Proceso jerárquico analítico para la toma de decisiones en el manejo de los recursos naturales*

Analytical hierarchical process for decision taking in natural resources management

Ignacio Sánchez Cohen^1§, Gabriel Díaz Padilla², Hilario Macías Rodríguez¹ y Juan Estrada Ávalos¹

¹Centro Nacional de Investigación Disciplinaria en Relaciones Agua Suelo Planta Atmósfera (RASPA). INIFAP. Canal Sacramento, km 6.5. Zona Industrial Gómez Palacio, Durango. C. P. 35140. (macias.hilario@inifap.gob.mx), (estrada.juan@inifap.gob.mx). Tel. 01 871 1590105.

* Recibido: noviembre de 2009
Aceptado: septiembre de 2010

Resumen

La visión multiobjetivo y multicritero permite identificar acciones consensuadas de beneficio común y compromisos compartidos en la toma de decisiones, para la conservación de los recursos naturales. El objetivo del trabajo fue proponer un modelo de análisis multiobjetivo desarrollado para el manejo de los recursos naturales en la cuenca de Lobos del municipio de León, Guanajuato; que puede ser extrapolado a cualquier cuenca del país en 2008. Los temas alternativos de acción propuestos por los participantes y usuarios de la cuenca entrevistados fueron: organización, servicios ambientales, capacitación, cultura, reforestación, ordenamiento racional y cumplimiento de la ley, los cuales se analizaron con base en criterios económicos, técnicos, sociales y ecológicos. Los resultados mostraron que la alternativa "cultura", seguida de ordenamiento racional y cumplimiento de la ley fueron las más significantes. El criterio ecológico aportó alta contribución para que "cultura" fuese la alternativa más importante. La influencia de los criterios técnico y económico fue limitada debido a la baja importancia relativa asignada.

Palabras clave: cuenca hidrológica, impacto, multidisciplina, multiobjetivo, planeación.

Abstract

Key words: impact, multidiscipline, multiobjective, planning, water basin.

INTRODUCCIÓN

El manejo integrado de los recursos naturales, es una herramienta conceptual que permite tratar todos los aspectos que afectan la sustentabilidad de los recursos. Integra diversas disciplinas como las ciencias sociales, economía, ecología e hidrología así como la experiencia de la comunidad para el tratamiento de problemas reales sobre el manejo de estos recursos (Lane et al. 1994; Letcher y Jakeman, 2003).

Manejo integrado del agua y la toma de decisiones

La documentación del uso de sistemas para toma de decisiones ha crecido recientemente; como lo describe Power (2007), mucho del trabajo inicial se diseñó para automatizar la generación de reportes en computadoras. La aplicación de estos algoritmos en los recursos naturales empezó prácticamente en la década de los noventas; como ejemplo de esto se encuentran los trabajos de El-Swaify y Yakowitz (1998); Lawrence y Robinson (2002); Rizzoli y Jakeman (2002); Sánchez et al. (2005). La revista de la Asociación Americana de Recursos Hidráulicos ha dedicado volúmenes completos al respecto (AWRA 2001, 2002a, 2002b); además existe una amplia gama de software sobre sistemas para la toma de decisiones en recursos naturales (Johnson y Lachman, 2001).

El manejo de los recursos naturales se fundamenta en un proceso de toma de decisiones; un problema de toma de decisiones existe cuando: a) se presenta una discrepancia entre el estado actual del ecosistema (comúnmente recursos deteriorados por acciones de diverso origen) y el estado deseado; es decir, en equilibrio y sustentable; y b) cuando existe más de una alternativa para conseguir el estado deseado. Para atender con eficacia los problemas relacionados con los recursos naturales, existe el análisis multicriterio (AMC) cuyo fin es analizar un número de alternativas de solución con múltiples criterios y objetivos en conflicto (Heilman et al., 2006).

Con base en lo anterior, es posible generar soluciones y jerarquizar las alternativas de acuerdo a las preferencias de los involucrados. Para utilizar AMC es necesario elaborar una matriz de decisión conformada por las alternativas y los criterios de evaluación; esto requiere de información fidedigna.

El manejo integrado del agua, promueve el manejo del agua, suelo y otros recursos relacionados para maximizar el beneficio económico y bienestar de manera equitativa sin comprometer la sustentabilidad del ecosistema. Involucra varias disciplinas, así como puntos de vista de diversos actores para diseñar e implementar soluciones (Sánchez, 2005).

Considerando que existen interacciones entre los problemas y las alternativas de solución, es importante que estas sean propuestas por los usuarios de la cuenca para con ellas construir la matriz de problemas y posibles soluciones para ser evaluadas por el DSS.

Para parametrizar variables de decisión en el proceso de evaluación de alternativas, es importante considerar los resultados de investigación, la participación de expertos y consultas a bases de datos. De esta manera, la Figura 1 muestra el seguimiento para la valoración de alternativas (Sánchez et al., 2006).

Los DSS y su aplicación

Cuando en el proceso de decisión del manejo de los recursos naturales se involucra la participación pública, el resultado va más allá de un plan de gobierno (Squillace, 2008). En esta tesitura, la observancia de las normas y leyes exprofeso, se potencian dando paso a esquemas de acción que funcionan mas por convencimiento que por la propia ley.

Una de las herramientas para identificar prácticas de manejo para la conservación de los recursos naturales, son los sistemas de auxilio en la toma de decisiones, también llamados sistemas multiobjetivo para la toma de decisiones (MODSS). El significado y utilidad de los DSS depende del objetivo y los usuarios; así, existen dos categorías generales de los DSS: a) apreciación cualitativa (principalmente fundamentada en formatos en papel) de los efectos de prácticas de manejo sobre la permanencia de los recursos naturales; y b) sistemas basados en programas computacionales que combinan bases de datos, modelos de simulación, teoría de decisión multiobjetivo y una interfase gráfica con el usuario.

Estos últimos sistemas tienen la capacidad de trabajar con información proveniente de modelos de simulación, datos medidos y opinión de expertos (Figura 2) (Loucks y Van Beek, 2005). Los modelos de simulación que se utilicen para parametrizar variables de decisión, deberán tener la capacidad de cuantificar las variables de interés (Sánchez, 2005).

Dependiendo del problema y de los individuos e instituciones involucrados; el DSS puede variar desde una estructura mínima en que los interesados proveen la información, la analizan acorde a su experiencia y finalmente toman la decisión, hasta los totalmente automatizados en que la intervención de los individuos es mínima.

El objetivo del estudio fue proponer un modelo de toma de decisiones, para la conservación de los recursos naturales en la Sierra de Lobos, León, Guanajuato; utilizando un proceso de análisis jerárquico analítico.

MATERIALES Y MÉTODOS

El fundamento para el uso de DSS es la calificación de alternativas, existen diferentes métodos para realizar este procedimiento en la toma de decisiones en grupo. El método más utilizado es el conocido como proceso jerárquico analítico (AHP, por sus siglas en inglés) (Saaty, 2006). En este los participantes seleccionan el efecto o criterio más importante entre los que se comparan. Posteriormente, califican de manera cualitativa hasta donde el primer efecto, es más importante que el segundo para después convertir las comparaciones a "pesos" (valores) cuantitativos. Con este método se puede calcular el índice de inconsistencia, para verificar que las opiniones de los participantes (en términos de los pesos adjudicados a los factores), que no hayan sido seleccionadas en forma aleatoria.

El procedimiento para la construcción de una matriz, consiste en efectuar comparaciones entre alternativas a través de criterios; por ejemplo, en conservación de recursos naturales una alternativa pudiera ser la construcción de obras de conservación del suelo y algunos criterios de evaluación serían la eficiencia en prevención de la erosión, costo de implementación, dificultad de llevar a cabo, etc. El grupo debe decidir si una alternativa es más importante, sólo importante o menos importante que otra. La escala para representar esto fue propuesta por Saaty (1977); Janssen et al. (2003) (Cuadro 1).

Una asunción básica en la comparación por pares, es que si el atributo A es absolutamente más importante que el atributo B (peso= 9), luego B es absolutamente menos importante que A, por que el valor de B= 1/9; entonces la matriz resultante es recíproca.

Las comparaciones se llevan a cabo para todos los factores considerados, mismos que se recomienda no sean más de siete. El siguiente paso es el cálculo de pesos relativos, la importancia o valor de los factores tales como eficiencia o costo que son relevantes al problema en cuestión; técnicamente este listado se le conoce como 'eingenvector' (vector de valor o vector carácter). Para mantener congruencia con la literatura internacional y conservar el significado intrínseco de la palabra, en el presente documento se usa eingenvector y valor eingen.

La etapa final consiste en calcular el cociente de consistencia (CR, por sus siglas en inglés) o un índice de inconsistencia (IC), cuyo significado trivial es la probabilidad que los valores para la construcción de la matriz de decisión, hayan sido aleatoriamente asignados sin considerar el conocimiento de los participantes en el ejercicio o haber opinado sin conocimiento del problema analizado. Acorde a la teoría si el IC es mayor a 0.1 (Saaty y Vargas, 1984), significa que los resultados son cuestionables y que presentan aleatoriedad, por tanto el ejercicio tendría que repetirse con otros participantes realmente compenetrados con el problema.

A continuación se explica de manera sucinta el álgebra de matrices que implica el uso del AHP en el proceso de toma de decisiones.

Considérese "n" elementos que serán comparados entre sí, C₁ C_n y denótese al peso relativo (prioridad o significancia) de C_i con respecto a C_j por ω_ij para formar una matriz cuadrada A= (ω_ij) de orden "n" con las restricciones de ω_ij = 1/ω_ij para toda i≠ j, y ω_ij= 1 para toda i; la matriz con estas características es una matriz recíproca. Los pesos son consistentes si son transitivos; es decir, ω_ik= ω_ijω_jk para toda "i", "j" y "k". Posteriormente, encuéntrese un vector "ω" de orden "n" de tal manera que Aω= λω. Para esta matriz se dice que ω es el eingenvector (de orden "n") y λ es un valor eingen. Para una matriz consistente λ= n.

Así entonces, sea ω= [ω₁, ω_n]^t el vector de pesos que se trata de obtener, la matriz [A] se obtiene por medio de la comparación de alternativas por pares con el procedimiento descrito y con el auxilio del Cuadro 1 para posteriormente obtener [A*ω]. Se puede observar que:

Además, dado que:

En la ecuación 2, se puede notar que "n" es un valor eingen de [A]. Para matrices que involucran la opinión de los participantes en el proceso de toma de decisiones (como en el manejo de los recursos naturales), la condición expuesta ω_ik= ω_ijω_jk no necesariamente se cumple ya que el juicio humano es naturalmente inconsistente en menor o mayor grado; en tal caso, el vector "ω" satisface la ecuación:

El índice de inconsistencia (IC) puede ser calculado como:

Este índice se compara con un índice obtenido a través de la generación de matrices completamente al azar. Para facilitar este proceso Saaty (1977) presenta el Cuadro 2, que muestra IC's aleatorios para diferentes ordenes de matrices. De esta manera, se obtiene un cociente de inconsistencia (CI) el cual resulta de dividir el IC de la ecuación 4 entre el IC del Cuadro 2.

Caso de estudio: Sierra de Lobos, León, Guanajuato

Con el propósito de corregir el deterioro de los recursos naturales en la Sierra de Lobos, Guanajuato; se efectuó el análisis multicriterio para definir los mejores cursos de acción, que minimizaran el deterioro y que a la vez propicien el desarrollo sustentable de la región. Se obtuvo información física de la región y posteriormente se realizó un ejercicio participativo, multidisciplinario y multiinstitucional para el análisis de problemas y propuesta de posibles alternativas de solución.

Como resultado se obtuvo una matriz de decisión, que contiene los problemas y sus posibles soluciones (Cuadro 3). Los valores de la matriz fueron determinados por expertos en materia de conservación de recursos naturales, usuarios directamente interesados y autoridades gubernamentales. Tomando en cuenta que los criterios propuestos se cuantifican con diferentes unidades (metros, kilos, cubierta vegetal, dinero, etc), fue necesario estandarizarlos para su comparación (Eastman, 1999; Sánchez et al. 2008).

Las características del modelo seguido para el caso de referencia fueron:

Identificación del problema. es incorrecto construir un modelo de decisión sobre fundamentos inconsistentes ó falacias con riesgo de "inventar" situaciones o problemas inexistentes. Esto es común en la visión mono objetivo que obedece principalmente a la especialidad de quien analiza el problema. En este caso los participantes definieron el problema central, como el deterioro gradual del ecosistema caracterizado por la pérdida de productividad, merma en la calidad y disponibilidad de agua para el uso.

Consulta de opinión. Se convocó a dependencias federales, estatales, instituciones de educación superior, centros de investigación y representantes de usuarios de la cuenca; bajo la premisa que es necesaria la participación de quienes tomarán la decisión, a los afectados por la decisión y a toda persona que tenga injerencia directa sobre el proceso de toma de decisiones.

Definición de alternativas. Las alternativas se seleccionaron de tal manera que fueran comparables, independientes, de alcance similar (similitud de escala) y alcanzables (la misma posibilidad de ser realizadas). También se aplicó el criterio de no considerar demasiadas alternativas pues se pudiera caer en el ciclo de alternativas interdependientes o en su caso el proceso de evaluación se hace lento, prolongado y se dificulta llegar a acuerdos.

Identificación de criterios. Los criterios constituyen la manera en que se califican las alternativas. En este apartado se consideraron factores que definen que una alternativa sea mejor que otra.

Jerarquización de criterios. Se consideró pertinente agrupar los criterios bajo grandes rubros (económico, social, ecológico, etc) para considerar el posible traslape entre ellos. Así, se puede incluir el mismo criterio en diferentes rubros; por ejemplo, el criterio "empleo" puede estar tanto en el rubro social como el económico si los impactos se pueden evaluar en forma diferente.

Con base en el problema central planteado, se consideraron las siguientes alternativas:

Organización. Se refiere a la visión compartida de usuarios de los recursos de la cuenca; involucra también a los beneficiarios de los bienes que se generan. El grupo consideró que esta alternativa pudiera ayudar a llegar a decisiones consensuadas.

Servicios ambientales. Se refiere a las acciones que promueven el mantenimiento del estado natural del ecosistema. Influyen directamente en el mantenimiento de la vida, generan beneficios y bienestar para personas y comunidades.

Cultura. Se refiere a la transferencia del conocimiento sobre los ecosistemas a diferentes niveles. Esta alternativa implica el entrenamiento de quienes tienen la responsabilidad de educar.

Reforestación con carácter social. Para diferenciar esta alternativa con respecto a servicios ambientales, se agregó el calificativo de "carácter social". En este se pretende que los usuarios se involucren de manera directa.

Ordenamiento racional. Esta alternativa contempla el crecimiento económico de la localidad de manera ordenada, equitativa y sustentable considerando la capacidad del ecosistema para producir bienes y servicios; involucra el cambio de uso del suelo.

Cumplimiento de la ley. El grupo de decisión consideró que la observancia de las leyes vigentes sobre la materia, reduciría en gran medida el deterioro de los recursos naturales.

Las alternativas fueron evaluadas con base en los siguientes criterios:

Económico. Incluye la capacidad de la alternativa para la generación de empleo, el incremento en productividad y el costo.

Técnico. En este criterio se considera la factibilidad tecnológica de implementar la alternativa.

Social. Representa la capacidad de la alternativa para propiciar el crecimiento equitativo, el bienestar y la unidad.

Ecológico. Contempla el impacto de la alternativa en el desarrollo sustentable, en la biodiversidad y la protección de áreas naturales.

RESULTADOS

La sistematización de los procedimientos para la toma de decisiones, re realizó con el software DEFINITE^® (Janssen et al., 2003). La matriz de decisión al aplicar el algoritmo (ecuaciones 1-4) y el ordenamiento del Cuadro 3, se presenta en el Cuadro 4.

La comparación por pares de los subcriterios mediante el proceso jerárquico analítico de los criterios aplicados son: económico, social y ecológico (Cuadro 5); los pesos generales de éstos criterios se muestran en el Cuadro 6.

El vector eingen (última columna de las matrices) se obtuvo de la siguiente manera: ejemplo para la primera matriz del Cuadro 5.

Posteriormente, se divide la sumatoria parcial de cada sumando entre 3.46, para obtener el último vector de las matrices. De igual manera se procedió para el vector eingen de la matriz en el Cuadro 6, sólo cambiando el exponente de la ecuación 5 como: . En este último caso se ponderó solamente el peso de cada criterio parcial por el global, [eg. (0.169*0.6= 0.101, 0.169*0.2= 0.034, ...)].

Aplicando la ecuación 4 para el índice de inconsistencia a cada matriz del Cuadro 5 y para el cálculo de λ_max se procede como:

Donde: wi= es el valor del vector eingen. Por ejemplo para el primer renglón de la primera matriz del Cuadro 5 se procede como:

Así los valores resultantes de λ_max para la primera matriz fueron: 1.8, 0.598 y 0.598. Al dividir estos resultados entre el respectivo valor eingen, su promedio resulta en 2.99. Aplicando la ecuación 4 se obtiene que IC= |0.0033|. Dado que n= 3 del Cuadro 2 se obtiene un valor de 0.58, de esta manera el cociente de inconsistencia es 0.005 < 0.1; por lo tanto, los juicios emitidos son válidos. De esta forma se procedió para cada matriz observándose el mismo resultado.

En el "ordenamiento" de las alternativas acorde a los criterios aplicados, se observó que "cultura" fue la mejor seguida de "ordenamiento racional" y "cumplimiento de la ley" (Figura 4). Los diferentes colores en la barras significan la contribución parcial de cada criterio en el puntaje final; así, para la alternativa "cultura" el criterio ecológico fue el que más contribuyó para que esa alternativa quedara en la primera posición. Más de la tercera parte del puntaje final de la alternativa "cultura" se originó de la contribución del criterio "ecológico". Los colores de la barra muestran que la influencia de los criterios "técnico" y "económico" es limitada, debido a los bajos pesos asignados a estos criterios.

Las puntuaciones totales, si variara sistemáticamente el peso de los criterios, se manifiesta como la Figura 5. La primera quinta parte de la gráfica muestra el resultado global obtenido. La segunda, resulta al asignar un peso de 0.5 al criterio económico y el otro 0.5 se divide de manera equitativa en los otros criterios. La tercera, se obtiene al considerar el valor de 0.5 al criterio técnico y el restante 0.5 se divide de manera equitativa en los otros criterios; de esta manera se obtienen las porciones restantes.

Las alternativas capacitación y organización aparecen al final en todos los ordenamientos. Su valor se mejora sensiblemente en los criterios social y económico pero aún así son dominadas por las otras alternativas. En este procedimiento y bajo el criterio ecológico, la alternativa "cumplimiento de la ley" adquiere relevancia ocupando el primer lugar; de igual manera, la alternativa "cultura" adquiere relevancia bajo el criterio técnico.

No obstante, los diferentes intereses y objetivos de los participantes, para el caso de la Sierra de Lobos, la matriz de decisión obtuvo un consenso aceptable.

Las soluciones propuestas van más allá del aspecto técnico. Las alternativas "cultura", "ordenamiento racional" y "cumplimiento de la ley" son de aplicación inmediata e involucran procesos de concientización y participación ciudadana, así como los tres órdenes de gobierno.

El componente cultural es importante para la sustentabilidad de los recursos naturales; sin embargo, no se considera de aplicación inmediata por lo que es pertinente considerar la alternativa "capacitación", la cual podría tener efecto sobre las alternativas "cultura" y "cumplimiento de la ley".

Las organizaciones de usuarios de los recursos naturales (comités hidráulicos y consejos de cuenca) presentes en la Sierra de Lobos, deben ser promotores de la observancia de la ley. La participación comunal incrementa la eficiencia en los procesos de manejo y conservación de los recursos naturales.

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