HIDRÁULICA / IMPOSTERGABLE, REDUCIR SOBREEXPLOTACIÓN DE ACUÍFEROS DEL VALLE DE

Tabla 1. Gastos medios anuales entregados por el Sistema Cutzamala, 1993-2021 Año CDMX (m³/s) Edo. de México (m³/s) Total (m³/s) 1993 8.1 0 2.91 11.01 1994 9.67 3.38 13.05 1995 9.80 3.85 13.65 1996 9.62 4.57 14.19 1997 10.16 5.05 15.21 1998 9.93 4.49 14.42 1999 10.21 5.10 15.31 2000 9.68 5.57 15.25 2001 9.64 5.51 15.15 2002 9.65 5.60 15.25 2003 9.77 5.83 15.6 2004 9.84 5.64 15.48 2005 9.84 5.64 15.48 2006 9.61 5.61 15.22 2007 9.72 5.58 15.30 2008 9.58 5.61 15.19 2009 7.74 4.92 12.66 2010 8.45 5.25 13.70 2011 9.09 5.80 14.89 2012 8.62 5.79 14.41 2013 8.09 5.24 13.33 2014 9.35 5.77 15.12 2015 9.62 6.16 15.78 2016 9.76 6.18 15.94 2017 9.89 6.17 16.06 2018 9.72 5.99 15.71 2019 9.98 5.89 15.87 2020 9.89 5.32 15.21 2021 9.40 5.45 14.85* Promedio 9.32 5.13 14.77

*Gastos entregados hasta el 15 de marzo de 2021. Fuente: SNIA, 2021.

Por otra parte, se han hecho algunas derivaciones para cubrir ciertas zonas de riego, que hoy en día suman aproximadamente 4,325 ha en el Módulo 7 del Distrito de Riego 045 y en la Unidad de Riego Las Moras-Florida. Esta área total de riego fue determinada por la Comisión Nacional del Agua (Conagua) luego de un estudio muy detallado para detectar las derivaciones autorizadas y las clandestinas; de acuerdo con este estudio, el área consume 3.46 m³/s en promedio al año.

En resumen: si a los 25 m³/s que escurren en el Sistema Cutzamala se restan los 2 m³/s de las filtraciones y los 3.46 m³/s del riego, quedan aproximadamente 20 m³/s que pueden ser finalmente utilizados para el abastecimiento al Estado de México y a la ZMCM.

Sin embargo, el cuestionamiento que surge es claro: ¿por que sólo se han alcanzado en promedio 14 m³/s desde el año 1993? Éste fue el punto de partida para llevar a cabo un análisis detallado del funcionamiento del conjunto del Sistema Cutzamala. Para ello se estudió una serie de funcionamientos combinados de las tres presas de mayor almacenamiento y de las derivadoras Tuxpan y Colorines, auxiliados por las otras dos presas derivadoras, con las premisas de evitar derrames en cualquiera de las presas y conservar los niveles mínimos y máximos de operación en cada una de ellas, de tal manera que no se afecten las necesidades propias de la región, incluidas las recreativas y turísticas de la presa Valle de Bravo.

En la información disponible del periodo 1958-1985 se registra que de la presa derivadora Tuxpan se derramaban en promedio 117 Mm³ por año, equivalentes a 3.7 m³/s. En el ejercicio del funcionamiento combinado se trata de evitar al máximo estos derrames, para lo cual se propone que toda el agua que llegue a la presa Tuxpan se derive hacia la conducción Tuxpan-El Bosque a su capacidad máxima, que sería de 21 m³/s –aunque varía en el tramo El Bosque-Ixtapan del Oro (16 m³/s) y de Ixtapan del Oro a Colorines (19 m³/s)–, incluyendo el aprovechamiento del río Zitácuaro.

Siguiendo con el ejercicio, toda el agua que llega a la presa Colorines procedente de esas derivaciones se envía directamente a la conducción Colorines-Los Berros, hasta una capacidad de 20 m³/s; en caso de que no se lleguen a cubrir los 19 m³/s, la presa Valle de Bravo envía los escurrimientos faltantes, conjuntamente con las derivaciones de las presas Chilesdo y Villa Victoria.

Para los funcionamientos se tomó un periodo de análisis de 28 años (1988-2015); el escurrimiento en cada una de las presas se obtuvo con diferentes métodos: mediciones directas con estaciones hidrométricas, cálculos con base en información obtenida directamente del funcionamiento de cada una de las presas e información obtenida con métodos indirectos de relaciones lluvia-escurrimiento.

Con la operación planteada se evita la mayor parte de los derrames en la presa derivadora Tuxpan, ya que éstos se reducen de 117 a 40 Mm³.

Se recopiló y procesó una gran cantidad de información, que fue integrada para llevar a cabo 18 modelos diferentes de operación del Sistema Cutzamala realizados a través de la adecuación de los programas LabSid Acquanet y MODSIM; con ellos, y a partir de las condiciones iniciales, fue posible determinar la mejor forma de aprovechamiento del conjunto del Sistema Cutzamala. El promedio de captación que se obtuvo de todos los modelos resultó de 18.65 m³/s. Finalmente, se seleccionó el modelo que más se apega a las condiciones actuales, respetando el nivel mínimo que se ha tenido para la operación de cada una de las presas, y resultó un promedio 18.35 m³/s (véa-

m³/s 20.00 19.00 18.00 17.00 16.00 15.00 14.00 13.00 12.00 11.00 10.00 1988 1988 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001

2002 Año 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

Figura 3. Gastos entregados por el Sistema Cutzamala con la simulación realizada. 2010 2011 2012 2013 2014 2015 se figura 3). En este modelo, de los 336 meses analizados, únicamente en 35 no se entregó el gasto deseado de 19 m³/s, lo que representa un 10.4% menos.

Mediante un ejercicio para el funcionamiento combinado de las tres presas de mayor almacenamiento del Sistema ¿Desea opinar o cuenta con mayor información sobre este tema? Cutzamala se llevaron a cabo 18 modelos de operación Escríbanos a ic@heliosmx.org

para determinar la mejor forma de aprovechamiento del conjunto del sistema; con el modelo que más se apega a las condiciones reales, se obtuvo un nivel de captación cercano a los 19 m³/s, salvo en algunos meses en los que se propone completar los gastos con los pozos del Valle de México

Banco Mundial (2015). Cutzamala. Diagnóstico integral. Ciudad de México. Comisión Nacional del Agua, Conagua (2005). Sistema Cutzamala. Agua para millones de mexicanos. México. Conagua (2014). Anteproyecto para las conducción Tuxpan-El Bosque y El Bosque-Colorines, independizando las demandas de riego y agua potable, estados de Michoacán y México. Ciudad de México. Planeación y Proyectos de Ingeniería, S. C. y Conagua (2016). Estudio para optimizar el aprovechamiento de los escurrimientos que llegan a la presa Tuxpan-presa El Bosque, Michoacán, Sistema Cutzamala. Ciudad de México. Sistema Nacional de Información del Agua, SNIA (marzo de 2021). http:// sina.conagua.gob.mx/sina/tema.php?tema=sistemaCutzamala Anuncio CICM junio CIMESA_3jun2021.pdf 1 03/06/21 16:16

Se hace una breve descripción del desarrollo de la ciudad y de su zona metropolitana; se expone el proceso de hundimiento y de la sobreexplotación y se presenta de manera muy resumida el resultado de un ejercicio realizado para determinar el costo de la sobreexplotación y del hundimiento, esto último con el objetivo de que se dimensione el problema y se tomen las medidas para solucionarlo.

CÉSAR

Responsable técnico de 2050 El equilibrio hidrológico cuenta, A.C.

JUAN PABLO

Director asociado de Ingeniería y Gestión Hidráulica, S. C. La problemática relacionada con el agua en el Valle de México ha estado presente desde la fundación de la gran Tenochtitlan –especialmente dotar de agua potable a la población y enfrentar las severas inundaciones provocadas por la falta de infraestructura para desalojar las aguas de lluvia y residuales– hasta los hechos recientes del siglo pasado, con la sobreexplotación del acuífero y los hundimientos, eventos que orillaron a las autoridades a construir grandes obras hidráulicas para abasto de agua y drenaje.

Pero hay otro problema silencioso que ha avanzado lentamente, casi sin que la población lo perciba pero con efectos dañinos muy considerables: el hundimiento de la ciudad. Para la gran mayoría de la población de la ciudad, el hundimiento del Palacio de las Bellas Artes o las escalinatas agregadas a la Columna de la Independencia pasan inadvertidas, están acostumbrados a verlas; encharcamientos y la presencia de grietas en algunas zonas de la ciudad son también parte de la vida cotidiana.

Pero el hundimiento no puede continuar. Es una manifestación de otro problema también relacionado con el agua: la explotación desmedida de los acuíferos del Valle de México a lo largo de muchos años. La sobreexplotación resultó una manera fácil de atender la demanda de agua para la población y para la agricultura, hasta que se encontró la relación entre ésta y el hundimiento. La reducción de la explotación de agua será un proceso que seguramente tomará tiempo, pero hay que iniciarlo ya.

La extensión de la mancha urbana de la ZMVM ha crecido a un ritmo tres veces superior que el de su población. Para el 2015 se tenía una población aproximada de 21.4 millones de habitantes, de los cuales casi 12.5 millones correspondían a los municipios del Estado de México, Hidalgo y Tlaxcala, es decir, menos de la mitad pertenecían a la Ciudad de México. Para el año 2050, conforme a las proyecciones realizadas, la Ciudad de México mostrará un decremento de 640 mil habitantes, alcanzando una población estimada de 8.26 millones de habitantes. Los municipios del Estado de México, Tlaxcala e Hidalgo muestran una tendencia de crecimiento en el periodo referido.

Actualmente la región se ve severamente amenazada por la sobreexplotación de los recursos naturales, los cambios de uso del suelo y los problemas asociados con una urbanización desordenada. Se trata de la región más poblada del país, con alta concentración de habitantes y actividades económicas. El tamaño de la mancha urbana de la Ciudad de México y su zona conurbada ha cubierto más del 50% de las zonas de recarga de sus acuíferos. La sobreexplotación de acuíferos ha propiciado la desaparición de manantiales, lagos y múltiples humedales en toda la región, con impactos que han llevado a desequilibrios muy importantes.

La desecación del área lacustre aceleró el crecimiento de la mancha urbana en el Valle de México, y desplazó a importantes zonas boscosas de las partes bajas de las sierras. La pérdida de enormes áreas de bosque en la región afecta a la dinámica hidrológica, pues estos ecosistemas prestan valiosos servicios ambientales. Los habitantes de la región y los sistemas urbanos requieren para su sostenibilidad los servicios ambientales que proporcionan los ecosistemas que se preservan en la áreas naturales protegidas (ANP) y otras zonas destinadas a la conservación de la naturaleza.

En cuestión de aguas superficiales, el desequilibrio se asocia con la deforestación de bosques en las partes altas de la cuenca, lo que ha provocado que se pierda capacidad de retención, con lo que no solamente se elimina la posibilidad de que se infiltre de forma natural agua hacia los acuíferos, sino que se han incrementado las crecientes, el arrastre de sedimentos y la pérdida irreversible de suelos. Esta situación provoca, además de avenidas que rebasan la capacidad de los cauces, que la infraestructura hidráulica se azolve y pierda operatividad y capacidad hidráulica; afecta a los cauces,

2220000

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km

440000 460000 480000 500000 520000 540000 Crecimiento de la mancha urbana ZMVM 1524-2020

ZMVM

Límite estatal

Límite municipal

Crecimiento urbano Años

1524 1700 1845 1910 1940 1980 1990 2000 2010 2020

Proyecto UTM Zona 14 DAT UM: W G 584 Cuadrícula: 20,000 m

Figura 1. Evolución de la mancha urbana en el Valle de México.

vasos, lagos y manantiales. La expansión de la mancha urbana ha generado, además, que las aguas residuales sean vertidas hacia los cauces sin tratamiento.

La subsidencia en el Valle de México tiene como principal causa la pérdida de presión de acuíferos, que ocurre por la excesiva extracción de agua subterránea de formaciones hidrogeológicas permeables que subyacen a las formaciones arcillosas extraordinariamente compresibles, ubicadas bajo el lecho del antiguo Lago de Texcoco. La disminución súbita de presión hidrostática, debida al bombeo de agua subterránea en el estado arenoso subyacente a las arcillas, origina un flujo descendente, un proceso de drenado, una disminución de presión hidráulica en la arcilla, que incrementa los esfuerzos efectivos en el subsuelo, reduce la relación de vacíos y conlleva un proceso de consolidación y hundimiento. El hundimiento ocurre en forma heterogénea, lo cual depende tanto del espesor de las formaciones arcillosas y de la evolución de los niveles del acuífero como de los procesos complementarios de carga, los cuales aceleran los procesos de consolidación. Primeras señales del hundimiento En el antiguo lago de Texcoco, a través de siglos se depositaron grandes volúmenes de arcilla. Ésta permaneció sumergida y saturada hasta que la actividad humana modificó el funcionamiento hidrológico del Valle de México; primero, mediante la desecación de dicho lago al construir obras de drenaje para descargar el agua pluvial hacia la cuenca del río Tula, y posteriormente con la proliferación de pozos para la extracción de agua subterránea.

La subsidencia acumulada de 1862 a 2019 alcanzó máximos en la parte central de la Ciudad de México, donde acumula un orden de 15 m en la zona del actual aeropuerto; la mayor parte del asentamiento en la zona centro fue generada en el periodo de 1940 a 1960, en la medida en que la extracción de aguas subterráneas se incrementó debido a la creciente demanda provocada por el crecimiento demográfico y su desarrollo económico asociado.

Es necesario destacar que la problemática del hundimiento se concentra en donde estuvo anteriormente el antiguo gran Lago de Texcoco, siendo los rellenos lacustres el material con elevado contenido de arcillas. Las zonas con rellenos arcillosos de mayor espesor son las más susceptibles de consolidarse por el drenado de las arcillas, como efecto de la sobreexplotación.

Problemas generados Entre los problemas atribuibles al hundimiento se encuentran: • Los inherentes al hundimiento general del terreno. La pérdida de capacidad hidráulica de canales, atarjeas y colectores sanitarios que operan por gravedad, así como la pérdida irreversible de capacidad de almacenamiento del acuífero. • Los relacionados con el hundimiento diferencial y agrietamientos asociados. La afectación estructural de edificaciones, debida a su inclinación y a un creciente esfuerzo para conservar su estabilidad, que conlleva a una mayor vulnerabilidad sísmica. Deformaciones y falla estructural en vías de comunicación. Rotura de instalaciones hidráulicas, eléctricas y de hidrocarburos. Depreciación de inmuebles y propiedades.

Afectación a lagos naturales y artificiales. Deterioro estructural de monumentos y edificaciones históricas.

Como ejemplos conocidos de estos problemas, se pueden citar: • El Gran Canal del Desagüe, que modificó su pendiente de 19 cm por kilómetro a principios del siglo XX, hasta presentar contrapendiente en algunos tramos en el año 2000, con la necesidad de dos plantas de bombeo para su operación. • Numerosas viviendas, instalaciones de metro y vialidades ubicadas en las zonas de Tláhuac e Iztapalapa. En particular, las viviendas presentan una afectación notable debido al hundimiento diferencial, que acumula sus efectos con el paso del tiempo y, en aquellas zonas que presentan un mayor gradiente anual de hundimiento, se concentran múltiples grietas en el terreno, que ponen en riesgo la estabilidad de las edificaciones con daños que se magnifican con la actividad sísmica. • La frecuente rotura de acueductos en la zona de Tláhuac, que agudiza el problema de tandeos y escasez de agua. • La inclinación de la Catedral Metropolitana y de su edificio de Sacristía.

La subsidencia se acentuó desde mediados del siglo XX, cuando las necesidades de agua potable de la ciudad llevaron a la explotación cada vez más intensa de los acuíferos de la cuenca, con el consiguiente drenaje del agua desde los estratos de suelo blando y su consolidación.

Dos temas de máxima relevancia son el hundimiento diferencial y las grietas, ya que son los que causan mayores problemas estructurales a la infraestructura y al terreno.

Un análisis espacial de la variación del hundimiento a través del tiempo para un mapa de velocidad de hundimientos del periodo 1999-2007, aunado a las grietas registradas en el Atlas de Riesgos 2014 de la CDMX, permiten confirmar los siguientes datos: • Tanto el mayor hundimiento diferencial como el agrietamiento se presentan en los alrededores de los cerros que rodean el antiguo Lago de Texcoco, principalmente en las alcaldías Iztapalapa y Tláhuac en la CDMX y

los municipios de Valle de Chalco Solidaridad, Nezahualcóyotl y Chimalhuacán, en el Estado de México. • Las grietas se concentran en general en zonas que presentan el mayor hundimiento diferencial. • Existen importantes elementos de infraestructura, como es la línea A del metro, construida en una zona de alto hundimiento diferencial y agrietamiento, con serias consecuencias. • Existen pozos de agua potable que presentan serios problemas de calidad del agua en sitios próximos a agrietamientos en la zona de Tláhuac e Iztapalapa. • Múltiples viviendas clasificadas como damnificadas en la zona de Tláhuac e Iztapalapa durante el sismo de 2017 coinciden con grietas registradas en el Atlas de Peligros y Riesgos de la Ciudad de México (2014). • La repercusión de los asentamientos diferenciales afecta mayormente a las construcciones antiguas, ya que acumulan los hundimientos y sus variaciones a lo largo del espacio y del tiempo, con crecientes diferenciales a lo largo del terreno, que se traducen en inclinaciones, las cuales dan origen a crecientes esfuerzos estructurales que comprometen paulatinamente la estabilidad de las edificaciones. • En los edificios históricos, la principal problemática es debida a asentamientos diferenciales, es decir, la deformación no es uniforme bajo la cimentación, debido principalmente a que distintos sitios han alcanzado diferentes grados de consolidación, dependiendo del peso de los edificios previos a los actuales y al espesor de los estratos de arcillas.

Mediante una reconstrucción del balance de agua subterránea actual, junto con una hipótesis del comportamiento histórico de dicho balance, donde se tomaron como principales variables el crecimiento de la población y la construcción de fuentes alternas de abastecimiento, como lo fueron en su momento los sistemas Lerma y Cutzamala, se hicieron estimaciones de la sobreexplotación de agua subterránea. Para el año 2019, se estimó que con una recarga de 31,7 m³/s y extracción de 59.5 m³/s, la sobreexplotación era de 27.9 m³/s. Esto significa que ese año se vaciaron unos 880 millones de metros cúbicos. Este valor es muy importante porque más adelante se hace un estimado del valor del metro cúbico sobreexplotado.

El Valle de México cuenta con siete acuíferos; cuatro de ellos abastecen a la zona metropolitana. Los acuíferos son: Zona Metropolitana de la Ciudad de México, Chalco-Amecameca, Texcoco y Cuautitlán-Pachuca. En realidad, estos cuatro acuíferos están conectados y sus límites son líneas imaginarias, propuestas por la Comisión Nacional del Agua para fines administrativos. El proceso de sobreexplotación se inició en la zona centro de la CDMX; posteriormente se trasladó a la zona sur, donde fueron reubicados y construidos nuevos

aprovechamientos subterráneos. Cuando el nivel del agua en los pozos comenzó a descender, se exploró la posibilidad de obtener volúmenes desde otras cuencas y se creó el Sistema Lerma, el cual cuenta con una serie de pozos ubicados en el acuífero del valle de Toluca, lo que permitió el trasvase de caudales a la CDMX que superaron los 13 m³/s. Actualmente el trasvase es menor de 5 metros cúbicos por segundo.

La población de la CDMX presentó un crecimiento acelerado en el decenio de 1960, periodo en el cual se decidió perforar un conjunto de baterías de pozos “de emergencia” en otros acuíferos, también ubicados en el Valle de México al amparo del “Plan de Acción Inmediata”. Su objetivo era proveer el agua faltante a la población mientras no se contara con una nueva fuente externa. Fue entonces que se decidió abastecerse con agua del Sistema Cutzamala. La primera etapa se diseñó para captar y conducir un gasto de 4 m³/s de la presa Villa Victoria; se incluyó la planta potabilizadora Los Berros; la segunda etapa, con un gasto de diseño de 6 m³/s, aprovechaba las aguas almacenadas en la presa Valle de Bravo, y la tercera etapa, con un gasto de diseño adicional de 9 m³/s, comprende los subsistemas Chilesdo y Colorines.

El agua del Sistema Cutzamala se deriva, en primer lugar, hacia la ciudad de Toluca, y el resto se envía a la ZMVM. En promedio, se entregan 4.5 m³/s al Estado de México (de los cuales aproximadamente 0.8 m³/s corresponden a la ciudad de Toluca); el caudal restante de 9.7 m³/s se transfiere a la Ciudad de México.

No obstante haberse construido el Sistema Cutzamala, la insuficiencia de agua se manifestó en zonas donde las aguas de esa fuente no llegaban con la infraestructura de conducción existente. Por ello, fue necesaria la perforación de pozos en sitios donde a priori se reconocía que la calidad del agua no era buena, en el oriente de la CDMX. Mediante plantas potabilizadoras a pie de pozo se han tratado dichos volúmenes de agua, sin mucho éxito; el líquido entregado a la población, en muchos casos, no cuenta con la calidad establecida por la norma correspondiente.

La sobreexplotación de agua subterránea es causa de afectaciones, tanto para el ambiente como para la sociedad. Para el caso particular de la Ciudad de México, un estudio reciente de los efectos de la sobreexplotación señala dos temas críticos: 1. Agotamiento en cantidad y calidad de la fuente única de abastecimiento. La población que no recibe agua de los sistemas Lerma y Cutzamala depende exclusivamente del agua subterránea. El paulatino agotamiento de las fuentes subterráneas y el aumento de la población ha

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