Felipe Arreguín Cortés

Evaporación 245 33

EUA

1850 mill. m3 . Tratado 1944

Infiltración 290 Distrito de Riego 014 Retornos agrícolas 617

86 Hogares

152 500

CESPM OOMAPAS 24 Industria y servicios

130 8.4 0.8 Uso agropecuario

Río Colorado 33

266 Evaporación

370

0.3

Mar de Cortés

Acueducto RCT

Acuíferos de los valles

167

267 Recarga inducida

Cifras en millones de m3 anuales

Figura 8. Balance de aguas superficiales y subterráneas.

cuenca, como el Distrito de Riego 014 y las ciudades de Mexicali, San Luis Río Colorado y Tijuana, a través del acueducto Río Colorado Tijuana. Con este ejemplo se desea resalta la importancia de que los balances de agua se realicen de forma integral. Se debe considerar el agua superficial y subterránea de manera conjunta. El agua disponible en la cuenca, tanto superficial como subterránea, es del orden de 2,000 millones de metros cúbicos anuales. El agua concesionada, tanto superficial como subterránea, no puede exceder ese valor. No puede otorgarse agua superficial mientras los acuíferos se encuentren sobreexplotados, ya que se debe ver la cuenca como un sistema integral de aguas superficiales y subterráneas.

En la figura 8 se muestra un balance simplificado que incluye las aguas superficiales y subterráneas. Puede verse que la cuenca se alimenta, casi exclusivamente, del agua que ingresa de Estados Unidos. El agua superficial tiene un valor especificado en el Tratado de Límites y Aguas. La cantidad de agua subterránea que ingresa al país no está explícitamente especificada en el tratado.

Adicionalmente, la infiltración ha cambiado por el revestimiento del Canal Todo Americano (All-American Canal) y debe revisarse. El uso agrícola tiene retornos que permiten recargar al acuífero. Si el uso del agua se cambia de agrícola a público urbano o industrial, los retornos disminuirán significativamente, por lo que es necesario hacer un análisis completo, integral. En resumen, como se muestra con el ejemplo, se debe realizar, para cada cuenca, un análisis integral para no afectar el equilibrio hidrológico y proteger la infraestructura natural o verde, sobre la que se sustentan los diferentes objetivos del PNH, como garantizar los derechos humanos al agua y al saneamiento.

El impacto del cambio global sobre la infraestructura. El caso de las presas

FELIPE ARREGUÍN CORTÉS Doctor en Ingeniería hidráulica. Fue subdirector general técnico de la Conagua y director general del Instituto Mexicano de Tecnología del Agua. Profesor de posgrado de la Facultad de Ingeniería, UNAM. Vicepresidente del Colegio de Ingenieros Civiles de México.

Impacto del cambio global sobre las presas

Los impactos de las presas sobre el medio ambiente están bien documentados (Flores y Saenz, 2001; International Ri-

vers, 2012; Martínez et al., 2012; Kopas y Puentes, 2009). Algunos de ellos se señalan a continuación: • Pérdida de la conectividad del río aguas abajo con el río aguas arriba • Interrupción de los flujos migratorios de peces y otras especies • Retención de sedimentos • Producción de metano, uno de los gases de efecto invernadero • Alteración del caudal ecológico • Cambios en el régimen de los caudales • Deforestación asociada a la apertura de vías para la construcción del embalse, campamentos y casas de máquinas

El Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (2021) ha señalado: “Un clima más cálido intensificará los fenómenos meteorológicos y las estaciones muy húmedas y muy secas, con implicaciones para inundaciones o sequías (alta confianza), pero la ubicación y la frecuencia de estos eventos dependen sobre los cambios proyectados en la circulación atmosférica regional, incluidos los monzones y las vías de tormentas de latitudes medias”.

Por otro lado, los seres humanos y todas las demás especies vivas requieren agua para consumo y casi todas sus actividades; y el ciclo hidrológico tiene una distribución espacial y temporal que no siempre coincide con la demanda de agua de los seres vivos, es decir, no en todas las regiones (a nivel de país o provincia) llueve la cantidad de agua necesaria para las actividades humanas (problema de distribución espacial) ni en las épocas en que se demanda (problema de distribución temporal); para equilibrar esta situación es necesario construir sistemas de almacenamiento, los más comunes son las presas.

El Foro Económico Mundial ha señalado la importancia del agua en todas las actividades humanas, como se muestra en las figuras 1 y 2.

Por su ubicación geográfica, México está expuesto a sequías periódicas (véanse figuras 3 y 4).

Estos impactos pueden ser tan fuertes como dejar sin abastecimiento de agua a las poblaciones; un ejemplo es la cuenca del río Colorado, en la cual se ubica la presa Hoover, de donde se hace la entrega de agua a México de acuerdo con el Tratado Internacional de 1944 (véase figura 5).

México también se ubica en una de las zonas ciclónicas mas importantes del mundo, como se muestra en la figura 6.

Esto genera importantes tormentas que, aunadas a la orografía del país, origina grandes zonas susceptibles de inundarse (véase figura 7).

Estas situaciones generan una distribución espacial y temporal de la precipitación del agua (véase figura 8).

Si a estas condiciones se suma la ubicación de la población y el desarrollo en México, se hace evidente la necesidad de construir infraestructura, entre ella las presas para almacenar agua para su aprovechamiento cuando es necesario, pero también para protegerse de los embates de ésta (véase figura 9).

México cuenta con más de 8,000 presas y bordos grandes, de los cuales existe registro de 5,700, de diferentes fechas de construcción y características, como se muestra en las figuras 10 y 11.

Es importante señalar que a los impactos del cambio climático hay que agregar un conjunto de acciones y transfor-

Figura 1.

Figura 2.

Figura 3.

Figura 4. Figura 5.

Compromisos Río Colorado México = 1,850 hm3/año México (máximo) = 2,097 hm3/año Río Bravo México = 74 hm3/año (Convención de 1906) EUA = 431.7 hm3/año México recibe más de 4.5 veces aguas de EUA y puede llegar a ser mayor que 5 veces si existe exceso.

Figura 6.

162,000 km2 del territorio nacional son susceptibles de inundarse para una probabilidad asociada a 40 años de periodo de retorno.

Figura 7.

Figura 8.

Figura 9.

maciones producidas por el ser humano que originan cambios a gran escala en la Tierra, como el cambio del uso del suelo, el crecimiento poblacional, la contaminación o la deforestación, lo que genera el cambio global (Centro UC, Cambio Global, 2019; Nunes et al., 2019):

La antigüedad de las cortinas en México, aunada a otros factores, ha generado riesgo en muchas de las presas mexicanas, como se observa en la figura 12.

Desde luego, México ha creado instrumentos para atender estos fenómenos, como el Programa Nacional contra la

Figura 10.

Figura 11.

Sequía (Pronacose), el Programa Nacional contra las Contingencias Hidrometeorológicas (Pronacch) (Conagua, 2013) y varias normas de seguridad de presas. Ha implementado medidas como el establecimiento de NAMO variables o el empleo de inteligencia artificial para el cálculo del gasto de diseño de un vertedor en el año 2053 (Simental, 2019) (figura 13).

Y ha desarrollado el Atlas de vulnerabilidad hídrica en México ante el cambio climático (Arreguín, López, Rodríguez y Martín, 2015).

En la siguiente figura 15 se presentan algunos impactos del incremento y disminución de la precipitación, y el aumento de la temperatura sobre la estructura de una cortina.

Y en la figura 16 se presentan los impactos del incremento y disminución de la precipitación, y el aumento de la temperatura sobre las funciones para las que fue construida la presa.

En las tablas 1 y 2 se presentan algunas medidas de adaptación estructurales y funcionales para los impactos del cambio global (González y Arreguín, 2021).

Figura 12.

Es interesante señalar que dentro de las medidas de adaptación se incluye la puesta en fuera de servicio de las presas, medida que en México aún no se aplica, pero que puede ser una condición necesaria (Herrero, 2017).

Puesta fuera de servicio de una presa

El proyecto debe contener: • Un estudio hidrológico: avenidas, estiajes, nueva relación río-acuífero. • Un estudio hidráulico: tirantes y velocidades en la zona inundable Tr = 500 años. Riesgo de inundación. • Un estudio hidrogeomorfológico del vaso, cauce y sedimentos. Un nuevo perfil de equilibrio del río, con modificaciones en los procesos de erosión y sedimentación. • Un estudio geotécnico que analice la estabilidad del vaso del embalse vacío, la estabilidad de las laderas teniendo en consideración la velocidad de desembalse, etc. • Un estudio limnológico que analice la calidad de las aguas en el vaso y en el cauce aguas abajo. • Un estudio ambiental que analice la modificación de la zona húmeda, la revegetación del embalse, la fauna, la flora y el ecosistema ligado al cauce de aguas abajo. • Un análisis costo-beneficio frente a la situación actual. • Si se lleva a cabo una demolición parcial de la presa, hay que realizar un análisis de estabilidad de la estructura residual, incluyendo las erosiones potenciales que pueda sufrir y las afectaciones en caso de rotura.

Impactos de una puesta en fuera de una presa: • Liberación de los sedimentos: generación de islas y barras en el cauce de aguas abajo, aumento de la turbidez del agua, aumento de la concentración de nutrientes, disminución del oxígeno disuelto, etc. • Desaparición del ecosistema del vaso del embalse, etc. • Generación de residuos. • Establecimiento de un nuevo cauce fluvial. • Inestabilidad de laderas que habían quedado sumergidas. • Movilidad de especies tanto hacia aguas arriba como hacia aguas abajo. • Incrementos de la peligrosidad y del riesgo de inundación aguas abajo, etc. • Reducción en la recarga del acuífero. • Posible contaminación ligada a la calidad de los sedimentos del embalse, etc. • Reorganización de la dinámica del transporte de sedimentos, con cambios en la morfología del cauce y sus riberas.

A continuación se presentan otras medidas de adaptación incluidas en la Guía para analizar el impacto del cambio global sobre las presas de almacenamiento y derivación: • Revisar los criterios de diseño de presas, incluyendo los impactos del cambio climático y el respeto al medio ambiente. • Incluir el concepto de resiliencia en los criterios de diseño. • Revisar los periodos de retorno en el diseño de vertedores.

Figura 13.

Figura14.

Figura 15.

• Revisar las políticas de operación de las presas en operación y las de futura construcción. • Prooner criterios de diseño de núcleos de arcilla ante las nuevas condiciones de funcionamiento. • Replantear medidas de protección contra inundaciones aguas abajo e incluir sistemas de alerta temprana en obras construidas y en los criterios de diseño.

En los nuevos criterios de diseño, considerar: • Adquisición remota de datos hídricos, meteorológicos, hidrológicos y agrológicos, mediante tecnologías geoespaciales o internet de las cosas. • Manejo y procesamiento de grandes cantidades de datos, con big data o ciencia de datos. • Cómputo en la nube.

• Tecnologías de datos abiertos y desarrollo de algoritmos inteligentes. • Inteligencia artificial y robótica. • Reúso del agua antes de descargarla a los cuerpos receptores. • Revisar las reglas de diseño sobre la capacidad y el tiempo de retención.

Además: • Desarrollar políticas de gestión de la demanda que incluyan cuando sea necesario restricciones de uso del agua. • Revisar los criterios de aranceles estacionales para reducir las demandas mayores que la oferta que equilibren el riesgo y la conservación ambiental.

Figura 16.

Tabla 1. Medidas de adaptación estructurales Tipo de presa, obra o recubrimiento Sección homogénea materiales graduadas y enrocamiento con núcleo de arcilla Variable climática

Impacto potencial

Vulnerabilidad futura Incremento de la precipitación Riesgo de llenado o vaciado rápido. Las fluctuaciones rápidas en los niveles de agua provocan aumentos en la presión de poro. Como resultado, se produce un riesgo de falla por tubificación Alta

Propuestas de medidas de adaptación para presas existentes Planeación Trabajos de remediación

Operación y mantenimiento

Inspección

Puesta fuera de servicio Mejorar las técnicas de monitoreo de eventos de lluvias altas. Modificar las políticas de operación de las presas, analizar la posibilidad de establecer NAMO más bajos durante temporadas de lluvias altas Aumentar el monitoreo de la presión de poro, mejorar la frecuencia del monitoreo para estimar la estabilidad o la erosión de la cara aguas arriba

Propuesta de medidas de adaptación para presas futuras Política y regulación Planeación

Diseño Mejorar técnicas para pronosticar eventos de avenidas altas. Modificar las políticas de operación de las presas para dar lugar a NAMO más bajos durante temporadas de lluvias altas

Tabla 2. Medidas de adaptación de presas según su función Función de la presa Control de inundaciones Variable climática Incremento de la precipitación Impacto potencial El incremento del flujo a los embalses aumenta el riesgo de inundación: se requiere mayor capacidad de almacenamiento o un cambio en las políticas de operación

Vulnerabilidad futura Alta

Propuestas de medidas de adaptación para presas preexistentes según su función

Propuesta de medidas de adaptación para presas futuras Planeación Trabajos de remediación Sobreelevar la cresta del vertedor o aumentar la capacidad de descarga del vertedor Operación y mantenimiento Modificar las políticas de operación con NAMO más bajos durante periodos o temporadas de lluvias altas. Preparar sistemas de alerta temprana para inundaciones con informes en tiempo real Inspección Revisar la política de operación del vertedor. Incrementar la frecuencia de inspección Puesta fuera de servicio Si la presa no puede adaptarse para gestionar el riesgo de mayores ingresos, es posible que deba ponerse fuera de servicio Política y regulación Elaborar nuevas regulaciones de diseño relacionadas con los flujos máximos y las tormentas de diseño con fines de almacenamiento. Es posible que se requieran más presas. Planeación Construir más presas de defensa contra inundaciones para proteger vidas, bienes y servicios existentes o para reemplazar los que hayan sido dados de baja

Diseño Diseñar para eventos de lluvia más frecuentes y extremos. Aumentar la capacidad de diseño para incrementar el almacenamiento. Resiliencia de diseño para evitar derrames sobre la cortina. Aumentar volúmenes de descarga, protección contra la erosión

Figura 17.

• Priorizar los usos del agua, desarrollar técnicas de operación estacional en tiempo real. • Revisar la posibilidad de hacer más flexibles las concesiones de extracción para tener en cuenta las condiciones de captación en tiempo real.

Finalmente, es necesario señalar que todas estas medidas de adaptación deben establecerse considerando los riesgos (véase figura 17), su gestión y las medidas que puedan incrementar la resiliencia de las obras.

Referencias

Arreguín, F., M. López, O. Rodríguez y J. Martín (2015). Atlas de vulnerabilidad hídrica en México ante el cambio climático. Jiute-

pec: Instituto Mexicano de Tecnología del Agua. Disponible en: cambioglobal.uc.cl/comunicacion-y-recursos/que-es-el-cambio-global. Flores, J. (2001). Impactos ambientales de presas y bordos. México: Facultad de Ingeniería. Universidad Nacional Autónoma de México. González, F., y F. Arreguín (2021). Guía para analizar el impacto del cambio global sobre las presas de almacenamiento y derivación. Serie Investigación y Desarrollo 707. México: Instituto de Ingeniería. UNAM. Herrero, R. (2017). Consideraciones de interés para la puesta fuera de servicio de las presas. eselagua.com/2017/05/29/consideraciones-de-interes-para-la-puesta-fuera-de-servicio-de-las-presas/. Kopas, J., y A. Puentes (2009). Grandes represas en América, ¿peor el remedio que la enfermedad? Principales consecuencias ambientales y en los derechos humanos y posibles alternativas. Asociación Interamericana para la Defensa del Ambiente. International Rivers (2012). El clima equivocado para represas grandes. Destruir los ríos sólo empeorará la crisis climática. internationalrivers.org.

Recuperado de: https://www.internationalrivers.org/wp-content/uploads/ sites/86/2020/05/intlrivers_wrongclimate_esp.pdf IPCC (2021). AR6 Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Martínez, A., A. Búrquez y T. Calmus (2012). Disyuntivas: impactos ambientales asociados a la construcción de presas. Región y sociedad 24 (3): 292-307. Nunes, L.J.R., C. I. R. Meireles, C. J. Pinto Gomes y N. M. C. de Almeida

Ribeiro (2020) Global Climate Change Outlook. En: Climate change impact on environmental variability in the forest. Springer. Programa Nacional Contra Contingencias Hidráulicas, Pronacch (2013).

Comisión Nacional del Agua. Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales. Programa Nacional contra la Sequía, Pronacose (2013). Comisión Nacional del Agua. Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales. Simental, J. (2019). Estimación del gasto máximo de diseño para obras hidráulicas mediante el uso de inteligencia artificial. Tesis para optar por el grado de maestro en Ingeniería. México: Universidad Nacional

Autónoma de México.