RUSLE Erosion Analysis (CLI + Docker)

Herramienta para el cálculo distribuido de pérdida media anual de suelo mediante la ecuación RUSLE. Integra teledetección (Sentinel‑2), topografía (MDT/DEM) y propiedades del suelo (SoilGrids) para generar mapas raster (GeoTIFF), escenarios de cobertura y un informe técnico en PDF.

Nota sobre el alcance: El objetivo de esta aplicación es proporcionar un análisis preliminar para la identificación de niveles de riesgo de erosión a escala de paisaje mediante el uso de bases de datos abiertas y teledetección. Los resultados obtenidos no sustituyen la precisión de los datos tomados in situ ni la calibración local de fórmulas empíricas, debiendo interpretarse como una aproximación para la priorización de zonas de actuación.

1. Modelo y fundamento teórico

La aplicación automatiza el cálculo de la pérdida media anual de suelo ($A$) según la fórmula:

$$A = R \cdot K \cdot LS \cdot C \cdot P$$

Componentes:

• A: Pérdida de suelo media anual [t/ha/año].
• R: Erosividad de la lluvia. Obtenida mediante servicios climáticos (WMS / CDS API).
• K: Erodibilidad del suelo. Calculada mediante la fórmula EPIC (Williams et al., 1990) utilizando datos de textura y carbono orgánico de SoilGrids.
• LS: Factor topográfico (longitud y pendiente de ladera). Derivado de Modelos Digitales de Elevación (DEM) mediante análisis hidrológico.
• C: Gestión de cobertura. Estimada a partir del índice NDVI (Sentinel‑2) mediante formulación exponencial.
• P: Prácticas de conservación. Valor por defecto 1.0 (sin prácticas específicas).

2. Configuración de credenciales (Sentinel Hub / CDS)

Para la descarga y procesamiento de imágenes satelitales y datos climáticos, la aplicación requiere autenticación mediante un archivo de entorno.

Es necesario crear un archivo llamado .env en la raíz del proyecto con el siguiente formato:

CLIENT_ID="sh-##################"
CLIENT_SECRET="##############################"

3. Metodología implementada

Factor LS (Topografía)

• Pre-procesamiento: Acondicionamiento hidrológico del DEM con pysheds (relleno de depresiones, dirección de flujo D8 y acumulación).
• Componente L: Algoritmo de Desmet & Govers (1996) basado en el área contribuyente unitaria.
• Componente S: Formulación segmentada de Renard et al. (1997) (RUSLE).

Factor C (Cobertura vegetal)

• Uso de NDVI como proxy de la densidad de vegetación (Sentinel‑2 L2A).
• Filtrado de calidad: Aplicación de máscara SCL para eliminar nubes, sombras y nieve.
• Conversión: Aplicación de la función exponencial de Van der Knijff et al. (2000).

Factor K (Erodibilidad)

• Implementación de la fórmula EPIC completa (Williams et al., 1990) a partir de datos de SoilGrids.

4. Uso de la Interfaz de Línea de Comandos (CLI)

El punto de entrada principal es el script main.py.

4.1. Argumentos de entrada y área de estudio

Es obligatorio definir el área de estudio mediante una de estas dos opciones:

• -c, --capa: Ruta a un archivo vectorial (GPKG, SHP, GeoJSON).
• --coordenadas, -coords: Dos valores numéricos (LAT LON) que definen el centro del análisis. Requiere el uso de --lado-bbox.
• --lado-bbox, --lado: Longitud en metros del lado del cuadrado de análisis (requerido con --coordenadas).

4.2. Argumentos de salida y escenarios

• -o, --output: Ruta de la carpeta donde se almacenarán los resultados. Si no se especifica, se crea una carpeta en la ruta de descargas del sistema.
• -fc, --factor-c: Genera escenarios de evolución de la erosión.
  • Sin valores: Calcula escenarios automáticos (C actual * 0.5 y C actual * 0.1).
  • Con dos valores (ej. 0.1 0.02): Define valores fijos de C para medio y largo plazo.
  • Con guion bajo (ej. _ 0.01): Mantiene el cálculo automático para el primer escenario y fija el segundo.

4.3. Argumentos de ajuste manual (Overrides)

Permiten omitir el cálculo automático y asignar valores constantes a toda el área de estudio:

• -cr, --cambio-r: Asigna un valor manual al Factor R (Erosividad).
• -ck, --cambio-k: Asigna un valor manual al Factor K (Erodibilidad).
• -cls, --cambio-ls: Asigna un valor manual al Factor LS (Topografía).
• -cc, --cambio-c: Asigna un valor manual al Factor C (Cobertura).
• -p, --factor-p: Define el valor del Factor P (Prácticas de conservación). Por defecto es 1.0.

5. Despliegue con Docker

El repositorio incluye un Dockerfile basado en la imagen ghcr.io/osgeo/gdal.

5.1. Construcción de la imagen

docker build -t rusle-app .

5.2. Ejecución del contenedor

docker run --rm \
  --env-file .env \
  -v "$PWD/layers:/app/layers" \
  -v "$PWD/output:/app/output" \
  rusle-app \
  -c /app/layers/area.gpkg \
  -o /app/output

6. Referencias bibliográficas

• Desmet, P. J. J., & Govers, G. (1996). A GIS procedure for automatically calculating the USLE LS factor on topographically complex landscape units. Journal of Soil and Water Conservation, 51(5), 427–433.
• McCool, D. K., Foster, G. R., Mutchler, C. K., & Meyer, L. D. (1989). Revised slope length factor for the Universal Soil Loss Equation. Transactions of the ASAE, 32(5), 1571–1576.
• Renard, K. G., et al. (1997). Predicting soil erosion by water: A guide to conservation planning with the Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE) (Agriculture Handbook No. 703). USDA.
• Van der Knijff, J. M., Jones, R. J. A., & Montanarella, L. (2000). Soil erosion risk assessment in Europe (EUR 19044 EN). Office for Official Publications of the European Communities.
• Williams, J. R., Jones, C. A., & Dyke, P. T. (1990). The EPIC model. In EPIC — Erosion/Productivity Impact Calculator.