Modelling land change scenarios in the Gaza strip and impacts on the environmental elements

Resumen

Según el reglamento de la Universidad de Granada, una tesis doctoral puede consistir en una “agrupación de publicaciones” y se presentará como un informe sobre los artículos de investigación publicados por el doctorando en revistas académicas o dentro de los círculos científicos relevantes en su área de conocimiento. La recomendación del Consejo Asesor de Doctorado es que aquellos estudiantes de Doctorado que utilicen este formato deben incluir un mínimo de tres artículos y un informe sobre el factor de impacto que han tenido estas publicaciones. La presente Tesis, por agrupación de trabajos de investigación o Tesis por compendio de publicaciones, incluye cuatro estudios sobre el cambio de usos y coberturas del suelo en la Franja de Gaza (Palestina) y su impacto sobre el medio ambiente de esta región. Dos trabajos (Capítulo 5 y Capítulo 7) fueron publicados como artículos en la revista Arabian Journal of Geosciences – Journal Citation Report (JCR) 1.224. El Capítulo 5 fue citado en un artículo y el Capítulo 7 fue citado en 30 artículos y un capítulo de libro. A ellos se une un capítulo de libro en la editorial Springer (Capítulo 6), que se encuentra actualmente en prensa y cuenta ya con asignación de doi, y otro artículo (Capítulo 8), que está en proceso de revisión. Siguiendo el reglamento de la Universidad de Granada sobre las secciones que debe tener una Tesis por compendio de publicaciones, la misma se inicia con un resumen amplio de la tesis. A continuación, la Parte I se divide en 4 capítulos: Capítulo 1, que presenta el contexto, los conceptos básicos y la estructura de la tesis; Capítulo 2, que establece la Hipótesis y los Objetivos; Capítulo 3, que describe la zona de estudio, centrándose especialmente en las características naturales de la Franja de Gaza, su demografía, su situación socioeconómica, los cambios de uso del suelo en las últimas décadas, la aportación de la Franja de Gaza al cambio climático, el transporte en esta zona y la situación política; y, finalmente, en el Capítulo 4 se explica la metodología aplicada en las cuatro aportaciones. La segunda parte (Parte II) tiene dos capítulos (un artículo - Capítulo 5 y un capítulo de libro - Capítulo 6), que presentan los resultados y la discusión tras la aplicación de la metodología de análisis y modelado del cambio de usos y coberturas del suelo presentada en el Capítulo 4. La Parte III se compone de 2 capítulos (un artículo ya publicado - Capítulo 7 y otro artículo en proceso de revisión - Capítulo 8), que se centran en los impactos de los cambios en el uso y la cobertura del suelo sobre el medio ambiente. A estas partes le siguen las conclusiones y las perspectivas globales sobre la tesis. La tesis acaba con dos anexos: Anexo I – El factor de impacto y análisis de la calidad de las aportaciones (Capítulo 7, Capítulo 5. Capítulo 6) y Anexo II – Emisiones de CO2 en la Franja de Gaza. 1. Introducción La Franja de Gaza ha sido un escenario de conflicto durante décadas. Cada uno de los múltiples conflictos ha dejado su impronta en la zona, y a lo largo del tiempo se ha desarrollado una huella medioambiental importante (UNEP 2009). La tasa de crecimiento de la población y de la expansión urbana que impulsa ha afectado a la región entera. Por lo general los gazatíes prefieren vivir cerca de los servicios e infraestructuras urbanas, que normalmente se encuentran en el centro de las zonas residenciales, y prefieren evitar las zonas de peligro. La Franja de Gaza ha estado implicada directamente en muchas guerras, las últimas en 2008, 2012 y 2014. La más destructiva en cuanto a edificios e infraestructuras fue la guerra de 2014. Los israelíes lanzaron una ofensiva contra la Franja de Gaza el 8 de julio que continuó hasta el 26 de agosto de 2014. Dejó un reguero de devastación por toda la región de grados distintos, desde daños estructurales hasta la destrucción completa de miles de casas. Es probable que la reconstrucción post-bélica aumente el crecimiento urbano aún más, incrementando de esta forma la presión sobre lo que ya es una zona abarrotada. El uso y la cobertura del suelo en la Franja de Gaza está sujeto a una creciente presión por el incremento demográfico, lo cual provoca la disminución y la degradación de elementos medioambientales que ya han sido dañados, como el agua, la tierra y los recursos naturales. Esto puede tener consecuencias directas para la salud pública. Para la planificación futura de zonas como esta es imprescindible poder entender, predecir y analizar el uso y la cobertura del suelo. Uno de los factores más importantes que afecta a la Franja de Gaza es la rápida tasa de crecimiento demográfico, que se ha convertido en uno de los temas más acuciantes en la sociedad palestina hoy en día. Según la Oficina Central de Estadística Palestina, con las tasas de crecimiento de los últimos años, 3,44% a mediados de 2013, y 3,41% a mediados de 2014 (PCBS 2014) para el año 2023 la población de la Franja de Gaza habrá llegado a más de 2,4 millones de personas. Esta zona ya tiene una de las densidades de población más altas del mundo con una cifra estimada de 3.956 personas/ km² en el año 2006. Esta tasa de crecimiento demográfico y la expansión urbana que conlleva afecta a toda la región. Esta cifra es incluso más alta en la Gobernación de Gaza (unas 6.834 personas / km²) donde se concentra la mayor parte de la población. Otro problema serio en Gaza es la expansión urbana dispersa. El número de unidades de vivienda en la Franja de Gaza aumentó desde 116,445 en 1997 hasta 147,437 en 2007 (PCBS 2012). La presión sobre el suelo en esta región se ha incrementado debido a diversos factores humanos y naturales, repercutiendo en la calidad y cantidad de suelo disponible (Abuelaish y Camacho 2016). La urbanización de zonas no urbanas ha aumentado la presión sobre los ecosistemas naturales (Taubenbock et al. 2012, Haas y Ban 2014) y trae consigo la contaminación de la tierra, el agua y el aire (Duh et al. 2006, Ren et al. 2003). El cambio de usos y coberturas del suelo (conocido por sus siglas en inglés como LUCC) es un motor clave del cambio medioambiental a nivel mundial y tiene importantes implicaciones en las políticas nacionales e internacionales (Nunes y Auge 1999; Lambin 2001), lo cual nos indica que los impactos de estos cambios son aspectos cruciales para muchos programas gubernamentales. Por lo tanto es de vital importancia medir y documentar los niveles, motores y consecuencias de estos cambios. El LUCC se relaciona a menudo con la planificación territorial, los suministros agrícolas y el crecimiento urbano (Paegelow y Camacho, 2008). En los países en desarrollo, el problema de la expansión urbana dispersa se empeora por la falta de planificación de los usos y coberturas del suelo (Jat et al. 2008; Bayramoglu y Gundogmus 2008; Han et al. 2009; Biggs et al. 2010; Lee y Choe 2011). 2. Hipótesis y Objetivos 2.1. Hipótesis La hipótesis principal de este estudio es que la tasa de crecimiento urbano en la Franja de Gaza, que es sobre todo el resultado del desarrollo urbano y de la reconversión agrícola, está muy influenciada por los cambios dinámicos en la situación política. La inestabilidad inherente a esta situación complica mucho cualquier intento de evaluar la tasa de cambio en el uso y la cobertura del suelo (LUCC) en la Franja de Gaza. Por lo tanto varios modelos han sido aplicados para evaluar los cambios en los datos del LUCC para distintos periodos, en función de los cambios en la situación política. Estos modelos pueden ser comprobados empíricamente para permitirnos hacer previsiones y evaluar escenarios para el futuro de la Franja de Gaza, tratando a todas las zonas no urbanas como si fueran zonas agrícolas. Nuestra hipótesis secundaria versa sobre los impactos del LUCC sobre el medio ambiente. Las cuencas de agua subterránea son propensas a recibir y a transmitir la contaminación causada por actividades humanas y cambios en el uso del suelo. Esto quiere decir que hay partes del acuífero en la zona de estudio que son vulnerables a la contaminación. En esta tesis se realiza un análisis de la distribución espacial de los parámetros y de las condiciones en las que el agua subterránea se podría contaminar. Parece probable que la salinidad del agua subterránea se extenderá a la mayor parte de la Franja de Gaza debido a los altos niveles de extracción de agua dulce y el crecimiento rápido de la población. 2 .1. Objetivos La investigación se centra en los métodos y técnicas utilizados para modelizar y analizar el incremento en el LUCC, como fenómeno especialmente complejo en la zona de estudio, la Franja de Gaza. Para modelar los distintos escenarios de cambio de usos de suelo es imprescindible tener en cuenta las dimensiones físicas y socio económicas del LUCC y sus impactos sobre el medio ambiente. Nuestro objetivo principal es encontrar un modelo y unas técnicas fácilmente aplicables que ayuden a los actores claves en Palestina a la toma de decisiones, ofreciéndoles distintos escenarios que puedan ser útiles en la planificación futura de la Franja de Gaza. Dentro de este marco principal, los objetivos secundarios de este estudio son: • Identificación y delineación de las distintas categorías de usos y coberturas del suelo utilizando datos obtenidos con la teledetección y las ortofotos rectificadas. • Simulación, escenarios, modelación y previsión de LUCC en la Franja de Gaza. • Generación de datos sobre los cambios que ya han ocurrido en la zona en varias categorías de LUCC a lo largo de distintos períodos. • Construcción de una base de datos basada en un Sistema de Información Geográfica (SIG) para las zonas de estudio. • Modelación y predicción de indicadores medioambientales como la vulnerabilidad del agua subterránea a la contaminación y la salinidad del agua subterránea. • Ayuda a los actores principales a tomar decisiones sobre la gestión del uso del suelo, la planificación urbana, la situación medioambiental y los escenarios futuros para la Franja de Gaza y sus ciudadanos. 3. Zona de Estudio La Franja de Gaza ocupa una franja estrecha de la llanura costera del Mediterráneo. Mide aproximadamente 41 km de largo y de 6 a 12 kilómetros de ancho, con una superficie total de 365 km². Comparte una frontera de 12 km con Egipto al suroeste, mientras que al este y al norte está rodeada por Israel (el resto de la Franja - 51 km de fronteras). La Franja de Gaza tiene un clima templado con inviernos suaves (sobre 13ºC) y veranos cálidos con frecuentes sequías (27 - 29ºC). La precipitación media es de unos 300 mm al año (MOAg 2013). El terreno es plano u ondulado con dunas de arena cerca de la costa. En términos topográficos, la Franja de Gaza desciende gradualmente de este a oeste y la elevación sobre el mar varía desde los 110m en el este a los 10m en el oeste. 4. Metodología La tesis aborda dos temas de estudio principales. Primero, el análisis, los escenarios y el modelado de los cambios de usos y coberturas del suelo, y segundo, los impactos de estos cambios sobre el medio ambiente, en particular el estudio de la calidad del agua en la Franja de Gaza como resultado del cambio del uso del suelo, la creciente población y la disminución de las zonas dedicadas a la agricultura. El primer tema que se aborda es el análisis y modelado de los cambios de usos y coberturas del suelo (Sección 4.1.). Los resultados y las discusiones sobre este tema se presentan en los Capítulos 5 y 6: • Capítulo 5: Escenario del cambio de usos y coberturas del suelo en la Franja de Gaza utilizando la Teledetección y los SIG. • Capítulo 6: Análisis y modelado del cambio de usos de suelo urbano: estudio del caso de la Franja de Gaza. El segundo tema principal, los impactos de los cambios en el uso y la cobertura del suelo sobre el medio ambiente, se analiza desde dos perspectivas distintas: • La sección 4.2. presenta la metodología utilizada en el Capítulo 7 en el que evaluamos la vulnerabilidad del acuífero a la contaminación en la Gobernación de Khan Younis, Franja de Gaza—Palestina, utilizando el modelo DRASTIC dentro del SIG. • La sección 4.3 presenta la metodología utilizada en el Capítulo 8 en el que estudiamos la eficacia de SIG como instrumento para analizar la salinidad del agua subterránea, fijándonos de nuevo en la Franja de Gaza como caso de estudio. Parte II: Resultados y Discusión. Capítulos 5 y 6 Capítulo 5: Abuelaish B., Camacho Olmedo MT (2016). Scenario of land use and land cover change in la Franja de Gaza using Remote Sensing and GIS models, Journal: Arabian Journal of Geosciences, http://dx.doi.org/10.1007/s12517-015-2292-7 LUCC es un cambio medioambiental transcendental a nivel mundial y las proyecciones de estos cambios son esenciales a la hora de realizar cualquier evaluación del medio ambiente en el futuro. Para el año 2023 la población de la Franja de Gaza habrá alcanzado más de 2.4 millones de habitantes, y la demanda de suelo excederá por mucho su capacidad sostenible. La planificación del uso del suelo es uno de los temas más complicados y polémicos en la Franja de Gaza, dado su pequeña superficie (365 km²). El continuo crecimiento urbano e industrial redoblará la presión sobre la cobertura del suelo, a no ser que se implementen acciones apropiadas de planificación y gestión integrada de forma inmediata. Los encargados de la planificación necesitan más estadísticas y más herramientas de estimación para poder conseguir una visión de futuro basada en datos fiables. Por lo tanto este estudio combina el uso de la teledetección por satélite con sistemas de información geográfica (SIG). La base de datos espacial se desarrolla utilizando cinco imágenes Landsat recogidas en 1972, 1982, 1990, 2002 y 2013. Seleccionamos tres modelos SIG en el software Idrisi Selva para intentar proyectar la superficie urbana total en el año 2023: Geomod, Cellular Automata Markov (CA_Markov) y Land Change Modeler (LCM). También utilizamos la estimación estadística para indicar la diferencia cuantitativa entre la regresión y la cadena Markov. Utilizamos los 3 modelos SIG para simular las probables zonas urbanas en el año 2023 en un solo escenario. En los tres modelos los resultados muestran un cambio drástico en la cobertura del suelo y el crecimiento de la zona urbana desde 1972 a 2013 con la urbanización de zonas agrícolas. Estos modelos pueden ayudar a los responsables del uso del suelo y de la planificación de la ciudad a entender probables crecimientos futuros para así planificar mejor el desarrollo. Las zonas urbanas están creciendo de forma constante, mientras que las zonas no urbanas o agrícolas retroceden. Los resultados de la simulación muestran la misma cantidad de zona urbana para el año 2023 en los tres modelos según las cadenas Markov, i.e. 212,3 km2 (58,3% del área total de la Franja de Gaza), aunque se podría observar varias diferencias espaciales entre las previsiones de los tres modelos para la superficie urbana en cada una de las cinco gobernaciones. Los resultados del escenario de tendencias pasadas para la distribución espacial en 2023 señalaron ciertas diferencias entre los tres modelos SIG; hay similitudes en la asignación de zonas urbanas entre Geomod y CA_Markov, y hay diferencias en el LCM, que estimó que la expansión urbana cubrirá un 59 % de la superficie. Los tres modelos prevén que la expansión del suelo urbano ocurrirá cerca de la zona urbana existente en el año 2013. Esto tiene sentido dado que se suelen construir edificios a lo largo de las carreteras principales adyacentes a las zonas urbanas. Geomod también muestra claramente una expansión cerca de las carreteras al norte de la Franja en la zona restringida (motor “tierra de nadie”) cerca de la frontera. Observamos diferencias en la distribución espacial de todos los modelos en cada Gobernación. El análisis de los datos refleja un aumento en la zona urbanizada desde 10,9 km2 (1972) a 25,3 (1982), 46,9 (1990), 100,2 (2002), 166,3 (2013) y 212,3 km2 (2023), la extensión media prevista para el año 2023 por todas las simulaciones (alrededor de un 58.8 % de la Franja de Gaza). Hay una correlación positiva entre la expansión urbana y el crecimiento demográfico, de tal forma que se espera también que la densidad de población en la Franja aumente desde 4661,5 en 2013 hasta 6704,3 habitantes por kilómetro cuadrado en 2023. Sin embargo como la mayoría de los gazatíes viven en las ciudades, la densidad real de población en las zonas urbanas aumentará desde 10.231,1 en 2013 hasta 11.526,4 habitantes por kilómetro cuadrado en 2023, convirtiendo la Franja de Gaza en una de las zonas más densamente pobladas del mundo. El estudio muestra una tasa anual de rápido crecimiento urbano en cada periodo de tiempo (1972–1982, 1982–1990, 1990–2002, 2002–2013 y 2013– 2023) de 1,4, 2,7, 4,4, 6, y 3,8 km2 por año. En ausencia de gestión y de planificación, el suelo agrícola (zonas no urbanas) seguirá bajando a un nivel alarmante. Capítulo 6: Abuelaish B. (2018) Urban land use change analysis and modelling: a case study of the Gaza Strip. En: Camacho Olmedo, Maria Teresa; Paegelow, Martin; Mas, Jean-François y Escobar, Francisco J (Eds.) Geomatic approaches for modeling land change scenarios. Lecture Notes in Geoinformation and Cartography LNGC series (http://www.springer.com/series/7418) Series Editors: Cartwright, W., Gartner, G., Meng, L., Peterson, M.P. ISSN: 1863-2246. Springer Verlag. Berlin, Heidelberg, New York. ISBN: 978-3-319-60800-6, DOI: 10.1007/978-3-319-60801-3 El análisis del cambio de usos y coberturas del suelo es fundamental para poder comprender las dinámicas ecológicas producidas por actividades naturales y humanas, y también para la evaluación y previsión del cambio medio ambiental. Para el año 2023 la población de la Franja de Gaza habrá superado los 2,4 millones de personas, las cuales estarán obligados a vivir hacinadas dentro de un área muy limitada de unos 365 km². Este aumento poblacional producirá un incremento en la demanda de suelo que excederá por mucho la capacidad de aprovechamiento sostenible de este espacio. La Franja de Gaza es una región pequeña en que la planificación del uso del suelo ha ido siempre por detrás de un proceso de urbanización descontrolada. La expansión urbana y el incremento de población previstos para el futuro someterá a cualquier cobertura del suelo a incluso más presión, al no ser que se tomen de forma inmediata las decisiones necesarias de planificación y gestión integrada. Los responsables necesitan más datos y más herramientas de estimación para conseguir su visión del futuro de la Franja de Gaza en base a una información precisa y fiable. Este estudio combina el uso de la teledetección con los sistemas de información geográfica (SIGs). La base de datos espacial se desarrolló con la información extraída de seis imágenes Landsat tomadas en 1972, 1982, 1990, 2002, 2013 y 2014, junto con varias bases de datos georeferenciadas para aquellos años. Para poder proyectar la superficie urbana en 2023, seleccionamos un modelo SIG en software Idrisi Terrset llamado Land Change Modeler (LCM). Este modelo se utiliza para analizar los cambios de usos y coberturas del suelo, modelando de forma empírica su relación con las variables explicativas y proyectando cambios futuros (Eastman 2012). Los resultados evidencian un cambio drástico en la cobertura del suelo y el crecimiento de la zona urbana entre 1972 y 2014, cuando muchas tierras agrícolas fueron urbanizadas. Este proceso ha tenido lugar de una manera poco planificada, a veces caótica, revelando de esta forma que los gestores territoriales y los responsables de planificación urbana necesitan entender el crecimiento futuro y planificar el desarrollo. A lo largo de este periodo las zonas urbanas han crecido de forma constante, mientras que las zonas no urbanas (agrícolas) han encogido en consonancia. Utilizamos la red neuronal Multilayer Perceptron para obtener el mapa de potencial de transición para la transición de zona No Urbana a Urbana, en base a la transición real a lo largo de varios periodos de calibración (1972, 1982, 1990, y 2002) hasta 2013, y 2002 a 2014. Los sitios con un alto potencial de transición están ubicados alrededor de la zona ya construida con la densidad más alta de población (distancia corta) para los cinco escenarios. Este estudio presenta una comparación entre seis escenarios basados en tendencias pasadas. De estos seis escenarios, seleccionamos cinco para realizar una simulación que acaba en el año 2023, utilizando el Land Change Modeler en el software Idrisi Terrset. Estos escenarios, uno de los cuales tiene en cuenta los daños causados durante la guerra del 2014, intentan cubrir las posibles variaciones en términos de superficie y distribución espacial que resultan de los cambios en el uso del suelo. Los cinco primeros escenarios son las cadenas Markov desde (1972-2013), (1982-2013), (1990-2013), (2002-2013) y (2002-2014) hasta 2023; y el sexto es la línea de regresión hasta 2023 en función de los datos básicos utilizando el método Enter. Estos escenarios daban superficies de 202,35, 204,89, 206,95, 212,32, 204,70 y 240,79 Km², respectivamente. Los resultados globales de los cinco escenarios LCM analizan y simulan los cambios en el uso del suelo en la Franja de Gaza. Los resultados de los escenarios basados en tendencias pasadas para la distribución espacial en el año 2023 presentan tanto diferencias como similitudes en la asignación de superficie urbana. Descubrimos una relación inversa entre el área prevista para 2023 y la duración del periodo de calibración, en el sentido de que cuanto más largo fuera el periodo de calibración, más pequeño era el crecimiento previsto para la zona urbana. Las zonas urbanas previstas para el año 2023 por periodos de calibración (1972-2013), (1982-2013), (1990-2013) y (2002-2013) eran 202,35 km², 204,89 km², 206,95 km² y 212,32 km². El periodo de calibración (2002-2014), que mostró un aumento en la zona urbana a 204,7 km² para el año 2023 es un poco excepcional debido al hecho que incluye la guerra del 2014. Los resultados para los periodos de calibración 2002-2013 y 2002-2014 tienen una alta “bondad de ajuste”, porque ambos obtuvieron valores cercanos al valor obtenido del análisis de regresión (240,79) utilizado para medir los valores estadísticos de mejor ajuste (best-fit values), mientras que los valores ofrecidos por los otros escenarios distaban bastante más del valor obtenido del análisis de regresión. A la hora de predecir el porcentaje del área total de la Franja de Gaza que estará urbanizada en el año 2023, los escenarios ofrecen cifras de entre 56,21 y 58,98%. El análisis de los datos muestra un aumento de la zona urbana desde 10,9 (1972) a 25,3 (1982), 46,9 (1990), 100,2 (2002), 166,3 (2013) y una media para los cinco escenarios de 206,24 km² en 2023, la superficie media prevista por las varias simulaciones para la Franja de Gaza entera (sobre 57,13% del total). La caída prevista en zonas agrícolas (Zonas No Urbanas) es el resultado de un aumento de la tasa de crecimiento demográfico y una falta de gestión y planificación para el futuro. Este estudio muestra el incremento en la tasa de crecimiento de la zona urbana como porcentaje de la superficie total de la Franja de Gaza para cada periodo de tiempo (1972-1982), (1983-1990), (1991-2002), (2003-2013), 2014 y (2015-2023), con tasas de 0,40, 0,7584, 1,35, 1,83, -0,39 y 1,44% de 1972 a 2023, lo cual implica una relación positiva con la tasa de crecimiento demográfico. Este estudio intenta responder a varias preguntas sobre el futuro de la Franja de Gaza y sus impactos sobre el medio ambiente. Esta información es útil para los gestores y los políticos, que a menudo se enfrentan a preguntas sobre la complicada situación de la Franja de Gaza, como resultado de sus recursos económicos debilitados y la falta de apoyo de países donantes preocupados por otros conflictos como el de Siria. La mayoría de las casas destruidas durante la guerra pertenecen a gente humilde que están esperando el apoyo financiero necesario para su reconstrucción. Muchas zonas urbanas fueron destruidas durante la guerra y el proceso de reconstrucción será bastante más difícil sin ejercicios de modelado como el que hemos presentado en este estudio. Parte III: Resultados y Discusión. Capítulos 7 y 8 Capítulo 7 AlHallaq, A.H., and Abuelaish, B. (2012) Assessment of aquifer vulnerability to contamination in Khan Younis Governorate, Gaza Strip—Palestine using the DRASTIC model within GIS environment. Arab J Geosci 5:833–847, doi:10.1007/s12517-011-0284-9 El agua subterránea es un recurso natural de vital importancia en la Gobernación de Khan Younis (la zona de estudio) para el suministro de agua y el desarrollo de la zona. A lo largo de la historia los acuíferos en la Gobernación de Khan Younis han sido explotados sin preocupación alguna por el impacto medio ambiental. Dada la importancia de la calidad del agua subterránea, se podría esperar que la protección del acuífero para así evitar la degradación del agua subterránea fuese un tema prioritario. Sin embargo no ha sido así. A largo plazo la protección de los recursos de agua subterránea tiene un sentido práctico muy directo, porque una vez que se ha permitido la contaminación del agua subterránea, la escala y persistencia de esta contaminación hace que la restauración sea un proceso técnicamente difícil y costoso. Para poder mantener el acuífero como una fuente de agua para la zona, es necesario averiguar si ciertos sitios dentro de esta cuenca de agua subterránea son susceptibles de recibir y transmitir la contaminación. Este estudio pretende: (1) evaluar la vulnerabilidad del acuífero en la Gobernación de Khan Younis a la contaminación, (2) descubrir qué partes del acuífero son más vulnerables, y (3) ofrecer un análisis espacial de los parámetros y condiciones bajo los cuales el agua subterránea pueda ser contaminada. Con estos fines en mente, aplicamos el modelo DRASTIC dentro de un entorno de Sistema de Información Geográfica (GIS). El modelo utiliza siete parámetros medioambientales: profundidad del nivel freático, recarga neta, litología del acuífero, tipo de suelo, topografía, impacto de la zona no saturada y conductividad hidráulica para poder evaluar la vulnerabilidad del acuífero. En base a este modelo y utilizando el software ArcGIS 9.3, intentamos crear mapas de vulnerabilidad para la zona de estudio. Según el índice para el modelo DRASTIC, el estudio muestra que en la parte occidental de la zona de estudio la vulnerabilidad a la contaminación varía entre alta (en un 26,16% de la superficie total) y muy alta (en un 3,14% del área total), debido a que en esta zona el nivel freático es poco profundo con un potencial de recarga entre moderado y alto, y suelos permeables. En el este y sureste de la Gobernación, la vulnerabilidad a la contaminación es moderada (43,44%). En la parte central y oriental, la vulnerabilidad a la contaminación es baja (27,24% de la superficie total) debido a la profundidad del nivel freático. El Modelo DRASTIC también señala que el riesgo más acuciante de contaminación del agua subterránea en la zona de estudio es por el tipo de suelo. El impacto de la zona no saturada, la profundidad del nivel freático y la conductividad hidráulica ofrecen riesgos moderados de contaminación, mientras que la recarga neta, la litología del acuífero y la topografía son factores de poco riesgo. El coeficiente de variación indica que la topografía aporta mucho a las variaciones en el índice de vulnerabilidad. La profundidad del nivel freático, y la recarga neta hacen aportaciones moderadas, mientras que el impacto de la zona no saturada, la conductividad hidráulica, el tipo de suelo y la litología del acuífero son los parámetros menos variables. La baja variabilidad de los parámetros implica una menor aportación al índice de vulnerabilidad a lo largo y ancho de la zona de estudio. Además, los pesos “efectivos” de los parámetros DRASTIC obtenidos en este estudio mostraban alguna desviación de los pesos “teóricos”. El tipo de suelo y el impacto de la zona no saturada eran los parámetros más efectivos en la evaluación de vulnerabilidad porque sus pesos “efectivos” medios eran más altos que sus respectivos pesos “teóricos”. Para la profundidad del nivel freático los pesos “efectivos” y “teóricos” eran iguales, mientras que el resto de los parámetros exhibían pesos “efectivos” más bajos que sus correspondientes pesos “teóricos”. Esto explica la importancia del tipo de suelo y del impacto de la zona no saturada en el modelo DRASTIC. Por lo tanto es importante conseguir información precisa y detallada sobre esto dos parámetros específicos. La técnica SIG ofrece un entorno eficiente para el análisis y es capaz de manejar grandes cantidades de datos espaciales. Los resultados muestran que el modelo DRASTIC ha sido una herramienta útil que podría ser aprovechado tanto por las autoridades como por los tomadores de decisiones, sobre todo en las zonas agrícolas donde se aplican los productos químicos y pesticidas más propensos a contaminar los recursos de agua subterránea. Capítulo 8 Abuelaish B., Camacho Olmedo MT (under review) GIS as a tool to analyze groundwater salinity: the Gaza Strip as a case study La Franja de Gaza sufre un problema agudo en cuanto a la calidad y cantidad de sus aguas. El agua subterránea se utiliza para beber, para usos agrícolas y también para procesos industriales. La salinidad del agua subterránea en la Franja de Gaza va en aumento. La causa principal de este problema es la intrusión de agua salada del mar. Se utiliza un electrodo selectivo de iones de cloruro como indicador de la salinidad para el análisis y modelado de la salinidad del agua subterránea en la Franja de Gaza para el año 2023. Nuestra investigación se basa en tres modelos para la previsión de la concentración del cloruro en el agua subterránea: Regresión lineal, Regresión Múltiple y Previsión para el año 2023. En la Franja de Gaza las aguas subterráneas son una fuente importante de agua dulce para usos domésticos y para riego. La calidad del agua subterránea depende de la formación geológica y también de las actividades antropogénicas, por ejemplo, cambios en los usos del suelo, urbanización, la agricultura intensiva irrigada, actividades de minería, los vertidos en los ríos de aguas residuales no tratados, la falta de gestión racional, etc. (Voudouris, 2009). La contaminación del agua subterránea debido a las actividades humanas supone un grave riesgo para la salud pública. Este estudio ilustra las concentraciones de cloruro en el agua subterránea dentro de seis transectos para 1993, 2003 y 2013. Analiza exclusivamente las zonas urbanas y con este fin se eliminan las zonas no urbanas. La concentración de cloruro en el agua subterránea en toda la Franja de Gaza se clasificó en seis clases para los años 1972, 1982, 1993, 2003 y 2013. La simulación de las concentraciones de cloruro para 1993, 2003 y 2013 (dentro de la zona urbana para 2013) demuestra que la concentración de cloruro ha aumentado claramente a lo largo de los años sobre todo en las zonas urbanas. En todos los transectos hay una correlación positiva con la expansión de las zonas urbanas. Se detectaron concentraciones de cloruro más altas en las zonas urbanas en el año 2013 que en los años anteriores (1993 y 2002). Hay algunas diferencias entre los tres modelos (Regresión Lineal, Regresión Lineal Múltiple y Previsión) en los resultados simulados para las concentraciones de cloruro previstas para el año 2023, que se clasifican en seis clases. Los perfiles de concentración de cloruro muestran que la concentración de cloruro en el agua está aumentando y expandiendo en todos los transectos. El resultado para los tres modelos demuestra que la salinidad del agua aumentará en todas las zonas de la Franja de Gaza para el año 2023. El análisis visual de los transectos se basa en los perfiles del análisis de los datos sobre el agua, que describen como el nivel de cloruro ha seguido subiendo en toda la Franja de Gaza a lo largo de dos distintos periodos de tiempo entre 1972 y 2023. La subida en la concentración de cloruro es evidente en toda la Franja de Gaza en los tres modelos. La tendencia de expansión de oeste a este debido a la entrada de agua salada del mar también se ve claramente en todos los transectos. El cálculo de los valores de la Raíz del Error Cuadrático Medio (RECM) como potencia predictiva muestra que la Regresión Lineal Múltiple tiene un valor de 1631,723, seguido por Previsión con 1656,9, y Regresión Lineal con 1668,3. Por lo tanto, según la RECM, la Regresión Lineal Múltiple es el mejor modelo de nuestro estudio, seguido por el Modelo de Previsión y el Modelo de Regresión Lineal en segunda y tercera posición. Cuando se utiliza el método paso a paso (stepwise) en la Regresión Lineal Múltiple en SPSS, los pozos están afectados de forma más o menos intensa por todas las variables introducidas; la variable más efectiva es el año, con una cifra de aproximadamente 45%, mientras que la cifra para población es de 35 %, producción 10 %, precipitación 10 % y nivel de agua 10%. Los datos introducidos y obtenidos para la concentración de cloruro desde 1972-2013 hasta 2023 representan los cambios muy severos ocurridos en la Franja de Gaza. Este aumento en la concentración de cloruro es evidente en toda la Franja de Gaza. Para el año 2023 la parte de la Gobernación del Norte en lo cual la concentración de cloruro está por debajo de 250 mg/L y por lo tanto se considera libre de salinidad será sólo una pequeña fracción (menos de un 10%) de la Franja de Gaza. El análisis de la intrusión de agua del mar dentro de los transectos muestra que este problema se repite a lo largo del litoral y se extiende desde el Mar Mediterráneo hasta la parte oriental de la Franja de Gaza. En este estudio, un escenario muestra un aumento en la concentración de cloruro como indicador de la salinidad en el año 2023. Otro escenario contempla la construcción de una gran planta desaladora en la Franja de Gaza. La UE ha invertido 10 millones de euros durante esta fase y en cuanto la planta esté en pleno funcionamiento, producirá 6.000 m3 de agua potable cada día, suministrando agua potable fiable a más de 75.000 palestinos —aproximadamente 35.000 personas en Khan Younis y 40.000 personas en Rafah, en la parte sur de la Franja de Gaza. El comisario europeo Johannes Hahn anunció financiación adicional de 10 millones de euros para la segunda fase del proyecto que comenzaba a mediados de junio de 2016, y se espera que se complete en 36 meses. Entonces la planta producirá un total de 12.000 m3 de agua potable segura cada día (IMEMC, 2016). El aumento anual en la demanda de agua en la Franja de Gaza es de 2.240.437 m3 por año desde 2016 a 2023. Por lo tanto la planta desaladora financiada por la UE ayudará a reducir la escasez de agua potable. Si la planta funciona según lo previsto, producirá unos 4.380.000 m3 por año después de 36 meses. Conclusiones y perspectivas Conclusiones La tesis identifica los motores clave detrás del LUCC en la Franja de Gaza, y de esa forma ofrece una mejor comprensión de las distintas opciones para la expansión del suelo urbano. Estos motores incluyen la población, aspectos socioeconómicos, la situación política y la ocupación israelí. También explora el impacto de la expansión urbana sobre aspectos medioambientales tales como la calidad del agua y el cambio climático. De la tesis se puede llegar a las siguientes conclusiones principales: • Alrededor del 57.13 al 58.8% de la Franja de Gaza será suelo urbano en el año 2023. • Hay diferencias entre la distribución espacial de la zona urbana producida por cada modelo (Geomod, CA_Markov y LCM). • Hay una relación inversa entre la superficie urbana prevista para 2023 y la duración del periodo de calibración, un hecho comprobado utilizando cinco escenarios y el Land Change Modeler en el Capítulo 6. • La urbanización de la Franja de Gaza está aumentando de forma acelerada debido al crecimiento natural de la población. Este hecho aumenta la presión sobre las zonas agrícolas, lo cual provoca la erosión del suelo y empeora la calidad y la cantidad del agua. • La expansión urbana dispersa se ha incrementado a través del tiempo en detrimento del suelo agrícola, debido sobre todo al aumento en la población. • Un aumento en el suelo agrícola en la Franja de Gaza aumentaría la presión sobre los recursos naturales y contribuiría al cambio climático a nivel local y mundial. • Los responsables de la planificación urbana deberían tener en cuenta que las tres mayores zonas urbanas se van a fundir en una en un futuro próximo cercano, y que la población debería alojarse cada vez más en construcciones verticales para así reducir la expansión urbana. • La Franja de Gaza puede hacer su parte para mitigar el cambio climático y tiene la capacidad para adaptar la cobertura del suelo en su territorio. • La expansión urbana afecta a la calidad y a la cantidad del agua disponible, a la calidad del aire, a la gestión de la zona costera y al medio ambiente marino. Dentro de la ciudades, la forma en que crecen las ciudades es un factor determinante en la vulnerabilidad de los habitantes de las ciudades al estrés medioambiental (Güneralp y Seto, 2008) • Los responsables de la planificación urbana y otros actores que toman decisiones en este ámbito deben tener en cuenta el riesgo de contaminación del agua subterránea en aquellas zonas del acuífero identificadas como vulnerables. Nuestros resultados demuestran que el modelo DRASTIC model puede ser una herramienta útil para las autoridades locales y para la entidad responsable de la gestión de las aguas subterráneas. • La salinidad del agua subterránea ha incrementado en toda la Franja de Gaza debido al crecimiento demográfico acelerado y la expansión urbana que conlleva. Es probable que este problema de salinidad seguirá extendiéndose y en el año 2023 afectará a la gran mayoría de las zonas de la Franja de Gaza. • Este estudio puede ser de ayuda para las personas que tienen que tomar decisiones en ámbitos como el uso del suelo, la planificación urbana, la situación medioambiental y los escenarios futuros para Gaza. Perspectivas Este estudio pretende ser un punto de partida para otros investigadores en el ámbito del cambio de usos y coberturas del suelo. Recomendamos que los estudios futuros sobre la Franja de Gaza se centren sobre todo en los siguientes temas de investigación: • La identificación de las zonas más propensas a la expansión urbana, para ofrecer más ayuda a los gestores del medio ambiente y de la planificación que quieren evaluar los impactos de este fenómeno. • Utilizar imágenes de satélite de alta resolución para obtener datos muy precisos para el seguimiento y análisis, los escenarios, el modelado y la proyección de LUCC y otros indicadores medio ambientales para la Franja de Gaza. • Los responsables de la planificación urbana y otros actores clave deberían formular un plan estratégico para evitar el declive de las tierras agrícolas. • Actualización y mejora de la base de datos LUCC SIG como parte de la recogida periódica de datos. • Para poder asegurar desarrollos urbanos sostenibles, una Evaluación del Impacto Ambiental (EIA) debería ser obligatoria en todos los proyectos futuros en la Franja de Gaza, para así reducir los impactos medio ambientales negativos. • En el futuro, la investigación debe tener en cuenta todas estas limitaciones y aplicar un planteamiento avanzado de modelado que permitirá previsiones a largo plazo. • Estudios futuros deberían intentar identificar los impactos de los cambios de usos y coberturas del suelo sobre el cambio climático y otros aspectos medio ambientales como la contaminación del aire, la erosión costera relacionada con los puertos, las islas de calor en las ciudades, la caída en la flora y fauna, en la capacidad y productividad de la tierra, etc. Bibliografía La lista de referencias contiene la información bibliográfica sobre cada fuente citada en esta tesis. Los materiales de investigación no están incluidos en la lista de referencias, pero sí aparecen en las secciones que tratan sobre los datos, fuentes y métodos de la investigación. La lista de referencias se presenta por orden alfabético del apellido del autor, año, título del artículo y editorial. Anexos El Anexo I incluye un análisis del Factor de impacto y la calidad de las aportaciones (Capítulo 7, Capítulo 5. Capítulo 6). El Anexo II analiza la aportación de la Franja de Gaza al cambio climático (emisiones de CO2).