Introducción

La Convención de Ramsar definió los humedales como "extensiones de marismas, pantanos y turberas, o superficies cubiertas de aguas, sean éstas de régimen natural o artificial, permanentes o temporales, estancadas o corrientes, dulces, salobres o saladas, incluidas las extensiones de agua marina cuya profundidad en marea baja no exceda de seis metros" (^{Secretaría de la Convención de Ramsar, 2010b}). Esta definición abarca tanto humedales continentales (lagos, ríos y marismas) como humedales costeros (bajos mareales, manglares, marismas de agua salada y arrecifes de coral).

Los humedales son algunas de las áreas de biodiversidad más importantes del mundo y constituyen el hábitat fundamental de numerosas especies; además, son proveedores particularmente importantes de servicios ecosistémicos relacionados con el agua, debido a que regulan la cantidad y purifican las aguas superficiales, favorecen la recarga de las aguas subterráneas, y en algunos casos contribuyen a regular las avenidas y mitigar el impacto de las tormentas, incrementando la resiliencia ante los torrentes; además de desempeñar papeles importantes en reciclamiento de nutrientes, cambio climático, y seguridad alimentaria y laboral.

La pérdida de humedales en el mundo se ha estimado en un 50% de la superficie original en los últimos 100 años. Esto ocurrió principalmente en las regiones templadas del hemisferio norte durante la primera mitad del siglo XIX. No obstante, alrededor de 1950, humedales tropicales y subtropicales han ido desapareciendo con rápidez, en particular los bosques de pantano y manglares (^{Stolk, Verweij, Stuip, Baker, & Oosterberg, 2006}). Respecto a los manglares, de 1980 a 2007 se perdió 20% de su extensión total (3.6 millones de hectáreas) en el orbe; la tasa de reducción de la superficie de manglares en México se estimó en 1.5% anual (13 000 ha/año) en el periodo de 2000 a 2005 (^{FAO, 2007}). La degradación de los humedales que quedan puede producir pérdidas de biodiversidad, cambios en las funciones ecológicas y en los flujos de los servicios ecosistémicos, con impactos posteriores en la salud, en los medios de subsistencia y bienestar de las comunidades, y en la actividad económica.

La superficie de humedales en México es de 10 033 623 ha (^{González, 2012}). Muchos de estos ecosistemas enfrentan un grave deterioro, sobreexplotación y contaminación de sus aguas, la desecación para la construcción de infraestructura urbana y turística, o su conversión a usos productivos (agrícolas, acuícolas y pecuarios). Para revertir la pérdida de humedales del país es necesario implementar políticas de conservación sustentadas en inventarios actualizados, que apoyen el establecimiento de programas destinados a manejar, sobre bases reales, los humedales en los ámbitos locales, regionales y nacional (^{Semarnat, 2008}).

El Inventario Nacional de Humedales, escala 1:250 000, cuenta con información sistematizada que permite ubicar, identificar y tipificar los objetos que lo conforman, en mapas que muestran la ubicación, tamaño, forma y tipo de humedales en una localidad geográfica, así como la superficie cubierta por cada tipo de humedal. De esta manera, el inventario auxilia en el desarrollo e implementación de las políticas que giran alrededor de dichos sistemas (^{Conagua, 2012}).

Para proponer las normas de protección, restauración y aprovechamiento de los humedales, así como para fijar un entorno natural o perímetro de protección de la zona húmeda, a efecto de preservar sus condiciones hidrológicas y el ecosistema, es necesario contar con inventarios precisos de estos ecosistemas en escala 1:50 000 a nivel cuencas y 1:20 000 por humedal.

Metodología

Para realizar la delimitación, inventario y caracterización de los humedales en la zona de estudio, se usaron como apoyo las metodologías desarrolladas por el Instituto Nacional de Estadística y Geografía (^{INEGI, 2006}) y por la Universidad Nacional Autónoma de México y Comisión Nacional del Agua (UNAM, 2011).

Ambas metodologías toman en consideración los elementos del paisaje geográfico que pueden ser cartografiados y están directamente relacionados con el agua. De esta manera se seleccionaron los temas de edafología, vegetación y uso de suelo, clima, hidrografía, relieve y el de regiones ecológicas. Es importante mencionar que en ambas metodologías se hace referencia a un enfoque potencial de aplicación cartográfica de multiescala, pero en la práctica fueron aplicadas en el país a una escala 1:250 000 (^{INEGI, 2007}; ^{Conagua, 2012}). Por tanto, la aportación del presente trabajo consiste en incorporar elementos hidrológicos y topográficos que de manera sistemática puedan ser empleados por múltiples instituciones para la delimitación de humedales en escalas 1:50 000 y 1:20 000, dentro de un contexto de cuenca hidrográfica, teniendo en consideración la coherencia de los datos en cada cambio de escala.

Mediante el empleo de un sistema de información geográfico (SIG) se obtuvo la delimitación de los humedales, cuya superficie en escala 1:250 000 fue de 51 983.7 ha, en comparación con la superficie obtenida para la escala 1:20 000, que alcanzó 54 649.4 ha. La figura 1 presenta el diagrama metodológico aplicado para obtener la delimitación de los humedales en la zona de estudio.

Para apoyar el análisis de la dinámica de la vegetación y uso del suelo en la zona de estudio se emplearon las imágenes Landsat-TM 21-49 y 21-50, con fecha de toma 4 de febrero de 1985 y 15 de enero de 1986, respectivamente, y las imágenes SPOT multiespectrales 603/319, 603/320, 604/319 y 604/320, cuya fecha de toma se encuentra referenciada en el cuadro 1, las cuales se seleccionaron para que a partir de su clasificación y análisis se generaran los mapas de uso del suelo correspondientes a los años 1986, 2004 y 2010. De esta manera se pretende representar los cambios derivados de fenómenos hidrometeorológicos extremos ocurridos en 1989 y 2005, que tuvieron impacto significativo en la zona de estudio.

Delimitación de humedales en la zona de estudio

El proceso para establecer el límite de la zona de interés en las escalas 1:50 000 y 1:20 000 se apoya en el mapa del Inventario Nacional de Humedales, lo cual simplifica el trabajo de ubicación y delimitación; también adapta, complementa e incorpora elementos hidrológicos y topográficos no considerados en las metodologías del Mapa de Humedales Potenciales 1:250 000 (^{INEGI, 2006}) e Inventario Nacional de Humedales (UNAM ^{Conagua, 2012}). La ubicación y delimitación de los humedales existentes en el área de interés se obtuvo a partir de la sobreposición de los mapas correspondientes al límite hidrológico de las subcuencas con el del Inventario Nacional de Humedales en escala 1:250 000, empleando un sistema de información geográfica (^{Alonso- EguíaLis et al., 2013}).

Delimitación del perímetro de la zona de humedales para la escala 1:50 000

Derivado de los límites impuestos por la resolución espacial (área mínima cartografiable) de la escala 1:250 000 es necesario realizar un proceso de análisis apoyados en un SIG, para que el perímetro original cumpla con los requisitos establecidos para la escala 1:50 000, así como con la incorporación de las zonas sujetas a inundación temporal (^{Moreno et al., 2009}). Para ello se emplearon tres fuentes de información:

a) El Banco Nacional de Datos de Aguas Superficiales (Bandas, GASIR) y el Extractor Rápido de Información Climatológica (ERIC, IMTA), empleados para identificar y seleccionar las estaciones hidrométricas y climatológicas dentro del área de estudio; analizar el comportamiento temporal, y determinar los periodos de mayor precipitación y escurrimiento en las cuencas de los ríos que aportan su caudal a los humedales.

b) El banco de información de imágenes de satélite Landsat (IMTA y EROS), que aportó las imágenes adquiridas durante los periodos de mayor precipitación (^{Alonso- EguíaLis et al., 2013}) y escurrimiento identificados en Bandas y ERIC, para evaluar el comportamiento espacial de la superficie sujeta a inundación en la zona de estudio (figura 2).

c) La base de datos de la Red Hidrográfica Interconectada (RHI), versión 2, elaborada por el Instituto Nacional de Estadística y Geografía (^{INEGI, 2010}), que asocia los elementos hidrográficos con la subcuenca de localización, proporcionando un elemento para la nomenclatura de identificación de los humedales y los polígonos de los cuerpos de agua lóticos y lénticos adecuados para su incorporación y análisis, la cual se empleó para obtener la cobertura de cuerpos de agua en escala 1:50 000.

A continuación y dentro del ambiente de trabajo de un SIG, mediante técnicas de interpretación asistida por computadora, se generó el polígono que establece el límite de la zona inundable observada en la imagen de satélite tomada en la época húmeda. Después se sobreponen y analizan los polígonos de los cuerpos de agua de la cobertura de la RHI, omitiendo los presentes e incorporando los faltantes al mapa de trabajo; por último, se realiza la fusión de coberturas, para generar una nueva que integra la base de datos de las capas fusionadas, que conserva y asocia los datos que se utilizarán en la nomenclatura y clasificación de los humedales.

La ubicación y delimitación de los humedales se obtuvo a partir de la sobreposición de los mapas correspondientes al límite hidrológico de las subcuencas en la zona de estudio con el mapa del Inventario Nacional de Humedales en escala 1:250 000, desarrollado a partir de diferentes capas temáticas: edafología, climatología, hidrología, relieve y regiones ecológicas, empleando un sistema de información geográfica.

Caracterización de los humedales en escala 1:50 000

Para conocer las diferentes coberturas de vegetación y uso del suelo que se desarrollan en los humedales, se obtuvieron del mapa de uso de suelo y vegetación desarrollado inicialmente para caracterizar la zona de estudio y mediante un proceso de recorte y extracción realizado con base en el polígono que delimita la zona de humedales.

Verificación en campo

Una actividad previa a la verificación de campo consistió en el cargado de datos en un equipo de cómputo portátil. Las coberturas a verificar son las correspondientes al perímetro de los humedales, su capa de vegetación y uso de suelo; así como las coberturas de apoyo obtenidas del mapa topográfico digital escala 1:50 000, entre las que destacan las áreas urbanas, localidades rurales, vías de comunicación y toponimia. Se abre un proyecto en un ambiente de mapa móvil donde se organizan y configuran las coberturas cargadas previamente. De manera consensuada con los especialistas que participan en los diferentes temas del proyecto, se identifican y ubican los puntos de interés, de los cuales es necesario obtener sus registros en campo; por último, se realiza el recorrido de campo.

Delimitación del perímetro de la zona de humedales escala 1:20 000

Como referente para limitar en escala 1:20 000 el área ocupada por los humedales, se empleó como base el límite obtenido a escala 1:50 000, afinando la delimitación y conservando la coherencia entre ambas escalas, usando los siguientes insumos documentales:

a) Cobertura de la Red Hidrográfica Interconectada (RHI). Esta cobertura establece un número de orden a cada corriente de la red hidrográfica, que se sobrepone a la imagen de satélite para definir el número de orden de la corriente que cumple con el área mínima de la escala 1:20 000 y de esta manera seleccionar los humedales fluviales a mapear en la escala mencionada.

b) Levantamiento de secciones topográficas. Una vez que fueron seleccionadas las corrientes consideradas como humedales fluviales que cumplen con los requisitos de la escala, el siguiente paso fue definir el área de influencia de la superficie hídrica en ambas márgenes de cada corriente con base en su orden, tipo de relieve y posición en la cuenca. Para ello, de las tres cuencas bajo estudio, se seleccionó la cuenca del río Huixtla, por contar con mejores condiciones de acceso para el desarrollo del trabajo topográfico. Los resultados obtenidos sirvieron de base para el dimensionamiento de las superficies de influencia de los humedales y se extrapolaron a las otras cuencas.

c) Imagen de satélite de alta resolución. La resolución 2.5 m de las imágenes SPOT 5 resulta indispensable para la caracterización Figura 3. Distribución de los humedales en la zona de estudio y cobertura de vegetación. de los humedales en la presente escala de análisis, pues permite la adecuada interpretación de los diferentes elementos que conforman la superficie delimitada y apoya la clasificación del complejo de humedales (^{Alonso-EguíaLis et al., 2013}).

d) Mapa de uso de suelo y vegetación escala 1:50 000. En un sistema de información geográfico se sobrepuso la imagen de alta resolución, el perímetro obtenido en escala 1:50 000 y la Red Hidrográfica Interconectada, y se determinó el perímetro de la superficie del humedal; se reclasificaron las clases de cobertura vegetal y uso del suelo presentes dentro del polígono (^{Yang, 2007}), para cumplir con los requisitos de la escala 1:20 000. Al final, se revisó el mapa resultante y se incorporó a la base de datos geográfica del proyecto (figura 4).

Uso de suelo y vegetación en la cuenca hidrográfica

El objetivo de este análisis es tener el contexto biofísico y socioeconómico que se manifiesta espacialmente y que permite caracterizar el aprovechamiento retrospectivo, actual y prospectivo de los recursos en cada cuenca, que impactan la salud y permanencia de los humedales en las cuencas bajo estudio. Mediante el procesamiento de las imágenes de satélite se elaboraron los mapas de uso de suelo y vegetación, y se evaluó el estado de la vegetación natural (^{Secretaría de la Convención de Ramsar, 2010a}) presente en la zona de estudio en 1986, 2004 y 2010. Las clases establecidas, superficies y porcentajes de cobertura cuantificados se presentan en el cuadro 2. La figura 5 presenta la distribución de clases de uso de suelo y vegetación obtenida para 2004.

Después se evaluó la tasa neta de cambio de cobertura de cada clase en el periodo 1986 a 2004, y de 2004 a 2010 por clase, presentados en los cuadros 3 y ⁴, respectivamente.

Uso prospectivo del suelo

La obtención de la cartografía prospectiva de las áreas de estudio es posible tras la aplicación de los siguientes módulos de análisis: cadenas de Markov y proyección estocástica; evaluación multicriterio y evaluación multiobjetivo; cadenas de Markov acopladas a un algoritmo de automatismo celular (^{Paegelow, Camacho- Olmedo, & Menor-Toribio, 2003}).

Para determinar el uso prospectivo del suelo y la vegetación se aplicó el proceso Ca-Markov, empleando los mapas generados para 1986 y 2010, obteniéndose la distribución potencial de los usos del suelo y la vegetación para el año 2030, periodo establecido en la Agenda del Agua.

El algoritmo utiliza cadenas de Markov que permiten calcular la probabilidad de cambio de una clase a otra con base en la matriz de cambios de un cierto lapso. La idea subyacente es que los cambios observados en un periodo de tiempo tienen tendencia a repetirse en un periodo posterior. Para su aplicación se genera una matriz de transición que toma en cuenta la imagen de un momento inicial (el uso del suelo y vegetación del 1986) y la imagen actual (el uso del suelo y vegetación del 2010). Para cada categoría se calcula la superficie que permanece con el mismo uso del suelo en el lapso considerado y la superficie cuyo uso del suelo cambia a otra categoría. A partir de la matriz de transición, el programa elabora una matriz de probabilidad de cambio entre las 24 clases que fueron establecidas. Las probabilidades de cambio de una clase a otra se obtienen dividiendo la superficie de cambio de una clase a otra por el total de la superficie de la clase en el pasado.

Una vez definidas las superficies para el escenario tendencial a futuro, el programa requiere de elementos para identificar las zonas donde se llevarán a cabo estos cambios. Para cada clase se requiere de un mapa de aptitud, que evalúe la probabilidad de que una clase exista en un punto con base en las características de este punto.

La distribución potencial de los usos del suelo y la vegetación para 2030, obtenida al aplicar el proceso Ca-Markov, se presenta en la figura 6 y en el cuadro 5 se tiene la distribución potencial de las superficies agrupadas en tipos generalizados de vegetación, en donde se detecta el incremento de los usos de suelo agropecuario, a costa de la pérdida de coberturas de vegetación natural.

De acuerdo con los datos obtenidos, se mantiene una tendencia descendente de las superficies correspondientes a clases de vegetación natural, principalmente de las selvas, bosques y vegetación hidrófita, lo cual puede apreciarse con claridad en el gráfico de tendencia ilustrado en la figura 7; mientras que las coberturas relacionadas con actividades agropecuarias presentan tendencia a incrementarse (figura 8).

El análisis espacial del aprovechamiento de los recursos naturales en la cuenca permitió observar una fuerte presión directa e indirecta sobre los sistemas acuáticos. En el caso de afectación directa, se detectó una reducción de la superficie del humedal mediante el drenado de áreas y cambio de uso de suelo, y como afectaciones indirectas se encontró que gran parte de los aprovechamientos realizados tanto en la cuenca alta, media y baja no son compatibles ecológicamente con la vocación del suelo, lo que da origen en la cuenca alta a un proceso de deslizamiento y erosión del suelo, cuyos sedimentos se depositan en especial en la zona de humedal costero ubicado en la cuenca baja, deteriorando de modo continuo las condiciones del hábitat acuático.

Conclusiones

El empleo de información hidrometeorológica aplicada a la selección de imágenes satelitales, y en el análisis de la distribución y comportamiento de las zonas sujetas a inundación mejoraron de forma sustancial la delimitación de los humedales palustres y fluviales ubicados en zonas con reducida pendiente, en particular en la cuenca baja de los ríos; esto, al comparar los límites obtenidos con los mapas elaborados por el ^{INEGI (2007)} y por la Conagua-UNAM (^{González, 2012}); además se favorece la congruencia de su representación cartográfica en cada cambio de escala.

El trabajo de campo, y de manera particular el levantamiento jerárquico selectivo de secciones topográficas de cauces, permitieron establecer criterios para una adecuada selección de las corrientes a cartografiar, así como el dimensionamiento del área de influencia de los humedales fluviales en escala 1:20 000, lo que constituye un aporte original del presente trabajo a los procedimientos realizados en México para la delimitación de los humedales fluviales.

Este tipo de estudios permite dimensionar, delimitar y caracterizar las zonas ocupadas por humedales; asimismo, proporcionan la información de apoyo necesaria para el planteamiento de acciones y programas para el uso y manejo sustentable de los recursos naturales, y de la riqueza y biodiversidad disponible en los humedales y en las cuencas hidrográficas.