Landsat 8-based estimation of total suspended solids (1.3-43 mg/L) using NDWI, MNDWI and AWEI indices at Tecocomulco Ramsar Wetland, Mexico

Estimación basada en Landsat 8 de sólidos suspendidos totales (1.3- 43 mg/L) usando los índices NDWI, MNDWI y AWEI en el Humedal Ramsar de Tecocomulco, México

This study integrates Landsat 8 multispectral imagery and three water segmentation indices (NDWI, MNDWI, AWEI) to estimate Total Suspended Solids (TSS) concentrations in Tecocomulco Lagoon, a Ramsar wetland in Hidalgo, Mexico. Using Google Earth Engine for image acquisition and Python-based processing with Rasterio and NumPy libraries, we applied the TSS algorithm: TSS = (RED/NIR) × F, where F=10 was calibrated against in-situ measurements. Eight spectral bands were processed from cloud-free images (<50% coverage) captured between January-December 2023. Results showed TSS concentrations ranging from 1.3 to 43 mg/L, with strong correlation (r=0.89, p<0.05) against CONAGUA reference data from three monitoring sites. Statistical validation yielded RMSE=4.2 mg/L, MAE=3.5 mg/L, and R2=0.79. The combined use of three indices improved water body segmentation accuracy compared to single-index approaches. This methodology provides cost-effective monitoring for the 1,769-ha wetland, supporting conservation efforts for 15 duck species and the endangered Ambystoma mexicanum. The approach offers a replicable framework for TSS monitoring in similar high-sedimentation wetlands.

Este estudio integra imágenes multiespectrales de Landsat 8 y tres índices de segmentación de agua (NDWI, MNDWI, AWEI) para estimar las concentraciones de Sólidos Suspendidos Totales (SST) en la Laguna de Tecocomulco, un humedal Ramsar en Hidalgo, México. Utilizando Google Earth Engine para la adquisición de imágenes y procesamiento basado en Python con las bibliotecas Rasterio y NumPy, aplicamos el algoritmo de SST: SST = (ROJO/NIR) × F, donde F=10 fue calibrado con mediciones in situ. Se procesaron ocho bandas espectrales a partir de imágenes libres de nubes (<50% de cobertura) capturadas entre enero y diciembre de 2023. Los resultados mostraron concentraciones de SST que oscilaron entre 1.3 y 43 mg/L, con una fuerte correlación (r=0.89, p<0.05) respecto a los datos de referencia de CONAGUA provenientes de tres sitios de monitoreo. La validación estadística arrojó RMSE=4.2 mg/L, MAE=3.5 mg/L y R²=0.79. El uso combinado de los tres índices mejoró la precisión de la segmentación del cuerpo de agua en comparación con los enfoques de índice único. Esta metodología proporciona un monitoreo eficaz para el humedal de 1,769 ha, apoyando los esfuerzos de conservación de 15 especies de patos y del Ambystoma mexicanum, especie en peligro de extinción. El enfoque ofrece un marco replicable para el monitoreo de SST en humedales similares con alta sedimentación.