Elongación = 0.24), baja densidad de drenaje (0.79 km/km²) y un relieve alto (1,380 m). El patrón de drenaje dendrítico sugiere una litología homogénea con un control estructural mínimo.
Dinámicas de Cobertura Terrestre (2000–2024): Se observó una transformación antropogénica significativa. La tierra agrícola se expandió drásticamente del 51.3% (2000) al 80.8% (2024). Por el contrario, los afloramientos rocosos y la vegetación disminuyeron, mientras que las áreas urbanas aumentaron del 0.5% al 3.7%.
Cobertura Terrestre vs. Morfometría: El análisis de regresión reveló relaciones positivas fuertes ( $R^2 = 0.70–0.81$ ) entre las tierras agrícolas/afloramientos rocosos y el número de corrientes, la densidad de drenaje y la frecuencia de corrientes. La vegetación mostró efectos inversos débiles, indicando su papel en la reducción de la escorrentía y la formación de canales.
Comparación de DEM: Aunque tanto ASTER como SRTM produjeron resultados morfométricos comparables, el SRTM capturó un mayor número de corrientes e índices hidrológicos (por ejemplo, mayor frecuencia de corrientes y números de infiltración). Sin embargo, los resultados del ANOVA ( $p = 0.285 > 0.05$ ) indicaron que no hay una diferencia estadísticamente significativa entre los conjuntos de datos, validando ambos para el modelado hidrológico en este contexto.

Contribuciones Clave

Datos de Referencia: El estudio proporciona la primera caracterización detallada de la morfometría y la cobertura terrestre espacio-temporal para la Cuenca Alta del Río Shemankar, llenando un vacío de datos crítico para el Estado de Plateau.
Análisis Integrado: Vincula con éxito los cambios en la cobertura terrestre con los parámetros morfométricos, demostrando cómo la expansión agrícola y la pérdida de vegetación influyen directamente en la densidad de drenaje y la frecuencia de corrientes.
Validación Metodológica: La investigación ofrece una evaluación comparativa de los DEM ASTER y SRTM en un entorno tropical, confirmando que, si bien el SRTM puede ser más sensible a la intensidad del drenaje, ambos conjuntos de datos producen resultados morfométricos estadísticamente similares adecuados para la planificación regional.

Significancia y Reivindicaciones
El artículo sostiene que la Cuenca Alta del Río Shemankar es un sistema estructuralmente estable y de equilibrio hidrológico, con un potencial de inundación moderado debido a su forma alargada y altas tasas de infiltración. Sin embargo, el estudio enfatiza que las actividades humanas, particularmente la expansión agrícola y la urbanización, están alterando significativamente la dinámica ambiental de la cuenca. Los hallazgos sugieren que la conversión de la vegetación en tierras agrícolas y afloramientos rocosos ha intensificado la escorrentía superficial y la formación de canales.

Los autores concluyen que la gestión sostenible de la tierra y los esfuerzos de conservación son esenciales para preservar la estabilidad ecológica y la integridad hidrológica de la cuenca. El estudio afirma que los datos geoespaciales derivados sirven como una base confiable para la planificación de cuencas, mecanismos de control de inundaciones y la evaluación del potencial de aguas subterráneas en la región.

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