HIDRÁULICA / ÍNDICE DE SEGURIDAD HÍDRICA A NIVEL ESTATAL EN MÉXICO / VELITCHKO G. TZATCHKOV Y COLS

Figura 3. Primera solución mundial BIM 4D totalmente integrada para el diseño de puentes.

ductividad, su instauración amplia y profunda requiere acelerar el progreso sobre los desafíos técnicos, así como asegurarse de que todos los usuarios potenciales tengan acceso a las soluciones inteligencia artificial más ingeniería civil (IA+IC) y puedan beneficiarse de ellas. Entre las medidas que pueden ser necesarias están las siguientes: • Invertir y continuar avanzando en la investigación e innovación de la IA+IC garantizando que todos puedan compartir los beneficios. • Ampliar los conjuntos de datos disponibles, especialmente en áreas donde su uso generaría beneficios más amplios para la economía y la sociedad. • Invertir en infraestructura y capital humano relevantes para la IA+IC, ampliar la base de talentos capaces de crear y ejecutar soluciones para mantener un ritmo que nos acerque a los líderes mundiales en IA. • Fomentar una mayor alfabetización en IA+IC entre los líderes empresariales y los responsables políticos, para guiar la toma de decisiones informada. • Respaldar los esfuerzos de digitalización existentes, que forman la base para un eventual despliegue de

IA+IC, tanto para organizaciones como para países.

El desafío del trabajo del futuro. Un punto de partida para abordar los posibles impactos disruptivos de la automatización en la ingeniería civil será garantizar un sólido crecimiento económico y de la productividad, que es un requisito para el crecimiento del empleo y una mayor prosperidad. La mancuerna gobierno-empresa debe ser más dinámica, cambiar el espíritu de su relación y trabajar hacia la formación de nuevas organizaciones (así sean promesas a largo plazo), de forma que se impulse la productividad y la creación de empleo en IA+IC. Abordar los problemas relacionados con las habilidades, los trabajos y los salarios requiere medidas más específicas que podrían incluir: • Creación (o protección) de sistemas educativos y lugares de trabajo centrados en la creatividad, el pensamiento crítico y el aprendizaje permanente. • Inversión de los sectores público y privado en capital humano. • Mejora del dinamismo del mercado laboral mediante el apoyo a una mejor acreditación y emparejamiento. • Replanteo del significado de los “ingresos” considerando y experimentando con programas que no sólo proporcionarían retribuciones por trabajar, sino que también dan a las acciones sentido y dignidad. • Proyección del apoyo a la transición y creación de redes de seguridad para los trabajadores que obligadamente se verán afectados.

El desafío de la IA responsable. La IA+IC no cumplirá su promesa si el público pierde la confianza en ella como resultado de violaciones a la privacidad, prejuicios o uso malintencionado, o si gran parte de la población la culpa por exacerbar la desigualdad. Será fundamental establecer la confianza en sus habilidades para hacer el bien, al mismo tiempo que se desenmascaran los usos indebidos. Los enfoques podrían incluir: • Fortalecimiento de las protecciones de los consumidores, los datos, la privacidad y la seguridad. • Establecer un marco y un conjunto de principios para el uso beneficioso y seguro de la IA en la IC.

• Intercambio de mejores prácticas e innovación continua para abordar cuestiones como la seguridad, el sesgo y la explicabilidad. • Lograr el equilibrio adecuado entre la competencia empresarial y la competencia nacional para liderar la IA, de forma que se garantice que los beneficios de la IA+IC estén ampliamente disponibles y sean compartidos sin sesgo.

A medida que los sistemas inteligentes ayuden o incluso reemplacen ciertas acciones del pensamiento humano y la mejora en procesos acelere varios engranajes (incluso ponga en movimiento algunos de cuya existencia no sabíamos), la ética que subyace a la profesión también deberá reconsiderar su papel. El reto y la promesa de la IA+IC son fantásticos, pero es un hecho que la ingeniería civil necesita moldear conscientemente la introducción de estos cambios con una absoluta claridad de lo que buscamos para el futuro como gremio y para la humanidad

Referencias

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Materials and Structures (2) 12: 423-435. Qin, S. Q. et al. (2018). Dynamic model updating for bridge structures using the kriging model and PSO algorithm ensemble with higher vibration modes. Sensors (6) 18: 1879. Rosales, M. J., y R. Liyanapathirana (2017). Data driven innovations in structural health monitoring. 12th International Conference on Damage Assessment of Structures, Japón. Silva, M., et al. (2016). A novel unsupervised approach based on a genetic algorithm for structural damage detection in bridges. Engineering Applications of Artificial Intelligence 52: 168-180. Truong, V. H. P. C. Nguyen y S. E. Kim (2017). An efficient method for optimizing space steel frames with semi-rigid joints using practical advanced analysis and the microgenetic algorithm. Journal of Construction Steel Research 128: 416-427. Zarbaf, S. E. et al. (2017). Stay cable tension estimation of cable-stayed bridges using genetic algorithm and particle swarm optimization.

Journal of Bridge Engineering (10) 22: 1-8.

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Índice de seguridad hídrica a nivel estatal en México

Muchas definiciones de seguridad hídrica han sido propuestas por diferentes autores, y se han empleado diversas metodologías para calcularla a través de índices. Como denominador común, las definiciones y metodologías propuestas consideran la disponibilidad y el acceso a una cantidad y calidad adecuadas de agua para la población y la industria, junto con un nivel aceptable de riesgo por los impactos de los extremos hidrometeorológicos y el deterioro ambiental.

VELITCHKO G.

TZATCHKOV

Tecnólogo del agua del IMTA.

FELIPE IGNACIO

ARREGUÍN CORTÉS

Profesor de la Facultad de Ingeniería, colabora en el II UNAM.

JOSÉ RAÚL

SAAVEDRA HORITA

Asesor en agua y energía para la empresa CIPRO, S.C.

JOSÉ MANUEL

RODRÍGUEZ VARELA

Subcoordinador de Hidráulica Urbana en el IMTA.

PETRONILO EDILBURGO

CORTEZ MEJÍA

Tecnólogo del agua en el IMTA.

OSCAR JESÚS

LLAGUNO GUILBERTO

Tecnólogo del agua del IMTA.

ARIZABETH

SAINOS

Tecnóloga del agua en el IMTA. Cada vez son más frecuentes los problemas y conflictos por el agua. En muchos países no se ha alcanzado la seguridad hídrica y, de hecho, ésta se encuentra cada vez más amenazada. El crecimiento poblacional, el desarrollo económico, la urbanización, la variabilidad climática resultado del calentamiento global y el propio deterioro ambiental continúan aumentando la presión sobre los recursos hídricos, de tal manera que se registran ya condiciones de escasez, permanente o recurrente, en algunas regiones.

Se requieren acciones y herramientas clave para enfrentar la situación de forma transversal, y para evaluar de manera confiable la cantidad y calidad del agua que demandan los diferentes usos; surge así el concepto de seguridad hídrica con los criterios determinantes para identificar y dimensionar brechas en cada uno de ellos, como punto de partida para hacer frente al problema del agua en el mundo.

El concepto de seguridad hídrica se introdujo por primera vez en las declaraciones ministeriales del Segundo Foro Mundial del Agua en La Haya, Holanda, en el año 2000, donde se indicó que el agua es vital para la salud de los seres humanos y los ecosistemas y un requisito básico para el desarrollo de los países. Sin embargo, los recursos hídricos y los ecosistemas relacionados están amenazados por la contaminación, el uso insostenible, los cambios en el uso de la tierra, el cambio climático y otras situaciones adversas. A pesar de todo, se han tenido avances en el análisis, comprensión y entendimiento (Gain et al., 2016), en función de variables como sequías, inundaciones, gobernanza, salud y otras que repercuten en la seguridad hídrica. El Plan Nacional de Seguridad Hídrica 2015-2050: Agua para Todos representa la hoja de ruta solidaria que México debe ejecutar como país para que el agua mejore nuestra calidad de vida, respalde nuestro crecimiento socioeconómico inclusivo y asegure la integridad de nuestro ambiente.

Introducción

México es un país de fuertes contrastes meteorológicos, hidrográficos y sociales. Aproximadamente dos terceras partes de su extensión se ubica en zonas áridas o semiáridas, que enfrentan escasez natural de agua, y sólo un tercio tiene abundancia relativamente alta de este líquido. La gestión del agua en México sigue un modelo de consejos de cuencas hidrográficas, de modo que la información sobre la disponibilidad y la gestión del agua se genera dentro de esos límites, pero la administración pública está organizada a nivel estatal. Por esta razón, es importante desarrollar índices de seguridad hídrica acordes con este nivel.

Muchas definiciones de seguridad hídrica han sido propuestas por diferentes autores, y se han empleado diversas metodologías para calcularla a través de índices. Como denominador común, las definiciones y metodologías propuestas consideran la disponibilidad y el acceso a una cantidad y calidad adecuadas de agua para la población y la industria, junto con un nivel aceptable de riesgo por los impactos de los extremos hidrometeorológicos y el deterioro ambiental. Entre estas metodologías, destaca la de Gain et al. (2016), quienes propusieron un índice global de seguridad hídrica (IGSH) para todos los países, según el sexto de los 17 objetivos globales para el desarrollo sostenible establecidos por la Organización de las Naciones Unidas, y lo calcularon en escala de país. Este IGSH tiene cuatro componentes: disponibilidad, accesibilidad a los servicios de agua y saneamiento, protección y calidad, y gestión.

En el trabajo que se reporta en este artículo, el concepto del IGSH se adapta a nivel estatal en México como un primer intento de establecer un marco de referencia común utilizando un método estandarizado para reportar y comparar la seguridad hídrica, con una definición de componentes y terminología unificada internacional.

Desarrollo del tema

Se emplearon datos oficiales en escala estatal para los componentes mencionados anteriormente; únicamente el indicador de gestión se integró con datos de las fuentes utilizadas por Gain et al. (2016). La metodología se describe en la figura 1, donde puede observarse el IGSH con sus cuatro componentes: disponibilidad, accesibilidad a los servicios de agua y saneamiento, protección y calidad y gestión del agua, con los porcentajes de ponderación mostrados en cada bloque.

El componente de disponibilidad de agua se calcula a su vez a partir de tres índices: • Índice de escasez de agua: se define como la relación entre la extracción total del agua y la suma del agua disponible más los requisitos de caudal ambiental; al considerar el volumen extraído, este índice contempla la demanda de agua para todos los fines como: público urbano, rural, industrial, agrícola, ganadero y otros. • Índice de sequía: se obtiene del análisis de los municipios afectados por la sequía o por el porcentaje de área estatal que fue afectada, en un periodo de análisis, en este caso de 2003 a 2017. En México, el Servicio Meteorológico Nacional es el organismo oficial del gobierno federal responsable de detectar el estado actual y la evolución de la sequía, a través del Monitor de Sequía en México, que publica mensualmente un mapa nacional de las áreas afectadas por la sequía, según una escala de intensidades que comprende anormalmente seca (D0), sequía moderada (D1), sequía severa (D2), sequía extrema (D3) y sequía excepcional (D4) (Ortega-Gaucin et al., 2018). • Índice de abatimiento de aguas subterráneas: se obtiene de acuerdo con la recarga natural de los acuíferos, los flujos de retorno del riego y la extracción anual de agua subterránea; si esta última es más que la recarga natural más los flujos de escorrentía, esto significa agotamiento, por lo que este índice corresponde a la relación entre la extracción de agua y la recarga natural más el retorno del riego.

El componente de accesibilidad a los servicios de agua se determina con base en la información del Instituto Nacional de Estadística y Geografía (Inegi); se generan los siguientes dos indicadores, y de éstos, un índice: • Indicador de acceso al agua potable: se obtiene al calcular la población con acceso al agua potable entre la población total. • Indicador de acceso al saneamiento: es la población con acceso al saneamiento entre la población total.

El componente de protección y calidad se calcula con base en dos índices: • Índice de calidad del agua: este índice se forma con los siguientes parámetros: oxígeno disuelto, conductividad eléctrica, pH, fósforo total y nitrógeno total.

Debido a la dificultad para conseguir información de estos parámetros en los cuerpos de agua y ríos del país, se consideró la información que la Comisión

Nacional del Agua (Conagua) publica de 4,999 sitios del país y cuya base de datos de calidad incluye: demanda bioquímica de oxígeno a los 5 días, demanda química de oxígeno, sólidos suspendidos totales y sólidos disueltos totales.

Índice de escasez de agua 70%

Índice de sequía 15% Abatimiento de aguas subterráneas 15% Acceso al agua potable 60%

Acceso al saneamiento 40% Índice de calidad del agua 50% Frecuencia global de inundaciones 50%

Índice mundial de gobernanza 70% Marco legal transfronterizo 15% Tensión política transfronteriza 15%

Disponibilidad 45% Accesibilidad a los servicios de agua 20% Protección y calidad 20% Gestión 15%

Índice global de seguridad hídrica (IGSH) Figura 1. Componentes del índice global de seguridad hídrica.

N O E S

Simbología IGSH Seguridad hídrica

Muy bajo Bajo Medio Alto Muy alto

500 250 0 500 km

Figura 2. Índices globales de seguridad hídrica de la República mexicana por estado. • Índice de frecuencia global de inundaciones: La

Conagua publica reportes de fenómenos hidrometeorológicos por municipio a través del portal del

Sistema de Información del Agua (SINA), donde se tiene la información de declaratorias de emergencia por eventos extremos emitidos del año 2000 al 2016.

A partir de información publicada del periodo indicado, se obtuvo el número total de declaratorias de emergencia por municipio, que incluye ciclones, lluvias intensas, inundaciones, bajas temperaturas, fuertes vientos, nevada-helada y tornados.

El componente de gestión del agua se calcula con tres índices: • Índice mundial de gobernanza: la gobernanza se compone de las instituciones por las que se ejerce la autoridad en un país. Esto incluye el proceso por el cual los gobiernos son seleccionados, monitoreados y reemplazados; la capacidad del gobierno para formular e implementar políticas acertadas de manera eficaz; y el respeto de los ciudadanos y del Estado por las instituciones que gobiernan las interacciones económicas y sociales entre ellos. Derivado de la falta de información de nivel estatal, se utilizó la base de datos nacional publicada por la ONU, en la que se incluye información sobre la efectividad del gobierno, la calidad regulatoria, voz y rendición de cuentas, estabilidad política, ausencia de violencia, Estado de derecho y control de la corrupción. • Índice del marco legal transfronterizo: se basa en el supuesto de que la gobernanza de una cuenca transfronteriza se rige por acuerdos legales vigentes y que estos acuerdos proporcionan un marco para la asignación de recursos para diferentes usos entre países. En el caso de México, comparte cuencas y acuíferos con otros municipios a lo largo de sus límites, al norte con los Estados Unidos de América y al sur con Guatemala y Belice. • Índice de tensión política transfronteriza: contempla las tensiones que surgen en aquellas cuencas transfronterizas en las que se planea la construcción de infraestructura hídrica que puede tornarse una fuente común de disputas entre diversas naciones.

u El índice de sequía se obtiene del análisis de los municipios afectados por la sequía o por el porcentaje de área estatal que fue afectada, en un periodo de análisis. En México, el Servicio Meteorológico Nacional es el organismo oficial del gobierno federal responsable de detectar el estado actual y la evolución de la sequía, a través del Monitor de Sequía en México, que publica mensualmente un mapa nacional de las áreas afectadas, según una escala de intensidades que comprende anormalmente seca, sequía moderada, severa, extrema y excepcional.

La información de referencia, así como los indicadores obtenidos para la aplicación de la metodología se integraron en un Sistema de Información Geográfica (SIG), con el que es posible observar de manera gráfica los resultados obtenidos. Todos los componentes y subcomponentes se valoran con la ponderación señalada en la figura 1.

El valor de IGSH obtenido depende de los pesos asignados a cada uno de los cuatro criterios de seguridad hídrica, que a su vez dependen de los pesos asignados a sus respectivos componentes. Depende también de los valores de los componentes en sí, que normalmente conllevan cierto nivel de incertidumbre. Se investigó si el IGSH propuesto es robusto con respecto a la elección de los pesos y la incertidumbre de los datos de entrada, por medio de un análisis de sensibilidad en relación con los pesos de los cuatro criterios de seguridad hídrica. Se obtuvo que el IGSH se desvía en menos del 7%, lo que demuestra que el índice es robusto con respecto a los cambios en las ponderaciones.

Para mayor detalle de esta metodología, se recomienda consultar el trabajo de Arreguín et al. (2020), reconocido con el Premio Miguel A. Urquijo al mejor artículo técnico de ingeniería civil del año 2019, otorgado por el Colegio de Ingenieros Civiles de México.

Resultados

En la figura 2 se muestra el mapa de la República mexicana con sus índices globales de seguridad hídrica a nivel estatal, calculados con la metodología propuesta en este trabajo, con base en los datos disponibles.

La tabla 1 muestra la población, porcentaje de área urbana y grado de marginación estatal (GME) que expresa la condición económica general del estado. Siete estados (Baja California, Sonora, Sinaloa, Colima, Aguascalientes, Guanajuato y Ciudad de México) tienen valores del IGSH entre 0.46 y 0.52, que corresponden, de acuerdo con la clasificación obtenida, a un índice IGSH bajo. La población de estos siete estados es del orden de 26.08 millones de habitantes, lo que representa aproximadamente el 21.7% de la población total del país. Cabe señalar que el grado de marginación en tres de estos estados también es muy bajo.

Los estados en los cuales la situación es crítica, según el índice, son Sonora, Baja California y Guanajuato, seguidos de Ciudad de México, Colima, Aguascalientes y Sinaloa.

Los estados mexicanos más propensos a ser afectados por sequía son los que se encuentran en el noroeste de México (Baja California, Baja California Sur, Sonora y Sinaloa), en el centro-norte (Chihuahua, Coahuila, Duran-