Sustainability evaluation of the Cuautitlán-Pachuca aquifer using MESMIS Methodology
Efraín Neri-Ramírez1*; J. Enrique Rubiños-Panta1; Oscar L. Palacios-Velez1; José L. Oropeza-Mota1; Héctor Flores-Magdaleno1; Ignacio Ocampo-Fletes2
1 Campus Montecillo, Colegio de Postgraduados. km 36.5 Carretera México-Texcoco. Montecillo, Texcoco, México. C. P. 56230. Correo-e: neri.efrain@colpos.mx (*Autor para correspondencia).
2 Colegio de Postgraduados. km 125.5 Carretera México-Puebla, Santiago Momoxpan, San Pedro Cholula. Puebla, México. C. P. 72760.
]]> Recibido: 28 de noviembre de 2011
RESUMEN
El acuífero Cuautitlán-Pachuca ocupa la porción norte de la cuenca del Valle de México, justificando su nombre por la presencia de Cuautitlán en el Estado de México y Pachuca en el estado de Hidalgo. Dicho acuífero en la actualidad esta sobreexplotado. Por tal motivo en este trabajo se estimó la sustentabilidad del acuífero, utilizando el marco para la evaluación de sistemas de manejo de recursos naturales incorporando indicadores de sustentabilidad (MESMIS). Se realizó un estudio longitudinal comparando dos sistemas, el primero se analizó para el periodo 1970-1990 (sistema de referencia) y el segundo para el periodo 1991-2010 (sistema alternativo). Se analizaron 14 indicadores ambientales, económicos y sociales, para los dos periodos de tiempo. Encontrándose que los aspectos ambientales y económicos presentan los mayores rezagos con el paso de los años, en el caso de los indicadores sociales mostraron avances hacia la equidad. También se encontró que 9 de los indicadores presentaron mayor cercanía al valor óptimo propuesto en el sistema de referencia y solo cinco mostraron un acercamiento hacia el óptimo en el sistema alternativo. Los resultados muestran que el acuífero es menos sustentable en la actualidad.
Palabras clave: Indicadores, sobrexplotación, económico, social, ambiental.
ABSTRACT
The aquifer Cuautitlan-Pachuca occupies the northern portion of the basin of the Valley of Mexico, justifying its name from the presence of Cuautitlan in the State of Mexico and Pachuca in Hidalgo. This aquifer is overexploited at present, because the recharge is less than abstraction, for this reason in this work was estimated sustainability of the aquifer, using the framework for assessing management systems incorporating natural resources sustainability indicators (MESMIS). We performed a longitudinal study comparing of two systems, the first was analyzed for the period 1970-1990 (reference system) and the second for the period 1991-2010 (alternative system). They analyzed 14 environmental indicators, economic and social, for the two periods. We found that environmental and economic aspects present the greatest setbacks over the years, in the case of social indicators showed progress toward equity. We also found that 9 of the indicators presented closer to the optimum value proposed in the reference system and only five showed a close to optimal in the alternative system. The results show that the aquifer is less sustainable today.
Keywords: Indicators, overexploitation, economic, social, environmental.
]]>INTRODUCCIÓN
A partir de la década de los setenta en México, ha aumentado sustancialmente el número de acuíferos sobreexplotados, 32 en 1975, 36 en 1981, 80 en 1985, 97 en 2001, 102 en 2003, 104 en el 2006, 101 en 2007; sin embargo, en el año 2009 se redujo el número a 100, valor que se mantuvo en el 2010. De éstos se extrae el 58% del agua subterránea para todos los usos (EAM, 2011). En el caso del acuífero Cuautitlán-Pachuca, la extracción de agua subterránea en los últimos años ha provocado la sobreexplotación del mismo, ya que la recarga es bastante menor que la extracción. Para estimar la distancia y el sentido de la variación del sistema ambiental correspondiente al acuífero Cuautitlán-Pachuca, entre el estado inicial (dato de la realidad) y el estado de transición hacia un escenario sustentable de desempeño de la sociedad; se utilizaron indicadores que representaron variables del sistema y que permitieron medir el grado de afectación ambiental, económica y social de la sobreexplotación del acuífero, como lo recomienda Achkar (2005). Dichos indicadores fueron determinados mediante revisión bibliográfica y visitas de campo a la zona de interés, para después ser analizados y ser expresados por un valor de sustentabilidad óptimo contra el cual comparar el encontrado en el sistema analizado, en cada periodo. Lo anterior, con la finalidad de determinar en cada aspecto (ambiental, económico y social) las variables que pueden determinar que el acuífero sea más o menos sustentable, mediante la implementación de medidas correctivas que permitan la recuperación del mismo, o en su defecto determinar si se ha rebasado el umbral de acción para hacerlo sustentable.
MATERIALES Y MÉTODOS
Localización
El acuífero Cuautitlán-Pachuca ocupa la porción norte de la cuenca del Valle de México, siendo su zona de influencia mayormente Cuautitlán, Estado de México y Pachuca, Hidalgo. El límite del acuífero corresponde al publicado por la CONAGUA en el Diario Oficial de la Federación (DOF), el 28 de agosto de 2009, y que se muestra en la Figura 1, donde se observa la localización y área de influencia. De acuerdo a los límites establecidos en la poligonal, el área administrativa es de 3,893 km2.
Definición de los indicadores de sustentabilidad del acuífero
El acuífero se analizó desde dos escenarios distintos, el primero comprendió un periodo de tiempo de 1970 a 1990 (sistema de referencia) y el segundo de 1991 a 2010 (sistema alternativo), de manera que pudieran ser comparados para evaluar el estado de sustentabilidad. Dicho ejercicio se hizo con la ayuda del "Marco para la evaluación de sistemas de manejo de recursos naturales incorporando indicadores de sustentabilidad (MESMIS)" desarrollada por Masera et al. (1999). El proceso para la definición y medición de los 14 indicadores (6 ambientales, 5 económicos y 3 sociales) de este trabajo tuvo que ajustarse a una serie de principios o atributos de los sistemas sustentables. En el marco MESMIS, el conjunto de indicadores medidos y monitoreados puede considerarse como un termómetro de los atributos de sustentabilidad para un sistema socioambiental especifico, como lo fue para el caso del acuífero Cuautitlán-Pachuca. El conjunto de indicadores y sus formas de medición fueron determinados por la escala y el objetivo de la evaluación, además de los aspectos que debilitan o fortalecen la sustentabilidad, es decir, cada indicador corresponde a los atributos relacionados con: a) Productividad, b) Estabilidad, resiliencia y confiabilidad, c) Adaptabilidad, d) Equidad y e) Autogestión (Ver Cuadro 1).
Determinación de los indicadores y valores óptimos
]]> El valor óptimo del indicador de volumen de extracción se obtuvo utilizando el software Visual Modflow (McDonald y Harbaugh, 1988), el cual permite realizar simulaciones de flujo subterráneo al mantener una extracción contante y variar el volumen de recarga; dando como resultado un volumen racional de extracción de 400 hm3·año-1. Para la recarga del acuífero se tomó como valor óptimo 450 hm3·año-1 que es un valor mayor al registrado por el Diario Oficial de la Federación en el 2009 (356.70 hm3·año-1); y fue estimado con base en la simulación de escenarios al igual que en el caso de la extracción. De acuerdo con la publicación "Estadísticas del Agua en México", (2011), la agricultura utiliza tres cuartas partes del agua que se consume a nivel mundial; la industria utiliza 15% y el uso en los hogares tan solo 10%. Dentro del acuífero Cuautitlán-Pachuca, el 25.69% de los pozos se usan para la agricultura, esto equivale a 55.91 hm3·año-1, valor que fue tomado como óptimo (CEAA, 2009). Se tiene registro de 867 pozos, de los cuales 90 (8.23%) corresponden al estado de Hidalgo, extrayendo un caudal aproximado de 3,425.32 L·s-1 (13.92%). En contraste, el Estado de México extrae 20,871.40 L·s-1(86.08%), con 777 (71.02%) pozos activos (CEAA, 2009). De manera que para determinar el valor óptimo de número de pozos fue necesario considerar los pozos activos (867), además del volumen de extracción y recarga del acuífero, por lo que se estimó el número de pozos óptimo en 694 pozos. Para el caso de la calidad del agua subterránea, el parámetro con que se evaluó fue la salinización determinada por los sólidos totales. De acuerdo a su concentración las aguas subterráneas se clasifican en dulces (<1,000 mg·L-1), ligeramente salobres (1,000 a 2,000 mg·L-1), salobres (2,000 a 10,000 mg·L-1) y salinas (>10,000 mg·L-1) (EAM, 2011). El límite entre el agua dulce y la ligeramente salobre coincide con la concentración máxima señalada por la modificación de la Norma Oficial Mexicana NOM-127- SSA1-1994, considerando lo anterior se tomó un valor óptimo de 800 mg·L-1 de solidos totales. En cuanto al cambio de uso de suelo, el 51.16% corresponde a área urbana, mientras que el uso agrícola ocupa un 48.83% (PND, 2007); de manera que para mantener un equilibrio, el valor óptimo propuesto de superficie con cambio de uso de suelo (agrícola a público urbano) fue de 50 ha·año-1.En relación al costo de reúso de agua, el m3 de agua tratada varía de entre $ 1.48 y $ 5.00 dependiendo del nivel y tipo de tratamiento (Escalante et al., 2003). De manera que el valor óptimo para este indicador fue de $1 por m3. En cuanto a los costos de extracción de agua, estos son regulados por las tarifas de bombeo de agua. Los precios en el consumo de energía eléctrica incluyen: servicios públicos, uso agrícola, así como tarifas generales para industriales (CFE, 2010). El kW·h-1 tuvo un valor promedio en los últimos veinte años de menos de 0.80 centavos, considerando lo anterior se tomó como costo óptimo para el indicador un valor de $1 kW·h-1. La disponibilidad es el volumen medio anual de agua subterránea que puede ser extraído de una unidad hidrogeológica para diversos usos, adicional a la extracción ya concesionada y a la descarga natural comprometida, sin poner en peligro el equilibrio de los ecosistemas (NOM-011-CNA-2000). De acuerdo a lo publicado en el Diario Oficial de la Federación en 2009, el acuífero no cuenta con disponibilidad de agua subterránea, al contrario tiene un déficit de 190 hm3·año-1 de manera que con base en una simulación de escenarios mediante el uso del software Visual Modflow (McDonald y Harbaugh, 1988), se consideró como valor óptimo 50 hm3·año-1 .Con relación a la evolución del nivel estático, de acuerdo con registros históricos del CEAA y trabajo de campo (2010), se encontró que el abatimiento medio anual en el periodo de 1970 a 2010 fue de 2.1 m·año-1 Considerando lo anterior se tomó un valor de 0.5 m·año-1 como el abatimiento óptimo. En cuanto al consumo per cápita que se refiere a la cantidad adecuada de agua para consumo humano (beber, cocinar, higiene personal y limpieza delhogar) es de 50 L·hab-1·día-1, es decir, 18250 L·hab-1·día-1 según lo publicado por la UNESCO, (2003). Sin embargo se consideró una cantidad mínima de 100 L ·hab-1·día-1o 36,500 L·persona-1·año-1 como óptimo para el área urbana (dominante en la zona de estudio). En cuanto al valor económico del agua subterránea, esté se mide con los beneficios que genera o, en otras palabras, en los servicios que proporciona (Kemper, 2002). El costo promedio de un m3 de agua es de $11.60 para uso público urbano y para agricultura es de $3.00 debido al subsidio. De manera que se tomó como valor óptimo de costo de agua por m3 de $ 12.00, es decir, un costo homogenizado sin importar el uso. El nivel de participación de los usuarios se estimó a través de los Consejos Técnicos de Aguas Subterráneas (COTAS) que están formados por todos aquellos que cuentan con un título de concesión por cada uso del agua y son representados a través de un Consejo Directivo (Sandoval, 2004). De manera que el nivel de participación en la toma de decisiones por parte de los usuarios de acuerdo a su uso fue establecido en 100% como el valor óptimo. Finalmente el índice de desarrollo humano (IDH), que permite medir como una sociedad mejora sus condiciones de vida a través de un incremento de los bienes con los que puede cubrir sus necesidades básicas (salud, educación, ingreso); un IDH con un valor de uno corresponde al máximo, mientras que cero establece que no existe avance. En el caso del acuífero Cuautitlán-Pachuca este índice se encuentra con un valor promedio de 0.86 (CONAGUA, 2009), sin embargo se consideró para este indicador un valor óptimo de 1 o 100%.
Ahora bien el sistema considerado en este trabajo y que comprendió dos periodos de tiempo, fueron seleccionados debido a que se contaban con datos históricos de esos años, sin embargo para poder implementar la metodología MESMIS para la determinación de la sustentabilidad en el acuífero Cuautitlán-Pachuca, fue necesario establecer valores ponderados puntuales para cada indicador en su respectivo subsistema.
Ahora bien en cuanto al volumen de extracción, los valores encontrados se obtuvieron de la comparativa del registro histórico de extracción en la zona comprendida por el acuífero Cuautitlán-Pachuca, y con base en lo publicado por el Diario Oficial de la Federación, 2009. Para el volumen de recarga se consideraron valores calculados con base en las precipitaciones históricas y mediciones de la CONAGUA; y con lo publicado en el DOF (2009). Para el consumo de agua en la agricultura, se tomaron valores de registros históricos publicados por la CONAGUA (CONAGUA, 2011). El número de usuarios con pozo de agua para los dos periodos considerados fueron obtenidos de registros históricos del CEAA y CONAGUA. En cuanto a la calidad química del agua, se tomaron las concentraciones de solidos totales con base en estudios realizados por la CONAGUA (2011). El cambio de uso de suelo presentó una variación en la superficie promedio de 10 ha·año-1 en el primer periodo analizado y 40 ha·año-1 en el segundo, lo anterior según datos históricos registrados en los planes de desarrollo del Estado de México y de Hidalgo. El costo de reúso de agua consideró un costo de $5/L y $2/L para cada sistema respectivamente con base en lo presentado por Escalante et al., (2003). En cuanto a los costos de extracción, se consideró un valor de $0.8 kW·h-1 y de $2.5 kW·h-1 de acuerdo a registros históricos de la CFE. En referencia a la disponibilidad de agua, se tomaron valores con base en cálculos según la metodología de la NOM-011 y registros históricos de la CONAGUA. Los valores considerados en la evolución del nivel estático, fueron obtenidos mediantes mediciones en campo y registros históricos del organismo de cuenca del Valle de México. En cuanto al consumo per cápita, se tomaron valores promedio de consumo durante los dos periodos analizados obtenidos con base en lo publicado por la UNESCO (2003). El valor económico del agua subterránea se obtuvo mediante estimaciones, tomando como base las cuotas de agua potable. Para determinar el grado de participación de los usuarios en la toma de decisiones, se tomó como base el COTAS del acuífero. Finalmente para el índice de desarrollo humano se consideró un grado de 40% y 86% para cada periodo respectivamente (CONAGUA, 2009).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Con base en el Cuadro 2, para el caso del volumen de extracción en el sistema de referencia se encontró por debajo del límite máximo de extracción calculado (400 hm3·año-1), es decir, se explotó en un 50% (200 hm3·año-1); y el sistema alternativo sobrepasó en un 20.75% las capacidades de sustentabilidad del acuífero, lo que implica que las condiciones del sistema de referencia eran más controladas, tal vez debido a la menor población y demanda de agua. El volumen de recarga, al igual que en el caso anterior en el sistema de referencia se acercaba hasta en 88.8% al óptimo; sin embargo para el alternativo se perdió hasta en 45% la capacidad de recarga, ocasionado por el crecimiento de la mancha urbana y al cambio de uso de suelo que ha mermado la capacidad del suelo de infiltrar el agua. Para el caso del consumo de agua en la agricultura, en el sistema de referencia ya se encontraba cerca del volumen máximo por año destinado para ese rubro (40 de 55.91 hm3·año-1), sin embargo, para el sistema alternativo se sobrepasó ese límite comprometiendo la sostenibilidad del acuífero. En cuanto al número de usuarios que cuentan con pozo de agua, se pudo observar que el sistema de referencia estaba cerca de un número de pozos ideal para el acuífero, sin embargo, en el sistema alternativo se presentó un incremento hasta llegar a 867 pozos, los cuales sobrepasan el número óptimo para proveer agua a los distintos sectores. En el aspecto de calidad química del agua, en el sistema de referencia se contaba con una menor concentración promedio de solidos totales; sin embargo, disminuyó su calidad en el sistema alternativo, haciendo que las aguas pertenecientes al acuífero tengan una alta presencia de solidos totales. En el caso del cambio de uso de suelo, se observó que en el sistema de referencia se tenía un valor cercano al óptimo, sin embargo debido a factores como el crecimiento demográfico principalmente, en los últimos 20 años se presentó un aumento acelerado en este rubro, alejándose del valor de equilibrio hasta en un 80%. Para el costo de reúso del agua, en el sistema alternativo se observó que en los últimos 20 años se han hecho esfuerzos por hacer rentable el reúso de agua como una alternativa para ahorrar, ya que de acuerdo a la Figura 2 este indicador se acerca hasta en un 50% al valor óptimo, mientras que en el sistema de referencia se tuvo tan solo un 15%, lo que permite decir que en la actualidad este indicador económico tiene una tendencia hacia la sustentabilidad. Los costos de extracción en los últimos 40 años han variado considerablemente y de acuerdo a la Figura 2 se observó que en el sistema de referencia se registró un valor muy cercano al óptimo, para el caso del sistema alternativo, se encontró que el costo sobrepaso en 75% el valor óptimo, esto debido al aumento en las tarifas eléctricas y al hecho de que se esté extrayendo en la actualidad un mayor volumen de agua que hace 40 años. En el caso de la disponibilidad se observa una diferencia marcada entre los dos sistemas, ya que mientras en el de referencia se estaba por encima del óptimo, en el alternativo la disponibilidad fue nula, lo que convierte a este indicador ambiental en un problema grave para la sustentabilidad y equilibrio del acuífero. En cuanto a la evolución del nivel estático se encontró que la variación entre los sistemas de referencia y alternativo fue mínima, siendo el sistema de referencia, el que presentó un valor más cercano al óptimo con un 70%, mientras que el sistema alternativo tuvo una disminución a 58%, lo cual aún representa un problema para el acuífero, ya que el nivel estático disminuye en el orden de 1.5 m·año-1 (CEAA, 2009). Para los casos del consumo per cápita, valor económico del agua, participación de usuarios en toma de decisiones e índice de desarrollo humano; el sistema alternativo mostró un avance firme del acuífero Cuautitlán-Pachuca hacia el equilibrio, equidad y sustentabilidad, lo cual puede deberse a la evolución en cuestiones de cultura y bienestar social que se han incrementado a la par del desarrollo del país.
Sin embargo es importante notar que con el pasar de los años los indicadores económicos y sociales sean los que se han desarrollado hacia la sustentabilidad en el sistema alternativo, mientras que los indicadores ambientales sobrepasaron los valores óptimos que permitirían un acuífero con tendencias hacia el equilibrio.
CONCLUSIONES
]]> Se puede decir que el acuífero Cuautitlán-Pachuca presentaba condiciones de más equilibrio durante el sistema de referencia, debido a que 9 de los 14 indicadores analizados tuvieron un comportamiento muy cercano al valor óptimo, mientras que en sistema alternativo, solo 5 indicadores presentaron tendencias hacia la sustentabilidad. El acuífero se encuentra en un estado crítico, por lo que será necesario implementar medidas correctivas, principalmente en los indicadores que se detectó una mayor distancia entre los valores encontrados y los valores óptimos, ya que son los que condicionan en mayor o menor medida la recuperación del equilibrio económico, ambiental y social del sistema. Finalmente se puede concluir que el sistema requiere de nuevas políticas de gestión y uso de agua, una ley más estricta en cuanto a los niveles de contaminación de las aguas residuales vertidas y sistemas de tratamiento de las mismas para implementar un programa de recarga inducida del acuífero. Asimismo, sería de gran valor el promover el desarrollo de obras de conservación de suelo y agua, en zonas de alta permeabilidad dentro del acuífero, lo que facilitaría la retención e infiltración de agua, y por ultimo concientizar al usuario para erradicar el desperdicio.
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