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La turbidez es de los parámetros de calidad de agua que mejor se estiman desde satélite, porque las partículas en suspensión dispersan luz y esa dispersión se ve directamente en la imagen. Con Sentinel-2, la banda que se usa depende del rango: el rojo en aguas de turbidez baja o media y el infrarrojo cercano en aguas muy cargadas, donde el rojo se satura. Lo que decide la calidad del resultado no es el modelo, es la corrección atmosférica y la calibración local.
Este artículo es para quien vigila un embalse, un puerto, una obra costera o un tramo de río y necesita saber qué puede afirmar sobre turbidez con imagen y qué exige muestreo.
La pregunta llega casi siempre por una de tres vías: una obra que genera pluma y hay que documentar, una toma de agua que se ensucia en episodios, o un expediente ambiental que exige demostrar qué ocurrió en unas fechas concretas. En las tres, el archivo satelital tiene algo que decir.
El agua limpia absorbe casi toda la luz roja e infrarroja. Cuando hay partículas en suspensión, esas partículas dispersan la luz y la devuelven hacia el sensor: el agua «se enciende» justo en las bandas donde debería estar oscura.
El efecto es tan directo que una pluma de sedimento se reconoce a simple vista en una imagen en color natural. Lo que aporta el procesado es convertir esa mancha visible en una cifra comparable entre fechas y entre zonas.
Esa es la base de los algoritmos semiempíricos de una sola banda, que relacionan la reflectancia marina con la turbidez o con los sólidos en suspensión. Están calibrados y validados sobre conjuntos amplios de datos costeros y estuarinos [1] [2], lo que les da un rango de aplicación mucho mayor que el de los modelos de clorofila.
Esa ventaja tiene un reverso: en aguas muy claras la señal es tan baja que cualquier error de corrección atmosférica pesa mucho en términos relativos. La turbidez se estima mejor cuanto más turbia está el agua, que es justo lo contrario de lo que ocurre con la batimetría satelital, donde la claridad lo es todo.
La elección de banda no es un detalle: con turbidez baja, el rojo tiene buena sensibilidad; conforme sube, el rojo se satura y hay que pasar al infrarrojo cercano [2].
| Rango de turbidez | Banda principal | Motivo |
|---|---|---|
| Baja | Rojo, 665 nm | Buena sensibilidad sin saturar |
| Media | Rojo o borde rojo | Transición según el sitio |
| Alta | Infrarrojo cercano, 865 nm | El rojo pierde sensibilidad |
| Muy alta | Infrarrojo cercano | Único con recorrido útil |
Sentinel-2 ofrece esas bandas con píxeles de 10 y 20 m y revisita de pocos días con los dos satélites de la constelación [3], lo que permite seguir plumas y episodios con cierto detalle temporal.
Hay un punto delicado: la transición entre bandas. Si una serie mezcla resultados de rojo y de infrarrojo sin declararlo, aparecen saltos que no son del agua sino del procesado. Lo correcto es declarar el criterio de conmutación y mantenerlo.
Se confunden a menudo y conviene separarlos.
La turbidez mide cuánta luz dispersa el agua; se expresa en unidades nefelométricas y se mide con un turbidímetro. Los sólidos en suspensión son masa por volumen, en mg/L, y se miden filtrando y pesando. La transparencia es la profundidad a la que desaparece un disco de Secchi.
Las tres están relacionadas pero no son la misma magnitud, y la relación entre ellas cambia con el tipo de partícula. Una misma concentración de sedimento fino y de arena gruesa dispersa luz de forma muy distinta.
Desde satélite se estima la dispersión, así que lo directo es la turbidez; los sólidos se derivan con un factor que depende del sitio. La transparencia tiene además su propia tradición de modelos basados en imagen, desarrollados sobre lagos con redes de monitoreo densas [5], y suele usarse como indicador de estado junto con la clorofila en índices tróficos clásicos [4].
En agua somera y clara, parte de la luz que vuelve al sensor procede del fondo, no de las partículas. Un modelo de turbidez aplicado ahí confunde un fondo arenoso brillante con agua cargada, y devuelve valores altos donde el agua está limpia.
El efecto es fácil de reconocer: la turbidez estimada dibuja la forma del fondo, con bajos y canales marcados. En un embalse, aparece en la orla; en costa, en toda la plataforma somera.
La solución es enmascarar esas zonas o trabajar con bandas donde la contribución del fondo sea mínima. Lo que no vale es publicar el mapa sin advertirlo: el usuario interpretará como pluma lo que es un banco de arena.
Sobre el agua, la mayor parte de la señal que llega al sensor viene de la atmósfera. La corrección atmosférica intenta separar ambas contribuciones, y de lo bien que lo haga depende todo lo demás.
Merece la pena insistir en un punto que decide la comparabilidad de una serie: el procesador atmosférico se elige una vez y no se cambia a mitad del trabajo. Cambiarlo introduce saltos que se confunden con cambios reales del agua, y obliga a rehacer toda la serie para que las fechas sean comparables entre sí.
Tres situaciones estropean la corrección con frecuencia: bruma o aerosoles, reflejo especular del sol sobre la lámina y aguas muy someras donde el fondo aporta señal. Las tres se detectan y se enmascaran; lo que no se puede es ignorarlas y publicar la cifra.
Con muestras locales para calibrar, la turbidez estimada suele seguir bien la medida: los algoritmos de referencia reportan buen comportamiento en un rango amplio de aguas costeras y estuarinas [1]. Sin muestras, lo que se obtiene es una serie relativa: describe bien los cambios y los gradientes, pero el valor absoluto arrastra la incertidumbre del modelo.
Esa distinción entre valor absoluto y patrón temporal es la misma que encontramos en nuestro trabajo sobre un embalse de abasto sin ningún muestreo disponible.
Cuando el objetivo es dar cifras absolutas defendibles, hace falta muestreo, y no cualquiera.
Simultaneidad. La muestra debe tomarse lo más cerca posible en el tiempo del paso del satélite. En aguas dinámicas, unas horas de diferencia ya cambian el resultado.
Cobertura del rango. Si todas las muestras son de agua clara, el modelo queda sin calibrar en el tramo turbio, que suele ser el que interesa.
Reparto espacial. Muestras en distintas zonas evitan que el ajuste describa solo una parte del cuerpo de agua.
Registro de condiciones. Viento, oleaje y profundidad del punto ayudan a interpretar discrepancias posteriores.
Con una decena de muestras bien repartidas se puede ajustar un modelo local que mejora mucho las cifras absolutas. Sin ninguna, el trabajo sigue siendo útil para patrones y tendencias, pero eso se dice con claridad en el informe.
Vigilar una obra. Dragados, vertidos, obras portuarias o extracción de áridos generan plumas. Con imagen se documenta su extensión y su evolución sin estar allí.
Controlar la entrada a una toma. Un aumento de turbidez aguas arriba anticipa problemas en la potabilizadora.
Seguir un río. Las plumas fluviales en época de avenidas se ven con claridad, y su alcance se mide.
Documentar un episodio pasado. Si la pregunta llega meses después, el archivo permite reconstruir qué pasó ese día, algo imposible con muestras que nadie tomó.
Priorizar el muestreo. El mapa dice dónde y cuándo tiene sentido tomar la muestra, que es donde el dato de laboratorio aporta más.
Comparar años. Con una serie larga se distingue un episodio excepcional de un comportamiento habitual del cuerpo de agua, que es la primera pregunta cuando alguien reclama.
Con esa distinción clara —cifras absolutas frente a patrones— se evita la discusión más común al entregar el trabajo.
Es el caso de uso más frecuente y el que mejor aprovecha la imagen.
Una pluma tiene tres atributos medibles: su extensión, su intensidad y su dirección. La extensión se delimita con un umbral de turbidez acordado; la intensidad es el valor dentro de la mancha; la dirección la marca la forma respecto al punto de origen y depende de corriente, marea y viento.
Con varias fechas se reconstruye el comportamiento típico: hacia dónde se desplaza la pluma con cada régimen y hasta dónde llega. Eso es lo que interesa en una autorización ambiental, porque permite anticipar qué zonas sensibles pueden verse afectadas.
Conviene fijar el umbral y el criterio de delimitación antes de empezar, y mantenerlo en toda la serie. Cambiar el criterio a mitad de un seguimiento produce «crecimientos» y «reducciones» que solo existen en el procesado.
La turbidez no es una medida de contaminación: es una medida óptica. Un agua muy turbia puede ser inofensiva y un agua clara puede estar contaminada.
Tampoco distingue el origen de las partículas. Sedimento mineral, materia orgánica y floraciones algales elevan la turbidez por mecanismos distintos, y separar uno de otro exige cruzar con otros indicadores, como la clorofila, que tratamos en clorofila-a por satélite.
Conviene recordar también el límite del archivo: Sentinel-2 arranca en 2015, así que para reconstruir episodios anteriores hay que recurrir a misiones más antiguas, con menos resolución y menos bandas útiles sobre agua [6].
Y no ve bajo la superficie: lo que se estima es la capa óptica superficial, no el perfil vertical de la columna de agua.
Turbidez en unidades nefelométricas o sólidos en suspensión en mg/L, según el modelo. Conviene fijar cuál se quiere antes de empezar.
Para dar cifras absolutas fiables, sí. Para seguir la evolución en el tiempo y comparar unas zonas con otras, un modelo publicado bien elegido suele bastar, siempre que se declare su origen.
Cada pasada útil de Sentinel-2, siempre condicionada por la nubosidad. En zonas con temporada húmeda cerrada pueden faltar semanas enteras, y esos huecos se declaran en la serie.
En cauces anchos sí. En cauces estrechos el píxel mezcla agua y orilla, y el valor deja de ser válido.
El oleaje y la espuma alteran la señal y generan valores altos falsos. Las escenas con mar agitado se descartan, y eso reduce el número de fechas útiles en zonas expuestas.
Como evidencia de patrón y extensión, es potente. Para valores con carácter legal, el laboratorio sigue siendo la referencia, como explicamos en satélite frente a muestreo de agua.
La turbidez es el parámetro con mejor relación entre lo que se ve y lo que se puede afirmar, siempre que la corrección atmosférica esté bien hecha y el rango de la banda sea el adecuado. Qué se puede medir en su agua se revisa antes de cotizar en el servicio de calidad de agua, y el panorama general está en qué puede medirse de calidad de agua por satélite.
Fuentes
Imagen de portada: Unión Europea, imagen Copernicus Sentinel-2 de la pluma del Ródano, recortada y tratada.
Autor
Ing. Jorge R. Cruz Arias
Ingeniero geofísico. Especialista en programación geoespacial y Python.
Publicado el
Agua
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