Erosion and progradation in the Atrato River delta : A spatiotemporal analysis with Google Earth Engine

Abstract

ABSTRACT : The Atrato River Delta in Northwestern Colombia has experienced notable geomorphological changes in its shoreline in recent years. We analyze these changes, associated with erosion and progradation, using Landsat imagery and Google Earth Engine (GEE) algorithms to automatically identify the changes in an annual basis over 33 years (1986–2019). We compare the results with manual delineations on the same imagery using ArcGIS, obtaining similar outcomes, although GEE is much more efficient in processing large amounts of imagery compared with handmade procedures. We identify with good accuracy trends in erosion and progradation areas along the mouths and sides of the delta. Our algorithm performs well at delineating the shorelines, although special care must be taken to clean the images from clouds and shadows that may alter the definition of the shoreline. Results show that the Atrato delta has lost around 10 km2 due to erosion and has gained around 18 km2 in progradation during the period of assessment. Overall, progradation is the dominant process at the delta’s mouths, while erosion is dominant only in areas far from the mouths, which agrees with a river-dominated environment of high sediment loads and is coherent with other studies made in the region. The algorithm in GEE is a versatile tool, appropriate to assess short and long-term changes of coastal areas that do not count with land-based information.

RESUMEN : El delta de río Atrato localizado en el noroccidente de Colombia ha experimentado cambios geomorfológicos en su línea costera recientemente. Analizamos estos cambios, asociados a procesos erosivos y de progradación usando imágenes Landsat y la plataforma Google Earth Engine (GEE) para identificar estos cambios anualmente de forma automática en un periodo de 33 años (1986–2019). Comparamos estos resultados con la delineación manual de la misma línea costera usando las mismas imágenes mediante ArcGIS y se obtuvieron resultados similares. Se destaca que GEE es más eficiente para procesar grandes cantidades de imágenes, comparado con el procedimiento manual. Identificamos tendencias de las áreas progradadas y erosionadas con buena precisión en el delta. Nuestro algoritmo realizó una buena delineación de las líneas costeras, previo filtrado de la nubosidad y las sombras de las imágenes puesto que podrían alterar la definición de estas. Los resultados muestran que el delta ha perdido cerca de 10 km2 debido a la erosión y ha ganado alrededor de 18 km2 por la progradación. La progradación domina en las bocas del delta, mientras que la erosión en áreas alejadas de estas. Esto concuerda con un delta de dominio fluvial con altas cargas de sedimentos y es coherente con estudios realizados en la misma zona. El algoritmo es una herramienta versátil, apropiada para evaluar cambios en el corto y largo plazo de áreas costeras sin información in situ.