Área de estudio

El estado de Yucatán ocupa el extremo septentrional de la península que lleva su nombre, y constituye la porción más oriental de México (Fig. 1). Las temperaturas medias anuales del estado se distribuyen de 24 a los 28 ºC; hay dos zonas térmicas: la cálida, de 24 a 26 ºC, y la muy cálida, con temperaturas mayores a 26 ºC. La precipitación media estatal es de 1100 mm anuales; las lluvias se presentan en verano, de junio a octubre. El subsuelo está constituido por una secuencia de sedimentos calcáreos de origen marino del Terciario reciente, y se compone principalmente de una caliza dura formada por la precipitación de carbonato de calcio. La falta de arcillas y margas sobre la caliza provoca que en periodos de lluvia se infiltre rápidamente el agua, disolviendo la roca y formando un relieve llamado karst o cárstico (^{García y Graniel 2010}).

Fig. 1 Localización del área de estudio (estado de Yucatán, México) 

El agua subterránea en Yucatán es la principal fuente de abastecimiento para las distintas actividades de la población; a su vez, el acuífero es receptor de las aguas de desecho que se generan en el estado. Existen problemas de calidad a causa de la alta permeabilidad del suelo, lo que hace al acuífero muy vulnerable a la contaminación debido a la mala disposición de aguas residuales, fosas sépticas, aguas pluviales y otros factores como lixiviados de tiraderos o basureros municipales. Asimismo, hay otras fuentes de origen natural que modifican la calidad del agua subterránea y la inutilizan para el abastecimiento, como la intrusión salina en la franja costera o la presencia de yesos en algunas áreas del sur del estado (^{Graniel 2010}). Por tal motivo, es muy importante la evaluación de la vulnerabilidad y su integración al análisis del riesgo para la delimitación de zonas muy vulnerables y para la toma de decisiones sobre el uso de suelo.

Análisis de peligros

Para la identificación y categorización de los peligros de contaminación presentes en la entidad, se siguió el método propuesto por el grupo COST Action 620 (^{Zwahlen 2003}).

El primer paso consiste en realizar el inventario de peligros, que consiste en una diferenciación general sobre una escala regional o local acerca del uso de suelo; en él se distinguen tres categorías: infraestructura, actividades industriales y actividades agrícolas, las cuales se consideran como el nivel I de dicho inventario. Las categorías del nivel II usan un criterio adicional de clasificación: distinguen entre peligros de acuerdo con la posible fuente principal de contaminación (contaminantes líquidos o sólidos), o bien pueden referirse a los tipos de actividades industriales o agrícolas con sus correspondientes espectros de posibles contaminantes. Las categorías consideradas dentro del nivel III representan una subdivisión de las contenidas en el nivel II. Las categorías del nivel III se mencionan con más detalle en el cuadro I (^{Zwahlen 2003}). La información acerca de los peligros se obtuvo de bases de datos y archivos shape provenientes de dependencias de gobiernos municipales, estatales y federales, estudios publicados y mapas de atlas de riesgos.

El segundo paso consiste en la evaluación del grado de peligrosidad para cada tipo de actividad riesgosa. La información colectada para cada tipo de peligro contiene, en la medida de lo posible, la naturaleza de la actividad, localización por coordenadas, caracterización y cuantificación de los residuos sólidos y líquidos.

El tercer paso es la categorización y ponderación de los peligros; los coeficientes de ponderación, que varían de 10 a 100, se enlistan en el cuadro I. Un peligro del mismo tipo pero con diferentes características se puede comparar usando un factor de rango (Q _n ), el cual representa la cantidad o grado de sustancia nociva que puede ser potencialmente liberada o descargada al acuífero, y varía de 0.8 a 1.2 (^{Mimi y Assi 2009}).

Además de considerar el tipo o cantidad de sustancias peligrosas que se asocian a la amenaza, también debe incluirse el nivel técnico, el nivel de mantenimiento, los alrededores y las medidas de seguridad, que son factores importantes cuando se evalúa la probabilidad de que un evento real de contaminación ocurra. Para evaluar esta probabilidad se aplica un coeficiente de reducción (R _f ) que varía de 1 a 0. Si R _f es igual a 0 no hay riesgo de contaminación, mientras que un R _f igual a 1 indica que no hay información para saber si existe una reducción de la probabilidad de que un evento contaminante ocurra. El índice de peligrosidad HI (hazard index) describe el grado de peligrosidad de cada actividad riesgosa; para su cálculo se usa la siguiente fórmula:

donde HI es el índice de peligrosidad, H es el valor de la ponderación de cada peligrosidad asignado en el cuadro I, Q _n es el factor de rango (0.8-1.2) y R _f es el factor de reducción (0-1). El rango posible del HI varía de 0 a 120.

El cuarto paso es la producción del mapa de peligros, que es la interpretación gráfica de las fuentes o eventos contaminantes donde se muestra su localización, extensión (tamaño, forma) e información descriptiva.

El quinto paso es la integración de la información sobre los peligros en un SIG para producir el mapa de peligrosidad.

El sexto paso consiste en la evaluación de los datos en cuanto a la calidad de los mismos, el acoplamiento de los modelos en el SIG, los resultados y la sensibilidad de éstos.

El séptimo paso es la producción del mapa de peligrosidad con base en los resultados del índice de peligrosidad aplicado para cada amenaza.

Tanto el mapa de peligros como el mapa del índice de peligrosidad fueron desarrollados con el software ArcGIS 10.1. En el cuadro II se muestran los colores que se utilizan para representar el grado de peligrosidad potencial de las diferentes amenazas en el mapa (^{Mimi y Assi 2009}).

Evaluación de la vulnerabilidad

Se implementó una modificación del modelo DRASTIC, (DRSTIL) (Ecuación 2) que ha sido aplicado por ^{Albornoz-Eúan y González-Herrera (2017)} para evaluar la vulnerabilidad del acuífero de Yucatán, México:

donde π es el índice de vulnerabilidad, D es la profundidad del agua, R la recarga, S se refiere al suelo, T corresponde a la topografía, I al impacto de la zona vadosa y L al uso del suelo. Los subíndices R y W son la puntuación y el valor de ponderación otorgado a cada factor, respectivamente.

En este modelo, los factores A (litología del acuífero) y C (conductividad hidráulica) no se toman en cuenta, ya que se relacionan más con la ruta, longitud, transporte, difusión y degradación de los contaminantes considerando todo el sistema acuífero (^{Aller et al. 1987}). Para el área de estudio estos factores no representan grandes variaciones (se considera al acuífero yucateco en su totalidad como un sistema cárstico para el cual ^{González-Herrera et al. [2002]} reportan conductividades hidráulicas de 5.5 × 10^-3 m/s y 1.115 m/s obtenidas de un modelo de flujo de aguas subterráneas), ya que las puntuaciones para estos factores se basan en los rangos establecidos por el método DRASTIC y los valores que se asignarían serían similares, lo que ocasionaría una redundancia para el cálculo de las diferentes clases de vulnerabilidad.

La aplicación de la modificación DRSTIL resulta ventajosa, ya que excluye estos factores; además, en el presente caso, sólo se requiere evaluar la vulnerabilidad a la contaminación a nivel freático, es decir, la susceptibilidad del sistema a la entrada de contaminantes. Asimismo, se añadió el factor L (uso del suelo) para reflejar los impactos de las diversas actividades, que se desarrollan sobre la superficie del suelo, sobre la calidad del agua subterránea (^{Li y Merchant 2013}); este factor presenta grandes variaciones en el área de estudio, por lo que puede contribuir a una mejor identificación de las áreas con mayor riesgo de ser contaminadas.

El desarrollo de cada uno de los factores del modelo DRSTIL se realizó con ayuda del programa ArcGIS 10.1. En el cuadro III se desglosan las fuentes de datos utilizadas para el desarrollo de cada factor del índice DRSTIL, junto con su respectiva ponderación de acuerdo con el método DRASTIC (^{Aller et al. 1987}), excepto para el factor uso de suelo, cuyas puntuaciones, así como la ponderación asignada, se tomaron con base en diversos estudios en que se incorpora este factor al índice DRASTIC (^{Rupert 1999}, ^{Ceplecha et al. 2004}, ^{Kabbour et al. 2004}, ^{Lima et al. 2011}, ^{Li 2012}).

La estimación del factor profundidad del agua se realizó siguiendo el método de configuración del nivel freático propuesta por ^{Snyder (2008)} (Fig. 2). La recarga se calculó de acuerdo con el método propuesto por la ^{CONAGUA (2010)}, según el cual la recarga natural por infiltración corresponde a la diferencia entre el volumen precipitado y el volumen evapotranspirado. Los valores de precipitación y evapotranspiración se obtuvieron de los archivos shape de la CONABIO. Los rangos de precipitación media, así como los datos de evapotranspiración real media anual, se calcularon según el método de Turc con información de 543 estaciones en un periodo de 25 años, según los trabajos realizados por ^{Maderey (1990)}. Los parámetros para el análisis kriging se determinaron por medio de variogramas desarrollados con el programa GS+ (Geoestatistics for the Environmental Sciences).

Fig. 2 Método utilizado para la estimación de la profundidad del agua 

Para la obtención del mapa de vulnerabilidad con el índice DRSTIL, todos los factores fueron estandarizados en forma directa a las puntuaciones del método DRASTIC (^{Aller et al. 1987}) excepto los factores profundidad del agua (D) y recarga (R), los cuales se estandarizaron por medio de ecuaciones derivadas de curvas de ajuste. Los rásteres estandarizados se agregaron por medio de la herramienta Suma ponderada del módulo Análisis espacial de ArcGIS 10.1. El ráster de salida fue reclasificado de acuerdo con los rangos de valores para el índice DRSTIL calculados por medio de la suma de cada una de las puntuaciones ponderadas para cada factor (Cuadro IV).

Evaluación y mapa de riesgo

Para el mapeo del riesgo de contaminación, el enfoque usado en este método se basó en la integración de la carga contaminante en el subsuelo y la vulnerabilidad a la contaminación del acuífero en la locación para la cual se evalúa la intensidad del riesgo. Los mapas realizados con este enfoque muestran el riesgo de contaminación de cada peligro en relación con el recurso de protección (acuíferos). El índice de intensidad de riesgo RII (risk intensity assessment) es la probabilidad de que los contaminantes con una cierta cantidad y concentración alcancen el nivel freático del agua subterránea. El cálculo del índice de intensidad del riesgo considera los efectos de la vulnerabilidad y los peligros usando la siguiente ecuación:

Donde RII es el índice de intensidad del riesgo, HI es el índice de peligrosidad y π es el índice de vulnerabilidad. Los límites de las clases de riesgo son el producto de los límites de las clases de vulnerabilidad y el índice de peligrosidad, como se observa en el cuadro V, lo cual es una ventaja, ya que se trata de una operación muy fácil de implementar que permite la adaptación a los diferentes índices de vulnerabilidad. En el cuadro V también se puede apreciar la clase a la que pertenece cada riesgo de acuerdo con los resultados del índice de riesgo, así como los colores usados para representar cada nivel de riesgo en el mapa.

Análisis del mapa de peligros

El mapa de peligros del estado de Yucatán (Fig. 3) permitió identificar zonas de pastizal cultivado e inducido, las cuales ocupan 4972 km² (12.71 % del territorio estatal) y se clasificaron como áreas de pastoreo intensivo conforme a los niveles del cuadro III. Asimismo, las zonas de agricultura temporal e intensiva, que ocupan 2926 km² (7.47 %), se clasificaron como áreas de fertilizantes y plaguicidas, en tanto que las áreas urbanizadas ocupan 380.31 km² (0.009 %). La ciudad de Mérida es la que tiene mayor densidad de viviendas, y no cuenta con un sistema de drenaje para aguas residuales, por lo tanto se le clasificó como urbanización sin sistema de alcantarillado. Las demás áreas urbanizadas corresponden al resto de las cabeceras municipales, las cuales se clasificaron como viviendas con tanques sépticos, pozos y letrinas por la menor densidad de viviendas y la menor extensión ocupada. En cuanto a las carreteras, se incluyeron solamente las de mayor aforo vehicular, que cubren 1532.253 km. Las estaciones de gasolina se encuentran dispersas en todo el territorio estatal, generalmente dentro de las áreas urbanizadas y las carreteras. Las granjas, los bancos de materiales, los cementerios y los rellenos sanitarios se localizan en las inmediaciones de las zonas urbanizadas. Los rellenos sanitarios son de tipo C (de 10 a 50 ton/día), presentes en ocho municipios; de tipo D (menores a 10 ton/día), localizados en 34 municipios, y sólo hay un relleno sanitario de tipo A (mayor a 100 ton/día) en el municipio de Mérida. Estos rellenos se encuentran ubicados espacialmente; en el resto de los municipios existen tiraderos a cielo abierto de cuyas ubicaciones no se tiene un registro exacto.

Fig. 3 Mapa de peligros del estado de Yucatán 

El factor de ponderación H se determinó conforme a lo propuesto por COST 620 y el factor de rango Q _n se evaluó considerando las especificaciones técnicas de cada tipo de amenaza. Debido a que no se cuenta con información acerca del estado de mantenimiento en el que se encuentra la mayoría de los peligros identificados, el factor de reducción R _f asignado fue de 1. A ciertos peligros, como las plantas de tratamiento biológico de aguas residuales, se les asignó un R _f de 0.6, de acuerdo con algunas aplicaciones de los mapas de riesgos en determinadas zonas de Alemania realizadas por el grupo COST 620. A los cementerios igualmente se les aplicó un R _f de 0.5, ya que el manejo de las defunciones es parecida a la que se realiza en la Sierra de Líbar, al sur de España (^{Zwahlen 2003}), pues las personas fallecidas no son enterradas sino puestas en ataúdes y colocados en bóvedas. En el cuadro VI se listan todos los peligros encontrados en la entidad y sus respectivos valores de ponderación.

El mapa de peligrosidad (Fig. 4) indica que la clase de peligrosidad alta ocupa una superficie de 104.19 km² (0.27 %) y se encuentra ubicada en la ciudad de Mérida, que es la mayor urbe en el estado y no cuenta con sistema de drenaje, por lo que la mayoría de las aguas residuales generadas se descargan en sumideros y fosas sépticas. Asimismo, en dicha área urbana se localizan industrias, almacenes y una gran densidad de estaciones de gasolina, tanques de almacenamiento de combustibles, depósitos de chatarra y plantas de tratamiento de aguas residuales procedentes de hoteles, oficinas y nuevos fraccionamientos. La clase de peligrosidad moderada se encuentra alrededor de la ciudad de Mérida, en la cual también se asientan desarrollos inmobiliarios con plantas de tratamiento para sus aguas residuales y algunas industrias; sin embargo, éstas se encuentran más dispersas.

Fig. 4 Clases de peligrosidad en el estado de Yucatán 

Análisis del mapa de vulnerabilidad

Los valores del índice de vulnerabilidad DRSTIL para el estado de Yucatán fluctuaron entre 58 y 197. Se obtuvieron cinco clases de vulnerabilidad, como se puede apreciar en la figura 5. mínima, baja, moderada, alta y extrema. Algunas áreas del sur del estado, donde se encuentra ubicada la Sierrita de Ticul, fueron clasificadas con vulnerabilidad mínima, cubriendo aproximadamente un 1.23 % de la superficie total. La vulnerabilidad baja se manifiesta en la mayor parte de la región sur, en algunas zonas del oriente y la región poniente de la zona costera, con un 37.95 % de la extensión total. La clasificación de vulnerabilidad moderada fue la que tuvo mayor cobertura en el estado; se distribuyó principalmente en grandes áreas del oriente, noreste, centro, occidente y poniente, con un 42.51 % del total. Las áreas clasificadas como de alta vulnerabilidad ocupan 18 % del área total, y se encuentran principalmente en la parte norte de las regiones noreste, litoral centro, occidente y poniente. Por último, la clase de vulnerabilidad extrema fue la de menor extensión, con un 0.31 % del total, y está localizada en la parte sur de la región oriente del estado.

Fig. 5 Mapa de vulnerabilidad del estado de Yucatán con base en el índice DRSTIL 

Los resultados obtenidos difieren de los reportados en otros trabajos en los que se implementó el índice DRASTIC o una modificación del mismo. Utilizando el índice DRASTIC, ^{Pérez-Ceballos et al. (2008)} encontraron que el 0.2 % de la superficie total de la entidad se clasificó en la categoría de vulnerabilidad moderada, el 61 % como vulnerabilidad alta, el 33.8 % como vulnerabilidad muy alta y el 5 % como vulnerabilidad extrema. Utilizando una modificación del DRASTIC (DSTI), ^{Gijón et al. (2009)} clasificaron el 15.48 % de la superficie en la categoría de vulnerabilidad moderada, el 35.98 % en la categoría de vulnerabilidad alta y el 48.54 % en la categoría de vulnerabilidad extrema.

Análisis del mapa de riesgo

El mapa de riesgo se elaboró con el índice de intensidad de riesgo, el cual varió de 1 a 13 404. Los niveles de riesgo para el área de estudio se clasificaron como muy bajo, bajo, moderado y alto. En la figura 6 se puede observar que las áreas de muy bajo riesgo ocupan una superficie de 14 674.44 km² (37.43 % del área total de la entidad), la clase de bajo riesgo ocupa 22 655.47 km² (57.7 %), la clase de riesgo moderado tiene una superficie de 1797. 77 km² (4.59 %) y la clase de alto riesgo tiene una extensión de 78.8 km² (0.20 %). En las zonas clasificadas como de muy bajo riesgo se encuentran principalmente granjas dispersas, algunas urbanizaciones pequeñas y carreteras con bajo aforo vehicular; la mayoría de las zonas coinciden con áreas de vulnerabilidad moderada, aunque en el litoral centro, la vulnerabilidad es alta. En las zonas clasificadas como de bajo riesgo dominan las áreas agrícolas (ya sean de temporal, de riego o pastizales), que se encuentran localizadas principalmente en áreas de vulnerabilidad baja en las regiones del sur y oriente del estado, aunque en la región del noreste la vulnerabilidad es moderada y alta.

Fig. 6 Clases de riesgos en el estado de Yucatán 

Las zonas de riesgo moderado se localizan en algunas áreas de la región oriente, poniente y en la zona metropolitana de Mérida (ZMM). En la región oriente y poniente, este nivel de riesgo se debe principalmente a las actividades agrícolas desarrolladas en un área de vulnerabilidad extrema y alta, respectivamente. Las zonas de alto riesgo se encuentran ubicadas en la ZMM, la cual se encuentra dominada por la urbanización, estaciones de gasolina, numerosas plantas industriales, plantas de energía, bancos de materiales y carreteras con gran aforo vehicular, peligros que están asentados en su totalidad en áreas clasificadas como de vulnerabilidad alta. Es necesario destacar que las clasificaciones en el mapa de riesgo pueden cambiar si existen cambios en las características de los peligros, ya sea de incremento o reducción de las posibles sustancias tóxicas liberadas, o bien de la extensión de los mismos. De igual manera, es necesario indicar que el riesgo también se encuentra en función de las clasificaciones de vulnerabilidad, la cual puede cambiar debido a las variaciones de cada uno de los factores que la componen, como la profundidad del nivel freático y la recarga, mismas que pueden sufrir variaciones en el tiempo. Los resultados del mapa de intensidad del riesgo indican áreas problemáticas donde se deben concentrar los esfuerzos para reducir los peligros existentes, así como para prevenir o minimizar la probabilidad tanto de que ocurra un evento contaminante como sus consecuencias por medio de la implementación de acciones correctivas.