A partir de la información poblacional de los años 1985, 2005 y 2019 generada por el Departamento Administrativo Nacional de Estadística (DANE), se realizó una proyección del crecimiento poblacional para un periodo de 25 años siguiendo las condiciones del Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico (RAS) de Colombia, este periodo es comprendido entre los años 2020 y 2045. Por tanto, para proyectar la población de Neiva, se utilizó el siguiente método geométrico (Ver ecuación 1)

(1)

donde “Pf” representa la población proyectada para el año 2045, “Puc” es la población del último censo, “Tf” es el año futuro, “Tuc” es el año del último censo y “r” es la tasa de crecimiento anual que se despeja con la siguiente fórmula (Ver ecuación 2):

Ecuación (2)

Donde, “Pci” es la población del censo inicial y “Tci” es el año del censo inicial.

El área de estudio se delimitó teniendo como referencia el perímetro urbano de la ciudad suministrado por secretaría de planeación del departamento y se utilizaron las herramientas ArcMap y Arctoolbox del software ArcGIS, para la selección, construcción y procesamiento de los mapas basados en cada uno de los criterios de estudio.

Se seleccionaron los siguientes criterios para realizar el mapa de aptitudes, siguiendo lineamientos ambientales y sociales: Hidrografía, geología, zonificación ambiental, pendiente, cobertura y suelos (Ver anexo 1). Las notas de actitud fueron basadas en [12], quienes utilizaron estas notas de aptitud para adecuar la red de suministro de agua en el municipio de Formosa Goiás en Brasil.

Se asignó una numeración a las descripciones de cada uno de los criterios de estudio, generando una clasificación a las áreas con alta probabilidad de ser seleccionadas cómo zonas de expansión y las áreas que no son favorables para los asentamientos urbanos. Este proceso se realizó ingresando la numeración a la tabla de atributos de los mapas temáticos, utilizando la herramienta de ArcMap del software ArcGIS.

La numeración para la reclasificación se constituye a complacencia; pero en este caso, fue diseñada teniendo en cuenta el estudio de [12], Se le añadió a esta información una gama de colores estándar para cada valor (Ver tabla 1).

Tabla 1
Descripción notas de aptitud.

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La nota otorgada puede ser 1, 2, 3, 4 o 5 representando “Muy bajo”, “Bajo”, “Medio”, “Bueno” u “Óptima” respectivamente. Por ejemplo, si la zona es apta para urbanización entonces recibirá una nota de 5. De igual forma, se otorgó un color para cada zona basado en su nota de actitud, dichos colores fueron rojo (1), naranja (2), amarillo (3), verde (4) y azul (5).

Para la obtención del análisis multicriterio se tuvo en cuenta los criterios de estudio, reclasificados y descritos anteriormente. Y mediante la metodología “Análisis multicriterio” el cual es la combinación de criterios numéricos asociado a la técnica Superposición Fuzzy (difusa), con el objetivo de determinar el mapa de aptitud para la ocupación urbana de Neiva.

Mediante la lógica difusa que permite la clasificación basada en lo verdadero y falso únicamente [21] Se realizó la combinación de los mapas de los criterios de estudio, usando formato de archivos ráster y con la herramienta de “Análisis espacial y superposición Fuzzy” [13] [14][20] con el software ArcGIS, se logra obtener el mapa final de las combinaciones en formato ráster.

Para esta fase, las variables no se categorizan en números binarios, por el contrario, es difuso o gradual, es decir, son valores intermedios que se ajustan entre un nivel de vulnerabilidad (0) y un valor máximo de vulnerabilidad (1) [20]. Para completar este proceso, se debe generar la elección de factores y establecimiento de pesos relativos, el cual se soportará con la información de las capas o “layers” [20] para este caso estudio se obtuvo uso del suelo, zonificación ambiental, pendientes, suelos y geología.

Después de tener los criterios en formato ráster se procede a realizar la combinación que se obtiene con la herramienta de Arctoolbox de ArcGIS, en la característica de herramienta de análisis espacial y superposición Fuzzy, obteniendo el mapa en formato ráster de las combinaciones. La identificación de los escenarios se desarrolla con la creación de un formato shapefile “shp” para delimitar las áreas óptimas que arrojó la técnica superposición Fuzzy por medio de polígonos.

La zonificación de las áreas adecuadas para el crecimiento del municipio de Neiva se desarrolla anexando las zonas de restricciones cercanas al perímetro urbano, generando un “shp” que contiene las zonas de restricción o las zonas no aptas. Finalmente, el uso de Python permitió hacer un conteo de píxeles de cada zona, lo que permitió determinar el porcentaje de ocupación de cada una.

Figura 2
Neiva (1985)
Google Earth Image Landsat / Copernicus

Figura 3
Neiva (2022)

Google Earth. CNES / Airbus.

De acuerdo con la información suministrada en el último censo del DANE en el año 2018, Neiva cuenta con una población de 357.392 de los cuales el 94% viven en la zona urbana que consta de un área de 45.94 km2. Así, la zona urbana tiene una densidad demográfica muy alta de aproximadamente de 7200 habitantes por km2, mientras que la zona rural muestra una densidad de tan solo 19 habitantes por km2, es decir, 1 habitante tiene derecho a 140 m2, cifra que viene representando el área de vivienda aproximadamente.

Según la información del DANE, para el año 1985, existía una población de 181.396 habitantes y se evidencia un desarrollo urbanístico de sur a norte (Figura 2), en el 2005 incrementó a 295.961 habitantes y para el 2018 se generó un total de 314.519 habitantes evidenciando que, en un periodo de 37 años, la población generó un incremento exponencial generando un poco menos del doble de la población que había en el año 1985 y una expansión urbanística hacia el oriente y sur de la ciudad (Figura 3).

Figura 4
Información de los habitantes de los años 1985, 2005, 2018 y la proyección de habitantes al año 2045
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Siguiendo las notas de aptitud (ver Anexo 2), se realizó una reclasificación de los mapas temáticos los cuales se presentan en la Figura 5 y se basa en los aspectos ambientales que se relacionan con los componentes de hidrografía, coberturas vegetales y geomorfología. Estos criterios determinan el desarrollo basado en un sistema ambientalmente sostenible.

Figura 5
Mapas reclasificados según la nota de aptitud. Los mapas muestran la hidrografía (a), uso del suelo (b), zonificación ambiental (c), pendientes (d), suelos (e) y geología (f). La línea negra indica el perímetro urbano de la ciudad de Neiva
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Una vez reclasificados los mapas, se utilizó la técnica de superposición Fuzzy [13][14], para combinar los mapas de cada criterio agrupando las características numéricas de la reclasificación. Esta numeración se relaciona de forma ascendente, siendo 1 las regiones que son inaptas para el desarrollo urbanístico, el 2 y el 3, son áreas que pueden ser estudiadas y acondicionadas para un desarrollo urbano y; las pertenecientes al 4 y 5, son características que tienen la probabilidad de expansión urbana. Después de la técnica Fuzzy, se identificaron y delimitaron los posibles escenarios de expansión urbana.

Figura 6
Zonificación Áreas Adecuadas de acuerdo con la superposición difusa y criterios de protección ambiental.
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Con este proceso, se identificaron 10 áreas que representan los espacios propicios para que el municipio desarrolle asentamientos urbanos. Como resultado se obtuvo un mapa con la zonificación de áreas adecuadas, el cual se muestra en la Figura 6. Este mapa presenta una delimitación de las áreas aptas de expansión y, las áreas restringidas alrededor del perímetro urbano. Se ilustran franjas rojas (Muy bajo) que representan áreas no aptas, puesto que son zonas que combinan la presencia de microcuencas, bosques de galería, zonas de recuperación ambiental, terrenos muy escarpados, entre otros. Mientras que las zonas de color azul (áreas optimas) representa las regiones con las características más adecuadas para la expansión urbana, ya que sus terrenos son planos, están dentro de un corredor suburbano, y no afectan el medio ambiente.

Al realizar un procesamiento de imágenes, se pudo determinar el porcentaje de ocupación de cada una de las zonas determinadas por medio de la metodología expuesta en este trabajo. El conteo de píxeles permitió determinar el porcentaje de ocupación de cada zona (ver Figura 7). Dichos porcentajes permitieron calcular el área total estimada de cada sector.

Figura 7
Porcentaje de ocupación de cada zona
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Debido a la geomorfología de la ciudad de Neiva y que, en la clasificación relacionada, se evaluó el criterio de “pendiente”, los valores arrojados demuestran que las zonas más “optimas” son aquellas que se distribuyen en el sur y occidente de la ciudad, teniendo en cuenta que la morfología de Neiva es un valle que se ubica de norte a sur. Así mismo, el área “buena” para expansión urbanística también se relaciona con la zona sur de la ciudad.

Neiva, siendo la principal vía de acceso al sur colombiano [6] y siendo uno de los municipios del departamento más productor de café de Colombia [9], ha venido desarrollando una expansión en los últimos 37 años evidenciada en la infraestructura y en la cantidad de habitantes.

Las Figuras 2 y 3 muestran la evolución en la infraestructura demográfica de Neiva desde 1985, también se evidencia como el desarrollo urbanístico se ha llevado hacia el oriente, norte y sur de la ciudad invadiendo zonas ambientales como por ejemplo el humedal de los Colores, que según el Instituto Geográfico Agustin Codazzi, entre 1993 y 2014 este humedal vio su área reducida en un 74.6% [15].

La alta concentración en zona urbana se debe principalmente al crecimiento acelerado de la economía en zona urbana por el desplazamiento forzado de las comunidades rurales lo que ha provocado una gran migración desde las zonas rurales o pueblos cercanos hacia Neiva.

El crecimiento demográfico sin duda implica un gran crecimiento urbanístico por lo que la construcción de viviendas ha aumentado existiendo una preferencia hacia las construcciones verticales. No obstante, estas nuevas edificaciones no han sido planificadas dentro del Plan de Ordenamiento Territorial y se han venido afectando áreas naturales como cuencas de ríos, bosques y humedales.

Un estudio realizado en México [17], determinó tres escenarios de expansión demográfica mediante análisis estadístico espacial aplicando sistemas de información geográfica, concluyendo la importancia del uso de estas metodologías para la planificación y uso del suelo adecuado. Por otro lado, en Chile [18] se manifiesta la potencialidad de las imágenes satelitales y los sensores remotos, para la actualización y ordenamiento del crecimiento urbano.

De la misma forma, se puede mencionar la salud pública como un objetivo de gestión con la información geográfica, por ejemplo, en Cuba [19] se realizó un estudio en el año 2006, donde se relaciona la cartografía bioestadística como un elemento clave para la distribución espacial de los grupos de población con riesgos de padecer o morir por alguna patología.

Teniendo en cuenta la información numérica de la población de Neiva, se proyectó la población con el método geométrico (Ecuación 2) al año 2045, el cual se estima una población de 495,817 para este año. Esto indica que, para la proyección de 26 años, la población seguirá teniendo un incremento exponencial, generando la necesidad de plantear metodologías estratégicas para conservar el espacio público y un estado óptimo de las condiciones ambientales; esta estimación revela el crecimiento demográfico que tendrá la zona urbana de Neiva, y evidencia la necesidad de identificar áreas adecuadas para la expansión urbana.

Siguiendo la figura 6, se determinó que el área óptima total para la expansión demográfica de la ciudad de Neiva es de 3 km2 y está compuesta por dos grandes zonas ubicadas al sur y oriente del municipio. No obstante, el estudio también demostró que 5 km2 del área de posible expansión son zonas restringidas debido a que pertenecen a resguardos de comunidades indígenas las cuales son propietarias de dichas zonas.

Así mismo, el 28% del área de posible expansión (franjas rojas) no es apta para ser ocupada por asentamientos urbanos, debido a que son puntos de alto valor ambiental, estar cerca de fuentes hídricas, son áreas con características de suelo poco estables para la construcción de centros urbanos por tener pendientes mayores al 25% de inclinación, o incluso ser zonas de explotación mineral y son áreas que ya estarían habitadas en la zona urbana. Afortunadamente, se evidencia que el 22% del área de futura expansión tiene buenas condiciones para el asentamiento de la nueva población (zonas verdes).

Sumando las áreas óptimas y buenas, se tiene que para futuros asentamientos existe una disponibilidad del 25% del total del área próxima al actual perímetro urbano, lo que representa 25km2 que deberán albergar a 138.425 nuevos habitantes. Por lo tanto, si se destina el total de área óptima y buena para nuevos asentamientos, la nueva zona urbana tendría una densidad poblacional de 55 hab/Ha garantizado condiciones óptimas de vivienda similares a países desarrollados como España y Reino unido y lejos del valor medio actual de Colombia (151 hab/Ha) según [16]. En un segundo escenario, si solo se destina el 40% del total del área apta para la expansión demográfica (10km2), la densidad media (138 hab/Ha) seguirá estando por debajo del estándar nacional indicando una mejor calidad de vida para los nuevos pobladores.

Se debe relacionar que las poblaciones son vulnerables a desastres naturales y demás factores antrópicos, en España [20] se aplicó la metodología de superposición Fuzzy como alternativa metodológica que genera una respuesta clara sobre el ordenamiento de la población en relación a la superficie del suelo.