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%) 649 Antón-Pacheco, C. et al.,2007. Identificación y cartografía de surgencias... Boletín Geológico y Minero, 118 (Núm. Especial): 649-670 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 650 Antón-Pacheco, C. et al.,2007. Identificación y cartografía de surgencias... Boletín Geológico y Minero, 118 (Núm. Especial): 649-670 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 651 Antón-Pacheco, C. et al.,2007. Identificación y cartografía de surgencias... Boletín Geológico y Minero, 118 (Núm. Especial): 649-670 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 652 Antón-Pacheco, C. et al.,2007. Identificación y cartografía de surgencias... Boletín Geológico y Minero, 118 (Núm. Especial): 649-670 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 653 Antón-Pacheco, C. et al.,2007. Identificación y cartografía de surgencias... Boletín Geológico y Minero, 118 (Núm. Especial): 649-670 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 654 Antón-Pacheco, C. et al.,2007. Identificación y cartografía de surgencias... Boletín Geológico y Minero, 118 (Núm. Especial): 649-670 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 655 Antón-Pacheco, C. et al.,2007. Identificación y cartografía de surgencias... Boletín Geológico y Minero, 118 (Núm. Especial): 649-670 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 656 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 657 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 658