Revista Ingeniería Civil IC 625 noviembre-diciembre 2022
César Herrera Toledo Responsable técnico de 2050 El equilibrio hidrológico cuenta, A.C.
Sergio Macías Nava Gerente de Consultoría y Estudios, S. C.
En este artículo se hace un balance actual de los recursos hídricos en el Valle de México, como punto de partida para plantear escenarios futuros con diversas hipótesis que tienen por objetivo satisfacer las demandas futuras mediante la aplicación de medidas que actúen del lado de la reducción de la demanda y del incremento de la oferta, con énfasis en la recuperación de los acuíferos sobreexplotados sin demérito de la calidad del servicio de agua y saneamiento que debe conservarse y mejorar en las zonas que presentan deficiencias.
En el Valle de México1 se concentra una población superior a 20 millones de habitantes que demandan agua principalmente para usos doméstico, agrícola e industrial. Las fuentes de abastecimiento son: aguas superficiales y subterráneas de valle y transferencias de las cuencas de Lerma y de Cutzamala. A pesar de contar con esos recursos hídricos, la distribución del agua para la población es inequitativa; hay zonas con altas dotaciones y otras donde el suministro se hace por tandeos, a veces semanales. La región se ha visto sometida a fenómenos hidrometeorológicos extremos, sequías y lluvias intensas que ponen en riesgo la seguridad hídrica para sus habitantes.
En el Valle de México se genera el 25% del PIB nacional y es el centro cultural, político y económico del país. Su importancia es evidente, y mantener esa capacidad representa un gran reto, donde el agua es un factor determinante para su sostenibilidad. De ahí la necesidad de plantear una estrategia que asegure los recursos hídricos para el futuro, con visión de largo plazo, que establezca medidas para utilizar eficientemente los recursos en una acción conjunta de autoridades y sociedad.
La línea de base para conocer las condiciones actuales de los recursos hídricos en el valle y para hacer las proyecciones de demanda y de abasto se plantea a partir de un balance hídrico que se sustenta en la información disponible, algunas veces insuficiente e inconsistente. El balance sintetiza un diagnóstico de la situación presente al contrastar la aportación de las fuentes con los usos, e identificar componentes como la infiltración, las fugas o el agua para la agricultura, que constituyen nichos de oportunidad para hacer un uso más eficiente del agua.
El balance hídrico
El área de estudio
El Valle de México tiene una superficie de casi 10,000 km2; ahí se ubica la Ciudad de México con sus 16 alcaldías en una superficie de 1,494.5 km2, 50 municipios del Estado de México con una superficie de 5,111 km2 y 15 municipios del estado de Hidalgo que ocupan 2,651 km2. La zona metropolitana que se ha formado con el paso de los años ha sido el resultado de la conurbación de la Ciudad de México con municipios del Estado de México y del estado de Hidalgo.
Una característica del Valle de México que lo hace muy singular son los suelos de las zonas donde antes hubo lagos. Son suelos constituidos por arcillas con altos contenidos de agua que se compactan cuando se extrae agua del subsuelo y en consecuencia afectan las zonas urbanas que les sobreyacen, además de generar un hundimiento regional. Se ha visto que la subsidencia se favorece con la sobreexplotación de los acuíferos, por lo que se busca aminorar los daños mediante acciones que contribuyan en lo posible a la recuperación del equilibrio de los acuíferos.
La sobreexplotación se inició a mediados del siglo pasado; actualmente se estima en 24 m3/s, y los hundimientos que ha generado a lo largo del tiempo alcanzan en algunos casos hasta 15 m; en algunas zonas se han producido agrietamientos. Los daños por hundimientos afectan edificaciones, vialidades, el metro de la CDMX y muy especialmente las redes de agua potable y el sistema de drenaje pluvial, al grado de haber tenido que construir un sistema de drenaje profundo con túneles.
Las interacciones que guarda el Valle de México con otras cuencas para el suministro de agua y las descargas de aguas pluviales y residuales hacen necesario incluirlas en el balance, ya que cambios en una se reflejan en las otras. El balance que aquí se presenta los incorpora a través de los volúmenes de entradas y salidas, sin detallar el cálculo preciso para cada cuenca.
La cuenca Lerma-Chapala forma parte de la Región Hidrológica No. 12 y se ubica en el centro-occidente del país. A principios de la década de 1940, como resultado del proceso de desecación de los lagos del Valle de México y por los impactos de la extracción de sus aguas subterráneas, se planteó la posibilidad de efectuar un trasvase de agua subterránea de la cuenca de Lerma. Inaugurado en 1951, aportó en su inicio un caudal de 4 m3/s; la extracción llegó casi hasta los 15 m3/s en 1974. Posteriormente, a partir de 1978, los volúmenes extraídos disminuyeron paulatinamente, lo que se acentuó después de 1982, cuando comenzó a funcionar el Sistema Cutzamala. Finalmente, el gasto se estabilizó en la década de 1990 en alrededor de 4 m3/s para la Ciudad de México.
La cuenca del Río Cutzamala drena una superficie de 10 619.14 km2, y se encuentra delimitada al norte por la Región Hidrológica No. 12 Lerma-Santiago. El Sistema Cutzamala2 es el conjunto de subcuencas, presas, canales, tramos de río, acueductos, plantas de bombeo, planta potabilizadora y tanques que, en conjunto, captan, tratan y conducen agua para el abastecimiento de la zona metropolitana de Toluca (ZMT) y la ZMVM. Está integrada por siete presas derivadoras y de almacenamiento, seis estaciones de bombeo y una planta potabilizadora. El sistema bombea agua desde una altura de 1,600 msnm en su punto ínfimo y llega hasta 2,702 msnm en su punto más alto. De la cuenca del Cutzamala se envían 19.97 m3/s para el abastecimiento de la Zona Metropolitana del Valle de México.
La cuenca del Río Tula, perteneciente a la Región Hidrológica No. 26, se ubica en la parte occidental del Valle del Mezquital, en la parte sur del estado de Hidalgo y norte del Estado de México. Recibe las aguas residuales y pluviales que se generan en la ZMCM, de manera que las disminuciones en las descargas pueden afectar a las zonas de riego que se alimentan con estas aguas.
El balance
En la figura 1 se representa el balance de agua en la cuenca del Valle de México, desde la precipitación y las fuentes externas hasta el aprovechamiento de las fuentes internas y las descargas. Es una imagen de las condiciones de 2019 con información complementada por estudios de años anteriores, al no existir datos más consistentes.
Se precipitan sobre el Valle de México 197.13 m3/s, de los cuales 166.08 se evaporan y los restantes 21.49 se distribuyen en: recarga del acuífero (9.06 m3/s), ríos y arroyos (5.00 m3/s) y descarga al drenaje (6.93 m3/s). El volumen para abastecer los diversos usos proviene de aguas superficiales (5 m3/s), de aportaciones de las importaciones de Lerma (4.37 m3/s) y Cutzamala (20.34 m3/s); la mayor aportación proviene de los pozos ubicados en el Valle de México (62.35%). Así se integran los 87.69 m3/s, de los cuales sólo llegan a los usos industrial (4.42 m3/s), doméstico (40.12 m3/s) y riego agrícola (7.87 m3/s). La diferencia respecto a los 87.69 m3/s se pierde por fugas (35.08 m3/s). Los tres usos principales evapotranspiran 4.08 m3/s, infiltran 1.18 y descargan 47.35 m3/s que salen del valle. Al acuífero llegan 9.56 m3/s por recarga de lluvia, 11.97 m3/s por recarga horizontal, 15.44 m3/s por la infiltración generada por las fugas, así como 1.18 m3/s proveniente de drenaje agrícola. La recarga suma 38.15 m3/s, pero la extracción es de 62.35, es decir, se sobreexplotan 24.2 m3/s.
Destaca del balance que la sobreexplotación supera el caudal que se importa de otras cuencas, y las fugas se estima que son aún mayores; es decir, el agua importada con costos muy elevados y parte de la sobreexplotación sirven para alimentar las fugas, si bien parte de las fugas recarga el acuífero. Pero el daño que produce la sobreexplotación por los hundimientos tiene costos muy elevados y su recuperación puede tomar muchos años.
La información utilizada en el balance proviene de diversas publicaciones y en algunos casos se trata de estimaciones, porque no se miden sistemáticamente los volúmenes de las diversas fuentes. Por ejemplo, la fuente de abastecimiento principal, que son los acuíferos del Valle de México, no cuenta con integradores de volumen para conocer bien la extracción de agua; tampoco hay suficiente medición de las descargas, y las fugas y recarga son estimaciones. Pero el balance deja ver áreas de oportunidad para reducir la sobreexplotación, como la reducción de fugas, el reúso de agua en la industria y en la agricultura, la reducción en el consumo y nuevas fuentes de abastecimiento, entre otros.
Escenarios
La implementación de estrategias de manejo del agua que incidan en la reducción de la demanda y el incremento de la oferta puede contribuir a reducir la sobreexplotación del acuífero.
En el caso de la demanda, significará impulsar proyectos para reducir el uso del agua subterránea con medidas para hacer más eficiente su consumo, o con el intercambio de aguas residuales por el agua que se extrae del acuífero; también, la aplicación de tarifas que reflejen el valor del agua. Las soluciones del lado de la oferta significan transferir agua desde otras cuencas o mejorar las fuentes existentes, en general con una creciente oposición de las poblaciones locales en las zonas de exportación.
Las soluciones son cada vez más complejas, costosas y de largos periodos de preparación, concertación, ejecución y puesta en marcha, por lo que son necesarios extensos plazos de planeación, programación, ejecución, seguimiento y evaluación, reforzados por instancias institucionales y de la sociedad capaces de lograr estos procesos. De ahí la relevancia de estudiar escenarios futuros de oferta y demanda de agua, donde se pueda analizar la interacción entre las cuencas y los acuíferos allí incluidos, a fin de estar en condiciones de tomar decisiones concertadas sobre las acciones a emprender.
Para tal efecto, se ha aplicado un modelo de dinámica de sistemas donde, mediante la representación de un sistema complejo como el que constituye el sistema hidrológico del valle de México, con gran cantidad de información y de interacciones entre aguas superficiales y subterráneas, demanda y oferta de agua, adopción de políticas, costos y análisis de riesgos, entre otros componentes, es posible presentar los resultados en forma clara y sencilla, lo que propicia su análisis por parte de usuarios y autoridades.
Por medio del modelo, se han planteado diversos escenarios que han permitido adquirir visiones de los efectos de la intervención de proyectos o de la toma de decisiones en torno a la operación de los sistemas de abastecimiento. El interés principal de los análisis es ver el comportamiento de los acuíferos, porque en última instancia lo que se busca es contribuir a la restauración paulatina de su equilibrio. Los escenarios que se han planteado son los siguientes:
- Tendencial, sin nuevas fuentes de abastecimiento
- Acciones locales, sin fuentes externas adicionales
- Acciones locales y aportaciones del proyecto del Mezquital
- Acciones locales y aportaciones del proyecto Tecolutla, primera etapa
- Acciones locales y aportaciones del Acueducto Poniente
En el escenario tendencial, que sirve como referencia para identificar los atributos de otros escenarios, se aprecia el aumento que observará la sobreexplotación del acuífero a lo largo del periodo de análisis prospectivo, hacia 2050. En la figura 2 se representan las fuentes de abastecimiento con las que, de acuerdo con el modelo, habrá de satisfacerse la demanda; con este escenario tendencial, la sobreexplotación del acuífero se incrementará de 24 m3/s, que se estima actualmente, hasta alcanzar 32 m3/s hacia 2050. También se han estimado con el modelo los costos que representa el abasto de agua para los diferentes fines, incluyendo los costos de mantenimiento y operación, energía y, muy particularmente, los costos que implica la sobreexplotación del acuífero, debido principalmente a los hundimientos que provoca, estimados a razón de $52/m3 de sobreexplotación, a precios de 2019. Se estima que los costos anuales de abasto de agua representan actualmente
45 mil millones de pesos, y hacia el 2050 ascenderán a 59 mil millones de pesos, a precios de 2019. El valor presente de estos flujos de costos, a la tasa del 10%, asciende a 483 mil millones de pesos. De este monto, el costo de la sobreexplotación significa cerca del 90%.
Con cualquiera de los otros escenarios planteados, se logra reducir sustancialmente la sobreexplotación del acuífero, hasta prácticamente lograr el equilibrio entre la recarga y la extracción. A guisa de ejemplo, en la gráfica de la figura 3 se muestra la forma en que se satisfará la demanda en el escenario de acciones locales. En este escenario se plantea la mejora de eficiencia de distribución de agua, disminución y mejor distribución gradual del consumo de uso público urbano, ampliación de la capacidad de la presa Madín en 0.5 m3/s, durante la época de lluvias, ejecución del proyecto de la presa Guadalupe con un caudal de 1.8 m3/s, optimización del Sistema Cutzamala para incrementar el abasto en 2.3 m3/s, disminución total de la extracción de agua subterránea en el sistema PAI, infiltración de agua residual tratada en los acuíferos con un caudal de 4 m3/s, disminución de la extracción y uso eficiente de agua en la industria mediante sustitución con agua residual tratada, en 2.5 m3/s, y disminución gradual total, en 30 años, de la extracción de agua para uso agrícola. En este escenario, los costos de abasto se reducirían drásticamente, al pasar de 45 mil millones de pesos actuales, a 13 mil millones de pesos hacia 2050. En valor presente, estos costos ascienden a 230 mil millones de pesos. Es decir, el llevar a cabo las acciones planteadas en este escenario representan un ahorro económico de 253 mil millones de pesos.
Los costos de abasto que implican el resto de los escenarios son muy similares entre sí y también a los del escenario de acciones locales, por lo que la definición del escenario a seguir habrá de tomarse considerando los riesgos que implica cada alternativa y las posibilidades de superar esos riesgos. Es importante señalar que los efectos que tienen las decisiones para el manejo del agua en la cuenca pueden afectar a las descargas de aguas residuales que están comprometidas para el valle de Tula, por lo que debe tomarse en cuenta esta condición a fin de plantear proyectos viables. Mediante la aplicación del modelo, se ha estimado que el llevar a cabo las acciones en los escenarios planteados implica una disminución del orden del 30% en el volumen suministrado para riego en ese valle. Tal disminución en el suministro puede paliarse mediante la modernización y rehabilitación de los sistemas de riego en el valle de Tula, así como cambios en los patrones de producción agrícola hacia cultivos menos demandantes de agua.
Conclusiones
La situación de los recursos hídricos en el Valle de México es insostenible: se sobreexplotan cuatro de los siete acuíferos. Es necesario emprender acciones para equilibrar el balance hídrico por lo que representa el Valle de México para la economía nacional.
El manejo del agua en el Valle de México tiene interacciones directas con el agua de las cuencas de Lerma y Cutzamala como aportadoras de agua.
También interactúa con la cuenca de Tula que recibe las descargas de aguas residuales que se destinan al riego; además reciben agua de lluvias como las recientes que superaron la capacidad del río Tula y produjeron graves inundaciones. Las posibles reducciones en el volumen de aguas residuales para reúso en el valle de México deben considerar los efectos en el riego; por otra parte, la capacidad actual del río Tula obliga a plantear escenarios de regulación del agua de lluvia en la medida posible en el valle de México con soluciones basadas en la naturaleza y la rectificación de cauces para soportar las descargas.
La reducción de la sobreexplotación requiere acciones para reducir la demanda de agua y para incrementar la oferta. Es posible reducir sensiblemente la demanda y proteger los acuíferos sobreexplotados con un programa sostenido de acciones dirigidas a ese fin.
La implementación de las soluciones planteadas tomará tiempo y requerirá una acción concertada entre las autoridades del agua en el valle y la sociedad.
Notas
La correcta denominación de esta depresión debe ser la de cuenca y no la de valle, como continuamente se le ha llamado. Cuenca y valle denotan depresiones topográficas de génesis diferentes: la cuenca es un hundimiento de orden tectónico (endógeno), en tanto que el valle corresponde a la depresión formada por la acción de un río (exógeno). En este artículo se usará la denominación Valle de México. El antecedente del Sistema Cutzamala fue el Sistema Hidroeléctrico Miguel Alemán (antes llamado Ixtapantongo), ubicado al sur del Estado de México, que se desarrolló en 1930 para satisfacer los requerimientos de energía eléctrica de la población y de la industria de la Ciudad de México y de Toluca. Integrado por seis plantas escalonadas, el sistema tenía una capacidad instalada total de 370 675 kW y aprovechaba las corrientes de los ríos Malacatepec, Valle de Bravo, Ixtapan del Oro, Tuxpan y Zitácuaro.
