Víctor Javier Bourguett Ortiz, CONGRESO IMTA 2014

7/23/2019 Víctor Javier Bourguett Ortiz, CONGRESO IMTA 2014

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CONGRESO IMTA 2014



Coordinación técnica:Coordinación de Desarrollo Profesional e Institucional.Subcoordinación de Posgrado.

Coordinación editorial:

Coordinación de Comunicación,Participación e Información.Subcoordinación de Vinculación, Comercializacióny Servicios Editoriales.

Primera edición: 2014.

Ilustración de portada:© Óscar Alonso Barrón

Diseño editorial:Gema Alín Martínez Ocampo

Diagramación y formaciónLuis Enrique Nájera Zamora

D.R. © Instituto Mexicano de Tecnología del AguaPaseo Cuauhnáhuac 8532

62550 Progreso, Jiutepec, MorelosMÉXICOwww.imta.gob.mx

D.R. © Instituto Mexicano de Tecnología del Agua

ISBN: 978-607-9368-18-0

Colección: “Informes”

333.91 Bourguett Ortiz, Víctor JavierB25 Congreso IMTA 2014 / Víctor Javier Bourguett Ortiz y Ariosto Aguilar Chávez editores.

-- Jiutepec, Mor. : Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, ©2014.

144 p. : il. ISBN: 978-607-9368-18-0

1. Desarrollo de recursos hídricos 2. Congresos

http://www.imta.gob.mx/

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DIRECTORIO

Director General del IMTA

M. en I. Víctor Javier Bourguett Ortiz

Coordinador de Hidráulica

Dr. Víctor Hugo Alcocer Yamanaka

Coordinador de Hidrología

M. A. José Raúl Saavedra Horita

Coordinador de Tratamiento y Calidad del Agua

Dra. Alejandra Martín Domínguez

Coordinador de Riego y Drenaje

Dr. Nahun Hamed García Villanueva

Coordinador de Desarrollo Profesional e Institucional

M. I. Alfredo Ranulfo Ocón Gutiérrez

Coordinador de Comunicación,

Participación e Información

M. C. Jorge Arturo Hidalgo Toledo

Coordinador de Administración

C. P. Juan Manuel Barajas Piedra

Coordinador de Asesores

Ing. Sergio Raúl Reynoso López



ÍNDICE

Predicción de los cambios en las curvas de las frecuencias de inun-

dación debido al cambio climático

E. Mateos, J. S. Santana, M. Montero e I. Rivas ..................................................

Sistema de captación de agua de lluvia en Cherán, Michoacán

E. Cervantes, D. Hernández, M. A. Córdova, S. Vázquez e I. Hernández ................

Diseño de esquemas de remediación de un acuífero granular-fractura-

do contaminado por cromo

C. Gutiérrez, A. Martín, M. Martínez, S. Pérez, I. Villegas, S. Garrido,

C. Calderón, S. Gelover y J. García ....................................................................

Plan para el manejo sustentable de la subcuenca Tejalpa en el Nevado

de Toluca

M. A. Yáñez, P. Rivera, W. Wruck, M. Gutiérrez, M. Medina, A. Paredes, G. Palma, R.

Hernández y J. Ramírez ...................................................................................

Riesgos sanitarios por exposición a contaminantes emergentes en

agua de abastecimiento

J. E. Cortés, C. G. Calderón, E. B. Estrada, A. González, E. Ramírez, L. Montellano, S.

L. Gelover, J. Cruz, E. V. Serrano y A. Gómez ......................................................

Consulta pública para la integración del PNH 2014 -2018

R. Piña ...........................................................................................................

Programas de prevención contra contingencias hidráulicas para los

trece organismos de cuenca de la Conagua

J. Lafragua, Y. Solís, J. Salgado, A. Bravo, M. Preciado, I. Rivas,

E. Aguilar, M.A. Suárez y A. Güitrón ...................................................................

9

24

33

41

49

64

70



La dinámica de uidos computacional (CDF) como herramienta parasimular el comportamiento de sistemas y dispositivos de interés agrí-cola

J. Flores, W. Ojeda y M. Íñiguez ........................................................................

Dictamen técnico, fnanciero, económico y legal sobre el estado actualde las plantas de tratamiento de agua residual, bajo la operación deFonaturC. A. Servín, G. Mantilla, L. Sandoval, A. C. Tomasini, F. Pozo,

E. B. Estrada, A. Ramírez, E. Ramírez, M. A. Garzón y R. Romero ...............................

Elaboración de estudios, proyecto ejecutivo para la estabilización delsuelo y prevención de falla estructural en la rampa y túnel del vado deAtemajac, ubicado en la línea 1 del tren eléctrico urbano, Guadalajara,JaliscoG. Salgado, J. Avilés y R. Álvarez .......................................................................

Modelación numérica del aporte de agua del manto freático al re-querimiento de riego de los cultivosE. Castillo y H. E. Saucedo ................................................................................

Desarrollo de metodologías y su aplicación para la determinación decianobacterias y compuestos emergentes en cuerpos de agua y aguapotableM. Sánchez, M. Avilés, N. Ramírez y L. González .................................................

Analizar la vulnerabilidad y evaluar los costos del cambio climático enOOAPAS

H. D. Camacho y A. E. García.................................................................................

Estudio para la caracterización y diagnóstico de seguridad de ochopresas, clasifcadas con alto riesgoV. Alcocer, R. Flores, J. A. González, J. Avilés, J. Espinoza, J. Brena, C. Castillo, J. Bal-

ancán y R. Gontes ...........................................................................................

78

85

89

96

103

111

119



127

138

Estimación de impactos de viento superfcial, humedad relativa, hume-

dad específca y presión superfcial en un periodo histórico y bajo esce-

narios de cambio climático en dos periodos futuros

A. Salinas, E. Mateos, G. Colorado, M. Montero, M. E. Maya y M. González ................

Estudio para la detección de fuentes contaminantes por descargas de

agua residual al río Atoyac, entre la ciudad de Oaxaca y la presa Paso

Ancho

J. Izurieta, P. Alonso, Y. Pica, P. Rivera, G. Mantilla, A. Ramírez y L. Bravo ...................



PREDICCIÓN DE LOS

CAMBIOS EN LAS CURVAS

DE LAS FRECUENCIAS DE

INUNDACIÓN DEBIDO AL

CAMBIO CLIMÁTICO

E. Mateos, M. J. Montero, J. S. Santana e I. Rivas



CONGRESO IMTA 2014

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Resumen

Se comparan las curvas de las frecuencias

intensidad-duración-periodo de retorno (i-d-T) entre datos observados, para el perio-do 1960-1999, y modelados para el perio-do 1956-2099, en tres cuencas mexicanas.Para los datos modelados, se calculó elporcentaje de cambio, encontrándose un

aumento en las tres cuencas selecciona-das. Se encontró que la subregión Grijalva-La Concordia es la que presenta un mayorcambio, 51% en promedio, seguido de las

cuencas río Conchos 1 (13%) y Cutzamala(8%). Se calcularon los periodos de retornode 5, 10, 25, 50 y 100 años, y duraciones delluvia 5, 10, 15, 20, 30, 45, 60, 80, 100 y 120

minutos. Se calculó el promedio pondera-do por cuenca, usando polígonos de Voro-noi, de cada periodo de retorno de las ob-servaciones y de las observaciones más elporcentaje de incremento de los modelos.

En las cuencas Conchos 1 y en la subregiónGrijalva-La Concordia habrá una menor in-tensidad de precipitación. Sin embargo,

para el modelo MRI experimento RCP 8.5,las lluvias serán más intensas en Conchos

1 y en Grijalva-La Concordia, cuando éstastengan duraciones mayores a una hora. Enla cuenca río Cutzamala, la intensidad de laprecipitación se incrementa para todos losmodelos y experimentos en todas las dura-ciones, en comparación con las estacionesclimatológicas.

Introducción

Las curvas de precipitación i-d-T son re-

presentaciones gráfcas de la cantidad deagua que cae en un periodo de tiempo de-

terminado en las zonas de captación (Du-

pont y Allen, 2000). Éstas se utilizan paraayudar a los ingenieros al diseñar las obrasde drenaje urbano. El establecimiento de

este tipo de relaciones se hizo ya en 1932

(Chow, 1988; Dupont y Allen, 2006). Desdeentonces, muchos tipos de relaciones sehan construido en varias partes del plane-ta. Sin embargo, tales relaciones no se hanconstruido con precisión en muchos países

en desarrollo (Koutsoyiannis et al., 1998),quienes citan que la relación de la i-d-t es

una relación matemática entre la intensi-dad de lluvia (i), la duración (d) y el periodode retorno (T). Estructuras tales como laspresas, que en su gran mayoría se planea-ron y construyeron décadas atrás, no hancontemplado las posibles afectaciones porel cambio climático. Por tal motivo, es ne-cesario realizar un análisis sobre el cambioen los patrones de lluvia, frecuencia de

crecidas y entradas a las presas selecciona-das, donde se incluya el posible comporta-

miento futuro de la precipitación.

Las i-d-T de lluvia, frecuentemente se utili-zan en el diseño de obras hidráulicas, talescomo las presas. La condición de escorren-tía de la lluvia es no estacionaria, tanto porla variabilidad y el cambio del clima, como



11CONGRESO IMTA 2014

por el continuo cambio de uso de suelo.En consecuencia, el cálculo de curvas defrecuencia de i-d-T que considere la no es-

tacionalidad es una tarea compleja y que

genera mayor incertidumbre. Sin embar-go, estas predicciones se necesitan conurgencia, particularmente conociendo losúltimos resultados de las investigacionesque indican que el ciclo del agua se modi-

ca continuamente debido al cambio delclima. En términos de cambio climático, un

efecto múltiple (y multiplicativo) se pue-de esperar debido a que el cambio climá-tico no sólo afecta la distribución de pre-cipitaciones, sino también su intensidad.

Además del cálculo de los cambios en lasprecipitaciones, es necesario cuanticar laincertidumbre en cualquiera de los mode-los de predicción empleados.

Resultados

Los criterios de selección de las tres cuen-cas fueron: a) distribución en la repúblicamexicana (ilustración 1), y b) importanciaque tienen por su impacto económico ysocial. Al sur, en el estado de Chiapas seencuentra la presa más grande de Méxi-

co, La Angostura (ilustración 2), con unacapacidad de 10 727 х 106 m3, la cual seusa para generar energía eléctrica. Alnorte, en Chihuahua, se encuentra el ríoConchos, que alimenta en gran medida ala presa de La Boquilla (ilustración 3), conuna capacidad de 2 903 х 106 m3. Por úl-timo, al centro del país, el río Cutzamala

auente del río Balsas, perteneciente alsistema Cutzamala que se utiliza para ladistribución de agua dulce a la poblacióne industria de la Ciudad de México y delEstado de México, alimenta a la presa Va-lle de Bravo, con capacidad de 418 х 106m3 (ilustración 4).

Las precipitaciones diarias fueron extraí-

das de la base de datos Clicom (clima com-

putarizado). Las estaciones climatológicasse seleccionaron para toda la región den-

tro de la cuenca en observación (ilustracio-nes 2, 3, 4). En estos datos, se vericó elrango de años disponibles para cada esta-ción y su ubicación geográca.

Con los datos de precipitación diaria, sebuscaron los datos máximos de cada año

para el periodo 1960-1999. Para ello, sebuscaron los años válidos. Se consideróun año válido, aquel que contuviera por lomenos trescientos días de datos; esto con

la nalidad de asegurar la captura de losperiodos de lluvia de la cuenca.

Para los valores extremos de precipi-tación, en este estudio se utilizó la fun-

ción de distribución de probabilidad deGumbel. Con estos datos, se calcularonlos parámetros utilizados por la funciónde distribución de Gumbel, μ (moda) y α(parámetro de escala). Con la función dedensidad de probabilidad y la función dedistribución acumulada, se calcularon losperiodos de retorno.

Con la nalidad de entender y evaluar losefectos de estos cambios en el planeta yen sus formas vivientes, el Intergovern-mental Panel on Climate Change (IPCC) ge-neró escenarios de cambio climático (IPCC,2000) y se actualizaron considerando losforzamientos radiativos ante la presencia

de diferentes gases de efecto de inver-nadero (IPCC, 2007). Los escenarios RCP(representative concentration patways)contienen emisiones, concentraciones,cambio de uso de suelo y cambios en varia-bles ambientales y biogeoquímicas para el

siglo XXI (Moss et al., 2010).



CONGRESO IMTA 2014

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Ilustración 1. Cuencas seleccionadas. Mapa de la de la república mexicana: en líneas negras la divisiónpolítica. Las áreas en rojo muestran la ubicación de: a) al norte, Cuenca río Conchos 1, b) al centro,

cuenca Cutzamala y c) al sur, subregión hidrológica Grijalva-La Concordia.

Ilustración 2. Localización de las estaciones climatológicas y la presa La Angostura de la subregiónGrijalva-La Concordia. Los puntos rojos representan la localización de las estaciones.




Ilustración 3. Localización de las estaciones climatológicas y la presa La Boquilla de la cuenca hidrológi-

ca Conchos 1. Los puntos rojos representan la localización de las estaciones.

Ilustración 4. Localización de las estaciones climatológicas de la cuenca hidrológica Cutzamala. Los pun-

tos rojos representan la localización de las estaciones.



CONGRESO IMTA 2014

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Se seleccionaron dos modelos de circula-

ción general del experimento CMIP5 (pro-yecto de intercomparación de modelos

acoplados, fase cinco) (Taylor et al., 2011).

Uno de los criterios importantes en la se-lección de los modelos fue que tuvieranprecipitaciones diarias con alta o mediaresolución espacial. Los modelos seleccio-

nados fueron el MPI-ESM_LR (Max PlanckInstitute for Meteorology, Earth System

Model, Low Resolution, Alemania) y elMRI_CGCM3 (Meteorological ResearchInstitute, Coupled General Circulation Mo-del Version 3, Japón).

Para conocer la tendencia a futuro, se cal-culó el porcentaje de cambio usando losmodelos de acuerdo con la tabla 1. Para

ello, se usaron precipitaciones máximas

de fechas históricas (1960-1999) y futuras(2060-2099) de cuarenta años de los da-

tos del modelo. Para incluir los escenarios

futuros en los datos de precipitación, semultiplicó cada uno de los cocientes a losdatos de precipitación máxima, de las es-taciones correspondientes a cada cuenca.La subregión Grijalva-La Concordia mues-tra el mayor incremento en las precipita-ciones máximas en la mayoría de los mo-

delos presentados. La cuenca Cutzamalaes la que presenta menor cambio (8% enpromedio) en la mayoría de los modelos.Con los escenarios planteados, la cuenca

río Conchos 1 muestra un incremento enla precipitación máxima del 13%, en prome-

dio (tabla 1).

Cuenca Modelo Experimento Ensamble Cociente Porcentaje

Conchos

MPI-ESM-LRrcp45

r3i1p11.2961 29.61

rcp85 1.11 11

MRI-CGCM3rcp45

r1i1p11.0912 9.12

rcp85 1.0162 1.62

Concordia

MPI-ESM-LRrcp45

r3i1p11.0788 7.88

rcp85 1.2267 22.67

MRI-CGCM3

rcp45

r1i1p1

1.5943 59.43

rcp85 2.1498 114.98

Cutzamala

MPI-ESM-LRrcp45

r3i1p11.0673 6.73

rcp85 1.0339 3.39

MRI-CGCM3rcp45

r1i1p11.0655 6.55

rcp85 1.1716 17.16

Tabla 1. Porcentaje de cambio calculado de los datos de los históricos de 1960 a 1999 y los datos del

modelo de 2060 al 2099.




Con estos cálculos, se obtuvieron los pa-rámetros de la función de probabilidadde Gumbel, para cada cuenca. Posterior-mente, fueron calculados los periodos de

retorno. Como es de esperarse, la subre-gión Grijalva-La Concordia muestra el ma-yor incremento en las isoyetas tanto en elperiodo de retorno de diez años como decien años (no mostrado). Las isoyetas enla subregión hidrológica mencionada ante-riormente tienen máximos de 350 mm/24 hy de 500 mm/24 h, para periodos de retor-no de diez y cien años, respectivamente,con el modelo MRI-CGCM3, experimentorcp8.5.

Para obtener las curvas i-d-T se considera-ron los periodos de retorno de 5, 10, 25, 50

y 100 años, y una duración de 5, 10, 15, 20,30, 45, 60, 80, 100 y 120 minutos. Se calculóel promedio ponderado, usando polígonosde Voronoi, de cada periodo de retorno

calculado en cada cuenca. El cálculo de lasintensidades de la precipitación para dis-tintas duraciones y periodos de retornofue realizado con la fórmula de Chen (Cheny Ace, 1983).

Para la cuenca hidrológica río Conchos 1,en términos generales, se observa un de-cremento de la intensidad en los modelos(ilustraciones 5, 6, 7). Este decremento esmás notorio con duraciones de la precipi-

tación menores a una hora. En el modeloMRI-CGCM3 RCP 8.5 hay un aumento en laintensidad de la lluvia (ilustración 8).

Ilustración 5. Curvas i-d-T para la cuenca hidrológica río Conchos 1. La línea sólida es la intensidad de las

estaciones y la línea punteada es la intensidad aplicando el porcentaje de cambio del modelo MPI-ESM-

LR RCP 4.5.



CONGRESO IMTA 2014

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Ilustración 6. Curvas i-d-T para la cuenca hidrológica río Conchos 1. La línea sólida es la intensidad de las


LR RCP 8.5.

Ilustración 7. Curvas i-d-T para la cuenca hidrológica río Conchos 1. La línea sólida es la intensidad de

las estaciones y la línea punteada es la intensidad aplicando el porcentaje de cambio del modelo MRI-

CGCM3 RCP 4.5.




Ilustración 8. Curvas i-d-T para la cuenca hidrológica río Conchos 1. La línea sólida es la intensidad de


CGCM3 RCP 8.5.

En la cuenca Cutzamala, en todos los modelos analizados hay un ligero incremento en

la intensidad de precipitación para cualquier duración de lluvia (ilustraciones 9-12). Sinembargo, en el modelo MRI-CGCM3 RCP 8.5 este incremento es más pronunciado (ilus -

tración 12).

Ilustración 9. Curvas i-d-T para la cuenca hidrológica río Cutzamala. La línea sólida es la intensidad de las


LR RCP 4.5.



CONGRESO IMTA 2014

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Ilustración 10. Curvas i-d-T para la cuenca hidrológica río Cutzamala. La línea sólida es la intensidad de


CGCM3 RCP 4.5.

Ilustración 11. Curvas i-d-T para la cuenca hidrológica río Cutzamala. La línea sólida es la intensidad de las


LR RCP 8.5.




Ilustración 12. Curvas i-d-T para la cuenca hidrológica río Cutzamala. La línea sólida es la intensidad de


CGCM3 RCP 8.5.

En la subregión Grijalva-La Concordia, los

cuatro experimentos numéricos presen-

tan un decremento en la intensidad de la

precipitación (ilustraciones 13-16). El dec-

remento es más pronunciado en las llu-

vias con duraciones menores a una hora.

Esta condición es muy evidente en los ex-

perimentos de MPI-ESM-LR RCP 8.5, MRI-

CGCM3 RCP 4.5 y MPI-CGCM3 RCP 8.5. Sin

embargo, en el experimento MRI-CGCM3

RCP 8.5 existe un cruce en las curvas i-d-T

en las precipitaciones con duración de 60

minutos; es decir, que a lluvias con dura-

ciones mayores de una hora, la intensidad

de la precipitación en los modelos (futuro)

es superior a la de las observaciones.



CONGRESO IMTA 2014

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Ilustración 13. Curvas i-d-T para la subregión hidrológica Grijalva-La Concordia. La línea sólida es la

intensidad de las estaciones y la línea punteada es la intensidad aplicando el porcentaje de cambio del

modelo MPI-ESM-LR RCP 4.5.



modelo MRI-CGCM3 RCP 4.5.



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CONGRESO IMTA 2014



modelo MPI-ESM-LR RCP 8.5.



modelo MRI-CGCM3 RCP 8.5.



CONGRESO IMTA 2014

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El cálculo del error (RMSE), en todos loscasos, es inferior a la precipitación media(no mostrado); sin embargo, existe unagran variación del error entre las estacio-

nes. Por otra parte, las correlaciones tam-bién son muy variadas dentro de la mismacuenca; hay casos que están muy correla-cionados (0.9) y otros casos dentro de lamisma cuenca con correlaciones cercanasa cero. Pero, en general, existe una mayorcorrelación con el modelo de MRI. Esta car-acterística se puede deber a que el modeloMRI tiene mayor resolución espacial. Conclusiones

Con las precipitaciones máximas anuales,de los datos de los modelos, se calculó elporcentaje de cambio y se halló un aumen-to en la precipitación en las tres cuencas.Se encontró que la subregión Grijalva-LaConcordia es la que presenta un mayorcambio, 51% en promedio, seguido de lascuencas río Conchos 1 (13%) y Cutzamala(8%). En la cuenca río Conchos 1, la tendencia en

general es un decremento de las lluvias,

exceptuando para el modelo MRI experi-

mento RCP 8.5, donde se incrementa la

intensidad de precipitación. Para las dura-

ciones de 60 a 120 minutos, el decremento

de la precipitación es menor. Esto indica

una probabilidad de tener una disminución

en la aportación de agua a la cuenca para

los próximos años debido a las precipi-

taciones máximas. En la cuenca río Cut-zamala, la precipitación se incrementa

en todos los modelos, pero en el modelo

MRI-CGCM3 RCP 8.5 este incremento es

más pronunciado que el resto. En la sub-

región Grijalva-La Concordia se observa

que la precipitación tiene un decremento.

Para el experimento RCP 8.5, a partir de la

duración de 60 minutos, la intensidad de

lluvia se incrementa.

Bibliografía

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Chow, V. T. (1988). Handbook of AppliedHydrology. McGraw-Hill Book.

Dupont, B. S. & Allen, D. L. (2000). Revi-sion of the Rainfall Intensity DurationCurves for the Commonwealth of Ken-tucky. Kentuky: Kentucky Transporta-

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_____ (2006). Establishment of Intensity-Duration-Frequency Curves for Precipi-tation in the Monsoon Area of Vietnam.Kentuky: Kentucky TransportationCenter, College of Engineer, Universityof Kentucky in corporation with US De-partment of Transportation.

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Change) (2007). The Fourth AssessmentReport. Recuperado de: www.ipcc.ch

Koutsoyiannis, D., Kozonis, A. & Manetas.A. (1998). Mathematical Frameworkfor Studying Rainfall Intensity-Dura-tion-Frequency Relationships. J. Hy-drol., 206, 118-135.

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F. B., Nakicenovic, N., Riahi, K., Smith,S. J., Stouer, R. J., Thomson, A. M.,Weyant, J. P. & Wilbanks, T. J. (2010).The Next Generation of Scenarios forClimate Change Research and Assess-ment. Nature, vol. 463, 747-756.

Taylor, K. E., Stouer, R. J. & Meehl, G. A.(2011). A Summary of the CMIP5 Experi-ment Design. Submitted to Bulletin ofthe American Meteorological Society.

Resumen curricular

Efraín Mateos Farfán. Licenciatura en

Oceanología, maestría en Ciencias (Ocean-

ografía Física) y doctorado en Oceano-

grafía Física. Líneas de investigación:dinámica de costas y bahías, modelaciónnumérica del océano, interacción océanoatmósfera.

Julio Sergio Santana Sepúlveda. Licencia-tura en Ingeniería Civil, maestría en Siste-mas Computacionales y doctorado en

Ciencias de la Computación. Líneas de in-vestigación: integración de sistemas com-putacionales y de información para manejo

de datos numéricos, sistemas computacio-

nales y de información aplicados a la inge-niería e ingeniería articial: procesamientode lenguaje natural y procesamiento delenguajes grácos.

Martín José Montero Martínez. Licenciatu-

ra en Física, maestría en Ciencias (Geofísi-ca), doctorado en Ciencias (Ciencias dela Atmósfera) y posdoctorado. Líneas deinvestigación: cambio climático global yregional, reducción de escala de modelos

climáticos, climatología de tormentas,efectos aerosol-clima y vegetación clima,percepción remota aplicada a detecciónde fuegos.

Iván Rivas Acosta. Licenciatura en Ingeni-

ería Civil, maestría y doctorado en Plane-

ación de Recursos Hidráulicos. Líneas de

investigación: modelación lluvia-escur-

rimiento, drenaje urbano, hidráulica u-

vial, sistemas de información geográca,

cambio climático y modelos de optimi-

zación.



CONGRESO IMTA 2014

24

Resumen

La comunidad de Cherán, Michoacán,México, cabecera municipal que lleva elmismo nombre, se encuentra ubicada enla región de la meseta purépecha al piedel Eje Volcánico y se caracteriza por seruna región con fuerte presencia de la po-blación indígena.

Cherán se abastece de agua subterráneade un pozo que se encuentra a una pro-fundidad de 180 metros; el agua recorre 5km del pozo hasta un tanque de regulación

que abastece por gravedad a la localidad.El costo del consumo de energía eléctricapor el bombeo y rebombeo es alto com-parado con los ingresos que tiene la co-munidad para sufragar dichos montos,bombeando hacia la localidad entre 12 y 14horas por día.

Como alternativa viable para aumentar ladotación de agua a la comunidad y con uncosto de mantenimiento y operación redu-

cido, se propuso la instalación de un mod-elo comunitario para la captación y alma-cenamiento de agua de lluvia. El Sistemade Captación de Agua de Lluvia (SCALL)contará con un área de captación, sedi-mentadores y una hoya de almacenamien-to de agua.

El sistema de captación y almacenamientose planteó ubicarlo en el cerro Kokundi-kata, nombre de origen purépecha quesignica “Lugar donde rebota el eco”,para aprovechar la elevación del cerro yasí conducir el agua por gravedad parasu aprovechamiento y evitar costos debombeo del agua captada, estimando unaprovechamiento anual de 20 000 metroscúbicos, aproximadamente. En este tra-bajo se presentan los estudios realizadoscon el n de determinar la opción más vi-able para ubicar el sistema de captación deagua de lluvia. Así también, se indican las

dimensiones inicialmente planteadas parael proyecto ejecutivo.

Introducción

Derivado del Plan Estratégico para el De-sarrollo Sustentable de Cherán, Micho-acán, México, elaborado en 2012 y dondese identicaron 103 proyectos prioritarios,surge el de la instalación de una hoya decaptación de agua de lluvia.

El objetivo primordial del proyecto es in-crementar la dotación de agua a la comu-nidad de Cherán, mediante la instalaciónde infraestructura hidráulica comunitariapara captación y almacenamiento de aguade lluvia.

E. O. Cervantes, D. S. Hernández, M. A. Córdova, S. Vázquez e I. Hernández

SISTEMA DE CAPTACIÓN DE AGUA DELLUVIA EN CHERÁN, MICHOACÁN




En este sentido, el costo del consumode energía eléctrica por bombeos es deaproximadamente $150 000 mensuales, enpromedio, abasteciendo a la comunidad

de tal manera que cada barrio de la locali-dad cuenta con servicio tandeado una vezcada 12 días, aproximadamente.

El diseño del SCALL permitirá que el aguade lluvia sea cosechada en el área de cap-tación, para pasar después a través de lossedimentadores y ser almacenada en lahoya. Una parte del agua de lluvia captadaserá derivada hacia el tanque de regulación

que actualmente tiene la comunidad (en el

cerro Kokundikata), mientras que el restoserá entregado al sistema de purifcaciónde agua.

Para la ubicación del sistema existen dosalternativas, de tal forma que se tienenque evaluar la viabilidad de ejecución y

el costo de inversión de las dos opcionespara seleccionar la mejor.

Una vez seleccionada la alternativa másviable técnica y económicamente, se pro-cedió a realizar el predimensionamientodel sistema en función de las áreas dis-ponibles para el mismo.

Ilustración 1. Ubicación de los elementos del SCALL para la propuesta 1.

Resultados

Propuesta 1 para el SCALL

Como propuesta inicial se consideró instalar la hoya de almacenamiento sobre las lade-ras del cerro, y el área de captación en el cerro Kokundikata, aprovechando así al máximolas áreas que se tienen en la cima del cerro.



CONGRESO IMTA 2014

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Propuesta 2 para el SCALL

En esta propuesta se consideró utilizar la cima del cerro para el área de captación, los

sedimentadores y la hoya de almacenamiento, teniendo el conjunto de infraestructura

en un mismo sitio.

Ilustración 2. Ubicación de los elementos del SCALL para la propuesta 2.

Planteadas las dos propuestas, se pro-cedió a visitar los sitios para determinar delas propiedades del suelo y, con ello, esta-

blecer ventajas y desventajas de la insta-lación del sistema en cada uno de los sitios.Uno de los puntos importantes a observardurante las visitas de campo es el compor-tamiento del suelo, debido a que estaríasometido a cargas mayores con la hoya dealmacenamiento.

Durante los recorridos realizados por laparte oeste del cerro, en busca del lugaradecuado para la instalación, se obser-varon varias problemáticas que no per-mitirían la instalación del SCALL conformese planteó en la primera propuesta.

Los principales problemas observados parala primera propuesta fueron las inclinacio-nes de los taludes que presenta el terreno.

También se apreció que el suelo es muy in-estable debido a que está constituido, enmayor porcentaje, por arena volcánica y,en menor proporción, por limos. Por ello, altener la infltración del agua, producto dela precipitación pluvial, se generan diferen-tes planos de falla que provocan desliza-

mientos en los taludes debido al lavado dellimo con la infltración de la lluvia, lo cualdebilita la fuerza de cohesión del suelo.

En las ilustraciones 3 y 4 se muestra la in-clinación de los taludes y el deslave queocurre con los escurrimientos.




Ilustración 3. Composición visual del suelo en taludes del cerro.

Ilustración 4. Inclinación de los taludes en el cerro; se observan planos de falla.



CONGRESO IMTA 2014

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Estudios geofísicos y propiedades delsuelo

El primer estudio consistió en dos líneas

de calicata eléctrica o tomografía eléctricadistribuida dentro del terreno, para así de-terminar las características estratigráfcasprevalecientes en el subsuelo a una pro-fundidad de 22 m. Mediante el análisis de lamorfología de las curvas de resistividad y su

representación en el perfl de resistividadesaparentes se identifcaron las siguientesunidades eléctricas (espesor-resistividad),mostradas en las ilustraciones 5 y 6.

Los valores obtenidos corresponden a es-tratos de materiales ígneos de tipo extru-sivo, obtenidos desde la supercie y hastauna profundidad de 4.50 m. Este materialse puede denir como ceniza volcánica.Subyacente a esta ceniza se encuentra unaarena de la misma composición litológica,

localizada entre 4.50 y 14 m. En la base dela columna se encuentra muy alterada laroca ígnea extrusiva.

Posteriormente, se efectuaron estudios deextracción de muestras inalteradas, obte-

niendo como propiedades índice del suelolas presentadas en la tabla 1.

De acuerdo con los resultados de la mues-tra inalterada, el terreno se compone prin-cipalmente por suelos cohesivos en la partesuperior y suelos granulares o fricciona-ntes a mayor profundidad, como son limosinorgánicos de alta y baja compresibilidad

(MH, ML), arenas limosas (SM) y fragmen-tos de roca basáltica vesicular muy porosa,o fragmentos chicos en pequeños porcen-tajes y grava volumétrica de tezontles ogravas bien y mal graduadas, de compa-cidad relativa de “compacta” a “muy com-pacta”.

Ilustración 5. Resultados de la línea de calicata eléctrica 1 de la prueba realizada.




Ilustración 6. Resultados de la línea de calicata eléctrica 2 de la prueba realizada.

Muestra L.L. (%) L.P. (%) I.P. (%) γm S.s. e W (%) Gw (%)

1 INAP INAP INAP 1.23 2.64 1.90 37.10 50.4

2 87.30 48.81 38.49 1.41 2.67 1.90 55.5 76.2

Tabla 1. Resultados de propiedades índice del suelo en el sitio.

A partir de los resultados de las propie-dades del suelo, se determinó como opciónviable la segunda, debido a que existirían

riesgos de falla en taludes por la carga que

recibiría el suelo al adoptar la opción 1, enla cual, para atenuar dichos efectos, deacuerdo con los estudios efectuados, seríanecesario colocar un reforzamiento de lostaludes donde se ubicara la hoya de alma-cenamiento que, de inicio, ocasionaría uncosto importante para la instalación del

sistema de captación pluvial.

Predimensionamiento del SCALL

Una vez defnida el área donde se ubicaría

el sistema, se determinó la precipitación

media máxima aprovechable, con baseen los registros de precipitaciones en lazona. Solamente se consideraron las pre-cipitaciones mayores a 20 mm, con lo queresultó una precipitación anual media apr-ovechable de 981 mm en el sitio de insta-lación del sistema de captación.



CONGRESO IMTA 2014

30

Con esta precipitación y el área disponible

en la cima del cerro, 20 000 m2, se tiene

un volumen máximo aprovechable de 19

620 m3. De esta manera, las dimensiones

estimadas de la hoya de almacenamiento

resultaron: 80 x 50 x 7 m, con un talud k =

1.43. Así también, se tiene un área de cap-

tación de 16 000 m2, aproximadamente. En

las ilustraciones 7 y 8 se muestran avances

en la instalación del sistema.

Ilustración 7. Excavación para formar la hoya y taludes.

Ilustración 8. Tendido de geotextil para reforzar taludes y fondo de hoya.




Este volumen permitirá dotar agua desdela planta puricadora, por medio de gar -rafones, a las 3 561 viviendas de la locali-dad, lo que representa un volumen de 7

578 m3 al año, restando poco más de 12000 m3 aprovechables para otros usos.

Con la venta interna de garrafones, se es-tima un ingreso anual de poco más de $3.9millones, considerando un precio de ven-ta de $10.00 por unidad, lo que permitirásufragar los gastos de mantenimiento delsistema de captación pluvial, los gastos deenergía eléctrica anual del pozo profundoy contar con un fondo para mejoramientode la infraestructura de agua potable en la

localidad, de tal manera que el sistema seaautosuciente.

Conclusiones y recomendaciones

Actualmente, se está en el proceso de in-stalación del SCALL en la comunidad deCherán, Michoacán. Con este sistema se

considera posible cubrir las necesidades deabastecimiento de agua envasada en gar-rafones para la comunidad durante todoel año, de tal manera que con los ingresosque se recauden con la puricación de aguaenvasada, se cubran tanto los gastos demantenimiento del SCALL y la puricadoracomo los gastos que genera el bombeo delagua a la localidad. Así también, contar con

fondos para el mejoramiento en el sistemade abastecimiento de agua a la localidad.

Bibliografía

Rico, Alfonso (2008). La ingeniería de sue-los en las vías terrestres. México: Ed. Li-musa.

Universidad Michoacana de San Nicolásde Hidalgo-Laboratorio de Materiales(2014). Informe del estudio geotécnico:

Hoya de almacenamiento de agua enzona del cráter, sitio Kukundikata, Méxi-co.

Resumen curricular

Erick O. Cervantes Gutiérrez. Ingenierocivil (2005) y maestro en Ingeniería, en elárea “Infraestructura del transporte enla rama de las vías terrestres” (2010), porla Universidad Michoacana de San Nico-lás de Hidalgo. Especialista en hidráulicadesde 2012. Desarrolla proyectos de tec-nologías apropiadas en materia de aguay saneamiento para comunidades rurales

y procesos de instalación de sistemas decaptación pluvial.

Dante S. Hernández Padrón. Ingenierocivil por la Universidad Michoacana deSan Nicolás de Hidalgo (2004) y maestroen Ingeniería por la Universidad NacionalAutónoma de México, en el área “Hidráu-lica” (2009). Especialista en hidráulicadesde 2010. Desarrolla proyectos de tec-nologías apropiadas en materia de aguay saneamiento para comunidades rurales,sistemas de redes de agua potable en co-munidades rurales y diseño hidráulico desistemas de humedales para tratamientode aguas residuales.

Miguel Ángel Córdova Rodríguez. Ingenie-ro bioquímico por el Instituto Tecnológicoy de Estudios Superiores de Monterrey(1994). Subcoordinador de Tecnología Ap-

ropiada. Desarrolla proyectos sobre adap-tación y transferencia de tecnologías apro-piadas en materia de agua y saneamientopara comunidades rurales, marginadas e

indígenas. Coordinación técnica de planesestratégicos para recuperación de cuen-cas.



CONGRESO IMTA 2014

32

Sandra Vázquez Villanueva. Ingeniera in-dustrial en Química por el Instituto Tec-nológico de Zacatepec (1991) y maestraen Ingeniería por la Universidad Nacional

Autónoma de México en la rama “Ambi-ental” (1999). Especialista en hidráulicadesde 2009. Desarrolla proyectos de dis-eño, adaptación y transferencia de tec-nologías apropiadas en materia de aguay saneamiento en comunidades rurales,marginadas e indígenas. Diseño de modelode casa ecológica autosufciente. Planesestratégicos para recuperación de cuen-cas.

María Isabel Hernández Vivar. Ingenieraindustrial en Química por el Instituto Tec-nológico de Zacatepec (1983). Créditoscubiertos de maestría en Calidad por la

Universidad La Salle (1995). Especialista enhidráulica desde 1990. Auditora en siste-

mas de calidad y participante en proyectosde tecnologías apropiadas en materia deagua y saneamiento en comunidades rura-les.




C. Gutiérrez, A. Martín, M. Martínez, S. Pérez, I. Villegas, S. Garrido, C. Calderón, S. Gelover y J. García

DISEÑO DE ESQUEMAS DE

REMEDIACIÓN DE UN ACUÍFEROGRANULARFRACTURADOCONTAMINADO POR CROMO

Resumen

Este trabajo presenta los resultados de unestudio de esquemas de remediación deun acuífero contaminado por cromo, prin-cipalmente con Cr(VI).

En ambientes acuáticos el cromo se en-cuentra presente, en especial, en dos es-tados de oxidación: hexavalente Cr(VI) y

trivalente Cr(III). En general, las sales deCr(VI) son más solubles que las de Cr(III),lo que lo hace más móvil. El Cr(VI) es laforma más tóxica para microorganismos,plantas, animales y humanos. Debido a losriesgos a la salud por la presencia de esteelemento en el agua de bebida, su concen-tración límite está regulada por la NOM-127-SSA1-1994 (modicada en el año 2000)a un valor de 0.05 mg /L de cromo total.Por lo tanto, se hace imperativa la reme-diación de los sistemas contaminados coneste metal.

Como parte del estudio, se determinaronla distribución tridimensional de las unida-des hidrogeológicas de la zona mediantela información de cortes litológicos y son-

deos geofísicos, así como parámetros hi-dráulicos mediante la reinterpretación depruebas de bombeo. Esta información seintegró en un modelo conceptual de fun-cionamiento hidrodinámico y se llevó a unmodelo numérico que se calibró y validó.

Asimismo, se efectuaron pruebas de tra-tabilidad a nivel piloto y en sitio para eva-luarlas técnica y económicamente. Las tec-

nologías están basadas en la reducción delCr(VI) a Cr(III) por el Fe(II) cuando se oxi-da a Fe(III), el cual rápidamente forma hi-dróxido férrico. En consecuencia, el Cr(III)es adsorbido y/o coprecipitado por el hi-dróxido férrico. Los tratamientos variaronde acuerdo con el origen del Fe(II) dosica-do y a las operaciones unitarias acopladaspara la separación de los hidróxidos metá-licos que contenían el cromo precipitado.Las posibilidades de tratamiento puedenimplementarse en acuíferos contamina-dos con cromo con concentraciones hastade 600 mg/L, con la factibilidad de que elagua producto pueda destinarse para usoy consumo humano, recarga de acuíferos,disposición en alcantarillado o en bienesnacionales, como agua de riego. Las tecno-



CONGRESO IMTA 2014

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logías propuestas podrían implementarsepara la limpieza de la pluma y la fuente decontaminación, con costos de operación ymantenimiento entre 0.74 $/m3 y 88.64 $/

m3, dependiendo de la concentración delcromo en el agua extraída y la calidad delagua producto requerida.

Para efectuar la remediación del acuífe-ro, se planteó la extracción del agua de lazona problemática bajo distintos escena-rios y tratarla mediante tecnología apro-piada para remover el cromo e inyectarlaal mismo acuífero o intercambiarla conusuarios de la zona.

Introducción

La contaminación en el mundo comienzaa ser cada vez más severa. El agua es unade las necesidades básicas para el soste-nimiento de la vida. Con los procesos deindustrialización y urbanización el uso delagua se ha multiplicado. De acuerdo condatos de la Organización Mundial de la Sa-lud, más de 2 000 millones de personas enel mundo no tienen acceso al agua y el 40%no cuenta con servicios de saneamientobásicos.Las actividades industriales y urbanas hanpropiciado el incremento en las concen-traciones de una gran cantidad de conta-minantes en agua subterránea, afectandola salud de millones de personas alrededordel mundo. Así pues, la remediación y tra-tamiento del agua son de suma importan-

cia.

El cromo se encuentra de forma naturalen las rocas de cromita (FeCr2O4), croc-oíta (PbCrO4) y óxido crómico (Cr3O2);también está presente en el suelo, polvo ygases volcánicos. En fuentes de abasteci-

miento, sean subterráneas o superfciales,su presencia por causas antropogénicasse debe principalmente a las descargas deresiduos de industrias de electroplatea-

do, curtiduría, pinturas y textileras, entreotras.

Durante los estudios de factibilidad deremediación de un acuífero debe consi-derarse la integración de información encuestiones de origen de la contamina-

ción, estudios de hidrogeología, calidaddel agua y parámetros hidráulicos, entre

otros; así como valerse de herramientas

de modelación y de técnicas de trata-

miento que puedan implementarse demanera conjunta con el objetivo de dise-ñar planes de remediación factibles, conmiras a la implementación de aquel quese sea técnica y económicamente viable.

Resultados

La distribución de la conductividad hidráu-lica horizontal utilizada en el modelo sededujo, en primera instancia, a partir de lainterpretación (Theis, Neuman y recupera-ción de Theis) de las 25 pruebas de bombeoreinterpretadas en igual número de pozosubicados dentro del acuífero. Los valoresde conductividad hidráulica varían de 1.29x 10-4 a 2.5 x 10-7 metros por segundo.

Se identifcó una secuencia estratigráfcade rocas intermedias y depósitos piroclás-ticos en la zona. Por otro lado, cuatro per-

foraciones de núcleo continuo indican lapresencia de depósitos de material volcá-nico (piroclásticos), alternándose con ro-cas de diferente composición, tales comoriolitas (rocas ácidas), andesitas (rocas in-termedias) y basaltos (rocas básicas) (ilus-tración 1).




Se realizó la integración de treinta son-

deos eléctricos verticales (SEV) de la zonade Tultitlán, Estado de México, para repre-

sentar la distribución tridimensional de las

unidades hidrogeológicas en el subsuelo(ilustración 2).

Se estableció un modelo conceptual defuncionamiento de la zona. Este modeloconceptual se llevó a un modelo numérico

basado en la plataforma Visual Modow. Elmodelo resultante consta de un dominio de6 por 7 km con celdas de dimensiones varia-bles y en la dirección vertical ocho capas deespesor variable, de tal suerte que se repre-

sentara la variación observada. El modelode transporte se realizó mediante el códigoMT3D, que se acopla a través de las cargas

hidráulicas al modelo de ujo. Se realizó lacalibración del modelo de ujo para el perio-

do 1970-2014 y el modelo de transporte coninformación de concentraciones de cromo

para el periodo 1976-2014 (ilustración 3). Seobtuvo una calibración con un error cuadrá-

tico medio de 1.4 metros.

Para efectuar la remediación del acuífero seplanteó extraer, mediante pozos, el aguade la zona problemática, tratarla mediantetecnología apropiada para remover cromoe inyectar el agua ya tratada al mismo acuí-fero o intercambiarla con usuarios de lazona. Lo anterior, con base en un modelo

de ujo y otro de transporte calibrados queintegran toda la información hidrogeológi-

ca. Los esquemas de extracción e inyecciónanalizados se presentan en la tabla 1.

A partir de las distintas pruebas en sitioque el IMTA ha efectuado en un acuífero

Ilustración 1. Columnas estratigráfcas de la zona de estudio.



CONGRESO IMTA 2014

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Ilustración 2. Distribución tridimensional de las unidades geoeléctricas.

Ilustración 3. Distribución del cromo.




contaminado con cromo, se han podidoestimar costos de tratamiento y se ha he-cho un esfuerzo para estimar el costo deinversión para la implementación de tales

tecnologías, mismo que deberá confrmar -se con la realización de un proyecto ejecu-tivo ad hoc a la situación.

En la ilustración 4 se presentan las alter-nativas de tratamiento ex situ que el IMTApropone para remediar acuíferos conta-minados hasta con 600 mg/L de cromo,seleccionables de acuerdo con el nivel decontaminación y a la concentración reque-rida en el euente, según la normatividad

que se quiera cumplir.

Para ello, las tecnologías se han clasifcadoen dos grupos: el primero contempla aque-llas con fnes de potabilización para el cum-plimiento de la NOM-127-SSA1-1994 (2000)y, el segundo, incluye tratamientos en los

que la calidad del agua producto podrácumplir con la NOM-001-SEMARNAT-1996(Descargas de aguas residuales en aguasy bienes nacionales), la NOM-002-SEMAR-

NAT-1996 (Descargas de aguas residualesa los sistemas de alcantarillado urbano mu-nicipal), o bien, de uso industrial.

Las tecnologías recomendadas para fnesde potabilización (Cr total en el agua pro-ducto <0.05 mg/L) varían de acuerdo conla concentración del contaminante en elagua subterránea. Para concentracionesmenores o iguales a 3 mg/L, se recomiendala coagulación con sulfato ferroso seguida

de fltración directa; los costos de opera-ción y mantenimiento (O & M) van de 0.74a 1.78 $/m3, y los costos de inversión (CI)de 0.26 millones de pesos (M$) por L/s.Este tratamiento es factible para pozosubicados a lo largo de la pluma de la con-taminación, mientras que para tratar agua

Ilustración 4. Tratamientos ex situ para remover cromo recomendados por el IMTA.



CONGRESO IMTA 2014

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con concentraciones entre 3 y 40 mg/L deCr, se sugiere el acoplamiento de la coagu-lación química asistida por redox (sulfatoferroso)-clarifloculación-microfiltración,

con un costo de O & M ≤ 13.66 $/m3 y un CIde 0.94 M$ por L/s. Para concentracionesque oscilen entre 40 y 600 mg/L de Cr, sepropone el uso de la electrocoagulación-clarioculación-ltración-nanoltración, aun costo estimado de O & M de 88.64 $/m3y un CI de 3.05 M$ por litro sobre segundo.

En el segundo grupo de tecnologías, elagua producto tendrá una concentraciónde cromo total entre 0.06 y 0.5 mg/L; así

que podrán aplicarse para el cumplimien-to de las normas antes mencionadas. Elprimer tren de tratamiento está propues-to para concentraciones entre 3 y 40 mg/Lde Cr, y consiste en el acoplamiento de lacoagulación química asistida por redox(sulfato ferroso)-clarioculación-ltración,con un costo de O & M ≤ 12.29 $/m3 y un CIde 0.76 M$ por L/s; mientras que para con-centraciones entre 40 y 600 mg/L de Cr sesugiere la electrocoagulación-clariocula-ción-ltración, con un costo de tratamien-to de O & M de 86.82 $/m3 y un CI de 2.91M$ por litro sobre segundo.

Todos los tratamientos producen lodosque requieren connamiento. Los costosde operación incluyen reactivos, consumode energía y disposición de lodos.


La masa del contaminante, tanto en el nú-cleo de la contaminación como en la plumacontaminante, deberá ser removida delsistema acuífero con el n de evitar la con-taminación de un volumen mayor de aguasubterránea.

Se deberá instrumentar una red de moni-toreo de la calidad del agua para evaluarla evolución del cromo en el subsuelo. Lospiezómetros se deberán construir, al me-

nos, en tres profundidades diferentes paraque se evalúe la migración en las diferen-tes unidades hidrogeológicas.

A través de distintos tratamientos viableses posible ofrecer agua de calidad potable.Estas acciones impactarán en la mitigaciónde riesgos potenciales para la salud huma-na y el medio ambiente.

De las opciones tecnológicas de tratamien-

to analizadas, la electrocoagulación es unaalternativa factible y conveniente para tra-tar agua con concentraciones de cromohasta de 600 mg/L por su baja producciónde lodos, alta eciencia de remoción decontaminante y mínima o nula adición desólidos disueltos al agua tratada

Bibliografía

Norma Ocial Mexicana NOM-127-SSA1-1994, (Modicación) de SaludAmbiental. Agua para uso y consumohumano. Límites permisibles de calidady tratamientos a que debe someterseel agua para su potabilización NormaOcial Mexicana NOM-127-SSA1-1994,Salud Ambiental. Agua para uso y con-sumo humano. Límites permisibles decalidad y tratamientos a que debe so-meterse el agua para su potabilización.

Norma Ocial Mexicana NOM-001-SE-MARNAT-1996, Que establece los lí-mites máximos permisibles de conta-minantes en las descargas de aguasresiduales en aguas y bienes naciona-les.

Norma Ocial Mexicana NOM-002-SE-




MARNAT-1996. Que establece los lí-mites máximos permisibles de conta-minantes en las descargas de aguas

residuales a los sistemas de alcantari-

llado urbano o municipal.Secretaría de Medio Ambiente y Recur-sos Naturales e Instituto Mexicano deTecnología del Agua (2011). Evaluacióntécnico-económica de tecnologías de re-moción de cromo para remediación delacuífero Cuautitlán-Pachuca. Informe

técnico. México.Segeomex-Semarnat (2011). Reporte de la

perforación de piezómetros en la zonade Tultitlán, Estado de México.

Resumen curricular

Carlos Gutiérrez Ojeda. Ingeniero hidró-logo por la Universidad Autónoma Me-

tropolitana Iztapalapa (1984), maestro enAprovechamientos Hidráulicos, Facultadde Ingeniería de la Universidad NacionalAutónoma de México (1988) y maestro enCiencias (Hidrología Subterránea) por Uni-versidad de Arizona en Tucson (1995). Suslíneas de investigación incluyen hidrogeo-logía, hidrogeoquímica y recarga de acuí-

feros.

Alejandra Martín Domínguez. IngenieríaIndustrial Química por el Instituto Tecno-lógico de Durango, maestra en Ciencias enIngeniería Química por el Instituto Tecno-lógico de Celaya, México, y DEA y doctoraen Ingeniería de Tratamiento y Desconta-

minación del Agua por el Instituto Nacionalde Ciencias Aplicadas, Toulouse, Francia.Coordinadora de Calidad del Agua. IMTA.Sus líneas de investigación incluyen pota-bilización del agua, desinfección solar deagua para consumo humano, electrocoa-gulación para remoción de contaminantes

específcos en agua y modelación matemá-tica para la interpretación de estudios detrazadores en agua.

Manuel Martínez Morales. Ingeniero geó-logo por el Instituto Politécnico Nacional(1988), maestro en Ciencias por la Uni-versidad de Arizona (1995) y doctor en Hi -dráulica por la UNAM (2012). Sus líneas deinvestigación incluyen la evaluación geohi-drológica a escalas local y regional, y la mo-

delación numérica de ujo del agua subte-rránea y transporte de contaminantes.

Sara Pérez Castrejón. Ingeniera química

por la Universidad Autónoma del Estadode Morelos y maestra en Ciencias en Inge-niería Bioquímica por el Instituto Tecnoló-gico de Celaya. Desarrollo de tecnologíaspara potabilizar agua, principalmente el

tratamiento por electrocoagulación pararemover contaminantes del agua, diseño yoptimización del proceso.

Iván Emmanuel Villegas Mendoza. Inge-niero químico por la Universidad Autóno-ma del Estado de Morelos y maestro enIngeniería Ambiental por la Universidad

Nacional Autónoma de México. Principa-les líneas de investigación: desarrollo detecnologías para la potabilización de agua,electrocoagulación para remoción de con-taminantes específcos del agua y calidaddel Agua.

Sofía Esperanza Garrido Hoyos. Ingeniería

en Alimentos por la Fundación UniversidadJorge Tadeo Lozano, Bogotá, Colombia;

maestría en Gestión Medio Ambiental por

el Instituto de Investigaciones Ecológicas,

Málaga, España, y doctorado en Ciencias

Químicas por la Universidad de Granada,

Granada, España. Sus principales líneas de



CONGRESO IMTA 2014

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investigación: potabilización, captación ytratamiento de agua de lluvia; tratamiento

biológico de aguas residuales y tratamientoy/o aprovechamiento de lodos y biosólidos.

César Guillermo Calderón Mólgora. Maes-tro en Ingeniería Ambiental por la Universi-dad Nacional Autónoma de México. Princi-pales líneas de investigación: tratamientode agua mediante procesos de membra-

nas, remoción de contaminantes especí-

cos del agua para uso y consumo humanocomo arsénico, úor, cromo y sulfatos, yrecuperación de agua para uso industrial ypotable.

Silvia Lucila Gelover Santiago. Química.Estudios de maestría en Química Analítica

y doctorado en Ingeniería (Energía). Apli-cación de tecnologías para la evaluaciónde la calidad del agua y su tratamiento.

Realización de proyectos de investigación

y aplicación de procesos fotocatalíticospara destoxicación y desinfección delagua; electrocoagulación para la remociónde contaminantes inorgánicos disueltos en

agua (arsénico, sílice y cromo).

Antonio Javier García López. Maestro en

Ingeniería por la Universidad Nacional Au-tónoma de México, con especialidad enCatálisis e Ingeniería de Reactores. Mues-treo y evaluación de la calidad del agua

en descargas de agua residual y cuerposreceptores, y evaluación de plantas pota-bilizadoras.




M. A. Yáñez, P. Rivera, W. Wruck, M. Gutiérrez, M. Medina, A. Paredes,G. Palma, R. Hernández y J. Ramírez

PLAN PARA EL MANEJO SUSTENTABLE

DE LA SUBCUENCA TEJALPA ENEL NEVADO DE TOLUCA

Resumen

No obstante la importancia del Nevado de

Toluca, esta Área Natural Protegida (ANP)presenta un importante deterioro ambien-tal relacionado con el cambio de uso delsuelo, de vocación principalmente forestal,

a ganadero, agrícola, minero y urbano, en-tre otros. La pérdida de la cubierta vegetaly el incremento de la erosión hídrica sonevidentes disminuyendo, en consecuencia,

los bienes y servicios ambientales brinda-dos por esta superfcie. Bajo estas circun-stancias y en forma paralela a la recatego-rización del ANP, de “Parque Nacional”

a “Área de Protección de Flora y Fauna”,el Organismo de Cuenca Lerma-Santiago-Pacífco de la Comisión Nacional del Aguasolicitó al IMTA la elaboración de un planpara el manejo sustentable de la subcuen-ca Tejalpa-Terrerillos, una de las más rep-resentativas del Nevado de Toluca. Dicho

plan se conformó por diversas actividadescon la fnalidad de proponer acciones parael manejo de los usos de suelo forestal,agrícola y pecuario, así como iniciar el esta-blecimiento de prácticas de conservaciónde suelo y agua en forma de represas degeotextiles y módulos agroforestales.

Introducción

En los últimos diez años, la cuenca altadel río Lerma se ha visto afectada en suinfraestructura hidráulica y en zonas depoblación y productivas a causa de inun-daciones que han alcanzado miles de hec-

táreas de afectación. Lo anterior se debea diversos factores, como son la concen-tración de precipitaciones en periodosmuy cortos, que superan la capacidad de

infltración de los suelos, así como a la grancantidad de material suelto producto dela deforestación, actividades agrícolas ycapas de tierra geológicamente no com-

pactadas en taludes y cauces, arrastradopor los escurrimientos, provocando la re-ducción de la capacidad hidráulica de ob-ras de conducción y la capacidad de alma-cenamiento y regulación de las presas.

Lo anterior pone de manifesto la nece-

sidad de actuar de forma inmediata paraneutralizar los principales procesos erosi-

vos que propician el arrastre de suelos dela parte alta de la cuenca del río Lerma,enfatizando las acciones de intervenciónen las laderas en el ámbito de subcuencas,para propiciar la presencia de vegetación



CONGRESO IMTA 2014

42

arbórea, arbustiva y herbácea que permitacaptar el agua pluvial inltrándola al sueloy subsuelo, y evitando, al mismo tiempo, ladegradación por erosión y compactación

de los suelos. Esto es, atacar las causas delfenómeno erosivo y no sólo atender susefectos.

La subcuenca del río Tejalpa-Terrerillos selocaliza en el municipio de Zinacantepec,Estado de México, en la porción orientaldel ANP Nevado de Toluca. Forma partedel alto Lerma, conformada por los ríos

Tejalpa-Terrerillos, y abarca una supercieaproximada de 5,048.12 ha. Esta subcuen-

ca se seleccionó por ser representativade la región, al presentar áreas mediana-mente conservadas, así como porcionescon degradación evidente causada por lapresencia de actividades agropecuariasy uso forestal, con la nalidad de que lasactividades planteadas en ella puedan serreplicadas en otras de las subcuencas quediscurren sus aguas hacia el río Lerma.

Desarrollo

El proyecto comprendió los siguientescomponentes: diagnóstico biofísico; diag-nóstico socioeconómico; establecimientode la línea base; proyectos detalladospara el uso forestal, agrícola y pecuario;diseño y asesoría para establecimiento de

un módulo silvopastoril; identicación deparcelas en descanso para propuesta dereconversión; diseño y establecimiento de

módulos agroforestales; establecimientode represas en cauces pequeños, y diag-nóstico de estructuras de gaviones.

Para lograr los resultados esperados se

contó con la participación de técnicos yespecialistas en cada tema, así como con

el apoyo de mano de obra local para elestablecimiento de prácticas de manejo

en campo. Las actividades realizadas con-templaron la recopilación de información

de estudios previos, recorridos de campo,muestreos y perles de suelos, entrevistascon actores de la cuenca, levantamientos

topográcos, uso de imágenes de satélitey sistemas de información geográca parael análisis de la información y métodos de

análisis de laboratorio.

Resultados

Los diagnósticos del medio natural y socio-

económico identicaron, localizaron y cu-anticaron la problemática, así como susrelaciones causa-efecto en la subcuenca.La problemática ambiental es resultado de

la dinámica social existente en la subcuen-ca, observando una alta incidencia de con-ictos relacionados con la tenencia de latierra. Los diagnósticos se integraron condiversos mapas temáticos que plasman lainformación referida a: clima, hidrografía,edafología, uso actual del suelo, geología,localidades, población y núcleos agrarios,

entre otros temas.

La línea base elaborada examinó el estadoactual de los recursos naturales suelo, veg-etación y agua, aportando el marco de ref-erencia cualitativo y cuantitativo para anal-izar los avances, logros, cambios, efectos eimpactos generados por las acciones efec-tuadas durante la ejecución del proyecto

y acciones posteriores. Es así como seelaboró el estudio de erosión hídrica ac-tual (ilustración 1), identicándose la de-gradación de la cubierta vegetal y cuanti-cando los escurrimientos (Q) y sedimentos(tabla 1). Se encontró que el 38.78% de lasupercie de la cuenca presenta tasas de




erosión moderada, donde se requiere de

atención inmediata al tratarse de superf-

cies agrícolas y de pastizales sin manejo

conservacionista, siendo las principales

áreas aportadoras de sedimentos a los

cauces.

Ilustración 1. Mapa de erosión hídrica actual de la subcuenca Tejalpa-Terrerillos.

MesPrecipitación

(mm)Q (mm)

Q(miles de m3)

Sedimentos Volumenprecipitado

(miles de m3)(t/ha) (miles de t)

Enero 0.00 0.00 0.00 0.000 0.00 0.00

Febrero 0.00 0.00 0.00 0.000 0.00 0.00

Marzo 0.00 0.00 0.00 0.000 0.00 0.00

Abril 20.00 0.00 0.00 0.000 0.00 1 009.62

Mayo 134.00 0.00 0.00 0.000 0.00 6 764.48

Junio 263.10 9.55 482.32 6.029 30.43 13 281.60

Julio 143.00 0.00 0.00 0.000 0.00 7 218.81

Tabla 1. Producción de agua y de sedimentos de la subcuenca Tejalpa-Terrerillos.



CONGRESO IMTA 2014

44

Agosto 312.00 8.22 414.74 5.190 26.20 15 750.13

Septiembre 126.00 0.00 0.00 0.000 0.00 6 360.63

Octubre 66.00 0.00 0.00 0.000 0.00 3 331.76

Noviembre 3.00 0.00 0.00 0.000 0.00 151.44

Diciembre 0.00 0.00 0.00 0.000 0.00 0.00

Suma 1 067.1 17.8 897.1 11.219 56.6 53 868.5

Los proyectos detallados de los usos for-

estal, agrícola y pecuario identifcaron ycuantifcaron las necesidades de acciones

para plantear el manejo conservacioni-sta más conveniente y pertinente. Dichosproyectos incluyen propuestas de manejorelacionadas con prácticas y acciones, for-

muladas cuidando los criterios y lineamien-tos de la recategorización contenidas en el

Decreto del Área de Protección de Flora y

Fauna del Nevado de Toluca (30 de octu-

bre, 2013).

Se elaboró el proyecto silvopastoril para unasuperfcie de 137.37 ha ubicas en los BienesComunales de Santiago Tlacotepec, Toluca. Elproyecto se conformó por diversas propues-

tas de modelos silvopastoriles, de acuerdo conlas características de las diferentes cubiertasvegetales y tipos de terrenos (ilustración 2).

Ilustración 2. Modelos de sistema silvopastoril propuestos en el predio El Arenal.




Mediante imágenes de satélite de altaresolución y con acciones complemen-tarias de campo, se identifcaron y cuan-tifcaron las parcelas que permanecen en

descanso de las actividades agropecuar-ias, sitios potenciales para la reconversiónproductiva hacia la ocupación forestal o laincorporación de técnicas agrosilvícolas oprácticas conservacionistas y/o técnicas deagricultura orgánica, siempre y cuando losterrenos presenten pendientes menores al15%. Se cuantifcaron 269.1 ha como super -fcie de parcelas en descanso, de las cuales226.7 ha se encuentran dentro del Área deProtección de Flora y Fauna.

Se establecieron dos módulos agrofores-tales con fnes demostrativos en el ejidoSan Cristóbal Tecolit, Zinacantepec, Estadode México, con una superfcie aproximada

de 1.0 ha cada uno, introduciendo el uso deterrazas de formación sucesiva con plant-ación de especies forestales y cultivo deavena (ilustración 3).

En el ejido de San Juan de Las Huertas,Zinacantepec, Estado de México, se esta-blecieron 65 represas no fltrantes de geo-costales en una superfcie aproximada de6.84 ha, que concentra manantiales paraaprovechamiento de agua potable, selec-cionando cauces de 1.0 m de profundidad yde 1.5 a 6.0 m de ancho (ilustración 4). Consu establecimiento se retendrán 632.0 m3de azolve, incrementando la infltración y

recarga el acuífero, así como también elmejoramiento del suelo y de la cubiertavegetal, facilitando el establecimiento ydesarrollo de las especies forestales nati-vas.

Ilustración 3. Módulo agroforestal con terrazas de formación sucesiva y plantación deespecies forestales.



CONGRESO IMTA 2014

46

Ilustración 4. Represas de geocostal establecidas en la subcuenca Tejalpa-Terrerillos.

Finalmente, se realizó un recorrido decampo para la identicación y diagnóstico

de las estructuras de gavión presentesen la subcuenca de estudio, así como las

localizadas sobre el río Santiaguito, muni-cipio de Tenango del Valle, mencionandolas causas de las fallas observadas en ellas.Asimismo, se generó un pequeño manualdonde se mencionan las recomendacionespara su establecimiento y mantenimientoen el área de estudio, y la descripción deprácticas de conservación complementar-ias a ellas.


En la subcuenca Tejalpa-Terrerillos se ob-serva una explotación intensiva de lasáreas agrícolas, que conlleva a la degra-dación del suelo y generación de escur-rimientos y sedimentos que afectan laspartes bajas de la cuenca.

La restauración y el manejo de los recur-sos naturales requieren de una base socialmás amplia y con mayor participación pararealizar diagnósticos, establecer normas,

proponer zonicaciones y ejecutar proyec-tos concretos. La participación se torna im-prescindible para todo tipo de propuestasde acciones y cambios que se generen enlas actividades efectuadas en la supercie

de la subcuenca, particularmente aquellasinvolucradas en la zona resguardada por elÁrea Natural Protegida.

Los resultados obtenidos proporcionanconocimiento con relación a la prob-

lemática de la subcuenca Tejalpa-Terreril-los, identicando las acciones que deben

emprenderse conforme y en respaldo a laejecución del decreto como Área de Pro-tección de Flora y Fauna. Para ello, debe re-spaldarse con la formulación de proyectosen benecio de los habitantes de la zona




que estimulen su participación, identican-do su interés en participar al momento demanifestar su preocupación por el deteri-oro de los recursos naturales agua, suelo

y bosque.

Bibliografía

Comisión Nacional de Áreas NaturalesProtegidas (2013). Estudio previo justif-cativo para la modifcación de la declara-toria del Área Natural Protegida ParqueNacional Nevado de Toluca. México:Semarnat, 123.

Diario Ofcial de la Federación (2013). De-

creto que reforma, deroga y adicionadiversas disposiciones del diverso pub-licado el 25 de enero de 1936, por elque se declaró Parque Nacional la mon-taña denominada “Nevado de Toluca”,que fue modicado por el diverso pub-licado el 19 de febrero de 1937. (Prim-era sección). Semarnat, México, 1º deoctubre.

Faustino, M. J. (2006). Guía para elaborarplanes de gestión de cuencas. Lima: Uni-versidad Nacional Agraria La Molina,Facultad de Ingeniería Agrícola, Es-cuela de Postgrado, 26.

Figueroa, S. B., Amante, O. A., Cortés, T.H. G., Pimentel, L. J., Osuna, C. E. S.y Rodríguez, O. J. M. (1991). Manualde predicción de pérdida de suelo porerosión. Estado de México: Secretaríade Agricultura y Recursos Hidráulicos,Subsecretaría de Agricultura, Dirección

General de Política Agrícola, Colegio dePostgraduados, 162.Franco, S., Regil, H. H., González, C. y

Nava, G. (2006). Cambio de uso delsuelo y vegetación en el Parque Nacio-nal Nevado de Toluca, México, en elperiodo 1972-2000. México: Investiga-

ciones Geográfcas. Boletín del Institutode Geografía, UNAM, 61, 38-57.

Resumen curricular

Marcia Adriana Yañez Kernke. Ingenieraagrónoma por la Universidad Autóno-ma Chapingo (1990) y M. Sc. en Siste-mas de Producción Animal por el CentroAgronómico Tropical de Investigación yEnseñanza (1996). Sistemas de producciónanimal, manejo del pastoreo y sistemas sil-vopastoriles, prácticas conservacionistasen áreas de uso pecuario.

Pedro Rivera Ruíz. Ingeniero agrónomopor la Universidad Autónoma Chapingo(1990), maestría en Edafología (1996) ycandidato Dr. Hidrociencias por el Cole-gio de Postgraduados. Manejo integralde cuencas hidrográcas, conservaciónde agua y suelo, erosión-productividad,modelos hidrológicos aplicados a cuencas,modelos matemáticos de erosión, análisismultiescala de los procesos lluvia-escur-rimiento-erosión, evaluación de técnicas depreparación de suelos para reforestación yprocesos hidrológicos, y evaluación de im-pactos ambientales de tecnologías conser-vacionistas con cuencas pareadas.

Javier Ramírez Luna. Ingeniero en Ir-

rigación por la Universidad Autónoma

Chapingo (1990) y doctor en Hidráulicapor la Escuela Nacional de Ingeniería de

Aguas y Bosques, Montpellier, Francia

(1997). Simulación del comportamientohidráulico de canales en régimen perma-

nente y transitorio, diseño y calibración

de estructuras hidromecánicas, oper-

ación óptima de canales de riego, diseño

de estructuras de medición para canales

abiertos, desarrollo de tecnología en ul-



CONGRESO IMTA 2014

48

trasonido para la medición de caudal,desarrollo de tecnología en colecta yprocesamiento de información hidroag-

rícola-económica para mejorar la oper-

ación de las zonas de riego y desarrollo

de tecnología gráca de información tipoGIS para la presentación geoposicionadaen mapa satelital de información hidro-

agrícola-estadística-económica de zonas

de riego.




J. E. Cortés, C. G. Calderón, E. B. Estrada, A. González, E. Ramírez,L. Montellano, S. L. Gelover, J. Cruz, E. V. Serrano y A. Gómez

RIESGOS SANITARIOS POR EXPOSICIÓN

A CONTAMINANTES EMERGENTES ENAGUA DE ABASTECIMIENTO

Resumen

Mediante la adaptación de unametodología de evaluación de riesgosa la salud, se estimó la exposición a con-taminantes emergentes y no regulados enagua para consumo humano de la ciudadde Guanajuato, Guanajuato, considerandoque las fuentes de abastecimiento se en-cuentran afectadas por contaminación deorigen antrópico. El objetivo fue generar

información, a n de que el organismo op-erador de agua potable tenga certeza de lainocuidad del agua que suministra a la po-blación. De los más de seiscientos contami-nantes emergentes y no regulados identi-cados en el agua residual, agua residualtratada, inuente y euente de la plantapotabilizadora, 183 y 182 calican comoaltamente peligrosos para la salud públicay el ambiente, respectivamente, y 14 per-sistieron a los procesos convencionales de

tratamiento y potabilización. Se requierede tratamiento adicional a los euentesde la planta de aguas residuales y la po-tabilizadora, dado que bajo un escenariocrítico se identicó alto riesgo a la saludasociado con la presencia de mestranol yacetaminofén.

Introducción

De acuerdo con datos de la Comisión Na-cional del Agua (2013), en 2012 solamenteel 47.48% de las aguas residuales munici-pales y 28.85% de las industriales recibier-on algún tipo de tratamiento. Esto signi-ca que una fracción importante de aguasresiduales crudas se liberan al ambienteacuático, incluyendo fuentes de abastec-imiento para consumo humano, lo que

constituye el reúso no planeado, o de fac-to, de aguas residuales con nes potables.Esta situación no es nueva y en el ámbitointernacional está cobrando cada vez may-or preocupación y atención debido a quelas aguas residuales contienen una grancantidad de contaminantes no regulados(CNR) y emergentes (CE), que son descar -gados en las fuentes de abastecimiento(Leverenz, et al., 2011; Rice, et al., 2013).

La gama de CNR y CE es muy amplia y sedesconoce la magnitud real de los riesgospotenciales para la salud humana y el am-biente. Aun los países industrializados ca-recen de recursos económicos sucientespara desarrollar los estudios toxicológicosy epidemiológicos necesarios para deter-



CONGRESO IMTA 2014

50

minar dichos riesgos, por lo que algunasagencias han desarrollado metodologíasque pueden ser utilizadas en la evaluación

de riesgos a la salud y la priorización de al-

gunos contaminantes no regulados y con-taminantes emergentes.

En el presente trabajo, se aborda el prob-lema de la contaminación antropogénica

de las fuentes de abastecimiento super-

cial y el reúso de aguas residuales de facto,para la ciudad de Guanajuato, Guanajuato,adaptando una metodología de evaluación

de riesgos a la salud (ilustración 1). El objeti-

vo fue generar información para dar certe-za al organismo operador sobre la inocui-dad del agua que suministra a la población,considerando que las presas La Esperanzay La Soledad se encuentran afectadas porcontaminación puntual y difusa.

Ilustración 1. Esquema de la metodología de evaluación de riesgos sanitarios.

Se llevó a cabo un muestreo puntual parala determinación de los parámetros regu-

lados en la normativa mexicana, compues-tos orgánicos volátiles (COV) y semivoláti-les (COSV), fármacos y productos para elcuidado personal (FPCP) y hormonas en elinuente y euente de la planta de trata-

miento de agua residuales (PTAR) Centro

y la potabilizadora Los Filtros. En paralelo,se aplicó un cuestionario a quinientos resi-

dentes de la ciudad de Guanajuato, con lanalidad de obtener información referen-te al estatus de salud, uso y consumo deagua, uso y consumo de fármacos y otrosproductos para el cuidado e higiene perso-nal.




Resultados

La ciudad de Guanajuato se abastece de

agua para uso y consumo humano medi-

ante 14 pozos profundos, el sistema de labatería de pozos de Puentecillas y de laspresas La Esperanza, La Soledad y de Mata(ilustración 2). El total de la población de

las 14 localidades asentada en las cuencasLa Soledad y La Esperanza es de 2,050 habi-tantes, por lo que independientemente de

la contaminación que se genere fuera de

las microcuencas locales y de las aportaci-ones pluviales, la presa La Soledad recibedirectamente aguas residuales de las locali-dades de Santa Ana y Llanos de Santa Ana.

Ilustración 2. Fuentes de abastecimiento superfciales para la ciudad de Guanajuato, Gto., México.

El agua de las presas La Esperanza y La So-ledad se envía a la planta potabilizadoradenominada Los Filtros, la cual procesa uncaudal de entre 80 y 130 L/s. El sistema depotabilización consiste de: oxidación concloro, coagulación con policloruro de alu-minio (PAC), oculación, sedimentación,ltración, desinfección con cloro y prensa-do de lodos agregando polímero. Además,

la ciudad cuenta con una PTAR Centro querecibe el agua residual urbana provenientedel sistema de alcantarillado público y ladescarga en las inmediaciones del río Gua-najuato ya saneada. El proceso se compo-ne de tratamiento primario, tratamientosecundario con lodos activados en zanjas

de oxidación y desinfección con luz ultra-violeta.

El agua potabilizada cumple con los límitespermisibles para los parámetros de calidaddel agua que establece la Modicación a laNOM-127-SSA1-1994; sin embargo, duranteel proceso de evaluación del desempeñode la planta, a través del día se presen-

taron niveles de color y turbiedad fuera denorma.

El euente tratado de la PTAR Centro cum-ple con los límites máximos permisibles decontaminantes que estable la NOM-001-SE-MARNAT-1996, en las descargas de aguas



CONGRESO IMTA 2014

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residuales en aguas y bienes nacionales.No obstante, derivado de la evaluación dedesempeño de la planta, se recomienda un

tratamiento adicional para la remoción de

nutrientes.

Considerando el inuente y euente de lapotabilizadora y la PTAR, se identicaron

alrededor de 650 CE y CNR, que incluyenagentes saborizantes y fragancias, quími-cos industriales, fármacos, sustancias na-

turales y otros grupos de compuestos me-

nos diversos (ilustración 3), entre los quedestacan las hormonas, debido al impactoque tienen sobre la salud humana y el am-biente.

Ilustración 3. Contaminantes orgánicos emergentes y no regulados en el agua residual, residual tratada,fuente de abastecimiento y agua potabilizada.

Cualitativamente, el agua residual crudapresentó la mayor diversidad de CE y CNR,

seguida por el inuente de la potabilizado-ra (tabla 1); 14 moléculas persistieron a losprocesos de tratamiento de agua residualy de potabilización (tabla 2); 183 son alta-mente peligrosos para la salud humana yvida silvestre, y 182 calican como altamen-te peligrosos para los sistemas acuáticos.

Cuantitativamente, en la fuente de abaste-

cimiento se identicaron concentraciones

ultratraza (ng/L) de una hormona sintética(mestranol), un antibiótico (sulfametoxa-

zol), un antineuroléptico (benzatropina),una droga ilícita o de abuso (cocaína) yun repelente de insectos (DEET), el cualmostró ser resistente al proceso de pota-bilización (tabla 3).




Planta potabili-

zadoraLos Filtros

PTAR Centro

Euente desinfectado con UV

InuenteEuente desin-

fectadoInuente Antes Después

260 195 348 141 156

Tabla 1. Número de CE y CNR identicados en la planta potabilizadora Los Filtros y la PTAR Centro.

Tabla 2. Contaminantes que persistieron al proceso de tratamiento en la PTAR Centro y la planta

potabilizadora Los Filtros.

No. Cas Compuesto Usos/observacionesHormonas

72-33-3 Mestranol

Estrógeno sintético. Se utiliza como tera-pia de reemplazo hormonal en la meno-

pausia y en combinación con progestóge-no como anticonceptivo oral.

Fármacos

298-46-4 CarbamazepinaAntiepiléptico y analgésico especíco

para la neuralgia trigeminal.

29122-68-7 Atenolol

ß-bloqueador. Se usa solo o en combi-nación con otros medicamentos paratratar la hipertensión. También se usa

para prevenir la angina (dolor en el tórax)y tratamiento de ataques cardíacos.

Químicos industriales

79-34-5 Etano, 1,1,2,2-tetracloro-

Solvente para grasas, aceites, ceras, resi-nas, acetato de celulosa y en ciertas reac-ciones de Friedel-Crafts, entre otros usos

industriales

88-99-3 Ácido ftálico

Medicina y síntesis orgánica. Reactivoanalítico. Elaboración de colorantes,

feloftaleína, ftalamida, ácido antranílico yperfumes sintéticos.

110-86-1 PiridinaUsos industriales diversos. Reactivo de

laboratorio.



CONGRESO IMTA 2014

54

286-28-2 7-Tiabiciclo[4.1.0]heptano Síntesis química.

2050-67-1 PCB-11 Bifenilos policlorados.

Substancias naturales y extractivas

119-61-9 Benzofenona

Sustancias saborizantes sintéticas y adyu-vantes. Aditivo de alimentos. Se permite

adición directa en alimentos para con-sumo humano. Fijador para perfumes.

629-78-7 Heptadecano Agentes aromatizantes, cosméticos.

1125-21-92,6,6-Trimetil-2-ciclohexene-1,4-

diona

Saborizante autorizado para su uso en ali-mentos de consumo humano. Se encuen-tra en las hojas de diversos tés y tabaco.

Productos para el cuidado personal

134-62-3 Dietiltoluamida (DEET)También conocido como DEET. Se utiliza

como repelente de insectos.

Metabolitos e impurezas

360-68-9 Colestan-3-ol, (3á,5á)-Un derivado del colesterol. Se encuentraen heces humanas, cálculos biliares, hue-

vo y otros materiales biológicos.

Compuesto InuenteEuente

Concentración ng/LValor guía1

Mestranol 557 ND2 2.5E+00

Sulfametoxazol 10.2 ND 3.5E+04

Benztropina 3.31 ND --

Cocaína 1.02 ND --

DEET 6.18 523 2.5E+03

1 Australian Guidelines for Water Reciclyng (2008).

2 ND: No detectado.

Tabla 3. Valores guía para tres de los cinco CE identifcados en la planta potabilizadora Los Filtros.




En la PTAR Centro se identifcaron alre-dedor de 55 CE, incluyendo hormonasnaturales y sintéticas, fármacos, meta-

bolitos de fármacos y productos para

el cuidado personal (tabla 4). Es impor -tante anotar la presencia de una amplia

gama de antibióticos, antihipertensivos,antidepresivos, ansiolíticos e hipogluce-miantes en el agua, lo cual fue cualitati-

vamente consistente con los datos pro-

porcionados por los participantes de laencuesta.

CompuestoAgua residu-

al cruda

Efuente tratado y desin-fectado con UV Usos

Antes Después

Albuterol 3.58 8.58 7.25 Broncodilatador.

Anfetaminas 27 ND NDEstimulante del sistema nervioso

central.

Atenolol 80.4 110 104 Antihipertensivo.

Androstene-diona

390 15.2 18.6Hormona natural en las mujeres

y hombres.

Androsterona 750 <88.4 <105Hormona esteroide que proviene

del metabolismo de la testos-

terona.

Mestranol 741 399 502

Anticonceptivo oral. Tratamiento

de síndrome climatérico y alter-aciones relacionadas.

Progesterona 44.6 <1.6 <1.6 Hormona sexual femenina.

Testosterona 57.9 <4.57 <3.3

Hormona esteroide de un grupoandrógeno y es encontrada en

los mamíferos, reptiles, aves, yotros vertebrados.

Furosemida 173 165 80.3 Diurético.

Gemfbrozil 10.5 20.4 27.1 Regulador lipídico.

Gliburida 47.8 70.9 55.2 Hipoglucemiante.

2-Hidroiy-ibu-

profeno3010 260 174 Metabolito de ibuprofeno.

Tabla 4. Hormonas, fármacos y productos para el cuidado personal detectados en

el infuente y efuente de la PTAR Centro (ng/L).



CONGRESO IMTA 2014

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Ibuprofeno 975 59.5 <29Analgésico y antiinamatorio no

esteroideo.

Naproxeno 8040 205 148Analgésico y antiinamatorio no

esteroideo.

Triclocarban 398 74.1 71.2 Antiséptico.

Triclosan 543 <123 <116 Antiséptico.

Acetaminofén 31100 <30.6 <29 Analgésico.

Azitromicina 41.6 77.1 92.2 Tratamiento de infecciones geni-

tales.

Cafeína 12400 <33.4 <29

Se encuentra en productos deuso frecuente; también se indicaen combinación con analgésicos

para aliviar dolor.

Carbamazepina 70.7 196 196Antiepiléptico y analgésico. Seindica para el tratamiento de la

migraña.

Ciprooxacino 478 405 379 Antibiótico.

Claritromicina 279 727 794 Antibiótico.

Cloxacilina 21.5 <6.13 <5.8 Antibiótico.

Dehidronife-

dipino <2.47 5.34 5.67 Antihipertensivo.

Difenhidramina 23.2 49 48 Antihistamínico.

Diltiazem 6.48 6.53 6.38 Antianginoso y bloqueador de

los canales de calcio.

Eritromicina-H

2O

244 412 419 Antibiótico.

Fluoxetina <6.16 6.6 7.56 Antidepresivo.

Lincomicina 204 89.7 87.1 Antibiótico.

Miconazol 9.05 <3.06 <2.9 Antimicótico.

Noroxacino <83.4 <147 107 Antibiótico del grupo de las qui-

nolonas.

Ooxacino 201 399 431 Antibiótico (quinolona uorada).

Sulfadiazina 217 175 175 Antibiótico.




Sulfametoxazol 1100 1560 1190 Antibiótico.

Trimetoprima 652 312 319 Antibiótico.

1,7-Dimethilxan-

tina 14200 703 787

Compuesto semejante a la

cafeína.

Alprazolam <1.23 1.23 0.811 Ansiolítico.

Amitriptilina 4.37 2.45 2.26 Antidepresivo.

Benzoilecgo-nina

111 15 16.2 Metabolito de cocaína.

Benztropina <2.88 <1.43 <1.35 Agente anticolinérgico y antihis-

tamínico.

Cocaína 9.88 2 2.03

Droga de abuso y también tiene

uso terapéutico. Tiene efecto so-

bre el sistema nervioso central.

DEET 239 101 93 Repelente de insectos.

Desmethyldil-tiazem

1.53 1.71 1.47 Metabolito del diltiazem.

Diazepam 1.65 3.54 3.33 El diazepam se utiliza para tratar

estados de ansiedad.

10-hydroxy-amitriptyline

2.24 0.847 0.815 Metabolito de la amitriptilina.

Meprobamate 16.9 43.2 48.2 Ansiolítico y tranquilizante.

Metoprolol 117 143 146 Antihipertensivo.

Norverapamil <0.67 1.61 2.11Metabolito de verapamilo; tiene

efectos vasodilatadores.

Propoxyphene 2.41 5.96 5.61 Analgésico.

Propranolol 15.3 39.6 38.3 Antihipertensivo.

Sertraline 3.11 5.99 6.09Antibiótico sintético de las fuo-

roquinolonas.

Theophylline 8070 362 565 Tratamiento de problemas respi-

ratorios, broncodilatador.Valsartan 1620 122 135 Antihipertensivo.

Verapamil 1.56 3.51 3.53 Arritmias supraventriculares,

angina, hipertensión.

Estrone 39.9 <8.01 <7.98Hormona natural. Estrogénica

secretada por el ovario, así comoel tejido adiposo.



CONGRESO IMTA 2014

58

La exposición potencial a CE y CNR pue-de ser determinada mediante diferentesmetodologías, que incluyen evaluaciones

cualitativas que indican peligro del poten-

cial para la exposición a través del agua.Conceptualmente, la ilustración 4 sinte-tiza las principales rutas de exposición

humana a moléculas farmacológicamen-te activas. Se espera que algunas de las

rutas no se completen; por ejemplo: espoco probable que algunas moléculas se

volatilicen lo suciente como para produ-cir una dosis relevante para la vía aérea(inhalación).

Ilustración 4. Principales rutas de exposición potencial a contaminantes emergentes y no regulados.

El destino de los contaminantes está

fuertemente inuido por sus característi-cas sicoquímicas, de tal manera que los

contaminantes altamente polares e hi-drofílicos son de gran importancia debidoa su alta movilidad en agua (NAP, 1999).Asimismo, se piensa que la vía dérmicaes poco importante, por lo que se esperaque la ingestión de CE y CNR por mediodel agua potable, sea la vía de exposición

ambiental relevante. No obstante, parala fracción de la población que reside enlas cercanías de las descargas de aguas

residuales y en algunas zonas de los cu-erpos receptores, puede haber otras víasde exposición, pues los contaminantesuna vez liberados al ambiente no per-manecen estáticos y se distribuyen en losdiferentes compartimientos ambientales

(ilustración 5).




Con base en la ingestión de agua estimada

mediante encuesta y la ingesta aceptable

diaria (ADI, por sus siglas en inglés), se cu-

anticó la exposición y se caracterizó el ries-go para algunos FPCP y hormonas (tabla 5).En el peor escenario, el supuesto es que in-

grese a la planta potabilizadora una calidad

de agua semejante a la del agua residual

cruda; entonces, la población ingeriría do-

sis de hormonas y FPCP que resultan en uníndice de riesgo (IR) de 352, lo que signica

Ilustración 5. Diagrama esquemático para representar la distribución de los contaminantes enel ambiente.

que hay riesgos adversos a la salud debido

a la exposición a mestranol (cociente = 347)y acetaminofén (cociente de peligro = 2.76),

lo que implica riesgos altos para la salud; laexposición a las concentraciones en el eu-

ente tratado se reducirían a un IR de 202.

Esto demuestra que antes de descargar el

euente tratado de la PTAR al río Guana-

juato o a alguna de las presas, éste deberá

recibir un tratamiento adicional para la re-

moción de CE, CNR y nutrientes.

Contaminantes emergentesen la PTAR Centro

ADIng/kg*d

Ingesta crónica diaria(ng/kg*d)

Cociente de peligro(CP)

CrudaEuente

fnalCruda

Euente

fnal

Acetaminofén 8.30E+02 2.29E+03 5.15E-01 2.76E+00 6.21E-04

Tabla 5. Cocientes de peligro e índice de riesgo por consumo de FPCP y hormonas, en el peor escenario de exposición.



CONGRESO IMTA 2014

60

Azitromizina 1.10E+04 1.32E+01 2.45E+00 1.20E-03 2.23E-04

Cafeína 1.50E+08 1.08E+03 1.70E+00 7.20E-06 1.13E-08

Carbamazepina 3.40E+02 5.80E+00 7.27E+00 1.70E-02 2.14E-02

Ciprooxacino 7.10E+03 6.46E+01 6.05E+00 9.09E-03 8.52E-04

Claritromicina 7.10E+03 2.28E+01 1.08E+01 3.22E-03 1.52E-03

Dehidronifedipina 5.70E+02 0.00E+00 3.09E-01 0.00E+00 5.41E-04

Diltiazem 1.70E+03 6.32E-01 1.99E-01 3.72E-04 1.17E-04

Eritromicina-H2O 4.00E+04 3 .40E+01 1.85E+01 8.49E-04 4.63E-04

Fluoxetina (Prozac) 2.80E+02 0.00E+00 1.98E-01 0.00E+00 7.07E-04

Lincomicina 1.00E+06 4.83E+01 5.23E+00 4.83E-05 5.23E-06

Sulfametazina 1.00E+04 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00

Sulfametoxazol 1.30E+05 6.82E+01 6.66E+01 5.25E-04 5.12E-04

Atorvastatina 1.40E+02 6.22E-01 0.00E+00 4.45E-03 0.00E+00

Cimetidina 5.70E+03 0.00E+00 2.39E-02 0.00E+00 4.19E-06

Cotinina 2.80E+02 5.26E+01 1.20E+00 1.88E-01 4.30E-03

Enalapril 3.60E+02 4.96E+00 0.00E+00 1.38E-02 0.00E+00

Metformina 7.10E+03 3 .15E+03 8.60E+01 4.43E-01 1.21E-02

Tetraciclina 3.00E+05 3.73E+00 6.89E-01 1.24E-05 2.30E-06

Gemfbrozil 1.30E+03 2.46E+00 1.64E-01 1.89E-03 1.26E-04

Ibuprofeno 1.14E+04 5 .99E+01 1.62E+00 5.26E-03 1.42E-04

Naproxeno 6.30E+03 4.26E+02 3.40E+00 6.76E-02 5.40E-04

Triclosan 1.90E+02 3.08E+01 0.00E+00 1.62E-01 0.00E+00

N,N-Dietil-meta-toluamida 8.20E+01 2.45E+01 3.34E+00 2.99E-01 4.08E-02

Diazepam 7.10E+01 1.04E-01 1.69E-01 1.47E-03 2.38E-03

Meprobamato 7.78E+04 0.00E+00 2.12E+00 0.00E+00 2.72E-05

Metoprolol 1.40E+04 7.59E+00 5.86E+00 5.42E-04 4.18E-04

Propranolol 1.14E+03 0.00E+00 1.54E+00 0.00E+00 1.35E-03

Mestranol 7.10E-02 2.47E+01 1.43E+01 3.47E+02 2.02E+02




17β-estradiol 5.00E+00 1.05E+00 0.00E+00 2.10E-01 0.00E+00

Estrona 1.30E+01 1.78E+00 0.00E+00 1.37E-01 0.00E+00

Progesterona 3.00E+04 2.67E+00 0.00E+00 8.90E-05 0.00E+00

Testosterona 2.00E+03 2.95E+00 0.00E+00 1.47E-03 0.00E+00

ÍNDICE DE RIESGO 3.52E+02 2.02E+02

Bajo las condiciones actuales, si la plantapotabilizadora no remueve mestranol, lapoblación ingeriría hasta 261 veces la ADI,dado que este es un contaminante que

persistió al tratamiento en la PTAR. Se de-berá asegurar que esta hormona no estépresente en el agua potabilizada, lo cualrequiere un tratamiento adicional para eleuente potabilizado mediante el procesoconvencional.

A reserva de llevar a cabo pruebas de tra-tabilidad en sitio, para la PTAR Centro se

espera que el proceso Fenton pueda serutilizado como un tratamiento de pulimen-

to para la remoción de la mayoría de los CEidentifcados, así como de los nutrientesque no son eliminados en el proceso detratamiento. En la planta potabilizadoraLos Filtros, la adsorción en carbón activa-do es una alternativa viable para la remo-ción de CE como postratamiento del agua

potabilizada.


En materia de calidad del agua para consu-mo humano y descargas de aguas residua-les, la normatividad vigente ha sido rebasa-da. Para la protección de la salud pública y

de la salud de los cuerpos de agua es nece-saria una actualización con el enfoque deriesgo más que económico.

Los datos muestran que, consistentecon lo reportado en otros estudios, lasconcentraciones a las cuales los CE se en-cuentran en el agua de consumo huma-

no no representan en lo general riesgossanitarios en el corto plazo. No obstante,dados los cocientes de peligro estima-dos para el mestranol y el acetaminofén,es prioritario mejorar los procesos detratamiento de aguas residuales y depotabilización del agua, así como saneary proteger las presas La Esperanza y LaSoledad.

La presencia de moléculas farmacológica-

mente activas en el agua residual y aguaresidual tratada es importante, porquemás allá de la descarga puntual del euen-te a los cuerpos de agua superfciales, laposterior transformación o disminución dela concentración dependerá de procesosnaturales que no pueden ser considerados

una medida de control o barrera sufcientepara asegurar la inocuidad del agua, por loque siempre será necesario que el euentetratado mediante métodos convenciona-les reciba tratamiento adicional, a fn deeliminar tanta contaminación como seaposible antes de la descarga al cuerpo re-ceptor. Por otro lado, la protección de las

fuentes de abastecimiento requiere delcontrol de la contaminación puntual y difu-sa desde su origen.



CONGRESO IMTA 2014

62

Las medidas de saneamiento en las presasy el tratamiento adecuado de las aguas re-siduales, permitirán controlar los 323 con-

taminantes que calican como altamente

peligrosos para el ambiente acuático.

Bibliografía

EPHC, NRMMC & NHMRC (2008). Aus-tralian Guidelines for Water Recycling:Managing Health and EnvironmentalRisks (Phase 2), Augmentation of Drin-king Water Supplies, Canberra, 126.

Leverenz, H. L., TCHOBANOGLOUS, G. &ASANO, T. (2011). Direct Potable Reuse:

a Future Imperative, Journal of WaterReuse and Desalination, 1(1): 2-10.

NOM-127-SSA1-1994. Modicación a laNorma Ocial Mexicana NOM-127-SSA1-1994, Salud Ambiental. Aguapara uso y consumo humano. Límitespermisibles de calidad y tratamientosa que debe someterse el agua parasu potabilización, Secretaría de Sa-lud, Diario Ofcial de la Federación, 22de noviembre de 2000.

NOM-001-SEMARNAT-1996. NormaOcial Mexicana NOM-001-SEMAR-NAT-1996, Que establece los límitesmáximos permisibles de contaminan-tes en las descargas de aguas resi-duales en aguas y bienes nacionalesSecretaría del Medio ambiente, Re-cursos Naturales y Pesca, Diario Of-cial de la Federación, 6 de enero de1997.

Raice, J., P. Westerho, P. & Wutich,A. (2013). Assessment of De FactoWastewater Reuse Across the USA:Trends between 1980 and 2008,Environ. Sci. Technol. DOI: 10.1021/es402792s, publication date (web):19 Aug 2013.

Resumen curricular

Juana Enriqueta Cortés Muñoz. Química

farmacobióloga por la Universidad Autó-

noma Metropolitana, y maestría en Cien-cias (Salud Ambiental) y créditos de docto-rado en Ciencias de la Salud Pública por laEscuela Nacional de Salud Pública. Especia-lista en Hidráulica del IMTA. Ha publicado,como autora principal y coautora, artículos

para revistas de divulgación cientíca, arbi-tradas e indizadas; así como en congresosnacionales e internacionales. Su principallínea de trabajo actual es la evaluación deriesgos por exposición a contaminantes

emergentes y no regulados.

César Guillermo Calderón Mólgora. Maes-tro en Ingeniería Ambiental por la Universi-dad Nacional Autónoma de México. Princi-

pales líneas de investigación: tratamientode agua mediante procesos de membra-nas, remoción de contaminantes especí-cos del agua para uso y consumo humanocomo arsénico, úor, cromo y sulfatos, yrecuperación de agua para uso industrial ypotable.

Edson Baltazar Estrada Arriaga. Ingenie-

ro químico por la Universidad Autónoma

del Estado de Morelos, y maestro y doctor

en Ingeniería por la Universidad Nacional

Autónoma de México. Líneas de investiga-

ción: tratamiento de aguas residuales mu-

nicipales y euentes industriales medianteprocesos fsicoquímicos y procesos bioló-

gicos aerobios y anaerobios; aplicación debiorreactores con membranas para el trata-

miento y reúso de aguas residuales; remo-

ción de contaminantes emergentes, y gene-

ración de electricidad mediante celdas de

combustible microbianas a partir de dese-

chos sólidos orgánicos y aguas residuales.




Mercedes Esperanza Ramírez Camperos.Ingeniera química por la Universidad In-dustrial de Santander, Colombia, y maestraen Ingeniería Ambiental por la Universidad

Nacional Autónoma de México. Especialis-ta en Hidráulica del Instituto Mexicano deTecnología del Agua y profesora de asigna-tura del Programa de Posgrado de Ingenie-ría de la Universidad Nacional Autónomade México.

Áreas de interés. Tratamiento de aguas re-siduales y lodos residuales, reúso del agua,remoción de contaminantes tóxicos, trata-miento magnético del agua.

Leticia Montellano Palacios. Química in-dustrial y maestra en Administración por laUniversidad Autónoma del Estado de Mo-relos. Desarrollo de la patente “Métodopara el tratamiento de lodos provenientesdel tratamiento de agua, recuperación delcoagulante y disposición”. Elaboración demás de cuarenta informes técnicos, 15 artí-culos en revistas y congresos y seis manua-les técnicos sobre desinfección, evalua-ción de plantas potabilizadoras, control dereactivos químicos para la potabilización,validación de técnicas por métodos rápi-dos, habilidad en la operación de equipos:potenciómetros, colorímetros, conductí-metros, turbidímetros, cromatografía, car-bono orgánico total y espectrofotometría.

Silvia Lucila Gelover Santiago. Química.Estudios de maestría en Química Analítica

y doctorado en Ingeniería (Energía). Apli-cación de tecnologías para la evaluaciónde la calidad del agua y su tratamiento.Realización de proyectos de investigacióny aplicación de procesos fotocatalíticospara destoxicación y desinfección delagua; electrocoagulación para la remoción

de contaminantes inorgánicos disueltos enagua (arsénico, sílice y cromo).

José Cruz García Garduño. Ingeniero quími-

co por la Universidad Autónoma del Estadode Morelos, diplomado en Habilidades Do-centes por la Universidad Internacional ypasante de maestría en Ingeniería Ambien-tal por la Universidad Nacional Autónomade México (UNAM). Tiene experiencia enmuestreo y análisis de aguas y aguas tra-tadas para su potabilización. Ha colabora-do en proyectos e informes técnicos en elIMTA. Ha sido responsable del laboratoriode Ingeniería Ambiental en la UNAM, cam-

pus Morelos, y profesor del laboratorio deQuímica Ambiental, de la UNAM.

Edgar Vicente Serrano Alvarado. Licencia-do en Administración por la Universidad Na-

cional Autónoma de México. Tiene 19 añosde experiencia en servicios de salud en Mo-relos, jefe de ocina (Recursos Humanos),vericador sanitario, líder de proyecto, jefedel Departamento de Salud Ambiental de laComisión para la Protección contra los Ries-gos Sanitarios del Estado de Morelos, enla-ce administrativo en la Jurisdicción Sanita-

ria I, administrador del Laboratorio Estatalde Salud Pública y colaborador en proyec-tos e informes técnicos en el IMTA.

Areli Gómez Rojas. Licenciada en Biologíapor la Universidad Autónoma del Estado deMorelos. Ha participado en congresos na-cionales e internacionales. Tiene experien-

cia en muestreo de aguas y aguas tratadaspara su potabilización. Ha intervenido enproyectos relacionados con desalación deagua mediante el uso de energías no con-vencionales, remoción de contaminantesespecícos y emergentes, y evaluación deproductos de desinfección de agua potable.



CONGRESO IMTA 2014

64

R. Piña

CONSULTA PÚBLICA PARALA INTEGRACIÓN

DEL PNH 2014 2018

Resumen

La Comisión Nacional del Agua (Conagua),con la colaboración del Instituto Mexica-

no de Tecnología del Agua (IMTA), llevó acabo un ejercicio de consulta pública parael Programa Nacional Hídrico 2014-2018(PNH), con el objetivo de considerar en suelaboración los planteamientos y propues-tas de distintos actores sociales e institu-cionales vinculados con la gestión del aguaen el país. Para esto, se desarrolló una guíametodológica que facilitó la obtención delos resultados, la cual se resume en el pre-

sente artículo.

Introducción

La Conagua ha iniciado una nueva era deplanicación hídrica en México y, de acuer -do con el contexto del Plan Nacional de De-sarrollo 2013-2018 (PND), elaboró el PNH,programa especial con enfoque multisec-torial y transversal, que incluye la coordi-nación de diversas dependencias y los tres

órdenes de gobierno para trabajar juntosen su cumplimiento. Para ello, tambiéntiene mucha importancia la participacióny consulta de los diversos grupos sociales.

El artículo 20 de la Ley de Planeación indicaque: “en el ámbito del Sistema Nacional de

Planeación Democrática tendrá lugar la par-ticipación y consulta de los diversos grupossociales, con el propósito de que la pobla-

ción exprese sus opiniones para la elabora-

ción, actualización y ejecución del Plan ylos programas a que se refere esta Ley”.

Recientemente, el artículo 26 de la Consti-tución Política de los Estados Unidos Mexi-canos establece que: “La planeación serádemocrática y deliberativa…”

Con base en lo anterior, se reconoce queaún falta mucho por hacer; sin embargo,

también se debe reconocer que este tra-bajo ha sido un buen inicio en el marcode las mejoras que se pretenden hacer alsistema de planicación hídrica en el país.De esta forma, la consulta pública a la quese hace referencia tuvo dos modalidades:una en línea (a través del Internet) y otrapresencial, de las cuales, a continuación, sedescriben los principales resultados.

Resultados

La consulta en línea consistió de 12 pregun-tas opcionales, relacionadas con los objeti-vos del PNH:

1. Fortalecer la gestión integrada y sus-tentable del agua.




2. Incrementar la seguridad hídricaante sequías e inundaciones.

3. Fortalecer el abastecimiento de agua

y el acceso a los servicios de agua po-

table, alcantarillado y saneamiento.4. Incrementar las capacidades técnicas,

científcas y tecnológicas del sector.

5. Asegurar el agua para el riego agríco-la, energía, industria, turismo y otrasactividades económicas y fnancieras

de manera sustentable.6. Consolidar la participación de Méxi-

co en el contexto internacional enmateria de agua.

En esta consulta participaron 2 112 perso-nas de toda la república, quienes respon-dieron a todos los temas. Los temas querespuestas obtuvieron fueron: “Gestiónintegrada del agua” y “Cultura del agua,ciencia y tecnología”.

Entre las respuestas consideradas como

más importantes se encontraron:

• Tratamiento de las aguas residualesmunicipales e industriales.

• Evitar asentamientos humanos enzonas inundables.

• Impulsar la investigación científca ytecnológica en temas del agua.

Por su parte, la consulta presencial planteóla realización de dos tipos de foros: uno decarácter regional y otro nacional.

En el caso de los foros regionales (ilus-

tración 1), se convocó a distintos actoressociales e institucionales vinculados con

la gestión del recurso hídrico a cinco re-

uniones, donde se abordaron los mismostemas asociados con los objetivos del

PNH, antes mencionados. Aquí cabe acla-

rar que aunque el Valle de México estaba

originalmente contemplado dentro de la

Región Centro Occidente, la Conagua de-

cidió hacer una reunión adicional en Tex-

coco.

Ilustración 1. Zonicación de los principales foros regionales de consulta.



CONGRESO IMTA 2014

66

Los lugares en que se realizaron estos fo-ros fueron los siguientes:

• Región Centro Occidente, cuya sede

fue Querétaro, Querétaro.• Región Noroeste, cuya sede fue Cu-liacán, Sinaloa.

• Región Noreste, cuya sede fue Mon-terrey, Nuevo León.

• Región Sureste, cuya sede fue Villa-hermosa, Tabasco.

• Región Valle de México, con sede enTexcoco, Estado de México.

A los foros presenciales asistieron alrede-

dor de 1 000 participantes, en los cualesse siguió la dinámica metodológica deter-minada ex profeso. Ello permitió lograr elobjetivo de recabar las opiniones y pro-

puestas concretas para los problemas

planteados (ilustraciones 2 y 3).

Dicha guía metodológica integró los pasos

a seguir para la consulta pública en los di-ferentes foros, considerando: manejo deltiempo, trabajos en grupo y reuniones ple-narias, fundamentados en los conceptosde la hermenéutica y el debate dialéctico

para, con base en los problemas identifca-dos, formular soluciones. De esta manera,

cada asistente en respuesta a una proble-mática planteada presentó sus propuestasde solución, de acuerdo con el objetivo decada mesa de trabajo.

Luego, de manera abierta, los participan-

tes dialogaron y reexionaron sobre laspropuestas; las revisaron, agruparon y

Ilustración 2. Mesa de trabajo en los foros de consulta.




Ilustración 3. Sesión plenaria de los foros de consulta.

ordenaron según el grado de importanciabajo la interrogante: “¿Qué tanto contribu-ye la propuesta para alcanzar el objetivo?”.Así, cada asistente concluyó su participa-ción y un integrante presentó las conclu-siones de cada mesa de trabajo en reuniónplenaria. Para los foros especiales, llevados a caboen la Ciudad de México (ilustración 4), se

invitó a personalidades con amplio cono-cimiento y peso político en las líneas te-máticas planteadas por la Presidencia dela República y su correspondencia con losobjetivos del PNH, especialmente en cuan-to a:

• Agua potable, drenaje y saneamien-to.

• Gestión técnica del agua ante se-quías e inundaciones.

• Sustentabilidad, gobernanza y segu-ridad hídrica.

• Agua y seguridad alimentaria.

De esta manera se integraron, de los fo-ros de consulta especiales, 373 propues-

tas concretas; y de los foros de consultaregionales 648 propuestas. Todas fueronrevisadas, ordenadas y analizadas a n decomplementar las estrategias y líneas deacción del PNH, entre las que destacaron,por el número de aportaciones:



CONGRESO IMTA 2014

68

Ilustración 4. Sesión de foros especiales de consulta.

• Fortalecer la participación de organi-zaciones sociales y académicas en laadministración del agua.

• Evitar los asentamientos humanosen zonas con riesgo de inundacióny reubicar los ya existentes a zonasseguras.

• Crear entes reguladores para los ser-vicios de agua potable, alcantarilla-do y saneamiento.

• Intensifcar la tecnifcación del riegoen los distritos y unidades de riego.

• Promover la educación hídrica y am-biental en las legislaciones estatales.

• Reforzar la relación con organiza-

ciones internacionales líderes en eltema del agua.

Asimismo, se pudieron identifcar algunasotras líneas de acción novedosas como:

• Simplifcar los procesos y programasde apoyo a productores usuarios delagua.

• Financiar proyectos hidráulicos conalta rentabilidad social.

• Reforzar la rendición de cuentas enlos módulos de riego y con la repre-sentación de la Conagua en consejosde vigilancia.

• Crear una estructura para atención

de las unidades de riego, similar a lade los distritos de riego.


La principal conclusión de este ejercicio es:aun con la complejidad y difcultad que im-plica organizar este tipo de reuniones, se

logró convocar a un buen número de par-ticipantes de la sociedad y de diferentesinstituciones. De igual forma, la respuestaque se obtuvo a través de página web, con-siderando su poca difusión y permanencia,fue satisfactoria.

La guía metodológica, como suele sucederen estos casos, se fue ajustando durante el




proceso, en función de las características ylas condiciones tanto de cada lugar comode los participantes, pero, en general, se

mantuvo cierto rigor en su aplicación.

Es importante mencionar que de toda la in-

formación captada se pueden generar aná-lisis complementarios, para enriquecer laspropuestas sujetas a integrarse de maneramás específca en la siguiente actualizacióndel PNH. En especial, la información obte-nida vía Internet, tuvo una opción de libreopinión que, fnalmente, aporta alternativasadicionales no analizadas con detenimiento.

Por último, se reconoce la necesidad de in-sistir en la importancia de este tipo de ejerci-cios de participación social, y que requierende mayor atención y apoyo por parte de lasinstituciones de los diferentes órdenes degobierno, a fn de que poco a poco se cum-pla lo ya establecido constitucionalmente:“… la planeación será democrática y deli-

berativa. Mediante los mecanismos de par-ticipación que establezca la ley, recogerá lasaspiraciones y demandas de la sociedad…”

Bibliografía

Plan Nacional de Desarrollo 2013-2018 (2013).Diario Ofcial de la Federación, 20 de mayo.

Programa Nacional Hídrico 2014-2018

(2014). Diario Ofcial de la Federación, 8de abril.

Decreto por el que se reforman, adicio-

nan y derogan diversas disposicio-nes de la Constitución Política de losEstados Unidos Mexicanos (2014).Diario Ofcial de la Federación, 10 defebrero.

Procesos de planifcación y políticas para

formular el Programa Nacional Hídrico

2013-2018 (2013). Informe nal del pro-yecto. Documento de análisis de losresultados de la consulta pública. Mé-xico: Conagua-IMTA.

Resumen curricular

Ramón Piña Sánchez. Ingeniero civil porla Universidad Autónoma de México

(UNAM) (1982) y maestro en Ingeniería(Investigación de Operaciones, Programade Economía y Finanzas del Agua) por laDEPFI-UNAM, Campus Morelos (1997).Campos de trabajo y especialidad: planea-ción y evaluación de proyectos y progra-mas del sector hídrico, con énfasis en la

participación social; planeación y desarro-

llo de sistemas de información de apoyo alo anterior.



CONGRESO IMTA 2014

70

Resumen

Se elaboran trece programas, uno porcada organismo de cuenca de la Conagua,bajo el enfoque de Gestión Integrada deCrecidas, con el objetivo de proponer so-luciones orientadas a reducir el riesgo exis-tente ante inundaciones a fn de disminuir

daños en zonas urbanas y productivas,

anteponiendo, en lo posible, solucionesno estructurales antes de propuestas es-tructurales. Se determina el riesgo, en tér-minos de daños económicos, en el ámbitonacional y en trece zonas piloto, una porcada Región Hidrológico-Administrativa. Eldaño para un periodo de retorno de cua-renta años resulta de alrededor de $179000 millones. Además, se propusieron fac-tores de reducción de daños basados enexperiencias de otros países para tener un

indicador cuantitativo de los daños redu-cidos que se obtienen al aplicar medidasno estructurales, y así percibir su bondady que sean consideradas en la toma de de-cisiones con intención de mitigar el riesgode inundaciones.

Introducción

En épocas recientes se han presentado fe-nómenos hidrometeorológicos con inten-sidad inusual que provocan desastres quedañan bienes materiales de la población,infraestructura y zonas productivas. En elpaís, la magnitud de los daños deja muy cla-ro que a pesar de los esfuerzos realizados

para enfrentar estos fenómenos, es nece-sario trabajar arduamente en las activida-des de prevención a fn de que los eventos

extremos provoquen los menores dañosposibles. La participación del personal téc-nico con la preparación y el perfl adecua-do de los tres niveles de gobierno, es devital importancia en la elaboración y mane-jo de la información sobre estos fenóme-nos. Debido a que en México son escasaslas acciones preventivas ante la ocurrencia

de una inundación que incluyan la alertaoportuna sobre riesgos por fenómenos hi-drometeorológicos extremos, vinculadascon la coordinación institucional, mediosde comunicación y a la población en gene-ral, los programas de prevención resultan

J. Lafragua, Y. Solís, J. Salgado, A. Bravo, M. Preciado, I. Rivas, E. Aguilar,M.A. Suárez y A. Güitrón

PROGRAMAS DE PREVENCIÓN CONTRACONTINGENCIAS HIDRÁULICAS PARALOS TRECE ORGANISMOS DE CUENCA

DE LA CONAGUA




instrumentos necesarios para planear acorto, mediano y largo plazos estrategiasy acciones dirigidas a prevenir o reducir losdaños provocados por inundaciones.

Resultados

En cada organismo de cuenca se identicólo siguiente: causas que originan las inun-

daciones (tabla 1); zonas potencialmenteinundables (polígonos de inundación),basadas en el índice de inundación paraperiodos de retorno de 2, 10, 20, 50 y 100

años, proporcionadas por el Instituto deIngeniería de la Universidad Nacional Au-tónoma de México (UNAM); vericaciónde recomendaciones de la OrganizaciónMeteorológica Mundial relacionadas con

Causa I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII XIII

Asentamientos humanos irregula-

res en zonas inundables y de altoriesgo.

√ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √

Azolvamiento en cauces y estruc-turas hidráulicas que reducen elárea hidráulica.

√ √ √ √ √ √ √

Drenaje insuciente o inexistente(suelos de baja permeabilidad,topografía plana, etc.).

√ √ √ √ √ √ √

Alta vulnerabilidad ante los ci-clones tropicales y efectos de la

marea de tormenta.

√ √ √ √ √ √

Obras de protección mal construi-dos o deteriorados.

√ √ √ √ √ √

Escaso mantenimiento y/o reha-bilitación de la infraestructurapara control de avenidas.

√ √ √ √ √ √

Cambio de uso de suelo. √ √ √ √

Deciencias en los sistemas depronóstico de avenidas y sistemasde alerta temprana.

√ √ √

Deciente medición hidrométricay climatológica.

√ √ √

Falta de obras de protección acentros de población con mayorgrado de vulnerabilidad.

√ √ √

Hundimientos, grietas y acciden-tes geológicos.

√

Tabla 1. Principales causas que originan inundaciones, por Región Hidrológico-Administrativa.



CONGRESO IMTA 2014

72

la cantidad de estaciones meteorológicase hidrométricas; obras de control de ave-nidas existentes y revisión de la existenciade sistemas de alerta temprana.

Se estimó el riesgo, en términos de daños

económicos, en el país y en trece zonas pi-

loto, utilizando la metodología del Sistema

de Análisis y Visualización de Escenarios de

Riesgo (SAVER) del Centro Nacional de Pre-

vención de Desastres (Cenapred) en zonasurbanas, incorporada en el módulo Atlas

Nacional de Riesgo por Inundación (ANRI).

El procedimiento fue el siguiente:

1. Delimitación de la zona de inunda-ción.

2. Defnición de la probabilidad de ocu-rrencia del evento (inverso del perio-do de retorno), para los cuales seráevaluado el daño.

3. Cálculo de los tirantes de inunda-ción, así como velocidad y severidad,con base en un modelo hidrológico-hidráulico, para cada uno de los pe-riodos de retorno seleccionados.

4. Selección de curvas de daño (urbanas,agrícolas, etcétera), mismas que rela-

cionan tirante o duración de la inun-

dación con los daños económicos.

5. Con base en las curvas de daño, lascaracterísticas socioeconómicas enla zona de estudio y el tirante al-canzado en la inundación para cadaevento de periodo de retorno aso-

ciado, se calculan los daños econó-micos.6. Determinación del daño anual espe-

rado (DAE).

Los insumos para la evaluación del riesgoen el ámbito nacional y zona piloto fueron:

a. Polígono que delimita la zona deinundación. Es el área donde se esti-marán los daños.

b. Modelo digital de elevaciones usado

por el programa de cómputo Análi-sis de Riesgos de Inundación (ANRI-PC). Es el continuo de elevacionesescala 1:50,000 del Instituto Nacio-

nal de Estadística y Geografía (INE-

GI), con una resolución de 50 x 50m, utilizado para las zonas piloto. El

ANRI-PC tiene integrado el modeloSRTM (Shuttle Radar Topography),de cobertura mundial, publicadopor el Instituto de Tecnología de Ca-

lifornia, cuya resolución más aproxi-mada es de 90 x 90 m, usado paraestimaciones de daños en viviendaspara el modo de procesamiento porlotes.

c. Áreas geoestadísticas básicas(AGEB). Constituyen la unidad básicadel Marco Geoestadístico Nacional.De las AGEB urbanas, se obtiene elconjunto de índices de marginaciónexistentes en la zona de inundación.

d. Tirante y velocidad, estimados conbase en modelos hidrológico-hidráu-lico en formato raster para variasprobabilidades.

e. Curvas de daños. Curvas que rela-cionan características de la inun-dación (por ejemplo tirante y du-ración) con los daños en pesos.Pueden ser de tipo urbano y agrí-cola. En este programa las curvas

utilizadas corresponden a dañosen viviendas, publicadas por Baróet al. (2007 y 2011), quienes calcula-ron el valor del daño con base en elcosto de cada bien, obteniendo asíel valor en pesos de los daños eco-nómicos para cada altura de lámina




de agua alcanzada y para cada una

de las AGEB presentes en la zona de

inundación.

Los resultados se muestran en la tabla2, donde se observa que el daño asocia-

do a un periodo de retorno de cuarenta

años resulta de alrededor de $179 000

millones. Asimismo, para cada organis-

mo de cuenca se dispuso de un polígono

de inundación-cuenca piloto (ilustración

1), con sus respectivas alturas de agua,producto de la modelación hidrológica-

hidráulica realizada por el Instituto de

Ingeniería de la UNAM para los mismos

periodos de retorno ya mencionados,con lo cual se estimó su respectivo DAE

(tabla 2), aplicando el procedimientodescrito anteriormente.

Dentro de las limitantes de los insumos uti-lizados en la estimación del daño nacional,

Región Hidrológico-Administrativa Daño*millones de $

Cuenca pilotoDAE**

millones de $Clave Nombre

I Península de Baja California 1 476 Rosarito-Huahuatay 41

II Noreste 1 333 Mátape-Empalme 1 189

III Pacífco Norte 1 331 Durango 1 003

IV Balsas 595 Yautepec 34

V Pacífco Sur 422 Río Sabana 867

VI Río Bravo 3 643 Río Sabinas 10

VII Cuencas Centrales del Norte 1,091 Río Nazas 1 091

VIII Lerma Santiago Pacífco 7 863 Río Pedregal 5

IX Golfo Norte 990 Tempoal y Moctezuma 75

X Golfo Centro 2 269 Río Papaloapan 499

X Frontera Sur 11 326 Río Grijalva 429

XII Península de Yucatán 6 801 Río Palizada 6

XIII Aguas del Valle de México 140 193 Valle México 1 261

Total nacional 179,333

* Para un periodo de retorno de 40 años.

** Considerando 2, 10, 20, 50 y 100 años de periodo de retorno.

Tabla 2. Daños estimados a escala nacional y por cuenca piloto.



CONGRESO IMTA 2014

74

Ilustración 1. Ubicación de las cuencas piloto.

se encuentra el modelo digital de elevación

STRM, con resolución de 90 x 90m (de ra-

dar), baja cobertura de AGEB y evaluaciónde daños sólo en viviendas (menaje).

Una vez estimados los daños económicos,se integran los proyectos que cada Direc-ción Local de la Conagua tiene contempla-dos como posibles soluciones estructura-les, los cuales se agrupan y presentan en lailustración 2. Sin embargo, los recursos eco-

nómicos limitan el número de obras a rea-lizar, es por eso que se proponen los FRDpara percibir su bondad en términos cuan-titativos y comiencen a tomar relevancia

en la toma de decisiones, a fn de mitigar elriesgo de inundaciones. Estos factores sebasan en estudios de caso, principalmenteen países europeos: Italia, Alemania, Espa-ña, Inglaterra, Escocia y Austria, así como

en Colombia, descritos en Schanze et al.(2008), Escuder et al. (2010), Jöbs et al.

(2011) y Campos et al. (2012). En la tabla 3se muestra la propuesta de factores y, enla ilustración 3, los resultados al aplicarlos

en cinco zonas piloto.

Conclusiones

• La estimación del DAE es esencialpara determinar el nivel adecuadode protección contra inundaciones.

• La modelación hidráulica por cuenca

es necesaria para poder evaluar ade-cuadamente los daños.

• La evaluación de la reducción de da-ños por medidas no estructurales

requiere de mayor análisis. Sin em-bargo, es prioritaria la evaluación

de la efcacia de aquellas que estánactualmente operando, tales comolos sistemas de alerta temprana en

Chiapas, Guerrero y Quintana Roo,entre otros.




Ilustración 2. Soluciones estructurales.

Medidas no estructurales

Niveles de severidad

Peligro Alto Peligro MedioPeligro

Bajo

A B C D E

Monitoreo y vigilancia de variables hidrometeo-rológicas.

1% 5-10% 10-20% 30-40% 40-50%

Pronóstico de avenidas y sistemas de alerta tem-prana.

Medidas de protección civil.

Medidas de ordenación territorial y urbanismo. 75% 70% 50% 0% 0%

Medidas para propiciar la participación social enla formación de una cultura de prevención contra

inundaciones.

Marginación Alta. 1% 15% 30% 30% 30%

Marginación Media y Baja. 1% 60% 70% 70% 70%

Promover el aseguramiento frente a inundaciones

sobre personas y bienes.

Tabla 3. Factores de reducción de daños propuestos.



CONGRESO IMTA 2014

76



Medidas para mejorar la gestión de crecidas.



Ilustración 3. Daños reducidos por medida no estructural en cinco cuencas piloto.

• Se requiere la elaboración de curvas

de daños agrícolas y a la infraestruc-tura para incluir, en lo posible, todoslos daños.

Referencias

Baró S. J. E., Díaz, D. C. y Esteller A. M. V.

(2007). Curvas de daños económicosprovocados por inundaciones en zonas

habitacionales y agrícolas de México.

Parte I: propuesta metodológica. Inge-

niería Hidráulica en México, 22(1), 91-102.

Baró S. J. E., Díaz D. C., Calderón G., Ca-

dena E. y Esteller A. M .V. (2011). Costomás probable de daños por inundaciónen zonas habitacionales de México.

Tecnología y Ciencias del Agua, 2(3), 201-218.

Campos et al. (2012). Análisis de la gestióndel riesgo de desastres en Colombia. Un

aporte para la construcción de políticas

públicas. Banco Mundial.

Escuder et al. (2010). Full SUFRI Methodo-

logy Report. SUFRI-WP3-Riesgo residual

y análisis de vulnerabilidad. (Versión bo-




rrador). Valencia: Universidad Politéc-

nica de Valencia.

Jöbstl et al. (2011). SUFRI-Sustainable Strate-

gies of Urban Flood Risk, Management with

Non-Structural Measures to Cope with theResidual Risk. CRUE Final Report II-6.Schanze et al. (2008). Systematisation,

Evaluation and Context Conditions of

Structural and Non-Structural Measu-

res for Flood Risk Reduction. Flood-ERAJoin Report, ERA-NET CRUE.

Resumen curricular

Jaqueline Lafragua Contreras. Maestra en

Ingeniería por la Universidad Nacional Au-tónoma de México (1996).

Yolanda Solís Alvarado. Maestra en Cien-

cias por el Instituto Tecnológico y de Estu-

dios Superiores de Monterrey (1996).

Jorge Salgado Rabadán. Maestro en Inge-

niería por la Universidad Nacional Autóno-

ma de México (2013).

José Avidán Bravo Jácome. Maestro en In-

geniería por la Universidad Nacional Autó-

noma de México (2006).

Margarita Preciado Jiménez. Maestra enIngeniería por la Universidad Nacional Au-

tónoma de México (2002).

Iván Rivas Acosta. Doctor en Planeación

de Recursos Hidráulicos por la Colora-

do State University, Fort Collins, EUA,2009.

Ernesto Aguilar Garduño. Maestro en In-

geniería por la Universidad Nacional Autó-

noma de México (1995).

María de los Ángeles Suárez Medina.

Maestra en Ingeniería por la Univer-

sidad Nacional Autónoma de México

(1995).

Alberto Güitrón de los Reyes. Maestro en

Ciencias por la Universidad de Arizona,

EUA (1976).



CONGRESO IMTA 2014

78

Resumen

Un modelo se considera como una fracciónde la realidad. Una vez validado, puede si-mular un proceso bajo condiciones especí-

cas de inicio y/o contorno. La simulaciónnumérica de procesos es una herramientabásica en ingeniería, útil en la toma de de-cisiones y en la gestión y administración derecursos e insumos, pero además, con nes

de diseño e innovación. La dinámica de ui-dos computacional (CFD) es una herramien-ta de simulación que permite la modelación

numérica basada en la solución de ecuacio-nes que describen el comportamiento deun uido en movimiento. En ingeniería agrí -cola, varios procesos involucran el ujo deuidos y, en consecuencia, son susceptiblesde ser modelados con CFD. A escala plan-ta, por ejemplo, la transpiración es un pro-ceso físico del cual es posible construir un

modelo con las ecuaciones que gobiernanel transporte de agua y su cambio de fase, apartir de condiciones iniciales y de entornoconocidas. Un ambiente cerrado como uninvernadero, una mallasombra o una granjapecuaria son biosistemas cuyo interior ha

sido simulado mediante CFD. Derivado de

estos análisis, es factible observar la diná-mica del aire en forma espacial y así facilitar

la gestión y mejorar su manejo y eciencia.En ingeniería de riego, el diseño de emiso-res de riego, válvulas y estructuras de aforo

y otros dispositivos han debido pasar porun proceso de simulación para mejorar laseciencias y uniformidades antes de ser co-mercializados. En este trabajo, se exponencasos especícos de modelación de siste-

mas y dispositivos de interés agrícola, y semuestran los resultados usando CFD.

Introducción

Un problema asociado al uso de modelosmatemáticos mecanicistas o agregados deinterés agrícola, basados en balances deenergía y masa, es que suponen un ambien-te homogéneo del medio que se simula. Sin

embargo, un monitoreo más realista reeja

una variabilidad no sólo espacial, sino tam-bién temporal de las variables de interés.Por ejemplo, en un ambiente semicerrado,cuando se estudian las tasas de ventilación,generalmente no se distingue entre el mo-vimiento del aire dentro y fuera del espacioocupado por las plantas. Para solucionar

J. Flores, W. Ojeda y M. Íñiguez

LA DINÁMICA DE FLUIDOSCOMPUTACIONAL (CFD) COMO

HERRAMIENTA PARA SIMULAR ELCOMPORTAMIENTO DE SISTEMAS Y

DISPOSITIVOS DE INTERÉS AGRÍCOLA




este problema, se ha optado por considerarlas ecuaciones fundamentales de la mecá-

nica de uidos. El conjunto de métodos nu-méricos empleados para obtener solucio-

nes computacionales de estas ecuaciones,junto con el arte de modelar, se denomina“dinámica de uidos computacional” (CFD).Esta CFD trata los valores de las variablesdependientes como incógnitas primarias

en un número nito de lugares o puntos;entonces, un conjunto de ecuaciones alge-braicas se deriva a partir de las ecuacionesfundamentales aplicadas al dominio y seresuelven mediante algoritmos numéricospreestablecidos (Anderson, 1997).

Aplicación de CFD a sistemas de interés

agrícola

En el área agrícola, la aplicación de herra-mientas numéricas ha sido de gran apoyopara el diseño y operación de dispositivosy componentes agrícolas. Algunas de estasaplicaciones y su problemática se descri-ben a continuación.

Agricultura protegida

El sector hortícola es uno de los principa-les componentes de la economía en variasregiones de México. El jitomate es el prin-cipal producto hortícola de exportación.Se considera que representa un poco másdel 37% del valor total de las exportacionesde legumbres y hortalizas, y el 16% del valortotal de las exportaciones agropecuarias,

sólo superadas por las exportaciones deganado vacuno (Aserca, 1995). A pesar delas ventajas sustanciales de México parala producción de hortalizas, tal como ade-cuadas condiciones medioambientales y lacercanía del mercado estadounidense, aúnpermanecen problemas de manejo y con-

trol que reducen la calidad del producto y

diculta su competencia en los mercadosmundiales, cada vez más globalizados.

Los primeros trabajos del análisis de inver-naderos usando CFD fueron reportadospor Okushima et al. (1989), los cuales semejoraron y de ahí derivaron las aplicacio-nes actuales. Al tener un ambiente conna-do, el invernadero está condicionado a loscambios ambientales locales, lo que desdeel punto de vista agronómico exige un con-trol ambiental complementario para man-

tener este ambiente en la zona de confortdel cultivo. Al hacerlo, también se mejora

su diseño, tal como orientación, dimensio-nes y, sobre todo, el sistema de ventilación,de acuerdo con el tamaño, posición y for-ma de las ventanas (Flores et al., 2014).

Instalaciones agropecuarias

Cuando se dene la zona de confort am-biental, ésta es independiente del tipo dehabitante, planta o animal, ya que todosrequieren de un ambiente óptimo para al-canzar su potencial productivo. El estable-

cimiento del tipo de habitante puede serdiferente; por ejemplo: las plantas están -jas en el suelo y las especies pecuarias (va-cuno, cunícula, etcétera) son semovientes,pero en ambos casos el ambiente interiorestá supeditado a las características físicas

de la estructura para facilitar o connar elmovimiento de los uidos.

En una instalación pecuaria hay elementosextras que pueden ser analizados con apo-yo de la CFD. Por ejemplo, en una granjade conejos el sistema de ventilación nosólo provee un mejor clima, sino que a suvez puede ser un factor limitante cuandolas heces del conejo producen una bacte-



CONGRESO IMTA 2014

80

ria que, al degradarse, emite gases tóxicoscomo el amoniaco. Con ello, se incrementala mortandad, en especial cuando la tem-

peratura aumenta (verano). El análisis con

la CFD para una instalación pecuaria de co-nejos fue analizada por Flores et al., (2013).

Biodigestores

La producción de gases contaminantes deexplotaciones pecuarias es un importan-

te contribuidor de emisores de gases deefecto invernadero. El uso de dispositivos(biodigestores) que degraden las excretaspecuarias no sólo aporta el benecio direc-

to al disminuir la contaminación ambien-tal, sino trae, además, la generación decombustible útil que puede ser utilizadoen otros procesos energéticos. Mediante

la CFD se pueden analizar los procesos dediseño, dimensionamiento y de mezcla in-dispensables en la degradación y reúso degases de origen pecuario.

Estructuras hidráulicas

La visualización de los ujos en regíme-nes transitorios, en conductos cerrados o

abiertos, es una de las mayores ventajas

de esta herramienta. Aun cuando la CFDdebe asumir hipótesis sobre el uido y elujo, el análisis experimental de este tipode estructuras indica un similar comporta-

miento de los ujos simulados con la CFD,tanto con sistemas instrumentales de me-dición como los representados con Par-ticle Image Velocimetry (PIV), modelos aescala, etcétera.

Entre los problemas que pueden ser trata-

dos mediante la CFD, se encuentra el dise-ño de dispositivos de medición y controlvolumétrico. En goteros, el análisis de laeciencia de caudal es básico. En sistemas

de inyección, se combinan problemas deprecisión en la inyección con la perdida decarga. En dispositivos de entrega volumé-trica de interés parcelario, tal como afo-

radores, interesa que la variación en ujodeba ser mínima (Iñiguez et al., 2014).

Resultados

La CFD ha sido ampliamente usada en agri -cultura protegida, de donde evolutivamen-te se ha pasado de la validación de mode-los simples a la aplicación para el análisis,

gestión y diseño en condiciones cada vez

Ilustración 1. Invernadero (a),analizado con un modelo computacional con discretización espacial en 3D (b).




más complejas. El análisis se hace asumien-

do el ujo de aire circulando en un conduc-

to cerrado (invernadero), el cual es cons-

truido y discretizado en un número fnito

de elementos (ilustración 1), en los cualesse aplican las ecuaciones que gobiernan elujo. La solución del problema permite te-ner una distribución espacial del aire y suspropiedades.

La ilustración 2 muestra la distribución es-pacial de velocidad y dirección del viento ysu respetivo de temperatura en un inverna-

dero cenital de diez naves. Los resultados

indican que en invernaderos multimodula-res la apertura de ventanas laterales y ce-nitales, al igual que el riego y los fertilizan-tes, son susceptibles de gestionarse para

defnir el momento oportuno de su aplica-

Ilustración 2. Vectores de velocidad m s-1 (a)y perfles espaciales de temperatura (K) del invernadero analizado (b).

Ilustración 3. Análisis de la importancia relativa de la apertura de las ventanas lateralesy cenitales en función de longitud.



CONGRESO IMTA 2014

82

ción. Si el invernadero es menor a 40 m, laventana lateral tiene mayor importanciaque la cenital, y funciona principalmente

como salida de aire. Si el invernadero au-

menta de longitud (mayor a 50 m), las ven-

tanas cenitales cobran mayor importanciaal funcionar tanto como entrada y salidade aire, y en consecuencia, su apertura y

orientación debe ser gestionada con ma-

yor cuidado (ilustración 3).

Ilustración 4. Ventilación en una granja de conejos (a), analizada con la CFD (b).

En una explotación agropecuaria, el dise-ño de los espacios donde habitan animales

ha sido también objeto de modelación. Es-pecícamente, en una granja de conejos,

la densidad y arreglo de las jaulas es unfactor decisivo en la eciencia de produc-

ción. Mediante la CFD se ha propuesto quela mejor orientación de la granja debe ser

Ilustración 5. Análisis de un mezclador (a) como biodigestión y su modelo CFD (b).




perpendicular a los vientos dominantes, yla colocación de las ventanas debe ser a di-ferentes alturas: menor altura a la entrada

que a la salida, tal como se presenta en la

ilustración 4.

En términos de equipos para degradar yaprovechar los desechos pecuarios, la CFDha permitido analizar a detalle el proceso

de mezcla y, con ello, plantear hipótesis

para hacer efciente el proceso. La com-binación de mezcla se recomienda en una

proporción de 1:3 entre el solvente (agua)

y el degradante (estiércol) (ilustración 5).

En cuanto a dispositivos de medición ycontrol volumétrico, existen experienciasen la literatura. En emisores para microi-

Ilustración 6. Vectores de velocidad m s-1 (a)y distribución espacial de presiones en un dispositivo Venturi (Pa) (b).

rrigación se han analizado y mejorado: lossistema antisifón, antidrenaje y autocom-pensados, extendiendo esto a líneas re-gantes que permiten un control preciso en

el riego y, así, un incremento en la efcien-cia de aplicación.

Un dispositivo Venturi fue analizado des-

de el punto de vista de funcionamiento hi-dráulico y mejorar la inyección de una so-

lución nutritiva, tratando de aprovechar

al máximo la contracción para defnir lacarga máxima que se genera y la sufcien-

cia para que ocurra la succión (ilustración6).


La modelación del ujo de uidos de inte-rés agrícola es una herramienta para mejo-

rar el diseño, gestión y administración derecursos e insumos de biosistemas para laproducción agropecuaria.

La CFD aporta una visualización detalladade las variables de interés del proceso quese modela, lo que facilita la comprensión yanálisis de los procesos que se simulan.

Las condiciones internas y externas jueganun papel importante para generar condi-



CONGRESO IMTA 2014

84

ciones óptimas del desarrollo de organis-

mos de interés agrícola, por lo que el uso

de herramientas de modelación, como la

CFD, permite estudiar condiciones iniciales

y de entorno contrastantes con fnes deanálisis del desempeño ambiental y opera-

cional de biosistemas de producción agro-

pecuaria.

Bibliografía

Anderson, J. D. (1997). Computational FluidDynamics. The Basics with Applications.USA: Mc. Graw-Hill.

Apoyos y Servicios a la Comercialización

Agropecuaria (Aserca) (1995). El jitomatemexicano. Un complemento del mercadoestadounidense. Claridades agropecua-rias. 25, 3-21.

Flores-Velázquez, J., Villarreal-Guerrero, F.,Lara-Mireles, J. L., Montero, J. I. y Rojano,

F. (2013). Climate Behavior of a Rabbit Barnin Central Mexico by using CFD. St. Joseph,Michigan: American Society of Agricultu-ral and Biological Engineers.

Flores-Velázquez, J., López-Cruz, L., Mejía-Saenz, E., & Montero-Camacho, I. (2014).Climate Performance Evaluation of a Gre-

enhouse in Central Mexico using Compu-

tational Fluid Dynamics (CFD). Agrocien-cia, 48(2), 131-146.

Íñiguez, M., Flores-Velázquez, J., Ojeda, W.,Mercado, R. y Díaz, C. (2014). Compara-ción de resultados experimentales de unVenturi con simulación de dinámica de

fuidos computacional (CFD). Enviado a:

Tecnología y Ciencia del Agua.Okushima, L., Sase, S., Nara, M. (1989). A

Support System for Natural VentilationDesign of Greenhouses based on Compu-

tational Aerodynamics. Acta Hortic., 284,129-136.

Resumen curricular

Jorge Flores Velázquez. Ingeniero agró-

nomo especialista en Irrigación por la Uni-

versidad Autónoma Chapingo, maestro en

Hidrociencias por el Colegio de Postgra-

duados y doctor en Agricultura Protegi-

da por la Universidad de Almería, España

(2010). Líneas de investigación: ingenieríade riego, agricultura protegida, CFD aplica-

da a la ingeniería agrícola. Es miembro del

Sistema Nacional de Investigadores y es-

pecialista en hidráulica en la Coordinaciónde Riego y Drenaje.

Waldo Ojeda Bustamante. Ingeniero agró-

nomo especialista en Irrigación por la

Universidad Autónoma Chapingo (1983),maestro en Hidrociencias por el Colegio de

Postgraduados (1986) y doctor en Cienciasde Suelo y del Agua por la Universidad de

Arizona (1996). Líneas de investigación:ingeniería de riego, agrometeorología y

cambio climático. Es miembro del Sistema

Nacional de Investigadores y subcoordina-

dor de Ingeniería de Riego

Mauro Íñiguez Covarrubias. Ingeniero civil

por la Universidad Autónoma de Zacate-

cas (1979), maestro en Hidrociencias por elColegio de Postgraduados (1997) y doctoren Ingeniería por la Universidad Autóno-

ma del Estado de México (2007). Líneas de

investigación: modelación de sistemas ydispositivos de interés hidráulico. Es espe-

cialista en hidráulica en la Coordinación de

Riego y Drenaje.




C. A. Servín, G. Mantilla, L. Sandoval, A. C. Tomasini, F. Pozo, E. B. Estrada,A. Ramírez, E. Ramírez, M. A. Garzón y R. Romero

DICTAMEN TÉCNICO, FINANCIERO,ECONÓMICO Y LEGAL SOBRE EL

ESTADO ACTUAL DE LAS PLANTAS DETRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL,BAJO LA OPERACIÓN DE FONATUR

Resumen

En apoyo a las acciones que el Fondo Nacio-nal de Fomento al Turismo (Fonatur) reali-za para la conservación y desarrollo de losCentros Integralmente Planeados (CIP), elIMTA llevó a cabo el diagnóstico técnico,legal y nanciero de 13 plantas de trata-miento de aguas residuales ubicadas en

Cancún, Quintana. Roo; San José del Caboy Loreto, Baja California Sur; Ixtapa, Gue-rrero; Huatulco, Oaxaca y Litibú, Nayarit.Como resultado del diagnóstico técnico, seelaboraron las recomendaciones para me-jorar la operación e incrementar la ecien-cia de tratamiento de las plantas. Al revisarla situación jurídico-administrativa, se pro-pusieron las acciones legales para regula-rizar las condiciones de operación ante lasdiferentes instancias gubernamentales. El

diagnóstico nanciero implicó, además deestimar los costos de operación y mante-nimiento, revisar la viabilidad nanciera delas acciones de mejora técnica propuestas,analizar las políticas de cobro por el servi-cio de tratamiento y el precio de venta deagua tratada, para lo cual se desarrolló un

programa de cómputo. Se recomendaronprecios de tratamiento y de venta de aguatratada por municipio, y se propuso unesquema de subsidios cruzados entre losCIP. Este estudio se completó con una re-visión del impacto hacia el entorno social yambiental.

Introducción

El decreto de creación del Fonatur seña-la, entre sus funciones: crear y consolidardesarrollos turísticos y ejecutar obras deinfraestructura y urbanización, así comoedicaciones e instalaciones que permi-tan la oferta de desarrollos turísticos enlos que se preserve el equilibrio ecológico

(artículo 44 fracciones II y IV de la Ley Ge-neral de Turismo). Los CIP, administradospor FONATUR, con reconocimiento inter -

nacional son: Cancún, Los Cabos, Huatul-co e Ixtapa. Fonatur está consciente queel éxito de los destinos turísticos de altonivel se debe al reconocimiento de su cali-dad ambiental y entorno ecológico, belle-za y limpieza de sus aguas y calidad de los

servicios.



CONGRESO IMTA 2014

86

En 2012, Fonatur decidió explorar la posibi-lidad de desincorporar sus plantas de tra-

tamiento de aguas residuales (PTAR). Esteproceso se concibió como la transferencia

de las PTAR hacia la iniciativa privada, locual requería de un dictamen técnico, fnan-ciero, económico y legal sobre el estado delas PTAR para analizar la viabilidad de con-cesionar su operación y mantenimiento,bajo el esquema de Contrato de Prestación

de Servicios u otra fgura jurídica análoga.Asimismo, en el caso de que ello aplicara,establecer las bases que permitieran de-sarrollar los proyectos necesarios para larehabilitación y conservación a fn de otor-

garlas, posteriormente, en concesión.

Para el desarrollo de este proyecto seconformaron diversos equipos, los cualesabordaron los tópicos técnico, nanciero,

legal, ambiental y social. Se realizaron visi-tas técnicas a los CIP para hacer un recono-cimiento de las condiciones de las instala-ciones y su entorno, y recabar informacióndocumental.

El equipo legal revisó el estado jurídico delas concesiones federales, relacionadas

con el tratamiento de aguas residualesy sus permisos de descarga, así como lascondiciones que deben prevalecer parapoder, en su caso, desincorporar las PTAR.La revisión abarcó los aspectos jurídicosestatales y municipales, condiciones en lascuales el municipio puede otorgar la con-cesión del tratamiento de las aguas resi-

duales a un tercero, así como la ley de obrapública, entre otras.

El equipo técnico, para determinar los prin-cipales factores limitantes de desempeño,monitoreó la calidad del euente de cadaPTAR y efectuó siete muestreos de 24 ho-

ras en cada una de las instalaciones para

caracterizar el inuente y el euente, to-mando en consideración parámetros que

se contemplan en la NOM-001-SEMAR-

NAT-1996. Asimismo, se hicieron recorridospara observar el estado de funcionamientoy la vida útil esperada en cada instalación.

El equipo nanciero recabó informacióncontable, así como de consumos y del des-tino de las descargas y de la venta del agua

residual tratada. Para procesar la informa-ción desarrolló un programa en hoja decálculo, el cual, además de estimar el costode tratamiento, permite establecer tarifas

de cobro tanto para la venta de agua resi-dual como para el cobro por el servicio detratamiento de aguas residuales. Este mis-mo programa cuenta con un módulo pararealizar la evaluación nanciera de futuras

inversiones.

El equipo social entrevistó funcionarios deFonatur, de los ayuntamientos, así como aorganizaciones no gubernamentales y al-gunos ciudadanos vecinos a las PTAR, paraaveriguar su percepción de aceptación o re-chazo hacia las condiciones de operación.

Por último, desde la perspectiva ecológica,se observó el efecto hacia el entorno de lasdescargas de agua tratada o su reúso. Eneste contexto, se utilizó de apoyo la cali-cación que el Programa Playas Limpiasasigna a aquellas cercanas al entorno de laplanta de tratamiento de aguas residuales.

Resultados

Los resultados más relevantes fueron:

• Diagnóstico técnico: integración deuna memoria fotográca y su eva-




luación para cada planta de trata-miento. En general, se detectó quelas 13 PTAR están subutilizadas, pero

la mayoría cumplen con la NOM-

001-SEMARNAT-1996; inexistenciade memorias de cálculo y manualesde operación; carencia de equipopara control de proceso y falta capa-citación del personal. Se identica-ron los equipos obsoletos o en malestado y la infraestructura civil con

problemas de corrosión. Se propu-sieron las acciones para su rehabili-tación y se elaboró el presupuestocorrespondiente.

• Dictamen jurídico: se realizaron laspropuestas de acción para regula-rizar las condiciones jurídico-admi-nistrativas de cada CIP, dentro delas cuales, además de regularizar

las concesiones con Conagua, se re-comendó realizar los acuerdos conlos municipios para obtener la con-cesión de prestación de servicios detratamiento de agua residuales.

• Diagnóstico nanciero: se elaboróun programa de cómputo que permi-te estimar los costos de tratamiento

en cada planta y por CIP, y evaluarfuturas inversiones y analizar políti-cas de cobro.

• Diagnóstico de percepción social res-pecto al desempeño de FONATUR:en cada CIP, en general, fue positivopor parte de la población ja.

• En la revisión del impacto ambien-

tal de las descargas de agua resi-dual, se encontró el cumplimiento

de los parámetros asociados con

el Programa Playas Limpias, aplica-

do por la Semarnat y, en algunos

casos, con certifcado de reconoci-

miento.


De acuerdo con su decreto de creación,

Fonatur está legalmente obligado a con-

servar el entorno de los CIP que adminis-tra. Este mandato lo limita para transferirlas plantas a particulares obligándolo porley, en todo caso, a entregarlo al munici-pio, único facultado constitucionalmentepara realizar la tarea de saneamiento y,por lo mismo, a conceder concesiones a

particulares. La experiencia de Fonatur deentregar las PTAR al municipio ha sido des-afortunada. En algunos casos, ha obligadoa Fonatur a retomar la administración de

las plantas para volverlas a hacer funcionaradecuadamente, ya que los municipios nootorgan el mantenimiento adecuado a lasinstalaciones. En todo caso, se recomendóque después de regularizar su situación

jurídica ante el municipio, obtenga la con-cesión para dar servicio público urbano y,con ello, tener la posibilidad de cobrar porel servicio de tratamiento de agua residual.

Con excepción de la PTAR Nopoló, lasPTAR son instalaciones con más de diezaños de operación, por lo que requieren

de mantenimiento mayor, aspecto que sepuede aprovechar para emprender accio-nes de mejora técnica, tanto estructuralescomo las recomendaciones para incremen-tar la eciencia del tratamiento.

Dadas las características de la actividadturística, de ser una gran demandante de

agua aunado a su ubicación en zonas depoca precipitación o durante la época deestiaje, se ha generado la oportunidad dereutilizar el agua residual tratada, princi-palmente, para riego de jardines y camposde golf de los CIP. A n de lograr la auto-suciencia nanciera de las PTAR se re-



CONGRESO IMTA 2014

88

comendó, además de ampliar la venta deagua tratada, cobrar por el servicio de tra-tamiento de agua residual y procesar los

lodos para la venta de composta.

En el análisis fnanciero se encontró que los

CIP Cancún y Los Cabos tienen capacidad

para ser autofnanciables; Zihuatanejo y Hua-

tulco se encuentran en situación en la que

recuperan parte de los costos, con potencial

de ser autosufcientes, mientras que Loreto

y Litibú, por operar a menos del 50% de su ca-

pacidad, son plantas cuya operación es one-

rosa. El subsidio cruzado entre CIP puede ser

un instrumento que permita dar viabilidad

fnanciera a la operación de las PTAR en suconjunto y, con ello, garantizar la conserva-

ción ambiental de los sitios turísticos.

Un indicador que debe perseguir Fonatures la obtención del certicado “Playa Lim-pia”, para calicar o medir el buen des-empeño de la operación de las PTAR a sucargo. Además, se hicieron observacionespara el manejo de riesgos en la práctica deluso y la manipulación de los reactivos utili-zados en las plantas.

Bibliografía

Ley de Aguas Nacionales, leyes estata-

les y municipales relacionadas con el

agua.Moeller, G. et. al. (2011), Tratamiento de

aguas residuales. Jiutepec: InstitutoMexicano de Tecnología del Agua.

Programas de apoyo de la Conagua.

Ramírez A. (2012), Evaluación de plantas de

tratamiento. Jiutepec: Instituto Mexi-

cano de Tecnología del Agua.

Resumen curricular

Carl Anthony Servín Jungdorf. Ingenierominero metalurgista por la Universidad

Nacional Autónoma de México (UNAM)(1976). Tiene posgrado en Explotación deMinas por el Instituto Nacional Politécnico

de la Lorena, Francia (1981). Desde 1983 esprofesor de la Facultad de Ingeniería de laUNAM y, de 1989 a la fecha, es especialistaen hidráulica en el IMTA, en el área de eco-nomía y nanzas del agua. Ha publicado 38artículos, dos manuales, dos prontuarios ydos capítulos en libros.




G. Salgado, J. Avilés y R. Álvarez

ELABORACIÓN DE ESTUDIOS,PROYECTO EJECUTIVO PARA

LA ESTABILIZACIÓN DEL SUELO YPREVENCIÓN DE FALLA ESTRUCTURALEN LA RAMPA Y TÚNEL DEL VADO DEATEMAJAC, UBICADO EN LA LÍNEA 1

DEL TREN ELÉCTRICO URBANO,

GUADALAJARA, JALISCO

Resumen

El objetivo del proyecto consistía en ela-

borar los estudios y el proyecto ejecutivopara resolver la problemática de ltracio-nes e inestabilidades del subsuelo existen-te bajo la rampa y túnel, en el cruce con elvado de Atemajac de la línea 1 del Sistemadel Tren Eléctrico Urbano de la ciudad deGuadalajara, Jalisco.

Para ello, se revisaron estudios relaciona-dos, ya que durante más de treinta añosexiste la problemática. Asimismo, se eje-cutaron estudios geotécnicos complemen-tarios y se analizó en forma exhaustiva lainformación obtenida.

Considerando que el tipo de cimentaciónde la estructura es sobrecompensada, en

esencia no se trata de falta de capacidadde carga del suelo. Por lo anterior, se revi-saron las diversas técnicas de densicación

de suelo existentes, en general: por com-pactación, inclusiones, inyecciones.

La conclusión nal del análisis de la infor-mación mostró que las alternativas de so-lución eran: 1) inyección de polímeros com-binado con tablestacas laterales a lo largodel tramo de tratamiento, y 2) el apoyo dela estructura con pilas colocadas hasta elestrato de roca que se encuentra entre 13y 15 m de profundidad.

Por otro lado, el incremento del nivel freá-tico produce problemas adicionales, talescomo ltraciones a través de los murosque impactan sobre las instalaciones eléc-tricas y los equipos mismos del tren.



CONGRESO IMTA 2014

90

Fotografía 1. Unión túnel rampa. Surgimiento de agua freática a través de la junta de la unión.

Finalmente, y debido a la incertidumbreque presenta la inyección de polímeros encuanto a la forma en que se desplazaríadentro de un suelo completamente satu-

rado y con densidades con variaciones ex-tremas, se decidió seleccionar la segundaalternativa como la más conveniente.

Introducción

La problemática se ubica en la junta cons-tructiva, entre la vía subterránea (túnel) yla transición a la supercie (rampa). La fo-tografía 1 muestra el sitio donde emerge elagua freática.

Las ltraciones de agua al recinto formadopor el túnel y la rampa que alojan las víasdel tren eléctrico, ubicado en el vado deAtemajac, es una problemática que per-siste prácticamente desde hace cuarenta

años. Ha ocasionado el lavado del sueloque sustenta la estructura, provocandopérdida parcial del apoyo de la losa, y queparte de las estructuras se encuentren

prácticamente otando sobre el agua freá-tica.

Para comprender la problemática se hanrealizado diversos estudios. El más recien-te, efectuado en 2010 por el IMTA, indicaque el agua de este vado pertenece a unacuífero somero de 14 m de profundidad,independiente del acuífero regional que seencuentra a profundidades de entre 30 y60 metros

Asimismo recomienda, a la mayor breve-dad posible, llevar a cabo los trabajos ne-cesarios para detener la migración de lossedimentos por la unión entre la rampa-tú-nel, para evitar que la zona inestable que




se localiza por debajo de la losa del fondoaumente hasta alcanzar proporciones quehagan fallar las estructuras involucradas. Afn de evitar la migración de los materiales

que forman el suelo de soporte, se reco-mienda densifcar toda la zona inestablemediante la técnica de inyección de mez-

clas a base de cemento o polímeros de altadensidad debido a que, además de solucio-nar la problemática ya existente (suelos enestado de uido viscoso, mezcla de aguacon sedimentos), aumenta la capacidadde carga del subsuelo y reduce, e incluso

puede eliminar las fltraciones al interiordel cajón.

Debido a las características especiales invo-

lucradas en la problemática y su solución,

es necesario desarrollar un proyecto ejecu-

tivo en el que se especifque no sólo la me-

jor técnica de densifcación, sino también lasecuencia de los trabajos a realizar, consi-

derando la operación del tren eléctrico y de

la vialidad aledaña (Av. Federalismo).

Tomando como antecedente principaleste estudio del IMTA de 2010, los estudioscomplementarios se enfocaron a conocercon más detalle las características del sue-

lo con la fnalidad de defnir los parámetrosde inyección.

Para lograr lo anterior, se efectuó unacampaña de nueve sondeos con la técnicageotécnica de penetración estándar (SPT)hasta una profundidad mayor al estratode roca. Esta técnica permite conocer unparámetro de resistencia del suelo y corre-lacionarlo con su capacidad, compacidad,tipo de suelo, etcétera.

En el sondeo SPT9 se hizo una prueba deinyección de polímeros en el sitio combina-do con sondeos a cielo abierto para obser-var las características del suelo en estadonatural y su relación con los SPT, así como

el desempeño del sistema de densifca-ción. La ilustración 1 muestra el sitio de lossondeos.

Fotografía 1. Unión túnel rampa. Surgimiento de agua freática a través de la junta de la unión.



CONGRESO IMTA 2014

92

Resultados

El análisis de la información recopilada y

obtenida de los estudios complementarios

se realizó mediante interpolación de losdatos geotécnicos, principalmente los re-sultados de las pruebas SPT. Se aplicarondos técnicas: interpolación simple y mode-lo bayesiano de interpolación espacial.

Interpolación simple

• Esquema de regresión convencionalaplicada a la interpolación espacial.

• Programa Surfer.

• Método de Kriging.

Modelo bayesiano de interpolación espacial

• Esquema estadístico para restringir

la interpolación espacial de los per-fles de resistencia, mediante el usode la técnica de regresión bayesiana.

• Soluciones más estables y racionalesque las que se obtendrían al seguir es-quemas de regresión convencionalespara la interpolación espacial de datosgeofísicos, geológicos y geotécnicos.

• Restricciones de tipo juicio ingenie-ril, experiencia de la problemática,opinión de expertos, lo cual convie-ne aplicarse a muestras con alto con-tenido de incertidumbre y variabili-dad espacial.

•La ilustración 2 muestra la gráfca de dis-

tribución espacial de los resultados de SPTpara la elevación 1502.3, inmediatamen-te bajo la losa en la unión rampa-túnel.Se aprecia que el material con resistenciamuy baja se ubica del lado oeste al sur dela unión. Son resultados obtenidos con latécnica de interpolación simple.

Ilustración 2. Gráfca de la distribución espacial

con la técnica de interpolación simple.




La ilustración 3 muestra las gráfcas de ladistribución espacial de los resultados de

SPT para la elevación 1502.3, inmediata-

mente bajo la losa en la unión rampa-túnel.

Se aprecia que el material con resistenciamuy baja se ubica del lado oeste al sur de la

Ilustración 3. Gráfca de la distribución espacial con la técnica de interpolación bayesiana.

unión. También, muestra la distribución de

los coefcientes de variación. Representael error por insufciencia de datos; el errorcrece con el valor. Para este nivel se obtuvo

un valor máximo del 30%, que se consideraadecuado para el tipo de datos utilizados.



CONGRESO IMTA 2014

94

Se observa que la distribución y valores delos resultados obtenidos con el modelobayesiano es similar al obtenido con la in-

terpolación simple; además, el comporta-

miento de los resultados es más congruen-te sin aplicar coefcientes restrictivos, locual indica que la muestra y calidad de losdatos es adecuada.


Tomando en cuenta los resultados ante-riores, se consideró prudente realizar in-

terpolaciones simples utilizando los datosoriginales, con lo que se obtuvieron losperfles de las ilustraciones 4 y 5, donde se

muestra también la alternativa selecciona-

da descrita en el resumen.

Es importante mencionar que en la actuali-dad se aprovecha el ujo de agua que bro-ta dentro del recinto formado por la ram-pa y el túnel, integrándolo al sistema deabastecimiento de agua potable y, que de

acuerdo con los comentarios, sólo requie-re el tratamiento de cloración. Esto ha per-

Ilustración 4. Perfl vertical de los sondeos del lado este del tramo de estudio.

Ilustración 5. Perfl vertical de los sondeos del lado oeste del tramo de estudio




mitido mantener controlado el nivel freá-tico alrededor de la estructura, por lo quese recomienda continuar con este proceso

pero de manera más controlada, mediante

la captación y conducción del ujo en tube-ría cerrada, de forma que se evite tambiénla contaminación del balasto que soportalos durmientes y rieles del tren.

Bibliografía

Bonola, I. Diagnóstico de las condicio-

nes actuales de las fltraciones de agua

subterránea en la rampa-cajón del tú-

nel conocido como vado de Atemajac,

así como la determinación de posiblesoquedades, haciendo las recomenda-

ciones pertinentes y la valoración del

riesgo potencial a la operación cotidiana

del tren eléctrico. (2009). Informe nal.(Actividad 2. Estudios de Mecánica deSuelos). Convenio No. SITEUR-IMTA-CONV-001-2009.

Diestra, S. A. de C. V. (1999). Análisis es-

tructural, rampa de túnel, zona Atema-

jac, Informe nal. 36.Limón, J. M. (1999). Estudio de mecánica

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me nal. 54.

Pérez-Rocha, L. E., Ordaz, M. y Reinoso,

E. (2009). Interpolación espacial de lasamplicaciones dinámicas del terrenoen el valle de México. Revista de Inge-

niería Sísmica, 80, 85-112.

Resumen curricular

Gilberto Salgado Maldonado. Ingeniero ci-vil y maestro en Ciencias con especialidaden Hidráulica General por el Instituto Po-

litécnico Nacional (1985). Especialista enhidráulica del IMTA, en la Coordinación deHidráulica.

Javier Avilés López. Ingeniero civil por laUniversidad Autónoma de Puebla y maes-

tro y doctor en Ingeniería (Estructuras) porla Universidad Nacional Autónoma de Mé-xico. Especialista en hidráulica del IMTA,

en la Coordinación de Hidráulica.

Ricardo Álvarez Bretón. Ingeniero civil

por la Universidad Nacional Autónoma de

México y maestro en Ingeniería de Apro-

vechamientos Hidráulicos por la División

de Estudios de Posgrado de esta misma

universidad. Especialista en hidráulica del

IMTA, en la Coordinación de Hidráulica.



CONGRESO IMTA 2014

96

Resumen

Se presenta un modelo numérico del apor-te de agua del manto freático al requeri-miento de riego de los cultivos, el cual tienecomo base la solución del elemento fnitode la ecuación unidimensional de Richards,aplicando una condición de frontera deradiación de Newton en la superfcie delsuelo, para modelar el proceso de la eva-potranspiración. La aplicación del modelodesarrollado permite concluir que existendiferencias entre las láminas de agua apor-

tadas del manto freático al requerimientode riego de los cultivos, al utilizar evapo-ración constante o variable durante el día,siendo la condición de evapotranspiraciónconstante la que produce un mayor aportede lámina de agua a los cultivos, debido aque sobreestima la tasa de evapotranspi-ración durante el día.

Introducción

La cuanticación del aporte de agua prove-niente de un acuífero resulta de interés ennumerosos problemas agronómicos, hidro-geológicos y ambientales. Entre los más im-portantes se encuentran el cálculo de lámi-nas de riego de los cultivos y el estudio de

salinización de suelos en regiones semiári-

das. En ingeniería de riego, es importanteconocer si el aporte de agua del acuífero es

suciente para satisfacer el requerimientode agua de los cultivos o, en caso contra-

rio, conocer cuánto y cuándo regar. En elárea del drenaje agrícola, se pueden anali-zar diversas alternativas para establecer laprofundidad adecuada de drenes subterrá-neos que permita el ujo de agua desde elmanto freático hasta la zona de raíces delos cultivos. En este trabajo se utilizó el mé-

todo del elemento nito para resolver laecuación de Richards en forma de presión,

en una dimensión. Para modelar la evapo-transpiración, se impuso en la superciedel suelo, en una primera etapa, una con-dición de Neumann con ujo constante. Enuna segunda etapa, se usó una condiciónde radiación de Newton, proponiendo una

resistencia al ujo de forma potencial cua-drática. Con el modelo numérico desarro-

llado se estudió la transferencia de aguaentre el manto freático, el perl del suelo ylos cultivos, eligiéndose al cultivo del maízpor ser un cultivo representativo en las zo-nas del país donde existe aporte de aguadel manto freático. Se determinó modelaren los primeros cuarenta días de crecimien-to del cultivo, periodo en el que se estima

existe humedad residual en el suelo (des-

pués del periodo de lluvias).

E. Castillo y H. E. Saucedo

MODELACIÓN NUMÉRICA DEL APORTEDE AGUA DEL MANTO FREÁTICOAL REQUERIMIENTO DE RIEGO

DE LOS CULTIVOS




Resultados

El esquema numérico se codifcó en el len-guaje de programación C++ y se ejecutó

para simular el aporte de agua del mantofreático para profundidades iniciales de100, 150, 200, 250 y 300 cm. La tasa de eva-potranspiración se propuso variable duran-te el día siguiendo una variación senoidal,como se muestra en la ilustración 1.

Comportamiento del nivel freático a evapo-

transpiración constante y variable

En la ilustración 2 se observa que, para una

misma profundidad inicial, existen diferen-cias entre los resultados obtenidos paraevapotranspiración variable o constante,siendo el último caso donde se presenta

un mayor descenso del nivel freático. Enlos primeros cinco días el descenso es muymarcado; después, se estabiliza y se tienenlos descensos promedios que se muestranen la tabla 1.

Ilustración 1. Evapotranspiración variable y constante.

Comportamiento de los fujos calculados a

la profundidad de la raíz

Se calculó el ujo a una profundidad va-

riable igual a la profundidad de la raíz delcultivo; la profundidad de la raíz cambiaconforme el cultivo se desarrolla. El ujoasí calculado es el que la planta puede usarpara satisfacer la evapotranspiración. En

la ilustración 3(a) se presenta el compor -tamiento del ujo a la profundidad de laraíz, calculado para diferentes profundida-des iniciales del manto freático y con eva-potranspiración variable durante el día. Seobserva que cuando la profundidad inicial

del nivel freático se acerca al nivel del sue-lo, el ujo es mayor y que, cuando el nivelfreático desciende en el tiempo, el ujodisminuye, así como su oscilación. Esto,

debido a la resistencia al ujo representa-da mediante la condición de radiación deNewton. Cuando la evapotranspiraciónes constante, los ujos son mayores quecuando es variable [ilustración 3(b)].



CONGRESO IMTA 2014

98

Ilustración 2. Profundidades del nivel freático con evapotranspiración variable y constante.

PNFi (cm) Et variable Et constante100 3.0 3.8

150 2.8 3.5

200 2.3 3.0

250 1.8 2.5

300 1.5 2.2

Tabla 1. Descensos promedios (cm/día) del nivel freático, a diferentes profundidades iniciales a evapo-transpiración variable y constante.

Láminas de agua aportadas

Al sumar, en los cuarenta días de la mo-delación los ujos calculados a la profun-didad de la raíz, se obtuvieron las láminasde agua que el manto freático aporta alcultivo. En la tabla 2 se muestra que la

lámina aportada es mayor para evapo-transpiración constante que para evapo-transpiración variable. Las láminas sonmayores (para ambas condiciones de eva-

potranspiración) a profundidades inicia-les del nivel freático cercanas a la super-

cie del suelo.




Ilustración 3. Flujos calculados a la profundidad de la raíz, a diferentes profundidades iniciales del nivelfreático y con evapotranspiración variable (a) y constante (b).



CONGRESO IMTA 2014

100

PNFi (cm) Et constante Et variable

100 17.52 12.20

150 16.60 11.40

200 15.30 10.40

250 13.80 9.39

300 12.40 8.39

Tabla 2. Láminas aportadas a Et constante y variable (cm).

Perles de ujo en diferentes días

Se calcularon los ujos a diferentes pro-fundidades (entre 1 y 300 cm) para diez,veinte, treinta y cuarenta días, con diferen-tes profundidades iniciales y se gracaronlos resultados para evapotranspiración

variable y constante. Los mayores ujosse presentan en profundidades del nivelfreático cercanas al nivel del suelo para

evapotranspiración variable y constante.

Con respecto al tiempo, en los primeros

días de la simulación se presentan los may-ores ujos de agua. Los ujos son más im-portantes cuando la evapotranspiración esconstante que cuando es variable.

Conclusiones

En este trabajo se modeló numéricamenteel aporte de agua del manto freático al re-

querimiento de riego de los cultivos, medi-




Ilustración 4. Perles de ujo, con una profundidad inicial del nivel freático de 100 cm

a evapotranspiración variable (a) y constante (b).

ante la solución de la ecuación de Richardsen una dimensión, utilizando el método delelemento nito. De los resultados obteni-

dos, se puede concluir que: a) es posibleestimar hasta qué fecha el agua aportada

por el manto freático es suciente parasatisfacer el requerimiento de riego de

los cultivos y, por consiguiente, conocercuándo se debe aplicar un primer riego,y b) existen diferencias entre las láminasde agua aportadas del manto freático alrequerimiento de riego de los cultivos, alutilizar la evaporación en forma constantey variable durante el día. La condición de

evapotranspiración constante induce unmayor aporte al requerimiento de riegode los cultivos, debido a que no describecorrectamente la tasa evapotranspirativaen el transcurso del día, como lo hace laevapotranspiración en forma variable.

Bibliografía

Bear, J. (1972). Dynamics of Fluids in Po-

rous Media. New York: Dover Publica-tions.

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duados.León, T. (2004). Modelación bidimensio-

nal del drenaje agrícola con la ecuaciónde Boussinesq. Universidad Nacional

Autónoma de México: tesis de maes-

tría.



CONGRESO IMTA 2014

102

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Saucedo, R. (1997). Flujo de agua hacia

drenes subterráneos. Universidad Na-cional Autónoma de México: tesis demaestría.

Zavala, M. (1998). Simulación numérica

de fujo de agua bajo condiciones deriego por goteo. Universidad Nacional

Autónoma de México: tesis de maes-

tría.

Resumen curricular

Erickdel Castillo Solís. Ingeniero en Irrig-

ación por la Universidad Autónoma Chapin-

go. Maestro en Ingeniería con especialidaden Hidráulica por la Universidad NacionalAutónoma de México. Especialista en Hi-dráulica adscrito a la Subcoordinación deContaminación y Drenaje Agrícola del Insti-tuto Mexicano de Tecnología de Agua.

Heber Eleazar Saucedo Rojas. IngenieroAgrónomo Especialista en Irrigación por laUniversidad Autónoma Chapingo. Doctoren Ingeniería por la Universidad Nacional

Autónoma de México. Subcoordinador deContaminación y Drenaje Agrícola de laCoordinación de Riego y Drenaje del Insti-tuto Mexicano de Tecnología de Agua.




M. Sánchez, M. Avilés, A.M. Sandoval y N. Ramírez

DESARROLLO DE METODOLOGÍAS Y SUAPLICACIÓN PARA LA DETERMINACIÓN

DE CIANOBACTERIAS Y COMPUESTOSEMERGENTES EN CUERPOS DE AGUA Y

AGUA POTABLE

Resumen

En este artículo se presenta la implementa-ción de un método analítico para la deter-minación de ocho compuestos emergen-tes (compuestos farmacéuticos) en agua.La lista de compuestos incluye analgési-cos, antipiréticos, antirreumáticos y agen-tes que disminuyen los lípidos. El métodose basa en la extracción en fase sólida, laderivación de los compuestos ácidos y la

determinación por cromatografía de ga-ses-espectrometría de masas. Asimismo,se realizó la validación del método, la cualincluye la determinación de la linealidad,exactitud (porcentaje de recuperación),precisión (coeciente de variación), límitesde detección y de cuanticación. Además,se efectuó el muestreo y diagnóstico en lapresa de Valle de Bravo, Estado de México,de microcistina LR (compuesto emergentenatural), mediante extracción en fase sóli-

da y cromatografía de líquidos con arreglode diodos. Este compuesto proviene de lasoraciones de cianobacterias, que se estánconvirtiendo en un problema primordial enla calidad del agua en muchos países delmundo debido a la producción de ciano-toxinas, con actividad hepatotóxica y neu-

rotóxica, que las convierten en un riesgopara la salud pública. El diagnóstico de ca-lidad del agua abarcó de septiembre a di-ciembre, con un total de seis muestreos enagua supercial y de arrastre con red. Lapresencia de microcistina LR se detectó enlas muestras de agua supercial, en con-centraciones promedio desde 0.29 hasta1.2 μg-L-1. En lo que respecta a la cuanti-cación de microcistina LR en muestras deagua colectadas a 50 cm de profundidad,

éstas presentaron valores promedio de0.11 hasta 1.2 μg-L-1, superando el valor es -tablecido por la Organización Mundial dela Salud (OMS), de 1 µg L-1.

Introducción

La actividad que diariamente desarrolla-mos como sociedad implica la generaciónde alteraciones sobre nuestro medioam-biente. Así, actividades tan comunes como

la higiene personal o el cuidado de la sa-lud pueden provocar serios problemas enel ecosistema, dado que incorporamos aéste una serie de sustancias de diferenteorigen y naturaleza química, de las cualesse sabe relativamente poco respecto de suimpacto en los distintos compartimentos



CONGRESO IMTA 2014

104

ambientales y en el ser humano; sustan-cias que los investigadores han dado endenominar “contaminantes emergentes”.

Dentro de estos contaminantes están losproductos farmacéuticos (antibióticos,antidepresivos, hormonas, etcétera) y sussubproductos (metabolitos), un tema inte-resante de estudiar considerando que, enel ámbito mundial, las investigaciones eneste campo se vienen desarrollando haceya veinte años; y si bien no se trata de com-puestos persistentes, su constante utiliza-ción y vertimiento los hacen estar presen-tes en nuestro entorno. La principal fuente

de ingreso al ecosistema de este tipo decompuestos son las descargas de aguasservidas no tratadas y los euentes de lasplantas de tratamiento de esta agua. En loque respecta a la presencia de productos ysubproductos farmacéuticos en agua paraconsumo humano, existe ciertamente unriesgo para la población que debe ser es-tudiado. Actualmente las plantas de trata-miento, ya sean las de agua para consumohumano como las aguas servidas, no estándiseñadas para tratar y eliminar productosy subproductos farmacéuticos, por lo queconocer su presencia en nuestro medio esfundamental. Otros contaminantes emer-gentes naturales son los producidos en lasoraciones de cianobacterias.

Las oraciones de cianobacterias se estánconvirtiendo en un problema primordial enla calidad del agua en muchos países del

mundo, debido a la producción de ciano-toxinas, con actividad hepatotóxica y neu-rotóxica, que las convierten en un riesgopara la salud pública. Entre las cianotoxi-nas, las microcistinas son las toxinas másfrecuentemente detectadas en aguas su-perciales.

De acuerdo con Falconer (1999), las toxinasproducidas por cianobacterias se dividen enneurotoxinas, dermatotoxinas y hepatoto-xinas, conforme sus efectos tóxicos en ma-

míferos. Las especies ya identicadas comoproductoras de hepatotoxinas están inclui-das en los géneros Microcystis, Anabaena,

Nodularia, Oscillatoria, Nostoc y Cylindros-permopsis (Carmichael, 1994). La especie Mi-crocystis aeruginosa está considerada comouna de más amplia distribución en territorionacional, y la Anabaena, el género con ma-yor número de especies potencialmente tó-

xicas, conforme a Carmichael (1994). El tipomás común de intoxicación involucrando

cianobacterias se ocasiona por hepatoto-xinas (Chrorus, et al., 1999), destacándoselas microcistinas (LR, YR y RR), las cualespueden causar severos daños al hígado (Nis-hiwaki et al., 1992). En 1997, la OMS estable-ció como valor provisional de referencia: 1ug L-1, como nivel máximo aceptable para elconsumo oral diario de microcistina-LR, enaguas de abastecimiento público.

En nuestro país, un embalse afectado porla eutrocación es la presa de Valle de Bra-vo, Estado de México, en la que en el pe-riodo de 1992 a 1993 se detectaron altasconcentraciones de nitrógeno y fósforo,pH básico con valores de hasta 9.4 y tem-peratura del agua entre 20-25 °C, condicio-nes que hacen posible la presencia de o-recimientos cianobacterianos.

Resultados

Se implementó y desarrolló un métodopara la determinación de ocho fármacosen agua, mediante extracción en fase sóli-da y posterior cuanticación por cromato-grafía de gases espectrometría de masas.Los fármacos incluidos en el método desa-




rrollado y los resultados de la validación sepresentan en la tabla 1.

Los ocho fármacos presentan una alta li-

nealidad con coefcientes de correlaciónmayores a 0.99 y pendientes de 0.9912 a1.0084, cumpliendo con los criterios de

aceptación establecidos en el procedi-miento de validación. Los porcentajes derecuperación están en el rango de 97.68a 105.72%, con coefcientes de variaciónde 1.57 a 6.34, cumpliendo con el criteriode ser menores al 20%. El cromatogramaobtenido para los ocho compuestos en elmétodo desarrollado, se presenta en la

ilustración 1.

En lo que respecta al diagnóstico de la ca-lidad del agua y del contenido de microcis-tina en la presa de Valle de Bravo, se tuvie-ron los siguientes resultados: pH de 8.2 a8.7 y temperaturas de entre 20 y 22 ºC, enel tiempo de evaluación de septiembre adiciembre de 2013.

Los nutrientes, como nitratos, presenta-ron concentraciones en el intervalo de0.12- 0.41 mgL-1, nitritos con concentracio-nes menores o iguales a 0.019 mgL-1; mien-tras que los fosfatos se mantuvieron a 0.9

mgL-1, a excepción de noviembre en quese presentaron valores de 0.36 mgL-1 y unincremento en la concentración en trespuntos de muestreo en el mes de diciem-

bre: 2.72, 10.74 y 14.87 mgL-1.

Para el parámetro de Clorola “a”, la ma-

yor concentración se registró en la esta-

ción Avándaro 1 en el mes de octubre,

con un valor de 26 mg m-³, por lo que se

considera eutróco, ya que se encuentra

en el intervalo de 8 a 25 mg m-³. El valor

promedio de clorola para los diferentes

muestreos se registró en el intervalo de

2 a 7.9 mg m-³, considerándose mesotró-

co. En el muestreo de diciembre los valores declorofla se incrementaron, considerándo-se este embalse con base en el resultadocomo un cuerpo de agua hipertrófco. Secuantifcaron concentraciones superioresde 216, 278 y 296 mg m-³ en San Gaspar,Obra de Toma 2 y Santuario, respectiva-

mente. El comportamiento de clorofla-ase muestra en la ilustración 2.

En la tabla 2 se presentan los valores pro-medio de nutrientes en la presa de Valle deBravo en el periodo 1999-2013.

Tabla 1. Compuestos emergentes y parámetros de validación.



CONGRESO IMTA 2014

106

Ilustración 1. Cromatograma de ocho fármacos en agua.

Ilustración 2. Clorofla-a en la presa de Valle de Bravo.




Para el caso de la microcistina, durantelos seis muestreos realizados de septiem-

bre a diciembre se detecta la presencia demicrocistina LR. En el primer muestreo se

identica la microcistina en la mayoría delos sitios monitoreados, a excepción deAvándaro. Los valores promedio fueron0.29 a 0.52 µg L-1; para el segundo mues-treo efectuado en septiembre, se identi-có la microcistina en los sitios de Cerrito,Obra de Toma, San Gaspar y Santuario, en

concentraciones de 0.37 a 0.46 µg L-1. Enla ilustración 3 se presentan las concentra-

ciones detectadas en los seis muestreos.

Se observa que las oraciones de ciano-bacterias se incrementan en los meses denoviembre y diciembre, y que los valoresdetectados en el sexto muestreo rebasan

el valor de 1 µg L-1, establecido por la OMS

como nivel máximo aceptable en aguas deabastecimiento público.

Con relación a las muestras colectadas en

la red de plancton de 70 µm a 50 cm deprofundidad, en el primer monitoreo sedetectó la presencia de microcistina LR. Enla ilustración 4, se presenta la gráca delcomportamiento de la microcistina LR enel periodo de muestreo.

En el sexto muestreo se identicó aumen-

to en orecimientos de algas en los distin-

tos sitios de la presa, lo cual se corroboracon los valores de microcistina LR de 0.8a 1.2 µg-L-1, correspondientes a los sitios:Velo de Novia, Izar, Cerrito, Obra de Toma,San Gaspar y Santuario. Los valores detec-tados en el último muestreo superan el va-

lor establecido por la OMS de 1 µgL -1.

Parámetro

Criteriosecológicos

fuentesabastec-imiento

Valorpromedio

(CNA/IDE-CA, 1999)

Valorpromedio

(CNA/IDE-CA , 2000)

Valorpromedio

(CNA/IMTA2001) nivelsuperfcial

Valorpromedio

(CNA/ACU-AGRANJAS,2002)

Valor pro-

medioIMTA, 2013

pH 5 - 9 6.8 ¬ 7.1 8.7 7.12 8.45

NTK(mg L-1)

- 0.74 0.68No detecta-

do0.57 1.38

Nitritos(mg L-1)

0.05 0.006 0.003 0.028 0.02 0.019

Nitratos

(mg L-1)

5 0.106 0.116 0.232 0.106 0.19

Fosfatostotales(mgL-1)

0.1 0.145 0.066No detecta-

do0.182 0.88

Tabla 2. Valores promedio de nutrientes Presa Valle de Bravo (1999-2013).



CONGRESO IMTA 2014

108


Se efectuó la implementación y validaciónde la metodología de un grupo de fárma-

cos (ocho) por cromatografía de gases-espectrometría de masas. El método esaltamente lineal para cada uno de los com-puestos emergentes. Tiene gran exactitud

Ilustración 3. Valores de microcistina LR en agua superfcial.

Ilustración 4. Análisis de microcistina LR a 50 cm de profundidad.




con recuperaciones por encima del 98%;coecientes de variación menores al 7%,con límites de detección desde 0.6 ng L-1para el ácido clobrico hasta 2.7 ng L-1

para el diclofenaco, y límites de cuantica-ción desde 12.2 ng L-1 ácido clofíbrico a 21.1ngL-1 de diclofenaco en agua.

Se realizó el diagnóstico de calidad delagua de la presa de Valle de Bravo, cuan-ticándose la presencia de microcistina

LR en agua supercial y agua colectadaa 50 cm de profundidad en concentracio-nes de 0.29 hasta 0.87 µg L-1, con excep-ción del monitoreo del mes de diciembre,

donde los valores de microcistina LR delos sitios Obra de Toma, San Gaspar y San-tuario las condiciones sicoquímicas y nu-trientes favorecieron el orecimiento dela cianotoxina, incrementando drástica-

mente la concentración a 1.2 µg L-1, valorque rebasa el establecido por la OMS 1 µgL-1.

El valor promedio de clorola para los dife-rentes muestreos se registró en el interva-lo de 2 a 7.9 mg m-3.

Se recomienda continuar con los mues-treos de calidad del agua al menos una vezal mes durante un año, abarcando épocade lluvias y de estiaje, para poder evaluarla época de mayor orecimiento y cuanti-car la microcistina LR, los nutrientes y laclorola.

Bibliografía

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Contreras, F., Castañeda, O., García, A.(1994). La clorofla-a como base para uníndice trófco en lagunas costeras mexi-canas. Anales del Instituto de Cienciasdel Mar y Limnología.

Resumen curricular

Manuel Sánchez Zarza. Químico e ingenie-ro ambiental por la Universidad NacionalAutónoma de México. Líneas de investi-gación: calidad del agua y control de con-



CONGRESO IMTA 2014

110

taminación; análisis de agua, y desarrolloe implementación de metodologías paracompuestos emergentes en agua potable,

superfcial, residual y lodos de proceso me-

diante cromatografía de gases-masas y ex-tracción en fase sólida.

Martha Avilés Flores. Ingeniera químicapor la Universidad Autónoma de Morelos ymaestra en química por la Universidad Autó-noma Metropolitana-Iztapalapa. Líneas de

investigación: desarrollo, implementacióny validación de metodologías por cromato-grafía de líquidos de alta resolución para cia-notoxinas y compuestos emergentes.

Ana María Sandoval Villasana. Químicafarmacéutica bióloga y maestra en Micro-

biología por la Universidad Nacional Au-tónoma de México, y doctora en CienciasAmbientales por la Universidad Nacional

Autónoma del Estado de Hidalgo. Líneas

de investigación: toxicología, toxicogenó-mica, ecotoxicología acuática y microbio-logía ambiental.

Norma Ramírez Salinas. Ingeniera in-

dustrial en química por el Instituto Tec-

nológico de Zacatepec y maestra en Ca-

lidad por la Universidad La Salle. Líneas

de investigación: desarrollo de sistemas

de gestión de calidad, programas de

control de calidad y comportamiento

humano en la implementación de losmismos, y cambio climático y calidad del

agua




H. D. Camacho y A. E. García

ANALIZAR LA VULNERABILIDAD YEVALUAR LOS COSTOS DEL CAMBIO

CLIMÁTICO EN OOAPAS

Resumen

Este trabajo presenta una propuesta me-

todológica para el cálculo de costos deadaptación al cambio climático para la ciu-dad de Mexicali, Baja California. De manerageneral, la metodología consta de dos par-tes; análisis de vulnerabilidad y cálculo de

costos. La primera permite evaluar, a tra-vés de la construcción de un índice, la sen-sibilidad del sistema de agua ante impac-tos potenciales del cambio climático y sucapacidad de adaptación, basada en tres

factores: grado de exposición, sensibilidady capacidad de adaptación. La segunda,utiliza información obtenida en el análisisde vulnerabilidad para determinar las posi-bles y diferentes opciones para adaptarsea impactos signifcativos, así como el costo

que implica aumentar la capacidad de res-puesta del organismo operador.

Introducción

El estudio de los fenómenos climáticos ysus alteraciones han sido de interés parala sociedad debido al impacto que tienenen los sectores sociales, económicos y am-bientales, los cuales, bajo un enfoque de

gestión integrada de cuencas, se encuen-tran fuertemente vinculados. Dentro delterritorio de la cuenca se desarrolla una

parte del ciclo hidrológico que depende dela actividad humana. Este proceso, ya seaque se mantenga o presente alteracionesque se reejen en la dinámica socioeconó-mica-ambiental y el cambio climático, esuna variable insertada en la planeación deuna cuenca y sus recursos hídricos, anali-zando, mediante escenarios, los efectosque este fenómeno tendrá en la disponi-bilidad de agua. Por ello, resulta necesario

evaluar sus efectos y la sensibilidad de loselementos expuestos a escala local, a fn

de contar con herramientas que formulenmedidas de adaptación en previsión a queel cambio climático desafará las prácticas

de administración del agua, especialmen-te en situaciones donde se cuente conmenos experiencia en la incorporación demedidas de planifcación y menos recursosfnancieros e institucionales.

La metodología desarrollada se aplicó es-pecífcamente al caso de la ciudad de Mexi-cali, Baja California, considerando que enesta ciudad se proyectan incrementos enla temperatura para los próximos veinte



CONGRESO IMTA 2014

112

años, lo que podría aumentar la vulnerabi-lidad en la prestación de los servicios delorganismo operador.

En este contexto, se desarrolló una pro-puesta para evaluar los costos de adap-tación al cambio climático en el sector deagua potable, alcantarillado y saneamien-to, mediante un análisis de las variablesrelacionadas con la variación de clima,

ubicación geográca, operación y desem-

peño del organismo operador. Para ello,se generó un índice de vulnerabilidad queestablece la susceptibilidad de un sistemaa la exposición de algún fenómeno; una

función de demanda.

Resultados

El esquema metodológico en el que se

basa la evaluación de costos de adapta-

ción se muestra en la siguiente ilustración:

La metodología consta de tres elementosfundamentales: a) índice de vulnerabili-dad; b) función de demanda que incorporacomo variables independientes la tarifa,

ingreso, temperatura y precipitación, y c)cálculo de costos asociados a los dos pri-meros elementos.

La tabla 1 muestra las variables e indicadores

asociados a cada factor de vulnerabilidad.

Ilustración 1. Metodología de cálculo del índice de vulnerabilidad y costos de adaptación.




Factores de

vulnerabilidadVariables Indicador

Descripción

del indicador

Fuente de

información

Grado de ex-posición

Temperatura

Tempera-tura promedio

anual(°C)

El descenso de precipi-tación e incremento de

temperatura causarádifcultades para sat-isfacer las demandascrecientes de agua.

(MonteroMartínez,

2010)

Precipitación

Precipitaciónpromedio

anual(mm)

Sensibilidad

Población/Ingreso/Precio (Demanda)

Consumo(l/h/d)

Considerando los cam-bios de precipitación

y temperatura, el con-sumo implica un incre-

mento de la demandade agua que se traduceen mayores costos de

operación.

(IMTA, 2009)

Confabilidad deinfraestructura

Grado de con-fabilidad:Gastos de

mtto./Ingresototal

Representa los gastosde mantenimiento

en relación al ingresototal del organismo

operador.

(IMTA, 2009)

Relación Deman-da-Oferta

Demanda/Oferta

Representa una rel-ación entre el consumo

y la capacidad de lainfraestructura para

abastecer la demanda.

(IMTA, 2009)

Presión hídrica

Grado de pre-sión (%):

Vol. Concesio-nado/Aguarenovable

Se refere a la relacióndel consumo de aguade todos los usos lo-

calizados en la mismafuente de abastec-

imiento, respecto de ladisponibilidad superf-

cial y subterránea.

(CONAGUA,2011)

Efcienciaeconómica

Tarifa/Costosde producción

Debido que las tarifasde agua no reejan elcosto de producción,

esta relación represen-ta el nivel de subsidioen las tarifas domésti-

cas.

(IMTA, 2009)

Tabla 1. Selección de indicadores de vulnerabilidad.



CONGRESO IMTA 2014

114

Capacidad deadaptación

Desempeño

Ecienciafísica (%)

Es la relación del volu-

men de agua factu-rado, entre el de aguaproducido. Es indica-

tivo de la pérdida deagua en la red.

(IMTA, 2009)

Eciencia com-ercial (%)

Representa el importe

recaudado por tarifas,entre el importe deagua facturado. Es

indicativo de su capa-cidad administrativa y

nanciera.

(IMTA, 2009)

La estimación de la demanda se basó en unanálisis de regresión lineal, considerando:

crecimiento demográco, ingreso per cá-pita, tarifa media por metro cúbico, preci-pitación y temperatura promedio.

Una vez evaluado el nivel de vulnerabili-dad, la evaluación de costos tiene la nali-

dad de expresar el efecto de la adaptaciónen términos monetarios. Bajo ese contex-

to, el costo de disminuir el nivel de vulne-rabilidad de un organismo operador estádado por el impacto estimado del cambioclimático en ausencia de adaptación, me-nos el impacto estimado con adaptación,ambos evaluados a través del índice de vul-nerabilidad y los escenarios anteriormentedescritos. Dicha adaptación, dada por unincremento en los niveles de desempeño

de un organismo operador, representa loscostos de inversión que implican mejorarla infraestructura, más la diferencia entrelos egresos bajo un escenario de cambioclimático con y sin adaptación.

Caso estudio: organismo operador de

Mexicali

Se evaluó el grado de susceptibilidad de laComisión Estatal de Servicios Públicos deMexicali (CESPM), medido a través de di-versas variables que integran el índice devulnerabilidad: la función de demanda de

cambio climático mediante el cual se rela-ciona la información de los conceptos pre-

sentados en la tabla anterior. Se obtuvo uníndice de vulnerabilidad de 125.98, dondeel grado de exposición representa un 26%,siendo la disminución en la precipitaciónel indicador de mayor peso. En relación algrado de sensibilidad, el indicador de gra-

do de presión (volumen concesionado/agua renovable) indica bajos niveles dedisponibilidad, dado el crecimiento demo-

gráco y usos del agua, representando un15% de la vulnerabilidad total. El indicadorde eciencia económica (tarifa/costos deproducción) representa un 24% del índicede vulnerabilidad total, indicando una re-




lación donde la tarifa promedio por metrocúbico es menor a los costos de produc-ción.

En cuanto a la capacidad de adaptación, laefciencia económica y comercial, reejanuna baja vulnerabilidad por parte de estosindicadores, representado un 5% del totaldel índice de vulnerabilidad.

Se propuso un conjunto de escenarios para

evaluar el efecto de implementar mejorasfísicas y administrativas que disminuyan suvulnerabilidad. El escenario de referenciase defne en este contexto por la situa-

ción que supone crecimiento sin cambioclimático, y a partir del cual se medirán la

efcacia de las respuestas de adaptación yel costo que implica mejorar el desempeño

del organismo operador. La siguiente fgu-

ra muestra los escenarios propuestos:

Para la proyección de la demanda se em-plearon datos sobre: volumen facturado,tarifa, producto interno bruto y población

para el periodo 2002-2011, de acuerdo con

las publicaciones del Programa de Indica-dores de Gestión en Organismos Opera-dores (PIGOO), del IMTA. La variable cli-matológica corresponde a la temperaturapromedio anual para el periodo 2002-2011,de acuerdo con Servicio MeteorológicoNacional.

Escenario 1. Corresponde a un escenario sin

cambio climático, en el que no se presentan

incrementos de temperatura y disminución

de la precipitación. La población, el Pro-ducto Interno Bruto (PIB) y la tarifa crecena tasas esperadas, y los niveles de desem-

peño permanecen constantes. Bajo dichos

supuestos, el índice de vulnerabilidad se in-

crementa 6.5 puntos: de 125.9 a 132.4.

Ilustración 2. Identifcación de medidas de adaptación (escenarios).



CONGRESO IMTA 2014

116

Escenario 2. Corresponde al escenario concambio climático, semejante al escenariobase. El PIB, el precio y la tarifa, crecen a

tasas esperadas, mientras que los niveles

de desempeño permanecen constantes. El

índice de vulnerabilidad se incrementa enpromedio 8.5 puntos, dos puntos más queen el escenario base. En la ilustración 3 se

muestra la proyección del índice de vulne-

rabilidad en este escenario.

Ilustración 3. Índice de vulnerabilidad. Escenario 2.

Aquí se considera una diferencia de loscostos de producción respecto al escena-rio base, la cual se da por los cambios de

temperatura que se incrementa con eltiempo, al igual que los costos, como sepuede observar en la tabla 2.

Año

Costos totales

(millones de pe-sos)

Año

Costos totales


Año

Costos totales


2010 950.46 2017 1 300.32 2024 1 731.90

2011 1 010.70 2018 1 360.70 2025 1 796.58

2012 1 059.20 2019 1 420.46 2026 1 871.28

Tabla 2. Costos totales. Escenario 2.




2013 1 101.50 2020 1 466.27 2027 1 943.94

2014 1 145.03 2021 1 533.58 2028 2 027.34

2015 1 201.51 2022 1 606.19 2029 2 105.18

2016 1 253.30 2023 1 656.97 2030 2 185.37

Escenario 3. Este escenario plantea au-mentar la eciencia comercial de 79 a 85%,ya que se busca mejorar la cobranza y au-mentar la recaudación del organismo ope-rador, de manera que se cuenten con ex-

cedentes monetarios que permitan hacerfrente a las nuevas condiciones impuestas

por un escenario de cambio climático. Elíndice de vulnerabilidad se incrementa encerca de 7.5 puntos, tomando como refe-rencia el valor al 2010; un punto menos queel escenario de cambio climático.

Escenario 4. El escenario 4 corresponde aun incremento de la eciencia física de 87a 90%, que se traduce en una reducción del

agua no contabilizada y, por lo tanto, envolúmenes de producción menores a losconsiderados en un escenario de cambioclimático. La ilustración 4 muestra la pro-yección del índice de vulnerabilidad.

Dado el incremento porcentual de la e-

ciencia física y comercial, el efecto de dis-minución de la vulnerabilidad es ligera-mente mayor que en los escenarios 2 y 3.

En este escenario los costos totales inclu-yen las inversiones realizadas por repa-

ración de fugas; sin embargo, es posibleobservar que aun con el incremento decostos se obtienen ahorros respecto al es-

Ilustración 4. Índice de vulnerabilidad. Escenario 4.



CONGRESO IMTA 2014

118

cenario sin adaptación ya que, como se hamencionado, el volumen a producir resultamenor, por lo que los costos de produc-ción, administración y cobranza disminu-yen, generando benefcios económicos.


En este trabajo se describió la propuestametodológica que tiene como objetivo cal-

cular los costos de adaptación al cambioclimático para un organismo operador deagua potable, alcantarillado y saneamien-to. La principal aportación de este trabajoes relacionar el cálculo de los costos de

adaptación al cambio climático con la vul-nerabilidad ya que, si bien la adaptación

tiene un costo, los factores de sensibilidady capacidad de adaptación consideradosen el análisis de sensibilidad son los que

AñoCostos totales(millones de

pesos)


pesos)


pesos)2010 950.46 2017 1 297.97 2024 1 722.83

2011 1 011.71 2018 1 357.57 2025 1 786.28

2012 1 059.77 2019 1 416.51 2026 1 859.62

2013 1 101.59 2020 1 461.50 2027 1 930.85

2014 1 144.59 2021 1 527.83 2028 2 012.66

2015 1 200.48 2022 1 599.35 2029 2 088.89

2016 1 251.63 2023 1 649.13 2030 2 167.36

Tabla 3. Costos totales. Escenario 4.

determinan la magnitud de los efectos queun mismo fenómeno climático pueda cau-sar, por lo cual resulta fundamental cono-cer los factores que vuelven susceptible a

un organismo operador, a fn de moderarlos daños potenciales y enfrentar las con-secuencias de este.

Bibliografía

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el cambio climático. Jiutepec: IMTA-Se-marnat.

WUCA (2010). Decision Support PlanningMethods: Incorporating Climate ChangeUncertainties into Water Planning . Den-ver: WUCA.

Resumen curricular

Héctor David Camacho González. Ingenie-

ro civil por el Instituto Politécnico Nacional(1999), maestría en Gestión Integral delAgua por la Universidad Nacional Autóno-

ma de México (2005) y doctorado en Me-dio Ambiente y Desarrollo por el Instituto

Politécnico Nacional (2012). Especialidaden el IMTA: evaluación económica de pro-yectos; planeación.




V. Alcocer, R. Flores, J. A. González, J. Avilés, J. Espinoza, J. Brena,C. Castillo, J. Balancán y R. Gontes

ESTUDIO PARA LA CARACTERIZACIÓNY DIAGNÓSTICO DE SEGURIDAD

DE OCHO PRESAS, CLASIFICADASCON ALTO RIESGO

Resumen

Este artículo presenta los resultados de lacaracterización y diagnóstico de la integri-dad estructural y opciones de rehabilita-ción de ocho presas clasifcadas como dealto riesgo.

Los objetivos del estudio fueron conocerel estado físico, funcional y operativo delos componentes de las presas, así comodeterminar las condiciones que puedan

representar peligro a la propia presa, a lapoblación, sus bienes o a la infraestructuraubicada aguas abajo. Lo anterior, con baseen las inspecciones directas a las presas;en trabajos de ingeniería especializada me-diante análisis hidrológicos, estructurales,geotécnicos, hidráulicos y, en su caso, deotros campos tales como mecánicos, elec-tromecánicos o ambientales.

Para cada una de las presas se realizaron:1) visitas de inspección nivel II, 2) trabajosde campo como topografía, batimetría,pruebas geotécnicas de campo y labora-torio, 3) análisis y revisión hidrológica, 4)simulación de peligro sísmico, 5) análisisde la estabilidad de la estructura, 6) revi-siones funcional-operacional de la cortina,

7) delimitación de zonas de peligro y 8)

planteamiento de propuestas de soluciónpara seguir utilizando la presa en condicio-nes de operación.

Introducción

La infraestructura hidráulica de nuestropaís incluye presas y bordos, los cualesdurante la temporada de lluvias, o inclusodurante su operación normal, pueden pre-sentar situaciones de peligro de falla en

sus estructuras y, en consecuencia, dañosa la población, a sus bienes e infraestruc-tura ubicada aguas abajo. Esta situaciónpuede originarse en caso de un vertidonormal, desbordamiento, por incapacidadde la obra de excedencias, ruptura o fallatotal de la cortina.

El peligro de falla se incrementa por elenvejecimiento de dichas estructuras, eldiseño inadecuado y la falta de conser-vación. Por ello, el gobierno federal en elmarco del Compromiso 51 del pacto porMéxico, a través de la Conagua formu-

ló un proyecto para estudiar y revisar lascondiciones de seguridad que guardanocho de las 115 presas clasifcadas como

de “alto riesgo”.



CONGRESO IMTA 2014

120

Este proyecto consistió en la realización delos estudios necesarios en ocho presas delpaís ubicadas en los estados de México,

Guerrero, Oaxaca y Jalisco, para inspeccio-

nar y analizar las condiciones físicas, fun-cionales y operativas de sus estructuras, afn de caracterizar su nivel de seguridad y,en su caso, analizar opciones de rehabilita-ción y ejecutar los trabajos requeridos.

Resultados

Derivado de los trabajos efectuados se en-contró lo siguiente:

Estado de México

En la presa Madín, desde el punto de vistaestructural, la cortina y elementos que lacomplementan (galerías, obra de exceden-

cias y de toma) presentan un buen estadofuncional. La obra de excedencias, vertedory compuertas se encuentran en regular esta-do estructural, requiriéndose la sustitución

de los malacates que ya cumplieron su vidaútil. La presa resultó ser hidrológicamentesegura, pero el vertedor no debe operar, yaque el cauce aguas abajo no tiene la capaci-dad suciente para conducir más allá de 20m3/s. Abajo de la presa Madín se ubica unagran cantidad de asentamientos humanosaledaños, entre los que destacan el áreaindustrial de la ciudad de Tlalnepantla yfraccionamientos residenciales (ilustración1). Es prioritario que se revisen las recomen-

daciones para la operación emitidas por elComité Técnico de Operación de Obras Hi-dráulica, considerando la disminución de lacapacidad del embalse, de acuerdo con labatimetría levantada en años recientes.

Ilustración 1. Mapa de peligro aguas abajo de la presa Madín para un gasto de 20 m3/s (zona 2). Muestraque el ujo desborda a la altura del Club de Golf Bellavista y el peligro que pudiera presentarse sería el

uso de las instalaciones deportivas, en caso de una contingencia de un evento hidrológico.




La presa Angulo resultó ser hidrológica-mente insegura, con una disminución de lacapacidad reguladora del vaso a través del

tiempo. La revisión funcional y operacional

concluye que la obra de descarga actualtrabaja inadecuadamente, afectando a lasviviendas ubicadas aguas abajo. Se propo-ne el dragado del azolve para recuperar

parte de la regulación del vaso; asimis-mo, la construcción de un vertedor cuyosgastos tendrán que encauzarse hacia el

emisor poniente. El análisis de estabilidadsugiere reforzar la cortina con adición decontrafuertes y operacionalmente requie-re proyectarse una obra de excedencias

con capacidad sufciente para hacer de laobra hidrológica e hidráulicamente segura.

La presa Guadalupe presentó falta de man-tenimiento con acumulación de basura y

vegetación, problemas con el enrocamien-to de la cortina (debido a movimientos depiezas de roca aguas arriba) y desconcha-miento del vertedor. Hidrológicamente essegura, ya que los niveles máximos de la

supercie libre del agua no rebasan el nivelde aguas máximas extraordinarias (NAME)hasta para 10 000 años de periodo de re-

torno. Estructuralmente es estable, ya quepara la condición de ujo establecido y va-ciado rápido se determinaron factores deseguridad superiores a los recomendadospor la Conagua. En cuanto al análisis dinámi-co, se generaron acelerogramas horizonta-les y verticales, compatibles con los espec-

tros de peligro uniforme para terreno rme

en el Valle de México, para 125 y 475 añosde periodo de retorno, respectivamente,determinándose que no habrá problemasde falla por deslizamiento en la presa.

Los problemas hidráulicos con la operaciónde esta obra se asocian con la capacidad

de conducción del cauce del río Cuautitlán,antes de su intersección con el emisor po-

niente, por lo que es necesario rectifcaruna zona del río, así como el retiro de una

estructura ubicada antes de la conuenciacon dicho emisor.

La presa San Juan de las Manzanas resultóser hidrológicamente insegura, por lo quese requiere construir un vertedor de longi-tud de 30 m con la cresta a 1 m por debajo

de la corona de la cortina. Con el fn de nointerferir y dañar, en su caso, las vialida-des hacia aguas abajo de la presa cuandodescargue el vertedor, se proyecta la cons-

trucción de un puente con un claro de 12 my la sección de cruce con ancho de plantilla

de 2 m y taludes 1.5:1 (H:V). Dicho puentese localizaría en la carretera que comunicaa la localidad de Ixtlahuaca de Rayón con

la localidad de San Juan de las Manzanas.

La cortina tiene problemas geotécnicos,dada la pobre resistencia del material té-rreo obtenida en la campaña de explora-ción geotécnica y los resultados de la prue-ba de penetración estándar, por lo que esimportante la rehabilitación de la corona

de la cortina en 2 m de espesor y recolo-cación de material con compactación ade-cuada, así como la construcción de unaberma en el talud aguas abajo (ilustración2).

Oaxaca

La presa La Cantera no es hidrológicamen-te segura para las condiciones actuales,lo cual requiere incrementar la capacidaddel vertedor. Se propone aumentar 4 m lalongitud de la cresta; es decir, L = 31 m, ycon ello dejar pasar la avenida con gasto

pico de Q = 142.80 m3/s para el periodo de



CONGRESO IMTA 2014

122

Ilustración 2. Cortina de la presa San Juan de las Manzanas.

retorno de 10 000 años. También, no es re-comendable sobreelevar la cortina, ya quela presencia del cuerpo de azolve sobre el

talud aguas abajo de la cortina impide esaopción.

A partir de los resultados de la inspecciónnivel II, la presa presentó anomalías en lostaludes (cortes, erosiones y sobrecargas)que generan condiciones inestables bajoanálisis de carga sísmica. Para disminuirel nivel de riesgo debido a esta condición,se propone reducir la inclinación del taludexterior del cuerpo de azolve a un ángulo

de 27º (2H:1V), con respecto a la horizontal,compensado el suelo de azolve excavadocon las partes en donde hay cárcavas yfuertes irregularidades en la pendiente deltalud. Esta presa es una obra hidráulica degran importancia y utilidad para los habi-tantes del municipio. Volver a ponerla en

operación requiere la elaboración y ejecu-ción de un proyecto ejecutivo de rehabili-tación integral que debe coordinarse entre

los usuarios y las autoridades (Conagua).

La presa La Rosita no es hidrológicamen-te segura, por lo que es necesario modif-car sustancialmente las dimensiones delvertedor para la avenida máxima para unperiodo de retorno de 10 000 años. De norealizarse dicho redimensionamiento, sedeben atender los problemas estructu-rales por asentamientos en la zona de lacresta que ha generado agrietamientos en

la mampostería, así como los problemasde socavación.

Desde el punto de vista de su estabilidadgeotécnica y estructural, el nivel de peligroque presenta la cortina es “Bajo”, porqueha estado y está en condiciones de opera-




ción normales, sin manifestaciones o in-dicadores de inseguridad incipiente. Losanálisis resultantes del análisis de estabili-

dad con diferentes métodos y escenarios

muestran un peligro con bajo potencial deque se presenten problemas de desliza-miento.

No obstante, se encontraron anomalíasen la obra de toma. Existen fugas en laconducción que podrían causar debilita-

mientos locales del suelo de la cortina, enparticular al pie del respaldo aguas abajo.La rehabilitación de esta requiere tanto deacciones estructurales como de operación,

a fn de evitar las fltraciones en la zona ale-daña a su descarga, motivo por el que la

presa se califcara como de “Alto” riesgo.

Jalisco

La presa Las Rusias es hidrológicamente

segura, sin problemas potenciales por des-

bordamiento. Se encontraron problemasde invasión del vaso con construccionesocupadas durante la época seca, invasióndel cauce con construcciones permanen-tes y falta de mantenimiento general a lapresa. El riesgo encontrado es principal-mente estructural y operacional.

Para tenerla en estado funcional y sin ries-go, se recomiendan las siguientes accio-nes: retirar las construcciones dentro del

vaso y delimitar físicamente la zona fede-ral, desmontar completamente ambos ta-

ludes para dejar una superfcie que presen-

Ilustración 3. Zona con socavación del suelo de la cimentación en la presa San Marcos III.



CONGRESO IMTA 2014

124

te protección contra la erosión, reponer elenrocamiento faltante en el talud aguasarriba y protegerlo contra la erosión, relle-nar depresiones y baches en la corona me-

diante trabajos de renivelación, inhabilitarlas descargas laterales y poner en funcio-namiento el desfogue de fondo.

Guerrero

La presa San Marcos III no es capaz de re-gular avenidas mayores a dos años del pe-riodo de retorno, por tanto la presa no essegura hidrológicamente. Si bien puedentenerse descargas a través de la cortina, su

funcionamiento podría signicar un riesgoimportante por la erosión presentada alpie de la misma.

La cortina se encontró en regulares condi-ciones geomecánicas y estructurales, conpeligro en la cimentación debido a una im-portante socavación, a todo lo largo de sus71.8 m de longitud de la base de la cortina(ilustración 3). También, se observan efec-tos de erosión en los empotramientos, enparticular del lado de la margen derecha.La rehabilitación de la presa consistiría enrellenar el hueco de roca erosionada conmampostería y la ampliación del vertedorpara regular una avenida con un periodode retorno de 500 años, con gasto máximode 16 m3/s.


Los resultados de la caracterización y diag-nóstico de la integridad estructural y op-ciones de rehabilitación de ocho presas, engeneral presentaron problemas con ries-gos hidrológicos, insuciencias o inexisten-cia del vertedor; actualización de políticasde operación y a la falta de capacidad de

conducción, deslizamientos, socavación yerosión en la cortina y taludes.

Hidrológicamente, la mitad de ellas son se-

guras (presas Madín, Guadalupe, Anguloy Las Rusias). Desde el punto de vista desu estabilidad geotécnica y estructural, seencontró que las presas Angulo, San Juande las Manzanas, San Marcos y La Canterapresentan fallas en la cortina y requierenuna rehabilitación más integral.

Como resultado de la caracterización dezonas de riesgo con peligro de inundación,se identicó la falta de delimitación de

zonas federales que puedan representarafectación de las poblaciones aledañas enpresas como Guadalupe, Madín, San Juande las Manzanas y La Cantera.

Bibliografía

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Resumen curricular

Víctor Hugo Alcocer Yamanaka. Ingenie-ro civil por el Tecnológico de Zacatepec(1998), maestro en Ingeniería (Hidráulica,2001) y doctor en Ingeniería (Hidráulica,2007) por la Universidad Nacional Autó-noma de México. Líneas principales de in-

vestigación: modelación hidráulica y trans-porte de solutos en redes de distribuciónde agua potable, procesos estocásticos,esquemas de desagregación espacial ytemporal, uso eciente del agua en ciuda-des e industria y técnicas de optimizaciónmultiobjetivo.

Rául Flores Berrones. Ingeniero civil porla Universidad Nacional Autónoma de Mé-

xico (UNAM) (1965), maestro en Cienciaspor la Universidad de Harvard, EUA (1969),

doctor en Ingeniería (1975) por la UNAMy posdoctorado por el Instituto Politécni-co de Rensselaer, EUA (1992). Líneas deinvestigación: dinámica de suelos, diseño

de tuberías sujetas a sismos, ujo de aguaa través de presas y bordos, seguridad depresas, geotecnia ambiental aplicada al

diseño y construcción de plantas de trata-miento, desechos de sólidos y análisis sís-mico de presas.

José Alfredo González Verdugo. Ingenierocivil por la Universidad Autónoma de Sina-

loa (1982) y maestro en Ingeniería Hidráu-lica por la Universidad Nacional Autónoma

de México (1991). Líneas de investigación:modelación física de obras hidráulicas, dis-persión de contaminantes en ríos y lagos,caracterización y control de la calidad delagua de cuerpos de agua eutrocados, re-suspensión y transporte de sedimentos enlagos someros.

María Joselina Espinoza Ayala. Ingeniera

civil por la Universidad Michoacana de SanNicolás de Hidalgo (1979), maestra en In-geniería (Hidráulica, 1985) y doctora en In-geniería (Hidráulica, 2001) por la Universi-dad Nacional Autónoma de México. Líneasde investigación: desarrollo de modeloshidráulicos y técnicas experimentales enla solución de problemas complejos para

mejorar el diseño de obras hidráulicas-hi-dráulica uvial, procesos de transporte desedimentos, morfología de ríos-mecánicade uidos, turbulencia.

Javier Avilés López. Ingeniero civil por la

Universidad Autónoma de Puebla (1978),



CONGRESO IMTA 2014

126

maestro en Ingeniería (Estructuras, 1981)y doctor en Ingeniería (Estructuras, 1985)por la Universidad Nacional Autónoma

de México. Líneas de investigación: aisla-

miento de cimentaciones, vibraciones decimentaciones para maquinaria, presioneshidrodinámicas en presas, efectos de sitioy de interacción suelo-estructura, evalua-ción de peligro sísmico y criterios de dise-ño sísmico.

Jorge Brena Zepeda. Licenciado en Geo-grafía (1980) y maestro en Geografía porla Universidad Nacional Autónoma de Mé-xico. Líneas de investigación: desarrollo,

adecuación, transferencia y aplicación demétodos digitales de trabajo para la eva-luación de recursos naturales en cuencas,mediante el empleo de imágenes de saté-

lite y sistemas de información geográca.

Cervando Castillo Romano. Ingenierogeofísico por el Instituto Politécnico Na-cional (1983). Especialidad en Investiga-ción Educativa por la Universidad Autóno-ma del Estado de Morelos. Diplomados en

Sistemas de Información Geográca porel Instituto Geográco Agustín Codazzi(1990) y en Prospectiva de la InvestigaciónCientíca por la Universidad Nacional Au-tónoma de México (1996). Líneas de inves-tigación: estudios sobre la dinámica de la

vegetación y del recurso agua en cuencashidrológicas, modelado de cuencas y análi-sis prospectivos de la dinámica de la vege-

tación y creación de base de datos para la

toma de decisiones en el manejo de recur-sos naturales.

José Alberto Balancán Soberanis. Ingenie-

ro geofísico (1987) y maestro en Geografía(Evaluación y conservación de recursos,1998) por la Universidad Nacional Autó-

noma de México. Líneas de investigación:especialista en diseño y desarrollo de apli-caciones en sistemas de información geo-gráca y sensores remotos, orientados a la

gestión integral de los recursos naturales yel medioambiente.

Rocío Gontes Ballesteros. Licenciatura enIngeniería en Alimentos, Especialidad en

Agua, por la Universidad Autónoma Me-tropolitana de Iztapalapa, y maestría enIngeniería Química, Especialidad en Conta-minación, por la Universidad Autónoma delEstado de Morelos. Líneas de investigación:apoyo en la organización y coordinación deeventos para la formación de recursos hu-manos en obras hidráulicas, conservación

de los recursos naturales agua y suelo, pro-blemas de contaminación de agua de rie-go, aprovechamiento de aguas residuales ymonitoreo y análisis de agua.




A. Salinas, E. Mateos, G. Colorado, M. Montero, M. E. Maya y M. González

ESTIMACIÓN DE IMPACTOS DE VIENTO

SUPERFICIAL, HUMEDAD RELATIVA,HUMEDAD ESPECÍFICA Y PRESIÓNSUPERFICIAL EN UN PERIODO

HISTÓRICO Y BAJO ESCENARIOSDE CAMBIO CLIMÁTICO ENDOS PERIODOS FUTUROS

Resumen

Utilizando simulaciones numéricas de losmodelos globales del experimento CMIP5(Proyecto de Intercomparación de Mode-

los Acoplados, fase 5), se evaluó el impac-to potencial de cambio climático en Mé-xico bajo condiciones de tres escenarios,que permita emprender acciones de adap-tación al clima actual y a su posible cambioen regiones de interés para la Comisión Fe-deral de Electricidad.

Los periodos analizados son: el histórico,1979-2010, y los escenarios de emisionesde gases de efecto de invernadero (RCP45,

RCP60 y RCP85), dos periodos del sigloXXI, 2015-2039 y 2075-2099. La ventana es-pacial a analizar es de 0 a 35N y de 70W a130W. Para estimar el desempeño de losmodelos por región, se utilizó la base dedatos NARR (North American RegionalReanalysis), integrando las simulaciones

mediante un ensamble ponderado llama-do REA (Reliability Ensemble Averaging).

Introducción

El sistema climático terrestre recibe ener-gía solar como forzante primario. La inte-racción de la atmósfera con los océanos,continentes y hielos polares genera lascondiciones climáticas que conocemos,producto de procesos dinámicos (movi-mientos de masas atmosféricas y oceáni-cas) y energéticos (reexión, absorción yemisión dentro en la atmósfera y el océa-no). El efecto invernadero en la atmósferaha permitido adquirir las condiciones pro-

picias para la vida en el planeta, desde suformación. Sin la presencia de los gases deinvernadero, como el vapor de agua y elCO2, la temperatura media de la supercieterrestre sería signicativamente menor y,por ende, no existirían las condiciones devida actuales.



CONGRESO IMTA 2014

128

Debido a la variabilidad y al cambio climá-tico se requiere contar con información

cientíca a escala regional con el objetivode identicar, diseñar y llevar a cabo ac-

ciones de mitigación y adaptación ante losposibles impactos negativos y los relacio-nados con fenómenos hidrometeorológi-cos extremos. En este sentido, una de lasherramientas fundamentales son los esce-narios de cambio climático regionalizados,que permiten tener una proyección de las

condiciones potenciales del clima futurobajo ciertos escenarios de emisiones degases de efecto de invernadero. Estudiary modelar escenarios de clima y cambio

climático, sus variaciones, tendencias, im-pactos y la evaluación de los modelos, sonalgunos de los elementos de informaciónprincipales para la toma de decisiones.Así, es imprescindible fomentar las capa-

cidades técnicas nacionales en cuanto almanejo de información para la generaciónde escenarios. Su correcta interpretacióny aplicación es importante tanto para co-nocer la vulnerabilidad actual como futura,generando planes estratégicos sustenta-dos.

Para responder las interrogantes cientí-cas derivadas del Cuarto Informe del Gru-po Intergubernamental de Expertos sobreel Cambio Climático (IPCC, 2007), bajo elpatrocinio del Programa de Investigacióndel Clima Mundial (WCRP, por sus siglasen inglés), se generó el proyecto cientícollamado CMIP5. Dichos resultados fueron

producidos por centros internacionales demodelación del clima y coordinado por elCMIP5. Este proyecto llevó a cabo un con-junto de experimentos numéricos para es-tudiar la predecibilidad del clima, exploran-do alcances y limitaciones de los modelospara reproducirlo a escalas decadales. Se

determinaron los factores por los cuales,ante forzamientos similares, las realizacio-nes de los modelos produjeron respuestas

diferentes, lo que signica que aún hay una

gran incertidumbre (Taylor et al., 2011). ElCMIP5 aporta algunas respuestas cientí-cas a la problemática del cambio climáti-co. Los modelos globales del clima (MCG)acoplados son herramientas poderosasque toman en cuenta un complejo grupode procesos, basados en leyes físicas. Con

estas herramientas se hacen simulacionesde cambio climático.

La actualización de escenarios de cambio

climático en el presente proyecto se basaen información de los modelos de circula-ción general utilizados en el experimentoCMIP5, aplicando un análisis del desem-peño de estos modelos numéricos y esta-

bleciendo sus alcances y limitaciones deforma sistemática para estimar las condi-ciones del clima futuro bajo ciertos esce-narios de cambio climático. El desempeñode estos modelos para periodos históricosbrinda elementos dirigidos a establecer laslimitaciones de esta herramienta en la re-producción de procesos atmosféricos de

impacto sobre México.

Resultados

Se analizó el desempeño de 16 MCG me-diante las métricas: raíz del error cuadrá-

tico medio (RMSE), error absoluto medio(MAE), desviación estándar (Std) y corre-

lación (r) a escalas anuales y estacionales,para las variables superciales mensuales:humedad relativa y especíca, presión anivel del mar, precipitación y viento (zonaly meridional). Esto para cinco regiones re-presentativas del país (ilustración 1). Losmodelos utilizados poseen resoluciones




Ilustración 1. Regiones utilizadas para la validación del REA y el análisis de métricas e índices climáticos.

Modelo NombreResolucióndlon * dlat

Histórico RCP45 RCP60 RCP85

1 BCC-csm1-1-mBeijing Climate

Center

1.1 1.1 3 1 1 1

2 CanESM2/

Canadian Cen-tre for ClimateModeling and

Analysis

2.8 * 2.8 5 5 5

3 CNRM-CM5/

Centre Nationalde Recher-

ches Meteo-rologiques

1.4 * 1.4 10 1 5

4CSIRO-

Mk3-6-0/

Australian Com-

monwealthScientifc and

Industrial Re-search Org.

1.9 * 1.9 4 4 10 10

5 GFDL-ESM2G/

GeophysicalFluid Dynamics

Laboratory2.5 * 2.5 1 1 1 1

Tabla 1. Los modelos utilizados poseen resoluciones espaciales y temporales diversas.



CONGRESO IMTA 2014

130

6 GISS-E2-H

Meteorologi-cal Research

Institute, oceanmodel Hycom

2.5 * 2.0 5 4 1 2

7 GISS-E2-R

Meteorologi-cal Research

Institute, oceanmodel Russell

2.5 * 2.0 6 5 1 1

8 HadGEM2-ES/Met Ofce Had-ley Centre- Earth

system model1.9 *1.25 4 4 4 4

9HadGem2-

AO/

Met OfceHadley Centre-

Atmosphere-ocean coupled

2.5 * 2.5 1 1 1 1

10 INMCM4/Institute for

Numerical Math-ematics (Russia)

2.0 * 1.5 1 1 1

11IPSL-CM5A-

MR/Institut Pierre-Simon Laplace

1.9 * 1.2 3 1 1 1

12 MIROC5/

Japan Agencyfor Marine-Earth

Science andTechnology

1.4 * 1.4 5 1 5 5

13 MIROC-ESM/


Science andTechnology

2.8 * 2.8 3 3 3 3

14MIROC-ESM-

CHEM/


Science and

Technology

2.8 * 2.8 1 1 1 1

15 MRI-CGCM3/Max-Plank Insti-

tute1.1 1.1 5 1 1 1

16 NorESM1/Norwegian Cli-

mate Center 2.5 * 1.9 3 1 1 1

Total GCM 16 16 13 16




espaciales y temporales diversas (tabla 2.).El ujo de información utilizada se mues-tra en la ilustración 2, donde se observa lafuente de datos y su procesamiento.

El ciclo anual de humedad especíca parael periodo histórico, tanto de los mode-

los como de las observaciones (NARR), se

muestra en la ilustración 3, donde se ob-

Ilustración 2. Diagrama de ujo. Cálculo del desempeño de modelos globales parael periodo histórico 1979-2010.

Ilustración 3. Ciclo anual de humedad específca de la región sureste (1979-2010).

serva que los máximos entre junio y sep-tiembre, ya que esta variable no es afecta-da por las variaciones continuas de presiónasociadas al paso de eventos de alta y bajafrecuencia, la variabilidad temporal se ex-presa en términos absolutos de masa deagua en la atmósfera referida a masa at-

mosférica. Por ello, sigue un patrón similar

al de la precipitación de la región, en que el



CONGRESO IMTA 2014

132

Ilustración 4. Figura 4. Ciclo anual de presión a nivel del mar de la región sureste (1979-2010).

efecto del monzón existe en estos meses.A pesar de la dispersión de las simulacio-nes respecto a las observaciones de NARR,en éstas se puede identicar un comporta-miento cualitativo similar, describiendo elciclo anual observado, con mayor disper-sión en otoño e invierno que en primaveray verano. Algunos modelos describen losmáximos y los mínimos en meses diferen-tes, pero contiguos.

Respecto al ciclo anual de la presión a niveldel mar para el periodo histórico, se ob-serva una disminución en mayo y otra enseptiembre (ilustración 4), con un máximorelativo en julio; a menor presión mayorhumedad especíca. Durante los mesesde verano las bajas presiones prevalecenmodicando el valor de medio mensual deésta.

Como indicadores del desempeño de losmodelos, se aplicaron para cada una de lascinco áreas las métricas: error medio abso-luto y error cuadrático medio. Para la re-gión sureste, la humedad especíca mues-tra que los modelos MRI, MIROC5, GISSH

y BCC son los de mejor desempeño, mien-tras que los modelo CNRM, GFDL, MIRO-CESMCHEM y MIROCESM son de más bajodesempeño (ilustración 5), con diferenciasde 1.2 g/kg hasta 2.5 g/kg.

Asimismo, se calculó el promedio ponde-rado REA de las simulaciones históricas delos MCG. El ciclo anual de las variables uti-lizadas del REA se comparó con las obser-vaciones de NARR para el periodo históri-co 1979-2010 para la región sureste. Comoejemplo del ensamble, se muestra el cicloanual de rapidez de viento, tanto para elperiodo histórico como en la proyecciónfutura. En los tres escenarios (ilustración6) se observa una máxima magnitud enabril y una mínima en septiembre y octu-bre, teniendo durante todo el año valorespositivos (viento proveniente del oeste),

oscilando entre 1 m/s y 2 m/s. Durante losmeses de mayo a septiembre se observala mayor dispersión entre modelos y res-pecto a NARR. Entre septiembre y marzo(otoño e invierno), la mayoría de los mo-delos estiman valores negativos (vientosprovenientes del este), mientras que para




Ilustración 5. Error medio absoluto (MAE) y cuadrático medio (RMSE) para humedad específca,zona Sureste. (1979-2010).

el resto del año vientos positivos. Para lapresión a nivel del mar, se observan cam-bios poco signifcativos al comparar la pro-

yección total de cambio climático con losdatos NARR en los tres escenarios de ra-diación para el futuro lejano, con una incer-

tidumbre de + 2.5 mb (ilustración 7).

Respecto al ciclo estacional, los porcen-tajes de cambio de la presión se estiman

entre -.1% y .1% en las cuatro estaciones delaño. Considerando que la presión media anivel del mar es 1013 mb, los cambios son

del orden de + 1 mb máximo, (ilustración 8);es decir, incrementos o decrementos pocosignifcativos. En el invierno, el escenarioRCP8.5 proyecta que la presión reducidaa nivel del mar podría aumentar hasta .1%

en la región centro del país, mientras quelos escenarios RCP4.5 y RCP6.0 simulan



CONGRESO IMTA 2014

134

Ilustración 6. Ciclo anual de rapidez de viento superfcial en la región sureste (2075-2099). Las obser-vaciones de NARR del periodo 1979-2010 (línea negra) y para la proyección total (línea verde) para el

futuro lejano, con su respectiva incertidumbre (área sombreada).

Ilustración 7. Ciclo anual para la presión a nivel del mar en la región sureste (2075-2099). Las observacio-nes de NARR del periodo 1979-2010 (línea negra) y para la proyección total (línea verde) para el futuro

lejano, con su respectiva incertidumbre (área sombreada).




Ilustración 8. Proyección de porcentaje de cambio de la presión reducida a nivel del mar en invierno,

periodo 2075-2099.

Ilustración 9. Proyección de porcentaje de cambio para humedad relativa en invierno,

periodo 2075-2099.



CONGRESO IMTA 2014

136

decrementos de hasta 0.05% en la regiónnorte y en las penínsulas de Baja Californiay Yucatán, así como aumentos del mismoorden en el centro y suroeste del país.

Los tres escenarios de radiación proyec-tan que la humedad relativa podría dis-minuir en toda la república mexicana, loque coincide con lo observado en el cicloanual de cada región. La región donde seobserva mayor decremento (hasta 12% conel escenario RCP8.5), es en la Sierra MadreOccidental, mientras que las penínsulas deYucatán y Baja California, en los tres esce-narios coincide en un posible decremento

de hasta 4% (ilustración 9).


En la comparación tanto de los modelosglobales como de su ensamble (REA), con-tra los datos del NARR, se observa que noes posible estimar un modelo único comoel de mejor desempeño en la reproducciónde las cinco variables analizadas. Es decir,el mismo modelo no estima adecuadamen-te todas las variables. Por ello, se utilizó unensamble ponderado (método REA) quetoma lo mejor de cada modelo disminuyen-do sus errores individuales; así, se observóque el REA mejora signicativamente la re-producción individual de los modelos.

Al observar las simulaciones históricas del

REA, se identifcó que en cada variable y encada región el mejor modelo no siempre es

el mismo. Respecto a las simulaciones fu-turas, para el sureste se proyectó para lahumedad específca un aumento de hasta10%, con una disminución en el sureste, enotoño. En el caso de la humedad relativaen el sureste, las proyecciones simulan quepodría disminuir hasta un 10% en primavera.

Para comprender las causas de los erroresde los modelos, es fundamental analizarlos efectos locales: inuencia de la abruptaorografía mexicana en la dinámica atmos-

férica; efectos de los océanos adyacentesa México en el clima regional; ubicación eintensidad de la precipitación asociada a lazona de convergencia intertropical; inten-sidad y ubicación de la corriente del Pací-co de niveles altos y su relación energéticacon los frentes fríos; intensidad y variabi-lidad estacional de la corriente en chorrode niveles bajos del Caribe y su intercam-bio energético con las ondas del este, y lareproducción adecuada del inicio e intensi-

dad de la precipitación asociada al Monzónde Norteamérica y su relación con la diná-mica local, como los sistemas convectivosde mesoescala y la orografía.

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Taylor, K. E., Stouer, R. J. y Meehl, G .A.(2011). A Summary of the CMIP5 Expe-riment Design. Bulletin of the AmericanMeteorological Society.

Resumen curricular

José Antonio Salinas Prieto. Licenciatura

en Ciencias Marinas, maestría en CienciasComputacionales y doctorado en Físicade la Atmósfera. Líneas de investigación:modelación numérica de la atmósfera yoleaje, procesos atmosféricos tropicalesde alta frecuencia, variabilidad y cambioclimático a escala regional.

Efraín Mateos Farfán. Licenciatura enOceanología, maestría en Ciencias (Ocea-

nografía Física) y doctorado en Oceano-

grafía Física. Líneas de investigación: di-námica de costas y bahías, modelación

numérica del océano, interacción océano

atmósfera.

Gabriela Colorado Ruiz. Licenciatura enCiencias Atmosféricas y maestría en Ocea-

nografía Física. Líneas de investigación:modelación numérica de la atmósfera y elocéano, impacto del cambio climático a es-

cala regional, reducción de escala de pro-yecciones de cambio climático.

Martín José Montero Martínez. Licencia-

tura en Física, maestría en Ciencias (Geofí -sica), doctorado en Ciencias (Ciencias dela Atmósfera) y posdoctorado. Líneas deinvestigación: cambio climático global yregional, reducción de escala de mode-

los climáticos, climatología de tormentas,efectos aerosol-clima y vegetación clima,percepción remota aplicada a detecciónde fuegos.

María Eugenia Maya Magaña. Licenciaturaen Ingeniería en Hidrología y maestría enIngeniería Civil. Líneas de investigación: hi-

drología, sistemas de información geográ-ca, cambio climático.

Maura González Robles. Licenciaturaen Ciencias Atmosféricas y maestría enTeledetección. Líneas de investigación:estimación y análisis de eventos atmos-féricos extremos, estudios de cambio cli-

mático regional, variabilidad climática enMéxico.



CONGRESO IMTA 2014

138

J. Izurieta, P. Alonso, Y. Pica, P. Rivera, G. Mantilla, A. Ramírez y L. Bravo

ESTUDIO PARA LA DETECCIÓN DE

FUENTES CONTAMINANTES PORDESCARGAS DE AGUA RESIDUAL AL RÍOATOYAC, ENTRE LA CIUDAD DE OAXACA

Y LA PRESA PASO ANCHO

Resumen

Se efectuó un diagnóstico de la calidad delagua en la cuenca alta del río Atoyac, don-de se asienta la ciudad de Oaxaca, desdesu nacimiento hasta el sitio denominado“Paso Ancho”, con apoyo de una campa-ña de muestreo en cuarenta sitios en río,auentes y descargas. Se determinaron en

campo y laboratorio más de treinta pará-metros de calidad del agua entre conven-cionales y no convencionales, así como in-dicadores biológicos y toxicidad.

Con respecto a la calidad del agua en el ríoAtoyac y considerando los criterios de cali-dad del agua vigentes, las zonas críticas decontaminación del río Atoyac se presentandesde el Fraccionamiento Esmeralda, en la

zona conurbada de la ciudad de Oaxaca,hasta Zimatlán y, en el río Salado, desdeSanta María del Tule hasta su conuencia

con el río Atoyac. Lo anterior está asocia-do con el hecho de que la infraestructurade 21 plantas de tratamiento de aguas re-siduales en la cuenca tiene serias defcien-cias en su operación y mantenimiento;

incumplen la normativa vigente para des-cargas en varios parámetros. No obstante,el río tiene una gran capacidad de depu-ración: en el recorrido hasta el sitio PasoAncho exite el aporte de dos auentes im-portantes y la incorporación de aguas pro-venientes de manantiales. El río Atoyac, eneste sitio, presenta condiciones de calidaddel agua aceptables. Con información so-

bre la calidad del agua y el levantamientode secciones y aforos, se modeló la cali-dad del agua para las condiciones encon-tradas durante el muestreo, así como lascondiciones de cumplimiento de la NOM-001-SEMARNAT-1996. Se estimó el aportede nutrientes en la parte baja de la zona deestudio, determinándose la carga mediaanual de nutrientes y sedimento que esta-ría recibiendo el embalse en caso de quefuere construido. Con esta información se-ría posible estimar el nivel de eutrofzaciónque tendría el cuerpo de agua.

Introducción

Los ríos Atoyac y Salado presentan altera-ción en su calidad del agua atribuible a los




desarrollos agrícola, industrial y socioeco-nómico, así como a los altos niveles de de-forestación en sus cuencas de aportación.

En estas subcuencas se asienta, aproxima-

damente, el 50% de la población del estadode Oaxaca. El 13% de los 61 municipios en es-tas subcuencas presenta un grado de mar-ginación muy alto, el 13% alto, el 36% medio,el 26% bajo y el 11% muy bajo. A la fecha, noexiste un estudio que permita conocer lasprincipales fuentes de aportación puntua-

les de contaminación a estas corrientes. Elconocimiento de la capacidad de asimila-ción y dilución permite determinar las car-gas máximas de contaminantes que puede

captar un cuerpo receptor sin alterar lasmetas de calidad, en función del uso quetiene asignado el cuerpo receptor. Cono-cer lo anterior es sumamente importante,ya que con esta información se pueden de-

nir las características de los sistemas detratamiento de las descargas en estas sub-cuencas, de manera que se cumplan los cri-terios de calidad vigentes.

Resultados

La calidad del agua en el río Atoyac y con-

siderando los criterios de calidad del aguade la Conagua para la demanda bioquímicade oxígeno (DBO5), la demanda químicade oxígeno (DQO) y sólidos suspendidostotales (SST), presenta su zona crítica enel tramo que forma la parte conurbada dela ciudad de Oaxaca, tanto en la parte delrío Atoyac como en el río Salado, desde el

Fraccionamiento Esmeralda hasta Zimat-lán, en el caso de la DBO, y hasta Zaba-che, en el caso de la DQO. En el río Saladola problemática se presente desde SantaMaría del Tule hasta la conuencia, y en laparte alta desde las comunidades de Mitlay Matatlán hasta Tlacolula, con respecto

a la DQO (ilustraciones 1 a 4). Respecto aotros parámetros que superan los criteriosde calidad del agua, el oxígeno disuelto

presenta valores críticos: entre R7 a R9; de

igual manera, los sólidos disueltos totales.El color en R5 y, de acuerdo con la NOM-127, en el tramo de R4 a R9. El fósforo totalsupera en todas las estaciones el criterio

de calidad; las grasas y aceites en R3 y enel tramo R7 a R8. Las sustancias activas al

azul de metileno (SAAM), de acuerdo conla NOM-127, presentan valores críticos enR2 y en el tramo R7 a R9. Los fenoles su-peran el criterio en la estación R7; la alca-linidad en el tramo R7 a R9; los coliformes

fecales en el tramo R4 a R10, excepto enR7 y R9; el aluminio en los tramos R4 a R6y en los sitios R10 y R12. Con respecto a laNOM-127, el aluminio también supera el va-lor crítico en el tramo R4 a R6 y en R10. El

arsénico en R8. El erro supera el criterioen el tramo R4 a R9, el manganeso en eltramo R2 a R11 y, con respecto a la NOM-127, supera el valor recomendado en el tra-mo R2 a R9.

Destacan dos zonas del río Atoyac y Saladoque presentan descargas con un alto grado

de incumplimiento de la NOM-001-SEMAR-NAT-1996 (de cinco a siete parámetros fue-ra de la NOM). En el río Atoyac, la descargaD-1, así como el tramo de descargas D-4 aD-8 (excepto D-6) y, sobre el río El Salado,el tramo de descargas D-18 a D-22. Se ob-serva un alto grado de incumplimiento en

los siguientes parámetros (del total de 21

descargas): DQO (17), DBO5 (13), SST (12),materia otante (12) y grasas y aceites (10).

Para la fecha del muestreo, el río Atoyacpresenta cargas de contaminantes por en-cima de las asimilables. Es el caso del fós-foro, nitratos, sólidos disueltos totales, só-



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Ilustraciones 1 y 2. Ubicación de estaciones de muestreo.

Ilustraciones 3 y 4. Calidad del agua en el Atoyac, respecto a DBO y DQO.




lidos suspendidos totales, sólidos totales,

aluminio, erro, manganeso, grasas y acei-tes, sulfuros, coliformes fecales y SAAM.

En el sitio Paso Ancho, los parámetros que

exceden la carga admisible del río Atoyacson: fósforo total (604 kg/día), nitratos(173 kg/día), aluminio (110 kg/día) y sulfu-ros (7.3 t/día), considerando el criterio decalidad del agua para protección de vidaacuática.

La evaluación por indicadores biológicosdeterminó que la calidad del agua, median-te el índice biótico de Hilsenho (IBH) enlas partes altas del río Atoyac, se encuen-

tra en buenas condiciones; sin embargo,disminuye su calidad en la parte media dela cuenca, después de las descargas de laciudad de Oaxaca y localidades conurba-das, en el tramo comprendido entre San

Juan Bautista y San Martín Lachila. Estossitios resultaron con calidad de agua, deacuerdo con el IBH, de contaminación se-vera, puesto que los organismos detecta-dos se encuentran adaptados a condicio-nes en las que la cantidad de oxígeno es

pobre y se han clasicado como organis-mos muy tolerantes a la contaminación or-

gánica. Además, los valores del índice deShannon y riqueza indican que ya no existediversidad en esa parte del río; es decir, elsistema se encuentra en un estado de de-gradación muy severa. En la parte baja dela cuenca, la calidad del agua muestra unaclara mejoría, ya que el río Atoyac recibe

los aportes de dos auentes importantes:

los ríos Miahuatlán y Sola, que se encuen-tran en muy buenas condiciones de calidady de estructura de la comunidad.

El análisis de toxicidad señaló dos sitios so-bre el río como áreas afectadas por conta-minación química tóxica. Las estaciones R7

y R15, ubicadas en el área de conuenciadel Atoyac con el río Salado, donde se ubi-can las descargas de la ciudad de Oaxaca y

las municipales D-21 y 22.

En lo que respecta al análisis de los com-puestos orgánicos semivolátiles, efectua-do en agua de las estaciones R7, R8 y R12y en sedimento, el Bis-2-Etil hexil ftalato

excede el límite máximo permisible (LMP)para protección de vida acuática en los si-

tios R7 y R8; sin embargo, el valor está pordebajo del límite establecido para fuentede abastecimiento. De igual manera, el fe-nol en R7 y R8, excede el LMP para fuente

de suministro.

Con respecto al barrido cromatográcode compuestos orgánicos semivolátiles

(COSV), se pudieron identicar un total de58 compuestos en las estaciones de río R7y R8. En la estación R12, en Paso Ancho,sólo se detectaron cuatro compuestos, locual sugiere que el río Atoyac, en su trayec-to de Zimatlán a Paso Ancho, se autodepu-ra, eliminando prácticamente toda la cargacontaminante que afecta a los sitios R7 yR8.

Se modeló la calidad del agua usando laherramienta QUAL2K para las condicionesdel muestreo. Se efectuó la modelacióncon las condiciones de descarga dadas porla NOM-001-1996-SEMARNAT para uso dePúblico Urbano. Comparando las condicio-nes actuales con la aplicación de la NOM-

001-1996-SEMARNAT en las descargas, seobserva que para el caso de la DBO, SST,coliformes fecales y nitrógeno total, elsólo hecho de dar cumplimiento a la NOM-001-1996-SEMARNAT, la calidad del aguatanto en el río Atoyac como en el Salado se

verían mejoradas (ilustraciones 5 y 6).



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Ilustraciones 5 y 6. Esquema uniflar y resultados del modelo de calidad del agua.

Ilustraciones 7 y 8. Río Atoyac, en el sitio Paso Ancho.

Los resultados del modelo de contami-nación por fuentes no puntuales indicanque, en promedio, en el sitio Paso Ancho la

cuenca transporta 3 770 toneladas anuales

de nitrógeno y 425 toneladas anuales defósforo.


La problemática de contaminación en elrío Atoyac se asocia directamente con las

descargas de las localidades que se asien-tan a lo largo del río y sus afuentes, asícomo la infraestructura de saneamiento

actual que, en su mayoría, se encuentra

fuera de operación. Considerando los pa-trones de distribución de contaminantes,toxicidad y el análisis de COSV hallados eneste estudio, puede decirse que los conta-minantes que provienen de las descargasmunicipales aportan carga química tóxicacon un gran variedad de sustancia sintéti-




cas que puede comprometer la capacidadde asimilación del sistema, especialmenteen el sector urbanizado, donde se asien-

tan la ciudad de Oaxaca y los municipios

de Zaachila y Zimatlán. Aunque el proble-ma principal aparentemente está acota-do en la parte de media de la cuenca, seencontró incumplimiento de los criterios

para un par de contaminantes al nal dela cuenca. No obstante, en la parte baja dela cuenca la calidad del agua muestra una

clara mejoría, ya que el río Atoyac recibelos aportes de dos auentes importantes:los ríos Miahuatlán y Sola, y escurrimientosde zonas de manantiales que se hallan en

muy buenas condiciones de calidad, lo cualnos habla de la presencia de resiliencia del

río, de manera que el sistema de auentestributarios forman parte importante en lasostenibilidad del río.

Es conveniente extender el alcance delpresente trabajo mediante campañas demuestreo adicionales que permitan eva-luar la respuesta de la cuenca estacional-mente, tanto en estiaje como en lluvias.Con lo anterior, se tendría la informaciónnecesaria para proponer la Declaratoria

de Clasicación del río Atoyac y establecerlas condiciones particulares de descargaen el corto, mediano y largo plazos, asícomo proponer los procesos de remociónde contaminantes necesarios en las plan-tas de tratamiento existentes para cumplircon las metas de calidad, de acuerdo conel uso que se pretende alcanzar y, de esta

manera, mejorar la calidad del agua.

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Resumen curricular

Jorge Luis Izurieta Dávila. Ingeniero hi-drológico por la Universidad AutónomaMetropolitana y maestro en Ingeniería (Hi-dráulica) por la Universidad Nacional Autó-noma de México. Líneas de investigación:

hidráulica urbana, ingeniería ambiental,hidrología y sistemas de información geo-gráca.

Perla Edith Alonso Eguía Lis. Bióloga por la

Universidad Nacional Autónoma de México

y doctora en Ciencias-Recursos Bióticos por

la Universidad Autónoma de Querétaro.

Líneas de investigación: ecología acuática,

uso de índices de integridad biótica, indica-

dores biológicos acuáticos, ecología y dis-

tribución de odonatos, ecologia de comuni-

dades y evaluación de caudal ecológico.

Yolanda Pica Granados. Bióloga y maestraen Ciencias por la Universidad NacionalAutónoma de México. Líneas de investiga-ción: ecotoxicología acuática en ambien-tes epicontinentales y costeros, riesgo am-biental, sustancias tóxicas, e indicadores

de efecto en el estudio de contaminantesemergentes y biomarcadores.

Gabriela Mantilla Morales. Ingeniera civil

y maestra en Ingeniería Ambiental por laUniversidad Nacional Autónoma de Mé-xico, y doctora en Ciencias y Técnicas delMedio Ambiente por la École Nationaledes Ponts et Chaussées-École Nationalede Géni. Líneas de investigación: costosde inversión en plantas de tratamiento deaguas residuales, evaluación de plantas detratamiento, saneamiento centralizado ydescentralizado, y reúso de aguas residua-les tratadas.

Antonio Ramírez González. Ingeniero civily maestro en Ingeniería Ambiental por laUniversidad Nacional Autónoma de Méxi-co. Líneas de investigación: tratamientode aguas residuales, procesos biológicosde tratamiento, potabilización, sistemasde abastecimiento, tratamiento de lodos,reúso de aguas residuales, sistemas decaptación y tratamiento de agua de lluvia ehidráulica aplicada a plantas de tratamien-to de agua y aguas residuales.

Luis Alberto Bravo Inclán. Biólogo y maes-tro en Ciencias por la Universidad NacionalAutónoma de México. Líneas de investiga-ción: estudios limnológicos en lagos, em-balses y ríos, así como manejo de cuencas,eutrocación y evaluación de fuentes pun-tuales y difusas.

Víctor Javier Bourguett Ortiz, CONGRESO IMTA 2014

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