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RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
COORDINADORAS
Patricia Sánchez-Gil Esperanza de Jesús García Ayala
Editorial Universidad de Xalapa En coordinación con su Instituto Interdisciplinario de Investigaciones
Xalapa, Veracruz, México, 2017
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
3
DERECHOS RESERVADOS © 2017
POR PATRICIA SÁNCHEZ-GIL ESPERANZA DE JESÚS GARCÍA AYALA
La producción de esta obra se realizó bajo el sello editorial de la Universidad de Xalapa A.C., a través de su Instituto Interdisciplinario de Investigaciones, en mayo de 2017, la primera edición se llevó a cabo en versión digital y puede ser consultada y descargada de forma gratuita en la biblioteca virtual de la Universidad de Xalapa, a través de la página www.ux.edu.mx. Oficinas en Km. 2 Carretera Xalapa-Veracruz. CP: 91190. Xalapa, Veracruz, México.
Se prohíbe la reproducción total o parcial de esta obra por cualquier medio sin el consentimiento previo y escrito de los autores. PORTADA Y DISEÑO EDITORIAL Dra. Patricia Sánchez-Gil Dr. Carlos Antonio Vázquez Azuara Las imágenes que la integran fueron recuperadas de Internet y modificadas digitalmente, utilizándolas al amparo del artículo 148 de la Ley Federal de Derechos de Autor en México, ya que se permite la reproducción fotografías e ilustraciones difundidos por cualquier medio, si esto no hubiere sido expresamente prohibido por el titular del derecho o el autor no aparece identificado en la misma.
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ÍNDICE
DIRECTORIO DE PARTICIPANTES ............................................................................................... 7
PREFACIO INTRODUCTORIO ...................................................................................................... 9
PARTE 1
RETOS Y HERRAMIENTAS METODOLÓGICAS
Capítulo 1.
COSTO DE LOS DESASTRES HIDROMETEOROLÓGICOS EN LA REGIÓN SUR-SURESTE DE MÉXICO:
BASES PARA LA GESTIÓN INTEGRAL DE RIESGOS AMBIENTALES.
Ana Cecilia Travieso Bello, Urania López Cerdán .......................................................................... 12
Capítulo 2.
COMPARACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO ENTRE UN ÁREA NATURAL CON
VEGETACIÓN Y UN SITIO MODIFICADO POR LA EXTRACCIÓN DE ARENA DE SÍLICE.
José Abelardo Hoyos Ramírez ...................................................................................................... 26
Capítulo 3.
GEOHIDROLOGÍA: RETOS Y PERSPECTIVAS EN EL SUMINISTRO DE AGUA.
Juan Cervantes Pérez, Juan Pérez Quezadas, Rocío Salas Ortega ............................................... 42
Capítulo 4.
CALIDAD AMBIENTAL Y CAMBIO CLIMÁTICO.
Cluni Rafael Aguilar Lendechy ...................................................................................................... 60
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
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Capítulo 5.
RIQUEZA DE ESPECIES EN LA DIVERSIDAD ARBÓREA: NECESIDADES DE PRECISIÓN Y EXACTITUD
PARA SU ESTIMACIÓN.
Rigoberto Vargas Carballo ........................................................................................................... 80
Capítulo 6.
LOS MODELOS HIDROLÓGICOS EN LAS CIENCIAS AMBIENTALES: APLICACIÓN Y ANÁLISIS PARA
LA TOMA DE DECISIONES.
Rabindranarth Romero-López, Sara Patricia Ibarra-Zavaleta,
Perla Rubí Machorro-García, Annie Poulin, Mathias Glaus,
Robert Hausler, Mariana Castañeda-González ............................................................................. 94
Capítulo 7.
MODELO MATEMÁTICO PARA SIMULAR INUNDACIONES BASADO EN UN AUTÓMATA CELULAR
TRIANGULAR ES NO ESTRUCTURADO.
Gerardo Mario, Ortigoza Capetillo, William Alejandro Castillo Toscano,
Iris Neri Flores, Alberto Pedro Lorandi Medina ............................................................................ 112
PARTE 2
ESTRATEGIAS DE GESTIÓN Y PERSPECTIVAS
Capítulo 8.
ESTRATEGIA PARA INTEGRAR PROGRAMAS MUNICIPALES DE EDUCACIÓN AMBIENTAL: CASO DE
LA ZONA CENTRAL DEL ESTADO DE VERACRUZ
María de los Ángeles Chamorro Zárate ........................................................................................ 132
6
Capítulo 9.
RESCATE DE ESPECIES VEGETALES CON RELEVANCIA BIOCULTURAL: UNA OPORTUNIDAD PARA
PROMOVER LA RESILIENCIA AMBIENTAL EN EL MUNICIPIO DE SAN RAFAEL, VERACRUZ
Eduardo Gutiérrez Morín, Enrique Hipólito Romero ................................................................... 146
Capítulo 10.
TRATAMIENTO DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS GENERADOS EN LA CIUDAD DE XALAPA,
VERACRUZ
Esperanza de Jesús García Ayala .................................................................................................. 156
Capítulo 11.
DESARROLLO Y PERSPECTIVA ECOLÓGICA
Patricia Sánchez-Gil ...................................................................................................................... 174
Capítulo 12.
LAS CIENCIAS AMBIENTALES: UN ESPACIO PARA EL EJERCICIO DE LA INTERDISCIPLINA
Rey Acosta Barradas, Diana Paola Lagunes Blanco ...................................................................... 188
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
7
DIRECTORIO DE PARTICIPANTES
Rey Acosta Barradas
Universidad Veracruzana, Zona Universitaria
S/N, 91040, Xalapa, Ver., México
Cluni Rafael Aguilar Lendechy
Laboratorios Las Américas Siglo XXI, Av.
Manuel Ávila Camacho # 199, Francisco Ferrer
Guardia, 91000 Xalapa, Ver., México
Mariana Castañeda-González
École de Technologie Supérieure,
Département de génie de la construction 1100
rue Notre-Dame Ouest, Québec, Canadá
William Alejandro Castillo Toscano
Facultad de Ingeniería, Universidad
Veracruzana, Ruiz Cortínes 455, Costa Verde,
94294 Veracruz, Ver., México
Juan Cervantes Pérez
Centro de Ciencias de la Tierra, Universidad
Veracruzana. Francisco J. Moreno #207,
Emiliano Zapata, 91090 Xalapa, Ver., México
Ma. de los Ángeles Chamorro Zárate
Facultad de Biología, Universidad
Veracruzana, Zona Universitaria S/N, 91040,
Xalapa, Ver., México
Esperanza de Jesús García Ayala
Universidad de Xalapa, Carretera Xalapa-
Veracruz KM 2, Las Animas 91190, Xalapa Ver.,
México.
José Abelardo Hoyos Ramírez
Consultora para el Desarrollo Rural y
Ordenamiento Ambiental CEDRO SA de CV.
Melchor Ocampo 104. Centro, 91000 Xalapa,
Ver., México
Mathias Glaus
École de Technologie Supérieure,
Département de génie de la construction 1100
rue Notre-Dame Ouest, Québec, Canadá
Eduardo Gutiérrez Morín
Universidad Veracruzana, Zona Universitaria
S/N, 91040, Xalapa, Ver., México
Robert Hausle
École de Technologie Supérieure,
Département de génie de la construction 1100
rue Notre-Dame Ouest, Québec, Canadá
Sara Patricia Ibarra-Zavaleta
Facultad de Ingeniería Civil, Universidad
Veracruzana, Zona Universitaria S/N, 91040,
Xalapa, Ver., México
Diana Paola Lagunes Blanco
Facultad de Economía, Universidad
Veracruzana, Av. Xalapa S/N, Obrero
Campesino, 91020 Xalapa, Ver., México
Urania López Cerdán
Instituto Tecnológico de Úrsulo Galván, Av. El
Paraíso, Campestre, 91667 Úrsulo Galván,
Ver., México
8
Alberto Pedro Lorandi Medina
Instituto de Ingeniería, Universidad
Veracruzana, Av. Juan Pablo II S/N, Costa
Verde, 91294 Veracruz, Ver., México
Perla Rubí Machorro-García
Facultad de Ingeniería Civil, Universidad
Veracruzana, Zona Universitaria S/N, 91040,
Xalapa, Ver., México
Iris Neri Flores
Instituto de Ingeniería, Universidad
Veracruzana, Av. Juan Pablo II S/N, Costa
Verde, 91294 Veracruz, Ver., México
Gerardo Mario Ortigoza Capetillo
Facultad de Ingeniería, Universidad
Veracruzana, Ruiz Cortines 455, Costa Verde,
94294 Veracruz, Ver., México
Rabindranarth Romero-López
Facultad de Ingeniería Civil, Universidad
Veracruzana, Zona Universitaria S/N, 91040,
Xalapa, Ver., México
Enrique Hipólito Romero
Centro EcoAlfabetización y Diálogo de
Saberes, Universidad Veracruzana, Zona
Universitaria, 91090 Xalapa, Ver., México
Juan Pérez Quezadas
Posgrado en Ciencias de la Tierra. Centro de
Geociencias, Universidad Nacional Atónoma
de México, Blvd. Juriquilla 3001, Campus
UNAM 3001, La Mesa, 76230 Juriquilla, Qro.,
México
Annie Poulin
École de Technologie Supérieure,
Département de génie de la construction
1100 rue Notre-Dame Ouest, Québec, Canadá
Rocío Salas Ortega
Facultad de Ciencias Químicas, Universidad
Veracruzana, Zona Universitaria S/N, 91040,
Xalapa, Ver., México
Patricia Sánchez-Gil
Doctorado en Ciencias Ambientales,
Universidad de Xalapa, Carretera Xalapa-
Veracruz KM 2, Las Animas 91190, Xalapa
Ver., México
Ana Cecilia Travieso Bello
Programa de Geografía, Facultad de
Economía, Universidad Veracruzana, Av.
Xalapa S/N, Obrero Campesino, 91020 Xalapa,
Ver., México [email protected]
Rigoberto Vargas Carballo
Universidad Autónoma de Chapingo,
Carretera México - Texcoco Km. 38.5, 56230
Texcoco de Mora, México
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
9
PREFACIO INTRODUCTORIO
El estudio del medio ambiente desde cualquier visión teórica, conceptual, de análisis de
fenómenos o de aproximación metodológica, sigue siendo una necesidad. Insistir en el debate a
todos niveles, sigue siendo relevante para poder cubrir las necesidades de bienestar humano. Los
problemas ambientales de este siglo, demandan la transformación de las relaciones del hombre
con la naturaleza, porque inevitablemente tienen repercusiones tanto en lo social y económico,
como en lo cultural y ecológico.
El acercamiento a la solución de estos desafíos depende del esfuerzo en la generación del
conocimiento, propuestas de evaluación y precisiones metodológicas; así como de las
recomendaciones técnicas y la generación de herramientas tecnológicas. Todas son claves para
establecer el puente entre desarrollo y medio ambiente. Las instituciones de educación superior
en este enfoque tienen un papel primordial.
Esta contribución surge de los intereses de investigación abordados tanto por profesores y
exalumnos de la Universidad de Xalapa; así como los desarrollados a través de los trabajos de Tesis
de los egresados del Programa de Doctorado en Ciencias Ambientales. El interés es mostrar desde
distintos enfoques, que el estudio del medio ambiente es complejo y multidimensional.
Retos y la Aplicación de Herramientas Metodológicas
Durante los últimos años, México no ha sido extraño a los daños causados por el desborde de ríos,
inundaciones de áreas rurales y urbanas, ni a los elevados costos para su recuperación (Capítulo 1).
La vulnerabilidad por el cambio gradual en las condiciones climáticas y el aumento en la frecuencia
y severidad de los fenómenos hidrometeorológicos repercute en determinados grupos sociales y
los resultados se reflejan en altos grados de pobreza, rezago educativo; pero también en riesgos
para la salud (Capitulo 4). Herramientas metodológicas como la modelación de inundaciones
(Capítulo 7), no sólo proporcionan mapas para pronosticar los riesgos, sino también pueden
ayudar a desarrollar y diseñar medidas de mitigación a través de la capacitación, planificación de
estrategias de protección contra inundaciones o planes de evacuación en emergencias.
El acceso al agua es un derecho universal, por lo que los conflictos asociados a este valioso recurso
y las actividades inherentes (producción de alimentos, industria), inducen a que la investigación en
el tema sea amplia (Capítulo 3). Las técnicas de medición para estimaciones de cantidad y calidad
para suministro, son relevantes tanto para el uso de cuerpos de agua superficiales; como para
evaluar la modificación de los acuíferos y sus patrones de infiltración de aguas subterráneas. La
calibración y estimaciones de exactitud en el empleo de modelos hidrológicos de simulación
(Capítulo 6) son una estrategia funcional por su posible operación a bajo costo y la confiabilidad en
los resultados, elementales para la toma de decisiones.
COSTO DE LOS DESASTRES HIDROMETEOROLÓGICOS
10
El impacto que tiene el cambio de uso de suelo en terrenos forestales, tanto por la extracción de
materias primas como por el desarrollo de proyectos de construcción de carreteras, líneas de
transmisión eléctrica u otros; implican cambios en los patrones de infiltración y modificaciones a la
biodiversidad. Estas perturbaciones conducen a la necesidad de desarrollar estudios técnicos
basados en propuestas metodológicas novedosas y de alta precisión (Capítulos 2 y 5). La
perspectiva de estos procedimientos debe ser el limitar y minimizar los riesgos sobre la integridad
biológica y/o biodiversidad, reguladas por las exigencias legales y normas ambientales.
Estrategias de Gestión y Perspectivas
La propuesta de estrategias ambientales es necesaria para integrar los programas en las unidades
básicas de población (municipios), que respondan a las necesidades locales y con ello estructurar
proyectos emblemáticos. Un ejemplo de referencia son los Programas Municipales de Educación
Ambiental y la generación desde diagnósticos participativos, hasta su incorporación en la política
ambiental y en la legislación ambiental federal y estatal (Capítulo 8). La Educación Ambiental en
los municipios debe estar incorporada en las políticas públicas, en temas relacionados al manejo de
residuos sólidos (Capítulo 10), donde las estrategias, busquen contribuir a la salud de la localidad,
disminuyendo los focos de infección, e implementando una cultura orientada al consumo
responsable (incluyendo los modelos de producción), otorgando mejores espacios de
esparcimiento, promoviendo la conservación de áreas verdes, entre otras.
Otras estrategias están orientadas a rescatar y rehabilitar determinados ecosistemas, a partir de
los saberes tradicionales (Capítulo 9). Este es un enfoque innovador que tiende a favorecer la
seguridad alimentaria, dar alternativas para generar un ingreso adicional, mientras se preserva
“culturalmente” la diversidad. Están relacionadas al rescate de especies de cultivos y de
vegetación original a través de medidas de manejo integral en áreas de actividad agropecuaria
donde por muchos años ha prevalecido el monocultivo.
Sin lugar a dudas todos estos ejemplos muestran que la preservación de los ambientes naturales y
sus recursos, es un desafío. Que las estrategias para proponer soluciones deben abordarse desde
una perspectiva holística e interdisciplinaria, que integre los intereses entre la sociedad, la
economía y la ecología, con un enfoque común (Capítulo 11). Que se requiere tanto de un
conocimiento y manejo “integrado” del medio ambiente, como de la gestión ambiental para
mantener la integridad ecológica de los grandes ecosistemas, de cuyos servicios ambientales
depende el desarrollo, considerando el concepto de “sustentabilidad ambiental para el
desarrollo”.
Finalmente se sugiere que las Ciencias Ambientales en la educación superior, representan un
espacio idóneo para desarrollar el pensamiento interdisciplinario (Capítulo 12). Se considera la
necesidad de motivar nuevas formas de organización que hagan posible el desarrollo de
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
11
investigación multidisciplinaria sobre las interrelaciones que ocurren en los ámbitos del desarrollo
sustentable: la economía, la sociedad y el medio ambiente.
La presentación de esta publicación se propuso para hacer la instalación del “Día de las
Ciencias Ambientales”, y forma parte de las actividades conmemorativas del 25o Aniversario
de la fundación de la Universidad de Xalapa.
Dra. Patricia Sánchez-Gil, Dra. Esperanza de Jesús García Ayala (Coordinadoras)
COSTO DE LOS DESASTRES HIDROMETEOROLÓGICOS
12
Capítulo 1.
COSTO DE LOS DESASTRES HIDROMETEOROLÓGICOS
EN LA REGIÓN SUR-SURESTE DE MÉXICO: BASES PARA LA GESTIÓN
INTEGRAL DE RIESGOS
Ana Cecilia Travieso Bello1 y Urania López Cerdán2 1Programa de Geografía, Facultad de Economía, Universidad Veracruzana. [email protected]; [email protected] 2Instituto Tecnológico de Úrsulo Galván. [email protected]
RESUMEN
Este trabajo contrasta la pobreza y el rezago educativo con la incidencia de desastres por
fenómenos hidrometeorológicos y el costo de su recuperación para la república mexicana, con
énfasis en la región sur-sureste. Se encontró que 54.6% de las declaratorias de desastre y 67.5% de
aportaciones del FONDEN corresponden a la región sur-sureste, donde se registraron los mayores
grados de pobreza y rezago educativo y se concentra 23% de la población nacional. Por último, se
emiten recomendaciones para la gestión integral de riesgos por fenómenos hidrometeorológicos y
los ocasionados por cambio climático.
Palabras clave: Declaratorias de desastres naturales, fondo de desastres naturales, cambio
climático, pobreza, rezago educativo.
ABSTRACT
This paper contrasts the poverty and the educational lag with the incidence of disasters by
hydrometeorological phenomena and the cost of their recovery in Mexico, with emphasis on the
South-Southeast region. Found that 54.6% of disaster declarations and 67.5% of the FONDEN
contributions; correspond to the South-Southeast region, which registered higher levels of
poverty and educational backwardness and 23% of the national population. Finally,
recommendations for comprehensive risk management are emitted related to
hydrometeorological phenomena and the resulting by climate change.
Key words: Natural disasters, climate change, poverty, educational backwardness.
1. INTRODUCCIÓN
Los fenómenos perturbadores de origen natural pueden clasificarse en geológico e
hidrometeorológicos, cuando estos fenómenos son extremos pueden causar desastres. Es decir,
la ocurrencia de uno o más agentes perturbadores severos y o extremos, concatenados o no,
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
13
pueden causar daños de tal magnitud, que superan la capacidad de respuesta de la comunidad
afectada (Segob, 2012a).
El análisis de la base de datos de impactos económico y social del Centro Nacional de Previsión de
Desastres (Segob, 2014a) para el período 2008-2012, mostró que el monto de los daños por
fenómenos hidrometeorológicos en México, representó 91.8% del total para este período,
seguidos de los fenómenos geológicos (6.1%), químicos y socio-organizativos. Los fenómenos
hidrometeorológicos incluyen precipitaciones extremas, ciclones tropicales, inundaciones, sequías,
granizo, heladas, tormentas de nieve, ondas cálidas y gélidas, principalmente (Segob, 2012a).
La república mexicana, por su ubicación geográfica, está expuesta de manera frecuente a los
ciclones tropicales, tanto en el Atlántico como en el Pacífico, los cuales afectan en mayor medida a
los Estados costeros. Estos fenómenos ocasionan vientos fuertes, mareas de tormenta y
precipitaciones intensas, que provocan inundaciones, tanto en las zonas cercanas a los ríos como
en las costas y partes bajas de las cuencas hidrográficas, principalmente. Esta situación provoca
daños y pérdidas económicas cuantiosas.
Por otra parte, los escenarios de cambio climático plantean un aumento en la temperatura y
calentamiento de los océanos. Se acentuará el contraste en las precipitaciones entre las regiones
húmedas y secas, así como entre las estaciones húmedas y secas, lo que ocasionará una mayor
frecuencia e intensidad de los ciclones tropicales y la elevación del nivel del mar (IPCC, 2013). En
consecuencia, aumentarían los vientos fuertes asociados a los ciclones tropicales, así como las
precipitaciones extremas y las inundaciones, esperándose mayores daños en las zonas expuestas.
El costo de los fenómenos hidrometeorológicos extremos no solo está asociado a la frecuencia,
intensidad y duración del fenómeno en las zonas expuestas, sino también a la vulnerabilidad. Esta
última, se define como la susceptibilidad o propensión de un agente afectable (población,
infraestructura, bienes, servicios, etc.) a sufrir daños o pérdidas por la presencia de un agente
perturbador (Segob, 2012a), en este caso, los fenómenos hidrometeorológicos.
La vulnerabilidad es resultado de condiciones sociales, políticas y económicas que asignan diversos
niveles de debilidad a determinados grupos sociales, por ejemplo, los grados de resistencia y
resiliencia de los medios de vida; las condiciones sociales de vida; los grados de protección social y
autoprotección que existen; y el nivel de gobernabilidad de la sociedad. Un fenómeno de igual
intensidad y duración puede ocasionar daños muy distintos en comunidades con vulnerabilidades
contrastantes. Por tanto, la creación de condiciones de vulnerabilidad es un proceso de
construcción social (Cannon, 2007; Narváez et al., 2009), inherente a cada territorio.
Este trabajo contrasta la pobreza y el rezago educativo con la incidencia de desastres por
fenómenos hidrometeorológicos (ciclones tropicales, precipitaciones extremas, inundaciones,
COSTO DE LOS DESASTRES HIDROMETEOROLÓGICOS
14
granizadas y deslaves) y el costo de su recuperación para la república mexicana, con énfasis en la
región sur-sureste. Estos fenómenos fueron seleccionados ya que se encuentran relacionados
entre sí y son los más frecuentes en la región de estudio. Primero se describen los principales
desastres ocurridos en la región sur-sureste, luego se analizan las declaratorias de desastre
emitidas en el Diario Oficial de la Federación, así como el FONDEN reconstrucción, para el período
2004-2013. Por último, se emiten recomendaciones para la gestión integral de riesgos por
fenómenos hidrometeorológicos y los ocasionados por cambio climático.
2. IMPACTO DE FENÓMENOS HIDROMETEOROLÓGICOS EXTREMOS EN LA REGIÓN SUR-
SURESTE
A continuación se presentan algunos ejemplos relevantes para la región sur-sureste del impacto de
fenómenos hidrometeorológicos extremos, con el fin de ilustrar la magnitud de los desastres en la
región.
El huracán “Wilma” de categoría 5, afectó en 2005 a los estados de Yucatán y Quintana Roo, con
lluvias extremas, mareas de tormentas de tres metros e inundaciones que provocaron daños
equivalentes a 18,258 millones de pesos (13.6% del PIB estatal). La entidad más afectada fue
Quintana Roo, con 97% de las pérdidas, de las cuales 73.2% correspondieron al sector turístico. Este
huracán fue considerado el más devastador en la historia de esta entidad, afectando
principalmente a la ciudad de Cancún (García et al., 2006).
Destacan también las lluvias atípicas que provocaron inundaciones en Tabasco en 2007, 2008 y
2009, con pérdidas económicas para este período de 39.6 millones de pesos, de las cuales 31.8
miles de millones de pesos (29.3% del PIB estatal) corresponden al año 2007, equivalentes a 81.9%
de los daños totales en los tres años (García et al., 2010). Luego, las inundaciones de Veracruz en
2010, asociadas al huracán “Karl” y la tormenta “Matthew”, afectaron a 152 municipio de la
entidad (71.7% de los municipios veracruzanos), provocando la muerte de 14 personas, así como
daños económicos importantes, estimados en 24,379 millones de pesos (García et al., 2011).
En septiembre de 2013, los huracanes de categoría 1, “Ingrid” en el Golfo de México y “Manuel” en
la costa del pacífico mexicano, se formaron casi simultáneamente e interactuaron entre sí, por lo
que fueron considerados como los más destructivos en la historia de México. Estos fenómenos
ocasionaron lluvias torrenciales e inundaciones, con afectaciones a 20 entidades federativas y
pérdidas estimadas en 38 mil millones de pesos. Las mayores pérdidas se registraron en el estado
de Guerrero con 22, 983.2 millones de pesos y la cuidad más afectada fue Acapulco (García et al.,
2014).
Las lluvias extremas también provocan inestabilidad en las laderas, en especial en las zonas con
alta deforestación y suelos frágiles, donde en ocasiones se producen deslizamientos de tierra
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
15
(deslaves), que generan pérdidas humanas y materiales. Ejemplo de ello son los deslizamientos de
Juan de Grijalva, Chiapas (4 de noviembre de 2007), que obstruyó el flujo del río Grijalva, así como
el de La Pintada, municipio de Atoyac de Álvarez, Guerrero (septiembre de 2013), donde fallecieron
71 personas (Segob, 2014a).
3. FONDO DE DESASTRES NATURALES
Los ejemplos descritos con anterioridad muestran que el impacto socioeconómico de los
fenómenos hidrometeorológicos va en aumento. Para enfrentar los costos de los desastres por
fenómenos naturales, el Gobierno Federal constituyó en el año 1996 el Fondo de Desastres
Naturales (FONDEN), como instrumento financiero interinstitucional para apoyar de manera eficaz
y oportuna la rehabilitación de la infraestructura federal y estatal afectada por desastres naturales.
En sus inicios, los recursos del FONDEN sólo se destinaban a la realización de actividades de
rehabilitación y reconstrucción de infraestructura pública de los tres órdenes de gobierno (federal,
estatal y municipal); de vivienda de la población de bajos ingresos; y ciertos elementos del medio
ambiente, como las selvas, áreas naturales protegidas, ríos, y lagunas. Actualmente, el FONDEN
está integrado por dos instrumentos presupuestarios complementarios: el Programa FONDEN
para la Reconstrucción y el Programa Fondo para la Prevención de Desastres Naturales
(FOPREDEN), y sus respectivos fideicomisos. Sin embargo, el Programa FONDEN para la
Reconstrucción es el que aporta la mayor cantidad de recursos (Segob, 2012b).
4. LEYES EN MATERIA DE PROTECCIÓN CIVIL Y CAMBIO CLIMÁTICO
En este contexto, México aprobó en 2012 la Ley General de Protección Civil (últimas reformas
publicadas en el DOF el 3 de junio de 2014), donde se estable la elaboración del Programa Nacional
de Protección Civil. Este programa es un instrumento, que incluye un conjunto de objetivos,
políticas, estrategias, líneas de acción y metas en materia de protección civil, con un enfoque de
gestión integral del riesgo (Segob, 2012a). Además, en este mismo año, se aprobó la Ley General
de Cambio Climático (últimas reformas publicadas en el DOF el 1 de junio de 2016), que incluye
dentro de sus objetivos principales reducir la vulnerabilidad de la población y los ecosistemas del
país frente a los efectos adversos del cambio climático, crear y fortalecer las capacidades
nacionales de respuesta al fenómeno y establecer las bases para la concertación con la sociedad.
Esta misma ley establece la Estrategia Nacional de Cambio Climático como el instrumento rector
de la política nacional, en el mediano y largo plazos, para enfrentar los efectos del cambio
climático y transitar hacia una economía competitiva, sustentable y de bajas emisiones de carbono
(CD, 2012).
COSTO DE LOS DESASTRES HIDROMETEOROLÓGICOS
16
5. POBLACIÓN, POBREZA Y REZAGO EDUCATIVO POR REGIONES
La República Mexicana se encuentra dividida en tres regiones. La región norte incluye 9 estados
(Tamaulipas, Nuevo León, Coahuila, Chihuahua, Sonora, Baja California, Baja California Sur, Sinaloa
y Durango) y alberga 22.2% de la población nacional. La región centro es la más extensa, cuenta
con 15 entidades (Nayarit, Zacatecas, Aguascalientes, San Luís Potosí, Jalisco, Guanajuato,
Querétaro, Hidalgo, Colima, Michoacán, Ciudad de México, México, Morelos, Tlaxcala y Puebla)
con 54.7% de la población. Por último, la región sur-sureste contiene 8 estados (Veracruz, Tabasco,
Campeche, Yucatán, Quintana Roo, Guerrero, Oaxaca y Chiapas) y 23.1% de la población (Tabla 1).
Región Norte Región Centro Región Sur-Sureste
Entidad Población Entidad Población Entidad Población
Baja California 3,155,070 Aguascalientes 1,184,996 Campeche 822,441
Baja California Sur 637,026 Colima 650,555 Chiapas 4,796,580
Coahuila 2,748,391 Ciudad de México 8,851,080 Guerrero 3,388,768
Chihuahua 3,406,465 Guanajuato 5,486,372 Oaxaca 3,801,962
Durango 1,632,934 Hidalgo 2,665,018 Quintana Roo 1,325,578
Nuevo León 4,653,458 Jalisco 7,350,682 Tabasco 2,238,603
Sinaloa 2,767,761 México 15,175,862 Veracruz 7,643,194
Sonora 2,662,480 Michoacán 4,351,037 Yucatán 1,955,577
Tamaulipas 3,268,554 Morelos 1,777,227
Nayarit 1,084,979
Puebla 5,779,829
Querétaro 1,827,937
San Luis Potosí 2,585,518
Tlaxcala 1,169,936
Zacatecas 1,490,668
Total 24,932,139 Total 61,431,696 Total 25,972,703
Porcentaje 22.2 Porcentaje 54.7 Porcentaje 23.1
Tabla 1. Población total por entidad federativa y por región para el año 2010. Fuente: Elaboración propia con datos de INEGI (2010).
Los mayores valores de pobreza para el año 2010 se concentraron en la región sur-sureste, donde
a excepción de Yucatán (35-50%) y Quintana Roo (20-35%), las entidades federativas presentaron
valores de pobreza mayores al 50%. La situación más crítica se ubica en la costa del Pacífico, en los
estados de Chiapas, Oaxaca y Guerrero (Figura 1).
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
17
Por otra parte, el análisis del rezago educativo en 2010 mostró que los valores mayores al 25% se
concentraron en cinco entidades federativas de la región sur-sureste, siendo Chiapas el más crítico,
con valores entre 35 y 40% (Figura 1).
Los altos valores de pobrezas y rezago educativo aumentan la vulnerabilidad de la población de la
región sur-sureste, ante los fenómenos hidrometeorológicos extremos. Por lo que puede decirse
que esta región es la más vulnerable en comparación con las otras del país.
Figura 1. Distribución de la pobreza y el rezago educativo por entidad federativa para el año 2010. Fuente: Elaboración propia con datos de Coneval (2013).
6. DESASTRES POR FENÓMENOS HIDROMETEOROLÓGICOS EXTREMOS
Este trabajo considera los eventos hidrometeorológicos que cuentan con las declaratorias de
desastres emitidas por la Comisión Nacional del Agua y publicadas en el diario oficial de la
federación, durante el período 2004-2013. Se incluyen lluvias extremas, ciclones tropicales en
todas sus fases de desarrollo, inundaciones, tormentas de granizo y deslizamientos de tierra.
COSTO DE LOS DESASTRES HIDROMETEOROLÓGICOS
18
El análisis de las declaratorias de desastres por los fenómenos hidrometeorológicos mencionados
(Figura 2) muestra que 54.6% de la declaratorias para el período 2004-2013, correspondieron a la
región-sur sureste. El estado de Veracruz ocupó el primer lugar a nivel nacional, seguido por
Oaxaca y Chiapas. Guerrero y Tabasco alcanzaron el quinto y séptimo lugar, respectivamente,
mientras que Quintana Roo se ubicó en el lugar doceavo. Los estados de la región sur-sureste
menos afectados son Campeche y Yucatán.
Figura 2. Número de declaratorias de desastre por fenómenos hidrometeorológicos, emitidas en el Diario Oficial de la Federación, para las entidades federativas, durante el período 2004-2013. Fuente: Elaboración propia con datos de Semarnat (2014).
Las aportaciones del FONDEN reconstrucción para el período analizado, en general han ido en
ascenso. Se observó que cada dos o tres años los desastres ocurridos son mucho más costosos.
Destacaron los años 2005, 2007, 2010 y 2013, siendo este último, el de mayores aportaciones
(Figura 3).
La distribución de las aportaciones mostró que la región sur-sureste recibió 67.5% de las
aportaciones totales del FONDEN reconstrucción, durante el período 2004-2013, secundada por la
región norte (Ver Figura 4). Estos resultados corresponden con el mayor número de declaratorias
de desastres, registradas para la región sur-sureste (Figura 1).
Los sectores afectados con mayor frecuencia por los fenómenos hidrometeorológicos a nivel
nacional, para el período de estudio son: carretero, hidráulico, educativo, vivienda, salud y urbano.
Se observó un comportamiento similar en la región sur-sureste, invirtiéndose el orden de los
sectores urbano y salud, lo que probablemente se relacione con la mayor pobreza registrada en
esta región (Figura 5).
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Entidades federativas
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
19
Figura 3. Aportaciones anuales del FONDEN reconstrucción (en millones de pesos) para la república mexicana, durante el período 2004-2013. Fuente: Elaboración propia con base en datos de la Segob (2014b).
Figura 4. Porcentaje de aportaciones del FONDEN reconstrucción, para la tres regiones de la República Mexicana, durante el período 2004-2013. Fuente: Elaboración propia con base en datos de la Segob (2014b).
COSTO DE LOS DESASTRES HIDROMETEOROLÓGICOS
20
Figura 5. Frecuencia de afectación de los principales sectores por fenómenos hidrometeorológicos en la república mexicana y la región sur-sureste, durante el período 2004-2013. Fuente: Elaboración propia con base en datos de la Segob (2014b).
7. BASES PARA LA GESTIÓN INTEGRAL DE RIESGOS
La gestión integral de riesgos por fenómenos hidrometeorológicos y los ocasionados por cambio
climático debe incorporarse en la planificación del desarrollo local y regional para evitar la
construcción de riesgos futuros, así como intervenir en la reducción de los riesgos existentes. Este
proceso incluye acciones preventivas, así como auxilio a la población en situación de emergencia y
atención a los daños ocasionados por fenómenos hidrometeorológicos y los efectos del cambio
climático. Se deben priorizar los grupos sociales vulnerables y de escasos recursos económicos.
Aunque la legislación en materia de protección civil y cambio climático, enfatiza en la prevención, a
la fecha las mayores aportaciones se realizan en el FONDEN reconstrucción. Por tanto, los
esfuerzos se han centrado en la atención de emergencias y reconstrucción de infraestructura
dañada, mostrando una gestión reactiva del riesgo.
Si se considera que los escenarios de cambio climático plantean un aumento en la frecuencia e
intensidad de los fenómenos hidrometeorológicos extremos, se sugiere desarrollar una gestión
preventiva y adaptativa, que impulse medidas de mitigación para daños futuros, evite la
generación de nuevos riesgos, mejore las condiciones actuales para la minimización de los riesgos
preexistentes, fortaleciendo la resiliencia de la sociedad.
La prevención efectiva de los desastres y la reducción de riesgos requiere del desarrollo de
investigación e innovación tecnológica, instrumentos de planeación para la gestión integral de
riesgos, el desarrollo de una cultura de protección civil y de adaptación al cambio climático, así
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Sectores
Nivel Nacional
Región Sur-sureste
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
21
como coordinación interinstitucional efectiva en la región. A continuación se exponen estos
requerimientos.
7.1. Investigación e Innovación Tecnológica
Se debe desarrollar investigación sobre el comportamiento de los fenómenos
hidrometeorológicos, el riesgo y la vulnerabilidad de las comunidades, considerando los
escenarios de cambio climático a nivel regional y local. Para ello se requiere la adquisición de
instalaciones, equipamiento, herramientas tecnológicas, así como la preparación de personal
altamente calificado en esta materia.
La aplicación de tecnologías innovadoras permitirá la operación de redes de detección, medición
de riesgos, monitoreo, pronóstico y sistemas de alerta, que permitirán informar oportunamente a
la población, mejorando su seguridad.
7.2. Instrumentos de Planeación para la Gestión Integral de Riesgos
Se deben elaborar y actualizar los atlas estatales y municipales de riesgo, que constituyen un
marco de referencia para la elaboración de políticas y programas en el proceso de gestión integral
de riesgos. Estos brindan información sobre los riesgos actuales y futuros, lo cual permite tomar
decisiones para la autorización y realización de obras de infraestructura, el desarrollo de
actividades productivas y los asentamientos humanos. La información contenida en los atlas de
riesgos debe incorporarse a los programas de ordenamiento ecológico del territorio y los
programas de ordenamiento urbano.
En las zonas de alto riesgo que ya cuentan con asentamientos humanos, se deben realizar análisis
de riesgos específicos para determinar las obras de infraestructura que se requieren para mitigar el
riesgo actual o el diseño de un plan de reubicación de la población, según lo marca la ley
correspondiente.
Por otra parte, se deben unificar criterios y metodologías para la elaboración de los atlas de riesgo,
así como capacitar al personal especializado en esta área, lo cual permitirá comparar las distintas
regiones, entidades y municipios, en el espacio y el tiempo.
Además, los gobiernos de las entidades federativas y de los municipios deben elaborar y actualizar
los programas estatales y municipales de protección civil, así como los programas estatales de
acción ante el cambio climático y los planes de acción climática municipal, acordes con el Programa
Nacional de Protección Civil vigente y la Estrategia Nacional de Cambio Climático,
respectivamente. Estos programas deben establecer mecanismos de seguimiento y evaluación,
que permitan su mejora continua. Además, la información contenida en los mismos, debe
integrarse a los planes de desarrollo, tanto estatales como municipales.
COSTO DE LOS DESASTRES HIDROMETEOROLÓGICOS
22
Se recomienda fortalecer las capacidades institucionales a nivel estatal y municipal, para la
elaboración e instrumentación de los programas de protección civil, de ordenamiento ecológico
del territorio y ordenamiento urbano, en coordinación con las instancias correspondientes.
7.3. Cultura de Protección Civil y Adaptación al Cambio Climático
Se considera esencial el desarrollo de una cultura de corresponsabilidad entre sociedad y
gobierno, dirigida a la protección civil a nivel regional, estatal, municipal y comunitario, que
fomente la participación individual y colectiva en acciones de prevención y autoprotección, que
permita a la población salvaguardar su vida, sus posesiones y su entorno, frente a los riesgos por
fenómenos hidrometeorológicos y los ocasionados por cambio climático. Por tanto, se deben
establecer mecanismos apropiados de participación social en la planeación y la supervisión de la
protección civil.
Se recomienda emprender acciones que permitan la difusión entre las autoridades
correspondientes y la población en general, de los estudios realizados sobre los fenómenos
hidrometeorológicos y el cambio climático, los riesgos y la vulnerabilidad de las comunidades, los
atlas de riesgos a nivel estatal y municipal y los programas de protección civil, así como la
aplicación de estas herramientas en la planificación del desarrollo.
Se deben incorporar a los programas de educación formal (en todos los niveles educativos) y no
formal, contenidos de protección civil, de gestión integral del riesgo, de mitigación y adaptación a
los efectos del cambio climático; con un enfoque regional y local, considerando las lenguas
originarias y la población más vulnerable. Esto con el fin de impulsar el aprendizaje y la práctica de
conductas seguras, cambios en los patrones no sustentables de producción y consumo, incentivar
el manejo y aprovechamiento sustentable de los ecosistemas, la protección, conservación y
restauración de regiones prioritarias y cuencas hidrográficas, así como fomentar la resiliencia de la
sociedad.
Los medios de comunicación masiva electrónicos y escritos deberán difundir de forma veraz y
oportuna, información sobre protección civil y gestión integral de riesgos, incluyendo las acciones
de prevención, preparación, auxilio y recuperación.
Las estrategias de información, educación y sensibilización de la población deben tomar en cuenta
la diversidad de contextos económicos, políticos, culturales, étnicos y de género, principalmente.
Además, se deben diseñar mecanismos de evaluación del impacto de estas estrategias, para
mejorar su efectividad.
7.4. Coordinación Interinstitucional en la Región
Con el fin de potenciar las acciones descritas con anterioridad es deseable crear y fortalecer
esquemas de coordinación, colaboración y redes que integren y aprovechen el conocimiento local,
regional, nacional e internacional.
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
23
En particular, aquí se propone la conformación de la “Red de Gestión Integral de Riesgos por
Fenómenos Hidrometeorológicos y Cambio Climático para la Región Sur-Sureste”. Esta red incluirá
las dependencias de gobierno a nivel estatal y municipal, los centros de investigación, desarrollo
tecnológico y universidades, públicas y privadas, así como las organizaciones no gubernamentales,
relacionadas con el tema, que se ubiquen en la región sur-sureste. Se recomienda emprender
acciones coordinadas y alineadas con la normatividad vigente, para el intercambio de experiencias,
cooperación técnica y científica, atención de emergencias y de desastres, así como la gestión de
financiamiento, manteniendo un estrecho vínculo con instituciones líderes a nivel nacional e
internacional, en materia de gestión integral de riesgos y cambio climático.
8. CONCLUSIONES
La región sur-sureste, integrada por ocho entidades federativas, contiene 23% de la población
nacional. Esta registró 54.6% de las declaratorias de desastre por fenómenos hidrometeorológicos
y 67.5% de aportaciones del FONDEN, durante el período 2004-2013. Esto contrasta con los altos
grados de pobreza y rezago educativo de los Estados que pertenecen a esta región, con excepción
de Yucatán y Quintana Roo. En consecuencia, la región sur-sureste se considera la más vulnerable
a desastres por fenómenos hidrometeorológicos y los ocasionados por cambio climático, por lo
que es prioritario incorporar la gestión integral del riesgo en la planeación del desarrollo local y
regional, para reducir los riesgos existentes y evitar la construcción de riesgos futuros.
9. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Cambio Climático. Diario Oficial de la Federación. México.
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COSTO DE LOS DESASTRES HIDROMETEOROLÓGICOS
24
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C_user=dgeia_mce&IBIC_pass=dgeia_mce> [22 julio 2014].
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
25
COMPARACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO
26
Capítulo 2.
COMPARACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO
ENTRE UN ÁREA NATURAL CON VEGETACIÓN Y UN SITIO MODIFICADO
POR LA EXTRACCIÓN DE ARENA DE SÍLICE
José Abelardo Hoyos Ramírez
Consultora para el desarrollo rural y ordenamiento ambiental CEDRO SA de CV. Melchor Ocampo, número 104. Colonia Centro, Xalapa, Ver. [email protected]
RESUMEN
Se presentan los resultados obtenidos al comparar las propiedades físicas de dos suelos a
diferentes profundidades, 0.5, 1, 2 y 3 metros, uno en un terreno con vegetación sin perturbación y
cobertura forestal y otro totalmente modificado por el aprovechamiento de una cantera de arena
de sílice y sin cobertura vegetal. La diferencia de las muestras nos permite conocer el grado de
modificación en la estructura y la aptitud del suelo para la actividad de restauración. Se encontró
que los suelos modificados mantienen poca variación, sus propiedades resultan más homogéneas
a diferentes profundidades, disminuye pero conservan un porcentaje adecuado de materia
orgánica y su capacidad de retención de agua aumenta ligeramente. Lo anterior demuestra que el
suelo de relleno en el área de la cantera no se modifica radicalmente y es adecuado para soportar
diferentes estratos de vegetación en el proceso de restauración.
Palabras clave: Suelo, sílice, cantera, vegetación, restauración.
ABSTRACT
The results presented were obtained by comparing the physical properties of two soils at different
depths, 0.5, 1, 2 y 3 meters, one in a field with undisturbed vegetation and forest cover, and
another completely modified by the use of a quarry of silica sand and without plant cover. The
difference of the samples allows us to know the degree of modification in the structure and the
suitability of the soil for the restoration activity. It was found that the modified soils maintain little
variation, their properties are more homogeneous, at different depths, it decreases but they
maintain an adequate percentage of organic matter and their capacity of retention of water
increases slightly. This shows that the fill soil of the quarry area does not change radically and is
adequate to support different strata of vegetation in the restoration process.
Keywords: Soil, silica, quarry, vegetation, restoration.
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
27
1. INTRODUCCIÓN
La región sur del Estado de Veracruz cuenta con áreas ricas en bancos de arena de sílice, material
utilizado en diversos procesos industriales como la producción de vidrio, cerámica y plantas de
tratamiento, entre otros. El grupo Materias Primas Monterrey cuenta con dos plantas en esta
región y como parte de sus acciones de cumplimiento ambiental, realiza la restauración de los
bancos agotados de material que explota, en este contexto se desarrollan diversos estudios
científicos para comprobar la efectividad de las prácticas implementadas y mejorar, de ser posible,
los procesos.
Uno de los temas poco explorados es la composición de los suelos que resultan del proceso de
relleno de los bancos de material agotados, ya que para este fin se reservan e incorporan los
perfiles mineral y vegetal más superficiales de las áreas que se integran a la explotación.El objetivo
de esta contribución es describir y comparar las propiedades físicas de los suelos de una mina de
arena sílica agotada, con un terreno forestal no alterado.
2. DESCRIPCIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO
El municipio de Jáltipan de Morelos, Ver., se localiza entre los paralelos 17° 42’ y 18° 02’ de latitud
norte; los meridianos 94° 37’ y 94° 48’ de longitud oeste; altitud entre 10 y 60 m. Colinda al norte
con los municipios de Soconusco, Chinameca, Oteapan, Zaragoza y Cosoleacaque; al este con los
municipios de Cosoleacaque, Minatitlán y Hidalgotitlán; al sur con los municipios de Hidalgotitlán y
Texistepec; al oeste con los municipios de Texistepec y Soconusco. El municipio de Jáltipan de
Morelos ocupa el 0.44% del estado de Veracruz (INEGI, 2009).
En esta región se mantiene un clima Cálido subhúmedo con lluvias en verano (66%) y cálido
húmedo con abundantes lluvias en verano (34%) con rangos de precipitación de los 1500 – 2000
mm (INEGI, 2009).
2.1. Geología
La geología de la provincia en que se asienta Jáltipan está compuesta en su mayor parte por
depósitos recientes formados de suelos, que cubren una parte considerable de la secuencia
sedimentaria depositada en cuencas marinas del terciario. Las rocas que afloran en estas
porciones, cubren un lapso geo-cronológico que va del periodo jurásico superior al periodo
cuaternario. En los alrededores de Jáltipan, predomina la arenisca que es una roca sedimentaria
constituida por granos con textura de fina a mediana, los cuales son depositados en un ambiente
marino de aguas someras, a estas zonas se les considera aptas para el desarrollo urbano e
COMPARACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO
28
industrial. También se presenta el conglomerado, que es una roca sedimentaria localizada en la
parte norte, en menor volumen que la arenisca (Mexicano, 2004).
2.2. Relieve
INEGI define al municipio de Jáltipan, en su cartografía denominada Sistema de topoformas, como
Llanura aluvial con lomerío, a su vez Priego et. al. (2003), en su mapa de Tipos morfométricos del
relieve, escala 1:250,000 (Disección vertical) define la misma área como Llanura ondulada
ligeramente diseccionada (2.5 - 5 m/km2).
2.3. Clima
De acuerdo con la clasificación climática de Köppen modificado por García (2004), entre las
variables del medio físico, es fundamental conocer las características del clima donde se encuentra
inmerso el municipio de Jáltipan y se describe como:
Cálido húmedo (Am), temperatura media anual mayor de 22ºC y temperatura del mes más frío
mayor de 18ºC. Precipitación del mes más seco menor de 60 mm; lluvias de verano y porcentaje de
precipitación invernal del 5% al 10.2% del total anual.
Cálido subhúmedo (Aw2), lluvias en verano, con una precipitación en el mes más seco menor de 60
milímetros y un porcentaje de lluvia invernal cuyo rango va de entre 5 y 10.2%, presenta una
temperatura media anual de 24 °C a 26 °C. en esta región se presenta condición de canícula (una
temporada menos lluviosa dentro de la estación de lluvias) llamada también sequia de medio
verano. La precipitación total anual es de 1500 a 2000 milímetros.
2.4. Hidrología Superficial
El municipio de Jáltipan se ubica dentro de la región hidrológica No. 29, también conocida como
Coatzacoalcos, que pertenece a la cuenca del mismo nombre, las principales características de
ésta, son su trayectoria errática con significativas inundaciones en los meses de verano; los
escurrimientos medios anuales de sus subcuencas son de aproximadamente el 6.86% de los
recursos hidrológicos del país.
Las corrientes perennes más importantes son el río Chacalapa que desarrolla su cauce a partir de
Acayucan y cruza porción la Noroeste del municipio, continuando su recorrido hasta el río
Calzadas, que desemboca finalmente en el río Coatzacoalcos. La otra corriente es el río
Ocozoloapan que se desarrolla al Este de la localidad de Jáltipan, el cual recoge el agua de un
arroyo que cruza la ciudad en un punto al Sur.
Corrientes permanentes. En el municipio se localiza un río de gasto permanente identificado como
Ocozoloapan, que fluye de Norte a Sur, aguas abajo se une al caudal del Rio Chiquito, para
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
29
posteriormente formar parte del Rio Coatzacoalcos, siendo esta la única corriente permanente en
Jáltipan.
Corrientes intermitentes. Se cuenta con la existencia de varios escurrimientos de tipo intermitente
que escurren con dirección Noroeste a Sureste dentro del municipio, el cual en periodos de intensa
lluvia, escurren para formar parte del Rio Ocozoloapan y posteriormente al Rio Chiquito, para
posteriormente confluir en el Rio Coatzacoalcos (Figura 4).
2.5. Edafología
Dentro del municipio, se identificó como suelo predominante el Luvisol, de este el horizonte órtico
es de color pardo rojizo o gris obscuro, además de ser muy delgado y con mediano a alto
contenido de materia orgánica. La textura varia de migajón arenosa a arcillosa y el pH de
moderadamente acido a ligeramente alcalino (Medina, et al., 2009).
Sus partículas forman una estructura de bloques sub angulares de tamaño fino a grueso. El
horizonte B argílico tiene una textura arcillosa, color pardo rojizo y pH medianamente acido, su
capacidad para retener nutrientes y cederlos a las plantas es moderado, la saturación de calcio y
magnesio que presenta, va de media a alta y el potasio se presenta en cantidades bajas.
En las zonas adyacentes a la localidad específicamente hacia el norte, sur y oeste se localizan
suelos expansivos, de características barrosas, que se anegan en la superficie por tener drenaje
deficiente, lo que provoca hundimientos irregulares, mientras en la parte sur se ubican suelos
colapsables que sufren asentamientos repentinos cuando se saturan con agua. A continuación se
hace una descripción breve de los tipos de suelo presentes en el área de influencia del proyecto.
Gleysoles. El término gleysol deriva del vocablo ruso “gley” que significa masa fangosa, haciendo
alusión a su exceso de humedad. El material original lo constituyen un amplio rango de materiales
no consolidados, principalmente sedimentos de origen fluvial, marino o lacustre, del Pleistoceno u
Holoceno. La mineralogía puede ser ácida o básica. Se encuentran en áreas deprimidas o zonas
bajas del paisaje, con mantos freáticos someros. El perfil es de tipo ABgCr o HBgCr, si bien el
horizonte Bg puede no existir. Es característica la evidencia de procesos de reducción, con o sin
segregación de compuestos de hierro dentro de los primeros 50 cm del suelo. La humedad es la
principal limitación de los Gleysoles vírgenes; suelen estar cubiertos con una vegetación natural
pantanosa e inútil o se usan para pastizal extensivo (Vivanco, et al., 2010). Una vez drenados
pueden utilizarse para cultivos, agricultura de subsistencia o huertas. En los trópicos y subtrópicos
se utilizan ampliamente para el cultivo del arroz.
Luvisoles. El término Luvisol deriva del vocablo latino “Luere” que significa lavar, haciendo alusión
al lavado de arcilla de los horizontes superiores para acumularse en una zona más profunda. Se
COMPARACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO
30
desarrollan principalmente sobre una gran variedad de materiales no consolidados como
depósitos glaciares, eólicos, aluviales y coluviales. Predominan en zonas llanas o con suaves
pendientes de climas templados fríos o cálidos pero con una estación seca y otra húmeda, como el
clima mediterráneo. El perfil es de tipo ABtC. Sobre el horizonte árgico puede aparecer un álbico,
en este caso son integrados hacia los albeluvisoles. El amplio rango de materiales originales y
condiciones ambientales, otorgan una gran diversidad a este Grupo. Cuando el drenaje interno es
adecuado, presentan una gran potencialidad para un gran número de cultivos a causa de su
moderado estado de alteración y su, generalmente, alto grado de saturación, (Vivanco, et al.,
2010).
Umbrisoles. El término Umbrisol deriva del vocablo latino “umbra” que significa sombra, haciendo
alusión al color oscuro de su horizonte superficial. Los Umbrisoles se desarrollan principalmente
sobre materiales de alteración de rocas silíceas, predominantemente en depósitos del Pleistoceno
y Holoceno. Predominan en terrenos de climas fríos y húmedos de regiones montañosos con poco
o ningún déficit hídrico. El perfil es de tipo AC, con un horizonte B ocasional. Los Umbrisoles
naturales soportan una vegetación de bosque o pastizal extensivo. Bajo un adecuado manejo
pueden utilizarse para cereales, cultivos de raíz, té y café (Villas, et al., 2002).
Vertisoles. El término Vertisol deriva del vocablo latino “vertere” que significa verter o revolver,
haciendo alusión al efecto de batido y mezcla provocado por la presencia de arcillas hinchables. El
material original lo constituyen sedimentos con una elevada proporción de arcillas esmécticas, o
productos de alteración de rocas que las generen.
Se encuentran en depresiones de áreas llanas o suavemente onduladas. El clima suele ser tropical,
semiárido a subhúmedo o mediterráneo con estaciones contrastadas en cuanto a humedad. La
vegetación suele ser de sabana o de praderas naturales o con vegetación leñosa. El perfil es de
tipo ABC. La alternancia entre el hinchamiento y la contracción de las arcillas, genera profundas
grietas en la estación seca y la formación de superficies de presión y agregados estructurales en
forma de cuña en los horizontes sub superficiales. Los Vertisoles se vuelven muy duros en la
estación seca y muy plásticos en la húmeda. El labrado es muy difícil excepto en los cortos
periodos de transición entre ambas estaciones. Con un buen manejo, son suelos muy productivos
(Villas, et al., 2002).
3. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE MINADO
Las canteras de arena de sílice normalmente no se encuentran de manera superficial, por lo tanto
es necesario realizar varias etapas para su explotación, dentro de las actividades previas se
encuentra la preparación del sitio, es decir si el lugar donde se encuentra la cantera está cubierto
por vegetación es necesario realizar todos los trámites de acuerdo con la normatividad ambiental
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
31
y forestal vigente del país. Cumpliendo con estos requisitos se elimina toda la vegetación y se inicia
con los tres pasos básicos para el proceso de explotación de la arena sílica.
El primer paso para la extracción de la arena es realizar el desencape, que consiste en remover las
capas orgánica y mineral, para poder liberar la materia prima de la cantera, en el caso de la
empresa Materias primas Monterrey el suelo fértil se almacena para restaurar espacios agotados
de cantera y las arcillas intercaladas se utilizarán en la conformación de los bordos de las presas de
arcillas.
La segunda parte es el proceso de extracción, la cual generalmente comienza bajo un esquema de
formación de secciones de bermas y taludes para permitir la profundización o extracción vertical
de la arena sílica. El minado implica la extracción de la arena sílica, mediante retroexcavadora,
bulldozer y cargador frontal y camiones de volteo para el transporte.
Finalmente, la tercera etapa consiste en recibir el mineral en la tolva de alimentación en la planta
en donde se separan el material de sílice de las arcillas y otras impurezas, seleccionado y
empacado para su venta final.
4. METODOLOGÍA
Para la presente investigación la metodología se divide en dos etapas toma de muestras de suelo y
análisis de las .propiedades físicas en el laboratorio, para este trabajo el análisis muestras se realizó
en el laboratorio de suelos de la Universidad Autónoma de Chapingo.
4.1. Trabajo de Campo
La presente investigación forma parte de un trabajo más amplio que se está desarrollando en los
terrenos propiedad de la empresa Materias Primas Monterrey, en este sentido para cumplir con
los objetivos de este trabajo se realizaron dos perfiles de suelos uno en terreno forestal sin
alteración y otro en un área donde la cantera de la arena se agotó y que la empresa rellenó para
iniciar el proceso de restauración. Cada muestra fue de dos kilogramos y se depositó en bolsas de
plástico perfectamente selladas para que no perdieran humedad e inmediatamente fueron
enviadas al laboratorio para su análisis. Para cada sitio se tomaron muestras del perfil expuesto a
0.5 m, 1 m, 2 m y 3 m de profundidad.
4.2. Análisis de Suelo en Laboratorio
Los análisis que se realizaron a cada muestra fueron: estimación del contenido de materia
orgánica, contenido de humedad, densidad aparente, densidad real, capacidad de campo, punto
COMPARACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO
32
de marchitez permanente y textura del suelo. A continuación se describen los métodos utilizados
para cada estimación.
4.2.1. Determinación de la materia orgánica
Uno de los componentes del suelo es la materia orgánica en pequeña porción, formada por los
restos vegetales y animales que por la acción de la microbiota del suelo son convertidos en una
materia rica en reservas de nutrientes para las plantas, asegurando la disponibilidad de macro y
micronutrientes.
La materia orgánica del suelo tanto del área forestal como de la mina abandonada fue
determinada mediante la estimación total del carbono orgánico.
El carbono orgánico se determinó mediante el método Walkey blak que es un método de
oxidación en húmedo, realizando la oxidación de la materia orgánica con dicromato de potasio y
ácido sulfúrico. Adicionalmente el exceso de dicromato se estima con sulfato ferroso amínico,
Murillo de la Rosa (2010).
%𝑪 =𝑽 (𝟏 −
𝑴𝑩) ∗ 𝟎. 𝟎𝟎𝟑
𝑷𝒎
Donde:
%C= porcentaje de carbono orgánico
V= Volumen de dicromato de potasio empleado en la muestra y el blanco (5 ml)
M= Volumen de sulfato ferroso gastado en la titulación de la muestra.
B= Volumen de sulfato ferroso gastado en la titulación del blanco.
Pm= Peso de la muestra de suelo
Se transforma el contenido de carbono orgánico a contenido de materia orgánica, Murillo (2010)
en porcentaje (%MO), mediante la relación:
%MO=%C*1.724
4.2.2. Determinación del contenido de humedad
Es importante destacar que la humedad de suelo no es una propiedad, es sólo el estado en que se
encuentra el suelo en un momento dado. El contenido de humedad de suelo se obtuvo a través de
método conocido como gravimétrico (Reynolds, 1970), para calcular la humedad del suelo no es
más que la diferencia de peso del suelo antes y después de secar. El secado del suelo se realiza en
estufas por un periodo de 24 horas a 105 º celsius.
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
33
% 𝒅𝒆 𝒉𝒖𝒎𝒆𝒅𝒂𝒅 = (𝑨 −𝑩
𝑩) ∗ 𝟏𝟎𝟎
Donde:
A= Peso de la muestra húmeda
B= Peso de la muestra seca
4.2.3. Determinación de la densidad aparente
Método de la probeta. La densidad aparente se define como la masa de sólidos del suelo entre el
volumen total que este ocupa (incluyendo el volumen de poros). Como el volumen total del suelo
no es una constante, se habla de densidad aparente refiriéndose siempre el volumen a una
determinada humedad. Recordando que en la determinación de la fase sólida del suelo, no se
considera la parte porosa. Para este caso la estimación del la densidad aparente fue mediante el
método de la probeta que usa la muestra molida y tamizada (Rodríguez, 2012).
𝑷𝒃 =𝑴𝒔
𝑽𝒕=
𝑴𝒔
(𝑽𝒔 + 𝑽𝒂 + 𝑽𝒘)
Donde:
Ms = es la masa de sólidos.
Vt = es el volumen total que viene dado por el sumatoria del volumen de sólidos
Vs = el volumen de aire
Vw = volumen de agua
Va = es el volumen de los poros
4.2.4. Determinación de la densidad real
La densidad real o densidad de partículas fue obtenida mediante el método del Picnométro, este
método se basa en el principio de exclusión de las sustancias, es decir que el suelo es sumergido
en agua destilada, la cantidad de agua que es desplazada corresponde al volumen del suelo o
densidad real (Kaurichev, 1984).
𝑫𝒓 =𝑷𝒆𝒔𝒐 𝒂𝒃𝒔𝒐𝒍𝒖𝒕𝒂𝒎𝒆𝒏𝒕𝒆 𝒔𝒆𝒄𝒐
𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝒅𝒆 𝒔𝒖𝒆𝒍𝒐 𝒔𝒆𝒄𝒐=
𝑷𝟐
𝑫𝒆𝒏𝒔𝒊𝒅𝒂𝒅
𝑽𝟐 = 𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝒅𝒆𝒍 𝒑𝒊𝒄𝒏ó𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐 =𝑷𝒆𝒔𝒐 𝒅𝒆𝒍 𝒂𝒈𝒖𝒂
𝑫𝒆𝒏𝒔𝒊𝒅𝒂𝒅
COMPARACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO
34
Peso del agua = Peso picnómetro con agua - tara del picnómetro (P)
𝑷𝟐 = 𝑷𝒆𝒔𝒐 𝒅𝒆 𝒔𝒖𝒆𝒍𝒐 𝒂𝒃𝒔𝒐𝒍𝒖𝒕𝒆𝒎𝒂𝒏𝒕𝒆 𝒔𝒆𝒄𝒐 =𝑷𝟏 − 𝑷
𝟏𝟎𝟎 + 𝑾𝒉∗ 𝟏𝟎𝟎
Donde:
P1= Peso del picnómetro + suelo seco al aire
Wh= Humedad higroscópica
V1= Volumen del agua
P = Tara del picnómetro 𝑽𝟏 =𝑷𝟑−(𝑷+𝑷𝟐)
𝑫𝒆𝒏𝒔𝒊𝒅𝒂𝒅
P2= Peso del suelo absolutamente seco 𝑽 = 𝑽𝟐 − 𝑽𝟏
P3= Peso picnómetro + suelo + agua
V= Volumen del suelo
V2= Volumen del picnómetro
V1= Volumen del agua 𝑫𝒓 =𝑷𝟐
𝑽
Fuente: Hernández (2007).
4.2.5. Determinación de la capacidad de campo
La capacidad de campo del suelo representa la posibilidad máxima de humedad de un suelo en
contra de las fuerzas de la gravedad después de un riego o una tormenta, pero siempre y cuando
el suelo se quede completamente húmedo. La capacidad de campo tiende a variar de acuerdo con
la cantidad de arcillas y el contenido de materia orgánica (Silva, Ponce de León et al., 1998). Para
estimar la capacidad de campo se usó la siguiente expresión:
𝑪𝑪 =𝑷𝑺𝑯−𝑷𝑺𝑺
𝑷𝑺𝑺*100
Donde:
CC= Capacidad de campo
PSS= Peso de suelo seco
PSH= Peso de suelo húmedo a capacidad de capo
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
35
4.2.6. Punto de marchitez permanente
El punto de marchitez permanente se conoce como el punto en que el agua del suelo es mínima y
ya no está disponible para las plantas; esto es, cuando las hojas de una planta se marchitan y
aunque se vuelva a hidratar completamente la planta ya no se recupera en un periodo de 24 horas
(Murillo de la Rosa, 2010). Para estimar el punto de marchitez permanente se utiliza la siguiente
expresión:
PMP= CC * 0.74 - 5
Donde:
PMP=Punto de marchitez permanente
CC= Capacidad de campo
4.2.7. Textura
El principal objetivo de estimar la textura de un suelo es para conocer la cantidad de arenas, limos
y arcillas que lo componen, toda vez que desde el punto de vista hidrológico de esto depende el
espacio disponible en el suelo para almacenar un líquido o gas. En el presente trabajo se utilizó el
método de Hidrómetro de Bouyocos o densímetro. El método se basa en el principio de la ley de
Stokes, considerando la velocidad de caída de las partículas en un líquido, valorando la
sedimentación continua de las partículas, con ello es posible determinar los diferentes porcentajes
de las fracciones contenidas en el suelo (Murillo de la Rosa, 2010).
5. RESULTADOS COMPARATIVOS
Materia orgánica MO. De acuerdo con los resultados de laboratorio el contenido de materia
orgánica del suelo, como se esperaba, es en todos los casos más rico en el terreno forestal que en
el terreno minado, lo destacable es que considerando que la comparación se da entre un suelo
natural y otro que ha sido removido, la proporción de MO se distribuye en similar proporción en las
profundidades 0.5 y 1 m del perfil y disminuyendo a profundidades 2 y 3 m (Figura 1).
Humedad. El contenido de humedad en el suelo no refleja una tendencia definida, con respecto al
uso del suelo forestal el mayor porcentaje de humedad se presenta a 1 m de profundidad, en el
área modificada por el minado los porcentajes son más estables presentándose el mayor a los 2 m
de profundidad, es interesante destacar que en dos mediciones (0.5 y 2 m) la humedad es mayor
en el suelo minado, la diferencia total entre los dos usos sólo varía en 4.4 % siendo ligeramente
mayor el forestal (Figura 2).
COMPARACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO
36
Figura 1. Materia orgánica del suelo.
Figura 2. Distribución de la humedad en el suelo.
0
5
10
15
20
25
0.5 1 2 3
Hu
me
dad
(%
)
Profundidad (m)
Suelo forestal
Suelo Minado
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0.5 1 2 3
Mat
eri
a o
rgán
ica
(%)
Profundidad (m)
Suelo forestal
Suelo Minado
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
37
Densidad real y aparente. Los resultados de la densidad real y la densidad aparente (Figura 3), no
tienen variación significativa se mantienen constantes en todos los estratos, respecto a la
densidad real el valor es ligeramente mayor en el uso forestal en las primeras tres profundidades
de muestra (0.04, 0.08 y 0.04 tm-3 a los 0.5, 1 y 2 m, respectivamente), invirtiéndose la relación a 3
m de profundidad (0.11 tm-3). Para la densidad aparente los valores a 0.5 m son iguales, a 1 m la
diferencia a favor del suelo minado es de 0.09 tm-3, a 2 m la densidad del suelo forestal es apenas
mayor 0.01 tm-3 y a los 3 m el suelo minado supera al forestal en 0.07 tm-3.
Figura 3. Análisis de la densidad aparente y la densidad real del suelo a diferentes profundidades.
Capacidad de Campo (CC) y Punto de Marchitez Permanente (PMP). La Capacidad de Campo
presenta diferencias comparativas entre el suelo forestal y el minado siendo en el forestal menor a
0.5 y 2 m de profundidad y mayor a 1 y 3 m con una oscilación de hasta 6.01 % de CC para este suelo,
el suelo minado presenta un comportamiento más estable con una diferencia máxima de 2.55 %, si
se consideran todos los valores de CC el suelo minado supera al forestal en 7.62 % (Figura 4).
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0.5 1 2 3
De
nsi
dad
(tm
-3)
Profundidad (m)
Suelo forestal (Real)
Suelo Minado (Real)
Suelo forestal (Aparente)
Suelo Minado (Aparente)
COMPARACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO
38
Figura 4. Capacidad de Campo y Punto de Marchitez Permanente del suelo a diferentes profundidades.
Debido a que el Punto de Marchitez Permanente depende directamente de la Capacidad de Campo
el comportamiento a las diferentes profundidades es igual, para el suelo forestal el valor menor
ocurre a 0.5 m con 8.29 % la oscilación máxima es de 6.55 %, para el suelo minado la máxima
diferencia de valores es de 1.95 %, la diferencia total de PMP entre ambos tipos de suelo,
considerando todas las profundidades del perfil, es de 2.97 %.
Textura. Con base a los porcentajes de Arena, Limo y Arcillas de las muestras, la determinación de
textura, a diferentes profundidades de los perfiles comparativos, se presenta en el Tabla 1.
Profundidad (m) Suelo forestal Suelo Minado
0.5 Franco-Arenoso Franco-Arenoso
1 Franco-Arcilloso Franco-Arcillo-Arenoso
2 Franco-Arcillo-Arenoso Franco-Arcillo-Arenoso
3 Franco-Arcillo-Arenoso Franco-Arcillo-Arenoso
Tabla 1.Textura del suelo a diferentes profundidades.
Se puede observar que en general a excepción de la muestra tomada a 1 m de profundidad, donde
en el suelo minado es ligeramente más arenoso, las texturas son las mismas.
0
5
10
15
20
25
0.5 1 2 3
(%)
Profundidad (m)
Suelo forestal (CC)
Suelo Minado (CC)
Suelo forestal (PMP)
Suelo Minado (PMP)
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
39
6. CONCLUSIONES
Como conclusión general se establece que a pesar del proceso de movimiento, cambio del suelo
consistente en desagregación y extracción de la materia prima (arena sílica), el suelo reconstituido
en el relleno del tajo agotado de la mina, tanto en su composición como en estructura,
comparativamente con el sitio no alterado con uso forestal, es poco significativa y sigue un patrón
similar relativo a las profundidades analizadas.
La capacidad de campo y el punto de marchitez permanente resultan ligeramente mayores en el
área modificada, resultando en una mayor capacidad del suelo para retener agua.
El suelo del área modificada presenta comportamientos más estables a diferentes profundidades.
Las practicas empleadas para la recomposición de los suelos en las áreas minadas parecen ser
efectivas, incluso benéficas, se recomienda para un estudio posterior profundizar el análisis
incluyendo la composición mineralógica, ya que se supone que al haberse removido una parte
importante del sílice de las arenas el suelo podría resultar más propicio para el desarrollo de una
mayor cantidad de especies vegetales, dado que este elemento puede resultar un factor limitante
para la proliferación de algunas especies sensibles.
7. REFERENCIAS BIBLIOFRAFICAS
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40
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Cultivos Tropicales, 31(1), 00-00.
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
41
GEOHIDROLOGÍA: RETOS Y PERSPECTIVAS EN EL SUMINISTRO DE AGUA
42
Capítulo 3.
GEOHIDROLOGÍA: RETOS Y PERSPECTIVAS
EN EL SUMINISTRO DE AGUA
Juan Cervantes Pérez1, Juan Pérez Quezadas2, Rocío Salas Ortega3
1Centro de Ciencias de la Tierra, Universidad Veracruzana. [email protected] 2Posgrado en Ciencias de la Tierra. Centro de Geociencias Universidad Nacional Autónoma de México. [email protected] 3Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Veracruzana. [email protected]
RESUMEN
En este capítulo se presenta una descripción de la rama de investigación conocida como
geohidrología o hidrogeología y su relación con temas relevantes relacionados con el cambio
climático y el suministro del agua. En la cuenca del río Actopan en Veracruz se han desarrollado
algunos de estos trabajos, con el fin de conocer la dinámica del agua en el subsuelo, y con ello
poder hacer un mejor uso y administración de este recurso.
Palabras clave: geología, hidrología, Veracruz, cambio climático, suministro, agua.
ABSTRACT
This chapter presents a description of the research branch known as geohydrology / hydrogeology
and its relationship with relevant issues related to climate change and the water supply. In the
Actopan river basin in Veracruz, some of these works have been developed, to know the dynamic
of the water in the basement, and then to make a better use and management of this resource.
Keywords: geology, hydrology, Veracruz, climate change, supply, water.
1. INTRODUCCIÓN
¿Qué es el ciclo del agua? Fácilmente puedo contestar que... ¡soy “yo”!
El ciclo del agua describe la presencia y el movimiento del agua en la Tierra y sobre ella. El agua de
la Tierra está siempre en movimiento y constantemente cambiando de estado, desde líquido, a
vapor, a hielo, y viceversa. El ciclo del agua ha estado ocurriendo por billones de años, y la vida
sobre la Tierra depende de él; la Tierra sería un sitio inhóspito si el ciclo del agua no tuviese lugar.
El ciclo del agua no se inicia en un lugar específico, pero para esta explicación se asume que
comienza en los océanos. El Sol, que dirige el ciclo del agua, calienta el agua de los océanos, la cual
se evapora hacia el aire como vapor de agua. Corrientes ascendentes de aire llevan el vapor a las
capas superiores de la atmósfera, donde la menor temperatura causa que el vapor de agua se
condense y forme las nubes.
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
43
Las corrientes de aire mueven las nubes sobre el globo, las partículas de nube colisionan, crecen y
caen en forma de precipitación. Parte de esta precipitación cae en forma de nieve, y se acumula en
capas de hielo y en los glaciares, los cuales pueden almacenar agua congelada por millones de
años. En los climas más cálidos, la nieve acumulada se funde y derrite cuando llega la primavera. La
nieve derretida corre sobre la superficie del terreno como agua de deshielo y a veces provoca
inundaciones.
La mayor parte de la precipitación cae en los océanos o sobre la tierra, donde, debido a la
gravedad, corre sobre la superficie como escorrentía o escurrimiento superficial. Una parte de esta
escorrentía alcanza los ríos en las depresiones del terreno; en la corriente de los ríos el agua se
transporta de vuelta a los océanos. El agua de escorrentía y el agua subterránea que brota hacia la
superficie, se acumula y almacena en los lagos de agua dulce. No toda el agua de lluvia fluye hacia
los ríos, una gran parte es absorbida por el suelo como infiltración. Parte de esta agua permanece
en las capas superiores del suelo, y vuelve a los cuerpos de agua y a los océanos como descarga de
agua subterránea. Otra parte del agua subterránea encuentra aperturas en la superficie terrestre y
emerge como manantiales de agua dulce. El agua subterránea que se encuentra a poca
profundidad, es tomada por las raíces de las plantas y transpirada a través de la superficie de las
hojas, regresando a la atmósfera. Otra parte del agua infiltrada alcanza las capas más profundas de
suelo y recarga los acuíferos (roca subsuperficial saturada), los cuales almacenan grandes
cantidades de agua dulce por largos períodos de tiempo. A lo largo del tiempo, esta agua continua
moviéndose, parte de ella retornará a los océanos, donde el ciclo del agua se “cierra”...y comienza
nuevamente (El Programa Hidrológico Internacional, 2016).
A través de esta descripción, el Programa Hidrológico Internacional (PHI) de la Organización de las
Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura (UNESCO) a través del programa Agua y
Educación para las Américas, y el Servicio Geológico de los Estados Unidos (U.S. Geological Survey)
explica el ciclo del agua en el planeta. Aunque es bien sabido que durante mucho tiempo al agua
fue considerada como un recurso natural no solo renovable, sino inagotable, hoy en día es un
hecho que el crecimiento de la población, la contaminación o destrucción de fuentes naturales de
agua limpia y el mal uso que le hemos dado, están poniendo en peligro la provisión de agua del
planeta. Según la FAO, a partir de 1950 se ha triplicado el consumo del agua en todo el mundo.
Mientras que el consumo por habitante ha aumentado casi en un 50% (800mts. cúbicos por
habitante), siendo el sector agrícola (70% del total) y el sector industrial (20% del total) los que
utilizan la mayor parte del agua que se consume (Fundación Foro Ambientalista, 2010). En la Figura
1 se muestra el crecimiento poblacional mundial, de acuerdo a datos de la ONU.
GEOHIDROLOGÍA: RETOS Y PERSPECTIVAS EN EL SUMINISTRO DE AGUA
44
Figura 1. Crecimiento mundial de la población y proyecciones de acuerdo al Fondo de Población de la ONU. Fuente: BBC Mundo (2011).
A nivel local y tomando como ejemplo a Xalapa, Ver., el crecimiento poblacional muestra un
comportamiento similar al mundial (Figura 2), y con ello desde luego, el aumento en la demanda
de agua. En este sentido, la problemática de la ciudad de Xalapa, tomándose como ejemplo de lo
que sucede en otras ciudades del Estado y del país, no es ajena a los aspectos fundamentales en
cuanto al surtimiento de agua para la población en cantidad y calidad. Los problemas de
abastecimiento de la ciudad no son recientes; La historia de la problemática del abasto de agua en
Xalapa comienza en la década de 1830, mismo año en que adquiere la categoría de ciudad y está
asociado al comienzo del desarrollo de la industria textil.
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
45
Figura 2. Crecimiento poblacional de Xalapa desde finales de los años 1700 hasta el año 2010. Fuente: Parada (2016).
“El agudo problema del abasto adecuado de agua potable a la ciudad que se padece hasta hoy en
día arranca, pues, desde aquellos remotos años treinta del siglo antepasado y aparece unido al del
abasto industrial que se planteó entonces, cuando se estaba intentando el establecimiento dentro
del área de las primeras fábricas textiles”. Entre 1837 y 1841 fueron establecidas en Xalapa y la
región cinco fábricas textiles: Industria Xalapeña (1837); Bella Unión Xalapeña (1837); La Victoria
(1838); Libertad (1841) y Lucas Martín (1841)…” “… localizándose casi todas esas nuevas fábricas a
lo largo del río Santiago, que corría tangencialmente desde la parte noroeste a la sureste del
centro urbano de Xalapa y cuyas aguas procedían de los escurrimientos del Cofre de Perote,
constituyendo así, una de las tres cuencas hidrológicas a las que ha dado nacimiento esta
montaña”. La fábrica Lucas Martín, ubicada en el centro de la hacienda del mismo nombre,
utilizaba el agua del río Sedeño, originado también en el cofre de Perote, y que pasaba cerca de su
propiedad (Florescano, 1989).
GEOHIDROLOGÍA: RETOS Y PERSPECTIVAS EN EL SUMINISTRO DE AGUA
46
Hasta tiempos recientes, el problema de abastecimiento no ha desaparecido, y por el contrario,
ahora los conflictos no llegan a ser solo entre habitantes de la ciudad, sino intermunicipales e
interestatales (Figura 3). Ahora bien, considerando la importancia por la cantidad y forma en la que
se hace uso del agua subterránea, no solo es importante, sino imprescindible, tener un
conocimiento adecuado de esta fuente de agua, en cuanto a calidad y cantidad, sino también a su
dinámica e interacción con las rocas que conforman la superficie del planeta, y la rama científica
que se ocupa de esta área es la geohidrología o hidrogeología, la cual afronta un gran número de
retos en el futuro suministro del agua.
Figura 3. Ejemplo de problemas actuales en el abasto de agua para Xalapa, Ver. Fuente: Sociedad 3.0 (2016).
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
47
2. DISTRIBUCIÓN GLOBAL DEL AGUA, LOS ACUÍFEROS Y LOS MANANTIALES
La Figura 4 muestra una descripción general de dónde se encuentra el agua de la Tierra. Como se observa,
del total de agua, 1,386 millones de kilómetros cúbicos, alrededor de un 96 por ciento es agua salada. Del
agua dulce total, un 68 por ciento está confinada en los glaciares y la nieve. Un 30 por ciento del agua dulce
está en el suelo. Las fuentes superficiales de agua dulce, como lagos y ríos, solamente corresponden a unos
93,100 kilómetros cúbicos, lo que representa un 1/150 del uno por ciento del total del agua. A pesar de esto,
los ríos y lagos son la principal fuente de agua que la población usa a diario (Programa Hidrológico
Internacional, 2016).
Las personas hemos utilizado el agua subterránea por cientos de años y lo continuamos haciendo
hasta el día de hoy, principalmente para beber y para riego. La vida en la Tierra depende del agua
subterránea como también depende del agua superficial.
Figura 4. Distribución del agua en el planeta. Fuente: ORT Argentina (2016).
De manera general, el “proceso de formación” del agua subterránea es el siguiente: una porción
de la precipitación que cae sobre la tierra, se infiltra en el suelo. El agua se sigue moviendo (se
puede considerar que de manera vertical en este caso), aunque de manera muy lenta, y sigue
siendo parte del ciclo del agua. La capa superior del suelo, es la zona no-saturada, donde las
cantidades de agua varían con el tiempo, pero no alcanzan a saturar el suelo. Por debajo de esta
capa, se encuentra la zona de saturación, dónde todos los poros, grietas y espacios entre las
partículas de roca se encuentran llenos de agua (Figura 5). El término agua subterránea es
utilizado para describir esta zona. Otro término para el agua subterránea es “acuífero”. Los
acuíferos, son los grandes almacenes de agua en la Tierra y muchas personas alrededor de todo el
mundo dependen del agua subterránea en su diario vivir.
GEOHIDROLOGÍA: RETOS Y PERSPECTIVAS EN EL SUMINISTRO DE AGUA
48
Figura 5. Capas donde se ubica el agua subterránea Fuente: Programa Hidrológico Internacional (2016).
La dirección y velocidad del movimiento del agua subterránea están determinadas por varias
características del acuífero y de las capas confinadas del suelo (donde el agua tiene dificultad en
penetrar. El movimiento del agua por debajo de la superficie depende de la permeabilidad (qué
tan fácil o difícil es el movimiento del agua) y de la porosidad (la cantidad de espacio abierto en el
material) de la roca subsuperficial. Si la roca permite que el agua se mueva de una forma
relativamente libre dentro de ella, el agua puede moverse distancias significativas en un corto
período de tiempo. Pero el agua también puede moverse hacia acuíferos más profundos, desde
donde demorará años en volver a ser parte del ambiente (Figura 6).
Figura 6. Tiempo asociado al movimiento del agua subterránea Fuente: Programa Hidrológico Internacional (2016).
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
49
Un manantial resulta cuando un acuífero se llena hasta el punto en que el agua se desborda a la
superficie de la tierra. Los manantiales varían en tamaño, desde pequeños manantiales que
únicamente fluyen después de grandes lluvias, a grandes chorros donde fluyen millones de litros
de agua diariamente.
Los manantiales pueden formarse en cualquier tipo de roca, pero se encuentran principalmente en
las calizas y dolomitas. Este tipo de roca se disuelve fácilmente con la lluvia y se fractura. El agua
resultante es ácida. A medida que la roca se disuelve y fractura, se forman espacios que permiten
que el agua fluya. Si el flujo es horizontal, éste puede alcanzar la superficie de la tierra, resultando
en un manantial.
Los manantiales termales son manantiales comunes, salvo que el agua está tibia, o en algunos
casos caliente. Muchos manantiales termales se encuentran en regiones con actividad volcánica
reciente, su agua es caliente ya que el agua que los alimenta ha estado en contacto con rocas que
están a altas temperaturas ubicadas en las zonas más profundas. Las rocas se vuelven más
calientes a medida que aumenta la profundidad, si el agua subterránea profunda alcanza una gran
grieta que ofrece un camino hacia la superficie, se puede producir un manantial termal. Si, los
manantiales termales se encuentran en todo el mundo e incluso pueden coexistir con los glaciares
(Programa Hidrológico Internacional, 2016).
3. LA HIDROLOGÍA, LA GEOLOGÍA, LA FÍSICA Y LA QUÍMICA SE CONJUNTAN PARA
ENTENDER AL AGUA SUBTERRÁNEA
El agua subterránea sigue formando parte del ciclo hidrológico. Su movimiento no es tan rápido
como lo es sobre y en la superficie terrestre, pero como se ha señalado, un buen porcentaje del
agua dulce está disponible en la parte subterránea. Por consiguiente, es de interés primordial
conocer el papel que juega esta agua, ese es uno de los objetivos de la hidrología.
Como se ha señalado en los párrafos anteriores, las características el suelo juegan un papel
importante para que el agua se mueva tanto en forma horizontal como vertical bajo la superficie
de la tierra. Por tanto, la geología es de esencial importancia para conocer la dinámica del agua
subterránea.
Evidentemente la ubicación del agua establece un reto importante para el conocimiento de sus
características, por lo que se ha recurrido a diferentes técnicas, tal es el caso de los trazadores.
3.1. Trazadores e Isótopos
Los trazadores son sustancias que se introducen en un sistema con el fin de estudiar la evolución
temporal y/o espacial de determinado proceso químico, físico, biológico o industrial, a través de su
detección o medición. De esta forma, estas sustancias se comportan como verdaderas “espías”,
introduciéndose en un sistema en forma prácticamente desapercibida, brindando luego
GEOHIDROLOGÍA: RETOS Y PERSPECTIVAS EN EL SUMINISTRO DE AGUA
50
información acerca del mismo a un observador externo. Si se agrega un colorante al tanque de
agua de una casa y se abre una llave en un extremo de la instalación se puede medir el tiempo que
tarda en observarse su aparición, de esta manera se infiere el largo de la cañería y otros
parámetros. El colorante, de esta manera, se comportó como un trazador. Si en un lugar de un
colorante se hubiese agregado un radioisótopo, no sólo sería posible realizar la misma experiencia,
sino también seguir la trayectoria dentro de la cañería desde el exterior de la pared, puesto que la
radiación emitida puede atravesarla y ser detectada con facilidad. Además, si hubiese una pérdida,
al evacuar la cañería y lavar el trazador, quedaría radiactividad remanente en el lugar de la pérdida
y esto nos permitiría localizarla. Ahora bien, nadie desea una pared radiactiva, así que nuestro
trazador deberá poseer un período de semidesintegración (T1/2) suficientemente corto (desde
algunos minutos hasta pocas horas), de tal manera que al día siguiente todo estará como si no
hubiésemos empleado radiactividad. Tampoco queremos irradiarnos durante la experiencia, por lo
que nuestro radioisótopo deberá poseer una energía tal que permita solamente su detección y no
más alta. Además deberemos agregarlo en cierta cantidad mínima, tomando los recaudos de
utilizar blindajes adecuados.
De este experimento podemos extraer los atributos que un trazador radiactivo habrá de reunir:
Debe poseer propiedades fisicoquímicas que permitan su introducción al sistema siguiendo
fielmente su evolución y no perturbarlo. Así, su solubilidad, capacidad de absorción y
adsorción, etc., deberán ser las adecuadas. A veces necesitaremos un radioisótopo de un
elemento determinado en cierto compuesto químico.
Debe tener un período de desintegración T1/2 apropiado para hacer el estudio. Puede
requerirse desde sólo unos minutos hasta varios meses o años.
Las radiaciones que emite y su energía también serán las adecuadas. Puede ser emisor a, b,
y/o g según su uso y podrá atravesar espesores delgados o gruesos de los materiales del
sistema. El tipo de detector a emplear será elegido en función de esto.
La cantidad de este trazador a emplear así como la protección radiológica y el costo, serán
evaluados para optimizar el estudio o aplicación.
Debido la necesidad de no perturbar al sistema en estudio, es necesario que la masa que actúa
como trazador sea muy pequeña. Los radionucleidos cumplen con esta propiedad. Algunos
procesos estudiados en distintas áreas empleando trazadores son:
Hidrología: Dinámica de sedimentos. Estudios de cuencas hídricas subterráneas y de superficie.
Agronomía: Estudios de fertilizantes. Erosión de suelos. Mediciones de humedad y permeabilidad
de suelos.
Industria petrolera: Interconexión de yacimientos. Perfilaje de pozos. Determinación de volumen y
tamaño de yacimientos. Explotabilidad económica. Dinámica de oleoductos.
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
51
Medicina: Diagnóstico y tratamiento de enfermedades. Estudios metabólicos o fisiológicos.
Medición de tiempos y volúmenes de circulación de fluidos biológicos.
En hidrogeología un trazador es una materia o energía transportada por el agua subterránea que
proporciona información sobre la dirección de su movimiento, su velocidad, así como de los
contaminantes que pueda llevar. En general los trazadores se pueden clasificar en isotópicos y no
isotópicos (colorantes, iones, gases, entre otros). Se denominan isótopos a todos aquellos átomos
de un mismo elemento químico que tienen igual número atómico pero diferente número de masa,
es decir el mismo número de protones (o electrones) pero diferente número de neutrones en su
núcleo. Cada núcleo atómico queda caracterizado por el número de neutrones y de protones que
posee. Cualquier variación en uno de estos dos números significa un cambio de especie atómica.
En la naturaleza se conocen cerca de 1300 isótopos, pero solo 274 correspondiente a 81 elementos,
permanecen sin alterarse durante largos periodos de tiempo, a estos isótopos se les conoce como
estables (Plata, 1972). Otros isótopos, aunque se encuentran en la naturaleza, tienen la
particularidad de transformarse en otros elementos mediante emisión de radiaciones, a estos
isótopos se les denominan radiactivos. Entre ellos están el Carbono (14C) y Tritio (3H) (Plata, 1972).
La abundancia o relación isotópica se define como la proporción entre el isótopo en defecto
(menos abundante) y el isótopo en exceso (más abundante). De acuerdo a Mook (2002), no se
suele expresar la abundancia isotópica como números absolutos, debido a:
El tipo de espectrómetros de masa adecuados para medir las pequeñas variaciones
naturales de las abundancias isotópicas con gran sensibilidad, no son adecuados para
obtener cocientes absolutos aceptables.
Para que sea posible una comparación internacional se requieren materiales de referencia
para relacionar las muestras.
El uso de las relaciones isotópicas conllevaría a expresar los resultados mediante números
formados por una enorme cantidad de dígitos (5 o 6).
En principio los cocientes absolutos son menos relevantes que los cambios que ocurren en
las relaciones durante las transiciones entre fases o moléculas.
Por consiguiente, la abundancia isotópica se describe normalmente como un desplazamiento de la
relación isotópica de una muestra cualquiera relativo a una muestra de referencia (patrón o
estándar), el resultado se expresa en tanto por mil.
El comportamiento de las moléculas que tienen diferentes reparticiones isotópicas no es
exactamente igual, pues existen pequeñas diferencias en el comportamiento tanto químico como
físico de los compuestos isotópicos, ocasionado por un fenómeno denominado “fraccionamiento
isotópico”. La causa principal de esta diferencia en el comportamiento de las moléculas está
GEOHIDROLOGÍA: RETOS Y PERSPECTIVAS EN EL SUMINISTRO DE AGUA
52
relacionada con la masa, pues las moléculas isotópicamente más pesadas poseen menor movilidad
y mayor energía de asociación en los enlaces. De acuerdo a Mook (2002), esto puede ocurrir como
un cambio en la composición isotópica mediante la transición de un componente de un estado a
otro (agua líquida a vapor de agua) o mediante su transformación en otro compuesto (dióxido de
carbono en carbono orgánico de las plantas), o incluso puede manifestarse como una diferencia
en la composición isotópica entre dos componentes en equilibrio químico (bicarbonato disuelto y
dióxido de carbono) o físico (agua líquida a vapor de agua).
El proceso de fraccionamiento isotópico se expresa como el cociente de las relaciones isotópicas
de dos componentes de una reacción de equilibrio químico (A<-->B), o la posterior y anterior en un
proceso químico de transición (A-->B). Este valor denominado constante de equilibrio (K) por un
equilibrio químico o “factor de fraccionamiento (α)” por una reacción isotópica depende
únicamente de la temperatura. Dado que los efectos isotópicos son muy pequeños, generalmente,
para expresar las desviaciones se utiliza con más frecuencia el factor de enriquecimiento (ɛ) esta
cantidad se expresa en tanto por mil y corresponde a la diferencia de la composición isotópica de
las dos fases en equilibrio (Custodio, 2001).
El fraccionamiento es el responsable de los cambios de la composición isotópica del agua en el
paso de una fase a otra.
Durante el proceso de condensación (proceso al equilibrio) que da lugar a la producción de lluvias,
la fracción de vapor que permanece en el aire se empobrece progresivamente en 18º y 2H por lo que
los valores de δ18O y δ2H del vapor de agua se hacen progresivamente más negativos a medida que
se producen las precipitaciones (proceso de vacío o efecto de continentalidad). En la Figura 6 se
ilustra esta situación (Aggarwal et al., 2005).
Figura 6. Variación de la composición isotópica de la masa de nubes por efecto del fraccionamiento isotópico. Fuente: Agua y SIG (2010).
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
53
El fraccionamiento isotópico es afectado por los siguientes factores (Aggarwal et al., 2005):
Latitud, a medida que aumenta la latitud (nos alejamos del ecuador), se producen
precipitaciones con valores de δ (desviación isotópica) para el Deuterio y 18º cada vez más
negativos
El efecto continental, a medida que la masa de nubes ingresa al continente y se produce la
lluvia, las moléculas más pesadas tendrán preferencia al momento de formar parte de la
fase de condensación, por lo tanto, las lluvias producidas presentan valores de δ de
Deuterio y 18º cada vez más empobrecidos
Altitud, a medida que aumenta la altitud y se producen las precipitaciones, los valores de δ
del Deuterio y 18º van disminuyendo. Esta relación es muy útil en hidrogeología, pues
permite identificar la elevación a la que se produce la recarga
El efecto estacional, (en regiones con clima templado), la lluvia presenta valores de δ del
Deuterio y 18º más negativos durante el invierno
Intensidad de la lluvia, durante tormentas intensas los valores de δ (desviación isotópica)
para el Deuterio y 18º son más negativos que los presentados en las precipitaciones
normales
La relación del δ2H y δ18O de la precipitación para diferentes partes del mundo viene dada por la
siguiente ecuación cuyas magnitudes se expresan en tanto por mil (Aggarwal et al., 2005):
δ2H = 8δ2O + 10
Aunque Craig (1961) y Dansgaard (1964), encontraron una relación entre los valores y
posteriormente Rozanski et al. (1993), introdujeron mejoras en la ecuación anterior, obteniendo la
expresión:
δ2H = 8.17 (±0.07) δ2O + 11.27 (±0.65)
Gráficamente esta ecuación representa la curva que se conoce con el nombre de Línea Meteórica
Mundial. Sin embargo, localmente pueden existir ligeras variaciones que se investigan a partir del
análisis del agua de lluvia no evaporada colectada durante un tiempo, donde a partir del contenido
isotópico de Deuterio y 18º se construye la que se denomina línea meteórica local (Rozanski et al.,
1993).
La construcción de la línea meteórica local y la posterior comparación del contenido isotópico de
las muestras de agua analizadas del acuífero, permitirá delimitar la zona de recarga y determinar si
las aguas subterráneas provienen de la lluvia local, de precipitaciones infiltradas en la parte alta de
las montañas, de un río, un lago o combinaciones de las mismas; de igual forma se podrá conocer
si el agua procede de una época anterior a la actual y en el caso un acuífero costero sometido a
problemas de salinización establecer el origen o causas de la misma (Aggarwal et al., 2005).
GEOHIDROLOGÍA: RETOS Y PERSPECTIVAS EN EL SUMINISTRO DE AGUA
54
La composición isotópica que presenta determinado tipo de agua es como una huella dactilar,
pues aguas de distintos orígenes poseen diferente composición isotópica; el agua que se evapora
del océano está enriquecida en isótopos ligeros (1H y 16º) y por ende empobrecidas en Deuterio y 18º
con respecto del agua del mar; de igual forma las aguas de glaciales, nieve y fuentes continentales
presentan valores Deuterio y 18º muy bajos en comparación con las aguas del océano. Las aguas
geotermales constituyen un caso particular, pues presentan valores positivos para la desviación
isotópica del 18º debido a que las altas temperatura producen un intercambio importante a nivel
isotópico entre los dos componentes (suelo–agua), como hay pocos minerales con hidrógeno en
la estructura de la roca, se va a presentar una modificación principalmente con el 18º y como los
minerales de la roca son más enriquecidos en este isótopo que las aguas, el resultado va a ser una
desviación horizontal hacia un polo más enriquecido de las aguas (Araguas y Custodio, 2001).
A medida que disminuye la temperatura del aire, ya sea por efectos estacionales, latitudinales o
elevación, se produce un empobrecimiento de los isotopos más pesados, lo que puede ser útil
para determinar la zona de recarga de los acuíferos. Los acuíferos pueden estar alimentados
directamente por agua lluvia o indirectamente por un lago, un río o por una mezcla de dos o más
fuentes, inclusive el origen podría ser de la lluvia directa pero que se evapora antes de infiltrarse al
acuífero o provenir de la lluvia que cae en la parte alta de las montañas (Aggarwal et al., 2005).
Cuando el origen del agua subterránea es atribuido a la combinación de dos fuentes, sus
diferencias en las desviaciones (δ) isotópicas de Deuterio y 18º, permitirá determinar la proporción
parcial a la recarga y las zonas de influencia de dichas fuentes. En caso de que las aguas del
acuífero provengan de lluvias caídas e infiltradas en zonas altas, las desviaciones (δ) de Deuterio y 18º van a ser mucho menor que las contenidas en las lluvias locales o en zonas más bajas, puesto
que la altitud afecta las concentraciones de Deuterio y 18º en las precipitaciones. En fin los efectos
producidos sobre el fraccionamiento isotópico por la latitud, la altura, el continente, las estaciones
y la cantidad de lluvia que cae en la zona son importantes para interpretar y conocer el origen de la
recarga del agua subterránea (Figura 7) (IAEA/UNESCO, 2001).
En agua subterránea, se entiende como datación al tiempo que transcurre desde que se introdujo
el agua al acuífero a través de la zona de recarga hasta que su llegada al punto al cual se extrae la
muestra. Este tiempo depende de los parámetros hidrodinámicos del acuífero como la
conductividad hidráulica, distribución de las líneas de flujo, dispersión, gradiente hidráulico entre
otros. Las técnicas más desarrolladas de datación de las aguas subterráneas son las que se basan
en medida de las concentraciones de Tritio y 14C. Según Plata (1972), estas permiten:
La determinación de líneas de flujo y velocidad del agua.
Interconexiones entre acuíferos y entre acuíferos y fuentes externas.
Detección de fracturas o canalizaciones.
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
55
Capacidad del acuífero, mezclado de aguas de diversas edades o procedencia, tiempo de
renovación y estratificación de las aguas.
Determinación de la edad absoluta de las aguas del acuífero.
Figura 7. Marca isotópica para gua de diferentes orígenes, relacionada con los efectos ocasionados por la latitud, elevación y evaporación. Fuente: Agua y SIG (2010).
4. LA GEOHIDROLOGÍA EN LA CUENCA DEL RÍO ACTOPAN
Con base en la descripción anterior, y retomando la situación en cuanto al suministro de agua para
la ciudad de Xalapa, con el apoyo del Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA)
mediante diversos ´Proyectos Técnicos de Cooperación (PTC) desarrollados en la Universidad
Veracruzana, se han obtenido resultados relacionados con el conocimiento de las características y
la dinámica del agua en la cuenca del río Actopan.
El artículo Meteoric isotopic gradient on the windward side of the Sierra Madre Oriental area,
Veracruz–Mexico (Pérez et al., 2015), muestra la caracterización isotópica del agua de lluvia desde
el Puerto de Veracruz hasta el Cofre de Perote, esto es, se obtuvo la Línea Meteórica Local, con
base en el muestreo de agua de lluvia de 2007 a 2012. Esta línea local se separa a partir de los 3000
GEOHIDROLOGÍA: RETOS Y PERSPECTIVAS EN EL SUMINISTRO DE AGUA
56
m de altitud, pero también se observó un enriquecimiento de deuterio hacia los 1400 msnm,
condición probablemente influenciada por la topografía y/o relacionada por efectos isotópicos de
precipitaciones tropicales típicas de estas altitudes. Esta caracterización además de aumentar la
comprensión de los procesos hidrológicos, proporcionó las bases para otras investigaciones
hidrológicas.
Por otra parte, el uso de diferentes trazadores como el Carbono 14, Clorofluorocarbonos, gases
nobles; y otras medidas geoquímicas han permitido tener una idea más clara del comportamiento
dinámico y temporal del agua en la cuenca del río Actopan (Pérez et al., 2016). La Figura 8 muestra
un esquema conceptual simplificado del acuífero y los puntos de muestreo en manantiales y pozos
que permitieron conocer algunas características del agua en esta zona. Parte de los resultados
indican:
La precipitación es la fuente de recarga del agua subterránea.
La recarga en la parte alta ocurre en los meses de invierno.
La recarga debajo de los 1,200 msnm ocurre en la temporada de lluvias, pero proviene de
las partes altas.
Cerca de los centros urbanos se detectó la presencia de nitratos.
En la zona de costa se detectó posible intrusión salina.
La edad del agua en el acuífero varía desde unos 12,000 años a agua moderna.
5. PERSPECTIVAS DE INVESTIGACIÓN EN EL TEMA
Como se ha descrito en los apartados de este capítulo y considerando los aspectos adyacentes en
cuanto a suministro de agua para la población y las actividades inherentes (producción de
alimentos, industria), las perspectivas de investigación en el tema son amplias: estimaciones de
cantidad de agua subterránea, contaminantes contenidos en el agua, técnicas de medición menos
costosa, medición rutinaria, etc.
No se debe descartar tampoco el hecho de la necesidad de la interdisciplinariedad, el tema ya de
por si implica la interacción de al menos 4 ciencias como se mencionó, pero no deben descartarse
algunas de otros ámbitos como con las del área de las ciencias sociales, económicas y de salud
entre otras.
Desde luego que un tema de investigación importante es la relación con el cambio climático: los
escenarios presentan una gama de condiciones a esperar en cuanto a temperatura y precipitación,
pero es un hecho que desde ahora estamos viviendo condiciones que parecen ser cada vez más
extremas: mayores periodos de sequía y períodos más cortos de precipitación. En este sentido, el
manejo adecuado de este recurso vital es imprescindible, y para manejarlo en forma adecuada se
le debe evaluar, conocer su comportamiento, su disponibilidad, etc.
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
57
Figura 8. Esquema simplificado de la geología y sitios de muestreo de precipitación y agua subterránea en la cuenca del río Actopan. Fuente: Pérez et al. (2016).
GEOHIDROLOGÍA: RETOS Y PERSPECTIVAS EN EL SUMINISTRO DE AGUA
58
No dudemos entonces que si el hombre carece de un derecho universal como lo es el acceso
al agua, los conflictos por el agua son susceptibles de generar dinámicas bélicas que pueden poner
en peligro la paz y la seguridad internacional.
6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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CALIDAD AMBIENTAL Y CAMBIO CLIMÁTICO
60
Capítulo 4.
CALIDAD AMBIENTAL Y CAMBIO CLIMÁTICO
Cluni Rafael Aguilar Lendechy
Federico Froebel no. 35 Col. Del Maestro C.P. 91030 [email protected]
RESUMEN
En este capítulo, se hará una descripción de aquellos eventos que fueron marcando la pauta para
generar conciencia a nivel mundial respecto al cambio climático y los efectos externos que trae
consigo, desde antes de la creación del Panel Intergubernamental del Cambio Climático hasta las
acciones que han tomado para mitigar tales efectos. Para fines de este trabajo, relativo a la
reducción de los riesgos para la salud derivados de la contaminación y los peligros ambientales, es
el de mayor importancia, porque se revela que la salud, el medio ambiente y el desarrollo son
interdependientes. El aumento en los casos de asma e infecciones respiratorias que se ha dado en
los últimos años, tiene relación directamente con la mala calidad del aire, específicamente de
problemas cardio-respiratorios. En México se producen anualmente alrededor de 9,300 muertes
asociadas con la contaminación del aire. El sector del transporte es el principal responsable de las
emisiones contaminantes que provocan dichas muertes. Siendo la ineficiencia del transporte el de
mayor responsabilidad en la producción de Gases Efecto Invernadero y en general del
calentamiento global.
Palabras Clave: Contaminación, cambio climático, calidad del aire, riesgos para la salud, medio
ambiente.
ABSTRACT
In this chapter, shall be a description of those events that were set the standard to raise
awareness worldwide regarding climate change and external effects that entails, from before the
creation of the Intergovernmental Panel on climate change to the actions that have been taken to
mitigate such effects. For purposes of this work, concerning the reduction of risks to health
arising from pollution and environmental hazards, it is of utmost importance, because it is
revealed that the health, environment and development are interdependent. The increase in cases
of asthma and respiratory infections that has taken place in recent years, concerns directly with
the poor quality of the air, specifically cardio-respiratory problems. In Mexico occur annually
around 9,300 deaths associated with air pollution. The transport sector is mainly responsible for
emissions of pollutants that cause these deaths. The inefficiency of transport is the biggest
responsible in the production of Greenhouse Gases and of the global warming in general.
Keywords: Pollution, climate change, the air quality, health risks, environment.
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
61
1. INTRODUCCIÓN
El problema de la contaminación ambiental empezó a ser tema de discusión allá por los años 60s -
70s. Por primera vez se empieza a prestar atención en los daños que la contaminación ambiental
puede ocasionar tanto al medio ambiente como al bienestar de la población. La contaminación en
algunas regiones del mundo adquiere matices preocupantes y no existe un acuerdo generalizado
sobre las alternativas de solución.
Mientras la búsqueda de consensos continúa, la contaminación sigue avanzando y cobrando
víctimas, y agravando los problemas como lo es el cambio climático.
La reducción de los riesgos para la salud derivados de la contaminación y los peligros ambientales,
es el de mayor importancia, porque se revela que la salud, el medio ambiente y el desarrollo son
interdependientes, y que en la mayoría de los países no hay una integración de los mismos, por lo
que la lucha contra la contaminación carece de un mecanismo eficaz para hacerle frente.
En este capítulo, se hará una descripción de aquellos eventos que fueron marcando la pauta para
generar conciencia a nivel mundial respecto al cambio climático y los efectos externos que trae
consigo desde antes de la creación del Panel Intergubernamental del Cambio Climático, hasta las
acciones que ha tomado la ciudad de Xalapa, Ver., respecto a estos temas.
2. ANTECEDENTES
2.1. De Estocolmo a las Guías Sobre la Calidad del Aire (1999)
En la actualidad, son muchas las evidencias científicas que se tienen sobre el cambio climático y el
peligro que este es para la vida de las personas. El Panel Intergubernamental del Cambio Climático
desde el primer informe que realizó en 1990, ha hecho evidente que gran parte de la
responsabilidad la tienen las actividades del hombre. La temperatura del planeta ha aumentado
0,6°C, siendo a partir de 1975 donde se ha dado el mayor incremento a nivel mundial. (OMS,
Organización Mundial de la Salud, 2003). En la Figura 1 se muestra el registro de la temperatura
mundial, desde 1860 hasta el año 2000, donde se dan proyecciones al año 2100.
Fue en los años cincuenta del siglo pasado done se empezaron a evaluar los riesgos a la salud que
tenía la contaminación en la salud humana, estableciéndose en 1958 los valores guía sobre la
calidad del aire. Sin embargo, fue hasta 1987 que se establecieron las primeras Guías sobre la
calidad del aire de Europa, realizadas por la oficina Regional de la OMS para Europa, siendo una de
las primeras acciones a nivel mundial que se tomaron para hacer frente a los problemas de salud
originados por la contaminación ambiental. (Organización Mundial de la Salud, 2000).
CALIDAD AMBIENTAL Y CAMBIO CLIMÁTICO
62
Figura 1. Registro de la temperatura mundial de 1860 al 2000, con proyecciones al 2100. Fuente: Tomado de Organización Mundial de la Salud (2003).
En Estocolmo, Suiza (1972), se tuvo la primera Conferencia de la Naciones Unidas sobre el Medio
Ambiente Humano, donde se señala por primera vez que la actividad humana ha hecho que se
observen niveles peligrosos de contaminación del agua, del aire, de la tierra y de los seres vivos, así
como trastornos en la biosfera del planeta, han generado “grandes trastornos del equilibrio
ecológico de la biosfera; destrucción y agotamiento de recursos insustituibles y graves
deficiencias, nocivas para la salud física, mental y social del hombre, en el medio ambiente por él
creado” (Naciones Unidas, 1972, pág. 1). Con estos antecedentes, la “Declaración de Estocolmo”,
propone la creación de Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA), el
cual estaría encargado de evaluar el estado del medio ambiente mundial, cuales cuestiones
ambientales requieren la cooperación internacional, así como, integrar cuestiones ambientales en
políticas y programas sociales y económicos del sistema de las Naciones Unidas (INE, Instituto
Nacional de Estadística, 2011).
En el Marco de la Comisión Económica de las Naciones Unidas para Europa (1979), se firma el
Convenio de Ginebra sobre Contaminación Atmosférica Transfronteriza a gran distancia, el cual
entra en vigor en 1983; este convenio establece “un marco de cooperación intergubernamental
para proteger la salud y el medio ambiente contra la contaminación atmosférica que puede afectar
a varios países. Esa cooperación se refiere a la elaboración de políticas adecuadas, el intercambio
de información, la realización de actividades de investigación y la aplicación y desarrollo de un
mecanismo de vigilancia. Las partes firmantes se comprometen a limitar, prevenir y reducir
paulatinamente las emisiones de contaminantes atmosféricos y, con ello, a luchar contra la
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
63
contaminación transfronteriza consiguiente.” (Ministerio de Agricultura, ALimentación y Medio
Ambiente, 2015).
Para 1985, la preocupación por el agotamiento de la capa de ozono, se da la Convención de Viena
para la Protección de la Capa de Ozono, la cual es un acuerdo de colaboración multinacional que
buscaría reducir los impactos nocivos de la modificación de la capa de ozono en la salud humana y
el medio ambiente. (SEMARNAT, 2013).
Sin embargo, fue hasta 1988 que el PNUMA en conjunto con la Organización Meteorológica
Mundial, crean el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático, con el
objetivo de mostrar una perspectiva más clara de la visión científica sobre los conocimientos que
se tenían hasta ese momento del cambio climático y las posibles repercusiones medioambientales
y socioeconómicas (IPCC, 2016).
2.2. La Cumbre de la Tierra
En 1990, el IPCC publica su Primer Informe de Evaluación, en donde se daban a conocer las
investigaciones de 400 científicos. Este documento fue el hecho fundamental para que, por
primera vez, la comunidad internacional tomara cartas en el asunto sobre el calentamiento global
(UNFCCC, 2014). La creación del IPCC es uno de los acontecimientos más importantes en la historia
del estudio del clima, porque son la base para que la Convención Marco de las Naciones Unidas
sobre el Cambio Climático (CMNUCC) pueda tomar decisiones entorno a las necesidades sobre
medio ambiente.
Por su parte, la Organización Mundial de la Salud (OMS) crea la Comisión de Salud y Medio
Ambiente de la OMS, donde se reunió a un grupo de expertos en materia de salud y medio
ambiente, y que realizaron un informe donde se resaltaba el impacto de los cambios ambientales
en la salud humana, los ámbitos que requerían profundizar investigación y donde se sentaron las
bases que la OMS debía tener en materia de problemas sanitario y ambientales (OMS, 1991).
La Comisión de la OMS, estableció 4 factores que afectan la salud: alimentos y agricultura,
industrialización, energía y urbanización y asentamientos humanos.
La Cumbre de la Tierra, es el evento a nivel internacional más importante sobre cuestiones
climáticas, es por ello que no podía dejarse de lado, fue aquí donde empezaron todo tipo de
negociaciones para poder encontrar una solución adecuada respecto al clima. Es aquí donde la
protección ambiental se convierte en tema central para el desarrollo de las naciones. Es donde los
países desarrollados empiezan a asumir su responsabilidad por todo el daño ambiental ocasionado
por la industrialización desacelerada (Jankilevich, 2003).
CALIDAD AMBIENTAL Y CAMBIO CLIMÁTICO
64
Una de las metas de la CMNUCC es la de estabilizar las emisiones de gases de efecto invernadero a
un nivel que mantenga el aumento de la temperatura media global por debajo de 2°C por encima
de los niveles industriales (PNUMA, 2012).
La Agenda 21 o Programa 21, es resultado de la preocupación internacional sobre el cambio
climático, donde es el hombre el principal generador de problemas, debido a la explotación
descontrolada de los recursos naturales, interfiriendo en el proceso natural de regeneración de los
mismos.
Dentro de los temas que se tocan en el capítulo 6 del Programa 21 se encuentran:
“a) Satisfacción de las necesidades de atención primaria de la salud, sobre todo en las zonas
rurales; b) Lucha contra las enfermedades transmisibles; c) Protección de los grupos vulnerables;
d) Solución del problema de la salubridad urbana; e) Reducción de los riesgos para la salud
derivados de la contaminación y los peligros ambientales.” (Naciones Unidas, 1992)
Para fines de este trabajo, el inciso E relativo a la reducción de los riesgos para la salud derivados
de la contaminación y los peligros ambientales, es el de mayor importancia, porque se revela que
la salud, el medio ambiente y el desarrollo son interdependientes, y que en la mayoría de los países
no hay una integración de los mismos, por lo que la lucha contra la contaminación carece de un
mecanismo eficaz para hacerle frente (Naciones Unidas, 1992).
3. MÉXICO Y LA CALIDAD AMBIENTAL
México ha sido un participante activo dentro de las Convenciones sobre Medio Ambiente y
Desarrollo que se han dado a lo largo de los años. Es siempre de los primeros países en firmar y
ratificar los acuerdos que se han llegado dentro de las Convenciones. México es el país número 13
en cuanto a emisiones de carbono generadas por la quema de combustibles fósiles y la industria
cementera. En la Figura 2 se puede observar cómo han ido incrementando las emisiones de
carbono en México del año de 1970 al 2014, con un total al 2014 de 456,290 kton de dióxido de
carbono, que equivale a 1.27% de las emisiones totales a nivel mundial.
Aunado a esto, la superficie forestal que tiene el país ha venido disminuyendo, según datos de
CONAGUA (2012). La pérdida de bosques y selvas del país ha representan más del 50%, reduciendo
la capacidad de absorción que tienen estos ecosistemas en la captura de dióxido de carbono. En la
Figura 3 se pueden observar estos datos.
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
65
Figura 2. México: Emisiones de Carbono, 1970 al 2014. Fuente: Elaboración propia con datos de EDGAR (JRC, 2015).
Figura 3. Superficie de bosques y selvas en México de 1980 al 2008. Fuente: Elaboración propia con datos de
CONAGUA (2012).
México, con el ánimo de seguir con los objetivos establecidos en la Convención Marco de las
Naciones Unidas sobre el Cambio Climático, en el año 2012 aprobó la Ley General del Cambio
Climático (LGCC) (PNUMA P. d., 2014), en la cual estableció metas de mitigación para reducir en
“30% las emisiones de GEI para 2020, 50% para el 2050, y generar el 35% de energía eléctrica por
fuentes renovables para 2024.” En la Figura 4, se pueden observar las fechas importantes que el
país ha tenido desde que se da la LGCC
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000E
mis
iones d
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arb
ono
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
Original Serie I 1980 Serie II 1990 Serie III 2005 Serie IV 2008
Superf
icie
fore
sta
da
bosques
selva
CALIDAD AMBIENTAL Y CAMBIO CLIMÁTICO
66
Figura 4. Hitos de México frente al cambio climático de 2012 a la fecha. Fuente: Gobierno de la República (2015). Compromisos de mitigación y adaptación ante el cambio climático para el periodo 2020-2030. Obtenido de: http://iecc.inecc.gob.mx/documentos-descarga/2015_indc_esp.pdf
En la Figura 5, se pueden observar los programas de gestión para la calidad del aire vigente y en
elaboración.
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
67
Figura 5. Programas de Gestión para la calidad del Aire (PROAIRE) vigente y en elaboración. Fuente: SEMARNAT. (25 de 07 de 2016). Programas de Gestión para Mejorar la Calidad del Aire. Obtenido de: http://www.gob.mx/semarnat/acciones-y-programas/programas-de-gestion-para-mejorar-la-calidad-del-aire?idiom=es
La Ley General de Cambio Climático (Cámara de Diputados, 2012) en su artículo 3, establece los
objetivos de dicha ley, entre lo que se encuentran: garantizar un ambiente sano para los
ciudadanos, regular las emisiones GEI para que se estabilicen las concentraciones en la atmósfera,
según lo previsto en el Art. 2 de la CMNUCC. También, es objetivo de la LGCC, regular las acciones
para la mitigación y adaptación del cambio climático, aumentar las capacidades nacionales de
respuesta ante el cambio climático, el fomento de la educación, investigación y transferencia
tecnológica en materia de adaptación y mitigación del cambio climático, y finalmente, “promover
la transición hacia una economía competitiva, sustentable y de bajas emisiones de carbono”.
A partir de la LGCC, destaca un instrumento de planeación importante: Estrategia Nacional de
Cambio Climático (ENCC), que es publicada en junio del 2013. Otras herramientas que utiliza la
LGCC son: el Inventario de Emisiones de GEI, el Registro Nacional de Emisiones, el Sistema de
Información sobre Cambio Climático, el Fondo para el Cambio Climático, los instrumentos
CALIDAD AMBIENTAL Y CAMBIO CLIMÁTICO
68
económicos, las normas oficiales mexicanas y los atlas nacionales, estatales y municipales de
riesgo (ENCC, 2013) (Tabla 1).
INSTRUMENTO DESCRIPCIÓN TEMPORALIDAD
CICC
Órgano rector de la política de cambio
climático en México
Permanente
CCC
Órgano consultivo del CICC, procurará
promover la participación social dentro de
la política climática.
Permanente
SINACC
Facilita la comunicación, coordinación,
colaboración y concurrencia de la política
nacional del cambio climático
Permanente
ENCC
Busca implementar acciones y medidas de
corto, mediano y largo plazo para reducir
las emisiones de gases de efecto
invernadero y establecer medidas de
adaptación al cambio climático del país.
Este es el instrumento clave para el
desarrollo de la política climática
transversal dentro de los 3 poderes y los 3
órdenes de gobierno.
Mediano plazo (se
revisa cada 6 años)
PECC
Su objetivo es establecer estrategias,
acciones, metas y prioridades en materia
de mitigación, desarrollo de capacidades y
adaptación. El programa determina
tiempos, coordinación y resultados de
acuerdo a lo establecido en la ENACC y el
PND.
Mediano plazo (se
revisa
sexenalmente)
Tabla1. Instrumentos de la LGCC. Fuente: CEMDA. (07 de 2013). La arquitectura financiera para el cambio climático en México. Retos y propuestas para una política financiera transparente y eficiente para la mitigación y adaptación al cambio climático. Financiamiento Climático México. Recuperado el 01 de 06 de 2016, de http://financiamientoclimatico.mx/wp-content/uploads/2015/03/FCM_Libro_v2.pdf
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
69
Son tres los organismos que forman parte del sistema originado por la LGCC: la Comisión
Intersecretarial del Cambio Climático (CICC), el Consejo de Cambio Climático y el Instituto Nacional
de Ecología y Cambio Climático (PECC, 2014-2018) Por tanto, la LGCC establece la ENCC, el PECC y el
Sistema Nacional del Cambio Climático (SINACC), junto con el CICC y el Consejo para el Cambio
Climático (CCC) como instrumentos para el cumplimiento de sus objetivos. En la Tabla 1 podemos
ver las características principales de cada uno de ellos (CEMDA, 2013).
3.1. Normas Mexicanas sobre la Calidad del Aire
Las normas de calidad del aire establecen las concentraciones máximas de contaminantes en el
ambiente que no debieran ser excedidas con determinada frecuencia, a fin de garantizar la
protección de la salud de la población, inclusive la de los grupos más susceptibles como los niños,
los ancianos y las personas con enfermedades respiratorias crónicas, entre otros.
En México se norman los siguientes contaminantes atmosféricos: bióxido de azufre (SO2),
monóxido de carbono (CO), bióxido de nitrógeno (NO2), ozono (O3), partículas suspendidas
totales (PST), partículas menores a 10 micrómetros de diámetro (PM10) y plomo (Pb). En la Tabla 2
se resumen los valores normados y se refieren las normas oficiales mexicanas que dan origen a
dichos valores.
3.2. Contaminación Atmosférica y Enfermedad Respiratoria
El aire contiene suspendidos numerosos agentes nocivos, partículas orgánicas, gases, humus,
microorganismos, virus, hongos, toda clase de alérgenos, humedad, sustancias volátiles, etc., que
en determinado momento pasan a la tráquea, bronquios y alvéolos, produciendo diferentes
episodios de enfermedad respiratoria que van desde una afección gripal, una crisis de
broncoespasmo o una neumonía bacteriana. Los niños y ancianos son los más vulnerables a estos
factores atmosféricos, por una parte por el tamaño de la vía aérea y porque los mecanismos de
defensa no tienen la madurez suficiente; por otra parte en la tercera edad se asocian factores
inmunológicos, Enfermedad Pulmonar Obstructiva Crónica (EPOC), asma y otras patologías
respiratorias preexistentes. (Cardona, 2003) . El pulmón es la mayor superficie corporal que está
en contacto con los componentes gaseosos del entorno. El cociente entre la superficie de
intercambio gaseoso del pulmón y la superficie total del cuerpo se sitúa aproximadamente en un
valor de 40-1. Cien metros cuadrados de epitelio respiratorio, esto es, un 60% de la superficie
epitelial, entran en contacto cada día con unos 9.000 a 10.000 litros de aire inspirado, según el
profesor G. Huchon del Hospital Laenec de París. En consecuencia, el pulmón constituye a la vez un
blanco para las enfermedades ambientales y una importante vía de penetración para los
contaminantes atmosféricos, que pueden ser responsables además, de patología
extrarrespiratoria, pues el 70% del aire inspirado llega hasta los alvéolos, franqueando las defensas
del aparato respiratorio.
CALIDAD AMBIENTAL Y CAMBIO CLIMÁTICO
70
Contaminante Norma Nombre
Ozono NOM-020-SSA1-1993
Criterios para evaluar la calidad del aire ambiente con
respecto al ozono (O3). Valores normados para la
concentración de ozono (O3) en el aire ambiente
como medida de protección a la salud de la
población, para quedar como Norma Oficial
Mexicana NOM-020-SSA1-1993, Salud ambiental.
Criterio para evaluar el valor límite permisible para la
concentración de ozono (O3) de la calidad del aire
ambiente. Criterio para evaluar la calidad del aire.
Monóxido de
carbono NOM-021-SSA1-1993
Criterios para evaluar la calidad del aire ambiente con
respecto al Monóxido de carbono (CO). Valor
permisible para la concentración de monóxido de
carbono (CO) en el aire ambiente, como medida de
protección a la salud de la población
Bióxido de
azufre NOM-022-SSA1-1993
Criterios para evaluar la calidad del aire ambiente,
con respecto al bióxido de azufre (SO2). Valor
normado para la concentración de bióxido de azufre
(SO2) en el aire ambiente, como medida de
protección a la salud de la población
Bióxido de
nitrógeno NOM-023-SSA1-1993
Criterios para evaluar la calidad del aire ambiente,
con respecto al bióxido de nitrógeno (NO2). Valor
normado para la concentración de bióxido de
nitrógeno (NO2) en el aire ambiente, como medida
de protección a la salud de la población
Partículas
(PST, PM10 y
PM2.5)
NOM-025-SSA1-1993
Criterios para evaluar el valor límite permisible para
la concentración de material particulado. Valor límite
permisible para la concentración de partículas
suspendidas totales PST, partículas menores de 10
micrómetros PM10 y partículas menores de 2.5
micrómetros PM2.5 de la calidad del aire ambiente.
Criterios para evaluar la calidad del aire
Tabla 2. Normas sobre la calidad del aire en México. Fuente: Tomado de INECC, 2009. Disponible en: http://www.inecc.gob.mx/calaire-informacion-basica/559-calaire-nom-cal-aire.
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
71
3.3. Tóxicos Ambientales y su Impacto en la Salud de los Niños
“Las tasas de mortalidad infantil han disminuido significativamente durante las dos últimas
décadas, pero los peligros ambientales siguen causando la muerte por lo menos de 3 millones de
niños menores de 5 años anualmente. Este grupo etario representa más de 40 % de la población
que padece problemas de salud relacionados con el medio ambiente, expuesto a sustancias
químicas tóxicas.” (Creel, 2002).
Stein (2002) menciona que durante las distintas etapas morfológicas y biológicas del desarrollo de
los niños, pueden tener diferente sensibilidad a la exposición a xenobióticos y dependen de las
funciones y capacidad de su organismo respecto de la absorción, biotransformación, distribución y
eliminación del tóxico dado. Los niños pueden metabolizar un xenobiótico de forma diferente que
un adulto sano dependiendo de la ruta, momento, dosis y duración de la exposición.
En los países desarrollados el asma y el cáncer infantil son ahora las mayores preocupaciones. En
los Estados Unidos, el cáncer es el segundo gran asesino de niños entre 5 y 14 años de edad, luego
de los accidentes. La media de edad de las víctimas de cáncer comienza a los 6 años. La leucemia
aguda es el tipo más común de cáncer encontrado y su incidencia parece ir en aumento en algunos
países desarrollados (UNICEF, 2002). Para Zayas y Cabrera (2007) la exposición química antes del
nacimiento o en la niñez puede contribuir a este creciente problema.
3.4. Consenso Científico Sobre la Contaminación del Aire
Las partículas en suspensión (PM, del inglés Particulate Matter) son todas las partículas sólidas y
líquidas que se encuentran suspendidas en el aire, la mayor parte de las cuales suponen un peligro.
Esta mezcla compleja contiene, entre otras cosas, polvo, polen, hollín, humo y pequeñas gotas.
Algunos estudios realizados sobre poblaciones humanas sugieren que determinadas fuentes
emisoras de partículas en suspensión, sobre todo los automóviles y de la combustión del carbón,
están relacionadas con efectos perjudiciales para la salud. (OMS, GREENFACTS, 2003).
“La repercusión sobre la salud pública de una exposición a largo plazo a las partículas en
suspensión es probablemente superior a la de una exposición de corta duración a concentraciones
punta. La exposición a largo plazo afecta sobre todo a las poblaciones que residen en las
proximidades de vías con mucho tráfico” (OMS, GREENFACTS, 2004).
Los grupos más vulnerables a los efectos de los contaminantes del aire son:
• Los que son más sensibles de por sí a los contaminantes del aire, por ejemplo, las personas con
una predisposición genética, los fetos y los niños muy pequeños.
CALIDAD AMBIENTAL Y CAMBIO CLIMÁTICO
72
• Los que adquieren una mayor sensibilidad a causa de su avanzada edad, ciertas enfermedades o
factores ambientales y socioeconómicos.
• Los que están expuestos a cantidades de contaminantes del aire excepcionalmente grandes.”
(OMS, GREENFACTS, 2004)
4. EL CAMBIO CLIMÁTICO
El cambio climático es un problema con características únicas, ya que es de naturaleza global, sus
impactos mayores serán en el largo plazo e involucran interacciones complejas entre procesos
naturales (fenómenos ecológicos y climáticos) y procesos sociales, económicos y políticos a escala
mundial. (Martinez, 2004).
Durante los últimos 50 años, la actividad humana, en particular el consumo de combustibles
fósiles, ha liberado cantidades de CO2 y de otros gases de efecto invernadero suficientes para
retener más calor en las capas inferiores de la atmósfera y alterar el clima mundial. En los últimos
130 años el mundo se ha calentado aproximadamente 0,85ºC. Durante los últimos 30 años cada
década ha sido más cálida que cualquier década precedente desde 1850. El nivel del mar está
aumentando, los glaciares se están fundiendo y los regímenes de lluvias están cambiando. Los
fenómenos meteorológicos extremos son cada vez más intensos y frecuentes. (OMS, Repaso de la
Salud Mundial de la OMS, 2016).
4.1. Riesgos para la Salud
El clima no solo influye en el ánimo de las personas, sino también en la salud y en la evolución de
las enfermedades. Por ello, es de esperar que el cambio climático pronosticado por una gran parte
de los científicos, para mediados de nuestro siglo ejercerá su influencia general sobre la salud
pública. (Aguilar, 2003).
El cambio climático influye en los determinantes sociales y medioambientales de la salud, a saber,
un aire limpio, agua potable, alimentos suficientes y una vivienda segura. Según se prevé, entre
2030 y 2050 el cambio climático causará unas 250.000 defunciones adicionales cada año, debido a
la malnutrición, el paludismo, la diarrea y el estrés calórico.
Se estima que el coste de los daños directos para la salud (es decir, excluyendo los costes en los
sectores determinantes para la salud, como la agricultura y el agua y el saneamiento) se sitúa entre
2000 y 4000 millones de dólares (US$) de aquí a 2030.
Las zonas con malas infraestructuras sanitarias -que se hallan en su mayoría en los países en
desarrollo- serán las menos capacitadas para prepararse ante esos cambios y responder a ellos si
no reciben ayuda.
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
73
La reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero mediante mejoras del transporte y
de las elecciones en materia de alimentos y uso de la energía pueden traducirse en mejoras de la
salud, en particular a través de la reducción de la contaminación atmosférica. (OMS, Repaso de la
Salud Mundial de la OMS, 2016)
Efectos globales negativos:
Calor extremo
Desastres naturales y variación de la pluviosidad
Distribución de las infecciones
¿Quiénes están en riesgo?
Todas las poblaciones se verán afectadas por el cambio climático, pero algunas son más
vulnerables que otras. Los habitantes de los pequeños estados insulares en desarrollo y de otras
regiones costeras, megalópolis y regiones montañosas y polares son especialmente vulnerables.
Según un informe de la Organización Mundial de la Salud, cinco millones de enfermos y, alrededor
de 150 mil muertes anuales son consecuencia de la transformación que se está produciendo en el
clima. Enfermedades cardíacas y respiratorias, infecciones y mala nutrición son algunos ejemplos
de lo que el clima puede influir en la salud humana. (Esteve, 2009).
A su vez, un estudio de la Universidad de Sydney dice que: “El calentamiento global se está
haciendo más evidente ahora, es altamente probable un aumento de niños con enfermedades
comunes en las urgencias de los hospitales”, afirma el Dr. Lawrence Lam director de la
investigación.
El Dr. Lam dice que los niños son más vulnerables a los cambios del clima que una persona adulta
porque pueden regular menos su cuerpo con los cambios de temperatura. El mecanismo de
regulación térmica del cerebro está menos desarrollado.
Según datos de La Agenda 21, los niños son los más susceptibles ante los cambios que trae el
calentamiento global, por lo que en su capítulo 25, relativo a “la infancia y la juventud en el
desarrollo sostenible”, en el inciso 25.12 menciona que: “Los niños no sólo heredarán la
responsabilidad de cuidar la Tierra, sino que, en muchos países en desarrollo, constituyen casi la
mitad de la población. Además, los niños de los países en desarrollo y de los países industrializados
son igualmente vulnerables en grado sumo a los efectos de la degradación del medio ambiente.”
(Naciones Unidas, 1992).
CALIDAD AMBIENTAL Y CAMBIO CLIMÁTICO
74
4.1.1. Respuesta de la OMS
Las políticas y opciones individuales que pueden reducir las emisiones de gases de efecto
invernadero y reportar importantes beneficios colaterales para la salud. Por ejemplo, el fomento
del uso seguro del transporte público y de formas de desplazamiento activas —a pie o en bicicleta
como alternativa a los vehículos privados— podría reducir las emisiones de dióxido de carbono y la
carga que supone la contaminación del aire en las viviendas y la contaminación atmosférica, que
cada año provocan unos 4,3 millones y 3,7 millones de defunciones, respectivamente.
En 2015, la Asamblea Mundial de la Salud aprobó un nuevo plan de trabajo de la OMS en materia de
cambio climático y salud. Dicho plan incluye los aspectos siguientes:
Alianzas: coordinarse con otras organizaciones del sistema de las Naciones Unidas y velar por que
la salud esté representada adecuadamente en la agenda sobre el cambio climático.
Concientización: proporcionar y difundir información sobre las amenazas que plantea el cambio
climático para la salud humana y las oportunidades de fomentar la salud reduciendo las emisiones
de carbono.
Ciencia y datos probatorios: coordinar las revisiones de la evidencia científica existente sobre la
relación entre el cambio climático y la salud, y elaborar una agenda de investigación mundial.
Apoyo a la puesta en práctica de la respuesta de salud pública al cambio climático: ayudar a los
países a crear capacidad para reducir la vulnerabilidad de la salud al cambio climático y fomentar la
salud reduciendo las emisiones de carbono. (OMS, 2016).
4.2. Otras Repercusiones del Cambio Climático
4.2.1. En la agricultura
El aumento irrestricto de las emisiones de gases está subiendo la temperatura del planeta. Las
consecuencias incluyen el derretimiento de glaciares, el aumento de las precipitaciones y de la
frecuencia de eventos meteorológicos extremos, y modificaciones en las estaciones del clima. El
ritmo acelerado de cambio climático, junto con el aumento de la población y de los ingresos a nivel
mundial, amenaza la seguridad alimentaria en todas partes.
La amenaza del cambio climático global ha causado preocupación entre los científicos ya que
variables climáticas claves para el crecimiento de los cultivos como precipitación y temperatura,
etc., serán severamente afectadas e impactaran la producción agrícola. Aunque los efectos de los
cambios en el clima sobre la producción de cultivos varía ampliamente de una región a otra, se
espera que los cambios anticipados tengan grandes efectos y de gran envergadura principalmente
en zonas tropicales de países en desarrollo con regímenes de precipitación que se encuentran
entre semiárido y húmedo (Cline, 2007).
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
75
Se predice que el calentamiento global dará lugar a una variedad de efectos físicos incluyendo el
aumento en la temperatura del agua del mar, junto con la pérdida parcial de glaciares, cuyo
resultado será un incremento del nivel del mar el cual puede estar en el rango de 0.1 a 0.5 metros
hacia mediados de siglo, según las actuales estimaciones del Panel Intergubernamental del Cambio
Climático (IPCC). Tales incrementos podrían plantear una amenaza a la agricultura en las áreas
costeras, donde se ve afectado el drenaje de agua superficial y subterránea, así como también
puede ocurrir la intrusión del agua de mar en los estuarios y acuíferos (Rosenzweig y Hillel 2008).
Los impactos del cambio climático en la agricultura y el bienestar humano incluyen:
1) Los efectos biológicos en el rendimiento de los cultivos
2) Las consecuencias del impacto sobre los resultados, incluyendo precios, producción y consumo
3) Los impactos sobre el consumo per cápita de calorías y la malnutrición infantil.
Los efectos biofísicos del cambio climático sobre la agricultura inducen cambios en la producción y
precios, que se manifiestan en el sistema económico a medida que los agricultores y otros
participantes del mercado realizan ajustes de forma autónoma, modificando sus combinaciones de
cultivos, uso de insumos, nivel de producción, demanda de alimentos, consumo de alimentos y
comercio. (Nelson, 2009).
4.2.2. En la economía
El cambio climático es uno de los grandes desafíos del siglo XXI. La evidencia científica disponible
actualmente confirma la asociación entre la realización de un conjunto de actividades humanas
tales como el consumo de energía fósil o el cambio de uso de suelo y las crecientes emisiones de
gases de efecto invernadero (GEI). Asimismo, existe evidencia contundente que muestra la
estrecha asociación entre el aumento continuo de emisiones de GEI y los impactos climáticos; en
particular un aumento paulatino de la temperatura, modificaciones en los patrones de
precipitación, cambios en la intensidad o en la frecuencia de eventos climáticos extremos,
reducción de la criósfera y un alza del nivel de mar. En las próximas décadas, la humanidad tendrá
que enfrentar el reto simultáneo de adaptarse a los impactos originados por las nuevas
condiciones climáticas, al mismo tiempo, que se instrumenta una estrategia global de mitigación
(Galindo, 2009).
El clima global es un bien público y por tanto, el cambio climático, desde una óptica económica,
representa la mayor externalidad negativa global (Stern, 2007) y dada su magnitud, determinará
en gran medida las características y condiciones del desarrollo económico en este siglo. Los
impactos y los procesos de adaptación esperados serán, sin duda, impresionantes y crecientes a lo
largo del siglo en diversas actividades económicas tales como el sector agropecuario, el sector
CALIDAD AMBIENTAL Y CAMBIO CLIMÁTICO
76
hídrico, el cambio de uso de suelo, la biodiversidad, el turismo, la infraestructura y la salud de la
población (Galindo, 2009).
El cambio del clima incidirá en forma creciente en la evolución económica de los países y regiones
específicas. En este contexto debe incluso reconocerse que existen en la actualidad impactos y
comportamientos ya originados por el cambio climático que han conducido a diversos procesos de
adaptación y de mitigación no siempre eficientes desde la perspectiva económica y menos aún
para un desarrollo sustentable (Galindo, 2009).
El análisis económico del cambio climático es sin embargo, un tema en extremo complejo y donde
sus características condicionan y limitan el tipo de estudio a realizar y en donde destacan las
siguientes:
El cambio climático es un fenómeno global pero que se manifiesta de manera muy
heterogénea por regiones con efectos asimétricos importantes. Ello implica diferencias
heterogéneas por regiones con efectos asimétricos importantes. Por ejemplo, la estrecha
relación entre los procesos de mitigación y de adaptación que existe a nivel global no se
sostiene por regiones. Más aún, en general, se observa que los países desarrollados que
contribuyen con una mayor proporción en la generación de GEI, simultáneamente, sufren
los menores impactos económicos y disponen de la mayor capacidad de adaptación y
mitigación. Por el contrario, los países menos desarrollados tienen una menor contribución
en emisiones, pero son más sensibles a los impactos climáticos y disponen de una menor
capacidad de adaptación y mitigación.
El cambio climático es un fenómeno continuo y de largo plazo, con un elevado nivel de
incertidumbre, donde se requiere construir escenarios económicos de largo plazo.
Entonces, el fenómeno del cambio climático contiene un alto nivel de incertidumbre
atendiendo al conjunto tan heterogéneo de las variables involucradas; climáticas,
económicas, sociales, políticas, demográficas o incluso de política internacional, a los
impactos específicos por regiones, a los tiempos y magnitudes de los impactos asociados a
los procesos de mitigación y adaptación y atendiendo a los procesos de retroalimentación
correspondientes.
El cambio climático contiene un nivel de riesgo elevado y, en este sentido, se convierte,
desde el punto de vista del análisis económico, en un proceso donde debe administrarse
apropiadamente el riesgo. Esto implica reconocer que, más allá de administrarse el riesgo
se requiere de valores económicos puntuales que puedan asignarse a los impactos
climáticos, es necesario preservar y evitar pérdidas irreversibles como en biodiversidad, y
administrar apropiadamente el riesgo de un evento catastrófico con escasa probabilidad de
ocurrencia o los posibles efectos de retroalimentación. Identificar apropiadamente los
niveles de riesgo y ponderarlos adecuadamente requiere entonces combinar un análisis
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
77
económico sólido con una toma de decisiones informada, que incluya ponderar algunos
principios éticos. (Galindo, 2009).
5. CONCLUSIONES
El cambio climático global, está produciendo grandes estragos en el planeta en los diferentes
espacios, áreas, seres vivos, naturaleza y el hombre mismo, cada día avanza más el calentamiento
global y más allá de las mitigaciones que los países y líderes de éstos están haciendo para mitigar
un mínimo del desastre que se está ocasionando y que está repercutiendo principalmente en el
hombre.
La participación ha sido lenta, sin compromisos serios, con voluntad escasa y sin soluciones a
quienes incrementan o emiten los elementos para el incremento del calentamiento global.
No hay pronunciamientos aplicables e integrales a las soluciones de los problemas del
adelgazamiento de la capa de ozono, al calentamiento global, a las alteraciones climáticas
devastadoras.
El calentamiento global provocará muerte y enfermedad incontrolable porque la devastación es
doblemente más rápida que la mitigación para equilibrar a la naturaleza y a los sistemas de la
tierra.
El peor escenario es provocado por el hombre al no regular los gases de efecto invernadero y esto
no es de un solo país o de unos cuantos líderes, debe ser de la mitigación de la mayoría de los
terrestres para que tenga un impacto mayor en la mitigación que en la devastación.
6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Oficial de la Federación.
Cardona, O. (2003). La necesidad de repensar los conceptos de vulnerabilidad y riesgo desde una
perspectiva holística. En La necesidad de repensar los conceptos de vulnerabilidad y riesgo
desde una perspectiva holística. Barcelona: Universidad de Cataluña.
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RIQUEZA DE ESPECIES EN LA DIVERSIDAD ARBÓREA
80
Capítulo 5.
RIQUEZA DE ESPECIES EN LA DIVERSIDAD ARBÓREA:
NECESIDADES DE PRECISIÓN Y EXACTITUD PARA SU ESTIMACIÓN
Rigoberto Vargas Carballo Universidad Autónoma Chapingo, División de Ciencias Forestales, Km 38.5 Carretera México-Texcoco.Chapingo, Texcoco, Estado de México. C.P. 56230 [email protected]; [email protected]
RESUMEN
Se han desarrollado una serie de metodologías para conocer el impacto que tiene el cambio de uso
de suelo en la biodiversidad a través de conocer la riqueza de especies. El objetivo de este estudio
fue evaluar la precisión en la estimación de la riqueza de especies arbóreas en la microcuenca de la
subestación eléctrica Xipe, municipio de Asunción Ixtaltepec, en la región del Istmo de
Tehuantepec, al sureste del estado de Oaxaca y determinar si el tamaño de muestra utilizado en
un muestreo sistemático cumplió con los requisitos de precisión establecidos. Ya que los
métodos no paramétricos se han usado con ciertas ventajas sobre los paramétricos, este trabajo
propone la obtención de la riqueza de especies arbóreas a través de los estimadores no
paramétricos Chao1, Chao2, Jackknife1, Jackknife2 y Bootstrap, utilizando el sesgo y la exactitud y,
la calidad del muestreo y la predicción del número de especies. Los resultados obtenidos fueron
que Chao1 con mil remuestreos y con sesgo de (-0.00465) y exactitud de (0.00002), es el
estimador más parecido a la curva de acumulación de especies, sin embargo Bootstrap con mil
remuestreos y sesgo de (-0.00403) y exactitud de (0.00001), es el de mayor credibilidad.
Palabras clave: Riqueza de especies, estimación de biodiversidad, sesgo, exactitud, no
paramétrico, estimador y remuestreo.
ABSTRACT
A series of methodologies have been developed to know the impact of land use change on
biodiversity through knowledge of species richness. The objective of this study was to evaluate
the precision of tree species richness estimation in the micro watershed of the Xipe electrical
substation, municipality of Asunción Ixtaltepec, in the Tehuantepec isthmus region, southeast of
the state of Oaxaca, and determine if the sample size used in a systematic sampling met the
established precision requirements. Since nonparametric methods have been used with certain
advantages over parametric ones, this paper proposes to obtain the richness of tree species.
through the non-parametric estimators Chao1, Chao2, Jackknife1, Jackknife2 and Bootstrap using
bias and accuracy, and quality of sampling and the prediction of the number of species. The results
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
81
obtained were that Chao1 with a thousand resamples and with bias of (-0.00465) and accuracy of
(0.00002), is the most similar estimator of the curve of accumulation of species, nevertheless
Bootstrap with thousand resamples and bias of (-0.00403 ) and accuracy of (0.00001), is the most
credible.
Key words: Species richness, biodiversity estimation, bias, accuracy, non-parametric, estimator
and resampling.
1. INTRODUCCIÓN
La realización de proyectos en un terreno forestal, tales como: la construcción de una carretera,
una línea de transmisión eléctrica o una subestación eléctrica, trae como consecuencia un cambio
de uso de suelo y por lo tanto pérdida de biodiversidad (Vargas-Carballo, 2016). Para evaluar la
pérdida de biodiversidad se requiere presentar ante la SEMARNAT una Manifestación de Impacto
Ambiental y un estudio Técnico Justificativo para cambio de uso de suelo en terrenos forestales,
para garantizar que no se pondrá en riesgo la biodiversidad en el sitio del proyecto según la Ley
General de Desarrollo Forestal Sustentable y el Reglamento de la ley general de desarrollo forestal
sustentable (SEMARNAT, 2014 y 2015).
Con la finalidad de conocer el impacto que se tendrá sobre la biodiversidad al ejecutar un proyecto
y sobre todo en las especies raras, es decir las menos frecuentes, se ha desarrollado una serie de
metodologías cuya finalidad es conocer de manera precisa y sin sesgo la riqueza de especies, que
es la forma más directa e intuitiva de medir la biodiversidad (Sarkar 2002; Magurran 2004, citado
por González–Oreja, De la Fuente–Díaz–Ordaz, A. A., Hernández–Santín, , Buzo–Franco, y
Bonache– Regidor, 2010). Para esto es necesario llevar a cabo un muestreo, sin embargo, lo ideal
sería realizar un censo, para conocer a todas las especies presentes en la zona del proyecto, pero
esto tampoco va a garantizar que se tenga con exactitud la riqueza de especies, debido a todas las
circunstancias que se presentan al realizar un estudio de esta naturaleza.
Entre los métodos basados en muestras para estimar la riqueza de especies están (Colwell y
Coddington, 1994): 1) extrapolación de curvas de acumulación de especies; 2) modelos
paramétricos de abundancia relativa y 3) métodos no paramétricos a partir de muestras.
Los estimadores no paramétricos utilizan datos de presencia-ausencia o también datos de
abundancia de especies, enfocándose en especies poco abundantes o raras, que se presentan en
una o dos muestras o tienen uno o dos individuos en el conjunto de muestras (Colwell y
Coddington, 1994; Moreno, 2001, citado por López y Williams, 2006).
RIQUEZA DE ESPECIES EN LA DIVERSIDAD ARBÓREA
82
En Estadística en las pruebas no paramétricas no existen supuestos sobre la distribución de los
parámetros de la población. Se aplica a datos nominales y ordinales y para analizar datos continuos
transformados a escala nominal (Badii, Guillen, Araiza, Cerna, Valenzuela y Landeros, 2012).
Ventajas (Badii et al., 2012):
Cuando se hacen supuestos débiles de las distribuciones que fundamentan los datos.
Cuando falta una escala de medición adecuada.
Cuando se pueden asignar rangos a los datos.
Puede ser rápida y fácil de aplicar.
Desventajas (Badii et al., 2012): es bastante eficiente para muestras pequeñas, pero no para
muestras altas.
Al utilizar estimadores no paramétricos se tiene un sesgo menor que al utilizar una curva de
acumulación de especies (Colwell y Coddington, 1994, citado por López y Williams, 2006) además
se utilizan cuando se tiene un muestreo pequeño, menor de 30 muestras.
Dentro de los estimadores no paramétricos están: Chao1, Chao2, Jackknife1, Jackknife2 y
Bootstrap, que se utilizaron en este estudio ya que han probado ser eficaces en estudios
realizados para determinar a las especies no vistas. Se debe tomar en cuenta que un estimador
debe ser robusto y exacto no sensible al tamaño de la muestra y estable alrededor de un valor
(Chazdon, Colwell, Denslow, y Guariguata, 1998).
Chao1, es un estimador de riqueza de especie asintótica, que utiliza datos basados en la
abundancia (Coldwell, 2009). Chao2, utiliza datos de incidencia y la distribución de especies entre
las muestras, se recomienda cuando se tienen muestras pequeñas (Bautista-Hernández, Monks y
Pulido-Flores, 2013). Jackknife1, está basado en el número de especies que ocurre solo en una
muestra (Bautista et al., 2013). Jackknife2, similar al anterior pero considera el número de especies
en dos muestras (Bautista et al., 2013). En Estadística, bootstrap se refiere a hacer inferencias
sobre una distribución de muestreo de una estadística por remuestreo de la muestra misma con
reemplazo, como si se tratara de una población finita. En la medida en que la distribución del
remuestreo imita la distribución del muestreo original, las inferencias son exactas. La precisión
mejora a medida que aumenta el tamaño de la muestra original, si se aplica el teorema del límite
central (Chernick y LaBudde, 2011).
Para poder obtener la asíntota de los estimadores es necesario encontrar una función que
describa su curva de acumulación y de acuerdo a Soberón y Llorente (1993) la ecuación de Clench,
es recomendada para estudios en sitios de áreas extensas. Con los datos de la ecuación es posible
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
83
predecir el número total de especies así como la calidad del muestreo (Jiménez Valverde y Hortal,
2003).
Además de lo anterior, se requiere conocer la precisión de los estimadores, esto se logra a través
de conocer el sesgo y la exactitud (Chiarucci, Enright, Perry, Miller y Lamont, 2003) para después
compararlos con el valor verdadero y determinar el rendimiento de los estimadores utilizados.
Bajo ese razonamiento, el objetivo de este estudio es determinar si el tamaño de muestra utilizado
en un muestreo sistemático cumplió con los requisitos de precisión establecidos para la obtención
de la riqueza de especies arbóreas en la microcuenca de la subestación eléctrica Xipe, a través de
los estimadores no paramétricos Chao1, Chao2, Jackknife1, Jackknife2 y Bootstrap, utilizando el
sesgo y la exactitud y, la calidad del muestreo y la predicción del número de especies, siguiendo
una metodología combinada de López y Williams (2006) para sesgo y precisión y (Jiménez
Valverde y Hortal (2003) para calidad del muestreo y predicción del número de especies).
1.1. Antecedentes
Los datos del estudio fueron los utilizados por (Vargas-Carballo, 2016) de la microcuenca donde
está ubicada la Subestación Eléctrica Xipe, ubicada en el ejido de Asunción Ixtaltepec, del
municipio de Asunción Ixtaltepec. Se localiza en la región del Istmo de Tehuantepec, al sureste del
estado de Oaxaca, en las coordenadas 95°12’ Longitud Oeste, 16°30’ Latitud Norte. (MIA-P S.E.Xipe,
INECOL, UACh, UABJO, USPAE, CFE, 2014). El método de muestreo fue sistemático. Se obtuvieron
65 especies en 22 muestras.
2. METODOLOGÍA
2.1. Obtención de los Datos de Predicción Especies
Los datos obtenidos en el muestreo se procesaron en el programa denominado EstimateS®, para
producir los resultados de predicción de especies. Se obtuvieron estos datos sin remuestreo y con
mil remuestreos, tanto para la curva de acumulación de especies, como para los estimadores no
paramétricos.
Para la curva de acumulación de especies fue indistinto el usar o no remuestreo, no así para los
estimadores no paramétricos que fueron necesarios los mil remuestreos. La curva de acumulación
de especies sirvió de base de comparación.
RIQUEZA DE ESPECIES EN LA DIVERSIDAD ARBÓREA
84
2.2. Obtención de la Curva Asintótica, los Valores De r2, a y b y los Valores Predichos
Los valores obtenidos en el programa EstimateS® tanto para la curva de acumulación de especies,
como para los estimadores no paramétricos, se procesaron en el programa Statistica® para
obtener los valores de R2, a, b, la gráfica asintótica y los valores predichos que sirvieron para
calcular el sesgo y la exactitud.
Para los datos procesados en el programa Statistica®, se siguieron los pasos siguientes: una vez
ingresados los datos, se utilizó el apartado Statistic que viene en el encabezado del programa,
enseguida se seleccionó de las opciones que presenta el apartado modelos avanzados y
estimación no lineal, posteriormente se introdujo la ecuación de Clench V2=(a*V1)/(1+(b*V1)) para
obtener la curva asintótica, siendo V2= y = número de especies y V1= x = número de muestras,
enseguida se seleccionó el método de estimación de los parámetros del modelo, en este caso fue
el Simplex y Quasi Newton para obtener los resultados de R2= coeficiente de determinación,
a=tasa de incremento de nuevas especies al comienzo del inventario, b=parámetro relacionado
con la forma de la curva y los valores observados y predichos.
2.3. Cálculos
A continuación, se describen las características de los cálculos de: número total de especies
predichas, pendiente de la curva, calidad del inventario, esfuerzo de muestreo para una
proporción de 95%, muestras faltantes, especies faltantes y porcentaje para lograr la proporción
de 95%.
Ecuación de Clench: Sn=(a*n)/(1+(b*n))
Asíntota de la curva (Número total de especies predichas)= a/b
Pendiente de la curva (recta tangente en cada punto)=a/(1+b*n)2
Calidad del inventario q = Sobs /(a/b) proporción de especies lograda
Esfuerzo de muestreo necesario para registrar una proporción de n0.95=0.95/(b*(1-0.95))
Número de muestras faltantes para 95% = n0.95-n
Número de especies faltantes para 95% = Número total de especies predichas - Especies
observadas
Porcentaje faltante para 95% = 0.95 – q.
Donde:
n= número de muestras (22) Sobs= especies observadas (65) Sn=Número medio de especies
y para sesgo y exactitud:
est ver
ver
S SSesgo
S
y
2
est ver
ver
S SExactitud
S
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
85
Donde:
Sest = especies estimadas (predichas) Sver = especies verdaderas (observadas)
(de acuerdo con el programa Statistica®).
3. RESULTADOS
Los resultados obtenidos tanto para la Curva de acumulación de especies con 1,000 remuestreos
como para los estimadores no paramétricos Chao1, Chao2, Jackknife1, Jackknife 2 y Bootstrap, sin
remuestreo y con 1,000 remuestreos, son mostrados en la Tabla 1.
Est
imad
or
Se
sgo
Ex
acti
tud
R
2
a b
Nú
me
ro d
e m
ue
stra
s
n
Nú
me
ro d
e e
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s
So
bs
Así
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e la
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rva
(nú
me
ro t
ota
l de
e
spe
cie
s p
red
ich
as)=
a/b
Pe
nd
ien
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n
cad
a
pu
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)=a/
(1+b
*n)2
Cal
idad
de
l in
ven
tari
o
q =
So
bs /(
a/b
)
Esf
ue
rzo
de
mu
est
reo
ne
cesa
rio
par
a
reg
istr
ar u
na
pro
po
rció
n d
e
n0
.95=
0.9
5/(b
*(1-
0.9
5))
Mu
est
ras
Esp
eci
es
Po
rce
nta
je
Ob
serv
ado
Pre
dic
ho
CURVA ACUM ESPECIES MIL -0.00793007 6.28861E-05 0.99975 9.408614 0.10045 22 65 93.6646491 0.913151098 0.6939651 189.1488303 167.14883 28.66465 0.256035 65.00000 64.48455
CHAO1 UNO 0.06348894 0.004030845 0.97304 7.373555 0.05077 22 65 145.234489 1.645355798 0.4475520 374.236754 352.23675 80.23449 0.502448 69.66000 74.08264
CHAO1 MIL -0.00465476 2.16668E-05 0.99971 12.15571 0.129862 22 65 93.6048267 0.817126246 0.6944086 146.309159 124.30915 28.60483 0.255591 69.66000 69.33575
CHAO2 UNO 0.028279661 0.000799739 0.94744 9.290733 0.060506 22 65 153.550607 1.709685574 0.4233132 314.0184445 292.01844 88.55061 0.526687 85.27000 87.68141
CHAO2 MIL -0.03325973 0.00110621 0.90541 31.23491 0.333454 22 65 93.6708212 0.449496275 0.6939194 56.97937347 34.979373 28.67082 0.256081 85.27000 82.43394
JACKKNIFE1 UNO 0.054878468 0.003011646 0.96707 10.14112 0.063902 22 65 158.698006 1.752068151 0.4095829 297.330287 275.33028 93.69801 0.540417 87.91000 92.73437
JACKKNIFE1 MIL 0.000221156 4.89101E-08 0.99608 16.31855 0.140132 22 65 116.451275 0.978911046 0.5581733 135.5864471 113.58644 51.45127 0.391827 87.91000 87.92944
BOOTSTRAP UNO 0.050516355 0.002551902 0.94475 8.753119 0.064877 22 65 134.918677 1.485655339 0.4817716 292.8618771 270.86187 69.91868 0.468228 75.52000 79.33500
BOOTSTRAP MIL -0.00403471 1.62789E-05 0.99908 12.44047 0.119944 22 65 103.718986 0.939567649 0.6266933 158.4072567 136.40725 38.71899 0.323307 75.52000 75.21530
Tabla 1. Resumen de resultados: curva de acumulación de especies con 1,000 remuestreos, estimadores no paramétricos sin y con 1,000 remuestreos.
Los resultados obtenidos tanto para la Curva de acumulación de especies, como para los
estimadores no paramétricos Chao1 y Bootstrap con 1,000 remuestreos, se muestran en las Tablas
2 a la 7 y en las Figuras 1 a la 3.
Estos resultados son presentados a detalle, porque la curva de acumulación de especies es el
parámetro comparativo y los estimadores no paramétricos Chao1 y Boostrap, fueron los que
mejores resultados presentaron.
RIQUEZA DE ESPECIES EN LA DIVERSIDAD ARBÓREA
86
Sitio de
muestreo
número
Valor
obtenido
con el
programa
EstimateS
Sitio de
muestreo
número
Valor
obtenido
con el
programa
EstimateS
Sitio de
muestreo
número
Valor
obtenido
con el
programa
EstimateS
Sitio de
muestreo
número
Valor
obtenido
con el
programa
EstimateS
1
8.77
7
38.68
13
52.73
19
61.57
2 16 8 41.67 14 54.45 20 62.77
3 22.03 9 44.42 15 56.06 21 63.91
4 27.14 10 46.69 16 57.56 22 65
5 31.52 11 48.88 17 58.97
6 35.33 12 50.88 18 60.3
Tabla 2. Datos de predicción de especies con mil remuestreos obtenidos de EstimateS® para Statistica®.
Estimador R2 a b Observado Estimado Sesgo Exactitud
Curva de
acumulación
de especies,
mil
remuestreos
0.99975
9.408614 0.10045 65.00000 64.48455
-
0.00793007
6
6.28861E-
05
Tabla 3. Datos Curva de acumulación de especies con mil remuestreo obtenidos de Statistica®.
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
87
Figura 1. Gráfica de la Curva de acumulación de especies con mil remuestreos obtenida de Statistica®.
Sitio de
muestreo
número
Valor
obtenido
con el
programa
EstimateS
Sitio de
muestreo
número
Valor
obtenido
con el
programa
EstimateS
Sitio de
muestreo
número
Valor
obtenido
con el
programa
EstimateS
Sitio de
muestreo
número
Valor
obtenido
con el
programa
EstimateS
1 10.51 7 44.43 13 58.48 19 66.6
2 19.71 8 47.64 14 60.37 20 67.61
3 26.63 9 50.26 15 61.96 21 68.61
4 32.47 10 52.52 16 63.41 22 69.66
5 37.26 11 54.71 17 64.66
6 40.93 12 56.46 18 65.58
Tabla 4. Datos Chao1 con mil remuestreos obtenidos de EstimateS® para Statistica®.
Model: V2=(a*V1)/(1+(b*V1))
y=((9.4086135443735)*x)/(1+((.10045039247913)*x))
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Var1
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
RIQUEZA DE ESPECIES EN LA DIVERSIDAD ARBÓREA
88
Estimador R2 a b Observado Estimado Sesgo Exactitud
Chao1, mil
remuestreos 0.99971 12.15571 0.129862 69.66000 69.33575 -0.00465476 2.16668E-05
Tabla 5. Datos Chao1 con mil remuestreos obtenidos de Statistica®
Figura 2. Gráfica del estimador Chao1 con mil remuestreos obtenida de Statistica®.
Model: V2=(a*V1)/(1+(b*V1))
y=((12.155711427972)*x)/(1+((.12986210624577)*x))
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Var1
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
89
Sitio de
muestreo
número
Valor
obtenido
con el
programa
EstimateS
Sitio de
muestreo
número
Valor
obtenido
con el
programa
EstimateS
Sitio de
muestreo
número
Valor
obtenido
con el
programa
EstimateS
Sitio de
muestreo
número
Valor
obtenido
con el
programa
EstimateS
1 8.76 7 47.48 13 62.85 19 72.15
2 20.25 8 51.12 14 64.83 20 73.31
3 27.72 9 53.99 15 66.35 21 74.4
4 34.02 10 56.57 16 68.02 22 75.52
5 39.28 11 58.86 17 69.53
6 43.72 12 60.82 18 70.84
Tabla 6. Datos Bootstrap con mil remuestreos obtenidos de EstimateS para Statistica®.
Estimador R2 a b Observado Estimado Sesgo Exactitud
Bootstrap
con mil remuestreos
0.9990 12.44047 0.119944 75.52000 75.21530
-0.00403471
1.62789E-05
Tabla 7. Datos Bootstrap con mil remuestreos obtenido de Statistica®.
En las Tablas 8 y 9, se resumen los mejores resultados obtenidos de los estimadores no paramétricos
probados.
RIQUEZA DE ESPECIES EN LA DIVERSIDAD ARBÓREA
90
Figura 3. Gráfica del estimador Bootstrap con mil remuestreos obtenida de Statistica®
ESTIMADOR
Observado Predicho Sesgo Exactitud
R2 Sver Sest
Curva de acumulación de
especies
mil remuestreos 65.00000 64.48455 -0.007930076 6.28861E-05 0.99975
Chao1
mil remuestreos 69.66000 69.33575 -0.00465476 2.16668E-05 0.99971
Bootstrap
mil remuestreos 75.52000 75.21530 -0.004034711 1.62789E-05 0.99908
Tabla 8. Resumen de: observado y predicho, sesgo, exactitud y R2, de la curva de acumulación de especies y de los mejores resultados de los estimadores no paramétricos estudiados con mil remuestreos.
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
91
Tabla 9. Resumen de la R2, la asíntota, la calidad y el esfuerzo de muestreo necesario para registrar 95% de probabilidad, de la curva de acumulación de especies y los mejores resultados de los estimadores no paramétricos estudiados con mil remuestreos.
4. CONCLUSIONES
De acuerdo con la Tabla 8, se tiene que: Bootstrap con mil remuestreos y con sesgo de (-0.00403)
exactitud de (0.00001) con R2 = 0.99908, es el estimador no paramétrico de mayor credibilidad y
más parecido a la curva de acumulación de especies, que tiene sesgo de (-0.007930076) y
exactitud de (6.28861E-05) con R2 = 0.99975, siguiéndole muy de cerca Chao1 con mil remuestreos,
con sesgo de (-0.00465) y exactitud de (0.00002) y R2 = 0.99971.
De acuerdo con la Tabla 9, la asíntota de la curva de acumulación de especies, con mil
remuestreos, predice 94 como número total de especies (89 con 95% de probabilidad), las que
deberían de haberse registrado en el inventario realizado, esto según lo obtenido con la ecuación
de Clench, además el muestreo con proporción del 95 % debería haber sido de 189 sitios, esto es,
faltarían 167 sitios de muestreo más, para registrar las 24 especies faltantes, ya que fueron
observadas 65 especies en 22 sitios de muestreo. La calidad del inventario fue de 69 %, (70 % es
aceptable).
La asíntota de la curva de Bootstrap con mil remuestreos, predice 104 como número total de
especies (99 con 95% de probabilidad), las que deberían de haberse registrado en el inventario
realizado, esto según lo obtenido con la ecuación de Clench, además el muestreo con proporción
del 95 % debería haber sido de 158 sitios, esto es, faltarían 136 sitios de muestreo más, para
registrar las 34 especies faltantes, ya que fueron observadas 65 especies en 22 sitios de muestreo.
La calidad del inventario fue de 62 %, (70 % es aceptable).
La asíntota de la curva de Chao1 con mil remuestreos, predice 94 como número total de especies
(89 con 95% de probabilidad), las que deberían de haberse registrado en el inventario realizado,
esto según lo obtenido con la ecuación de Clench, además el muestreo con proporción del 95 %
RIQUEZA DE ESPECIES EN LA DIVERSIDAD ARBÓREA
92
debería haber sido de 146 sitios, esto es, faltarían 124 sitios de muestreo más, para registrar las 24
especies faltantes, ya que fueron observadas 65 especies en 22 sitios de muestreo. La calidad del
inventario fue de 69 %, (70 % es aceptable).
Bajo esta premisa, el estimador Chao1 con mil remuestreos, sería el que más cercano está de la
curva de acumulación de especies con mil remuestreos, sin embargo tomando en cuenta el sesgo y
la precisión se debe escoger al estimador Bootstrap con mil remuestreos como el mejor.
5. RECOMENDACIONES
Se recomienda abundar más en estos conceptos del sesgo y la exactitud, sobre todo hacer
combinaciones entre lo realmente observado y lo predicho, utilizando otras ecuaciones y otros
métodos para suavizar las asíntotas de las curvas tanto de la acumulación de especies como la de
los estimadores.
6. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
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RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
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LOS MODELOS HIDROLÓGICOS EN LAS CIENCIAS AMBIENTALES
94
Capítulo 6.
LOS MODELOS HIDROLÓGICOS EN LAS CIENCIAS AMBIENTALES:
APLICACIÓN Y ANÁLISIS PARA LA TOMA DE DECISIONES
Rabindranarth Romero-López1, Sara Patricia Ibarra-Zavaleta1, Mariana Castañeda-González2, Annie
Poulin2, Mathias Glaus2, Robert Hausler2, Ricardo Enrique Vega-Azamar3, Norma Angélica Oropeza-
García4, Erick Maldonado-Bandala1, Perla Rubí Machorro-García1
1 Universidad Veracruzana, Facultad de Ingeniería Civil, Zona Universitaria S/N, C.P. 91040, Xalapa, Ver., México. [email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected] 2 École de Technologie Supérieure, Département de génie de la construction 1100 rue Notre-Dame Ouest, Québec, Canadá. [email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected] 3 Instituto Tecnológico de Chetumal, Av. Insurgentes No. 330, C.P. 77013, Col. David Gustavo Gtz. Chetumal, Quintana Roo. [email protected] 4 Universidad de Quintana Roo, Boulevard Bahía s/n esq. Ignacio Comonfort Col. Del Bosque. C.P. 77019 Chetumal, Quintana Roo, México. [email protected]
RESUMEN
El cambio gradual en las condiciones climáticas a nivel mundial, ha causado un aumento en la
frecuencia y severidad de los fenómenos hidrometeorológicos extremos (FHE), como ha sucedido
en los últimos años (1990-2014) en el sureste de México, que se ha visto afectado por la presencia
de los FHE (inundaciones), dejando considerables pérdidas económicas, sociales y ambientales. La
presencia de los FHE en el mundo está relacionada con el comportamiento de una cuenca
hidrográfica. Por esta razón, es de gran importancia pronosticar los efectos del crecimiento
generado en áreas que pueden afectar a la población. Una solución a esta problemática es el
empleo de los modelos hidrológicos de simulación por su posible operación a bajo costo y la
confiabilidad en los resultados que muestran. Por lo tanto, el objetivo de esta investigación es la
evaluación de los modelos hidrológicos, para la prevención de desastres en una de las cuencas
centrales del Golfo de México. Se utilizaron tres modelos hidrológicos tomando en cuenta la
cantidad de información disponible en el país que den a conocer mejor el fenómeno lluvia-
escurrimiento. Para la modelación hidrológica en el modelo hidrológico distribuido (MHD) se
utilizaron las herramientas Physitel e Hydrotel, HEC-HMS y un Sistema de Información Geográfica
(SIG) correspondiente al modelo hidrológico semi-distribuido (MHSM) y MOHYSE (un modelo
canadiense) el cual se adaptó a las condiciones tropicales para el modelo hidrológico global
(MHG). Se determinó su eficiencia en la relación lluvia-escurrimiento, por medio del coeficiente de
Nash-Sutcliffe. Los resultados, muestran que los tres modelos hidrológicos se adaptan a las
condiciones tropicales de la cuenca estudiada. Este estudio, puede ser usado como un método
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
95
para identificar las vulnerabilidades antes de las inundaciones, así como para el manejo racional y
sostenible de los recursos hídricos.
Palabras clave: Modelo hidrológico, fenómenos hidrometeorológicos extremos, HYDROTEL, HEC-
HMS, MOHYSE.
ABSTRACT
The gradual change in climatic conditions worldwide has caused an increase in the frequency and
severity of extreme hydrometeorological phenomena (EHP), as it has happened in recent years
(1990-2014) in southeastern Mexico, which it has been affected by the presence of the EHP
(floods), leaving economic, social and environmental losses. The presence of EHP in the world is
related to the behavior of a watershed. For this reason, it is of great importance to forecast the
effects of the growth generated in areas that affect the population. One solution to this problem
is the use of hydrological models for their possible operation at low cost and reliability in the
results. Therefore, the objective of this research is the evaluation of the hydrological models, for
the prevention of disasters in one of the central watersheds of the Gulf of Mexico. Three
hydrological models were used, considering the amount of information available in the country
that better discloses the rain-runoff phenomenon. For the hydrological modeling in the distributed
hydrological model (DHM) the tools used were Physitel and Hydrotel, HEC-HMS and a Geographic
Information System (GIS) corresponding to the semi-distributed hydrological model (SDHM) and
MOHYSE (a Canadian model) which it was adapted to tropical conditions for the global
hydrological model (GHM). Their efficiency in the rain-runoff relationship was determined by
means of the Nash-Sutcliffe coefficient. The results show that the three hydrological models are
adapted to the tropical conditions of the studied watershed. This study can be used as a method
to identify vulnerabilities before floods, as well as for the rational and sustainable management of
water resources.
Keywords: Hydrologic model, extreme hydrometeorological phenomena, HYDROTEL, HEC-HMS,
MOHYSE.
1. INTRODUCCIÓN
1.1 . Ciclo Hidrológico
El ciclo hidrológico, es considerado un concepto primordial de la hidrología. Como todo ciclo, el
hidrológico no tiene principio ni fin, y su descripción puede iniciar en ella se evapora bajo el
efecto de la radiación solar y el viento. El vapor de agua, que se forma, se eleva y se transporta por
la atmosfera en forma de nubes hasta que se condensa y cae hacia la tierra en forma de
precipitación (Chow, 1964).
LOS MODELOS HIDROLÓGICOS EN LAS CIENCIAS AMBIENTALES
96
Durante su recorrido hacia la superficie de la tierra, el agua precipitada puede volver a evaporarse
o ser captada por las plantas, luego fluye por la superficie hasta las corrientes o se infiltra. El agua
captada, una parte de la infiltrada y de la que corre por la superficie se evapora nuevamente. De la
precipitación que llega a las corrientes, una parte se infiltra, otra llega hasta los océanos y otros
grandes cuerpos de agua, como presas y lagos. Del agua infiltrada, una parte es absorbida por las
plantas y después es transpirada, casi en su totalidad, hacia la atmósfera y otra parte fluye bajo la
superficie de la tierra hacia las corrientes, el mar y otros cuerpos de agua, o bien hacia zonas
profundas del suelo (percolación) para ser almacenada como agua subterránea y después aflorar
en manantiales, ríos o el mar (Chow, 1964).
1.2 . Concepto de Cuenca
Una cuenca es aquella zona de la superficie terrestre en donde las gotas de lluvia que caen sobre
ella suelen a ser drenadas por el sistema de corrientes hacia un mismo punto de salida (Horton,
1945).
El ciclo hidrológico, en relación con una cuenca, se puede sintetizar como un impulso, establecido
por la precipitación, con el que la cuenca responde a través del escurrimiento en su salida. Entre la
precipitación y el escurrimiento ocurren varios fenómenos que condicionan la relación que existe
entre uno y otro, y que están controlados por las características geomorfológicas de la cuenca y su
urbanización (Taylor y Schwarz, 1952).
1.3 . Problemática
La presencia de los fenómenos climáticos extremos en el mundo se relaciona con el
comportamiento de una cuenca hidrográfica. Debido a esto, es de gran importancia pronosticar
los efectos del crecimiento generado en áreas que pueden afectar a la población o sus
propiedades (Singh y Woolhiser, 2002).
Durante los últimos años se han presentado fenómenos hidrometeorológicos extremos que han
aumentado la vulnerabilidad de los habitantes del planeta (IPCC, 2007). Una muestra de esto es lo
que sucede en las cuencas centrales del Golfo de México que han soportado el 55.2 % de las
inundaciones del estado de Veracruz desde 1999 a 2013, dejando considerables pérdidas
económicas, sociales y ambientales (Guzmán et al., 2011).
Pese a la importancia que han cobrado las inundaciones en los últimos años, únicamente las
cuencas hidrológicas de mayor impacto manejan una infraestructura hidrométrica. Generalmente,
en las cuencas del sureste de México se cuenta con escasos pluviómetros instalados con alrededor
de 30 años de observación, en donde se puede contemplar información faltante en varios
periodos de tiempo, mientras que el número de estaciones climatológicas en operación va
disminuyendo por distintas causas (Creel et al., 2001).
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
97
Tomando en cuenta las deficiencias en los datos y la premura de prevenir más pérdidas a causa de
las inundaciones, es necesario crear herramientas científicamente sustentadas para la correcta
predicción de las avenidas e inundaciones. Una solución a esta problemática es el empleo de
modelos hidrológicos de simulación, por su probable operación a bajo costo y a la confiabilidad de
los resultados que muestran (Argota, 2011).
1.4. Modelos Hidrológicos
Un modelo hidrológico, es en conclusión, una representación simplificada de los sistemas
hidrológicos reales a partir de la cual se puede estudiar la relación causa-efecto de una cuenca por
medio de los datos de entrada y salida, con los cuales se obtiene un mejor entendimiento de los
procesos físicos hidrológicos inmersos en la cuenca (Chow, Maidment, Saldarriaga y Juan, 1994).
De esta manera, la modelación hidrológica es un medio de gran importancia para el estudio de
avenidas, es de uso generalizado en el mundo, aunque primordialmente en países desarrollados.
En la actualidad, se emplea el análisis del fenómeno lluvia-escurrimiento para la prevención de
inundaciones.
Por otra parte, es posible manejar una hipótesis que ofrezca un cierto grado de confianza para la
toma de decisiones, de utilidad en la ordenación del territorio o para exigir criterios de diseño de
obras e infraestructuras capaces de soportar y funcionar adecuadamente en situaciones de riesgo.
Incluso, alertar a los servicios de protección civil y establecer protocolos de actuación en presencia
de posibles situaciones de peligro por lluvias intensas (Hämmerly et al., 2006).
El uso diversificado de los modelos hidrológicos ha dirigido a la elaboración de diversos tipos
modelos que satisfagan mejor las necesidades del usuario. Entre estos diferentes tipos, algunos se
basan en su representación espacial; pueden ser globales, semi-distribuidos y distribuidos. No
obstante, las simulaciones en tiempo de cálculo que emplean estos modelos son generalmente
importantes y estos tiempos de cálculo, inevitablemente afectan a la temporización de los
parámetros internos empleando algoritmos de optimización. La eficacia de los métodos de
optimización empleados para la calibración, puede cumplir un papel decisivo en el uso de estos
modelos.
Por lo anterior, es indispensable desarrollar herramientas científicamente sustentadas para el
correcto pronóstico de las entradas a los embalses hidroeléctricos, avenidas, inundaciones, una
gestión y manejo del recurso hídrico para actividades económicamente viables, socialmente justas
y respetosas con el medio ambiente.
Por ende, el objetivo de esta investigación es la evaluación de los modelos hidrológicos:
distribuido, semi-distribuido y global para la prevención de desastres en una de las cuencas
centrales del Golfo de México, tomando en cuenta la cantidad de información disponible en el país
LOS MODELOS HIDROLÓGICOS EN LAS CIENCIAS AMBIENTALES
98
que den a conocer mejor el fenómeno lluvia-escurrimiento.
1.4.1. Modelo hidrológico distribuido (MHD)
El programa utilizado para este estudio es HYDROTEL (Fortin et al., 2001), el cual se basa en un
modelo hidrológico distribuido (MHD) que puede generar información espacial útil para la gestión
del manejo del agua de una cuenca, a través de la simulación de diferentes componentes del ciclo
hidrológico. La variabilidad espacial de los procesos depende de la topografía, la ocupación y tipo
del suelo, así como la variabilidad propia de los datos meteorológicos.
El modelo hidrológico distribuido HYDROTEL (Moradkhani y Sorooshian, 2009) fue desarrollado
por el Instituto Nacional de Investigación científica (INRS). Es un modelo hidrológico
espacialmente distribuido con bases físicas particularmente desarrolladas para favorecer el uso de
datos de teledetección y sistemas de información geográfica (SIG). Este enfoque admite una mejor
representación de la variabilidad espacial de las características fisiográficas de la cuenca
(topografía, uso de la tierra, tipos de suelos, etc.) y de los sistemas meteorológicos que perjudican
a una cuenca. En el lado temporal, HYDROTEL es un modelo hidrológico con el cual los eventos
hidrológicos pueden representarse de manera continua en vez de ser considerados
individualmente.
Para considerar esta variabilidad, HYDROTEL emplea las bases de datos de una cuenca y las
prepara utilizando la plataforma de PHYSITEL (Turcotte et al., 2001; Rousseau A.N. et al., 2011),
cuyo objetivo es encontrar la estructura de drenaje de una cuenca y dividirla en unidades
hidrológicas relativamente homogéneas (UHRH). Las UHRH del tipo de cuenca, son el producto de
la división más pequeña de una cuenca hidrológica. De esta forma, PHYSITEL se basa en el Modelo
Digital de Elevación (MDE) para encontrar la estructura de drenaje, basado en una cuadrícula con
una resolución espacial específica.
Además de la variabilidad espacial del proceso hidrológico, HYDROTEL debe tener en cuenta la
variabilidad temporal de diferentes entradas. Para lo cual, se simulan variables hidrológicas de
forma continua durante un período de simulación dado (Fortin, Villeneuve y Bocquillon, 1990). La
simulación está diseñada de modo que pueda funcionar a pasos de tiempo 1, 2, 3, 4, 6, 8, 12 o 24
horas de acuerdo a la disponibilidad de las variables de entrada. Por su parte, los diferentes
procesos hidrológicos que trabajan en el área de influencia de precipitación de la corriente del río,
establecen sub-modelos de HYDROTEL (Fortin et al., 2001). Para algunos de estos procesos, esta
plataforma presenta la posibilidad de escoger diferentes sub-modelos basados en los datos
disponibles. De modo que, cuando se dispone de datos suficientes sobre un área determinada, es
posible emplear los sub-modelos más específicos basados en procesos físicos.
1.4.2. Modelo hidrológico semi-distribuido (MHSM)
El Hydrologic Engineering Centers Hydrologic Modeling System (HEC-HMS) es un programa de
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
99
dominio público de amplia utilización internacional, el cual proporciona una variedad de opciones
para simular el proceso lluvia-escurrimiento, desarrollado por el cuerpo de ingenieros del ejército
de los Estados Unidos (USACE, 2003). El modelo HEC-HMS comprende modelos de cuencas,
modelos meteorológicos, especificaciones de control y datos de entrada.
1.4.3. Modelo hidrológico global (MHG)
El modelo hidrológico global es el Modelo Hidrológico Simplificado al Extremo, por sus siglas en
francés MOHYSE, es un modelo hidrológico determinista, conceptual, global o agregado. Fue
presentado con fines académicos en la Universidad de Quebec en Montreal (UQAM), se desarrolló
de 2004 a 2006 por Vincent Fortín y Richard Turcotte.
El modelo MOHYSE es un modelo que se aplica de forma rápida a las cuencas, capaz de tener en
cuenta la capa de nieve y que cumple todos los requisitos de calidad, requerida por el equipo
operativo del Centro Especializado Hidrológico de Quebec (CHEQ).
De acuerdo con Turcotte y Fortin (Fortin y Turcotte, 2006; Fortin y Turcotte, 2007) el mayor éxito
en la modelación hidrológica con MOHYSE, es dividir el problema general en un conjunto de
compartimentos (problemas menos complejos) donde las precipitaciones pueden alojarse antes o
ser transportadas a la salida de la cuenca, o se evaporen y regresen a la atmósfera. Por modelar en
compartimentos es que el esquema de producción MOHYSE se puede considerar parcialmente
simple como citan sus autores. Pero, es comparable en complejidad con la de los modelos
utilizados para aplicaciones reales.
2. METODOLOGÍA
Esta investigación se diseñó en cinco fases: a) Recopilación y análisis de la información, b)
Determinación de la fisiografía de la cuenca por medio un Sistema de Información Geográfica
(SIG), c) Aplicación de los modelos hidrológicos MHD, MHSD y MHG, d) Calibración y validación de
los modelos hidrológicos, e) Evaluación de la modelación hidrológica.
2.1 . Recopilación y Análisis de la Información
Se consultaron fuentes oficiales de información para obtener y validar los datos
hidrometeorológicos y geográficos. Con estos datos, se hizo una base geográfica, considerando
los requerimientos de los modelos hidrológicos: MHD, MHSD y MHG que corresponden a la
primera etapa del proyecto. Los datos climatológicos se adquirieron del Servicio Meteorológico
Nacional (SMN, 2013), los datos hidrométricos de la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA, 2014)
para el mismo periodo. El modelo de elevación digital (MED), los datos de tipo y uso de suelos
LOS MODELOS HIDROLÓGICOS EN LAS CIENCIAS AMBIENTALES
100
fueron proporcionados por el Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática (INEGI,
2013).
2.2 . Determinación de la Fisiografía de la Cuenca por Medio de: SIG, PHYSITEL y HEC-
GeoHMS.
La simulación del proceso de transformación de la lluvia en escorrentía en un modelo hidrológico,
necesita de la delineación previa de las subcuencas y red de drenaje asociada, así como de la
obtención de diversos parámetros morfométricos. A partir de herramientas informáticas
existentes para delinear cuencas hidrográficas y con el empleo de un SIG, y con HEC-HMS,
Geospatial Hydrologic Modeling Extension (HEC-GeoHMS), desarrollada por el Hydrologic
Engineering Center (HEC) y el Enviromental Systems Research Institute (ESRI) en colaboración con
el Center for Research in Water Resources (CRWR), se consiguió información que describe los
patrones de drenaje de la cuenca, la delimitación de las subcuencas y la red de hídrica (Nanía,
2007).
2.3 . Aplicación de los Modelos Hidrológicos: Distribuido (MHD), Semi-Distribuido (MHSD)
y Global (MHG)
Los flujos de corriente diarias se calcularon empleando los modelos: MHD (HYDROTEL y
PHYSITEL); MHSD (HEC-HMS) y MHG (MOHYSE). La información hidrometeorológica y geográfica,
se utilizó para simular las respuestas hidrológicas para cada modelo.
2.4 . La Calibración y Validación de Los Modelos Hidrológicos: Global, Semi-Distribuido y
Distribuido
El objetivo principal de la calibración de un modelo hidrológico es perfeccionar los valores de los
parámetros que componen el modelo, con el fin de lograr que los hidrogramas (observado y
simulado) se parezcan lo más posible (USACE, 2003; Kamali, Mousavi y Abbaspour, 2013). Con ello
se pretende lograr que exista similitud entre los volúmenes de escorrentía (observado y simulado),
que los caudales punta observados y simulados sean semejantes y que exista sintonía en la forma
que presentan los hidrogramas (Bodoque, 2006).
2.5 . Evaluación de la Modelación Hidrológica: MHD, MHSD y MHG
Una vez que se logra una adecuada calibración, se evalúa nuevamente el ajuste del modelo, para
un nuevo set de variables de entrada y salida, sin ajustar los parámetros previamente calibrados,
es decir, se valida el modelo (Refsgaard, 1997), (Moriasi et al., 2007). Para esta investigación se
empleó la técnica Split Sample para el proceso de calibración y validación (Moriasi et al., 2007;
Singh et al., 2005).
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
101
3. CASO DE ESTUDIO: CUENCA ACTOPAN
3.1 . Delimitación de la Zona de Estudio
La zona de estudio se delimitó con respecto a la zona con mayor potencial inundable, de los
municipios más poblados y por la disponibilidad de la información. Conforme al programa
veracruzano de protección civil 2011-2016, se estableció la zona con mayor potencial inundable, la
cual se encuentra en la zona centro del Golfo de México (CCGM), que está conformada por la
cuenca del rio Actopan.
3.2 . Descripción de la Zona de Estudio
El caso de estudio (Figura 1), se centra en una de las cuencas centrales de Golfo de México. Se
encuentra situada geográficamente entre los 19° 20’ y 19° 46’ latitud norte, y entre 96° 20’ y 97° 08’
longitud oeste. La altitud de esta región varía entre 4, 800 y 60 (m) sobre el nivel del mar. El área
de captación analizada corresponde a la cuenca del río Actopan y ésta formada por tres sub-
cuencas: Actopan, Sedeño e Ídolos que cubren aproximadamente 2,089 km2.
Figura 1. Localización del área de estudio (Cuencas centrales de Golfo de México)
LOS MODELOS HIDROLÓGICOS EN LAS CIENCIAS AMBIENTALES
102
3.3 . Recopilación y Análisis de la Información
Con base en los procesos de control de calidad y homogeneización de series continuas de datos,
fueron elegidas 27 estaciones meteorológicas y una hidrométrica (28108). Es importante
mencionar, que algunas estaciones con series largas y registros desde los años 40s fueron
excluidas debido a la ausencia de registros de temperatura mínima o máxima, o ambas en los
meses de enero y diciembre, específicamente a partir de los años 80s, es decir, durante las últimas
dos décadas. El período climático representativo fue de 1991-2010. Se obtuvieron los datos
climatológicos del Servicio Meteorológico Nacional (SMN, 2013) y de la Comisión Nacional del Agua
(CONAGUA, 2014), para un periodo de 20 años (1990-2009).
Se escogieron 27 estaciones climatológicas que cumplen con los criterios espacial y temporal para
la cuenca de estudio. Para caracterizar las formas del relieve y los elementos u objetos presentes
en el mismo de la zona de estudio, se utilizó un Modelo Elevación Digital (MED) en formato raster
de una resolución de 15m que fue proporcionado por INEGI (INEGI, 2013).
3.4 . Aplicación de la Modelación Hidrológica
3.4.1 Modelación hidrológica distribuida
El modelo de cuenca: a partir de un sistema de información geográfica se desarrollaron las
siguientes capas geográficas: el Modelo Digital de Elevaciones (MDE), la red hídrica, uso de suelo y
textura del suelo, para después ser integradas a la plataforma Physitel. Mediante un SIG, se
uniformizó todas las coberturas a la proyección Cónica Conforme de Lambert con los parámetros
para México, debido a que esta abarca a todas las zonas de la república mexicana.
Todas las coberturas contaron con un radio de cobertura de 10 km. alrededor de la zona de
estudio, y las zonas sin dato deben tener el valor -1, además fueron exportados en formato en
AscII.
La cobertura de la red hídrica para la cuenca de estudio, cuenta con una densidad controlada y con
cuerpos de agua que cumplieron los siguientes criterios: El cuerpo de agua debe tener un área de
espejo igual o mayor a 0.5 km2 y en cuerpo de agua debe estar conectado a una corriente.
La capa de uso de suelo, se corrobora que cada rodal del uso tenga definida una clase de
cobertura, esta cuenta con una numeración que corresponde con 19 clases de rodales distribuidos
a lo largo de la zona de estudio, cada rodal tiene un número único de clase, donde dicha
numeración inicia en 1.
Textura del suelo: El modelo hidrológico distribuido continuo (Hydrotel) no funciona utilizando la
clasificación de suelos que responde a criterios de génesis, en su lugar requiere textura para poder
establecer las propiedades hidrológicas de los suelos como permeabilidad, porosidad, entre otras
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
103
que están más asociadas en función de su contenido de arcilla, limo y arena. Por esta razón, en la
capa de edafología se realizó una reclasificación de los suelos en 11 clases de textura.
La fisiografía de la cuenca se determina mediante la aplicación Physitel, con base en el modelo
digital de elevaciones (MDE), la red vectorial de corrientes y de los cuerpos de agua, que
previamente fueron procesadas con las características específicas para la entrada a la plataforma
de Physitel, por medio de un SIG. La cuenca se discretiza en unidades hidrológicas relativamente
homogéneas (UHRH), con superficie media seleccionada. Posteriormente, se agregan a cada
UHRH los porcentajes de cada clase de uso de suelo y la clase de textura de suelo predominante.
3.4.2 Modelación hidrológica semi-distribuida
Con base al Modelo Digital Elevaciones (MDE) y con el uso de sistemas de información geográfica
(SIG), y sus extensiones (ArcHydro y Hydrology) que otorgan funciones especializadas del SIG y
HEC-GeoHMS, se adquirió información que describe los patrones de drenaje de la cuenca, la
delimitación de las subcuencas y la red de hídrica (Nanía, 2007). Cabe mencionar, que la
herramienta HEC-GeoHMS, se utiliza para procesar los datos de la cuenca después de haber
realizado una preparación y compilación inicial de los datos del terreno (Pisani-Veiga, 2008). Esta
extensión conecta al SIG con el software de simulación hidrológica HEC-HMS (Sifontes, Empresa y
Inrh, 2012).
Los componentes del modelo HEC-HMS se utilizaron para simular la respuesta hidrológica de la
cuenca. Estos componentes incluyen: modelo de cuenca, el modelo meteorológico, las
especificaciones de control, y los datos de entrada.
Las especificaciones de control: incluyen el período y el lapso de tiempo de la ejecución de la
simulación (Feldman, 2000).
Modelo de la Cuenca: El modelo de cuenca representa la cuenca física. En este estudio, el
modelo de cuenca se desarrolla en HEC-GeoHMS como se mencionó anteriormente y se ha
importado a HEC-HMS (Pacheco, 2012).
Modelo meteorológico: El modelo meteorológico calcula la entrada de precipitación que se
requiere por cada elemento de la cuenca. El modelo meteorológico puede usar la precipitación
tanto puntual o malla. En este estudio, se emplearon los datos de precipitación puntuales y el
método de los polígonos de Thiessen (Linsley, Kohler y Paulhus., 1988; MOP, 1988; Fernández,
1995; Pizarro, Ramírez y Flores, 2003) para determinar el Depth weigths de los pluviómetros
para tres subcuencas, éste fue calculado por medio de un SIG.
Datos de series de tiempo: Se adquirieron datos climatológicos del Servicio Meteorológico
Nacional (SMN, 2013) para un periodo de 20 años (1990-2009) y los datos hidrométricos se
obtuvieron de la estación 28108 llamada “los Naranjillos” de la Comisión Nacional del Agua
(CONAGUA, 2014), para el mismo periodo. El lapso de tiempo es diario para los datos
LOS MODELOS HIDROLÓGICOS EN LAS CIENCIAS AMBIENTALES
104
hidrometeorológicos y se hizo una prueba de muestra dividida, Split-Sample test (SS)
(Refsgaard y Knudsen, 1996) para simulación, calibración (1990-1999) y validación (2000-2009).
3.4.3 Modelación hidrológica global
El modelo hidrológico simplificado al extremo (MOHYSE) (Fortin y Turcotte, 2006), requiere una
estimación de: la temperatura media durante un intervalo de tiempo (t) en Celsius, lluvia (Pt) en
mm/t y nieve (Nt) en mm/t. (Fortin y Turcotte, 2006). En donde Mt = (Tt, Pt) es el vector de las
variables de entrada del modelo. Además de utilizar el área de la cuenca (B) y la latitud media (L),
el modelo MOHYSE cuenta con diez parámetros sujetos a la modelación. Los parámetros que toma
en cuenta el modelo, ordenados en tres partes, donde los primeros dos parámetros están en
función del equivalente del agua de nieve; los siguientes seis forman parte del balance vertical y
los últimos dos están en función del hidrograma unitario (HU).
En cuanto a los datos de salida que el modelo MOHYSE produce, a cada intervalo de tiempo,
además del caudal en la salida (Qt) es una estimación de: equivalente de agua de nieve de la capa
de nieve (St) en mm, agua contenida en la zona vadosa (Vt) en mm, agua de los acuíferos
provenientes de la zona vadosa (At) en mm, producción (HT) en mm/δt obtenida en la suma de el
escurrimiento de la superficie (Ht,1), el flujo hipodérmico (Ht,2) y el flujo de base (Ht,3).
El modelo hidrológico global utilizado para este estudio, es una adaptación MOHYSE en
condiciones tropicales, desarrollado para despreciar la salida de deshielo y modificando el modelo
de nieve, está modificación fue desarrollada por medio de la programación en MATLAB.
3.5 . Calibración de Modelación Hidrológica: Distribuida, Semi-Distribuida y Global
A pesar de que la calibración busca los valores óptimos de los parámetros del modelo, se debe
recordar que estos parámetros se han hallado en el marco de una serie de métodos; esto es,
aunque con la modificación de los parámetros pueda lograrse un gran ajuste del hidrograma
simulado respecto al observado, estos cambios deben ir en proporción con el proceso real
evaluado.
Es importante indicar que los modelos hidrológicos, en el proceso de calibración, constituyen unos
límites para los valores de los parámetros en función del método utilizado. Por ejemplo, HEC-HMS
4.0 cuenta con un potente paquete estadístico que permite que el proceso de calibración sea
automático una vez definidos manualmente los rangos de variación de los parámetros.
El proceso de calibración en HEC-HMS es un proceso iterativo que emplea rutinas automáticas
basadas en el uso de funciones objetivo (Madsen, 2000), entendiéndose por estas, a aquellos
algoritmos que determinan la bondad de ajuste entre el hidrograma simulado y el observado
(USACE, 2003), y algoritmos de optimización. Las utilizadas en esta investigación fueron el
porcentaje de error en el caudal punta, el porcentaje de error en el volumen y el porcentaje de
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
105
error en el tiempo de la punta (USACE, 2003; Roy et al., 2013). El objetivo de la calibración debe ser
encontrar aquellos parámetros razonables que minimicen el valor de la función o funciones
objetivo utilizadas.
La calibración del MHD: se realizó con gasto simulado respecto a series hidrométricas diarias de la
estación de control. Los parámetros que se adaptaron son 19. La calibración se desarrolló por
medio del método Dynamically Dimensioned Search (Tolson y Shoemaker, 2007; Hout, 2014). El
ajuste en volumen, forma y sincronización del hidrograma (Nash y Sutcliffe, 1970) es satisfactorio.
La calibración del MHG fue elaborada a través del Shuffled Evolution Complex (SCE) de la
Universidad de Arizona.
3.6. Validación de Modelación Hidrológica: Distribuida, Semi-Distribuida y Global
Para esta investigación se empleó la técnica Split Sample (Ocampo y Vélez, 2014) para el proceso
de calibración y validación en la cuenca de estudio. Para medir el rendimiento de los modelos se
determinaron los siguientes indicadores estadísticos: El índice de eficiencia de Nash Sutcliffe-NSE
(Nash y Sutcliffe, 1970), Razón RMSE- desviación estándar, y Sesgo porcentual (Percent Bias-
PBIAS) (Tabla 1).
PBIAS NSE RMS Interpretación Modelo
PBIAS < ±10 0,75 < NSE < 1,0 0.00 < RMS < 0.50 Muy Bueno
±10 < PBIAS < ±15 0,65 < NSE < 0,75 0.50 < RMS < 0.60 Bueno
±15 < PBIAS < ±25 0,50 < NSE < 0,65 0.60 < RMS < 0.70 Satisfactorio
PBIAS > ±25 NSE < 0,50 RMS > 0.70 No satisfactorio
Tabla 1. Interpretación de los parámetros estadísticos para calibración y validación.
4. ANÁLISIS Y RESULTADOS
4.1 . Resultados de los Procesos Calibración y Validación de la Modelación Hidrológica:
Distribuida, Semi-Distribuida y Global
En la Tabla 2, se muestran los resultados del rendimiento de las simulaciones diaria de los tres
modelos: global, semi-distribuido, distribuido en la cuenca de estudio. El MHG (0.69) en calibración
y (0.53) validación muestran que la cuenca tiene un mejor rendimiento en los parámetros
estadísticos con respecto a los dos modelos. El MHSD obtuvo los valores más bajos de calibración
LOS MODELOS HIDROLÓGICOS EN LAS CIENCIAS AMBIENTALES
106
(0.489) y validación (0.596), a pesar de que se introdujo la misma información climatológica y
geográfica.
Cuenca Modelo Hidrológico CALIBRACION VALIDACION
NASH RMS BIAS NASH RMS BIAS
Rio
Actopan
HEC-HMS 0.489* 0.039 0.280 0.596 0.035 -0.235
HYDROTEL 0.636 0.033 0.014 0.629** 0.034 0.004
MOHYSE 0.69** 0.036 -0.028 0.536* 0.038 -0.139
Tabla 2. Parámetros estadística del rendimiento de los tres modelos hidrológicos en una escala diaria: Calibración (01/01/1990-31/12/1999) y Validación (01/01/2000-31/12/2009) * Muestra los valores mínimos y ** los valores máximos de coeficientes Nash.
En la Tabla 3, se muestra un resumen del rendimiento mensual de la calibración y validación de los tres
modelos hidrológicos: global, semi-distribuido y distribuido. Donde se pude observar que los parámetros
estadísticos se incrementaron significativamente con respecto a los rendimientos diarios, pero el MHG,
sigue manteniendo el mejor rendimiento en todas cuencas de estudio con respecto a los modelos MHSD y
MHD.
Cuenca Modelo Hidrológico CALIBRACION VALIDACION
NASH RMS BIAS NASH RMS BIAS
R. Actopan HEC-HMS 0.66* 0.12 0.28 0.67* 0.08 -0.23
HYDROTEL 0.87** 0.08 -0.03 0.80** 0.08 0.004
MOHYSE 0.81 0.08 0.01 0.75 0.08 -0.14
Tabla 3. Parámetros estadística del rendimiento de los tres modelos hidrológicos en una escala mensual:
Calibración (01/01/1990-31/12/1999) y Validación (01/01/2000-31/12/2009) * Muestra los valores mínimos y **
los valores máximos de coeficientes Nash.
Los resultados de la simulación hidrológica diaria y mensual de los tres modelos (MDH, MHSD y
MHG) son confiables, dado que se observa que existe un ajuste aceptable (Tablas 2 y 3) del flujo
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
107
base y en los caudales pico, donde en términos generales, se puede mencionar que los resultados
obtenidos en la calibración en los tres modelos representan el comportamiento hidrológico
satisfactoriamente para la cuenca de estudio.
En efecto, se procedió en realizar el proceso de validación para determinar si los parámetros
seleccionados en la calibración para los tres modelos logran ser empleados para pronosticar el
caudal, tanto para un embalse o evento hidrometeorológico extremo.
El proceso de validación temporal diaria y mensual se desarrolló empleando la misma información
(meteorológico y geográfica) que se empleó en la calibración, pero con un periodo de simulación
diferente (01/01/2000 a 01/01/2009).
5. CONCLUSIONES
Con base en la validación en calidad y cantidad de la información meteorológica e hidrológica
existente en la zona de estudio, ésta fue determinada para el periodo de 1990-2009. El sistema de
precipitación y caudal fue examinado y fueron calculados los parámetros representativos que
permitieron determinar la zona de estudio.
Se utilizaron tres modelos hidrológicos tomando en cuenta la cantidad de información disponible
en el país que interpreten mejor el fenómeno lluvia-escurrimiento. Los modelos hidrológicos que
se eligieron son: el modelo global (MOHYSE) para una implementación más sencilla y rápida; el
modelo distribuido (HYDROTEL y PHYSITEL), que permite conseguir resultados más detallados,
pero es más complejo para calibrar y necesita más tiempo en su procesamiento; el modelo semi-
distribuido (HEC-HMS y sus extensiones) que se puede considerar el modelo intermedio entre el
modelo global y distribuido en la información de entrada. Estos modelos se ajustan
adecuadamente a las condiciones tropicales de las cuencas centrales del estado de Veracruz.
El modelo hidrológico global (MOHYSE), obtuvo un mejor rendimiento en la cuenca de estudio en
comparación con los coeficientes de eficiencia (Coeficientes Nash) del modelo hidrológico semi-
distribuido y distribuido. Pese a que es la primera vez que se ha utilizado en México. Este modelo
necesita menor cantidad información de entrada y de tiempo para procesamiento obteniendo
resultados confiables.
El modelo hidrológico distribuido (HYDROTEL), mostró un ajuste satisfactorio y su rendimiento se
lo puede calificar como relativamente aceptable, adaptándose de buena manera en los caudales
bajos no así en los altos.
El modelo hidrológico semi-distribuido (HEC-HMS), obtuvo el menor rendimiento, debido a que
obtuvo los valores más bajos con relación al modelo global (MOHYSE).
En el desarrollo de la calibración se aplicaron tres métodos distintos para cada modelo hidrológico
(global, semi-distribuido y distribuido), en los tres casos los índices estadísticos muestran que la
calibración y validación es aceptable y los modelos resultan eficientes para su empleo en cuencas
LOS MODELOS HIDROLÓGICOS EN LAS CIENCIAS AMBIENTALES
108
centrales del Golfo de México.
Para el modelo hidrológico global (MOHYSE), se empleó el método Shuffled Evolution Complex
(SCEUA) y el tiempo de procesamiento en 10,000 iteraciones para encontrar el óptimo global, se
realizó en 48 horas. Para el modelo distribuido (HYDROTEL) se empleó el algoritmo Dynamically
dimensioned search (DDS), y el tiempo procesamiento de calibración para realizar las 10,000
iteraciones fue de 31 días. Para el modelo semi-distribuido (HEC-HMS) se empleó la herramienta
HEC-HMS, que cuenta con su propio paquete de calibración, el tiempo procesamiento es
aproximadamente de 30 min. Lo que muestra una diferencia significativa en el tiempo de
procesamiento de calibración entre los tres modelos.
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RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
111
MODELO MATEMÁTICO PARA SIMULAR INUNDACIONES
112
Capítulo 7.
MODELO MATEMÁTICO PARA SIMULAR INUNDACIONES
BASADO EN UN AUTÓMATA CELULAR TRIANGULAR NO ESTRUCTURADO
Gerardo Mario Ortigoza Capetillo1, William Alejandro Castillo Toscano1,
Iris Neri Flores2, Alberto Pedro Lorandi Medina2
1 Facultad de Ingeniería, Universidad Veracruzana, Ruiz Cortínes 455, Costa Verde, 94294 Veracruz, Ver., México. [email protected], [email protected] 2 Instituto de Ingeniería, Universidad Veracruzana, Av. S. S. Juan Pablo II S/N, Zona Universitaria, Costa Verde, 91294 Veracruz, Ver., México. [email protected], [email protected] RESUMEN
En este trabajo se propone el uso de autómatas celulares triangulares no estructurados para simular
inundaciones. Este enfoque nos permite emplear el modelo computacional con dominios de
geometrías complejas (un dominio delimitado por una poligonal). Así, permite la
implementación de autómatas celulares y no presenta la anisotropía generada por cuadriculas
regulares. Las inundaciones se modelan utilizando el nivel promedio de altura / agua en un
vecindario. El agua drena en compartimientos por gravedad. Cada celda asume un estado que
depende de la cantidad de agua en mm que contiene la celda. El drenado del agua es modificado
por los efectos del tipo de suelo, filtración y saturación. Las simulaciones numéricas reproducen el
comportamiento cualitativo de la propagación de inundaciones en dos escenarios: la ruptura de la
presa y las inundaciones de la presa.
Palabras Clave: Autómata celular, mallas triangulares no estructuradas, zonas inundadas.
ABSTRACT
This paper proposes the use of unstructured triangular cellular automata to simulate floods. This
approach allows us to use the computational model with complex geometries (a domain defined
by a polygonal) domains. Thus, enables the implementation of cellular automata and does not
have to generate anisotropy by regular squares. The floods are modeled using the average height
level / water in a neighborhood. Water drains into bins by gravity. Each cell assumes a State that
depends on the amount of water in mm containing in the cell. The drained water is modified by
the effects of the type of soil, filtering and saturation. The numerical simulations reproduce the
qualitative behavior of the propagation of floods in two scenarios: the rupture of the dam and the
flooding of the dam.
Key words: Cellular Automata, mesh triangular non-structured, flooded areas.
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
113
1. INTRODUCCIÓN
Cada año las inundaciones en todo el mundo devastan enormes áreas de tierra rural y urbana
causando grandes daños tanto a la propiedad como a la vida humana. Con ello se tienen grandes
pérdidas para los países y su crecimiento económico. La necesidad de obtener información fiable
sobre las características de los posibles sucesos peligrosos está aumentando, ya que la ocurrencia
de eventos de inundación se ha convertido en una experiencia común a nivel mundial. Un avance
importante han sido los modelos matemáticos, los cuales, deben continuar en desarrollo de
simulación de inundaciones como apoyo, como herramientas de predicción de vanguardia. Tales
herramientas no sólo pueden ayudar a proponer mapas para predecir posibles inundaciones
(riesgo), sino también pueden ayudar a desarrollar y diseñar medidas de mitigación a través de:
capacitación, planificación de estrategias de protección contra inundaciones o planes de
evacuación de emergencias.
Los principales modelos de propagación de inundaciones pueden agruparse en: hidrológicos e
hidráulicos. Los modelos hidrológicos determinan el ritmo después de
un evento de lluvia. La producción primaria del modelo hidrológico es hidrografía en diversos
lugares a lo largo de las vías fluviales para describir la cantidad, la tasa y el momento del flujo de la
corriente que resulta de los eventos de lluvia. Estos hidrogramas se convierten en una entrada
clave para el modelo hidráulico, el cual simula el movimiento de las aguas fluidas a través de
alcantarillas, elementos de almacenamiento y estructuras hidráulicas. El modelo hidráulico calcula
los niveles de inundación y los patrones de flujo y también modela los efectos complejos del
remanso, el rebasamiento de los terraplenes, las que llevan flujo a las vías fluviales, las
construcciones de los puentes y otros comportamientos de la estructura hidráulica.
Las leyes matemáticas fundamentales que rigen la propagación de la inundación son las
ecuaciones de Navier Stokes. Para muchos casos reales, una solución es prácticamente imposible,
por lo que se adoptan descripciones simplificadas, como las ecuaciones de agua superficial
(bidimensional) y de Saint Venant para una dimensión (Alcrudo, 2016).
La Tabla 1 resume los modelos de inundación descritos (DEAD, 2009).
Desde los tiempos de Von Neumann y Ulam, que por primera vez propusieron el concepto de
autómatas celulares hasta el reciente libro de Wolfram A New Kind of Science (Wolfram Media), la
estructura simple de los autómatas celulares ha atraído a investigadores de muy diversa
Disciplinas.
MODELO MATEMÁTICO PARA SIMULAR INUNDACIONES
114
Tabla 1. Clasificación de los modelos de inundación.
En los últimos cincuenta años, los autómatas celulares (AC) han sido sometidos a rigurosos análisis
físicos y matemáticos y han surgido nuevas aplicaciones fascinantes en diferentes ramas de las
Método Descripción Aplicación Tiempo de
cálculo Salidas
1D
Solución de las ecuaciones unidimensionales de St Venant
Diseño de modelos a escala que pueden ser del orden de 10s a 100s de km dependiendo del tamaño de la cuenca
Minutos
Profundidad del agua, velocidad media de la sección transversal y descarga por sección transversal. La extensión de la inundación de las llanuras de inundación es parte del modelo 1D, o a través de la proyección horizontal del nivel del agua.
1D+
1D, además de un enfoque de almacenamiento celular a la simulación de flujo aluviones.
Diseño de modelos a escala Que puede ser del orden de 10s a 100s de km dependiendo del tamaño de la cuenca, también tiene la Potencial de aplicación a gran escala si se utiliza con una sección transversal dispersa datos.
Minutos
En cuanto a los modelos 1D, más agua
Niveles e inundación en las celdas de almacenamiento
2D-
2D menos la ley de conservación del momento para el flujo fluido.
Modelos y aplicaciones a gran escala, donde los efectos de la inercia no son importantes.
Horas o días
Extensión de la inundación Profundidades del agua
2D
Solución de las ecuaciones bidimensionales de aguas poco profundas
Diseño de modelos a escala de
El orden de 10s de km. Puede tener el potencial para el uso en el modelado a gran escala si se aplica con las rejillas muy gruesas
Días
Extensión de la inundación
Profundidades del agua
Velocidades medias de profundidad
2D+
2D más una solución para velocidades verticales con continuidad solamente.
Predominantemente costero Modelado de aplicaciones donde los perfiles de velocidad 3D son importantes. También se ha aplicado para alcanzar Problemas de modelización de ríos en proyectos de investigación
Días Extensión de la inundación Profundidad del agua Velocidades 3D
3D
Solución del Reynolds tridimensional promediado
Las predicciones locales de Campos de velocidad tridimensionales en Navier Stokes Ecuaciones.
Canales y llanuras flotantes
Extensión de la inundación
Profundidad del agua.
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
115
ciencias naturales y sociales. La popularidad de los autómatas celulares se debe a su simplicidad,
así como al enorme potencial que poseen para modelar sistemas complejos a pesar de ser
modelos matemáticos muy simples. Una AC puede ser vista como un sistema descentralizado
espacialmente extendido formado por varios componentes individuales (células). La comunicación
entre las células se limita a las interacciones locales. Cada célula tiene un estado específico que
cambia con el tiempo dependiendo de los estados de sus vecinos locales.
La AC tiene aplicaciones que incluyen diversos aspectos de la ciencia tales como: mecánica de
fluidos, medio ambiente, contaminación, propagación de incendios forestales. Sistemas
biológicos: evolución de las especies, crecimiento de poblaciones, comportamiento de colonias de
microorganismos, sistemas inmunitarios, vida artificial (Deutsch y Dormann, 2005). Modelos
socioeconómicos, urbanismo económico, tráfico. Modelos de reacciones químicas, patrones de
pigmentación de la piel, fractales, criptología, entre otros.
El presente trabajo, se organiza de la siguiente manera: en la sección 2 se presenta el modelo de
inundación basado en autómatas celulares, células, estados y reglas; en la sección 3 se muestran
algunos experimentos numéricos y finalmente se incluyen algunas conclusiones de este trabajo.
2. MODELO DE INUNDACIÓN BASADO EN UN AUTÓMATA CELULAR NO ESTRUCTURADO
La popularidad de los autómatas celulares se debe a su sencillez y al notable potencial de modelar
sistemas complejos (Sloot y Hoekstra, 2002; Batty, 2005; Deutsch y Dormann, 2005). Un autómata
celular A es una dupla (d, S, N, f) donde d es la dimensión del espacio, S es un conjunto finito de
estados, N un subconjunto finito de Zd es el vecindario y f: SN → S e s la regla local o regla de
transición del autómata.
Una configuración de un autómata celular es un cambio de estado del espacio S, por un elemento
de SZd. La regla global de un autómata celular cambia una configuración 𝐶 ∈ 𝑠𝑧𝑑
hacia una configuración G© obtenida al aplicar f uniformemente a cada celda: para toda posición
�̇� ∈ 𝒔𝒛𝒅,𝑮(𝒄)(𝒁) = 𝒇(𝒄(𝒛 + 𝒗𝟏), … . . 𝒄(𝒛 + 𝒗𝒌)) donde: 𝑁 = {𝑣1 , … … . 𝑣𝑘}.
El método de AC (autómatas celulares) ha sido utilizado para realizar modelos de simulación
utilizando mallas rectangulares (Cirbus y Podhoranyi, 2013; Dottori y Todini, 2011; Liu et al., 2009).
Holland, et al. (2007) y Dunn (2010) recomiendan el uso de cuadrícula irregular para modelar el
paisaje virtual con el fin de reducir el sesgo inducido por las cuadrículas rectangulares; en
Ortigoza (2015) los experimentos numéricos presentados sobre las cuadrículas triangulares no
estructurados muestran la veracidad de estas observaciones.
MODELO MATEMÁTICO PARA SIMULAR INUNDACIONES
116
Por lo tanto, en este trabajo se define un modelo de inundación en una cuadrícula triangular no
estructurada. Además de reducir el sesgo en el movimiento de la información y la
representación de geometrías del mundo real (dominios poligonales lineales acotados), su
estructura de malla de elementos finitos proporciona flexibilidad para identificar las
implementaciones en las vecindades, visualización y condiciones de contorno. Para nuestra
implementación numérica, la región de interés se “ discretiza” utilizando una malla triangular
no estructurada. Cada triángulo se considera como una célula y se asumen los vecindarios de
Neumann.
Consideremos un modelo simplificado de autómatas celulares que evoluciona de acuerdo con los
siguientes supuestos:
1. El dominio espacial se discretiza usando una rejilla triangular no estructurada, cada celda
es un triángulo.
2. Se asumen vecindarios de Neumann (una celda y sus tres vecinos).
3. En cada momento, cada celda puede asumir un valor entero (el nivel de agua en mm)
4. Si el valor de la celda es positivo, procedemos a calcular
a) La cantidad de agua dentro del vecindario w
b) Usando w y la elevación del terreno de las celdas se calcula un nivel medio de
agua/suelo awr.
c) Las celdas en el vecindario se ordenan por alturas. Así el agua drena primero a la celda
con la altura más baja, después a la segunda más arriba y así sucesivamente.
d) Ejecutamos un bucle sobre las celdas ordenadas en el vecindario, si la altura de la celda
es menor que awg procedemos a llenar la celda hasta este valor. El bucle se detiene
cuando nos quedamos sin agua w (la cantidad total de agua en el vecindario).
5. Para considerar los fenómenos de infiltración y saturación del suelo, asumimos que justo antes de
hacer el cálculo del vecindario del agua si una celda tiene un valor positivo, cierta cantidad de
agua se infiltra en el suelo simplemente reduciendo el estado de la celda. Además, este valor debe
agregarse a una matriz que contenga los valores de saturación del suelo. La cantidad de agua
infiltrada que satura el suelo depende de los diferentes tipos de suelo. Una vez que el suelo está
completamente saturado no hay más filtración.
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
117
La Figura 1 muestra el diagrama de flujo del código. De acuerdo con nuestro modelo el escurrimiento de agua es por gravedad, es decir, la diferencia de alturas entre celdas vecinas.
Mientras que la Figura 2 muestra una representación en forma de cuadrícula del cálculo de
propagación de inundación.
MODELO MATEMÁTICO PARA SIMULAR INUNDACIONES
118
Figura 2. Representación esquemática unidimensional del cálculo de la propagación de inundación.
Para estimar las mediciones y periodicidad, consideramos la velocidad local de escurrimiento.
Hagamos que R sea el radio promedio de la malla
𝒗𝒆𝒍 =𝒈
𝜟𝒕; 𝒗𝒆𝒍 = 𝒎𝒊𝒏. {√𝟐𝒈𝒉
𝒉𝟐𝟑 𝒔
𝟏𝟐
𝒏}
Donde: h es la profundidad del agua, g es la gravedad, s es la pendiente y n es el coeficiente de
Manning.
La adopción del sistema computacional puede describirse a través de la esquematización de
volumen finito. Consideremos la ecuación
𝝏𝑾
𝝏𝒕+ 𝛁𝑭 = 𝑺 (𝟏)
Donde: W representa las variables conservadoras, F la función de flujo y S el termino fuente.
Siguiendo un esquema bidimensional de volumen finito centrado en la célula, la ecuación (1)
se integra en una celda de volumen o cuadrícula Ω
𝝏
𝝏𝒕∫ 𝑾𝒅𝜴
𝜴
+ ∫ 𝛁𝑭𝒅𝜴
𝜴
= ∫ 𝑺𝒅𝜴 (𝟐)
𝜴
En nuestro modelo de autómata celular W corresponde al volumen de agua almacenada en una
celda, el flujo F corresponde a la descarga total Q entre la celda i y las m celdas adyacentes,
por unidad de ancho. 1. Así, la ecuación (2) es discretizada para darnos la solución en una celda
i en el tiempo t+𝜟𝒕
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
119
𝑽𝒊𝒕+𝜟𝒕 = 𝑽𝒊
𝒕 + 𝜟𝒕 ∑ 𝑸𝒊�̈�𝒕
𝒎
𝒋=𝟏
+ 𝒒𝒕
Donde: Δt es la periodicidad, y q es la descarga total que entra o sale del dominio.
3. EXPERIMENTOS NUMÉRICOS
3.1. Simulaciones Preliminares
Comencemos mostrando el comportamiento del código considerando una situación simple, una
inundación que se extiende en una superficie plana, sin i nf i l t ra c i ó n . Supongamos que el
dominio hipotético de 2 km x 2 km cuadrados.
La Figura 3 muestra la inundación después de 50 iteraciones de tiempo, las condiciones iniciales
se pusieron a cero, 100 mm de agua se introdujo en el dominio computacional a través de agregar
esta cantidad de agua cada paso de tiempo a una célula en el centro del dominio.
Figura 3. Inundación en una superficie plana.
MODELO MATEMÁTICO PARA SIMULAR INUNDACIONES
120
Las Figuras 4, 5 y 6 muestran inundaciones en el mismo dominio computacional, excepto que
ahora incluimos una pendiente (el lado izquierdo está a 200 mts de altura y el lado derecho a cero
alturas). El agua drena por gravedad de izquierda a derecha. La pendiente es 5.7°.
Figura 4. Inundaciones en una superficie con pendiente.
La Figura 4 supone una condición inicial de 2000 mm localizada cerca del centro del dominio, en
cada iteración se añaden 100 mm en el mismo punto, se puede observar un flujo laminar. En la
Figura 5 se asume la misma condición inicial de 2000 mm, pero en cada iteración se añaden 2000
mm en el mismo punto. Se observó una transición de flujo laminar a turbulento. En la Figura 6 se
asume la condición inicial de 4000 mm y se añade la misma cantidad.
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
121
Figura 5. Inundaciones en una superficie con pendiente.
Figura 6. Inundaciones en una superficie con pendiente.
MODELO MATEMÁTICO PARA SIMULAR INUNDACIONES
122
Consideremos alguna simulación usando un dominio más realista. El dominio es un rectángulo de 3
km x3,14 km, está formado por una montaña, pendiente, llano y superficie del río. También hay un
pequeño valle cuadrado -500 ≤ x ≤-400, 1450 ≤ y ≤ 1550 (100 m x 100 m y 20 m de profundidad). La
Figura 7 muestra una vista bidimensional de este dominio.
Figura 7. Dominio de montaña / pendiente / llano / valle / río.
El valle se encuentra primero vacío, y las imágenes muestran después de un tiempo que se inunda.
La Figura 8 muestra una inundación después de 50 iteraciones, mientras que en la Figura 9 se
presenta el valle después de 100 iteraciones.
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
123
Figura 8. Inundaciones en una superficie (montaña / pendiente /llanuras / río), 50 iteraciones.
Figura 9 . Inundaciones en una superficie (montaña / ladera / llanuras / río), 100 iteraciones.
La Figura 10 muestra la inundación después de 150 iteraciones de tiempo. El agua drena cuesta
abajo por gravedad, tan pronto como el agua alcanza la superficie plana, reduce su velocidad, llena el
valle y continúa su camino hacia el río. No se asume la filtración, por lo que se observa un
desplazamiento superficial. La Figura 11 muestra la profundidad del agua en un punto de control
dentro del valle, durante 150 iteraciones de tiempo.
MODELO MATEMÁTICO PARA SIMULAR INUNDACIONES
124
Figura 10. Inundaciones en una superficie (montaña / pendiente / llanuras / río), 150 iteraciones.
Figura 11. Profundidad del agua en un punto de control 150 iteraciones.
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
125
Ahora consideremos dos casos de inundaciones, asumimos como condición inicial un río
parcialmente lleno que se muestra en la Figura 12. Ejecutamos nuestro código con dos escenarios
añadiendo agua por fuentes: en el primer caso consideramos una fuente de flujo de 200 mm
situada aguas arriba (cerca del punto (100,3140)) en el río, y un flujo de salida 50 mm aguas abajo
del río (cerca del punto (100, 0)), con estas condiciones pretendemos simular una situación
cuando un dique o una presa se rompe y una gran cantidad de agua se libera de repente.
Figura 12. Estado inicial.
La Figura 13 muestra una inundación desde el río que se desborda de sus orillas, después de 200
iteraciones de tiempo.
En nuestro segundo escenario de inundaciones, el flujo aguas arriba del río se fija igual al flujo
de salida aguas abajo, una fuente de agua de 200 mm está situada cuesta arriba, corriendo
agua y después de 200 iteraciones causa una inundación. La Figura 14 muestra la inundación del
flujo superficial.
MODELO MATEMÁTICO PARA SIMULAR INUNDACIONES
126
Figura 13. Inundaciones en el rio.
Figura 14. Las inundaciones provocadas por el escurrimiento de la superficie.
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
127
Área de la Subcuenca Clasificación del suelo para la zona de la subcuenca
Figura 15. Area de estudio, elevación y clasificación de tipo de suelo.
3.2. Simulaciones en el Área de la Subcuenca Jamapa
Consideremos el área de la subcuenca del río Jamapa, estado de Veracruz, México. La Figura 15
muestra el polígono que define esta área de estudio (superficie total 1.1011634823e08 m2) con una
elevación que varía de 0,2 m a 33,78 m de altura; También se presenta un mapa de clasificación del
tipo de suelo. El suelo se clasificó en cuatro tipos: 10, 40, 60 y 80. Lo que corresponde al
porcentaje de agua que cada tipo de suelo puede absorber. Se supone un nivel de 20 mm de
saturación del suelo en todo el dominio. Una malla de 275297 celdas triangulares se define con un
tamaño de borde máximo de 14,16 m y un área triangular media de 399,99 m2.
Una fuente con una intensidad de 500 mm está situada cerca del punto (800750,2109650) una con
fluencia de la vía fluvial. Las Figuras 16 y 17 muestran la evolución temporal del escenario de
inundación de la presa. El intervalo del tiempo es Δt = 4,5 segundos, la simulación de tiempo total
es de 3,7 horas.
Condición inicial 500 iteraciones de tiempo
Figura 16. Inundación de una fuente, simulando una ruptura de presa.
MODELO MATEMÁTICO PARA SIMULAR INUNDACIONES
128
1000 iteraciones de tiempo 3000 iteraciones de tiempo
Figura 17. Ruptura de presa de inundación.
En el caso de corrientes de flujo, se asume una precipitación constante modelada por fuentes de
10 mm de intensidad para todas las celdas situadas a la izquierda de la línea vertical x = 793000
(área azul mostrada en el marco izquierdo de la Figura 18. La precipitación constante de 1,8759 mm
/ min se asume para las primeras 500 iteraciones (4,44 horas) después de ese período de tiempo
que la lluvia se detiene. En este caso el intervalo de tiempo es Δt = 31,98 seg y el tiempo total de la
simulación es de 26 horas.
Las Figuras 18 y 19 muestran la evolución temporal de este escenario de inundación. Se asumieron
condiciones de límite fijo (Dirichlet), flujo de entrada y flujo de salida en el límite del dominio
computacional. Se presentaron dos escenarios de inundación: flujo desde un punto de origen
(ruptura de presa) y un área de precipitación (run off). En ambos escenarios se asume la absorción
y saturación del suelo.
Una iteración de tiempo 500 iteraciones de tiempo
Figura 18. Fuentes agregadas en un área específica, simulando flujo.
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
129
1500 iteraciones de tiempo 3000 iteraciones de tiempo
Figura 19. Simulación de fuentes y flujos que producen corrientes de inundación.
3.3. Discusión
Hagamos algunas observaciones sobre el enfoque propuesto de implementar un autómata celular
en cuadrículas trianguladas para modelar y simular inundaciones.
Nuestros experimentos numéricos preliminares se establecieron por primera vez en un hipotético
dominio de montaña / pendiente / llanuras / valle / río. La conservación de masas fue probada (la
cantidad de agua que entra en el dominio permanece durante la simulación suponiendo que no se
considera absorción), el comportamiento cualitativo de las zonas afectas por inundaciones: el
agua que fluye por las pendientes considerando flujo laminar y turbulento se reprodujo en por
estos experimentos numéricos. El código es robusto, por lo que se definió un polígono para el área
de la subcuenca del río Jamapa, se generó una malla triangular y se definieron los datos para la
elevación, clasificación del tipo de suelo, nivel inicial del río. Se asumieron tasas de filtración para
cuatro tipos de suelos y también un nivel máximo de saturación del suelo (Neri Flores et al. 2014).
Se deben realizar estudios adicionales para estimar los coeficientes de Manning y las tasas de
absorción, con el fin de obtener simulaciones más confiables para esta zona de la subcuenca del
río Jamapa. Los autómatas celulares de mallas triangulares no estructuradas son adecuados para
la diferente distribución geográfica, soportan datos tales como elevación, diferentes tipos de
terreno, que a veces se definen por ficheros TIN (red irregular triangular). Un TIN es una
representación basada en vectores de la superficie terrestre física o fondo del mar, compuesta de
nodos distribuidos irregularmente y líneas con coordenadas tridimensionales que están dispuestas
en una red de triángulos que no se superponen. Además, es posible acoplar el autómata celular ya
sea a volumen finito o elementos finitos en mallas triangulares no estructurados.
MODELO MATEMÁTICO PARA SIMULAR INUNDACIONES
130
4. CONCLUSIONES
Hemos propuesto el uso de células autómatas no estructurado de cuadrícula triangulada para
modelar y simular corrientes o flujos de inundación. Los experimentos numéricos preliminares
reprodujeron el comportamiento cualitativo de la inundación en dos escenarios: escurrimiento y
ruptura de la presa.
Se probó la conservación de masa, las aguas se mueven por valles de inundación por gravedad y se
ejecutan cuesta abajo en rangos de flujo laminar y turbulento; la absorción de agua y la saturación
del suelo se asumieron en este modelo. El código de autómatas celulares se implementó en C ++,
las ejecuciones en serie del código se realizaron en una estación de trabajo de 8 procesadores CPU
Intel Core 2.90GHz. El tiempo de ejecución máximo del código de serie para las 3000 iteraciones
fue de 51,22 segundos, actualmente se está construyendo una versión OpenMp con el fin de
reducir los tiempos de ejecución. Como investigación futura, es obligatorio utilizar datos
experimentales e históricos para calibrar el modelo con el fin de reproducir los desastres reales de
inundaciones de inundaciones pasadas y simular desastres futuros.
5. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
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available at http : //www.impact − project.net/cd/papers/print/008 pr02−05−16 IMP ACT
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Models, and FractalsMassachussets: The MIT Press.
Cirbus, J. & Podhoranyi, M. (2013). Cellular Automata for the Flow Simulations on the Earth
Surface, Optimization Computation Process, Appl. Math. Sci. 7(6) pp. 2149-2158.
DEAD. (2009). Review of 2D hydraulic modelling packages, Defra Environment Agency,Desktop.
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Deutsch A. & Dormann S. (2005). Cellular Automaton Modeling Of Biological Pattern Formation:
Characterization, Birkhauser Boston: Applications, And Analysis.
Dottori, F. & Todini, E. (2011). Developments of a flood inundation model based on the cellular
automata approach: Testing different methods to improve model performance. Journal
Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C. 36(7-8) pp 266 – 280.
Dunn, A. (2010). Hierarchical Cellular Automata Methods, Simulating Complex Systems by Cellular
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Holland E. P., Aegerter J.N., Dytham, C. & Smith G. C. (2007). Landscape as a Model: The
Importance of Geometry, PLoS Comput Biol., 3(10): pp.200.
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
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Liu, L., Liu, Y., Wang, X., Yu, D., Liu, K., Huang, H. & Hu, G. (2015). Developing an effective 2-D urban
flood inundation model for city emergency management based on cellular automata. Journal
of Natural Hazards and Earth System Science, 15(3) pp. 381- 391.
Neri Flores, I., Escolero Fuentes, O., Pérez Torres, S., Riquer Trujillo, G. (2014). Inundaciones por
agua subterráanea en zonas costeras. Caso de estudio: acuífero de Veracruz. Boletín de la
Sociedad Geológica Mexicana, 66(2) pp. 247-261.
Ortigoza G. (2015). Unstructured Triangular Cellular Automata for Modeling Geographic Spread,
Journal of Mathematical and Computer Modelling, Elseiver, (258) pp. 520-536.
Sloot P. & Hoekstra A. G. (2002). Cellular Automata as a Mesoscopic Approach to Model and
Simulate Complex Systems, Berlin Heidelberg: Springer.
Wolfram S., A New Kind of Science, Wolfram Media. Recuperado de
http://www.wolframscience.com/nksonline/toc.html
ESTRATEGIA PARA INTEGRAR PROGRAMAS MUNICIPALES DE EDUCACIÓN AMBIENTAL
132
Capítulo 8.
ESTRATEGIA PARA INTEGRAR PROGRAMAS MUNICIPALES
DE EDUCACIÓN AMBIENTAL: CASO DE LA ZONA CENTRAL
DEL ESTADO DE VERACRUZ
María de los Ángeles Chamorro Zárate Facultad de Biología, Universidad Veracruzana, Zona Universitaria S/N, 91040, Xalapa, Ver., México. [email protected]
RESUMEN
Se presenta una estrategia para integrar Programas Municipales de Educación Ambiental,
tomando como referencia su incorporación en la política ambiental y en la legislación ambiental
federal y estatal. La estrategia se ha diseñado para implementar estos instrumentos de planeación
desde el ámbito local. Destacando la importancia de la participación y colaboración de los
diferentes sectores de la población para implementar proyectos de Educación Ambiental que
contribuyan en la formación, capacitación y comunicación de información ambiental. La estrategia
está sustentada en diagnósticos participativos realizados en municipios de la zona centro del
estado de Veracruz.
Palabras clave: Política, legislación participación, estrategias de educación ambiental.
ABSTRACT
A strategy for integrating municipal environmental education programs is presented, with
reference to its incorporation in environmental policy and environmental legislation at Federal and
State levels. The strategy has been designed to implement these instruments of planning from the
local level. It is stressing the importance of the participation and collaboration of the different
sectors of the population to implement environmental education projects that contribute to the
formation, training, and communication of environmental information. The strategy is supported
by participatory diagnoses carried out in municipalities of the central part of the State of Veracruz,
Mexico.
Keywords: Policy, legislation participation, environmental education strategies.
1. INTRODUCCIÓN
La transición hacia un desarrollo sustentable implica cambios en la relación sociedad y medio
ambiente, por ejemplo, satisfacer las necesidades de la población a través de un equilibrio entre
las actividades productivas y el manejo sustentable de los recursos naturales. Para alcanzar esto,
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
133
se requiere aplicar políticas públicas que respondan a las necesidades de la población, destacando
la corresponsabilidad entre gobierno y sociedad, además, es imprescindible emprender proyectos
de Educación Ambiental desde el ámbito local para promover la participación conjunta entre
autoridades y sociedad en acciones orientadas a promover el manejo sustentable de los recursos
naturales y atender los problemas ambientales.
En nuestro país, el municipio es la base de la organización política, por ello la legislación ambiental
le ha conferido atribuciones para formular su política ambiental, desarrollar programas orientados
a prevenir y combatir la contaminación, aprovechar racionalmente los recursos naturales, proteger
los ecosistemas, informar a la población sobre temas ambientales, instalar una Dirección Municipal
de Ecología y una Comisión Municipal de Ecología para impulsar la participación de representantes
de todos los sectores de la población en acciones orientadas a la conservación del medio
ambiente.
Cabe mencionar que en los municipios tienen incidencia las políticas ambientales aplicadas desde
la Federación por parte de la Secretaría de Medio Ambiente y recursos Naturales (SEMARNAT) y
desde el Estado por parte de la Secretaría de Medio Ambiente (SEDEMA).
A nivel municipal, corresponde a la Dirección Municipal de Ecología, o en caso de no existir, a las
Regidurías relacionadas con el medio ambiente, formular y aplicar la política ambiental en el
ámbito local. Para responder a las necesidades en materia ambiental, se esperaría que como parte
de la política pública ambiental en los municipios estuviera incorporada la Educación Ambiental.
No obstante, en municipios de la zona centro del estado de Veracruz, aún no se han dado las
condiciones para incorporar la Educación Ambiental de manera eficiente en la política ambiental;
en algunos casos porque no se cuenta con una Dirección Municipal de Ecología, en otros porque
no se ha incorporado en el Plan Municipal de Desarrollo.
A través del presente escrito se identifican los avances y los retos pendientes de la Educación
Ambiental como parte de la política ambiental en municipios de la zona centro del estado de
Veracruz, tomando como base una revisión documental sobre Educación Ambiental y su relación
con política, legislación ambiental, administración y sistema educativo en los últimos cuarenta
años a nivel nacional. Además de sustentar el diseño de estrategias para incorporar la Educación
Ambiental en la política pública ambiental a través de Programas Municipales de Educación
Ambiental.
1.1. Antecedentes
Desde la década de 1970 se generalizó el interés internacional por analizar las causas de los
problemas ambientales generados por el incremento de los niveles de contaminación y la
acelerada degradación de los recursos naturales, generando opiniones críticas sobre el futuro de
ESTRATEGIA PARA INTEGRAR PROGRAMAS MUNICIPALES DE EDUCACIÓN AMBIENTAL
134
la humanidad, por ello se consideró la necesidad de emitir acuerdos y documentos para influir en
las políticas ambientales de los países participantes en las reuniones.
En 1972 en el marco de la Primera Conferencia sobre Medio Ambiente Humano realizada en
Estocolmo, Suecia surgió la Educación Ambiental como una respuesta a la crisis ambiental,
adquiriendo reconocimiento internacional a través de la Declaración de Estocolmo, la cual enuncia
en sus principios 19 y 20 (ONU, 1972):
«Es indispensable una labor de educación en cuestiones ambientales, dirigida tanto a las
generaciones jóvenes como a los adultos, y que preste la debida atención al sector de la población
menos privilegiada, para ensanchar las bases de una opinión pública bien informada y de una
conducta de los individuos, de las empresas y de las colectividades, inspirada en el sentido de
responsabilidad en cuanto a la protección del medio en toda su dimensión humana. Es también
esencial que los medios de comunicación de masas eviten contribuir al deterioro del medio humano y
difundan, por el contrario, información de carácter educativo sobre la necesidad de protegerlo y
mejorarlo, a fin de que el hombre pueda desarrollarse en todos los aspectos».
En 1977 en la Conferencia Intergubernamental de Educación Ambiental en Tbilisi, Georgia se
establecieron sus principios básicos (SEMARNAT, 2004):
Considerar al medio ambiente en su totalidad.
Construir un proceso continuo y permanente.
Aplicar un enfoque interdisciplinario.
Examinar las principales cuestiones ambientales desde los puntos de vista local, nacional,
regional e internacional.
Concentrarse en las actuales situaciones ambientales y en las que pueden presentarse.
Insistir en el valor y la necesidad de la cooperación local, nacional, internacional para
prevenir y resolver los problemas ambientales.
Considerar de manera explícita los aspectos ambientales en los planes de desarrollo y de
crecimiento.
Hacer participar a los alumnos en la organización de sus experiencias de aprendizaje y
darles la oportunidad de tomar decisiones.
Establecer una relación entre los alumnos, y la sensibilización por el medio ambiente a
través de la adquisición de conocimientos, actitudes y valores.
Ayudar a los alumnos a descubrir los síntomas y las causas de los problemas ambientales.
Subrayar la complejidad de los problemas ambientales.
Utilizar diversos ambientes educativos y una amplia gama de métodos para comunicar y
adquirir conocimientos sobre el medio ambiente.
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
135
En 1983, la Asamblea General de la Organización de las Naciones Unidas conformó la Comisión
Mundial de Medio Ambiente y Desarrollo, para analizar la relación entre medio ambiente y
desarrollo, y lo concerniente a la incorporación de políticas de control ambiental para la protección
de la capa de ozono, el control de desechos tóxicos. Con los resultados obtenidos, se reconoció la
necesidad de formular propuestas para abordar la problemática ambiental, promover la
cooperación internacional, contribuir a desarrollar una conciencia en la sociedad sobre su relación
con el medio ambiente, proyectar estrategias de conservación en el corto, mediano y largo plazo
(ONU-CINU).
En 1987 la Comisión Mundial de Medio Ambiente y Desarrollo publicó en el informe Bruntland los
resultados del análisis de la relación entre problemas ambientales y modelos de desarrollo. Con
esta información, se vislumbró la necesidad de aplicar estrategias para impulsar el desarrollo
social y económico de las generaciones actuales y futuras conservando los recursos naturales,
incluyendo por primera vez el concepto de desarrollo sustentable, y se reconoció la conveniencia
de incorporarlo como eje articulador de los modelos de desarrollo y de conservación del medio
ambiente.
En 1992 en la Conferencia de las Naciones Unidas sobre Medio ambiente y Desarrollo, realizada en
Río de Janeiro, Brasil, se destacó la necesidad de vincular la sustentabilidad con la superación de
problemas económicos y sociales. Los objetivos de esta reunión fueron impulsar un equilibrio
entre las necesidades económicas, sociales y ambientales de las generaciones presentes y futuras;
sentar las bases para una asociación entre países desarrollados y en desarrollo, así como entre
gobiernos y sociedad civil, atendiendo a las necesidades e intereses comunes (ONU).
En esta Conferencia se generó la Agenda XXI, documento que recomienda integrar el medio
ambiente en las políticas sectoriales, aplicar la ciencia y tecnología para atender los problemas
ambientales, impulsar la participación de la sociedad, además de reconocer la necesidad de
emprender iniciativas por parte de las autoridades locales para transitar hacia el desarrollo
sustentable (Agenda 21).
El Capítulo 36 de la Agenda 21 recomienda reorientar la educación hacia el desarrollo sustentable,
incorporando aspectos sociales, culturales y de desarrollo humano; informar a la población sobre
las características del ambiente físico y de la biodiversidad, para aumentar la conciencia del
público, pues reconoce que el manejo del medio ambiente resulta más efectivo cuando se cuenta
con la participación de una sociedad informada y capacitada para la toma de decisiones y en la
realización de acciones. En este contexto surgió la necesidad de encontrar un nicho adecuado para
la Educación Ambiental (Sauvé, 1999).
En relación a los municipios y las ciudades, en la Agenda XXI se propuso convocar a los
responsables de la política ambiental del ámbito local para integrar una Agenda XXI local,
ESTRATEGIA PARA INTEGRAR PROGRAMAS MUNICIPALES DE EDUCACIÓN AMBIENTAL
136
recomendando integrar en dicho documento las acciones a seguir desde el ámbito municipal para
transitar hacia el desarrollo sustentable (Agenda 21).
En 1992 en el Foro Global Ciudadano de Río de Janeiro se integró el Tratado de Educación
Ambiental hacia Sociedades Sustentables y de Responsabilidad Global, en el cual se reconoce a la
Educación como un derecho de todo individuo basada en un pensamiento crítico e innovador, con
una perspectiva holística y orientada a tratar las causas de situaciones globales críticas y la
promoción de cambios democráticos.
Estos eventos internacionales han influido en la política y legislación ambiental en el contexto
nacional, por ejemplo, en el Plan Nacional de Desarrollo 1983-88 se incorporó por primera vez el
tema de medio ambiente y con ello se aplicaron acciones que incidieron en la reestructuración de
dependencias de la administración pública. Durante la década de 1990 dependencias de la
administración pública iniciaron la integración de Estrategias de Educación Ambiental, y como
parte del Plan Nacional de Desarrollo 1995-2000 se integró por primera vez el Programa Sectorial
de Medio Ambiente. En el 2000 el Gobierno Federal estableció el Compromiso Nacional para el
Decenio de la Educación para el Desarrollo Sostenible, asimismo en 1994 se conformó la Secretaría
de Medio Ambiente, Recursos Naturales y Pesca (SEMARNAP), la cual se transformó en el 2000 en
Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales (SEMARNAT).
En el Plan Nacional de Desarrollo 2007-2012 se incluyó el capítulo de Sustentabilidad Ambiental, el
cual destaca la importancia de la Gestión y Educación Ambiental como parte de la política pública.
Para atender la política en materia ambiental, en el estado de Veracruz en la década de 1970 se
conformó la Dirección General de Asuntos Ecológicos, la cual en 1980 se transformó en
Subsecretaría de Medio Ambiente, en el 2000 pasó a ser Coordinación Estatal de Medio Ambiente
y en el 2011 se constituyó como Secretaría de Medio Ambiente. En el 2004 la publicación la
Estrategia Veracruzana de Educación Ambiental (EVEA) se reconoció la importancia de la
Educación Ambiental para impulsar el desarrollo y a través de un diagnóstico participativo
realizado en todo el estado se identificaron fortalezas y debilidades, y se definieron líneas
estratégicas para fortalecer la Educación Ambiental.
En el marco de estas líneas estratégicas, con la finalidad de emprender acciones desde el ámbito
local, desde 2007 se ha aplicado como una Estrategia para fortalecer la Educación Ambiental en los
municipios, un taller para integrar Programas Municipales de Educación Ambiental, a través de
diagnósticos participativos se han identificado las principales necesidades sociales, ambientales,
económicas en municipios, se han propuesto proyectos para atenderlas y contribuir a impulsar el
desarrollo local, así como temas de capacitación y comunicación para informar, formar y capacitar
a la población en acciones orientadas, al cuidado del medio ambiente, a desarrollar capacidades
para participar en la toma de decisiones. Por ello, durante la integración de los Programas
Municipales de Educación Ambiental los diagnósticos participativos han contado opiniones
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
137
emitidas por representantes de diversos sectores de la población, en relación a la situación
ambiental, los principales problemas ambientales que identifican y sus propuestas en cuanto a las
actividades de Educación Ambiental a desarrollar, indicando la participación individual y colectiva
que estas requieren, así como la colaboración con instituciones educativas y dependencias de la
administración pública.
2. CONDICIONES SOCIALES Y AMBIENTALES DE MUNICIPIOS DE LA ZONA CENTRO DE VERACRUZ
Para llevar a cabo intervenciones de Educación Ambiental, es necesario considerar aspectos
sociales, ambientales que caracterizan a las comunidades, el estado de Veracruz presenta una
amplia biodiversidad y diversidad cultural, por lo cual es importante caracterizar aspectos sociales,
ambientales para aplicar las estrategias de Educación Ambiental, por ejemplo, el 40% de la
población se encuentra distribuida en localidades con menos de 1000 habitantes, particularmente
en 21 de los municipios visitados hay entre 26 y 100 localidades con menos de 1000 habitantes; no
todos los municipios cuentan con instituciones educativas de nivel medio superior y superior.
En cuanto a aspectos ambientales, la entidad veracruzana ofrece condiciones geográficas y
climáticas para la existencia de una biodiversidad amplia distribuida tanto en ecosistemas de
montaña como en ecosistemas de costa, así como la presencia de especies endémicas.
2.1. Diagnóstico
Como resultado del diagnóstico participativo realizado con representantes de administraciones
municipales, se ubicaron en cinco Regiones (Capital, Las Montañas, Sotavento, Los Tuxtlas y
Nautla) en cada una los participantes identificaron los principales problemas ambientales tales
como contaminación de cuerpos de agua por descargas de aguas residuales debido a la falta de
plantas de tratamiento y de drenaje, aumento en la generación de basura; contaminación del aire
por las emisiones de vehículos automotores y de transporte público, deforestación y cambio de
uso del suelo por aumento del área urbana, (nuevos fraccionamientos, unidades habitacionales,
oficinas,…). En la Tabla 1 se indican los principales problemas ambientales identificados por los
participantes en cada Región, mencionados durante el taller Programas Municipales de Educación
Ambiental.
En la Región Capital se presentan problemas ambientales derivados del aumento en la generación
de basura, pues se estima que en los 29 tiraderos de basura a cielo abierto y los tres rellenos
sanitarios de la región se depositan 302 mil toneladas anuales (726 gramos de basura generados
por persona al día). En cuanto a actividades de gestión ambiental realizadas, destacan en 2009
reforestación de 7,336 hectáreas en municipios de esta región, así como la instalación de 30
plantas de tratamiento de aguas residuales. En esta región se ubica un área natural protegida de
ESTRATEGIA PARA INTEGRAR PROGRAMAS MUNICIPALES DE EDUCACIÓN AMBIENTAL
138
competencia federal, el Parque Nacional Cofre de Perote, diez áreas naturales protegidas de
competencia estatal.
Región Municipio Principales ríos Principales problemas ambientales
Capital Alto Lucero Actopan Acajete Banderilla Coacoatzintla Coatepec Cosautlán de Carvajal Emiliano Zapata Ixhuacán de los Reyes Jalcomulco Jilotepec Las Minas Las Vigas de Ramírez Miahuatlán Naolinco Perote Rafael Lucio Teocelo Tepetlán Tlacolulan Tlalnelhuayocan Xalapa Xico
La Antigua Actopan Pescados
Hay tiraderos de basura a cielo abierto Aumento en la generación de basura y manejo inadecuado por no contar con espacios para disposición adecuada Falta de cultura de separación de residuos sólidos Contaminación de ríos y arroyos por basura y aguas residuales Disminución de cuerpos de agua Pérdida de suelo Faltan plantas de tratamiento de aguas residuales y de drenajes Deforestación, extracción de especies endémicas Contaminación del aire Poca difusión de temas ambientales Falta de presupuesto para realizar actividades de Educación Ambiental Disminución de la calidad del agua y del suelo Pérdida de especies
Las Montañas
Atoyac Córdoba Coscomatepec Fortín de las Flores Huatusco
Jamapa Blanco Atoyac
Tiraderos de basura a cielo abierto Aumento en la generación de basura Contaminación de ríos y arroyos por descargas de aguas residuales Contaminación de suelos por fertilizantes Contaminación del aire por emisiones de los ingenios, quema de cañales, vehículos Falta de espacios para disposición final de residuos sólidos Cambio de uso del suelo por aumento de la mancha urbana Desplazamiento de fauna a zonas urbanas Pocos espacios destinados a áreas verdes Deforestación
Sotavento Boca del Río Cotaxtla Ignacio de la Llave Jamapa
La Antigua Jamapa Mandinga Grande Alvarado Papaploapan
Tiraderos de basura a cielo abierto Cambio de uso del suelo por aumento de la mancha urbana Contaminación de playas por falta de plantas de tratamiento de aguas residuales Aumento en la generación de basura Pocos espacios destinados a áreas verdes.
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
139
Nautla Juchique de Ferrer Vega de Alatorre
Nautla Bobos Misantla Filobobos
Aumento en la generación de basura, Contaminación de cuerpos de agua, Deforestación.
Los Tuxtlas
San Andrés Tuxtla San Juan Grande de Catemaco Coxcoapan Coetzala Ahuacapan Hueyapan
Contaminación de agua por descargas de aguas residuales Falta de plantas de tratamiento de agua Contaminación del aire por quema de basura y pastizales Cambio de uso de suelo para actividades agropecuaria Aplicación excesiva de agroquímicos Aumento en la generación de basura Falta de contenedores de basura; Deforestación Pérdida de especies Falta de planificación, información y aplicación de un ordenamiento territorial Disminución de cuerpos de agua.
Tabla 1. Principales problemas ambientales identificados por participantes en el taller Programas
Municipales de Educación Ambiental.
En la Región Las Montañas se identificaron problemas ambientales derivados del aumento en la
generación de basura, pues se estima que en los 41 tiraderos de basura a cielo abierto y el relleno
sanitario de la región se depositan 330 mil toneladas anuales (645 gramos de basura generados
por persona al día). En cuanto a actividades de gestión ambiental realizadas, destacan en 2009
reforestación de 5,690 hectáreas en municipios de esta región y la instalación de 46 plantas de
tratamiento de aguas residuales (Gobierno del estado de Veracruz, 2011).
Las principales actividades productivas están representadas por agricultura y ganadería, en esta
región se ubican dos áreas naturales protegidas de competencia federal Parque Nacional Pico de
Orizaba y Cañón de Río Blanco.
También se integró el Programa de Manejo del área natural protegida Parque Nacional Pico de
Orizaba.
En la Región Sotavento se presentan problemas ambientales relacionados con el aumento en la
generación de basura, pues se estima que en los 11 tiraderos de basura a cielo abierto y el relleno
sanitario de la región, se depositan 411 mil toneladas anuales (1,156 gramos de basura generados
por persona al día). Referente a actividades de gestión ambiental destaca en 2009 la reforestación
de 117 hectáreas en municipios de esta región, la instalación de 43 plantas de tratamiento de aguas
residuales y de un relleno sanitario (Gobierno del estado de Veracruz, 2011).
Las principales actividades productivas son agricultura y ganadería; en esta región se ubica el
Parque Nacional Sistema Arrecifal Veracruzano, así como dos áreas naturales protegidas de
competencia estatal.
ESTRATEGIA PARA INTEGRAR PROGRAMAS MUNICIPALES DE EDUCACIÓN AMBIENTAL
140
En la Región Los Tuxtlas se identificaron problemas ambientales ocasionados por el aumento en la
generación de basura ya que en los 20 depósitos de basura ubicados en la región se depositan 77
mil toneladas anuales (694 gramos de basura generados por persona al día) Referente a
actividades de gestión ambiental destaca en 2009 la reforestación de 697 hectáreas en municipios
de esta región, cabe mencionar que el 5.4% del territorio de esta región aún presenta selva, ya que
se ubica la Reserva de la Biosfera Los Tuxtlas, no obstante, también está siendo afectada por
problemas de deforestación, pues se ha perdido gran parte de la cubierta forestal, quedando
reducida a fragmentos de vegetación natural (Gobierno del estado de Veracruz, 2011).
En la Región Nautla se presentan problemas ocasionados por el aumento en la generación de
basura ya que en los nueve tiraderos de basura a cielo abierto y dos rellenos sanitarios ubicados
en la región se depositan 151 mil toneladas anuales (738 gramos de basura generados por persona
al día). Acerca de las actividades de gestión ambiental destaca en 2009 la reforestación de 815
hectáreas en municipios de esta región, cabe mencionar que aquí se ubica un área sujeta a
conservación ecológica el Río Filobobos la cual es de competencia estatal (Gobierno del estado de
Veracruz, 2011). En esta Región se ubican dos áreas naturales protegidas de competencia estatal.
La caracterización de aspectos sociales y ambientales en los municipios de la zona centro del
estado de Veracruz, contribuye en la planeación de los proyectos de Educación Ambiental a
implementar. Por ejemplo, la falta de planeación del territorio, ha generado problemas de
contaminación, pues al analizar la distribución de la población en los municipios, se aprecia la
dispersión que la caracteriza, pues el 40% habita en pequeñas localidades, lo cual dificulta a los
ayuntamientos la dotación de servicios básicos, como es el servicio de limpia pública que al ser
esporádico en las pequeñas localidades rurales, genera problemas con el manejo de la basura
(quema, acumulación, tiraderos a cielo abierto,…). Además, la falta de una instancia administrativa
encargada de aplicar la política ambiental en varios de los Ayuntamientos ha repercutido en el
desarrollo de la Educación Ambiental.
3. EDUCACIÓN AMBIENTAL EN MUNICIPIOS
Uno de los principales retos de la Educación Ambiental en aplicar acciones desde el ámbito local
que respondan a la situación de las localidades y municipios, al respecto, se han considerado las
opiniones de representantes de distintos sectores de la población de municipios de la zona centro
del estado, en relación a las actividades de Educación Ambiental que han emprendido para
atender los problemas ambientales en localidades y municipios de la zona centro del estado de
Veracruz, en colaboración con instituciones educativas, dependencias de la administración pública
y población, en la Figura 1 se muestran las actividades registradas.
En la Figura 2 se muestran los temas abordados en las actividades de Educación Ambiental.
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
141
Figura 1. Actividades de Educación Ambiental en Municipios.
Figura 2. Temas abordados en las actividades de Educación Ambiental.
En relación a las actividades de Educación Ambiental realizadas en los municipios se identifica que
los principales temas abordados son: separación de residuos sólidos, cultura del agua,
reforestación, rescate de cuerpos de agua, conservación de la biodiversidad. Las actividades
realizadas fueron resultado del interés de las autoridades municipales por atender la situación
ambiental local. En municipios con pocas actividades de Educación Ambiental se nota la falta de
una instancia administrativa municipal encargada de formular la política ambiental local. El bajo
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Total de Actividadespor Municipio
Series1, Separación de basura, 36, 21%
Series1, Reciclaje de materiales, 27, 16%
Series1, Cultura del agua, 16, 9%
Series1, Manejo de residuos
orgánicos, 3, 2%
Series1, Conservación y protección de fauna,
4, 2%
Series1, Reforestación, 25,
14%
Series1, Programa de Playas limpias, 4, 2%
Series1, Rescate de
Ríos, 11, 6%
Series1, Cursos de Educación Ambiental,
28, 16%
Series1, Actividades de difusión , 20, 12%
Predominancia de Actividades de Educación Ambiental en la región de estudio.
ESTRATEGIA PARA INTEGRAR PROGRAMAS MUNICIPALES DE EDUCACIÓN AMBIENTAL
142
registro de actividades de Educación Ambiental en los municipios reflejan la falta de aplicación de
una política pública eficiente en esta temática.
3.1. Una Estrategia para Fortalecer la Educación Ambiental en Municipios
La integración de Programas Municipales de Educación Ambiental, ha constituido una estrategia
que se ha aplicado para fortalecer la Educación Ambiental en los municipios, a través de esta se
han integrado instrumentos de planeación estructurados a partir de diagnósticos participativos
sobre la situación ambiental local y las opiniones de representantes de distintos sectores de la
población en relación a las estrategias para identificar la situación ambiental a atender, así como
los compromisos de participación en acciones de formación, capacitación y comunicación de
información ambiental, en colaboración con dependencias de la administración pública,
instituciones educativas y sociedad.
Cada Programa Municipal de Educación Ambiental constituye un instrumento de planeación que
contiene las estrategias a implementar en el corto, mediano y largo plazo para atender la situación
ambiental en cada municipio, y se encuentra enmarcado en las políticas federales y estatales.
Contiene los proyectos y actividades producto de los diagnósticos participativos que incluyen la
participación de representantes de diversos sectores de la población. Los proyectos de Educación
Ambiental a desarrollarse en cada municipio se encuentran enmarcados en las Líneas de formación
ambiental, capacitación en materia ambiental, comunicación y difusión de información ambiental,
formación ambiental, política y legislación ambiental.
En este contexto, al incorporar la Educación Ambiental en la política pública se promueva la
colaboración y la participación de representantes de todos los sectores de la población para
atender los problemas ambientales, desarrollando capacidades, competencias para la toma de
decisiones y la autogestión del territorio.
4. CONCLUSIONES
La Educación Ambiental en los municipios debe estar incorporada en las políticas públicas que
respondan a las necesidades la población, estructurando proyectos emblemáticos, por ejemplo,
Manejo de residuos sólidos: Iniciar desde la administración municipal el pilotaje en zonas
estratégicas de las ciudades para informar a la población y solicitar su participación en la
separación de residuos sólidos.
Desarrollar una estrategia para conservar el recurso hídrico, implementando sistemas de captación
de agua de lluvia, informando a la población sobre el consumo responsable.
Aplicar estrategias para formar una cultura ambiental en la población orientada al consumo
responsable, separación de residuos sólidos, conservación de áreas verdes
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
143
Actualizar los Reglamentos de Medio ambiente y Limpia pública para respaldar las acciones a
implementar en las localidades urbanas y rurales.
Comunicar las actividades en materia ambiental a realizar desde la administración municipal. Entre
los retos actuales de la Educación Ambiental en nuestro país, se pueden mencionar:
Aplicar Programas Municipales de Educación Ambiental orientados a atender necesidades locales
Integrar una política pública eficiente para fortalecer la Educación Ambiental basada en la
articulación de proyectos
Garantizar el acceso a la información ambiental a todos los sectores de la sociedad
Asegurar el financiamiento para aplicar los proyectos de Educación Ambiental que la sociedad
requiere
Fortalecer la formación ambiental de estudiantes de todos los niveles educativos
Impulsar la capacitación en materia ambiental al personal de escuelas, servidores públicos, amas de
casa, productores, empresarios
Promover la colaboración entre dependencias de la administración pública, instituciones educativas
y sociedad para aplicar los proyectos de Educación Ambiental
Sistematizar resultados permite analizar el impacto de la EA sobre los problemas ambientales
Los indicadores aportan información para incidir en políticas públicas
Documentar las experiencias de EA permite difundir los beneficios obtenidos
5. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Agenda 21, Acuerdos internacionales. Conferencia de las Naciones Unidas sobre el medio
ambiente y el desarrollo. Río de Janeiro, República Federativa de Brasil, junio de 1992.
Recuperado de: http://www.medioambiente.gov.acuerdos/convenciones/rio92/agenda21
Gobierno del estado de Veracruz. (2011). Plan Veracruzano de Desarrollo. Estudios regionales para
la planeación. Región Capital, Región Las Montañas, Región Los Tuxtlas, Región Nautla,
Región Sotavento.
ONU. Organización de las Naciones Unidas. Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Medio
Ambiente y el Desarrollo. Recuperado de:
http://www.un.org/spanish/conferences/cumbre&5.htm
ONU-CINU. Organización de las Naciones Unidas. Centro de información. Medio ambiente y
desarrollo. Recuperado de: http://www.cinu.org.mx/des_sost.htm
ONU (1972). Organización de las Naciones Unidas. Declaración de Estocolmo sobre el Medio
Ambiente Humano. Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Medio Ambiente Humano,
16 de junio de 1972. Recuperado de:
http://www.ordenjuridico.gob.mx/TratInt/Derechos%20Humanos/INST%2005.pdf
ESTRATEGIA PARA INTEGRAR PROGRAMAS MUNICIPALES DE EDUCACIÓN AMBIENTAL
144
Sauvé, L. (1999). La Educación Ambiental entre la modernidad y la posmodernidad: en busca de un
marco de referencia educativo integrador. Antología, México: Seminario Universidad
Pedagógica Veracruzana.
SEMARNAT. (2004). Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales, Secretaría de Desarrollo
Regional, Universidad Veracruzana, Secretaría de Educación de Veracruz. Estrategia
Veracruzana de Educación Ambiental. Xalapa, Ver.
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
145
RESCATE DE ESPECIES VEGETALES CON RELEVANCIA BIOCULTURAL
146
Capítulo 9.
RESCATE DE ESPECIES VEGETALES CON RELEVANCIA BIOCULTURAL:
UNA OPORTUNIDAD PARA PROMOVER LA RESILIENCIA AMBIENTAL
EN EL MUNICIPIO DE SAN RAFAEL, VERACRUZ
Eduardo Gutiérrez-Morín1, Enrique Hipólito-Romero2
1Universidad Veracruzana, Lomas del Estadio s/n. Col. Zona Universitaria, C.P. 91000, Xalapa, Ver., México. [email protected] 2 Universidad Veracruzana, Cuerpo Académico Manejo y Conservación de Recursos Bioculturales, Centro de EcoAlfabetización y Diálogo de Saberes. [email protected]
RESUMEN
En el trópico mexicano se ha dado un abandono de las prácticas mediante el uso de sistemas
agroforestales. La implementación de sistemas de monocultivos ha propiciado la pérdida de los
recursos naturales, entre los que se pueden encontrar las especies bioculturales, las cuales que
desde épocas prehispánicas se desarrollaron en sistemas agroecológicos, con alto valor ecológico,
cultural y económico. El presente trabajo plantea una estrategia generadora de conocimiento
socialmente útil, con el objetivo de rescatar los saberes tradicionales darles un enfoque innovador
que favorezcan la seguridad alimentaria, un ingreso adicional, el rescate de la cultura y la
preservación de la diversidad de especies de distintos estratos arbóreos. La zona de estudio
comprende una mezcla de cultura totonaca – francesa que ha explotado los recursos naturales
con sus consecuentes alteraciones en el ambiente. Los resultados denotan que el desarrollo
socioeconómico de los procesos agropecuarios y los fenómenos naturales son la causa de
modificación del territorio, las variables ambientales presentan comportamientos anuales
similares con una tendencia al aumento de temperatura y precipitación. La mayor superficie
municipal se destina para la agricultura de temporal/riego y potreros para la ganadería, en las
cuales se presentan fragmentos de vegetación original con gran diversidad de especies, en
algunos casos relegadas a los traspatios, por lo cual resulta fundamental la incorporación de estos
recursos culturalmente valiosos y pertinentes a los sistemas agropecuarios.
Palabras clave: Recursos bioculturales, agroecología, biodiversidad, desarrollo sustentable.
ABSTRACT
Mexican tropical areas have been abandoned from the practice of agroforestal systems. The
implementation of single crops systems have promoted the loss of natural resources, including
some bio-cultural species linked to the development of prehispanic agricultural systems of
ecological, cultural an economical relevance. The present work proposes a strategy for generating
knowledge which can be socially applicable, aimed to the rescue of traditional knowledge and
redirecting it to an innovative way for ensuring food, generating an extra income, and for the
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
147
rescue of traditions and the preservation of the species diversity from different arboreal strata.
The area of study comprehends a mixture of Totonaca and French influenced regions, which have
been exploiting the natural resources with their consequent alterations to the environment. The
results reveal that the main factors of territory modification are the social and economic
development in the agricultural processes, as well as the natural weather conditions which have
presented similar yearly variations, and tending to increase in temperature and precipitation. Most
of the territorial soil is destined to seasonal/irrigation agriculture and pasture for livestock, where
fragments of original vegetation can still be found in great diversity, sometimes relegated to
backyards and home gardens, reason to consider the incorporation of these culturally valuable
resources as an essential task as well as relevant to current agricultural systems.
Key Words: Bio-cultural resources, agroecology, biodiversity, sustainable development.
1. INTRODUCCIÓN
México es considerado un país megadiverso, pues alberga casi el 70% de la diversidad mundial de
especies (CONABIO, 2014). La mayor concentración de su diversidad se encuentra en los estados
de Chiapas, Oaxaca y Veracruz (Zedowski, 1991). Este último cuenta con una superficie de
71,820.40 km2, equivalente al 3.7 % del territorio del país, que por sus condiciones geográficas se
presentan una gran variedad de alturas, suelos y climas, cada una con su riqueza biológica (INEGI,
2014).
Las especies vegetales cumplen un papel clave en el mantenimiento del equilibrio ambiental y la
estabilidad de los ecosistemas del planeta y proporcionan un componente irremplazable de los
hábitats para la vida animal.
El patrimonio biológico de México ha beneficiado históricamente a la población del país, pero la
irracionalidad de su uso, su sobreexplotación y el impacto del crecimiento económico han traído
como consecuencia un severo deterioro de los ecosistemas y sus servicios ambientales, de los
cuales depende el ser humano para su desarrollo y bienestar (CONABIO, 2011). Muestra de ello se
presenta en una drástica transformación del paisaje, el empobrecimiento de los suelos y la
aceleración de los procesos irreversibles de erosión (Sans, 2007).
En el municipio de San Rafael, el aprovechamiento de los recursos naturales desde la época
prehispánica se basó en el cultivo de la vainilla y el cacao. Al arribo de los colonos franceses, el
cultivo de la vainilla se perfeccionó al grado que para el siglo XIX se exportaba a Europa. Para ese
entonces, se intensifica el desmonte y tala de muchas hectáreas de bosques iniciado por los
españoles asentados durante la colonia, para la introducción del ganado, además de nuevos
cultivos extensivos de café, tabaco, plátano y cítricos, y la utilización de maderas para la
RESCATE DE ESPECIES VEGETALES CON RELEVANCIA BIOCULTURAL
148
construcción de casas, embarcaciones y el uso de la leña como energético (Fernández Callejas,
2008).
Sin embargo el modelo de producción “industrial” originado desde la “revolución verde”, cada vez
más criticado, ha llevado a la ruptura de las relaciones entre la agricultura, la cultura rural y el
entorno físico. Este modelo de desarrollo en el municipio, ha transformado el manejo de los
cultivos de la forma tradicional a los sistemas intensivos de producción, sustituyendo la vegetación
natural por monocultivos, lo que ha favorecido que las especies nativas sean desplazadas a
fragmentos de vegetación, traspatios y en muchos casos al borde de desaparecer.
Con el presente estudio se buscó generar información científica que permita la construcción de la
línea base que se requiere para plantear estrategias de conservación de los ecosistemas, especies
y recursos genéticos, fomentando el capital natural del municipio. Busca propiciar la participación
de la sociedad en un proyecto incluyente al ser construido por los actores locales, favorece el
rescate biocultural de las especies vegetales, garantizando su permanencia a las generaciones
futuras y permitiendo recuperar los servicios ecosistémicos de la región; además de generar
fuentes de ingreso en los hogares al proveer de alimento para autoconsumo o venta. Todo ello
planteado en un modelo que armonice la conservación de los recursos bioculturales, la producción
agropecuaria, y el desarrollo rural con carácter sustentable.
2. MATERIALES Y MÉTODOS
Se realizó en el municipio de San Rafael, Veracruz, su historia es muy particular respecto a otros
asentamientos humanos de la costa central del estado de Veracruz, puesto que fue fundado por
inmigrantes franceses en 1874 en una región perteneciente al territorio totonaca (Plan de
Desarrollo Municipal San Rafael, 2011). Ubicado en la franja del trópico mexicano, limita al norte y
noreste con el Municipio de Tecolutla, al oeste con el de Martínez de la Torre, al sur con el de
Misantla y al sureste con el de Nautla. Tiene una superficie de 291.14 Km² (
Figura 1.), la distancia a la Capital del Estado de Veracruz, es aproximadamente de 175 km. por la
carretera costera.
El municipio pertenece al territorio Totonaco y fue fundado en el año de 1874 por inmigrantes
franceses, quienes llegaron con el objetivo de instalar una compañía agrícola en la región, desde
ese momento ha centrado sus actividades económicas en la agricultura y ganadería, siendo
primordialmente a través de esta última que ha ganado prestigio en la región y a nivel estatal.
Actualmente la actividad agrícola del municipio comprende el 62.5% de su territorio en cultivos
principalmente de Cítricos, Plátano, Tabaco, Caña, Vainilla, Maíz, Fríjol, Jamaica real y Lichi, por lo
que corresponde a la ganadería se produce con ganado bovino de registro y para el consumo local
y nacional. El clima es cálido húmedo con abundantes lluvias en verano (98%) precipitación de
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
149
1,400 a 1,600 mm y de temperatura entre 24 a 26 °C, que favorecen el desarrollo de estas
actividades (Plan de Desarrollo Municipal San Rafael, 2011).
Figura 1. Macrolocalización del municipio de San Rafael, Ver, Fuente: (INEGI, 2009).
La totalidad de su territorio se ubica dentro de la cuenca baja del Río Bobos (Nautla). Esta cuenca
tiene una variedad de especies de las más altas de México, posee 200 especies vegetales, las
cuales constituyen el 25% de la flora del estado de Veracruz y el 7% de la flora nacional. De estas 200
especies, 50 de ellas se encuentran en alguna categoría de riesgo de acuerdo a la NOM-059-ECOL-
200, lo cual la sitúa como una región prioritaria desde el punto de vista de la conservación (Ruelas
M. & et al, 2013). Está pérdida de la vegetación por el crecimiento y uso desmedido de recursos,
propician que las inundaciones en las partes bajas costeras se magnifiquen a escalas desastrosas
(Plan de Desarrollo Municipal San Rafael, 2011).
El área de estudio consideró cinco núcleos de población (
RESCATE DE ESPECIES VEGETALES CON RELEVANCIA BIOCULTURAL
150
Figura 2), estos sitios fueron donde paulatinamente se establecieron las familias provenientes de
Francia, la característica principal es que se encuentran situados a la orilla del Río Bobos en su
margen izquierdo, pues fue una vía marítima de comunicación importante para la salida de
productos del campo y entrada de productos comerciales.
Durante siglos, los agricultores tradicionales de los países en desarrollo han creado y/o heredado
sistemas agrícolas complejos adaptados a las condiciones locales. Esto permitió que millones de
pequeños agricultores manejen de manera sostenible ambientes hostiles, satisfagan sus
necesidades alimentarias y mantengan la integridad de los recursos naturales (FAO, 2015).
Figura 2. Área de estudio en municipio de San Rafael, Ver. Fuente: (Google Earth , 2016).
Las especies vegetales cumplen un papel clave en el mantenimiento del equilibrio ambiental y la
estabilidad de los ecosistemas del planeta y proporcionan un componente irremplazable de los
hábitats para la vida animal (Convencion Mundial de la Biodiversidad Biológica, 2002).
La agroecología se perfila hoy como la ciencia fundamental para orientar la conversión de sistemas
convencionales de producción (monocultivos dependientes de insumos agroquímicos) a sistemas
más diversificados y autosuficientes. Esta ciencia utiliza principios ecológicos que favorecen
procesos naturales e interacciones biológicas que optimizan sinergias de modo tal que la
agrobiodiversidad sea capaz de subsidiar por si misma procesos claves tales como la acumulación
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
151
de materia orgánica, fertilidad del suelo, mecanismos de regulación biótica de plagas y la
productividad de los cultivos.
El diseño metodológico planteado para la presente investigación se construyó a partir de la
integración de diversas herramientas, como: la búsqueda documental de información histórica
sobre el aprovechamiento de recursos naturales, aplicación de entrevistas semiestructuradas a
actores clave, así como la búsqueda y procesamiento de las variables ambientales de temperatura
y precipitación. Esta investigación permitió obtener los primeros registros cuantitativos y
cualitativos al respecto.
Para el componente histórico se delimitó buscar escritos lo más cercano a 1874, que fue la fecha en
que se fundó el ahora municipio, se recurrió a escritos desarrollados por los cronistas locales y de
la región, en donde se describieran las especies vegetales prevalecientes en la región, los usos que
les daban y las formas de manejo.
La metodología más adecuada en el enfoque agroecológico es aquella que posibilita la
participación de diferentes actores en la búsqueda de la optimización del sistema de producción,
por ello se realizaron entrevistas semiestructuradas a actores clave (cronista, autoridades
municipales, adultos mayores, autoridades de organizaciones campesinas, pequeños y grandes
productores agropecuarios), se segmento en tres secciones. En la primera sección se consideraron
datos generales del entrevistado, la segunda comprendió lo referente a características de su
parcela y una tercera sección que incluyo su percepción ambiental de los sistemas de producción
de antaño con relación a los prevalecientes. Este tipo de entrevistas permite que los entrevistados
estén en posibilidad de expresar libremente sobre los temas que consideran relevantes y que
dominan, de esta manera se obtuvieron distintas percepciones.
Se analizó el comportamiento climático del Municipio de San Rafael, en el estado de Veracruz. De
acuerdo a la base de CLICOM, perteneciente al Servicio Meteorológico Nacional (Fuente oficial
para México) se cuenta con un registro de 1964 a 1988 de registros diarios para las variables
temperatura y precipitación (Servicio Meteorológico Nacional, 2016).
3. RESULTADOS
Los resultados de la revisión de literatura reflejan que la región contaba con una gran variedad de
recursos naturales, se encontró registro de 60 especies vegetales, de variados usos
(autoconsumo, comercial, medicinal, construcción) que permitieron a los fundadores franceses
sobrevivieran ante las adversidades que representaba el clima para ellos. La población estudiada
manifestó una cantidad similar a la reportada en la literatura la cual comprendió especies de
cultivo y de vegetación asociada, observándose un 36% de similitud de especies. Como cultivos de
RESCATE DE ESPECIES VEGETALES CON RELEVANCIA BIOCULTURAL
152
importancia comercial se registraron en la memoria de los productores solo 17 de ellas: Aguacate
(Persea americana), cacao (Theobroma cacao L.), café (Coffea arabica), caña de azúcar (Saccharum
officinarum), carambola (Averrhoa carambola), chile (Capsicum annuum), frijol (Phaseolus vulgaris),
litchi (Litchi chinensis), maíz (Zea mays), maracuya (Passiflora edulis), papaya (Carica papaya), pipian
(Cucurbita argyrosperma), plátano roatan (Musa balbisiana), sandía (Citrullus lanatus), tabaco
(Nicotiana tabacum), toronja (Citrus paradisi), vainilla (Vanilla planifolia), donde destacan como
especies emblemáticas por su alto valor cultural, ecológico y económico el cultivo del Cacao y la
Vainilla, registrados históricamente en el territorio totonaca y aún presentes en la zona.
Actualmente la actividad productiva se basa en los monocultivos de banano, cítricos y la
ganadería, bajo el sistema de producción intensivo.
En la población atendida en este estudio se tiene que un 62% son varones, de los cuales un 41% se
encuentran en el rango de edad de 50 a 70 años, lo que denota una población adulta dedicada a
esta actividad productiva. El 52% de la población tiene un nivel de escolaridad básico (primaria), 55%
de ellos se dedica a la agricultura, 41% cuenta con parcela de traspatio para el autoconsumo y un 4%
se dedica a las actividades pecuarias.
En un 86% son terrenos bajo el régimen de propiedad privada, los cuales se caracterizan en un 66%
por ser superficies no mayores a 5 hectáreas, se observa una gran experiencia en el manejo de sus
predios pues en un 90% tienen más de diez años dedicados a su actividad. El uso de agroquímicos
es una actividad realizada en el 52% de los productores, no realizan alguna medida de control
biológico en un 66%, así como no cuenta el 86% con asesoría técnica, por lo que contar con ello
podría significar un apoyo para el buen manejo de su parcela.
En cuanto a la percepción de las variables ambientales, un 97% de los productores manifestó que
sus cultivos son afectados por los fenómenos ambientales. En un 90% perciben un aumento en la
presencia de estos fenómenos naturales, en su totalidad perciben un cambio en el clima y un 72% le
atribuyen que ha sido con una tendencia en el aumento de la temperatura y la precipitación.
En comparación con el análisis de los registros oficiales de temperatura y precipitación (1963-1988)
se observa una similitud con lo percibido por la población, con un comportamiento en el aumento
de temperatura y precipitación, presentándose el 43.5% de las temperaturas máximas se
encuentran en el mes de Junio, seguidas por 21.7% para el mes de mayo, Agosto y Septiembre
tienen un 13%, dejando a Julio al final con solo 8.7%. Para el caso de la precipitación el mes más
lluvioso es septiembre con 52.2% seguido de octubre con 13% y los meses de Junio, Julio, Agosto y
Noviembre tienen un 8.7% cada uno.
4. CONCLUSIONES
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
153
El problema detectado en la zona de estudio se inició en el siglo XX, cuando se intensifica el
desmonte y tala de muchas hectáreas de bosques con la firme intención de llevar los cultivos de
plátano, cítricos y la ganadería a una forma intensiva de producción, relegando algunas especies
vegetales a pequeños fragmentos de vegetación, con el paso del tiempo y la baja rentabilidad en
los precios de los productos del campo, se vieron en la necesidad de prescindir de estos
reservorios de vegetación.
Se reconoce por la población la pérdida de la biodiversidad de especies de cultivos y de vegetación
original. A pesar de existir interés en el rescate de especies, no se tiene un planteamiento de incluir
especies que diversifiquen y generen un ingreso adicional a su actividad agropecuaria principal.
En el municipio de San Rafael, Veracruz los cultivos de cacao (Theobroma cacao L.) y vainilla (Vanilla
planifolia A.) son especies emblemáticas de alto valor biocultural desde épocas prehispánicas, que
tuvieron y tienen alto valor comercial en los mercados nacionales y extranjeros. Por lo que el
establecer jardines clonales para la preservación y reproducción de estas especies podría ser una
alternativa de producción de autoconsumo y venta, todo ello enmarcado en una red local de
conservación del patrimonio biocultural, lo cual permitirá contribuir a incrementar la cobertura
vegetal y los servicios ecosistémicos y un reencuentro con la cultura local que ha dado identidad a
los habitantes del municipio.
La deforestación de espacios naturales por cambios de uso de suelo para el establecimiento de
monocultivos ocasiona perturbaciones en los ciclos hídricos y de nutrientes, lo que ha favorecido a
tener cambios regionales de los regímenes de temperatura y precipitación; esto último ha
favorecido el calentamiento global, la disminución en el secuestro de bióxido de carbono, así como
la pérdida de hábitats y/o la fragmentación de ecosistemas.
El estudio de las variables ambientales permite conocer el comportamiento medio del clima en la
zona, es necesario analizar de manera anual, para poder descartar cambios en tendencias y
eventos extremos posiblemente ocasionados por fenómenos hidrometeorológicos. Así como
hacer un análisis más profundo y compararlo con estaciones cercanas para poder ver si existen
cambios que sean locales.
5. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
155
TRATAMIENTO DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS
156
Capítulo 10.
NECESIDADES PARA EL TRATAMIENTO DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS
GENERADOS EN LA CIUDAD DE XALAPA, VERACRUZ
Esperanza de Jesús García Ayala Universidad de Xalapa, Carretera Xalapa-Veracruz KM 2, Las Animas 91190, Xalapa Ver., México [email protected]
RESUMEN
El desarrollo sustentable respeta la conservación y el aprovechamiento racional de los recursos
naturales y la protección del ambiente, para lo cual, es preciso comenzar a realizar cambios en los
modelos de consumo y producción, así como, establecer sistemas para la prevención y gestión
integral de los residuos sólidos urbanos, de manejo especial, entre otros.
Palabras clave: Residuos sólidos, protección del ambiente, recolección, tratamiento, reciclaje,
reutilización, sustentable.
ABSTRACT
Sustainable development respects the conservation and rational use of natural resources and
protection of the environment; it is necessary begin to make changes in the consumption and
production patterns, as well as establishing prevention systems and integrated management of
solid urban waste, special handling, among others.
Keywords: Solid waste, environment protection, collection, treatment, recycling, reuse,
sustainable.
1. INTRODUCCIÓN
Los residuos sólidos, al mismo tiempo de ser un problema ambiental, también representan una
dificultad económica para el país. El diario Milenio publicaba el 5 de julio “Día Internacional del
Reciclaje” que “en el 2009 los residuos sólidos urbanos fueron el segundo mayor costo ambiental
del PIB, con un agotamiento de recursos naturales y degradación ambiental que implicó un gasto
de 243,016 millones de pesos, equivalente a 2.04 % del PIB” (www.milenio.com). De igual manera,
a nivel municipal en el Estado de Veracruz, representa una erogación fuerte, aunado a los gastos
que genera que la basura no tenga una disposición final adecuada, como es que el drenaje se tape
y se generen enfermedades por la generación de fauna nociva, entre otras.
En el país se recolectan diariamente 86 mil 343 toneladas de basura, es decir, cada persona genera
770 gramos y son concebidas principalmente en:
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
157
•Viviendas
•Edificios
•Calles y avenidas
• Parques y Jardines
El 87% de los tiraderos de basura son a cielo abierto y 13% ocupan rellenos sanitarios. Más de la
mitad de la basura que se genera en todo el país se recolecta en siete entidades, como se puede
observar en la Tabla 1.
En la República Mexicana se separa diariamente 11% de la basura recolectada; 46 de cada 100
hogares separan la basura. Cinco entidades destacan en esta actividad de separar la basura en
forma general, como se puede observar en la Tabla 2.
En todo el país existen 241 centros de acopio, que recolectan diariamente materiales diversos, de
los cuales 75% lo constituyen papel, cartón, PET y vidrio.
Las entidades con más centros de acopio son Jalisco con 45, Estado de México con 43 y Michoacán
de Ocampo con 25 (INEGI, 2015).
Entidad Federativa Toneladas Porcentaje
Distrito Federal 17 043 19.7
México 8 285 9.6
Jalisco 6 524 7.6
Veracruz de Ignacio de la Llave 4 451 5.2
Guanajuato 3 719 4.3
Tamaulipas 3 175 3.7
Nuevo León 3 077 3.6
Total 46 275 53.7
Tabla 1. Estados que generan más basura, Fuente: (INEGI, 2015) Módulos ambientales.
TRATAMIENTO DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS
158
Tabla 2. Entidades con los porcentajes más elevados de separación de basura, Fuente: (INEGI, 2015).
1.1. El Estado de Veracruz
El Estado de Veracruz es una zona rica en recursos bióticos, donde las múltiples vinculaciones
entre los factores del medio físico han establecido la presencia de abundantes manantiales, suelos
fértiles y un clima agradable, que enmarcan un ambiente favorable para el crecimiento constante y
el desarrollo importante de los tres sectores de la economía. Sin embargo estos procesos
productivos y los requerimientos cada vez ascendentes de satisfactores para la población
veracruzana están previstos en las concentraciones humanas. Ello ha generado como resultado
del alto consumo, la generación de residuos sólidos urbanos. En la actualidad esta situación crea
un escenario no sustentable, debido principalmente a la imposibilidad de los ciclos naturales para
absorber los impactos ocasionados por el manejo inadecuado de los residuos.
Desde hace algunos años, el tema de los residuos sólidos ha sido foco de diversas polémicas sobre
los diversos impactos atribuidos a las consecuencias ambientales y sanitarias en la modalidad de
manejo de residuos y también debido al marco regulatorio e institucional vigente en esta materia.
Ejemplo de ello, los sitios inadecuados para la disposición final de residuos y la falta de
valorización de los subproductos contenidos en estos; ello plantea el riesgo para la salud pública,
el ambiente y la pérdida de recursos naturales. Además de que el inadecuado manejo de los
residuos tiene impactos ambientales en el presente y en el futuro, ya que a las complicaciones
ambientales de hoy, se agregan la generación de pasivos ambientales, con altos costos en su
remediación.
Por ello, la necesidad impostergable de contener y revertir esta situación y determinar su impacto.
Todo con el propósito de generar conductas ambientalmente sustentables en el conjunto de
actores involucrados y desarrollar los instrumentos y capacidades para garantizar el manejo
integral de los residuos que se generan en la ciudad de Xalapa, Veracruz.
Entidad Federativa Porcentaje
Querétaro 57
Jalisco 40
Nuevo León 30
Distrito Federal 18
Estado de México 15
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
159
2. ANTECEDENTES
El Estado de Veracruz es una entidad en donde se enlazan, por un lado la belleza natural con sus
abundantes zonas costeras, ríos, lagunas, manantiales, montañas, tierras fértiles y un clima
placentero a lo largo del año; y por otro un potencial turístico, agrícola e industrial.
Es indudable que lo anterior convierte al Estado en un punto de atracción importante, desde el
punto de vista turístico y como una fuente de empleo e inversiones. Desafortunadamente, el
atractivo que presenta, está expuesto a impactos ambientales positivos o negativos potenciales,
como son: el aire, agua y suelo. Claro está, que las presiones sobre el medio ambiente tienen
muchos orígenes (en su mayoría antropogénico), todas relacionadas con la actividad económica y
social.
Uno de los factores de mayor preeminencia, es sin duda el proceso en el manejo integral de los
residuos sólidos urbanos. Sin embargo cuando se desarrollan éstos de manera inadecuada puede
impactar positiva o negativamente sobre el aire, agua y tierra.
2.1 . Datos Poblacionales
Veracruz de Ignacio de la Llave ocupa el lugar 3 a nivel nacional por su número de habitantes. En el
2015 el Estado contaba con una población de 8,112, 505 lo que representa el 6.8 % con respecto al
total del país; donde 4, 203 365 son mujeres y 3, 909 140 son hombres con un 51.8%, como se puede
observar en la Figura 1. Se enlistan los datos particulares.
Capital: Xalapa-Enríquez
Municipios: 212
Extensión: Representa 3.66% del territorio nacional.
Población: 8 112 505 habitantes, el 6.8% del total del país.
Distribución de población: 61% urbana y 39% rural; a nivel nacional el dato es de 78 y 22%
respectivamente.
Escolaridad: 8.2 (poco más de segundo año de secundaria); siendo que el 9.1 es el promedio
a nivel nacional.
Hablantes de lengua indígena de 3 años y más: 9 de cada 100 personas.
A nivel nacional 7 de cada 100 personas hablan lengua indígena.
Sector de actividad que más aporta al PIB estatal: Comercio.
Aportación al PIB Nacional: 5.1%
TRATAMIENTO DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS
160
Veracruz de Ignacio de la Llave ocupa el lugar 3 a nivel nacional por su número de habitantes. Y
cuenta con: 4 203 365 mujeres que representa el 48.2% y 3 909 140 hombres con un 51.8%,
arrojando un total de 8 112 505 habitantes (Figura 1).
Figura 1. Habitantes por edad y sexo. Fuente: Encuesta Intercensal, INEGI (2015).
La población de la ciudad capital de Xalapa de Enríquez, cuenta con 480, 841 habitantes, siendo
éste el municipio más poblado del estado (Tabla 3).
Clave del
municipio Municipio
Habitantes
(año 2015)
87 Xalapa 480 841
Tabla 3. Total de habitantes de Xalapa de Enríquez. Fuente: Encuesta Intercensal, INEGI (2015).
3. GENERACIÓN DE RESIDUOS EN EL ESTADO DE VERACRUZ
El estado de Veracruz genera 6,316.85 ton/día de residuos sólidos urbanos (RSU), contexto que lo
localiza en el número cuarto a nivel nacional, por debajo del Estado de México, Ciudad de México y
Jalisco. De los 212 municipios que constituyen la entidad veracruzana, 184 tienen servicio de
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
161
recolección, equivalente al 70% de cobertura, y cinco municipios cuentan con algún tratamiento
(INEGI, 2013).
A continuación se puede observar en la tabla 4 las cuatro microrregiones y la proporción de
generación de residuos sólidos urbanos generados con relación a la población y a la generación
per cápita de acuerdo a kilogramo/habitante por día.
Según el análisis del Programa Estatal para la Prevención y Gestión Integral de los Residuos
Sólidos Urbanos y de Manejo Especial en el Estado de Veracruz (Tabla 5), la composición física de
los residuos sólidos urbanos que se generaron en el Estado de Veracruz en el 2012, mostrando las
categorías con sus respectivos porcentajes de composición encontrados.
Macro región
Generación de
RSU (kg)
Población
(Hab)
Per cápita
(kg/hab/día % en el Estado
Centro Norte 2’747,325 3, 523 ,019 0.78 45.09
Golfo Sur 1’577,644 2, 040, 708 0.773 26.12
Centro 987,748 1, 170, 794 0.844 14.99
Huasteca 844,657 1, 078, 348 0.783 13.8
Total de generación (kg) 6’ 157, 374
Total de población (hab) 7’ 812, 869
Tabla 4. Generación diaria de residuos por distribución de población 2012, Fuente: Elaboración propia con base en ETISA, 2012.
Como se puede observar en la Tabla 5, la materia orgánica ocupa el porcentaje más alto en cuanto
a la recolección de residuos sólidos urbanos; el resto de los residuos reciclables ocupan un 28.9%;
los residuos confiables entren los que se encuentra el papel sanitario y pañales, otros y residuos de
manejo especial ocupan el 29.8% del total de residuos en el Estado de Veracruz.
Como se puede observar en la Figura 2, el porcentaje mayor se estima en los residuos inorgánicos
con un 58.7%, mientras que los residuos orgánicos ocupan un 41.3%, lo anterior es preocupante ya
que algunos de los residuos sólidos urbanos tardan años en degradarse en el ambiente, lo que
conlleva, contaminación de suelo, aire, agua, deforestación entre otras.
TRATAMIENTO DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS
162
CATEGORIA SUBPRODUCTO
MACRO REGIÓN
Huasteca
Centro
Norte Centro Golfo Sur % PROM
Materia Orgánica
Materia Orgánica 39 45.8 40.2 40.2 41.3
Total 39 45.8 40.2 40.2 41.3
Reciclables
Lata 1.5 0.7 0.7 1 1
Lata de Aluminio 0.4 0.3 0.2 0.3 0.3
Cartón 5.2 3.4 4.1 6.7 4.8
Vidrio 4.1 3.5 4.4 2.9 3.8
Plástico Película 7.4 7 8.2 8.7 7.8
Plástico Rígido 4.3 2.8 3.6 3.3 3.5
PET 4 1.1 1.4 2.7 2.3
Papel 4.9 4.8 5 6.8 5.4
Total 31.7 23.7 27.7 32.5 28.9
Confiables
Papel Sanitario y
Pañales 13.7 17.6 19.4 13.2 16
Otros 13.7 10.8 11.6 12.5 12.1
Residuos de
Manejo
Especial 1.8 2.2 1.2 1.6 1.7
Total 29.3 30.5 32.1 27.3 29.8
Tabla 5. Composición Porcentual de los RSU en el Estado de Veracruz, Fuente: Elaboración propia con base en Estudios de Generación 2012.
Figura 2. Composición física de los RSU del Estado de Veracruz. Fuente: Programa Estatal para la Prevención y Gestión Integral de los Residuos Sólidos Urbanos y de Manejo Especial en el Estado de Veracruz, 2012.
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
163
4. PROPUESTA: PROGRAMA DE TRATAMIENTO DE RESIDUOS SÓLIDOS
De acuerdo a la problemática de la basura a nivel estatal, es necesario trabajar en un Programa de
tratamiento de residuos y desechos generados en el Estado de Veracruz y se podría pilotear en la
Ciudad de Xalapa, Veracruz.
El proyecto incluirá también realizar seminarios, talleres, entre otros que aborden diversas
actividades, desde la concientización de la sociedad a través de los medios masivos de
comunicación, apoyo del sistema educativo estatal para la concientización de docentes, alumnos
en todos los niveles educativos; la separación de los residuos en las diferentes zonas escolares;
recolección, tratamiento y venta de los residuos que sean recolectados y con ello el municipio
tendría un ingreso para utilizarlo en la compra de equipamiento para el área de limpia pública.
Lo anterior con el fin de disminuir la cantidad de basura inorgánica, ya que al separar los residuos
orgánicos y los inorgánicos, se logra que algunos materiales puedan ser almacenados para su
venta a plantas para reciclaje, otros llevados a los lugares donde hacen composta1 o trabajar en
colaboración con las distintas áreas como son el Gobierno Estatal, municipal, la Secretaría del
Medio Ambiente (SEDEMA), Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales (SEMARNAT),
Instituto de Ecología (INECOL), la Universidad Veracruzana con las diversas facultades, la sociedad
civil, entre otras.
A continuación se puede observar la estimación promedio de los residuos que se generan
actualmente (Figura 3).
Conforme a la gráfica anterior, se puede prestar atención que el 34.4% son residuos aprovechables
(papel, cartón, aluminio, vidrio y otros) y 22.1 % no son aprovechables. Por lo tanto del total de la
basura, 43.5% son residuos orgánicos, que estos se les puede dar un tratamiento especial como la
composta, el otro 34.4 %, puede recibir un tratamiento de reciclaje, y el otro 22.1% que no se le
puede dar un tratamiento para que vuelva a ser útil, éste puede ser llevado a un relleno sanitario
en donde no cause daños al ambiente.
1 Se define como el producto de la degradación aeróbica de los residuos orgánicos. Es un material estable y parecido al humus que no representa riesgo sanitario para el medio ambiente natural y social. Se produce bajo condiciones controladas que recrean, favorecen y en ocasiones, aceleran las condiciones naturales de generación del humus. El compostaje es una opción que permite a las autoridades municipales reducir los residuos que vayan a ser depositados en el sitio de disposición final, lo cual es importante, ya que existe una reducción en los costos de traslado y disposición final.
TRATAMIENTO DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS
164
Figura 3. Estimación promedio de los residuos que se generan actualmente. Fuente: (Curso Virtual de Residuos Sólidos Urbanos y Residuos de Manejo Especial [CVGIRSURME]: SEMARNAT, 2008).
4.1. Objetivos del Proyecto
Se busca contribuir con la salud de la localidad, disminuyendo los focos de infección, favorecer al
ambiente al brindar un ecosistema libre de agentes nocivos, ayudar a la sociedad veracruzana
otorgándole un mejor espacio, favorecer la economía del municipio de Xalapa, al disminuir los
focos de infección; y generar ingresos a partir de materiales que no se utilizan.
Es importante señalar que en pleno siglo XXI y a raíz de la toma de conciencia ambiental a nivel
mundial, que se debe traducir en un mejor cuidado del Medio Ambiente.
Al cambiar los esquemas acerca de la problemática dada por el tratamiento que se les da a los
residuos y desechos generados en la ciudad capital del Estado de Veracruz, empezar a verlos como
una fuente económica, ya sea de ahorro o de ingreso, con ello se promovería el interés en el
manejo de los mismos y se resolverían problemas tanto de salubridad como de espacio. El buen
manejo de los residuos y desechos podría incluso llegar a convertirse en un ingreso económico con
una baja inversión inicial para el gobierno.
El presente proyecto está dirigido a presentar la problemática dada por el tratamiento que se les
da a los residuos y desechos generados en la ciudad de Xalapa, Veracruz, para lograr que como
espacio de vida de las nuevas generaciones, la capital sea ejemplo en el manejo eficiente de los
residuos y desechos de todo tipo, y con ello contribuir en el logro de un mejor desarrollo de la
Educación Ambiental del estado, para ello se sugieren como elementos importantes para lograr
este fin partir de:
Residuos orgánicos (43.5%)
Papel y Cartón (15.9%)
Vidrio transparente y de color(7.4%)Plástico rígido o blando (6.7%)
Pañales desechables (6.3)
latas y metales (2.9%)
Trapos (1.5%)
Otros residuos (15.8%)
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
165
Un sistema de clasificación y procesamiento de residuos sólidos urbanos, que permita darle
un mejor uso racional a los residuos y desechos generados en la ciudad capital del Estado
Veracruzano.
Un adecuado sistema de manejo integrado de residuos y desechos.
En cuanto a la dimensión Sustentabilidad, que es un modo práctico de hacer las cosas, que se basa
en un comportamiento socialmente responsable y ambientalmente amigable. Consiste en
consolidar comportamientos que permitan que generaciones presentes y futuras disfruten de los
beneficios de una economía sana y estable, al tiempo que su impacto sobre el medio ambiente se
vea reducido a su mínima expresión posible. El enfoque educativo de la sustentabilidad implica el
desarrollo de la conciencia, los valores y los comportamientos que favorezcan la participación
efectiva de la población en el proceso de toma de decisiones.
4.2. Análisis y Justificación
La Ciudad de Xalapa, genera diariamente toneladas de residuos de diversa índole, como son:
comida de las casas, restaurantes, cafeterías, comercios, hospitales, Instituciones educativas,
centros comerciales, tiendas, etc. La descomposición y pudrición, en especial de los residuos
clasificados como orgánicos, ocasionan un ambiente hostil, con estos residuos se presentan el
mayor número de microorganismos patógenos, al ser un excelente sustrato para su reproducción
y crecimiento. Son muy pocas las ciudades en México que han logrado una buena disposición de la
basura, lo que aún sigue siendo un problema, no solo de salud, sino social.
Se debe establecer en la sociedad Xalapeña un conjunto de pautas, principios, obligaciones y
responsabilidades para la clasificación de los residuos sólidos que se generan, en forma benéfica y
ambientalmente responsable a fin de proteger los bienes y el medio ambiente.
Al generarse residuos sólidos en diversas áreas como son: oficinas, locales, escuelas, laboratorios y
demás comercios se deberá realizar la separación en origen y adoptar las medidas destinadas a
disminuir la cantidad de residuos que se generan.
Es común que la basura generada tenga como destino un río, barrancas, quebradas, entre otras; y
hasta en la propia calle, sin restar la importancia de todo el impacto ambiental que ello genera, se
debe recolectar toda la materia prima que se está dejando de usar y que se está tratando como
basura o desecho, y no hacerlo como un recurso secundario.
TRATAMIENTO DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS
166
Normalmente la basura sin ningún tipo de separación se coloca en bolsas de plástico en las calles
de la ciudad, en lugares predestinados para la recolección(esquinas), para ser canalizada a
tiraderos, sumideros, rellenos sanitarios u otro lugar.
Los objetivos específicos de este proyecto deben dirigirse a promover la reducción del volumen y
cantidad de residuos que se producen al interior y al exterior de las mismas. También debe dirigir
su labor a concientizar a la sociedad respecto a los problemas ambientales que generan los
residuos y desechos. Para el logro de estos se deben proponer las tareas siguientes:
La separación residuos debe ser de tal manera que puedan ser reciclados, reutilizados o
reducidos, que éstos se encuentren distribuidos en diferentes recipientes y/o contenedores
para su recolección, diferenciación y posterior clasificación y procesamiento.
Se deben clasificar como residuos sólidos ‘inorgánicos’ a todo material residual proveniente
de materiales no alimenticios: vidrio, plástico, cartones, papeles, bolsas plásticas, metales,
ropa, calzado, artículos cosmetológicos y como ‘orgánicos’ todo el material proveniente de
desperdicios alimenticios: cáscaras, recortes, huesos, restos de carne, fruta y verdura,
entre otros.
Crear Equipos Coordinadores en todas las esferas de la sociedad, para trabajar
colaborativamente con ONG’s, sociedad, centros recicladores para aunar criterios,
procedimientos, frecuencias, metodologías y todo lo concerniente al manejo de los
residuos orgánicos e inorgánicos.
Se deben impulsar programas de recolección selectiva de basura para separarla en
reciclable y no reciclable, estos programas requieren un buen diseño, participación activa
de todos los integrantes de la sociedad y del gobierno.
Una de las mayores motivaciones para llevar a cabo este proyecto, es el poder coadyuvar en el
cuidado de los recursos naturales del estado, además de determinar acciones para tener un estado
limpio, ante las instancias correspondientes de otorgarlo como son: SEDEMA, SEMARNAT, así
como las normas internacionales de certificación, como son la norma ISO-14001-2015.
5. VISIÓN DEL PROBLEMA Y PERSPECTIVAS
Las actuales deficiencias en la gestión de los residuos sólidos urbanos (RSU), se pueden corregir,
estableciendo una política estatal en materia de residuos sólidos urbanos, de tal manera que el
sector se desarrolle con eficacia y con un uso óptimo de los recursos disponibles, y asuma, por una
parte, la coordinación del conjunto de actores que participan en la gestión de éstos, a través de un
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
167
órgano administrativo específico y, por otra, hacerse cargo de aquellas materias de índole
regulatorio e institucional que actualmente presentan áreas de oportunidad para su mejora.
A pesar de que el Estado de Veracruz cuenta con la Ley de prevención y gestión integral de
residuos sólidos urbanos y de manejo especial para el estado de Veracruz de Ignacio de la Llave,
según su publicación en el Diario Oficial de la Federación en el 2004, y que ésta es de observancia
obligatoria en todo el territorio del Estado; sus disposiciones son de orden público e interés social
y tiene por objetivo regular la prevención de la generación y la gestión integral de los residuos
sólidos urbanos y de manejo especial que no sean considerados como peligrosos por la legislación
federal de la materia, así como establecer las bases para su manejo, el Título primero
‘Disposiciones Generales’, en el Capítulo I, Objeto y aplicación de la ley, se puede observar las
siguientes acciones que deberían llevarse a cabo de manera sistemática para cubrir las
necesidades en el manejo integral de RSU:
Acopio: Acción tendiente a reunir residuos en un lugar determinado y apropiado, para su
recolección y posterior manejo o disposición final;
Almacenamiento: Retención temporal de los residuos, en lugares propicios, para prevenir daños al
ambiente, los recursos naturales y a la salud de la población, conforme a las disposiciones
reglamentarias y normativas correspondientes;
Aprovechamiento de residuos: Conjunto de acciones cuyo objetivo es mantener a los materiales
que los constituyen en los ciclos económicos o comerciales, así como conservar en equilibrio los
ciclos biológicos, mediante su reutilización, remanufactura, rediseño, reprocesamiento, reciclado y
recuperación de materiales secundarios o de energía, con lo cual no se desperdicia su valor
económico y se previene la contaminación del ambiente.
Composta: Proceso de descomposición de materia orgánica mediante la acción de
microorganismos específicos y mezcla de tierra;
Consumo sustentable: Conjunto de acciones que se realizan para elegir, adquirir y aprovecharla
máximo el valor de los materiales usados en los productos comerciales, considerando la
posibilidad de evitar el agotamiento de los recursos naturales, así como de prevenir o reducir la
generación de residuos o la liberación de contaminantes al ambiente y los riesgos que esto
conlleva;
Disposición final: Acción de depositar o confinar permanentemente residuos en sitios e
instalaciones cuyas características permitan prevenir afectaciones a la salud de la población, así
como a los ecosistemas y sus elementos;
TRATAMIENTO DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS
168
Establecimiento: Conjunto de construcciones, espacios, equipos, dispositivos, lugares y otros
recursos de los que se disponga para la realización de actividades industriales, comerciales o de
servicios;
Gestión integral: Conjunto de acciones normativas, operativas, financieras, de planeación,
administrativas, sociales, educativas, de monitoreo, supervisión y evaluación para el manejo de
residuos en las distintas etapas de su ciclo de vida, desde la generación hasta su disposición final, a
efecto de lograr beneficios ambientales, la optimización económica de su manejo y su aceptación
social, de acuerdo con las necesidades y circunstancias de cada localidad o región;
Generador de residuos: Persona física o moral que produce residuos, a través del desarrollo de
procesos productivos o de consumo;
Insumo: Material primario o secundario, subproducto o residuo empleado como base para
procesos de transformación, manufactura de productos de consumo o para brindar servicios;
Inventario de residuos: Base de datos en la que se asientan con orden y clasificación los
volúmenes de generación de los diferentes residuos, que se integra a partir de la información
proporcionada por los generadores en los formatos establecidos para tal fin, de conformidad con
lo dispuesto en este ordenamiento, así como a través de estimaciones y muestreos; no se ha
realizado lo siguiente:
Liberación al ambiente: Descarga, inyección, inoculación, depósito, derrame, emisión, vaciado,
vertimiento, rociado, pulverizado, abandono, escurrimiento, fuga, escape o goteo de residuos ode
los materiales y agentes patógenos contenidos en ellos, en los medios naturales;
Macro generador: Establecimiento industrial, comercial o de servicios que genere una cantidad
mayor de cuatrocientos kilogramos de residuos al año o su equivalente en otra unidad de medida;
Manejo: Conjunto de acciones que involucran la identificación, acopio, almacenamiento,
transporte, reutilización, reciclado, remanufactura, tratamiento y, en su caso, disposición final de
residuos;
Manejo integral: Las actividades de reducción de la fuente, separación, reutilización, reciclaje, o-
procesamiento, tratamiento biológico, químico, físico o térmico, acopio, almacenamiento,
transporte y disposición final de los residuos, individualmente realizadas o combinadas de manera
apropiada, para adaptarse a las condiciones y necesidades de cada lugar, cumpliendo objetivos de
valorización, eficiencia sanitaria, ambiental, tecnológica, económica y social;
Micro generador: Persona física o moral que genere una cantidad de hasta cuatrocientos
kilogramos de residuos al año o su equivalente en otra unidad de medida;
Plan de manejo: Instrumento de gestión que contiene el conjunto de acciones, procedimientos y
medios dispuestos para facilitar la devolución y acopio de productos de consumo que al
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
169
desecharse se convierten en residuos, a fin de que sean enviados a instalaciones en las que se
sujetarán a procesos que permitirán su aprovechamiento económico, tratamiento o disposición
final ambientalmente adecuados;
Proceso productivo: Conjunto de actividades relacionadas con la extracción, beneficio,
transformación, procesamiento o utilización de materiales para producir bienes y servicios;
Producto: Bien que generan los procesos productivos a partir de la utilización de materiales
primarios o secundarios;
Reciclado: Transformación de los residuos a través de distintos procesos que permiten restituir su
valor económico, evitando así su disposición final, siempre y cuando esta restitución favorezca un
ahorro de energía y materias primas sin perjuicio para la salud, los ecosistemas o sus elementos;
Recolección: Acción que tiene por objeto trasladar los residuos hacia el vehículo o equipo que los
conducirá a las instalaciones necesarias para su manejo o disposición final;
Rediseño: Revisión y adecuación de los procesos productivos y productos de consumo para
reducir la generación de residuos, hacer un uso más eficiente de los materiales y de la energía que
involucran en su transformación, así como facilitar la remanufactura y reciclado de tales
productos;
Relleno sanitario: Obra de infraestructura que aplica métodos de ingeniería para la disposición
final de los residuos sólidos urbanos, ubicada en sitios adecuados al ordenamiento ecológico del
territorio y a las Normas Oficiales Mexicanas, mediante la cual los residuos se depositan y
compactan al menor volumen práctico posible, y se cubren con material natural o sintético para
prevenir o reducir la liberación de contaminantes al ambiente, los procesos de combustión no
controlada, la generación de malos olores, la proliferación de fauna nociva y demás problemas
ambientales y sanitarios;
Remanufactura: Proceso mediante el cual se desensamblan productos de consumo usados, se
limpian, reparan, reemplazan sus partes y se vuelven a ensamblar para generar un producto
reconstituido que pueda volver a utilizarse;
Remediación: Conjunto de medidas a las que se someten los suelos y sitios contaminados para
eliminar o reducir los contaminantes, prevenir su dispersión en el ambiente sin modificarlos y
eliminar o reducir los cambios nocivos en las características físicas, químicas o biológicas de los
suelos contaminados, a fin de prevenir o disminuir riesgos ambientales;
Residuo: Material, insumo, producto o subproducto generado en los procesos de extracción,
beneficio, transformación, producción, consumo, utilización, control o procesamiento, que se
TRATAMIENTO DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS
170
descarta y que puede ser susceptible de aprovechamiento o requiere sujetarse a tratamiento o
disposición final, conforme a lo dispuesto en esta Ley y demás ordenamientos aplicables;
Residuos de manejo especial: Aquellos generados en los procesos productivos, que no reúnen las
características para ser considerados como peligrosos conforme a la normatividad ambiental
vigente o como residuos sólidos urbanos, o que son producidos por macro generadores de
residuos urbanos;
Residuos sólidos urbanos: Los generados en las casas habitación, que resultan de la eliminación de
los materiales que se utilizan en las actividades domésticas, de los productos que se consumen y
de sus envases, embalajes o empaques; o que provienen de cualquier otra actividad que genere
residuos con características domiciliarias; así como los resultantes de la limpieza de las vías y
lugares públicos, siempre que no sean considerados como residuos de manejo especial;
Reutilización: El empleo de un material o residuo previamente empleado, sin que medie un
proceso de transformación;
En cuanto a la Secretaría de Desarrollo Regional y SEMARNAT: Secretaría de Medio Ambiente y
Recursos Naturales del Gobierno Federal 2008, se plantean las siguientes acciones:
Sistemas de manejo ambiental: Conjunto de medidas a través de las cuales se incorporan criterios
tendientes a minimizar impactos negativos al ambiente, mediante el ahorro y consumo eficiente
de agua, energía y materiales, y que alienta, en materia de adquisiciones, la prevención de la
generación de residuos, su aprovechamiento y su manejo integral;
Sitio contaminado: Lugar, espacio, suelo, cuerpo de agua, instalación o cualquier combinación de
éstos, que ha sido contaminado con residuos sólidos urbanos o residuos de manejo especial;
Subproducto: Material obtenido en forma colateral como sobrante o merma de un proceso
productivo, que puede ser comercializado o servir como materia prima en un proceso igual o
diferente al que lo generó, en la instalación que lo produjo o en otra;
Transporte: Traslado de materiales, subproductos o residuos de un lugar a otro; y
Tratamiento: Procedimientos físicos, químicos o biológicos, mediante los cuales se cambian las
características de los residuos y se reduce su volumen.
6. DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES
Ante todo lo expuesto en párrafos anteriores, se puede inferir que tanto la formulación,
conducción y evaluación de la política pública estatal en materia de residuos sólidos urbanos y de
manejo especial, así como la elaboración de los programas en materia de residuos de manejo
especial, acordes al Programa Nacional para la Prevención y Gestión Integral de los Residuos y el
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
171
de Remediación de sitios contaminados en el marco del Sistema Estatal de Planeación
Democrática no se lleva a cabo formalmente lo que se ha plasmado en dicha ley o en la misma
política pública para el Estado de Veracruz.
Lo anterior debido a que no se realiza el acopio apropiado para reunir los residuos sólidos urbanos
en un lugar determinado y apropiado, para su recolección y posterior manejo o disposición final;
No se cuenta con el almacenamiento apropiado para la conservación temporal de los residuos, en
algún lugar propicio, para prevenir daños al ambiente, a los recursos naturales y a la salud de la
población.
No se hace un aprovechamiento de dichos residuos, ya que las acciones que se realizan se enfocan
en la integración de la basura, no se plantea la reutilización, remanufactura, rediseño,
reprocesamiento, reciclado y recuperación de materiales secundarios o de energía, con lo que se
presenta una contaminación en el ambiente.
Con los residuos inorgánicos sucede lo mismo, no se realiza la separación y preparación de
compostas, ya que toda la basura se junta y se deposita en tiraderos.
La población en general no presenta un consumo sustentable, ya que no se realizan acciones para
optar, obtener y aprovechar al máximo el valor de los materiales usados en los productos
comerciales, considerando la posibilidad de evitar el agotamiento de los recursos naturales, así
como de prevenir o reducir la generación de residuos o la liberación de contaminantes al ambiente
y los riesgos que esto conlleva, ya que no se cuenta con programas de reciclaje o reutilización de
residuos;
La disposición final de los residuos sólidos urbanos, se confinan en sitios o instalaciones al aire
libre, en las cuales se pueden presentar afectaciones a la salud de la población, así como a los
ecosistemas y sus elementos;
La ciudad no cuenta con establecimientos formales (Planta de tratamiento de residuos), para los
desechos industriales, químicos, médicos, comerciales, servicios, entren otros;
No se cuenta con una gestión integral normativa, operativa, financiera, de planeación,
administrativa, social, educativa, tanto de monitoreo, supervisión y evaluación para el manejo de
residuos en las distintas etapas del ciclo de vida, desde la generación hasta su disposición final,
debido a ello no se tienen beneficios ambientales, no hay una optimización económica de su
manejo y por consiguiente la aceptación social se ve disminuida;
De igual manera no tiene un inventario de residuos, es decir, una base de datos en la que se
asientan con orden y clasificación los volúmenes de generación de los diferentes residuos, así
como su destino final.
TRATAMIENTO DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS
172
El Estado no cuenta con el manejo adecuado de acciones que involucran la identificación, acopio,
almacenamiento, transporte, reutilización, reciclado, remanufactura, tratamiento y, en su caso,
disposición final de residuos sólidos urbanos;
En este sentido, no existe un manejo Integral de éstos, debido a que las actividades de reducción
de la fuente, separación, reutilización, reciclaje, co-procesamiento, tratamiento biológico, químico,
físico o térmico, acopio, almacenamiento, transporte y disposición final de los residuos, se
desarrolla de forma inapropiada, con ello, no se está cumpliendo con los objetivos de valorización,
eficiencia sanitaria, ambiental, tecnológica, económica y social que plantean las leyes citadas;
Del mismo modo, no hay un plan de manejo de residuos sólidos urbanos: que contenga el conjunto
de acciones, procedimientos y medios dispuestos para facilitar el acopio, el envío a instalaciones
en las que se sujetarán a procesos que permitirán su aprovechamiento económico, tratamiento o
disposición final ambientalmente adecuados;
En este orden de ideas, se debe trabajar en procesos productivos, en actividades relacionadas con
la extracción, beneficio, transformación, procesamiento o utilización de materiales para producir
bienes y servicios;
Así mismo, ocuparse del reciclado de residuos sólidos, a través de distintos procesos que permiten
restituir su valor económico, evitando así su disposición final, siempre y cuando esta restitución
favorezca un ahorro de energía y materias primas sin perjuicio para la salud, los ecosistemas o sus
elementos;
Mejorar el sistema de recolección de basura, el traslado de los residuos a las instalaciones
necesarias para su manejo y disposición final;
Revisar periódicamente el funcionamiento de los rellenos sanitarios, la ubicación adecuada al
ordenamiento ecológico del territorio y a las Normas Oficiales Mexicanas, mediante la cual los
residuos se depositan y compactan al menor volumen práctico posible, y se cubren con material
natural o sintético para prevenir o reducir la liberación de contaminantes al ambiente, los procesos
de combustión no controlada, la generación de malos olores, la proliferación de fauna nociva y
demás problemas ambientales y sanitarios;
Así mismo, revisar el conjunto de medidas a las que se someten los suelos y sitios contaminados
para eliminar o reducir los contaminantes, prevenir su dispersión en el ambiente y eliminar o
reducir los cambios nocivos en las características físicas, químicas o biológicas de los suelos
contaminados, a fin de prevenir o disminuir riesgos ambientales;
Por último, es preciso revisar el buen manejo de los residuos sólidos urbanos, así como el manejo
especial de aquellos generados en los procesos productivos, que no reúnen las características para
ser considerados como peligrosos conforme a la normatividad ambiental vigente o como residuos
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
173
sólidos urbanos, o que son producidos por macro generadores de residuos urbanos y que
desgraciadamente no se realiza.
7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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en México” SEMARNAT- INE-SEMARNAT.
INEGI, (2009). Obtenido el 28 de Enero de 2015. Instituto Nacional de Estadística, Geografía e
Informática. México http://cuentame.inegi.org.mx/Economia.
INEGI. (2010). Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática. Recuperado de
http://cuentame.inegi.org.mx/monografias/informacion/Ver/Poblacion/default.aspx?tema=M
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México: Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática.
PEPGIR-VER. (2012). Programa Estatal para la prevención y Gestión Integral de los Residuos Sólidos
urbanos y de manejo especial del Estado de Veracruz.
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Periódico Milenio. www.milenio.com
SEMARNAT. (2008). Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales. Curso Virtual de Gestión
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SEMARNAT. (2009). Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales. Programa Nacional para
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SEMARNAT. (2008). Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales Recuperado de
http://biblioteca.semarnat.gob.mx/Documentos/Ciga/.../CD001408.pdf
DESARROLLO Y PERSPECTIVA ECOLÓGICA
174
Capítulo 11.
DESARROLLO Y PERSPECTIVA ECOLÓGICA
Patricia Sánchez-Gil
Doctorado en Ciencias Ambientales, Universidad de Xalapa, Carretera Xalapa-Veracruz KM 2, Las Animas 91190, Xalapa Ver., México. [email protected]
RESUMEN
La ecología, la ingeniería, la tecnología, la política, la economía, entre otras, están cada vez más
relacionadas. Todas estas disciplinas a través de la investigación, apuntan a la descripción,
evaluación y diagnóstico de los problemas ambientales prioritarios nacionales, regionales o
locales. Las inquietudes están orientadas a poder balancear el aprovechamiento racional y/o
sustentable de los recursos naturales y energéticos; frente a las necesidades relacionadas al
incremento poblacional, el desarrollo económico y el bienestar social. La preservación de los
ambientes naturales y sus recursos es un desafío que depende tanto de las políticas nacionales y
sus cuentas económicas, como de la gestión ambiental para reglamentar su ordenamiento
ecológico, la restauración y saneamiento, generar estrategias para mitigar impactos; pero
principalmente tratar de mantener la integridad ecológica de los grandes ecosistemas, de cuyos
servicios ambientales depende el desarrollo.
Palabras clave: ciencias ambientales, interdisciplina, conflictos ambientales, integridad ecológica,
preservación de ambientes naturales.
ABSTRACT
Ecology, engineering, technology, politics, economy, among others, are increasingly more related.
All of these disciplines through research, point to the description, evaluation, and diagnosis of
environmental problems as a priority at national, regional or local levels. The concerns are aimed
to be able to balance the rational or sustainable use of natural and energy resources; needs
related to the population growth, economic development, and social welfare. The preservation of
natural environments and their resources is a challenge that depends on both national policies and
economic bills, as the environmental management to regulate the ecological ordering, restoration,
generate strategies to mitigate impacts; but mainly trying to maintain the ecological integrity of
large ecosystems, whose environmental services the development depends on.
Keywords: environmental science, interdisciplinary, environmental conflicts, ecological integrity,
preservation of natural environments.
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
175
1. INTRODUCCIÓN
En las últimas décadas, el hombre ha utilizado intensivamente el medioambiente incluyendo sus
recursos naturales con conocimiento de las consecuencias, pero considerándolas justificadas.
Actualmente, la percepción de estas acciones en retrospectiva, genera diferentes puntos de vista
en relación a que las secuelas de deterioro ambiental, inevitablemente involucran consecuencias
económicas, y es que los problemas ambientales son problemas intrínsecos de conflicto para la
sociedad. Los impactos ambientales son cada vez más visibles, y muchos de ellos a nivel global
implican cambios potencialmente irreversibles.
En México los elementos de presión sobre el medio ambiente y sus recursos son muy diversos,
generalmente relacionados a la extracción y uso desordenado de recursos naturales (i.e, agua,
energéticos, alimentos, suelo); a la generación de impactos sobre ecosistemas valiosos como son
las áreas de preservación de los llamados servicios ambientales (i.e, bosques, selvas, zonas
costeras, humedales, corales, cuencas y riveras); y desde luego los procesos de urbanización
relacionados a una población creciente con las consecuentes demandas de servicios, vivienda,
salud, educación; esto último en reciprocidad directa con la producción de contaminantes y
residuos de diferentes orígenes. El entendimiento de estas sinergias ya es ineludible,
transformándose en verdaderos “retos” de importancia y repercusión política, socioeconómica
pero primordialmente ambiental.
Según el análisis de diagnóstico del Programa Sectorial de Medio Ambiente y Recursos Naturales
(PROMARNAT, 2013-2018) y lo expuesto por el Programa Institucional del INECC (PIINECC 2014-
2018), el capital natural de México presenta un deterioro importante debido principalmente a:
Procesos de urbanización
Deforestación
Degradación de suelos
Generación y manejo de residuos
Contaminación y degradación de la calidad de agua y aire
Emisión de gases de efecto invernadero
Altos niveles de vulnerabilidad relacionados al cambio climático
Pérdida de biodiversidad
Todos estos son problemas relevantes y se convierten en desafíos cuya atención requiere de
estrategias que se adapten a las necesidades, a las metas nacionales de desarrollo económico y de
bienestar social, para lo cual es necesario integrar la preservación del medioambiente como pilar
DESARROLLO Y PERSPECTIVA ECOLÓGICA
176
de sostenimiento. Fortalecer la corresponsabilidad social en relación a las condiciones del medio
ambiente; desarrollar investigación aplicada y de diagnóstico ambiental en el país; así como
tomar decisiones basadas en estos principios, son las rutas estratégicas posibles.
El objetivo de esta contribución, es presentar algunos fundamentos que desde una perspectiva
ecológica, permiten entender que el “mantenimiento de la calidad ambiental” incluyendo la
preservación de sus recursos, depende del “mantenimiento de la integridad de sus ecosistemas”
y la conservación de sus funciones naturales. Los elementos expuestos, sugieren que el desarrollo
económico debe integrar en sus análisis el costo/beneficio del deterioro ambiental, considerando
que existen límites naturales en la capacidad de los ecosistemas, los cuales son inherentes a las
necesidades y exigencias socioeconómicas de las poblaciones humanas.
2. EL DILEMA COMO FUNDAMENTO DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
Cómo podemos enfrentar las necesidades de una población creciente, al tiempo de utilizar
eficientemente los recursos naturales y poner límites a la degradación del medioambiente?
En el siglo XX las poblaciones globales aumentaron espectacularmente, ampliando los debates
teóricos sobre la magnitud y causas del problema demográfico. La discusión propuesta por
Malthus en el siglo XIX, fue retomada por otros teóricos de la población incluyendo a Julian
Simon, Garrett Hardin y Barry Commoner por mencionar algunos. En 1968, la población mundial se
cernía ya sobre 3 billones, y Paul Ehrlich (1971; 1990), llevaría la discusión en la segunda mitad del
siglo XX. Este autor propuso que la tasa de crecimiento natural de la población fue superando al
crecimiento agrícola y la capacidad de renovación de los recursos de la tierra, analizando lo que
puede considerarse como “un desastre demográfico en respuesta a la potencial escasez de
alimentos y la eventual enfermedad….”
En esencia, la teoría de Ehrlich contiene tres elementos principales que actualmente ante una
población mundial mayor a 7 billones (desde 2010), no pueden dejar de ser considerados: una
rápida tasa de cambio (i.e., población); un límite de algún tipo (i.e., recursos naturales) y retrasos
en la percepción del límite (i.e., sociedad). No se puede negar que la sociedad humana se enfrenta
hoy a enormes y en algunos casos insuperables problemas de crecimiento demográfico, escasez
de recursos incluyendo los energéticos y el consecuente impacto económico que esto representa.
Mientras los escenarios entre la creciente escasez de recursos, acceso y producción de energías
de buena calidad y deterioro ambiental se agravan por cambios globales (i.e., salud, cambio
climático), autores como Hall y Day (2014) discuten sobre el paradigma económico mundialmente
dominante, mostrando que los modelos actuales son cada vez menos capaces de enfrentar
eficazmente los escenarios descritos, siendo en muchos casos la fuente de los problemas.
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
177
Esta realidad, induce a que el estudio de las complejas interacciones entre las poblaciones
humanas y los recursos naturales, materiales y energéticos, incorpore aspectos de las ciencias
exactas, naturales, sociales y económicas, relacionadas con la normativa legal y los avances
tecnológicos. Es decir, la permanente demanda sobre el uso de los recursos, induce cada vez más a
la necesidad urgente de una visión y acciones interdisciplinarias. Las ciencias ambientales deben
lidiar entonces, con este dilema esencial como fundamento, como base para orientar su interés;
mientras que el desarrollo de sus líneas de investigación debe enfocarse a las prioridades, a los
retos ambientales de este siglo XXI.
2.1. Calidad de Vida, Calidad Ambiental y Desarrollo Económico
La relación economía-comercio-medioambiente es una integral reconocida que ha sido abordada
de diversas maneras por los gobiernos a nivel mundial, desde hace varios años (PINE-INEGI, 1996-
2001), especialmente entre países que han establecido acuerdos comerciales en los mercados
abiertos y tratados de libre comercio. La preocupación surge porque una de las plataformas más
significativas de crecimiento y desarrollo económico es la explotación de los ecosistemas y sus
recursos naturales. Es cierto que desde 1993, la Oficina de Estadística de las Naciones Unidas
propuso nuevos enfoques para considerar al medioambiente en el sistema de cuentas nacionales,
pero sin considerar el stock (existencias) de capital natural como un activo. Autores como
Costanza (1991); Hall et al. (2001); Yáñez-Arancibia et al. (2013ª), mencionan que en la utilización
del medioambiente como activo fijo, las economías deberían orientar sus políticas macro-
económicas reintegrando las ciencias naturales con la economía, siendo esta la mejor
aproximación para reflejar la realidad hacia un desarrollo sustentable.
La Figura 1 pretende integrar de manera esquemática los elementos existentes en la relación
calidad de vida, calidad ambiental y desarrollo económico, donde conforme el crecimiento
poblacional se incrementa, la demanda del capital natural es mayor, provocando un decremento
en la calidad ambiental.
Si a este modelo general se le asignara un valor económico a cada elemento que define la “calidad
ambiental”, el desarrollo económico tendría por fuerza que reconsiderar el costo/beneficio que
implica a mediano y largo plazo.
Lo anterior, llama a reposicionar el análisis del deterioro ambiental en el ámbito contable (Figura
1), donde tienen cabida la calidad de vida y las necesidades sociales; la demanda y escases de
recursos incluyendo los energéticos (petróleo), las crisis económicas asociadas a fenómenos
naturales, entre otros. Si los elementos naturales están cada vez más presentes en los mercados
internacionales formales, obedeciendo a tendencias mundiales que pretenden asumir al desarrollo
económico con una perspectiva “ecológica” del costo/beneficio, debería ser posible evaluar el
deterioro ambiental, asignando valor económico a los ecosistemas (Costanza, 1997), a la
DESARROLLO Y PERSPECTIVA ECOLÓGICA
178
biodiversidad, incluso al patrimonio genético y los servicios ambientales (Sánchez-Gil et al., 2004;
Yáñez-Arancibia et al. 2013b).
Figura 1. Se muestran los requerimientos necesarios para generar una calidad de vida “deseable”, la relación con el capital natural para “sostenerla” a través del desarrollo económico y el costo del deterioro en relación a la calidad ambiental. Fuente: Elaboración propia.
2.2. Demanda de Recursos y Deterioro Ambiental
Para describir lo expuesto en la Figura 1, se puede tomar al suelo como ejemplo. En el uso de este
recurso natural se reúne una gran diversidad de necesidades y de usuarios, cuyas demandas
involucran necesariamente a otros recursos naturales asociados. Por nombrar algunos: el agua y
su extracción para uso doméstico, industrial y /o agricultura; la flora y fauna en la explotación de
recursos forestales, minerales o energéticos, así como el “espacio” relacionado a la expansión de
la frontera agrícola y principalmente la urbana.
En el marco de la economía, el comercio, el avance social y el medio ambiente, se aprecia una
presión cada vez más intensa sobre los cambios de “uso de suelo”. Estos cambios son inducidos
por la demanda en la utilización de diversos ecosistemas incluyendo sus recursos naturales. Las
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
179
actividades antropogénicas vinculadas a esta, son la deforestación, el dragado, construcción de
canales, urbanización; mismas que no solo tienden a degradar e interrumpir el funcionamiento
natural de los ecosistemas, sino que provocan la pérdida neta de los valores ecológicos como la
biodiversidad (i.e., bosques, selvas , costas), económicos como son los servicios ambientales (de
soporte y suministro) y los estéticos asociados con la salud, la cultura y el bienestar, entre otros
(Figura 1).
2.2.1. Crecimiento poblacional y expansión urbana
Continuando en el tenor del cambio de “uso de suelo”, es posible considerar a la expansión urbana
como una tendencia creciente en la consolidación de los subsistemas urbanos, resultado de las
interacciones entre el crecimiento demográfico y el crecimiento económico.
De acuerdo a la Organización Mundial para la Salud, un área urbana se define como “un
medioambiente hecho por el hombre invadiendo y reemplazando las áreas naturales, por áreas de
alta concentración poblacional cuya actividad económica principal no es la agricultura”.
Los asentamientos humanos requieren cada vez más de una organización tal que permita el
establecimiento y desarrollo de una entidad estable, a la par del desarrollo económico. Sin
embargo, el crecimiento demográfico, particularmente de los países en desarrollo, es acelerado,
desordenado y sobre todo carece de los criterios básicos sobre la disponibilidad de los recursos, la
capacidad de la asimilación de los desperdicios, la calidad ambiental, y las posibilidades de
mantener o mejorar la calidad de vida humana en las nuevas áreas urbanas (PROMARNAT, 2013-
2018).
El impacto ambiental de estas concentraciones se refleja en el consumo de grandes cantidades de
energía (eléctrica y combustibles), así como de recursos naturales para alimento y materias
primas; la generación de desechos, y la creciente demanda de espacio e infraestructura. Esto
propicia que los costos sociales del desarrollo económico, se conviertan en costos ambientales.
Los principales procesos medioambientales altamente modificados como resultado de la
urbanización involucran:
Efectos locales de clima urbano, donde el calor del aire y del suelo urbano de las grandes
ciudades genera incrementos de temperatura local “islas de calor”, hasta de 1.3C0 en
promedio mayores a las áreas vecinas, presentando cambios de hasta 10 C0 de diferencia
entre el día y media noche.
Cambios en los patrones hidrológicos y su efecto sobre la captación natural de las aguas.
Debido a las extensivas áreas impermeables de los ambientes urbanos, se produce una
considerable reducción del almacenaje natural de agua en la superficie por disminución de
DESARROLLO Y PERSPECTIVA ECOLÓGICA
180
la infiltración. Esto, se traduce en una evapotranspiración mucho menor que en las áreas
rurales, con la consecuente compactación de los suelos y procesos de subsidencia. Pero
también en incremento en la magnitud y frecuencia de inundaciones.
En las áreas urbanas, la calidad del agua se caracteriza por temperaturas más altas que en
las zonas rurales, altas concentraciones de solubles, que reflejan la presencia de fuentes
adicionales, incluyendo residuos diversos y/o contaminantes. Finalmente el balance entre
las aguas naturales y las aguas residuales generadas por uso doméstico, en completa
desarmonía, magnificándose el deterioro sobre la cantidad y calidad del agua.
El incremento en la creación de nuevos “hábitats urbanos”. Como resultado de la
exterminación e introducción de especies, la ecología urbana va transformando el entorno
en “un desierto ecológico”, manteniendo en el mejor de los casos, un bajo porcentaje de
áreas vegetadas transformadas (p.ej., parques públicos, jardines, reservas naturales,
jardines botánicos, etc).
El análisis anterior sobre el” uso de suelo”, es solo un ejemplo desarrollado de los problemas
señalados en la Figura 1; en las cuentas globales, es posible darle magnitud, considerando que
actualmente el 2% de la superficie mundial está urbanizada, concentrando más del 50% de la
población mundial total, y se estima que para el 2025 podría ser el 60%.
3. INTEGRIDAD ECOLÓGICA
“Los límites del crecimiento los impone la integridad ecológica de la naturaleza” …(Yáñez-
Arancibia et al., 2013c).
La integridad ecológica en términos generales, se refiere al funcionamiento permanente
“saludable “ o “apropiado” de los ecosistemas a escala global y local, donde el concepto de
“integridad” le otorga un sentido ético, social.
Desde una perspectiva económica, la integridad ecológica se interpreta como el “estado de un
ecosistema” del cual puede tenerse una provisión continua de recursos renovables y cuyos
servicios ambientales se consideran “adecuados” para el bienestar de las sociedades. Autores
como Bifani (1999) mencionan que es explícita la necesidad de tener un proceso sostenido donde
se satisfaga tanto el lado de la demanda, como el de la oferta, para asegurar los niveles de
ingresos de la sociedad a través del uso de los recursos naturales, como factores productivos.
Es decir, el énfasis de esta visión, radica en los beneficios del medioambiente sin considerar que
éstos son el “producto” que resulta de las funciones naturales de los ecosistemas. Además ¿es
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
181
posible conseguir un incremento en la actividad económica (crecimiento a largo plazo) sin obtener
un incremento en el consumo de recursos y el uso de los servicios ambientales?
Desde una perspectiva ecológica, la integridad de los ecosistemas, se interpreta como la capacidad
para soportar y mantener su composición de especies integradas en comunidades adaptativas,
con una organización funcional comparable a los hábitats originales donde el “estado de
desarrollo de un ecosistema” sugiere un balance integral a largo plazo (Gregory et al., 2009).
Es decir el estado de los ecosistemas comúnmente definido en términos de “salud del
ecosistema” o incluso “integridad biológica”, son criterios cuyas bases radican principalmente en
la biodiversidad; pero implican entradas de energía, flujos y disponibilidad de agua y nutrientes,
capacidad y eficiencia, entre otros conceptos. Esto quiere decir que las “leyes fundamentales de
la naturaleza” a largo plazo, no dependen del hombre; pero la persistencia y la calidad de sus
bienes y servicios sí.
Por tanto, ¿cómo integrar en los análisis económicos los conceptos fundamentales que sostienen
la integridad de los sistemas ecológicos? ¿cómo integrar los planteamientos económicos y
ecológicos en un enfoque común, que permita planificar escenarios de desarrollo social y calidad
de vida?
Si bien, no se puede negar que los incentivos económicos son necesarios para cambiar los
patrones de producción y poder alcanzar la sustentabilidad, es necesario insistir en que los
métodos para evaluar la contribución de los recursos naturales a las economías humanas,
necesitan ser revalorados. Autores como Constanza (1991) y Hall et al. (2001), apuntan desde hace
varios años a que la economía debiera integrar a la ecología en sus aproximaciones, pues solo así
se puede reflejar la realidad hacia un desarrollo sustentable. Estos autores parten de que los
sistemas contables actuales se enfocan en las entradas y salidas de los bienes y servicios como si
estos estuvieran separados del ambiente de donde provienen.
Sin embargo, la interdependencia que existe entre medioambiente, economía y desarrollo sugiere
que el desafío es lograr otorgar un “valor económico” a los servicios de los sistemas ecológicos.
La alternativa es mirar a los recursos naturales como “capital natural”. Este término incluye los
parámetros básicos de cualquier ecosistema como suelo, agua, flora y fauna como propusieron
hace un par de décadas los economistas ecológicos Daily y Erlich (1996) y Costanza et al. (1997).
Estos autores muestran que los modelos económicos “basados en el agotamiento” de los
recursos no los toma en cuenta como ingresos, dando mayor importancia al desarrollo como
proceso económico.
Con una perspectiva ecológica, la Figura 2 señala las necesidades de preservación para mantener
o asegurar la integridad de los ecosistemas. Esta visión considera a la integridad ecológica como la
DESARROLLO Y PERSPECTIVA ECOLÓGICA
182
base para la generación de los bienes y servicios ambientales a largo plazo (sustentabilidad). Si en
este esquema los recursos naturales son considerados como “capital natural”, entonces puede
darse un valor económico a los recursos naturales y considerarlos como el “ingreso” necesario
para el desarrollo y calidad de vida.
Figura 2. Se esquematizan los principales conceptos involucrados en la relación preservación-desarrollo. La base es la sustentabilidad ambiental, equivalente a un desarrollo social y económico que no compromete la integridad ecológica. Fuente: Elaboración propia.
Partiendo de este principio, la Figura 2 propone a la sustentabilidad ambiental, como una
“inversión” del desarrollo económico; reuniendo en el recuadro inferior tanto las herramientas y
criterios de gestión en el uso del capital natural; como a los elementos de carácter ecológico que
deben considerarse en el balance de costo/beneficio; teniendo como puente de interacción al
manejo integrado. A todos estos factores es factible otorgarles un valor económico.
Para complementar la reflexión de estas ideas, cabe citar a Yáñez-Arancibia et al., 2013ª “…los
ecosistemas productivos son una fuente de capital de recursos naturales, en realidad una -cuenta
bancaria- viva, que puede ser agotada; por lo tanto debe ser manejada con objetivos a largo plazo,
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
183
para que el ecosistema logre satisfacer nuestras necesidades futuras manteniendo su integridad
ecológica como un componente clave en esta ecuación…..”
3.1. Sustentabilidad Ambiental
Que significa la sustentabilidad en términos de medioambiente?
Aun cuando el origen del concepto surge de los términos ecológicos de “capacidad de carga” y
“captura sostenible”, la sustentabilidad ambiental expande su referencia a poblaciones y
recursos, incluyendo a los bienes y servicios naturales de un ecosistema. El objetivo de la
sustentabilidad ambiental es mantener el flujo y desempeño de las funciones cruciales que le
garantizan la supervivencia a largo plazo (Goodland y Daly, 1996).
Esto implica que los bienes y servicios de los recursos naturales dependen de la dinámica y de los
pulsos cíclicos de energía en la naturaleza, los cuales deben ser considerados en los criterios de
gestión y las estrategias de manejo.
La alteración o perturbación de estos pulsos inevitablemente va a generar pérdidas en la
sustentabilidad conduciendo a la degeneración del ambiente. Los ecosistemas cambian a un nivel
insustentable de producción, cuando las actividades económicas reducen sus funciones de flujo,
decreciendo la calidad de sus bienes y servicios (capital natural).
Por esta razón, la sustentabilidad ambiental requiere de amplios rangos; es decir el
comportamiento dinámico de los ecosistemas debe ser respetado como principal regla en las
actividades humanas, el manejo integral de los ecosistemas y sus recursos. Autores como Day et
al. (1997) demuestran que el utilizar los pulsos naturales de energía en los ecosistemas, reduce los
costos económicos asociados, cuando se trata de mantener ambos intereses, hábitats naturales y
desarrollo.
El desarrollo económico tiene por fuerza que reconsiderar el costo/beneficio que implica la
sustentabilidad ambiental a mediano y largo plazo.
Los conceptos y fundamentos ecológicos involucrados en este capítulo se describen a
continuación.
3.1.1. Fundamentos ecológicos
A nivel de organismos o de ecosistemas, las “leyes de la naturaleza” giran alrededor de un estado
óptimo para su existencia. Para contender a esto, los sistemas biológicos, muestran una condición
activa de ajustes y compensaciones permanentes cuya relación puede simplificarse como sigue:
Balance dinámico = Homeostasis = Integridad
DESARROLLO Y PERSPECTIVA ECOLÓGICA
184
En esta relación, las actividades humanas tienden a acelerar o sustituir los mecanismos y procesos
naturales, interrumpiendo el control y la retroalimentación adecuada de los diferentes ciclos
naturales (hidrológicos, de energía, biogeoquímicos), causando como resultado, alteraciones y
fenómenos como eutrofización, anoxia, contaminación, generación de residuos entre otras
muchas formas de perturbación o impacto.
Perturbación = Sucesión ecológica = Cambio
La sucesión ecológica, a su vez, es un proceso natural de orden evolutivo en el desarrollo de una
comunidad. Comprende cambios en la estructura (composición de especies) y la función (procesos
de flujo de energía específicos). Resulta de la modificación o alteración del medio físico
(condicionando el tipo y la velocidad de cambio). Los cambios más comunes se manifiestan en
variación de la productividad, respiración, diversidad, tipo de especies en el sistema, composición,
abundancia, crecimiento. La magnitud del cambio dependerá de las condiciones originales, y del
“costo energético” de los ajustes.
En condiciones naturales, donde no existe la interferencia del hombre, este proceso desata
eventos que tienden a “reparar” el sistema, culminando en un ecosistema balanceado y funcional
(grado máximo de biomasa). En sistemas donde el estrés o perturbación son permanentes
(frecuentes), este proceso tiende a generar “pérdidas” en la sustentabilidad y la degeneración
del ambiente puede culminar en un ecosistema de “empobrecimiento funcional”, alteración de la
integridad ecológica.
La capacidad de carga se refiere al máximo de organismos (población) que puede mantener un
área o ecosistema, sin que se reduzca la habilidad para sostenerlo en el tiempo. Representa
entonces, la capacidad a largo plazo en la distribución de materia y energía y la eficiencia para
regular productos-residuos, en las interacciones entre organismos.
Resiliencia = Capacidad = Habilidad
La habilidad del sistema para retornar a su estado original una vez que la perturbación ha
terminado, se denomina resiliencia. Esta depende de la capacidad del ecosistema para “absorber”
los cambios, sin alterar significativamente sus características de composición y funciones básicas
de flujo. Esta habilidad, se sostiene en la capacidad de carga y por lo tanto en la riqueza de
especies. De ahí la importancia de la biodiversidad en las funciones ecológicas.
4. CONCLUSIONES Y/O PERSPECTIVAS DE INVESTIGACIÓN
Las ciencias ambientales
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
185
Considerando que la relación del hombre con la naturaleza es compleja y multidimensional. El
estudio del medio ambiente requiere ser interdisciplinario, por lo que cada vez es más común
partir de que: a) el conocimiento del medioambiente debe surgir del interés e integración de otras
ciencias reduccionistas (interdisciplina), b) el enfoque del estudio ambiental debe ser holístico,
ecosistémico, y c) los problemas ambientales son conflictos intrínsecos de interés ecológico y
trascendencia socioeconómica.
Las ciencias ambientales deben lidiar con los problemas de crecimiento demográfico, escasez de
recursos y el consecuente impacto ambiental y socio-económico. Este dilema esencial es la base
para orientar su interés; mientras que el desarrollo de sus líneas de investigación debe enfocarse a
las prioridades, a los retos ambientales de este siglo XXI.
Los fundamentos ecológicos
El medio ambiente es un sistema abierto, complejo, constituido por un conjunto de factores
físicos, químicos, biológicos, sociales y culturales que se relacionan entre sí y es la única fuente de
recursos tanto materiales, como estéticos con los que cuenta el hombre.
Sin importar el tamaño del ecosistema, la integridad ecológica se basa en la continuidad de la
estructura y función de la naturaleza, y el mantenimiento de los procesos dinámicos en sus
diferentes niveles de organización.
Las leyes fundamentales de la naturaleza a largo plazo no dependen del hombre; pero la
persistencia y la calidad de sus bienes y servicios sí, por lo que es necesario insistir en que los
métodos para evaluar la contribución de los recursos naturales a las economías humanas
necesitan ser revalorados.
La gestión ambiental
Para que la complicada civilización humana subsista, se requiere de un conocimiento y manejo
“integrado” del medio ambiente, abordando los intereses entre la sociedad, la economía y la
ecología, con un enfoque común.
Los instrumentos de gestión como son la planeación ambiental, el ordenamiento ecológico del
territorio, la regulación para la expansión urbana y agraria, el manejo de residuos, la evaluación de
impacto ambiental, las normas oficiales en materia ambiental, las auditorías y estudios de riesgo
ambiental, entre otros; deben ser valorados cada vez más, como verdaderas herramientas para la
sustentabilidad ambiental del desarrollo económico. Apoyarse en ellas para construir puentes
entre los instrumentos económicos, las prácticas racionales y la normatividad ambiental
(internacional) en el uso de los recursos.
DESARROLLO Y PERSPECTIVA ECOLÓGICA
186
5. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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LAS CIENCIAS AMBIENTALES: INTERDISCIPLINA
188
Capítulo 12.
LAS CIENCIAS AMBIENTALES: UN ESPACIO PARA EL
EJERCICIO DE LA INTERDISCIPLINA
Rey Acosta Barradas, Diana Paola Lagunes Blanco
Universidad Veracruzana, Zona Universitaria S/N, C.P. 91040, Xalapa, Ver., México [email protected]; [email protected]
RESUMEN
La educación superior en México se desarrolló bajo los lineamientos de un modelo disciplinar
donde la especialización y fragmentación del conocimiento fueron su principal característica. No
obstante, la complejidad de los problemas actuales, particularmente los ambientales, obliga a
nuevos esquemas de conocimiento que le den respuesta. Es así como la interdisciplina emerge
como una alternativa para el estudio de los sistemas complejos. Plantea el análisis de los
problemas desde su conjunto ofreciendo una solución integral. Este trabajo pretende abordar
algunos retos y expectativas de la interdisciplina como nuevo método para la educación superior.
Palabras clave: Interdisciplina, problemas complejos, ciencias ambientales.
ABSTRACT
Higher education in Mexico developed under the guidelines of a disciplinary model where the
specialization and fragmentation of knowledge were its main characteristic. However, the
complexity of current problems, particularly environmental ones, forces new knowledge schemes
to respond. This is how interdisciplinary emerges as an alternative for the study of complex
systems. It proposes the analysis of the problems as a whole offering an integral solution. This
paper aims to address some challenges and expectations of interdiscipline as a new method for
higher education.
Keywords: Interdisciplinary, complex problems, environmental sciences.
1. INTRODUCCIÓN
Una breve mirada sobre los fenómenos locales nos enseña la enorme relación que tienen con
fenómenos globales. Además, profundizando en nuestra observación, notamos la conectividad
con sus distintas dimensiones de lo real, ya que en ellos convergen elementos e interacciones en
procesos que son cada vez más dinámicos y complejos. Un mundo en el que la interacción entre la
perspectiva económica, social y ambiental ha dado lugar a un modelo de organización que hoy
reclama nuevos espacios de gestión, análisis y prospectiva. Problemas ambientales como la crisis
del agua, el cambio climático y el calentamiento global, entre otros, son producto de esta
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
189
situación. Además, la sectorización del pensamiento, la generación y organización disciplinar del
conocimiento, y la construcción de indicadores ajenos a una realidad compleja, han dificultado el
análisis y logro de resultados integrales, intensificándose el trabajo fraccionado y especializado,
preponderando el enfoque sectorial e individual.
Por otra parte, la desigual distribución del ingreso, la pobreza, la marginación, la injusticia social y
el deterioro ambiental, son problemas actuales que reclaman la construcción colectiva de nuevas
formas de sentir, valorar, pensar y actuar en los individuos y en las colectividades, que posibiliten a
la sociedad global a buscar nuevas alternativas de desarrollo en un entorno sostenible. Encontrar
estas nuevas formas de abordar las relaciones entre las personas y su medio ambiente constituye
un reto para las disciplinas y campos del saber. La realidad nos enseña que todo está
interconectado, los conflictos sociales, económicos y ecológicos no son ajenos entre sí ni son
cuestiones locales o parciales, sino problemas globales que atañen a toda la sociedad.
Esta nueva visión representa un reto para el pensamiento humano sobre cómo afrontar la
educación en general y la educación superior en particular. Ante ello, es necesario un cambio de
perspectiva que oriente nuevas formas de conocer la realidad para perfilar nuevas maneras de
afrontar la vida. Los valores dominantes y el peso del determinismo y el positivismo ya
demostraron su alcance e inoperancia para comprender y resolver los nuevos desafíos del
desarrollo.
Implementar una visión integral e interdisciplinaria, que permita conocer la naturaleza y dinámica
de los fenómenos complejos, así como sus potenciales líneas de solución, que apunte hacia una
visión holística, parece una necesidad impostergable.
En este trabajo, se describen los aspectos fundamentales que reclama una formación como ésta.
Se plantea la necesidad de hacer cambios en los enfoques de educación superior e investigación
científica para abordar problemas cada vez más complejos, y se discuten las exigencias del
personal académico para abordar la educación interdisciplinaria2. Se sostiene que el desarrollo
humano puede abordarse desde diferentes disciplinas, pero ninguna por sí sola puede responder a
sus principales problemas, siendo muy poco lo que aportan los equipos multidisciplinarios si los
expertos de cada disciplina ofrecen sólo una visión técnica de su especialidad, sin articular el
conocimiento con las demás disciplinas.
2 Al momento de redactar este documento se daba a conocer por parte de la Secretaria de Educación Pública el Nuevo Modelo Educativo, modelo integral dirigido a niños y jóvenes que cursan la educación primaria y secundaria, cuyos ejes centrales son fomentar la educación en valores y mejoras de calidad educativa. Este modelo incluye dentro de sus principios la enseñanza de una educación interdisciplinaria.
LAS CIENCIAS AMBIENTALES: INTERDISCIPLINA
190
1. ANTECEDENTES
1.1. Problemas Complejos Soluciones Complejas
Después de la crisis financiera que colapsó a los Estados Unidos en el 2007 y que se diseminó
alrededor del mundo dejando secuelas muy profundas y percepciones muy diversas que todavía
hoy son motivo de reflexión y discusión, se generó una corriente de pensamiento que cuestiona la
legitimidad del paradigma neoliberal como estrategia de desarrollo global. Tim Jackson (2011)
admite que el bienestar material es un componente esencial de la prosperidad, y que el
crecimiento económico es indispensable para el bienestar de los habitantes de las naciones
pobres; pero en los países desarrollados, el crecimiento continuado y las políticas que lo
promueven acaban socavando la prosperidad. Esto implica que la salud, la felicidad, las buenas
relaciones humanas, las comunidades vigorosas, la confianza en el futuro, y un sentimiento de
prosperidad en la vida son aspectos cada vez más difíciles de alcanzar (Jackson, 2011; Heinberg,
2014).
La magnitud de esta crisis hizo necesaria la creación de un nuevo marco institucional que
permitiera una nueva gobernanza del sistema capitalista. Sin embargo, el debilitamiento de
instituciones globales como el Fondo Monetario Internacional (FMI), el Banco Mundial (BM) y la
aparente pérdida de hegemonía económica de los Estados Unidos, hicieron incierta la aplicación
de estos nuevos arreglos institucionales para estabilizar el sistema capitalista y orientarlo hacia
una nueva senda de crecimiento. Autores como Daly (2009) y Meadows (2009) sostienen que la
crisis derivada de 2007 corresponde a una crisis multidimensional que involucra los niveles
económico, político, social, cultural y, especialmente, ambiental. Argumentan que estas crisis
pusieron en tela de juicio no sólo las estructuras económicas, sociales, políticas y ecológicas
adoptadas con el surgimiento de la economía de mercado, sino la idea misma del progreso
identificada como crecimiento.
Según Morín (2011), la esencia de la globalización económica caracteriza al sistema capitalista
como: una maquinaria no igualitaria que socaba los cimientos sociales y atiza las tensiones
protectoras; una caldera que quema los recursos naturales y favorece las políticas de
acaparamiento y acelera el calentamiento global; un aparato que inunda al mundo con liquidez y
estimula la irresponsabilidad bancaria; un casino en el que se expresan todos los excesos del
capitalismo financiero; y una fábrica de pobres que se expande alrededor del mundo,
principalmente en los países subdesarrollados. Como resultado de esto, la humanidad se enfrenta
a problemas cada vez más complejos con desafíos muy apremiantes plasmados en una crisis social
caracterizada por la injusticia, la violencia, la corrupción, el hambre, la pobreza y el deterioro social;
acicateada por una crisis ambiental cuyas expresiones más importantes son: contaminación,
degradación ambiental, agotamiento de recursos, pérdida de biodiversidad y biocultura, cambio
climático y calentamiento global.
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
191
Este panorama agrava los problemas de inestabilidad de los mercados financieros y reta la
capacidad de compenetración, comprensión, análisis y respuesta del ser humano para acatar sus
exigencias. La reflexión frente a esta crisis y sus consecuencias propició que otras formas de
racionalidad aparecieran como alternativas. En efecto, las ciencias de la complejidad, los Sistemas
Complejos (García, 2006) y el Pensamiento Complejo (Morín, 2007) aparecieron como una opción
ante tales desafíos, apoyándose en problemáticas donde están involucrados el medio ambiente, la
producción, la tecnología, la organización social y la economía, entre otros. Estos nuevos enfoques
constituyen una forma de racionalidad que ha encontrado espacios de realización importantes
dentro de los sistemas complejos, tales como: la no linealidad de los sistemas económicos, las no
jerarquías, las redes, la lógica de la auto organización, la cooperación, las emergencias, el
comportamiento adaptativo, etc. Aspectos todos que generan situaciones caracterizadas por la
confluencia de múltiples procesos cuyas interrelaciones constituyen la estructura de un sistema
que funciona como una totalidad organizada, a la cual se le denominó sistema complejo3.
Es así como surge una nueva corriente de pensamiento cuyo propósito es “ligar y contextualizar
enfrentando los retos de las incertidumbres, los antagonismos, la fragmentación y el azar,
asumiendo que el conocimiento es una aventura incierta que conlleva permanentemente el riesgo
de la ilusión y del error, donde no se pueden superar las contradicciones ni apartarlas, yendo en
contra de la lógica clásica de la ciencia positivista, de lo analítico, lo estático y fragmentado” (Mora
Penagos, 2015).
En este contexto de crisis sistémica, compleja y múltiple, se requiere un nuevo esquema de
educación superior que responda a sus necesidades, construido desde la complejidad, que dé
lugar a una “educación compleja” que permita entender los procesos formativos como un sistema
entrelazado con interacciones e interdependencias, en el que estén en juego permanente la
unidad y la diversidad, lo uno y lo múltiple, lo simple y lo complejo (Fontalvo Peralta, 2008). Una
educación compleja que cambie los patrones tradicionales del pensamiento y genere
conocimiento para una nueva sociedad, con criterios cualitativos de ética, nobleza y dignidad
humana, y no tanto en términos productivistas y de eficientísimo competitivo (Leff, 2002).
En términos de Santos (2012) se están sentando las bases para un nuevo paradigma de
conocimiento sustentado en argumentos como: un conocimiento científico natural que es al
mismo tiempo social y humanístico; es local y total; es autoconocimiento que articula sujeto/objeto
y otras formas de conocimiento distintas a la ciencia de la modernidad que busca constituirse en
3 De acuerdo con García (2006), La complejidad de un sistema no está solamente determinada por la heterogeneidad de los elementos (o subsistemas) que lo componen y cuya naturaleza los sitúa normalmente dentro del dominio de diversas ramas de la ciencia y la tecnología. Además de la heterogeneidad la característica determinante de un sistema complejo es la interdefinibilidad y mutua dependencia de las funciones que cumplen dichos elementos dentro del sistema total. Esta característica excluye la posibilidad de obtener un análisis de un sistema complejo por la simple adición de estudios sectoriales correspondientes a cada uno de los elementos.
LAS CIENCIAS AMBIENTALES: INTERDISCIPLINA
192
sentido común práctico. Un conocimiento que no elude ni ignora la incertidumbre, sino que la
analice, la maneje y la haga propia, donde los valores no se presupongan, sino que se identifiquen,
se expliciten y se incluyan.
Este nuevo conocimiento apunta a cuestiones ambientales globales, a relaciones entre la
economía, la sociedad y el medio ambiente, donde las estrategias de resolución de problemas
dependan más de la relación entre la incertidumbre respecto a lo que se pone en juego en las
decisiones (Mora Penagos, 2015). Sin duda, un conocimiento que exige nuevos procesos,
productos y herramientas, con los cuales afrontar los desafíos de la complejidad, abordando la
desfragmentación y haciendo del conocimiento un nuevo estilo de generar conocimiento
socialmente útil (Conklin, 2006). Un conocimiento donde el medio ambiente sea el eje rector de la
relación hombre-naturaleza.
2. INTERDISCIPLINA
En su libro Los Sistemas Complejos, Rolando García (2011) nos aclara que la interdisciplina no se
puede entender al margen de los sistemas complejos. Señala que complejidad no significa
complicación e insiste en que la heterogeneidad de los fenómenos y de los componentes de un
sistema, no son suficientes para definirlo como “sistema complejo”. Argumenta que el carácter de
“complejo” está dado por las interrelaciones entre los componentes, cuyas funciones dentro del
sistema no son independientes. En este sentido, los sistemas ambientales, son sistemas complejos
ya que tienen lugar en un territorio determinado que es asiento de un conjunto de fenómenos que
allí ocurren. Afirma que este conjunto de fenómenos se puede agrupar en un cierto número de
componentes, que denomina subsistemas, y que varían según la naturaleza del sistema.
Veamos como ejemplo el caso de un sistema rural asentado en una región determinada, digamos
un ejido, allí encontramos un territorio perfectamente definido, con flora y fauna típicas del
territorio; una población determinada con una serie de características sociales, económicas,
políticas y culturales que le dan identidad; construcciones y obras de infraestructura como
carreteras y puentes; una serie de políticas y reglamentos que norman la convivencia de las
personas dentro del territorio, etc. Todos estos aspectos constituyen componentes cada uno con
dinámicas propias, pero con un nivel de interrelación con los demás que hace prácticamente
imposible entender el comportamiento de uno al margen de los otros.
Si tomamos como ejemplo el caso de la producción de maíz en el ejido, observamos que está
supeditada a la productividad del suelo; no obstante, el suelo ha venido perdiendo propiedades
productivas que lo han convertido en un suelo estéril, producto del manejo inadecuado de que ha
sido objeto. Como consecuencia, la producción del grano es ineficiente, con niveles de
productividad muy bajos, lo que hace que la producción sea raquítica, con bajos o nulos niveles de
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
193
rentabilidad para la familia del ejidatario. A esto hay que agregar las consecuencias del cambio
climático, el cual viene modificando severamente los ciclos agrícolas, provocando irregularidades
en la temporada de lluvias, lo que prácticamente hace inviable la producción agrícola. Con ello, los
ingresos se desploman, comprometiendo seriamente las expectativas de una vida digna para la
familia. La desnutrición aparece, las personas se vuelven más vulnerables a las enfermedades y a
las inclemencias del tiempo; las posibilidades de que los niños asistan a clases se reducen y los
flagelos de la pobreza, el analfabetismo, la marginación y la desnutrición, aparecen de manera
preocupante. Este pasaje nada ajeno al sector rural mexicano, nos revela la naturaleza del
problema más apremiante que aqueja a la economía mexicana: la pobreza. También bosqueja
algunos subsistemas que la definen y reproducen en un proceso de interacción y
retroalimentación permanente. La pobreza es un problema complejo y no existe ninguna disciplina
que por sí sola pueda agenciarse la cura a tan terrible mal, no sólo en el sector rural sino en
cualquier ámbito de la economía y la sociedad. Con este ejemplo se busca profundizar sobre el
concepto de interdisciplina.
Empezaremos por decir que se trata de un concepto complejo, sin una definición clara que nos
permita establecer y puntualizar su importancia y contribución real en la enseñanza. Sin embargo,
abordando sus características relevantes y con la ayuda de la Figura 1 se tratará de llegar a una
definición lo más completa posible.
La interdisciplinariedad representa un conjunto de disciplinas conexas, con relaciones
definidas, que hacen que su trabajo científico no se produzca en forma aislada, dispersa y
fraccionada. Como responde más a necesidades sociales convoca a una aventura
transversal a lo largo de las diferentes disciplinas involucradas buscando espacios de
afinidad conceptual, epistémica y metodológica que contribuyan al análisis, interpretación y
solución de problemas complejos mediante una cooperación estrecha y coordinada (García,
2006).
No se opone al carácter individual de la disciplina, de hecho, abreva en el conocimiento que
ésta genera esperando que sus contribuciones signifiquen aportaciones relevantes en la
búsqueda de soluciones globales a problemas complejos. La interdisciplina busca y abreva
en el conocimiento disciplinar, el cual, interrelacionado con el de otras disciplinas,
contribuye a la solución de necesidades básicas.
En su ejercicio, requiere definir muy claramente el sistema en el que se circunscribe el
problema que se desea estudiar. A partir de allí, establece un marco global de referencia
que integra la aportación concreta de las diferentes disciplinas. Debe retornar a la realidad y
a los problemas que ésta plantea de una forma global y totalizadora generando un
LAS CIENCIAS AMBIENTALES: INTERDISCIPLINA
194
conocimiento socialmente útil cuya finalidad principal debe ser atender las necesidades
sociales que le dieron origen.
El conocimiento disciplinar es responsable del acervo de conocimiento científico básico del
país, no obstante, cada disciplina en lo particular aporta argumentos válidos que
contribuyen y facilitan el análisis y explicación del problema. El producto socioeconómico
que la interdisciplina genera concentra la riqueza que la pluralidad de las dimensiones
disciplinares incorpora, así como la multidimensionalidad que el análisis multidisciplinario es
capaz de aportar en un espacio de reflexión y recreación del conocimiento caracterizado
por la unidad y complejidad del problema.
La interdisciplinariedad no es la suma de aportaciones individuales de las distintas ciencias a
un mismo problema, es una actitud metodológica investigativa que trata de compatibilizar
la unidad y diferenciación de las ciencias, integrando diferentes puntos de vista disciplinares
y científicos en un espacio común para ponerlos al servicio de una realidad compleja. El
producto socioeconómico resultante es la materialización de un ejercicio de síntesis
integrador considerable.
La vinculación entre la universidad y la sociedad genera condiciones muy favorables para
que el acercamiento entre la educación superior e investigación científica y las necesidades
sociales más sentidas de la sociedad, ocurra en un espacio donde la interdisciplina florezca
de forma natural, en una alianza de vinculación estratégica que tenga como meta
responder a los desafíos que la atención de estas problemáticas demanden en su momento
y en su entorno.
El trabajo interdisciplinar es, ante todo, un reto al conocimiento y a la inteligencia. Significa
el abandono de visiones reduccionistas, lineales y tubulares, completamente aisladas de
otras disciplinas para que, en plena armonía con éstas, genere un conocimiento
socioeconómico que es producto de las necesidades de una sociedad que ve como, día con
día, sus entornos se vuelven más complicados.
La interdisciplinaridad, además de un proceso y una filosofía de trabajo, es una forma de pensar
más amplia, más abierta, más crítica y constructiva que busca generar conocimientos acordes a la
complejidad de la realidad objetiva, buscando una mayor contundencia y objetividad a la hora de
proponer soluciones a los problemas complejos y responder a las necesidades sociales. Las
interacciones que genera pueden ir desde la simple comunicación de ideas hasta la integración
mutua de leyes, teorías, hechos, conceptos, habilidades, hábitos, normas de conductas,
sentimientos, valores, metodologías y formas de organización de actividades e investigaciones
(Méndez Pupo, 2013).
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
195
Figura 1. El espacio de la disciplina e interdisciplina.
En la enseñanza, la interdisciplina abarca un campo muy grande pues se convierte en un proceso y
una filosofía de trabajo, en una forma de pensar y proceder que considera la complejidad de la
realidad objetiva y permite resolver los problemas de esa realidad, a la vez que potencia la
transformación de esta. Se trata de que los docentes, según Piaget, habilitados por un espíritu
epistemológico amplio para que, sin olvidar el campo de su especialidad, logren que el estudiante
vea de manera permanente las relaciones de conjunto en el sistema de las ciencias. Exige de un
trabajo metodológico serio y riguroso, así como la auto preparación del maestro o profesor que se
encuentra comprometido con el cambio de actitud de sus estudiantes ante el estudio de la
realidad objetiva.
Resulta cuestionable que, así como se han producido progresos significativos en los campos del
conocimiento científico y técnico, también se haya producido ceguera hacia los problemas
globales, generando errores e imprecisiones en su análisis e interpretación que conducen a
conclusiones falsas al desconocer sus formas de reproducción y existencia. La compartimentación
de los saberes, de la cultura del desarrollo económico unido a la modernidad técnica y científica,
han separado la naturaleza de la cultura, la economía de la sociedad y la naturaleza, impidiendo la
valoración de otras dimensiones de la cultura y de las visiones de conjunto. Con ello, aspectos
LAS CIENCIAS AMBIENTALES: INTERDISCIPLINA
196
como la biocultura, la biodiversidad, y la bioeconomía, entre otros, quedan relegados u olvidados
en un espacio de conocimiento que en estos momentos reclama su aportación protagónica.
2.1. Interdisciplina e Investigación Científica
La investigación es fundamental en los estudios de posgrado. Los alumnos deben generar
conocimiento relevante para dar respuesta a problemas concretos de investigación, centrados en
preguntas específicas y utilizando metodologías apropiadas y coherentes para ello. Esto, que en
teoría no debería representar ninguna dificultad ya que es parte fundamental de los principios
generales de cualquier procedimiento científico, en la perspectiva de la economía ambiental y
ecológica, tiene varias connotaciones ya que el abordaje de las relaciones ecosistema–cultura
enfrenta al investigador con una temática de naturaleza compleja y con las dificultades que esa
complejidad representa a la hora de delimitar el objeto de estudio. En la investigación
multidisciplinaria socioambiental y socioeconómica lo esencial radica en centrarse sobre las
interrelaciones que ocurren en los ámbitos del desarrollo sustentable: la economía, la sociedad y el
medio ambiente.
La interacción del ser humano con la naturaleza da nacimiento legítimo a la dimensión ambiental y
ecológica. Temáticas como: los efectos del uso de pesticidas en aguas superficiales y subterráneas
y sus implicaciones en la salud de comunidades campesinas; los cambios en los usos del suelo
como resultado de la expansión de la frontera agrícola y ganadera; la explotación de recursos
naturales como el petróleo, el oro, la plata, etc. y sus daños colaterales para las comunidades
aledañas; o estudios sobre el papel de la ciencia y la tecnología en la transformación de
comunidades ubicadas en ecosistemas específicos, todas son situaciones que pueden ser acogidas
como investigaciones de carácter ambiental y ecológico. Son trabajos que provocan la reflexión
amplia sobre las interrelaciones de la humanidad con la naturaleza. En experiencias como éstas se
conforman equipos de agrónomos, sociólogos, ingenieros, biólogos, economistas y antropólogos,
entre otros, realizando estudios provocativos, con nuevas hipótesis, metodologías y explicaciones
sobre las relaciones ecosistema-cultura.
Bajo esta perspectiva, las tesis de biología se verían enriquecidas por explicaciones provenientes
del análisis económico y social o de los estudios sobre agricultura orgánica, que abrirían nuevos
debates en torno a las relaciones alimento-naturaleza-sociedad. Los ingenieros podrían proponer
nuevos diseños pensando en las repercusiones de sus sistemas sobre los hábitats o las cadenas
tróficas. Los agrónomos serían más efectivos en sus propuestas de mejoramiento genético o
transferencia de tecnología si cuentan con antropólogos y sociólogos que les orienten sobre las
características de las comunidades indígenas, campesinas o empresariales, en las cuales pretenden
insertar sus descubrimientos. El producto científico que la investigación interdisciplinar genera
será un conocimiento socialmente útil, validado y consensuado por las necesidades sociales de una
población que clama soluciones duraderas a las crisis.
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
197
Las investigaciones en economía ambiental, economía ecológica y desarrollo sustentable reclaman
características propias: la interdisciplina, el diálogo de saberes, el surgimiento de ideas nuevas y la
generación de un producto científico social, en un espacio de generación, convivencia y recreación
del conocimiento, donde la transversalidad de saberes y la práctica de métodos de investigación
compartidos por los profesores y los estudiantes sea el quehacer fundamental de cada día, sentará
las bases para que el nuevo conocimiento empiece a florecer.
2.1.1. Instituciones de educación superior e investigación interdisciplinaria
Algunas instituciones de educación superior conservan resabios de un modelo de educación
disciplinar que se ha mantenido vigente durante muchos años y que se resiste al cambio. Este
modelo se basa en un saber fragmentario y una práctica lineal de la enseñanza de la ciencia y la
tecnología. Los resultados han sido una formación profesional unidireccional que, en la práctica, se
convierte en un obstáculo para el trabajo interdisciplinario. La educación disciplinar genera
mecanismos de resistencia profesional que inducen al individualismo profesional y a una actitud de
poca integración y colaboración, es una especie de celo profesional que encierra y aísla al
profesional y limita su colaboración e integración con otras disciplinas. La propuesta aquí
introducida llama la atención no solo buscando que los jóvenes aprendan “más cosas”, sino que
“piensen y aprendan de otra manera”, sobre todo, donde se favorezca la búsqueda de soluciones
integrales a los problemas sociales.
La búsqueda de formas de organización que hagan posible un nuevo esquema de educación e
investigación centrado en la interdisciplina surge como una reacción a la especialización del
conocimiento y como una necesidad de generar nuevo conocimiento que contribuya a la solución
de problemas complejos. La especialización conduce a la fragmentación de los problemas de la
realidad en un ejercicio quirúrgico de disección que pretende desmembrar las partes a su mínima
expresión a efecto de identificar las dificultades y problemas de sus estructuras más pequeñas. Sin
embargo, el proceso de abstracción propio de este proceso no sólo parcializa el estudio hasta
perder contacto con el problema original, sino que descontextualiza al propio investigador,
aislándolo de su entorno e imposibilitando el ejercicio de síntesis necesario para interpretar una
realidad compleja. El caso más elocuente es en el campo de la medicina, donde los estudios han
conducido a una fragmentación aguda del conocimiento, generando especializaciones centradas
incluso a nivel de órganos. Bajo este contexto, el médico especialista presume su especialización y
cobra cuotas muy altas por sus servicios, orientando su atención hacia aquellos sectores de la
población que pueden pagar por sus servicios, alejándose de una visión integrada del
funcionamiento del organismo humano e ignorando las dificultades y problemas de una sociedad
que se enferma de otro mal incurable que es el desprecio y exclusión de los servicios de salud.
LAS CIENCIAS AMBIENTALES: INTERDISCIPLINA
198
2.1.2. Los requerimientos del personal académico para la interdisciplina
Los docentes resultan estratégicos para la implementación de un esquema de educación
interdisciplinar. Sin embargo, cuando se enfrentan a planes y programas de estudio que los
obligan a la interdisciplina, los problemas aparecen de inmediato. La razón es simple: la
interdisciplina no es un espacio de armonía natural que ocurra en automático cuando se juntan
personas provenientes de diferentes disciplinas. Es un espacio de conflicto, con esquemas de
dominación disciplinar que, cuando se tornan recalcitrantes, se convierten en obstáculos
insuperables. Creer que cuando los profesionales se juntan las cosas van a andar bien, porque con
ello los métodos y contenidos del conocimiento también se juntan, es un error garrafal. La
convocatoria abierta de las disciplinas sin que medie un proceso de aprovechamiento de sus
fortalezas y enfatice abiertamente sobre sus debilidades buscando convertirlas en áreas de
oportunidad, lo que genera es un problema, no una solución. Así aparecen problemas medulares
como: el funcionamiento aislado de las cátedras; el predominio de clases magistrales; la
predominancia de la enseñanza centrada en el profesor; la dominancia disciplinar; la participación
pasiva del alumno en el salón de clase y la escasa integración teórico-práctica en la formación de
los alumnos, entre otros.
Superar las barreras de la disciplinariedad no es tarea fácil, en el proceso es común que aparezcan
juicios como los siguientes: “qué mal estamos, no hay condiciones para trabajar”, “los alumnos no
saben nada, tendré que bajarle de nivel a mi curso”, “aquí proliferan los malos docentes y los
malos investigadores”, “los alumnos no están preparados para recibir un curso avanzado, este
posgrado debería ser sólo para economistas”, etc. Estos comentarios son, sin duda, reflejo de una
realidad vigente en la que la formación disciplinar del docente, aunada a una formación disciplinar
del estudiante facilitan las cosas para el continuismo disciplinario. En un entorno así, la idea misma
de interdisciplina parece lejana. No obstante, cuando se supera la cerrazón disciplinar y se decide
explorar nuevas formas de generación y aplicación del conocimiento, la interdisciplina se convierte
en un espacio de reflexión, de discusión y de recreación del conocimiento en el que se pueden
abordar temas diversos, amplios en cobertura e incidencia, pero factibles de tratamiento por una
audiencia preparada para ello.
La visión de la economía ecológica y las ciencias ambientales, por ejemplo, son un lente ampliado a
la visión reduccionista y economicista, que revela procesos, huellas, señales y consecuencias de
objetos que antes parecían estáticos o acabados. Las dinámicas de interacción de la economía, la
sociedad y el medio ambiente están en continuo movimiento y generan información relevante de
una forma permanente y sostenida que, muchas veces, no es analizada a la velocidad requerida,
generando una brecha cada vez más grande entre el desarrollo de los fenómenos y su análisis
oportuno. Los fenómenos a estudiar son los mismos, lo que cambia es su percepción, sus
regularidades, sus dinámicas y sus consecuencias. Los bosques siguen siendo bosques, la
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
199
naturaleza sigue siendo naturaleza, lo que cambia es la percepción del ingeniero forestal
ambientalista que ahora le incorporará a su conocimiento específico, nuevas interpretaciones
desde la economía, la sociología, la antropología y la estadística, entre otras disciplinas.
En la práctica de la interdisciplina no hay cánones fijos, prescripciones determinadas o recetas
mágicas que coadyuven o faciliten la generación de conocimientos, ni que legitimen lo que es
interdisciplinar de lo que no lo es. Su realización práctica depende de la persona. Es el individuo
quien percibe los fenómenos de manera distinta, que discute con sus colegas, que busca
respuestas en otras fuentes más allá de su disciplina, que cambia los contenidos disciplinarios, que
se muestra insatisfecho con los análisis y conclusiones reduccionistas, que busca nuevas
interrogantes y respuestas más amplias y múltiples. Un enorme esfuerzo personal, aunado a la
insatisfacción de respuestas parciales a problemas complejos, así como una actitud infatigable de
generación de conocimiento socialmente útil, son elementos que caracterizan el ejercicio de la
investigación interdisciplinaria.
Una cultura interdisciplinaria se construye dentro y fuera del aula, en la práctica cotidiana,
llegando a convertirse en un estilo de vida. Se genera adicionando horas de lectura, discusión y
reflexión, acumulando análisis pacientes y minuciosos sobre temas que no son del dominio propio.
Preguntar y debatir no solo con maestros sino con personas de otros grupos sociales enriquece
una formación y una cultura como ésta. En esta tarea, el esfuerzo personal y constante resulta
fundamental, el individuo interdisciplinario es una persona inconforme con la parcialidad de las
diferentes visiones del mundo que la disciplina entrega en el aula. Su descontento de ve
acicateado por su propia curiosidad que lo lleva a cuestionar lo existente, a indagar sobre opciones
distintas, a desmantelar estructuras vigentes que pudieran no responder a las necesidades cada
vez más complejas de una sociedad en aumento. El individuo interdisciplinario es un indagador
nato, un inconforme natural, un ansioso de saber, un atrevido y descarado del conocimiento que
no le teme al debate y la reflexión.
2.1.3. El maestro interdisciplinario
En los planes y programas de estudio es común encontrar la interdisciplina como actividad
declarada; sin embargo, a la hora que se revisan las técnicas de enseñanza-aprendizaje utilizadas
por el profesor en su ejercicio docente es fácil corroborar que, si bien está declarada, no es
practicada, se convierte más en una palabra elegante que enriquece el vocabulario de un syllabus
que en una realidad sucinta que pretende innovar y transformar el ambiente en el cual la docencia
y la investigación tienen lugar. La razón es muy simple, la vigencia de una formación disciplinar de
las personas que diseñan los programas y de los profesores que los ponen en operación.
LAS CIENCIAS AMBIENTALES: INTERDISCIPLINA
200
La preparación disciplinar de académicos, directivos y administrativos se convierte en obstáculo
que impide avanzar en el desarrollo de la educación superior y la investigación científica. De los
tres, los académicos son quizás los que tienen mayor posibilidad y disponibilidad para moverse
hacia nuevos modelos educativos; los directivos muchas veces tienen el conocimiento y la
convicción de los cambios pero chocan contra el muro infranqueable de un sistema administrativo
que se resiste al cambio; los administrativos prácticamente no se mueven, reproduciendo
actitudes y formas de trabajo retrogradas que entorpecen las intenciones y acciones de
académicos y directivos en la búsqueda de esquemas de organización interdisciplinaria.
Esto genera conflictos al interior de las instituciones de educación superior donde coexiste un
sector académico que simpatiza con el cambio, que está dispuesto a prepararse para asumir los
desafíos de la transición; un sector directivo ávido de implementar el proceso pero que muchas
veces carece de los recursos financieros y pedagógicos suficientes para mover la pesada
maquinaria de la transformación, titubeante ante los desafíos de la adopción de las nuevas
tecnologías educativas, dificultando la diseminación y propagación de los nuevos modelos
educativos; y un sector administrativo que no quiere cambiar, que se aferra a los ya establecidos
esquemas administrativos y contables, que le fastidia tener que dejar atrás estos esquemas a fin
de dar cabida a otros donde la flexibilidad, la diversificación y la integralidad sean la fuerza motriz
del modelo.
No obstante, las necesidades fundamentales de una sociedad cambiante, que enfrenta problemas
cada vez más complejos y cuyos métodos de educación e investigación resultan inoperantes y
obsoletos para encontrar potenciales soluciones, exige prestar mayor atención a la formación
interdisciplinar de los profesores. Esta tarea, sin duda, no será fácil, derrumbar estructuras añejas y
cambiar idiosincrasias arraigadas tomará tiempo; sin embargo, la oportunidad de iniciar ahora nos
pone, de una vez, en el camino de la discusión y el diálogo para su construcción.
El reto es muy simple, la formación del futuro profesional de la docencia tendrá que ser
contextualizada con su época, con su entorno, comprometida con las necesidades y demandas de
la sociedad, al mismo tiempo que sea científica, humana y le permita al profesor trascender de
formas tradicionales de enseñanza aprendizaje hacia nuevos esquemas que le faciliten su
crecimiento y desarrollo (Perera Cumera, 2000). Este nuevo profesor, deberá ser capaz de
acometer las transformaciones necesarias que requiere la educación para generar un
conocimiento socialmente útil.
Según Núñez (2008), un profesional de la docencia será interdisciplinario cuando presente, entre
otras cosas, cualidades como las siguientes:
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
201
Comprenda y valore el proceso educativo como un mecanismo para el acercamiento,
acceso y estudio de los sistemas complejos, por lo que debe ser capaz de asumir
críticamente su actividad y de valorar sus alcances y consecuencias.
Conciba la docencia como una actividad esencialmente interdisciplinaria y aplique métodos
científicos y procesos metodológicos acordes a los constantes cambios que le impone su
entorno.
Refleje en su trabajo las características de la actividad socio cultural contemporánea,
diseñando y orientando la participación activa de sus discípulos, lo que le propiciará una
correcta visión de la época en que vive.
Mediante su propio ejemplo, forme en sus discípulos valores y actitudes congruentes con
una forma de pensar interdisciplinaria.
Asuma actitudes flexibles y abiertas ante sus discípulos que se retroalimenten con su
permanente curiosidad y disposición a indagar sobre su ejercicio profesional, apoyándose
en una actitud de aventura frente al riesgo que implica la sociedad actual del conocimiento.
Reconozca y valore la diversidad existente entre los estudiantes y desarrolle hábitos de
convivencia, colaboración y trabajo en equipo que le permitan a los estudiantes interactuar
fecundamente, alcanzando una mayor y mejor comunicación entre ellos.
Participe en el diseño, modificación e implementación de proyectos y componentes
curriculares, conforme al contexto educacional en el cual se ubica el establecimiento y los
criterios profesionales pertinentes.
El maestro interdisciplinario está llamado a ser el actor fundamental del desarrollo individual y
social de las futuras generaciones de estudiantes (MINEDUC, 1999). La oportunidad de tenerlos
cuanto antes en el aula hace imprescindible formarlos con una visión, imaginación, conocimientos
y estrategias acordes a la exigencia de la interdisciplina. Se trata de un profesor reflexivo, que no
se limite a replicar mecánicamente soluciones ensayadas por otros, en entornos diferentes, para
resolver situaciones y problemas que surgen en su práctica docente. Se trata de un profesor que
sea capaz de indagar constantemente, en forma individual y colectiva, soluciones creativas y
pertinentes a la realidad de los alumnos. En esta tarea pondrá en práctica sus conocimientos
teóricos y empíricos resultantes de su experiencia individual y profesional planteándose
críticamente no sólo el espacio de los procesos educativos y sus resultados, sino
fundamentalmente su práctica y los supuestos e implicaciones sociales sobre los cuales ésta se
funda (Zeichner 1992; Boucher y Bouchard 1997). Un maestro que comprenda los desafíos de la
LAS CIENCIAS AMBIENTALES: INTERDISCIPLINA
202
transición y sea tolerante a los tropiezos y desencuentros que los estudiantes van a enfrentar en
su trayecto. Como señala Delors (1996) el reto es hacer del docente un agente de cambio social.
Un maestro que crea en sus alumnos, que les transmita confianza y los aliente a ser mejores cada
día.
2.1.4. El alumno interdisciplinario
En esta tarea, el estudiante juega un papel fundamental, se convierte en el eje del proceso de
enseñanza-aprendizaje, adoptando el papel del sujeto que aprende. Aprende a demandar
orientación y ayuda; aprende a ser sistemático, disciplinado y organizado en la búsqueda de
información. La curiosidad por conocer más y la indagación como vía de acceso al conocimiento le
resultan trascendentales. Su forma de pensar es diferente, no le agrada la actitud pasiva en el aula
de clase, busca formas de allegarse el conocimiento que le ayuden a entender los problemas y sus
potenciales soluciones. Es un actor activo dentro de las dinámicas de análisis y recreación del
conocimiento en del salón de clases, donde el profesor constituye un apoyo disciplinar, como guía
y facilitador. Es reflexivo, curioso, tiene sed de conocimiento, es participativo y colaborativo, con
mente abierta a distintos puntos de vista; no le asusta la discusión y confrontación con otras
disciplinas ya que éstas le permiten fortalecer y complementar su acervo de conocimientos; no
memoriza, es creativo y con una visión crítica. Está consciente de que su disciplina no es la mejor,
ni la única que puede resolver los problemas. Comprende que el análisis de los problemas
complejos requiere del apoyo de otras disciplinas que puedan complementar el estudio del
fenómeno y que en conjunto aporten una solución al problema. En este ejercicio, el alumno
interdisciplinario comprende las interrelacionarse que existen entre la naturaleza y el ser humano.
En síntesis, el alumno interdisciplinario es un personaje con una forma de pensar más amplia, más
abierta, más crítica y constructiva, que busca generar conocimientos acordes a la complejidad de la
realidad objetiva, buscando mayor contundencia y objetividad a la hora de proponer soluciones a
los problemas complejos y responder más efectivamente a las necesidades de la sociedad.
3. CONCLUSIONES
El conocimiento científico disciplinar es muy vasto, su aporte ha sido inconmensurable y es parte
del patrimonio cultural de la humanidad. La ciudadanía tiene derecho a conocerlo y a disfrutar de
sus beneficios. No obstante, la complejidad de los problemas actuales impone nuevos retos y
métodos de conocimiento que desafían al conocimiento disciplinar en la atención a estas
exigencias sociales. En esta tarea, la investigación interdisciplinar encuentra áreas de desarrollo
que potencian la generación de un conocimiento socialmente útil, en el que no se obvien sus
aportes sociales cargados de nuevas formas de sentir, pensar y actuar, que, además, aporte
elementos relevantes para la construcción de un mundo más justo y sostenible.
RETOS Y PERSPECTIVAS DE LAS CIENCIAS AMBIENTALES
203
Los problemas complejos exigen una estrategia de pensamiento reflexiva, crítica y constructiva
donde prepondere un pensamiento interdisciplinar e irreverente ante los esquemas tradicionales,
que sea capaz de generar conocimiento fuera de los lugares comunes. El devenir de una cultura
interdisciplinar facilitará un nuevo tipo de conocimiento, que tome en cuenta las dimensiones del
ser humano y contribuya a conocer y eliminar las tensiones que amenazan la vida sobre el planeta.
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Doctor en Ciencias Pedagógicas, Instituto Superior Pedagógico “Enrique José Varona”
Facultad del Ciencias, Departamento de Física, La Habana. Obtenido de
http://karin.fq.uh.cu/~vladimar/cursos/%23Did%E1cticarrrr/Tesis%20Defendidas/Interdisciplinari
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