Plan de Resiliencia Hídrica para la Zona Patrimonial de Xochimilco; Tláhuac y Milpa Alta

PLAN DE RESILIENCIA HIDRICA PARA LA ZONA PATRIMONIAL DE XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

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PROJECT TEAM Deltares

Universidad Autónoma Metropolitana UAM

Evaluación de Riesgos Naturales (ERN) Proyectos Keystone BARRAZA PREPARADO POR APOYO FINANCIERO FECHA DISEÑO Y FOTOGRAFIA

D

Dr. Hans Gehrels Líder el equipo Corine ten Velden MSc. Didrik Meijer MSc. Marta Faneca Sánchez MSc. Laurene Bouaziz MSc. Tommer Vermaas MSc. Begoña Arellano Jaimerena MSc. Stefanía Valenzuela Velázquez Dr. Eugenio Gómez Reyes Project manager UAM-Iztapalapa Dr. Alberto González Pozo UAM-Xochimilco Mtro. Roberto Constantino Toto UAM-Iztapalapa Dr. Felipe Omar Tapia Silva UAM-Iztapalapa Dr. César Arredondo Vélez Dr. Marco Antonio Torres Pérez Negrón Arturo Farias Juan Pablo Rico Mtra. Cecilia Barraza Mtra. Nora A. Morales UAM-Cuajimalpa DELTARES, UAM, ERN, Keystone and Barraza Rockefeller Philanthropy Advisors, Inc. JULY 2019 Nora A. Morales Zaragoza Cecilia Barraza

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PLAN DE RESILIENCIA HIDRICA PARA LA ZONA PATRIMONIAL DE XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA Xochimilco Resiliente INFORME FINAL 2019

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FPLAN PLAN DE RESILIENCIA HIDRICA PARA LA ZONA PATRIMONIAL DEDE XOCHIMILCO, DE RESILIENCIA HIDRICA PARA LA ZONA PATRIMONIAL XOCHIMILCO,TLAHUAC TLAHUACYYMILPA MILPA ALTA ALTA

INDICE Resumen ejecutivo 1 Introducción 1.1 Un plan de Resiliencia Hídrica para la Zona Patrimonial 1.1.1 Zona Patrimonial de XTMA 1.1.2 Historia de las chinampas 1.2 Alcances y objetivos 1.3 Enfoque 1.3.1 Modelación regional y local del sistema hídrico 1.3.2 Consultas a actores 1.3.3 Talleres participativos 1.3.4 Selección de propuestas de proyectos

1 6 6 7 9 11 12 12 13 13 14

2 Desafíos y principios para un sistema hídrico resiliente 17 2.1 Introducción 17 2.2 Desafíos hídricos en la Zona Patrimonial 17 2.2.1 Dependencia de la derivación entre cuencas y de la extracción de aguas subterráneas 18 2.2.2 Sobreexplotación del acuífero 18 2.2.3 Filtraciones del sistema de agua potable 19 2.2.4 Inundación de las chinampas 19 2.2.5 Asentamientos informales y calidad del agua 19 2.3 El concepto de resiliencia 20 2.4 Principios de resiliencia para la Zona Patrimonial 23 2.5 Zonificación 26 2.5.1 Área urbana 28 2.5.2 Área de Chinampas 29 2.5.3 Áreas propensas a inundaciones 30 2.5.4 2.5.4 Áreas agrícolas 31 2.5.5 Asentamientos informales 31 3 Incorporando el riesgo sísmico en la resiliencia hídrica 33 3.1 Resumen ejecutivo 33 3.2 Introducción 35 3.2.1 Objectivos 35 3.2.2 Localización 36 3.3 Evaluación del riesgo sísmico 37 3.3.1 Introducción y antecedentes 37 3.3.2 Resumen de la sismicidad en el área de estudio 38 3.3.3 Metodología para la Evaluación Probabilística del Riesgo Sísmico (PSHA) 39 3.3.4 Resultados del riesgo sísmico 44 3.3.5 Geología y subsidencia 48 3.3.6 Influencia de la Subsidencia en los Resultados de Riesgo Sísmico 56 3.4 Funciones de vulnerabilidad para infraestructura hidráulica 58 3.4.1 Introducción 58 3.4.2 Funciones de vulnerabilidad para el sistema de agua potable 60 3.4.3 Funciones de vulnerabilidad para el sistema de drenaje 63 3.4.4 Funciones de vulnerabilidad para pozos 64 3.4.5 Funciones de vulnerabilidad para tanques 65 3.4.6 Plantas de tratamiento y de cloración 67

G

3.5 Estimación del riesgo 3.5.1 Introducción 3.5.2 Análisis Probabilista de Riesgo 3.5.3 Exposición 3.5.4 Máxima pérdida probable 3.5.5 Pérdida promedio anual 3.5.6 Resultados adicionales 3.6 Implicaciones para inversiones futuras 3.6.1 Reconnexión del Río Amecameca con la Zona Patrimonial 3.6.2 Humedales lineales en los bordes de transición 3.6.3 Sistema de Control Hídrico 3.6.4 Regeneración de PEX Xochimilco 3.6.5 Corredores verdes

69 69 70 71 73 74 77 77 77 78 79 80 80

4 Modelación regional y local de los sistemas hídricos 4.1 Introducción 4.2 Modelación Regional de la Cuenca de México 4.2.1 Resultados del Modelo Hidrológico 4.2.2 Resultados del Modelo Hidrogeológico 4.3 Modelación local de la Zona Patrimonial 4.3.1 Resultados del Modelo Hidrodinámico

83 83 83 83 90 100 101

5 Convirtiendo resultados en acción comunitaria 5.1 Talleres comunitarios y entrevistas 5.2 Descripción del análisis 5.2.1 Objetivo general 5.2.2 Objetivos específicos 5.3 Metodología 5.4 Diseminación y socialización del modelo hidrológico 5.5 Resultados 5.5.1 Sector turístico tradicional 5.5.2 Sector productivo 5.5.3 Recomendaciones finales

105 105 106 106 107 107 112 114 114 115 117

6 Desarrollo de portafolio de proyectos 6.1 Mapeo de actores institucionales 6.2 Solicitud de propuestas de proyectos 6.3 Selección de proyecto 6.3.1 Reconexión del Río Amecameca al ZP 6.3.2 Humedales lineales 6.3.3 Sistema de control de agua 6.3.4 Corredores verdes 6.3.5 Parque y museo de la cultura del agua 6.4 Posibles fuentes de financiamiento 6.5 Conclusiones del capítulo

119 119 120 122 123 126 130 132 135 138 141

7 Conclusiones 7.1 Un portafolio de proyectos para un sistema hídrico resistente 7.2 Evaluación del riesgo geológico 7.3 Modelación regional y local del sistema hídrico 7.4 Análisis participativo de stakeholders 7.5 Desarrollo de un portafolio de proyectos

145 145 145 147 148 148

Referencias 152

H

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ApĂŠndices

158

A Biophysical area description

A.1 Basin of Mexico

A.1.1 Location

A.1.2 Topography

A.1.3 Climate

A.1.4 Main Waterbodies

A.1.5 Water management

A.2 Mexico City

A.2.1 Location

A.2.2 Climate

A.2.3 Population

A.2.4 Water system

A.3 Zona Patrimonial: Xochimilco, Milpa Alta and TlĂĄhuac

A.3.1 Location

A.3.2 Topography

A.3.3 Climate

A.3.4 Population

A.3.5 Water System

A.3.6 Water Quality

158

B Data acquisition

B.1 Digital Elevation Model

B.2 Laser Imaging Detection and Ranging (LIDAR)

B.3 Watershed

B.4 Drainage network

B.5 Water treatment network

B.6 Meteorological data

B.7 Hydrography

B.8 Chinampa channel network

B.9 Bathymetry of channel network

B.10 Water quality of channel network

B.11 Runoff coefficient

B.12 Hydrometry

B.13 Aquifers

B.14 Geology

B.15 Groundwater abstractions

B.16 Groundwater levels

176

C Hydrological model for the Basin of Mexico

C.1 Hydrological concept: Wflow

C.2 Model structure

C.3 Soil, land cover and model parameters

C.4 Rainfall 182

C.5 Potential evapotranspiration

C.6 Model validation data

184

I

D Groundwater model for the Basin of Mexico

D.1 Hydrogeological conceptual model

D.2 Groundwater abstractions

D.5 Model limitations

198

E Hydraulic model for the Zona Patrimonial

E.1 Model setup

E.1.1 Network: channels and cross sections

E.1.2 Boundary conditions

E.1.3 Lateral inflows

E.2 Model limitations

209

F Probabilistic Seismic Hazard Assessment 215

F.1 Historical Earthquake Catalog

F.2 Characterization of the Seismic Sources

F.3 Seismicity Models F.3.1 Modified Gutenberg-Richter (G-R) F.3.2 Characteristic earthquake model

F.4 Ground Motion Prediction Equations F.4.1 Interface sources F.4.2 Intraslab sources F.4.3 Intraplate sources

F.5 PSHA Methodology F.5.1 Computation tool F.5.2 Methodological framework

F.6 Modification of the Seismic Hazard Caused by Site Effects

F.7 Seismic Hazard Maps for Rock F.7.1 Tr=43 years F.7.2 Tr=250 years F.7.3 Tr=475 years F.7.4 Tr=2475 years

F.8 Seismic Hazard Maps for Soil F.8.1 Tr=43 years F.8.2 Tr=250 years F.8.3 Tr=475 years F.8.4 Tr=2475 years

F.9 Seismic Hazard Results Influenced by Subsidence Problem F.9.1 Subsidence for 2020 F.9.1.1 Tr=43 years F.9.1.2 Tr=250 years F.9.1.3 Tr=475 years F.9.1.4 Tr=2475 years F.9.2 Subsidence for 2030 F.9.2.1 Tr=43 years F.9.2.2 Tr=250 years F.9.2.3 Tr=475 years F.9.2.4 Tr=2475 years F.9.3 Subsidence for 2040

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F.9.3.1 Tr=43 years F.9.3.2 Tr=250 years F.9.3.3 Tr=475 years F.9.3.4 Tr=2475 years F.9.4 Subsidence for 2050 F.9.4.1 Tr=43 years F.9.4.2 Tr=250 years F.9.4.3 Tr=475 years F.9.4.4 Tr=2475 years F.9.5 Subsidence for 2070 F.9.5.1 Tr=43 years F.9.5.2 Tr=250 years F.9.5.3 Tr=475 years F.9.5.4 Tr=2475 years

G Building of Vulnerability Functions 247

G.1 Methodology used G.1.1 Fragility to vulnerability G.1.2 Simplified estimation of loss state associated to a performance parameter

G.2 Vulnerability Functions for Drinking Water Network G.2.1 Seismic vulnerability curves for drinking water network G.2.2 Subsidence vulnerability curves for drinking water network

G.3 Vulnerability Functions for Wells G.3.1 Seismic vulnerability curves for wells G.3.2 Subsidence vulnerability curves for wells

G.4 Vulnerability Curves for Tanks G.4.1 Seismic vulnerability curve for tanks G.4.2 Subsidence vulnerability curve for tanks

H Exposure Summary 270

H.1 Information given to ERN H.1.1 Hydraulic infrastructure H.1.2 Urban Infrastructure

H.2 Complementary Information H.2.1 Hydraulic Infrastructure H.2.2 Urban Infrastructure

H.3 Exposure per infrastructure type

I Annual Average Loss Maps

275

J Risk Analysis for September 19th Events and Critical Scenario 281

J.1 September 19, 1985 earthquake

J.2 September 19, 2017 earthquake

J.3 Critical Scenario

K

K The Process of Portfolio Development 307

K.1 Systemic analysis

K.2 Mapping institutional stakeholders K.2.1 Integral stakeholder analysis Step 1- Identification of all potential actors Step 2- Stakeholder Categorization Step 3 - Integral mapping of stakeholders Step 4- Determination of the engagement strategy

K.3 Participatory workshops K.3.1 Workshop 1 K.3.2 Workshop 2 K.3.3 Workshop conclusions on proposed projects

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DE RESILIENCIA HIDRICA PARA PARA LA ZONA PATRIMONIAL DE XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA ALTA NPLAN PLAN DE RESILIENCIA HIDRICA LA ZONA PATRIMONIAL DE XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA

RESUMEN EJECUTIVO

Este es el reporte final del proyecto llamado ‘Plan de Resiliencia Hídrica para la Zona Patrimonial de Xochimilco, Tlahuac y Milpa Alta’. El proyecto ha sido llevado a cabo por Deltares, Universidad Autónoma Metropolitana (UAM), Evaluación de Riesgos Naturales (ERN), Keystone y Cecilia Barraza, en cercana colaboración con la Agencia de Resiliencia de la CDMX (ARCDMX).

El objetivo general de la Agencia de Resiliencia con el proyecto era mejorar la resiliencia al agua de la Zona Patrimonial (ZP), con el fin de permitir a la ZP hacer frente a los desafíos del cambio climático, los riesgos geológicos y los problemas sociales, económicos y ambientales.

El objetivo del proyecto es restaurar el sistema hídrico de la zona de manera que pueda hacer frente a los efectos del cambio climático y a los retos socioeconómicos que están poniendo presiones sobre el sistema hídrico.

El sistema hídrico de la Zona Patrimonial se enfrenta a muchos desafíos incluyendo fugas del sistema de tuberías, la escasez de agua y los problemas de calidad de agua relacionados al drenaje de aguas residuales desde los asentamientos informales. Las altas tasas de extracción de agua subterránea dentro de la cuenca causan compactación y hundimiento y provocan daños en la infraestructura de la red de agua. El reciente terremoto de 2017 provocó la fractura de una presa y las consiguientes inundaciones.

Para superar estos desafíos y la creciente presión del crecimiento demográfico y el cambio climático en las zonas urbanas, las ciudades deben explorar estrategias para desarrollar sus capacidades de resiliencia.

La resiliencia urbana, según lo establecido por 100 Resilient Cities, se define como la capacidad de los individuos, las comunidades, las instituciones, las empresas y los sistemas dentro de una ciudad para sobrevivir, adaptarse y crecer sin importar el tipo de estrés crónico y los shocks severos que experimenten (100 Resilient Cities, 2015).

Dentro de este proyecto, se realiza una evaluación geológica e hidrológica de la Zona Patrimonial en combinación con un análisis de

RESUMEN EJECUTIVO

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El objetivo general de la Agencia de Resiliencia con el proyecto era mejorar la resiliencia al agua de la Zona Patrimonial (ZP), con el fin de permitir a la ZP hacer frente a los desafíos del cambio climático, los riesgos geológicos y los problemas sociales, económicos y ambientales. El objetivo del proyecto es restaurar el sistema hídrico de la zona de manera que pueda hacer frente a los efectos del cambio climático y a los retos socioeconómicos que están poniendo presiones sobre el sistema hídrico.

actores para desarrollar un portafolio de proyecto para un plan de resiliencia hídrica para mejorar y mantener el sistema hídrico de la ZP. El proyecto se enfoca en [1] entender los desafíos y principios para un sistema hídrico resiliente, [2] estimar el riesgo geológico de terremotos y subsidencia sobre la infraestructura hídrica en la ZP, [3] entender el sistema hídrico incluyendo agua superficial y subterránea, [4] análisis de stakeholders, talleres y entrevistas con comunidades locales y actores importantes para identificar intereses compartidos o conflictos entre los stakeholders, [5] el desarrollo de un plan de resiliencia hídrica que incluya intervenciones específicas para mejorar el sistema hídrico, y [6] una evaluación de impactos de las medidas seleccionadas.

Sistema hídrico resiliente Un principio importante de un sistema hídrico resiliente es entender que el agua es parte del problema y de la solución. Las principales cualidades de un sistema resiliente incluyen la habilidad de aprender (reflectividad), habilidad de fácilmente reorientar los recursos (ingenio), la habilidad de limitar la propagación de los fallos (robustez), la presencia de una capacidad de reserva (redundante), estrategias alternativas (flexibilidad), amplia consulta y comunicación (inclusividad) y la integración de sistemas que sean capaces de trabajar juntos.

Riesgo geológico Un análisis probabilístico fue realizado para estimar las intensidades asociadas a riesgo sísmico dentro de la Zona Patrimonial de Xochimilco, Tlahuac y Milpa Alta. Un catálogo con más de 100 años de data histórica de terremotos fue compilado y alrededor de 45 fuentes sísmicas fueron definidas a lo largo del territorio Mexicano. Una ventaja principal de un análisis probabilístico es que considera la incertidumbre, el cual es un aspecto importante ya que la ocurrencia sísmica es incierta y, por ende, no puede ser analizada como un proceso determinístico. Adicionalmente, efectos del sitio, causados por estratos profundos blandos, pueden ocurrir en la región, y por ende fueron incluidos a través de funciones de transferencia, que en términos generales, relacionan la rigidez del suelo (período dominante del suelo) con el factor de amplificación. Se llevaron a cabo análisis para cuatro diferentes períodos de retorno: 43, 250, 475 y 2475 años. Finalmente, la influencia de la subsidencia en las intensidades sísmicas fue estudiada.

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Las mayores intensidades sísmicas ocurren en el medio del distrito Tláhuac, justo en el límite de la Zona Patrimonial. Se observó que hay una relación directa entre cambios en la intensidad y la alineación de las fracturas; especialmente para la ordenada espectral de 0.2s. Las intensidades sísmicas van de 0.03 a 1.4g, dependiendo de la ordenada espectral y los periodos de retorno evaluados. Estas intensidades eran esperadas ya que esta zona se caracteriza por un suelo de estratos blandos y efectos de sitio que considerablemente amplifican las zonas sísmicas.

Modelación regional y local del sistema hídrico Se realizó recopilación de información, análisis y modelamiento del sistema hídrico para entender el sistema hídrico de la Zona Patrimonial. Se desarrollaron modelos numéricos hidrológicos regionales para la Cuenca de México, que define las condiciones de borde para el sistema hídrico de la Zona Patrimonial. Un modelo numérico hidráulico localizado se desarrolló para el sistema hídrico de la Zona Patrimonial.

La recarga subterránea promedio fue evaluada entre 1979 a 2014 y la recarga promedio se estimó igual a 0.6 mm por día en la cuenca de México.

Se construyó un modelo numérico de aguas subterráneas basado en una extensiva recopilación de data existente proveniente de varias fuentes públicas, agencias gubernamentales y universidades. El agua subterránea es la mayor fuente de agua potable, una gestión sostenible de los recursos subterráneos es, por ende, de gran importancia. Las dinámicas del sistema hidrológico simuladas con el modelo hidrológico Wflow fueron usadas para las condiciones de borde superficiales del modelo (recarga de agua subterránea). La ciudad de México sufrió una sequía durante 2009, sin embargo, la extracción de agua subterránea continuó a ritmo regular, causando que los niveles de agua caigan considerablemente en alrededor 10 m, principalmente en las áreas urbanas. En promedio, el balance hídrico de la Cuenca de México se estima en -138.1 mm/año. La abstracción de agua subterránea excede la a la recarga subterránea en un factor de cuatro, ya que la recarga subterránea se estima que es 43.6 mm/año, mientras que las abstracciones de agua subterránea son de -181.7 mm/año.

EXECUTIVE SUMMARY

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Análisis participativo de stakeholders Durante el proyecto se realizaron talleres y entrevistas para promover la comprensión del sistema socio-ecológico del agua en la zona del patrimonio, comprender las necesidades y fortalezas de los diferentes sectores que habitan la zona patrimonial y crear capacidades para una estrategia de gestión integral del agua. Esto dio como resultado un mapa que muestra las interrelaciones e interconexiones entre las partes interesadas, para visualizar los intereses o conflictos entre las partes interesadas. Involucrar a las comunidades locales permite desarrollar soluciones adecuadas y crear un sentimiento de pertenencia.

Adicionalmente, talleres de modelamiento hidrológico fueron dados para el staff técnico de UAM, UNAM y ARCDMX en Ciudad de México.

Desarrollo de un portafolio de proyecto Se desarrolló un portafolio de propuestas de proyectos para mejorar los desafíos hídricos del suministro de agua, calidad de agua, distribución hídrica y subsidencia, con un impacto positivo en los aspectos socio-económicos, culturales y de gobernanza en el área.

La selección de proyectos incluye:

• La reconexión del Río Amecameca con la Zona Patrimonial.

• Creación de humedales lineales en las calles que bordean los canales en el límite sur de la zona chinampa de Xochimilco como sistemas pasivos de tratamiento de las aguas residuales de las casas aledañas, con el fin de descargar agua limpia en los canales del humedal.

• Desarrollo de un sistema de esclusas para controlar los flujos de agua en los canales chinampa de Xochimilco para restaurar la conectividad hidráulica y remediar la subsidencia.

• Corredores verdes para mejorar el sistema hídrico de la ZP mediante la restauración de parte de los flujos de entrada desde los manantiales al sur de la ZP y para mejorar el espacio público urbano a través de una conexión a atractivos parques lineales.

Una mayor conexión espacial puede aumentar la conciencia de la comunidad urbana hacia el área de la chinampa.

• Construcción de un Centro de Cultura del Agua en el Parque Ecológico Xochimilco (PEX) para crear conciencia sobre la importancia estratégica del sistema de humedales de Xochimilco, en términos de su valor ecológico, histórico, económico y de producción de agua.

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El gobierno de la Ciudad de México y el Gobierno Federal fueron identificados como fuentes potenciales para financiar estas medidas, ya sea con recursos propios o con recursos administrados por bancos internacionales de desarrollo, como el Banco Mundial, el BID o la CAF. Además, la inversión de impacto de los fondos privados que buscan beneficios financieros mientras regeneran el medio ambiente puede representar una posibilidad de cofinanciación. Deberían considerarse las iniciativas de asociaciones público-privadas (APP) en las que participen agentes públicos y privados.

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1 INTRODUCCIÓN

1.1 UN PLAN DE RESILIENCIA HÍDRICA PARA LA ZONA PATRIMONIAL La Ciudad de México (CDMX), una de las zonas más pobladas del mundo, se enfrenta a retos relacionados con el agua debido al crecimiento demográfico y a la expansión urbana asociada. Los choques y tensiones más importantes relacionados con el agua que afectan el desarrollo de la ciudad de México son: inundaciones urbanas, escasez regular de agua y sequías, degradación de la calidad del agua tanto de las aguas superficiales como de las subterráneas, agotamiento de los recursos hídricos subterráneos en los acuíferos regionales, subsidencia asociada a las altas tasas de extracción de agua subterránea, altos costos relacionados con el transporte a larga distancia de agua potable y aguas residuales, ineficacia debido a las fugas sustanciales de los sistemas de suministro de agua, insuficiente capacidad de depuración de las aguas residuales y la falta de infraestructura para la reutilización, y un almacenamiento limitado del agua de lluvia.

Como miembro de la Iniciativa de las 100 Ciudades Resistentes, impulsada por la Fundación Rockefeller, la Agencia de Resiliencia de la Ciudad de México (CDMX) ha preparado una Estrategia de Resiliencia para enfrentar los numerosos desafíos de la ciudad, en la que la resiliencia del sistema de agua urbano es un componente clave.

Uno de los principales puntos focales de la Estrategia de Resiliencia de CDMX es el municipio de Xochimilco por sus importantes valores patrimoniales. En las últimas décadas, Xochimilco sufrió una alta degradación y presión ambiental debido a la expansión de los asentamientos informales. Esta situación se ha reflejado en la prestación de servicios urbanos inadecuados, lo que ha afectado a la conservación del área natural protegida. A pesar de su rico valor histórico, cultural y ambiental, Xochimilco enfrenta una alta vulnerabilidad dinámica y fragilidad, y se encuentra bajo una grave amenaza existencial.

Se han llevado a cabo varias acciones para fomentar la protección de la región. En 1987, parte de Xochimilco fue declarada Patrimonio de la Hu-

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manidad (Zona Patrimonial) por la Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura (UNESCO). En el mismo año, el gobierno regional declaró el 80% de los municipios como zona ecológica de preservación biológica con el objetivo de controlar el desarrollo urbano. Además, en 2004 el sitio del Patrimonio Mundial fue incluido en la lista de la Convención de RAMSAR sobre los Humedales (Figueroa et al., 2014). Sin embargo, la urbanización continua ha seguido ejerciendo presión sobre los ecosistemas naturales de los municipios.

Como parte de la Estrategia de Resiliencia CDMX, un consorcio de Deltares, la Universidad Autónoma Metropolitana (UAM), Evaluación de Riesgos Naturales (ERN), Keystone y Barraza están trabajando en un proyecto llamado “Un Plan de Resiliencia Hídrica para la Zona Patrimonio de Xochimilco, Tlahuac y Milpa Alta”. El objetivo de este proyecto es restaurar el sistema hídrico de la zona de manera que pueda hacer frente a los efectos del cambio climático y a los retos socioeconómicos que están poniendo presiones al sistema hídrico.

El proyecto se centra en [1] la comprensión del sistema de agua y [2] el desarrollo de un plan de resiliencia hídrico que incluye intervenciones específicas para mejorar el sistema de agua.

La primera fase del proyecto se ha centrado en la comprensión del sistema hídrico de la Zona Patrimonial a través de la recopilación de datos, el análisis y la modelización del sistema de agua. Se desarrollaron modelos hidrológicos numéricos regionales para la Cuenca de México que define las condiciones de borde del sistema hídrico de la Zona Patrimonial. Se desarrolló un modelo numérico hidráulico localizado para el sistema hídrico de la Zona Patrimonial. La segunda fase consiste en desarrollar un portafolio de propuestas de proyectos que mejoren los desafíos del suministro, la calidad, la distribución de agua y la subsidencia, con un impacto positivo en los aspectos socioeconómicos, culturales y de gobernanza de la zona.

1.1.1 Zona Patrimonial de XTMA La Zona Patrimonial de Xochimilco, Tlahuac y Milpa Alta (XTMA) está ubicada en la región sureste de la Ciudad de México. La Zona Patrimonial tiene un alto valor ecológico y cultural para la Ciudad de México. Es Patrimonio Cultural y Ambiental de la Humanidad, hogar del remanente del antiguo lago del Valle de México, un lugar de canales de agua y parcelas agrícolas tradicionales de la época azteca, llamadas chinampas.

INTRODUCCION

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Las chinampas son parcelas agrícolas cercadas por postes entrelazados de cañas y rodeadas por canales (Cifuentes, Hurtado y Juárez, 1998).

Tláhuac es un municipio con una extensión de 89,5 km2 y una altitud media de 2220 metros sobre el nivel del mar (m.s.n.m.). Con una población de 361,593 habitantes, es uno de los municipios menos poblados de la Ciudad de México (INEGI, 2015b).

Milpa Alta, con una extensión territorial de 268 km2 y una altitud media de 2.413 m.s.n.m., es el municipio menos poblado de la Ciudad de México. Según el INEGI (2015b), Milpa Alta tiene una población de 137.927 habitantes.

El municipio de Xochimilco tiene una población de 415,007 habitantes, siendo el noveno más poblado de la Ciudad de México (INEGI, 2015b).

Tiene una extensión territorial de 125 km2 y se ubica a 2,275 m.s.n.m.

Además, Xochimilco provee cerca del 8% de la demanda de agua de la Ciudad de México, y es un activo de mayor infraestructura verde y azul para la ciudad. La expansión urbana y las prácticas actuales de gestión del agua afectan a la calidad y cantidad del agua y a los servicios ambientales prestados por la región (por ejemplo, agricultura y turismo). La Figura 1.1 muestra una visión general de los principales problemas que presionan a la Zona Patrimonial.

Figura 1.1 Un mapa de la Zona Patrimonial con los desafíos hídricos esquemáticamente indicados.

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1.1.2 Historia de las chinampas Xochimilco es la parte que aún queda del complejo del Lago de Texcoco que consiste en los cinco lagos presentes en el Valle de México antes de que Tenochtitlán (antigua Ciudad de México) fuera fundada en 1325 DC. Esta parte de la ciudad ha sido declarada Patrimonio Cultural de la Humanidad por la UNESCO. Los aztecas se asentaron a lo largo de las orillas del lago de Texcoco y fundaron la ciudad de Tenochtitlan en 1325 DC. Durante el reinado del emperador Izcóatl los aztecas se convirtieron en la sociedad dominante en el valle de México. Este lago fue uno de los cinco lagos (Zumpango, Xaltoca, Xochimilco, Chalco y Texcoco) dentro del Valle de México. Los cinco lagos estaban conectados en ese momento. El lago de Texcoco, siendo el más bajo, recibió la mayor parte de la descarga de las colinas y lagos circundantes. El lago tenía una superficie de unos 600 km2 a una altitud media de 2.400 metros sobre el nivel del mar.

Figura 1.2 Sistema de Lagos en el Valle de México (Fuente: Consejo nacional de Fomento Educativo).

INTRODUCCION

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El agua era un tema importante para los aztecas. Las estaciones húmedas y secas generaron fluctuaciones en los niveles de agua que necesitaban ser manejados para prevenir inundaciones en la ciudad. La gestión del agua también era necesaria para permitir que la agricultura alimentara al creciente imperio. Los primeros ingenieros imperiales diseñaron y construyeron una serie de “albarradones” (diques) para evitar que el agua salobre del norte se mezclara con el agua dulce del sur. Otro desarrollo agrícola en el ambiente lacustre fue la construcción de pequeñas islas llamadas chinampas.

Las chinampas eran comunes en el valle mexicano incluso antes de que los aztecas se establecieran allí (Parsons, et al.). En diferentes formas, este concepto fue utilizado por diferentes culturas andinas a lo largo de Mesoamérica y lo que vemos hoy en día en Xochimilco es una de las últimas muestras que quedan de este concepto. Esta técnica era muy atractiva para las sociedades porque permitía recuperar tierras para actividades agrícolas. Este “paisaje de ingeniería” ofrecía la posibilidad, a lo largo de los siglos, de una producción continua de cultivos en un entorno urbano en crecimiento.

Originalmente, el sistema de chinampa era un paisaje de ingeniería con canales primarios, secundarios y terciarios. Los canales primarios eran la fuente central de agua dulce que fluía hacia el sistema. Una característica importante de los canales principales era la influencia que ejercían sobre la calidad del agua porque algunos de ellos descargaban agua dulce en agua salobre, regulando así la concentración de sal (Frederick et al., 2005). Los canales secundarios dirigían el agua desde los canales principales hacia el centro del sistema. Los canales secundarios eran más pequeños y densos para penetrar en la parte central del sistema de agua. Los canales terciarios eran la parte final del sistema (Frederick et al., 2005). Este sistema de canales conectados se integró plenamente en el paisaje urbano y la economía regional.

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Figura 1.3 Estructura del sistema Chinampa (Fuente: Mexicolor)

1.2 ALCANCES Y OBJETIVOS Objetivos 1. Mejorar la comprensión del PZ como parte del sistema hidrológico de la Ciudad de México, en relación con las principales presiones, incluidas las sequías, inundaciones, calidad del agua y riesgos geológicos.

2. Estimar el riesgo geológico en la ZP, es decir, el riesgo asociado a terremotos y subsidencia, específicamente los riesgos asociados con la infraestructura hídrica.

3. Desarrollar modelos hidrológicos (regionales y locales) para apoyar en la toma de decisiones.

4. Capacitar al personal técnico de la UAM, UNAM y ARCDMX en la Ciudad de México en modelación hidrológica.

5. Preparar un Plan de Resiliencia Hídrica para mejorar y mantener el sistema hídrico de la ZP, como parte de la Estrategia de Resiliencia de la Ciudad de México.

6. Como parte del Plan de Resiliencia Hídrica, desarrollar un portafolio de proyectos que contribuya a la mejora de la resiliencia hídrica.

INTRODUCCION

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Alcances Modelos hidrológicos (regionales y locales de la ZP) incluyendo simulación de escenarios, para ser utilizados en la evaluación y priorización de acciones y proyectos en relación con variables socioeconómicas y de riesgo.

Reporte de riesgo geológico incluyendo supuestos metodológicos para amenazas, vulnerabilidades y cuantificación de pérdidas en la infraestructura hidrológica, resultando del riesgo de las amenazas geológicas (subsidencia y riesgo sísmico).

Estrategia de participación de los actores incluyendo la toma de decisiones, categorías de proyectos, identificación de los actores clave y el proceso participativo con los actores clave.

Socialización de los modelos hidrológicos considerando el compromiso social de los actores clave en la ZP, así como su relación para la socialización y el diseño conjunto de las principales acciones y proyectos.

Plan de resiliencia hidrológica incluyendo la visión específica, los principios y los objetivos para la gestión de los recursos hídricos, teniendo en cuenta el riesgo geológico.

Portafolio de proyectos incluyendo la identificación, clasificación y priorización de proyectos y acciones, así como el análisis de los actores clave, su contexto organizativo, viabilidad económica e impactos sociales y ambientales.

1.3 ENFOQUE 1.3.1 Modelación regional y local del sistema hídrico Modelación regional Se construyó un modelo hidrológico para calcular el balance hídrico de toda la cuenca de México (Cuenca de México). El modelo hidrológico contiene datos e información sobre la precipitación y la evaporación, la elevación del suelo, la delimitación de la cuenca, el uso de la tierra y las características del suelo, a fin de determinar la respuesta de la cuenca a una serie temporal de precipitaciones. El modelo calcula la recarga al sistema de aguas subterráneas y la escorrentía al sistema de aguas superficiales. Estos componentes se han utilizado para calcular las condiciones de borde para los modelos hidrodinámicos y de aguas subterráneas.

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Se construyó un modelo regional de aguas subterráneas de toda la cuenca de México. El modelo tiene 4 capas en las que se representan las propiedades físicas de los acuitardos y acuíferos. La infiltración vertical calculada con el modelo hidrológico se utilizó para representar la recarga de agua subterránea a través de la zona no saturada. El espesor de las capas y las condiciones hidrológicas varían a lo largo de la superficie de la cuenca. Los límites del modelo regional están delimitados por las condiciones naturales de las regiones.

Modelación local Se construyó un modelo hidráulico del sistema hídrico de la Zona Patrimonial. Un modelo 1D de la ZP incluye las secciones transversales de los principales ríos y canales del área. La elevación del terreno se basa en datos LIDAR. El modelo contiene, por lo tanto, la red de drenaje principal y el modelo topográfico detallado de la ZP. 1.3.2 Consultas a actores Para entender la complejidad del sistema Xochimilco, se realizaron una serie de entrevistas con expertos en las áreas de banca de desarrollo, agua y políticas públicas sobre los siguientes temas: metodologías para la evaluación de proyectos de infraestructura hídrica, tecnologías para el tratamiento de aguas, estado actual del Parque Ecológico Xochimilco (PEX), metodologías de evaluación de riesgos y vulnerabilidad sísmica, perspectivas de inversión en proyectos de infraestructura y estado actual de la planta de tratamiento SACMEX Cerro de la Estrella. Los resultados de estas entrevistas son los mapas sistémicos del Apéndice K.1 1.3.3 Talleres participativos Keystone llevó a cabo dos talleres de investigación y diseño en colaboración con la red de expertos de la Agencia de Resiliencia de la Ciudad de México (ARCDMX).

El primer taller se centró en lograr un entendimiento común de cuáles son los criterios más importantes para elegir un portafolio de proyectos que tengan el mayor impacto en la solución del problema del agua en Xochimilco.

INTRODUCCION

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La conversación se generó en torno a las siguientes preguntas: ¿Cuál es el área geográfica relevante para desarrollar proyectos que solucionen el sistema de agua de Xochimilco y por qué? ¿Qué resultados deben perseguir los proyectos y cuáles son las métricas que determinan su viabilidad e impacto? ¿Quiénes son los responsables de la toma de decisiones y qué proceso debe desarrollarse con ellos para que las soluciones tengan lugar?

Sobre la base de las conclusiones de esta conversación, se realizó una convocatoria abierta de proyectos.

El segundo taller participativo tenía dos objetivos: que los equipos que proponían el proyecto presentaran su proyecto al equipo de la Agencia de Resiliencia de la Ciudad de México, y que estos proyectos recibieran retroalimentación de todos los participantes.

1.3.4 Selección de propuestas de proyectos Basándose en las conclusiones del taller 1 con expertos, en los principales criterios para proponer proyectos y en la retroalimentación proporcionada a todos los proyectos presentados en el taller 2, los miembros de Keystone, UAM y Deltares tuvieron varias sesiones de trabajo para identificar y seleccionar 5 proyectos viables con el mayor impacto en cada una de las 5 áreas previamente definidas como prioritarias: cantidad de agua, calidad del agua, distribución del agua superficial, subsidencia y cambio de cultura del agua. Este portafolio de 5 proyectos puede ser considerado como un único meta-proyecto que debe ser implementado en conjunto para que el sistema funcione adecuadamente.

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A16WATER RESILIENCE PLAN FOR THE PARA HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC AND MILPA ALTA ALTA PLAN DE RESILIENCIA HIDRICA LA ZONA PATRIMONIAL DE XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA

2 DESAFÍOS Y PRINCIPIOS PARA UN SISTEMA HÍDRICO RESILIENTE

2.1 INTRODUCCIÓN La rehabilitación de la ZP de Xochimilco, Tláhuac y Milpa Alta requiere una estrategia hídrica a largo plazo que aborde diversos temas, tales como inundaciones, sequías, hundimientos de tierras y calidad del agua. La gestión del agua en la ZP requiere principios fundamentales para que sea coherente, comprensible y eficaz. Por ejemplo, se formula un principio de gestión del agua típico de los Países Bajos que consiste en retener y almacenar, retrasar y reutilizar; drenar sólo cuando sea necesario. Otra forma de formular este principio es que tenemos que aprender a vivir con el agua en lugar de luchar contra el agua. En los Países Bajos, sin embargo, pasaron muchos años antes de que esta forma de vivir con el agua se aceptara plenamente.

Este capítulo presenta primero una visión general de los desafíos que ponen presiones sobre el sistema hídrico de la ZP. Debido al enfoque en un sistema de agua resiliente, este capítulo también explora el concepto general de resiliencia. Los objetivos específicos se enumeran en función de los diversos tipos de uso de la tierra, abordando los problemas particulares del agua que presionan el sistema hídrico de la ZP. Por último, se presenta un análisis de escenarios a largo plazo que aborda el desarrollo socioeconómico y el cambio climático.

2.2 DESAFÍOS HÍDRICOS EN LA ZONA PATRIMONIAL Figura 2.1 resume la gestión actual del agua en la ZP y los problemas que esta práctica de gestión ha causado. Puede observarse que la práctica actual de gestión del agua es lineal y no circular, un paradigma que no promueve ni permite la reutilización, el reciclaje y el almacenamiento.

En las subsecciones siguientes se describen con más detalle los principales desafíos.

DESAFÍOS Y PRINCIPIOS PARA UN SISTEMA HÍDRICO RESILIENTE

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Figura 2.1 Gestión del agua en Ciudad de México City y vista general de los prob-

lemas hídricos en la Zona Patrimonial of Xochimilco, Tláhuac y Milpa Alta. (Fuente: adaptado de https://waterresilience.wordpress.com.)

2.2.1 Dependencia de la derivación entre cuencas y de la extracción de aguas subterráneas La práctica actual de gestión del agua en la Ciudad de México ha dado como resultado una alta dependencia del suministro de agua potable a grandes distancias desde fuera de la cuenca (derivaciones entre cuencas) y altas tasas de extracción de agua subterránea dentro de la cuenca. Este sistema insostenible de suministro de agua tiene asociados altos costos, baja eficiencia, poca flexibilidad y robustez, y un alto impacto ambiental.

2.2.2 Sobreexplotación del acuífero La explotación continua del acuífero ha llevado a la deshidratación de la capa superior de arcilla (acuitardo) subyacente en la Ciudad de México. El daño colateral es la compactación continua y el hundimiento diferencial, lo que resulta en daños sustanciales a la infraestructura (lineal) y cambios inesperados en la pendiente original del sistema de drenaje. Esto último hizo necesario implementar un sistema de estaciones de bombeo en toda la Ciudad de México para continuar el drenaje de aguas residuales y pluviales.

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2.2.3 Filtraciones del sistema de agua potable Las fugas del sistema de agua potable son el resultado del asentamiento diferencial continuo que tiene lugar en la Ciudad de México, causando daños al sistema. Las pérdidas de agua son equivalentes a la cantidad de agua que se importa del sistema Cutzamala-Lerma (19.8m3/s).

Además, las fugas de agua localizadas han causado casos de licuefacción del subsuelo que emergen como sumideros, lo que a veces puede tener consecuencias humanas y económicas.

2.2.4 Inundación de las chinampas La subsidencia de tierras en la Ciudad de México no sólo afecta el funcionamiento del sistema de alcantarillado, sino que también ha creado dos nuevos cuerpos de agua: Lago Tláhuac-Xico y Laguna San Gregorio.

La extensión de ambos lagos sigue creciendo, porque mientras continúe el desequilibrio entre la extracción de agua y la recarga del acuífero, el proceso de subsidencia también continuará.

Se han llevado a cabo varias acciones para delinear la extensión de la Laguna de San Gregorio, aunque las chinampas en el área de Atlapulco y Tlaxialtemalco siguen siendo propensas a un aumento de las inundaciones. Los recientes terremotos de 2017 han fracturado las presas construidas en la parte sur de la Laguna San Gregorio, lo que ha provocado una nueva inundación de las chinampas vecinas. Cabe mencionar que las chinampas inundadas no sólo se alimentan de la escorrentía. Las aguas residuales tratadas de la PTAR Cerro de la Estrella están siendo descargadas en el área de chinampa, exacerbando las inundaciones cerca de la parte sur de la Laguna de San Gregorio.

Las áreas inundadas de las chinampas han creado un conflicto social entre los habitantes del norte y del sur de la zona. Por un lado, el sector agrícola y turístico requería un aumento de los niveles de agua y la rehabilitación de los canales secundarios (conocidos como “apantles”).

Por otro lado, los residentes del norte de Atlapulco y Tlaxialtemalco no quieren más agua porque sus medios de vida se han perdido. Por lo tanto, las estrategias para la recuperación de las chinampas deberán abordar este conflicto.

2.2.5 Asentamientos informales y calidad del agua Durante los talleres participativos, el proceso incontrolable de asentamientos informales fue considerado como uno de los problemas sociales

DESAFÍOS Y PRINCIPIOS PARA UN SISTEMA HÍDRICO RESILIENTE

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más significativos de la ZP. Esto ha resultado en la descarga continua de aguas residuales ilegales en toda el área de la chinampa y la infiltración de aguas residuales al sistema de aguas subterráneas. Esto, a su vez, lleva al aumento asociado de los riesgos para la salud humana, la degradación ambiental y una reducción sustancial de la productividad agrícola en las chinampas.

2.3 EL CONCEPTO DE RESILIENCIA El concepto de resiliencia abre las puertas a la discusión (semántica).

Aunque probablemente nunca habrá una interpretación correcta de la resiliencia, un aspecto en el que la mayoría de las definiciones coinciden es que la resiliencia tiene una connotación positiva. Clasificada bajo el título general de Ciudades y comunidades sostenibles, la resiliencia se menciona explícitamente en el Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo Sostenible (2015): El Objetivo 11 consiste en lograr que las ciudades y los asentamientos humanos sean inclusivos, seguros, resilientes y sostenibles.

Ha habido una cantidad significativa de producción científica sobre la resiliencia y su relación con otros conceptos (abstractos) como la vulnerabilidad, la sostenibilidad, la robustez, la adaptabilidad y la recuperación. En esta sección se exploran las interpretaciones más comunes y frecuentes de la literatura científica.

Holling (2000) explica otro concepto dentro de la resiliencia: umbrales.

Se asume que un sistema socioecológico se ajusta a su entorno (y cambia en él); el sistema se considera estable mientras no alcance el umbral. Cuando un sistema es ‘empujado sobre el borde’ de un umbral por una fuerza externa, el sistema se vuelve inestable o cambia a otro sistema. Las amenazas a un sistema originan principalmente interrupciones e inestabilidad, razón por la cual el sistema tratará de contrarrestar las perturbaciones.

Folke (2006) propuso una definición tridireccional de la resiliencia en los sistemas socioecológicos; (i) la interrupción máxima que puede soportar un sistema, (ii) la medida en que el sistema puede adaptarse y/o reorganizarse a sí mismo, y (iii) el grado en que el sistema puede aumentar la capacidad especificada en el punto (ii). Sin embargo, las interrupciones no pueden predecirse y pueden devastar un sistema.

El aumento de la resiliencia puede ayudar a reducir el impacto de las perturbaciones.

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Resiliencia urbana Las ciudades son cada vez más importantes y complejas redes de instituciones, infraestructuras y plataformas sociales. Sin embargo, cuando las ciudades densamente pobladas no son resilientes, son vulnerables a los impactos y estrés, que pueden causar colapso social, físico y económico. Los desafíos a los que nos enfrentamos han evolucionado a lo largo del tiempo, desde la escasez de recursos, los peligros naturales, guerra y los conflictos hasta el cambio climático, las pandemias de enfermedades, las fluctuaciones económicas y el terrorismo. La resiliencia urbana, según lo establecido por 100 Ciudades Resilientes, se define como la capacidad de los individuos, las comunidades, las instituciones, las empresas y los sistemas dentro de una ciudad para sobrevivir, adaptarse y crecer sin importar el tipo de estrés crónico y los tensiones crónicas que experimenten (100 Resilient Cities, 2015).

La resiliencia se aplica a las ciudades porque son sistemas complejos que siempre se están adaptando a las condiciones y circunstancias cambiantes. Conceptualmente, se vuelve relevante cuando los sistemas físicos y sociales están amenazados: la capacidad de una ciudad para mantener las funciones esenciales puede verse amenazada por choques agudos y tensiones crónicas. A su vez, estos choques y presiones crecientes pueden resultar en daños económicos y físicos, o incluso en el colapso social (Arup, 2015). Ejemplos de choques agudos son los terremotos, las inundaciones, el terrorismo y el frío o el calor extremos; ejemplos de tensiones crónicas son la escasez de agua, la falta de cohesión social, la mala calidad del aire y la pobreza. Los sistemas resilientes necesitan ciertas condiciones que les permitan resistir, responder y adaptarse de manera adecuada. Arup (2015) identifica los siguientes atributos (Figura 2.2):

REFLEXIVO Capaz de aprender

INGENIOSO Recuperar recursos fácilmente

ROBUSTO Limita la extensión de faltas

FLEXIBLE Cuenta con estrategias alternativas

REDUNDANTE Capacidad de respaldo

INTEGRADO Los sistemas trabajan juntos

INCLUSIVO Amplia consulta y comunicación

Figura 2.2 Cualidades de una ciudad resiliente (Arup, 2015)

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• Reflexivos; los sistemas reflexivos aceptan la creciente incertidumbre y cambio en el mundo y tienen mecanismos para evolucionar. Modificarán las reglas y normas en función de las pruebas, en lugar de buscar una solución “permanente”. Las instituciones analizan sistemáticamente las experiencias pasadas para mejorar su futura toma de decisiones.

• Ingeniosos; las personas y las instituciones son capaces de alcanzar metas y satisfacer las necesidades durante las crisis o cuando están sometidas a estrés. Esto puede incluir el establecimiento de prioridades y la movilización y coordinación de recursos humanos, financieros y físicos. La ingeniosidad es de vital importancia para restaurar la funcionalidad de los sistemas críticos.

• Robustos; Los sistemas robustos incluyen activos físicos bien construidos y gestionados, que pueden soportar los impactos de los peligros sin sufrir daños significativos o pérdida de funcionalidad. Un diseño robusto anticipa posibles fallos. Debe evitarse la dependencia excesiva en un solo activo, las fallas en cascada y los umbrales que podrían conducir a eventos catastróficos cuando se superan. Un sistema de agua robusto también implica: ser poco sensible a cambios imprevistos en las presiones, reducir la fragilidad del sistema, permitir la dinámica de los niveles de agua.

• Inclusivos; la inclusividad hace hincapié en la necesidad de una amplia consulta y participación de los comunicadores, incluidos los grupos vulnerables. Abordar las crisis y las tensiones por sector, ubicación o comunidad de forma aislada es perjudicial para la inclusión. Se necesita un sentido de “propiedad compartida” para construir la resiliencia urbana. Un “sistema de agua inclusivo” también podría incluir un sistema de agua que incluya recreación, agricultura, vivienda, y que esté conectado con otras áreas urbanas en lo que respecta a movilidad y navegación.

• Integrados; la integración y la alineación entre los sistemas promueven la consistencia y aseguran que todas las inversiones apoyen un objetivo o resultado común. El intercambio de información entre sistemas permite un funcionamiento colectivo y una respuesta rápida a través de circuitos de retroalimentación más cortos en la ciudad.

• Flexibles; esto implica que los sistemas pueden adaptarse y cambiar como respuesta a diferentes circunstancias. Esto puede lograrse introduciendo nuevos conocimientos y tecnologías.

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Además, también significa utilizar los conocimientos y prácticas tradicionales de nuevas maneras. Por lo general, se favorece la descentralización. Un sistema de agua flexible también significaría: no excluir estrategias alternativas a-priori y prevenir el encierro.

• Redundantes; la redundancia es la capacidad de reserva dentro de los sistemas para que puedan adaptarse a las perturbaciones, presiones extremas o aumentos de la demanda. La diversidad es necesaria: la presencia de múltiples métodos diferentes para lograr una necesidad o cumplir un objetivo determinado. Las redundancias deben ser intencionales, rentables y prioritarias a escala de la ciudad.

2.4 PRINCIPIOS DE RESILIENCIA PARA LA ZONA PATRIMONIAL Como parte de los resultados de los talleres participativos, se han establecido varios principios para el desarrollo de escenarios futuros y una estrategia hídrica a largo plazo para la Zona Patrimonial de Xochimilco, Tláhuac y Milpa Alta. Estos son los siguientes:

• El agua es parte del problema y de la solución; • La crisis del agua es el resultado de la gestión actual del agua; • Los principales desafíos hídricos de la ZP son inundaciones, gestión del agua y calidad del agua; • Sin canales no hay chinampas; • Control de agua para la distribución; • Recuperación de agua para su reuso; • Pequeñas medidas son más fáciles de implementar; • Medidas flexibles en lugar de medidas fuertes; • Viviendas sostenibles, una solución para los asentamientos humanos irregulares.

Aunque estos principios pueden tener un valor amplio para el área de la Zona Patrimonial, su definición permite identificar los desafíos que presionan al sistema hídrico.

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Si traducimos esto en un principio general, éste podría formularse como un principio estratégico del agua de la siguiente manera:

Reciclaje y recuperación, control y monitoreo El Reciclaje, como herramienta para el manejo del agua tratada y el control del flujo en los canales, es de suma importancia para cerrar los ciclos o rutas de agua en el área de chinampera. Las aguas depuradas, principalmente las de la PTAR Cerro de la Estrella, se verterán a los canales para aumentar el nivel de las aguas en zonas concretas. El excedente de agua tratada se utilizará para satisfacer la demanda de agua agrícola en las chinampas recuperadas y en las zonas agrícolas existentes. Se prevé que, mediante la aplicación de medidas de control, el flujo pueda dirigirse uniformemente hacia las siete PTAR existentes para su posterior tratamiento.

Al desviar el flujo de agua de los canales, y la integración de la PTAR en una sola red, el sistema hidráulico de la ZP no se verá afectado en caso de emergencia o fallo.

El saneamiento está estrechamente vinculado al reciclaje.

Dentro de la ZP, el saneamiento se utilizará en un sentido amplio. La recuperación de las áreas de Xochimilco, Tláhuac y Milpa Alta no se refiere sólo a mejoras en la calidad del agua en la zona chinampera. También integra el desarrollo de una red de saneamiento en las zonas urbanas, especialmente en las regiones con asentamientos irregulares. Para resolver los vertidos ilegales de aguas residuales, sería necesario garantizar el suministro de aguas residuales en esta región, ya sea mediante un sistema centralizado o un sistema descentralizado. Se recomienda verificar la eficiencia del proceso de tratamiento de la infraestructura actual, ya que se espera que aumente la concentración de contaminantes y los volúmenes que llegan a la PTAR. El control del flujo en la distribución del agua tratada que alimenta los canales es de suma importancia para la restauración de las chinampas inundadas. Se estima que 90.1 ha de chinampas inundadas y 1,099.0 ha de chinampas recuperables pueden ser recuperadas con la implementación de sistemas de control. Estos sistemas beneficiarán el desarrollo de la

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región ya que los cambios en los niveles del agua pueden promover varias actividades económicas como el turismo, la recreación y la agricultura. También se abordarán cuestiones como el riesgo de inundaciones y la conectividad de los canales. La principal infraestructura necesaria para la implementación de un sistema de control hidráulico son las compuertas, las esclusas de navegación y las presas. Para formular una mejor estrategia hídrica, se recomienda validar y calibrar el modelo de aguas superficiales, el modelo de aguas residuales y el modelo de aguas subterráneas. Para evitar el desbordamiento de los canales debido al aumento de la escorrentía, se recomienda almacenar el agua y promover la recarga de las aguas subterráneas.

Se necesita investigación adicional para evaluar la factibilidad de los pozos de absorción en el área. Se estima que los pozos de absorción drenarán el excedente de escorrentía en áreas propensas a inundaciones. Para esta intervención, es importante cumplir con las normas relativas a la calidad del agua.

Además, se están integrando los sistemas de control con los sistemas de monitoreo para una mejor comprensión del ciclo urbano del agua. Aunque el conocimiento de los sistemas de control puede obtenerse mediante la aplicación de modelos numéricos, la adquisición de datos reales proporcionará una mejor comprensión del comportamiento y la situación de los canales. Para asegurar la operación apropiada de los canales de los chinampas, el monitoreo del hundimiento de la tierra se vuelve crucial. El monitoreo de los cambios en los niveles de agua se puede hacer con métodos simples, por ejemplo, mediciones in situ, o con métodos más avanzados, por ejemplo, sensores de presión y mapeo LIDAR. Otros aspectos que requieren un monitoreo constante son la calidad del agua y la descarga de agua tratada. La implementación de sistemas de monitoreo en la PTAR verificará su correcto funcionamiento, tanto en su capacidad como en sus procesos de tratamiento. La calidad del agua de descarga debe cumplir con los límites establecidos por las normas mexicanas (NOM). Es aconsejable realizar mediciones frecuentes de los siguientes parámetros: temperatura, pH, conductividad, coliformes y turbidez. En caso de discrepancias entre los parámetros NOM y las mediciones, se debe realizar un análisis químico completo para la identificación y corrección de posibles fallas en el tratamiento.

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2.5 ZONIFICACIÓN Una vez que se hayan formulado los principios generales para la resiliencia al agua en la ZP y se hayan identificado los desafíos y vulnerabilidades del sistema hídrico, es necesario establecer objetivos específicos para promover la resiliencia al agua. Debido a las mezclas de usos de la tierra en LA ZP, cada una de las áreas requerirá un modelo diferente de gestión del agua. La combinación de áreas residenciales, áreas agrícolas, patrimonio cultural, naturaleza, áreas recreativas y turismo hacen de la ZP un sistema único. Por lo tanto, es vital optimizar la gestión del agua de tal manera que pueda hacer frente a las funciones individuales, así como al sistema en su conjunto.

La Figura 2.6 presenta los usos del suelo de la Zona Patrimonial de Xochimilco, Tláhuac y Milpa Alta. Se puede observar que la mayoría de las áreas agrícolas están ubicadas dentro de Xochimilco; en contraste, las áreas agrícolas con una superficie de 2,176.59 ha se encuentran principalmente en Milpa Alta. Las áreas urbanas están distribuidas a lo largo del polígono ZP.

Figura 2.6 Mapa de uso de suelo de la Zona Patrimonial de Xochimilco, Tláhuac y Milpa Alta.

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Se elaboró un mapa de zonificación preliminar como guía para la formulación de objetivos específicos (Figura 2.7). Las zonas para la implementación de los objetivos se pueden dividir de la siguiente manera:

• Áreas urbanas: el consumo de agua se realiza principalmente con fines domésticos. El objetivo es tener una cobertura del 100% de la red de agua y drenaje, así como mejorar el bienestar.

• Área de Chinampas: incluye las chinampas de Xochimilco, San Gregorio Atlapulco, San Luis Tlaxialtemalco, Tláhuac y Mixquic. La gestión de las chinampas debe promover un aumento en la descarga de aguas residuales tratadas para la promoción de actividades relacionadas con el turismo, la recreación y el desarrollo económico, por ejemplo, la navegación de canales y la agricultura.

• Las áreas propensas a inundaciones incluyen las chinampas inundadas cerca de la Laguna San Gregorio. La gestión del agua debe abordar el riesgo de inundaciones y la recuperación de las chinampas mediante la disminución de la descarga de aguas residuales tratadas.

• Áreas agrícolas: La reutilización del agua se destina exclusivamente al riego de las zonas agrícolas conocidas como “tablas”.

Incluye zonas de Xochimilco, Tláhuac y Milpa Alta. El manejo del agua debe equilibrar el uso del agua tratada para riego y el agua utilizada para alimentar los canales de la zona chinampera. Las áreas propensas a inundaciones ubicadas en la esquina noroeste de la ZP (Tláhuac) no representan un problema ya que las inundaciones ayudan a humedecer la tierra.

• Asentamientos informales. Esta zona se caracteriza por un fuerte conflicto social, ya que los asentamientos ilegales no están reconocidos oficialmente por el gobierno y, por lo tanto, no es posible la prestación de servicios públicos como el agua potable y el saneamiento.

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Figura 2.7 Mapa de zonificación e identificación de desafíos hídricos en la ZP.

2.5.1 Área urbana La implementación de medidas para esta área debe tener como objetivo la seguridad del agua, de acuerdo con los niveles aceptables establecidos por la OCDE. La medición debe ser lo suficientemente flexible para hacer frente a los cambios en el caudal de agua debidos a los efectos del cambio climático en el ciclo hidrológico.

Los cambios en la gestión del agua en las zonas urbanas deberían tener como objetivo reducir el consumo de agua potable en los hogares. Se estima que aproximadamente el 40% del agua demandada se utiliza para la ducharse (ver Figura 2.8). Reutilizando este flujo de agua para la descarga de los inodoros y el riego, será posible reducir el consumo total de agua de la demanda de agua. Otras medidas para reducir el consumo de agua incluyen la implementación de dispositivos de ahorro de agua tales como duchas ecológicas, inodoros de vacío y lavadoras de bajo consumo de agua. Para la aplicación de estas medidas, se requieren cambios menores como la implementación de una segunda tubería, un tanque de agua para la recolección de aguas grises, y la implementación de un sistema de tratamiento de aguas grises que sea adecuado para el riego.

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Figura 2.8 Consumo de agua a nivel de hogar en la Ciudad de México. (Adaptado de UAM, 2017)

La cosecha de agua de lluvia ha sido probada como una solución adecuada para la reducción de la demanda de agua. Al mismo tiempo, esta medida reduce el riesgo de inundación ya que el flujo de agua que llega al drenaje combinado de la Ciudad de México disminuirá. Los expertos afirman que la captación de agua de lluvia a nivel doméstico permite el suministro de agua durante 5 a 8 meses. Sin embargo, los cambios en los patrones de lluvia pueden afectar esta estimación.

Desde 2009, la organización sin ánimo de lucro “Isla Urbana” ha instalado más de 4.870 sistemas en la Ciudad de México. Sus sistemas de captación son capaces de recoger y filtrar 5.000 litros de agua. Después de la filtración, el agua se considera potable. Los requisitos mínimos para la instalación de la captación de agua de lluvia son una superficie de techo de 80 m2. Sin embargo, la inversión requerida para la implementación de este sistema es de aproximadamente 5.000 USD, de los cuales el 20% está cubierto por los residentes y el resto por subsidios del gobierno y donaciones privadas.

2.5.2 Área de Chinampas Las medidas para la recuperación de las chinampas deberían centrarse en los diferentes intereses económicos de la zona. Mediante la imple-

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mentación de un control de regulación, será posible regular los niveles de agua de tal manera que el riesgo de inundación en las chinampas cercanas a la Laguna San Gregorio disminuya. Además, la aplicación de esta medida debería permitir la navegación de los canales, así como el riego de las zonas agrícolas. En este caso, se aplica el principio de que “las medidas más pequeñas son más fáciles de aplicar”.

Aunque un análisis exhaustivo de la calidad del agua de la región es parte de la fase II del proyecto “Un Sistema de Agua Resiliente para la Zona Patrimonial de Xochimilco, Milpa Alta y Tláhuac”, los resultados de los talleres participativos indican la viabilidad de mejoras en la calidad del agua mediante el uso de la infraestructura existente. En la actualidad, existen siete PTAR en la región: El Llano, La Lupita, San Andrés Mixquic, San Lorenzo, San Luis Tlaxialtemalco, San Nicolás Tetelco y Cerro de la Estrella. Son necesarias acciones para dirigir el agua de los canales a estas PTAR; asimismo, se recomiendan ajustes en el proceso de tratamiento.

Además de regulaciones hídricas en los canales y mejoras en la calidad del agua, las medidas y recuperación de data sobre la subsidencia de los suelos se vuelve indispensable. Un sistema de monitoreo permite la evaluación de los cambios en la topografía de la ZP, lo cual a cambio representa un desbalance entre recarga de aguas subterráneas y extracción.

La implementación de sistemas de control hidráulico representa un valor agregado para la recuperación de chinampas inundadas y de chinampas potenciales. Mediante la implementación de un sistema de control, será posible distribuir el flujo de agua uniformemente entre los canales de corriente así como dentro de los canales secos. Por lo tanto, el riesgo de inundación en las zonas críticas podría disminuir. Es dentro de la recuperación de las chinampas que se cumple el principio fundamental de que “sin canales no hay chinampas”.

Además de la regulación del agua en los canales y la mejora de la calidad del agua, la medición y la recuperación de los datos relativos a la subsidencia del terreno se vuelven indispensables. Un sistema de monitoreo permite evaluar los cambios en la topografía de la ZP, que a su vez representan el desequilibrio entre la recarga y la extracción de agua subterránea. La información reportada servirá de base para el desarrollo de un plan de resiliencia para el área de Xochimilco, Tláhuac y Milpa Alta.

2.5.3 Áreas propensas a inundaciones La regulación del nivel de agua de los canales es un componente clave de la reducción del riesgo de inundación. Al lograr una distribución óptima de los vertimientos en la zona, aumenta la probabilidad de reducción del riesgo de inundación en las zonas de Atlapulco y Tlaxialtemalco. Las estrategias de gestión del riesgo de inundación deben abordar los cambios en los niveles de agua debidos al aumento del volumen de vertidos tratados y de la escorrentía disponible.

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Figura 2.9 Ejemplo del principio “sin canales no hay chinampas”(Fuente: UAM, 2017)

2.5.4 2.5.4

Áreas agrícolas

La reutilización del agua tratada se centrará en cuestiones como la escasez de agua, la seguridad de la disponibilidad del agua y la calidad del agua a corto y largo plazo. Las proyecciones estiman que el caudal de la PTAR Cerro de la Estrella podría cubrir el aumento de la demanda de agua para riego de la ZP. 2.5.5 Asentamientos informales La implementación de medidas en estas áreas es un reto ya que, como se mencionó anteriormente, los asentamientos informales no son reconocidos por el gobierno. Las estrategias para esta área deben estar dirigidas a las vertimientos ilegales mediante la promoción de sistemas de saneamiento alternativos como los biodigestores para el tratamiento de aguas residuales. Mediante mejoras en el saneamiento de la zona, es posible lograr un aumento en la calidad del agua y disminuir el riesgo para la salud.

DESAFÍOS Y PRINCIPIOS PARA UN SISTEMA HÍDRICO RESILIENTE

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3 INCORPORANDO EL RIESGO SÍSMICO EN LA RESILIENCIA HÍDRICA

3.1 RESUMEN EJECUTIVO La Zona Patrimonial de Xochimilco, Tláhuac y Milpa Alta está localizada sobre unos depósitos lacustres de 70 metros de espesor compuestos por suelos suaves de arcillas y limos. Las zonas sur y norte del área de estudio cubren una zona de transición que forma una franja entre los suelos de lago y la zona montañosa que rodea la Zona Patrimonial. Esta zona está compuesta por material aluvial proveniente de las áreas más altas las cuales están cubiertas por material arcilloso.

La consolidación de los suelos blandos en la zona lacustre es generada por la disminución del nivel freático del acuífero, resultado de la excesiva extracción de agua del mismo. Las afectaciones de este proceso son agrietamientos y asentamientos diferenciales en superficie que generan daños en la infraestructura.

Con base en la información recolectada, se identificaron las fracturas más relevantes así como sus líneas de tendencia.

Un análisis de indicadores de puntos de control del suelo fue llevado a cabo con el objetivo de monitorear la velocidad de consolidación de los estratos de suelo superficiales. Esto ayudó a estimar los cambios en el periodo fundamental del suelo (hasta 2070) y a localizar las zonas en las cuales fue mayor el cambio del espesor de las capas superficiales.

Un análisis probabilístico fue realizado para estimar las intensidades asociadas al riesgo sísmico dentro de la Zona Patrimonial de Xochimilco, Tláhuac y Milpa Alta. Para ello, se compiló un catálogo de sismos históricos de más de 100 años de medición y se definieron cerca de 45 fuentes sísmicas para cubrir todo el territorio nacional. Entre todas las ventajas que ofrece este tipo de análisis, hay una que debe ser resaltada: a lo largo del análisis, se consideran las incertidumbres junto con un enfoque probabilista, aspectos importantes dada la naturaleza de la amenaza que se está analizando, impredecible y que no se puede tratar como proceso determinista. Adicionalmente, los posibles efectos de sitio que se pudiesen presentar en la zona de estudio, los cuales son

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La consolidación de los suelos blandos en la zona lacustre es generada por la disminución del nivel freático del acuífero, resultado de la excesiva extracción de agua del mismo. Las afectaciones de este proceso son agrietamientos y asentamientos diferenciales en superficie que generan daños en la infraestructura.

causados por los estratos de suelo blando, se incluyeron por medio de funciones de transferencia, que en términos generales, relacionan la rigidez del suelo (periodo dominante del suelo) y el factor de amplificación asociado a dicha rigidez. Se realizaron análisis para 4 diferentes periodos de retorno: 43, 250, 475 y 2475 años. Finalmente, se estudió la influencia de la subsidencia en las intensidades sísmicas.

Luego del análisis, las mayores intensidades se observaron en la zona media de la Delegación Tláhuac, justo en el límite de la Zona Patrimonial. Además, se observó que hay una directa relación entre los cambios de intensidad y el alineamiento de las grietas; esto se puede observar en los resultados para 0.2s de periodo espectral. Las intensidades sísmicas varían entre 0.03 y 1.4g, dependiendo del periodo espectral y el periodo de retorno evaluado. Estas intensidades se esperaban para la zona de estudio ya que ésta se caracteriza por sus estratos de suelo blando y por sus efectos de sitio, los cuales amplifican considerablemente las ondas sísmicas.

El riesgo puede entenderse como la posibilidad de sufrir pérdidas significantes o resultados negativos debidos a la ocurrencia de amenazas naturales. Para este estudio, la única amenaza natural considerada es la ocurrencia de sismos. El riesgo está relacionado tanto con la probabilidad de que un evento adverso ocurra como con su potencial para causar daños en la infraestructura expuesta. El riesgo también está ligado a la percepción humana, es decir, el riesgo se puede percibir claramente cuando las actividades diarias son interrumpidas por la ocurrencia de un desastre natural el cual es considerado como inesperado o inusual, por ejemplo, la escasez de agua atribuida a daños en las tuberías de agua potable debido a un sismo. Por lo tanto, es importante tener en cuenta los posibles daños que pudiesen ocurrir y así minimizar sus impactos.

El riesgo adquiere un significado más estructurado bajo el contexto de su manejo, el cual está relacionado con sus efectos potenciales, por ejemplo, daños físicos, pérdidas económicas directas o indirectas, impacto social o a la salud pública, interrupción de los servicios públicos, el impacto en el ingreso o en las oportunidades que se pierden por comunidades o sociedades durante una contingencia.

En este estudio se presentan la pérdida anual esperada, la pérdida máxima probable y la pérdida asociada al escenario más crítico, los cuales son estimadores puntuales del riesgo. Este último estimador, de acuerdo al modelo, genera la máxima pérdida. Adicionalmente, se pre-

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sentan las pérdidas debidos a los sismos de septiembre de 1985 y 2017.

A partir de los resultados presentados en este documento, se puede optar por acciones enfocadas en el conocimiento, reducción y transferencia del riesgo (protección financiera) para un adecuado plan de respuesta de emergencia, rehabilitación y reconstrucción.

3.2 INTRODUCCIÓN Derivado de los estudios para la Zona Patrimonial (ZP), este reporte presenta los resultados de investigación y documentación de la geología estructural del área de la ZP dentro de las delegaciones de Tláhuac, Xochimilco y Milpa Alta. Por otro lado, se analizó la evolución del periodo fundamental del subsuelo resultado de los efectos de consolidación de los depósitos compresibles del lago.

En este trabajo, se tomó como referencia la información disponible de geología superficial así como información de estudios previos. Para el análisis de la evolución del periodo fundamental del suelo se tomó en cuenta la información del Sistema de Evolución del Hundimiento y Espectros de Diseño Sísmico (SEHEDIS). Este trabajo, a partir del monitoreo de bancos de nivel del Sistema de Aguas de la Ciudad de México (SACMEX), ha documentado la subsidencia en el Valle de México y permite predecir cambios hasta el 2070. Esta información se recolectó dentro de un Sistema de Información Geográfica (SIG) para un análisis posterior en términos de riesgo.

3.2.1 Objectivos 3.2.1.1 Geología y subsidencia

• Compilación de la información disponible de geología local y mapeo del agrietamiento del subsuelo de la Zona Patrimonial.

• Evaluación del periodo fundamental del subsuelo en la Zona Patrimonial para los años 2020, 2030, 2040 y 2070.

3.2.1.2 Riesgo sísmico

• Correcta estimación del riesgo sísmico en la Zona Patrimonial de Xochimilco, Tláhuac y Milpa Alta.

• Modificar las intensidades obtenidas del riesgo sísmico debido a los posibles efectos de sitio.

• Estimar el impacto de la subsidencia sobre las intensidades del riesgo sísmico.

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3.2.1.3 Estimación del riesgo Este estudio abarca la estructuración de la base de datos y la estimación de pérdidas para riesgo sísmico y el efecto de la subsidencia. Para lograr estos objetivos, se tuvieron en cuenta las siguientes características de infraestructura:

• Localización geográfica • Tipos de sistemas estructurales • Detalles y características constructivas 3.2.2 Localización La Zona Patrimonial está ubicada al sureste de la Ciudad de México, denominada Zona Patrimonial a las áreas con alto valor ecológico y cultural, esta área cubre parte de los municipios de Tláhuac, Milpa Alta y Xochimilco (Figura 1.1). El polígono de la Zona Patrimonial se basó originalmente en el área de Monumentos Históricos en Xochimilco, Tláhuac y Milpa Alta, según el decreto presidencial emitido en 1986.

El polígono tiene una extensión de 89 km2, sin embargo, investigaciones recientes (2005 y 2014) por la Universidad Autónoma Metropolitana, UAM y el Municipio Xochimilco, muestran que la superficie es de 69 km2 para lo cual se solicitaron aclaraciones en 2013 por el Centro del Patrimonio Mundial. Estas aclaraciones dieron como resultado la modificación del polígono original, que incluye, desde 2014, tres fracciones adicionales. El primero incluye la pista de canotaje llamada Cuemanco y la zona chinampa Amalacachico-Toltenco; el segundo incluye la zona arqueológica de Cuahilama y el tercero incluye el lago entre Tláhuac y los límites con el Estado de México. En total, la nueva superficie poligonal es de 75 km2 (González-Pozos, 2016).

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Figura 3.1. Localización de la Zona Patrimonial de Xochimilco, Tláhuac y Milpa Alta

3.3 EVALUACIÓN DEL RIESGO SÍSMICO 3.3.1 Introducción y antecedentes Esta sección incluye los detalles del Análisis Probabilístico de Riesgo Sísmico (PSHA) llevado a cabo en la zona patrimonial de Xochimilco Tláhuac y Milpa Alta. Describe y resume la metodología y los datos de entrada utilizados para desarrollar el modelo de riesgo sísmico, incluidos los detalles de los enfoques y supuestos adoptados para la preparación de datos. También describe la herramienta utilizada para el cálculo de PSHA y presenta los la distribución de los resultados en términos de la intensidad del movimiento del suelo de la aceleración máxima del terreno (PGA) y la aceleración espectral para diferentes períodos de retorno.

El objetivo principal de cualquier PSHA es proporcionar una relación a largo plazo entre las intensidades de movimiento del suelo y las tasas de excedencia en cualquier sitio dado. A la luz de esto, el objetivo específico de este estudio es obtener dichas relaciones para el sitio de análisis en términos de las métricas mencionadas anteriormente. Los resultados incluidos aquí son válidos sólo para la ubicación de la zona patrimonial de Xochimilco Tláhuac y Milpa Alta (ver Figura 1.1).

Según la metodología propuesta por Cornell (1968) y Esteva (1970), para

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desarrollar un modelo de riesgo sísmico se requiere que se identifiquen y caractericen todas las fuentes de sismos que puedan afectar el sitio (o sitios) de interés. En los casos en que se desconocen las fallas individuales, las fuentes de sismos se identifican subdividiendo el área de estudio en diferentes regiones en las cuales la ocurrencia de sismicidad puede suponerse uniforme. Después de esto, y con base en los catálogos de sismos combinados con las ecuaciones de predicción de movimiento fuerte del suelo (GMPE), se puede realizar el cálculo de medidas cuantitativas de las intensidades de riesgo, como los niveles de movimiento del suelo en términos de aceleraciones espectrales.

Debido a las incertidumbres que existen tanto en la ocurrencia de sismos futuros (es decir, tamaño, ubicación, frecuencia) como en las intensidades de movimiento del suelo que generarán, se requiere un enfoque probabilístico para la estimación del riesgo sísmico. Para una estimación sólida del riesgo sísmico, estas incertidumbres deben identificarse, cuantificarse y propagarse durante el análisis utilizando metodologías de vanguardia, como la implementada en el software R-CRISIS (Ordaz et al., 2019), que se utilizó en este estudio.

3.3.2 Resumen de la sismicidad en el área de estudio El alcance de este estudio es estimar el riesgo sísmico en la zona patrimonial de Xochimilco, Tláhuac y Milpa Alta. Para definir el área de influencia con fines de análisis de riesgo sísmico, se realizó una revisión exhaustiva de registros de movimiento del suelo para sismos mexicanos, complementada con la verificación de los rangos de distancias utilizados por los GMPE consideradas en el modelo.

La actividad sísmica en México y América Central es alta, como lo demuestra la gran cantidad de sismos destructivos que han ocurrido en el pasado reciente. La sismicidad en la región es generada por dos sistemas tectónicos principales: el primero correspondiente al arco volcánico terrestre, caracterizado principalmente por una sismicidad superficial, y el segundo asociado a la zona de subducción (costa adentro y tierra adentro). Entre los terremotos más notorios y destructivos que ocurrieron en la región están los de Michoacán en septiembre de 1985 y más recientemente, en Puebla-Morelos en septiembre de 2017.

Según CFE (2015), la Ciudad de México está clasificada como una región sísmica alta (Zona C). Está influenciado por varias fuentes sísmicas y se han registrado sismos importantes en el pasado. Los terremotos registrados en estas áreas han tenido magnitudes superiores a MW6.0.

Además, la Ciudad de México, a diferencia de otras ciudades de Méx-

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ico, presenta una característica particular, que unida a la sismicidad circundante, puede generar mayores intensidades en presencia de un sismo. Tal característica particular se conoce como efectos de sitio, que se discutirán más adelante.

3.3.3 Metodología para la Evaluación Probabilística del Riesgo Sísmico (PSHA) R-CRISIS, como otro software para evaluar el riesgo sísmico, sigue la conocida metodología Esteva-Cornell para calcular el riesgo sísmico. En términos generales, esto se puede resumir en seis pasos, que se muestran en la Figura 2.1. A continuación, se presenta una breve descripción de estos seis pasos, mientras que una explicación más detallada de ellos está disponible en el Anexo F.

Figura 3.2. Metodología para la Evaluación Probabilística del Riesgo Sísmico (PSHA)

1. Catálogo histórico de sismos: en este paso, se debe definir un catálogo de sismos históricos completo y actualizado a partir de diferentes fuentes de información, como el catálogo instrumental global ISC-GEM (Storchak et al., 2013) y el USGS-NEIC. La Figura 2.2 muestra las ubicaciones epicentrales de los sismos incluidos en el catálogo de trabajo clasificados por rangos de magnitud.

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2. Identificación de las fuentes sísmicas: una vez que se define un catálogo de sismos, la definición de la geometría de las fuentes sísmicas se realiza mediante la revisión de las zonas de sismo-tectónicas anteriores e identificando regiones donde la sismicidad se puede suponer uniforme y con características similares. La Figura 2.3 muestra las geometrías de las fuentes sísmicas incluidas en R-CRISIS para realizar el PSHA. 3. Cálculo de los parámetros sísmicos: en este estudio, se supone que la sismicidad de todas las fuentes sigue un proceso de Poisson, que, en pocas palabras, asume independencia en el tiempo y el espacio entre los eventos (por lo que se necesita un proceso de “limpieza” – declustering – del catálogo histórico al desarrollar el catálogo de trabajo). Dos modelos de sismicidad de Poisson se utilizan comúnmente en el desarrollo de un PSHA: • Modelo modificado de Gutenberg-Richter (Cornell and VanMarcke, 1969), y • Modelo de temblor característico (Youngs and Coppersmith, 1985).

Los parámetros que describen los modelos de sismicidad se determinan por medio de procedimientos estadísticos, los cuales se mencionan en el Anexo A. 4. Selección de modelos de atenuación: estos modelos proporcionan una medida de intensidad (por ejemplo, aceleración o velocidad) debido a un sismo hipotético que tiene lugar a una distancia R de mi sitio de estudio con algunos parámetros específicos (magnitud, tipo de falla, área de ruptura, etc.). La selección de tales modelos puede ser difícil porque es posible que haya múltiples opciones para seleccionar, en estos casos se sugiere un cálculo de árbol lógico. Por otro lado, hay casos en los que la oferta de modelos de atenuación es escasa, por lo tanto, deben aplicarse modelos de regiones con características similares.

5. Inclusión de efectos de sitio y modelo digital de elevación de terreno (MDE) – opcional: en los casos en que los efectos del sitio son significativos, su influencia en las intensidades sísmicas tiene que cuantificarse para modificar las intensidades en roca. R-CRISIS amplifica las intensidades de roca mediante funciones de transfer-

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encia, que contienen factores de amplificación dependientes del período espectral y la intensidad en roca. Por otro lado, es posible incluir un Modelo Digital de Elevación (MDE) para mejorar el cálculo de distancias. El MDE describe la topografía real de la región de estudio y las profundidades/distancias de todos los sismos posibles serán más precisas.

6. Representación gráfica de los resultados: una vez que el cálculo del riesgo sísmico ha finalizado, los resultados pueden representarse mediante mapas o curvas de riesgo; en la Figura 2.4 y la Figura 2.5 se presentan un ejemplo de ellas, respectivamente.

Figura 3.3. Magnitud de los eventos considerados en el catálogo histórico

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Figura 3.4. Geometría de las Fuentes sísmicas consideradas en el modelo

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Figura 3.5. Ejemplo de mapa de amenaza para ciertos periodos espectrales y cierto periodo de retorno

Figura 3.6. Ejemplo de curva de amenaza para un sitio y cierto periodo de retorno

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3.3.4 Resultados del riesgo sísmico El riesgo sísmico se calculó para cuatro períodos de retorno y dos ordenadas espectrales. Éstos se definieron en función de nuestra experiencia y el tipo de infraestructura presente en la Zona Patrimonial: Table 3.1. Períodos de retorno y ordenadas espectrales definidas para el PSHA

Período de retorno, Tr (años)

Ordenada espectral, T (s)

43 250 475 2475

0.0 (PGA) 0.2

Dado que nuestros resultados están en función de la aceleración, seguimos la metodología propuesta por Worden, Gerstenberger, Rhoades y Wald (2012) para correlacionar la aceleración sísmica y las intensidades de Mercalli. Cabe señalar que esas correlaciones solo son válidas para períodos espectrales PGA, PGV, 0.3s, 1.0s y 3.0s. La correlación entre las aceleraciones sísmicas y las intensidades de Mercalli para PGA se presenta en la Tabla 3.2.

3.3.4.1 Roca Los mapas de riesgo sísmico para los periodos de retorno y las ordenadas espectrales definidas en la Tabla 3.1 se presentan en el Anexo F. Un resumen de estos resultados se presenta en la Tabla 3.3.

3.3.4.2 Suelo Los mapas de riesgo sísmico para los periodos de retorno y las ordenadas espectrales definidas en la Tabla 3.1 se presentan en el Anexo F. Un resumen de estos resultados se presenta en la Tabla 3.4.

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Tabla 3.2 Correlación entre aceleraciones sísmicas e intensidades de Mercalli (USGS, n.d.; Worden et al., 2012)

Tabla 3.3 Resumen de los resultados de riesgo sísmico en roca

Spectral ordinate, T (s)

0.0 (PGA) Return period, Tr (years)

0.2

Acceleration (cm/s2) Min: __ Max: __

43

46 54

75 87

250

97 112

159 188

475

125 143

207 241

2475

224 258

376 442

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Tabla 3.4 Resumen de los resultados de riesgo sísmico en suelo

Spectral ordinate, T (s)

0.0 (PGA) Return period, Tr (years)

0.2

Acceleration (cm/s2) Min: __ Max: __

43

33 211

52 272

250

67 446

112 581

475

87 569

144 755

2475

157 1031

264 1373

3.3.4.3 Comparación entre resultados de roca y suelo Como se esperaba, la inclusión de los efectos de sitio modificaron los resultados de roca, no de manera uniforme, sino dependiendo de las relaciones de espectros de respuesta (RSR) definidas para cada punto de la cuadrícula. Para hacerse una idea de cuánto se amplificaron las intensidades en roca debido a los efectos de sitio de la zona, en la Figura 2.6 y la Figura 2.7, se presentan comparaciones entre los resultados de roca y suelo para PGA y T = 0.2s, respectivamente.

Las mayores amplificaciones de la aceleración máxima del terreno (alrededor del 3%) se presentan en el medio del distrito de Tláhuac, justo en el límite de la Zona Patrimonial. Otra región con amplificaciones importantes (alrededor del 2%) se encuentra al oeste de la Zona Patrimonial, justo en el límite de los distritos de Xochimilco y Tlalpan.

La amplificación fuera de la Zona Patrimonial es menor, casi 0%, lo que significa que los efectos de sitio en tales regiones no están influyendo en la intensidad en roca. Por otro lado, las amplificaciones para T = 0.2s son menores que las de PGA, la amplificación máxima es cercana al 2.3% y se presenta en la misma región de PGA. En términos generales, las relaciones de amplificación de T = 0.2s siguen la misma tendencia que PGA.

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(a) (b)

(c) (d) Figura 3.7. Comparaciรณn de resultados entre roca y suelo para PGA: a) Tr=43 years, b) Tr=250 years, c) Tr=475 years, d) Tr=2475 years

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(a) (b)

(c) (d) Figura 3.8. Comparación de resultados entre roca y suelo para T=0.2s: a) Tr=43 years, b) Tr=250 years, c) Tr=475 years, d) Tr=2475 years

3.3.5 Geología y subsidencia Geológicamente la ZP se localiza sobre una planicie lacustre (Figura 2.8), cuyo origen se explica a partir del paulatino azolvamiento del vaso de la cuenca formada por el cierre en la porción sur del antiguo valle, debido a la aparición de la Sierra Chichinautzin (Mooser et alii. 1995-2015).

El azolvamiento de productos volcánicos y acarreo de material fluvial en todo este territorio, propicio nuevas condiciones que favorecieron a generar la existencia de grandes lagos al interior de la cueca, siendo el fondo de estos lagos, la planicie lacustre actual.

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Esta planicie se compone de materiales proluviales (limos y arcillas) y lacustres (arcillas y limos), así como intercalaciones de arenas con cenizas volcánicas, que al erosionarse generan arcillas altamente compresibles.

Producto de la erosión de laderas y derivado del acarreo fluvial de los cuerpos ígneos se formaron depósitos de materiales de origen volcánico, el cual conformó un relleno que de manera constante sepultó el relieve lacustre irregular, esto determino una variación en el espesor de los depósitos lacustres. Derivado de la estratigrafía documentada por el pozo profundo San Lorenzo Tezonco (Arce et alii., 2015) localizado dentro de la ZP, se reporta un espesor de depósitos lacustres de al menos 70 metros desde la superficie hasta el basamento constituido por material ígneo.

Por otra parte, al norte de la ZP se localiza una zona de transición compuesta por material aluvial hasta encontrar material ígneo, conforme aumenta la topografía. De igual forma sucede en la zona sur, cuyo borde de la zona de transición recorre sobre depósitos aluviales.

Los eventos volcánicos que dieron origen a los conos monogenéticos (Sierra Chichinautzin al sur de ZP) están constituidos por roca andesítica basáltica (INEGI, 2015).

Figure 3.9. Geología de la Zona Patrimonial (Mooser et al, 1995-2015)

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Estructuralmente se mapea la falla Xochimilco, falla Xicomulto y falla Sta. Catarina (García Palomo et alii., 2008) que en conjunto forman el graben de Santa Catarina o graben Tláhuac-Tulyehualco (Arce et alii.

2013a), cuyo origen se relaciona a la formación de la cuenca ya que no hay evidencia que este activa ni de manifestación en superficie.

Por otra parte, se documenta la información disponible de fracturamiento (Mejía 2012, CENAPRED 2018, Atlas de Riesgos CDMX), entre los bordes de las estructuras volcánicas y la planicie lacustre. Este fenómeno de fracturamiento se encuentra asociado al límite del antiguo lago y los contactos entre depósitos volcánicos sepultados con los sedimentos lacustres (arcillas y limos). En estas zonas se muestra que la mayoría de las fracturas están asociadas a patrones de fracturamiento con geometrías en la periferia de la sierra de Sta. Catarina y Sierra de Chichinautzin con dirección preferencial W-E, el cual es asociado al borde de estas estructuras volcánicas y no a la presencia de fallamiento activo.

Estos contactos originan desplazamientos verticales diferenciales con geometrías de fracturamiento escalonado y lineales los cuales obedecen principalmente a distintos frentes de depósitos volcánicos que fueron cubiertos por secuencias arcillosas.

3.3.5.1 Metodología Con base en información existente sobre el espesor de los depósitos lacustres compresibles y el periodo dominante del suelo, se implementaron técnicas de interpolación espacial para establecer en cada banco de nivel la evolución de los parámetros dinámicos del subsuelo, en específico del periodo fundamental, con el cual se puede representar la respuesta dinámica del suelo.

Se recopilo información del SEHEDIS, datos desarrollados por Libertad-Pino, (2018), en el cual se registró el hundimiento que se ha presentado en diferentes bancos de nivel ubicados en zonas geotécnicas de transición y del lago.

A partir de conocer la tasa de hundimiento de los bancos estudiados, se ajustaron los datos a funciones matemáticas para poder estimar la predicción a futuro sobre la evolución del cambio del periodo fundamental del suelo, así como los espesores de los estratos compresibles.

Se muestra la ecuación que relaciona el periodo, la velocidad de onda de corte y el espesor del estrato compresible: T_s=4H/V_s

50

(3.1)

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Como parámetros iniciales se tomaron los valores de espesor compresible y periodo dominante de vibración del suelo vigentes para Normas técnicas de construcción de diseño sísmico (NTC-DS), 2004 del RCDF. Para obtener los valores de espesor compresible de cada banco, se digitalizaron las curvas del mapa de iso-espesores, se integró a este la ubicación de los bancos de nivel con la tasa de hundimiento proyectada.

Por otra parte, la velocidad de onda de corte se estimó a partir de los parámetros conocidos para el año 2004 y se asumió constante para las estimaciones proyectadas.

Figura 3.10. Localización de los bancos de nivel (SEHEDIS)

3.3.5.2 Resultados de la subsidencia A partir de la predicción establecida del hundimiento futuro en los bancos analizados y la relación que guarda con la reducción del espesor del depósito, se construyeron mapas que muestran el cambio en el periodo dominante de vibración del suelo. Esta prospección se realizó para los años 2020, 2030, 2040, 2050 y 2070.

Se destaca que los depósitos de suelo compresible con mayor espesor son susceptibles a sufrir los cambios más significativos en la respuesta sísmica con el paso del tiempo (Figura 2.15).

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La reducción del espesor compresible implica directamente un cambio en el periodo dominante de vibración del suelo y en la velocidad de onda de corte. El espesor compresible se ve afectado por el proceso de consolidación.

Figure 3.11. Mapa de isoperiodos para el año 2020

Figure 3.12. Mapa de isoperiodos para el año 2030

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Figure 3.13. Mapa de isoperiodos para el año 2040

Figure 3.14. Mapa de isoperiodos para el año 2050

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Figure 3.15. Mapa de isoperíodo para 2070

Figure 3.16. Tasa fundamental de soperíodos 2070 vs 2020

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3.3.5.3 Conclusiones y recomendaciones Se identifica que las zonas con alto grado de geológico se concentran en la zona de transición geológica (paralelas a las curvas de nivel) entre las unidades lacustres y aluviales consecuencia directa de la consolidación regional que se presenta en el Valle de México. Se manifiesta en las zonas de transición entre los contactos de suelos firmes con suelos blandos y se caracterizan por presentar un escalón hacia la zona de mayor asentamiento.

La zona que presenta mayor modificación en el periodo fundamental del suelo se localiza en la parte centro de la cuenca de ZP (Zona roja Figura 3.16) debido a la consolidación regional del estrato compresible consecuencia de la extracción de agua por bombeo en estratos profundos.

Se recomienda que en las zonas de fracturamiento ya identificado (Figura 3.17) se realice una campaña de monitoreo para caracterizar la evolución de este así como identificar zonas que presenten fracturamiento pero que este no hayan sido cartografiadas. Se recomienda realizar levantamiento por inferferometria, a lo largo de las zonas de transición.

Se recomienda hacer una cartografía geológica a detalle en la zona de transición para afinar e identificar los límites de las unidades lacustre y aluvión, ya que es un indicador de las zonas que presentaría a futuro mayor fracturamiento geológico.

Figure 3.17. Susceptibilidad a fractura geológica

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3.3.6 Influencia de la Subsidencia en los Resultados de Riesgo Sísmico Como se mencionó anteriormente, el hundimiento es un problema causado por el bombeo excesivo de agua de los estratos más profundos del suelo y se ha vuelto más importante a lo largo de los años. Dado que la ciudad está en continuo crecimiento, los residentes de la Ciudad de México deben descubrir cómo lidiar con esta problemática día a día.

Entre todas las consecuencias que genera el hundimiento, una de ellas afecta directamente el movimiento del suelo cuando ocurre un sismo, esto es, debido a la reducción del espesor de los estratos más profundos, el suelo se vuelve más rígido, por lo que la respuesta dinámica contra las ondas sísmicas será diferente. El hecho de que el suelo se vuelva más rígido no siempre es beneficioso, a veces esto podría significar que la amplitud de la respuesta puede ser mayor que antes, en otros casos, la respuesta puede ser más ligera; y en otros casos, la respuesta podría ser la misma.

Para explicar mejor este problema, en la Tabla 3.5 se presenta una ilustración de cómo las intensidades del riesgo sísmico pueden verse afectadas (de manera favorable y desfavorable) por el problema de subsidencia. Evidentemente, para cada sitio de análisis hay un período dominante del suelo diferente y una función de relación espectral de respuesta (RSR) diferente, sin embargo, todos los escenarios deben considerarse porque es igualmente probable que sucedan.

El modelo de riesgo sísmico se volvió a correr para cada escenario de subsidencia definido en la sección 3.3.4 y los mapas de riesgo sísmico se presentan en el Anexo F. Las intensidades de movimiento del suelo influenciadas por el hundimiento fueron las mismas que las obtenidas en la sección 3.3.4.2.

Esto no significa que el modelo de riesgo sísmico sea incorrecto, esto significa que los períodos dominantes del suelo de la Zona Patrimonial se encuentran al principio o al final de la función de transferencia (ver “Mismo escenario” en la Tabla 3.5). La reducción del período del suelo no representa ningún cambio en el movimiento del suelo porque para ambos casos, antes y después del hundimiento, el factor de amplificación es el mismo. Para esta región, el pico de la función RSR podría ubicarse en un rango de períodos diferente.

Es importante aclarar que los resultados aquí presentados son sólo evidencia de que el problema de hundimiento no está afectando las intensidades del movimiento del terreno, sin embargo, esto no significa

56

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que el hundimiento no influya en otros aspectos, como el asentamiento diferencial de cimentaciones y el agrietamiento en superficie. Para cuantificar estos otros problemas, se necesita otro estudio con diferente alcance.

Table 3.5. CĂłmo afecta el problema de subsidencia a las intensidades sĂ­smicas

Escenario favorable

Escenario desfavorable

INCORPORANDO EL RIESGO SISMICO EN LA RESILIENCIA HIDRICA

57

Mismo escenario

3.4 FUNCIONES HIDRÁULICA

DE

VULNERABILIDAD

PARA

INFRAESTRUCTURA

3.4.1 Introducción En este trabajo, la vulnerabilidad se define como la predisposición de un bien o un conjunto de ellos a sufrir un daño ante la ocurrencia de algún fenómeno perturbador. Dentro del contexto del riesgo, esta vulnerabilidad, se expresa a través de la estimación de funciones de vulnerabilidad, las cuales a su vez, se representan gráficamente a través de las llamadas curvas de vulnerabilidad, quienes describen la evolución del daño o pérdida económica que en promedio tendría una estructura ante el incremento de los valores de cierta medida de intensidad relacionada con el evento perturbador para el que se esté analizando. En la Figura 3.18 se presenta un ejemplo de curva de vulnerabilidad.

Figura 3.18 Curva de vulnerabilidad

58

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Bajo el marco del estudio de riesgo por sismo y hundimientos diferenciales de la infraestructura hidráulica del patrimonio de las zonas de Xochimilco, Milpa Alta y Tláhuac se estableció la estimación de funciones de vulnerabilidad para dichas amenazas para los siguientes bienes (Figura 3.19):

• • • • • •

Red de agua potable Red de alcantarillado Pozos Tanques Plantas de tratamiento de aguas residuales Plantas de cloración

Figura 3.19. Componentes para los que se calcularon las curvas de vulnerabilidad (recuadro rojo)

De las secciones 3.4.2 a la 3.4.6 se presentan las funciones de vulnerabilidad para el sistema de agua potable, para el sistema de drenaje, para pozos, para tanques y para plantas de tratamiento y cloración.

La metodología usada para obtener dichas curvas de vulnerabilidad se describe en el Anexo G.

INCORPORANDO EL RIESGO SISMICO EN LA RESILIENCIA HIDRICA

59

3.4.2 Funciones de vulnerabilidad para el sistema de agua potable La infraestructura de agua potable es un conjunto de elementos cuyo principal objetivo es llevar agua desde las fuentes de afluencia hasta los usuarios finales en sus domicilios o lugares de trabajo. Para el cálculo de las funciones de vulnerabilidad sísmica y de hundimientos diferenciales de este tipo de infraestructura se obtuvieron las curvas de vulnerabilidad asociadas a cada uno de los tipos de infraestructura considerados, los cuales se mencionan a continuación.

El sistema de agua potable se encuentra formado por obras de captación (canales), conducción (tuberías enterradas), plantas potabilizadoras, tanques de regulación y estaciones de bombeo. Para el caso de las estaciones de bombeo, se consideran las curvas de vulnerabilidad de edificios de mampostería de mediana y baja altura y las correspondientes a equipo eléctrico y mecánico.

Cabe resaltar que, para el caso de las plantas potabilizadoras y tanques, este trabajo los evalúa por separado.

Las obras de captación están formadas generalmente por acueductos de diferentes tipos dependiendo de la topografía. También se utilizan canales a cielo abierto, los cuales pueden ser recubiertos o no. Generalmente, los daños en canales están dados por la falta de capacidad del suelo que los sustenta, tales como asentamientos diferenciales, licuación o deslizamientos. Los canales revestidos son menos susceptibles al daño; sin embargo, la aparición de grietas puede provocar filtraciones. Para el caso de este estudio se considera que las obras de captación son canales revestidos que toman el agua de los ríos y los afluentes cercanos.

El sistema de distribución de agua potable es un conjunto de tuberías de diferentes diámetros, los cuales tiene diferentes funciones a lo largo de toda la red de distribución. Este sistema de tuberías es el encargado de llevar el agua potable desde las plantas potabilizadoras hasta los usuarios finales. Los materiales más empleados para la construcción de éstas son el acero, el hierro fundido, fibrocemento y PVC. Las líneas de distribución son generalmente subterráneas. La mayoría de las fallas observadas se relacionan con esfuerzos de corte y deformaciones del suelo, afectando principalmente las conexiones. También existen daños como resultado de deformaciones axiales ocasionadas por las deformaciones relativas entre estratos del suelo.

60

PLAN DE RESILIENCIA HIDRICA PARA LA ZONA PATRIMONIAL DE XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

3.4.2.1 Curva de vulnerabilidad sísmica para Sistema de agua potable Al igual que en la figura 3.18, en las siguientes figuras se presentan las curvas de vulnerabilidad desarrolladas para este estudio. En cada una, el eje X representa la intensidad analizada: puede ser PGA, lo cual significa Peak Ground Acceleration, SA lo cual significa Spectral acceleration, o bien el asentamiento relativo debido a subsidencia. Por otra parte, el eje Y representa el valor esperado del daño dada la intensidad del eje X. Por ejemplo, en la Figura 3.20 se puede observar que para un PGA de 1000 gal, se espera un daño del 20%.

Figura 3.20. Curva de vulnerabilidad sísmica asociada a canales

Figura 3.21. Curva de vulnerabilidad asociada a tuberías subterráneas

Figura 3.22. Curva de vulnerabilidad asociada a plantas de bombeo

INCORPORANDO EL RIESGO SISMICO EN LA RESILIENCIA HIDRICA

61

3.4.2.2. Curva de vulnerabilidad por hundimientos diferenciales para el sistema de agua potable

Figura 3.23 Curva de vulnerabilidad por hundimientos diferenciales asociada a tramos de canal

Figura 3.24 Curva de vulnerabilidad por hundimientos diferenciales asociada a tuberías enterradas

Figura 3.25. Curva de vulnerabilidad por hundimientos diferenciales para equipo mecánico y eléctrico

62

PLAN DE RESILIENCIA HIDRICA PARA LA ZONA PATRIMONIAL DE XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

Figura 3.26. Curva de vulnerabilidad de hundimientos diferenciales de estructuras de mampostería de mediana y baja altura

Figura 3.27. Curva de vulnerabilidad por hundimientos diferenciales de estaciones de bombeo

3.4.3 Funciones de vulnerabilidad para el sistema de drenaje El sistema de drenaje de agua residual o alcantarillado es el encargado de resolver el problema de alejamiento de aguas negras y pluviales, por medio de conductos o tuberías generalmente subterráneas que se encargan de recolectar las aguas de desecho y la transportan en forma segura y rápida hasta el lugar de disposición final.

Las redes de alcantarillado son estructuras hidráulicas que funcionan a presión atmosférica, por gravedad. Sólo muy raramente, y por tramos breves, están constituidos por tuberías que trabajan bajo presión o por vacío. Normalmente están constituidas por canales o tuberías de sección circular, oval o compuesta, enterrados la mayoría de las veces bajo las vías públicas.

INCORPORANDO EL RIESGO SISMICO EN LA RESILIENCIA HIDRICA

63

Los elementos considerados para el cálculo de las funciones de vulnerabilidad del sistema de drenaje son los que se muestran en la siguiente tabla.

Tabla 3.6. Elementos considerados que definen la vulnerabilidad del sistema

COMPONENTES DEL SISTEMA

Tuberías Estaciones de bombeo

ELEMENTOS QUE DEFINEN LA VULNERABILIDAD

Tuberías subterráneas 30% Edificios 20% Equipamiento eléctrico 50% Equipamiento mecánico

Como se puede observar en la tabla anterior, las funciones correspondientes a los bienes analizados ya se calcularon anteriormente por lo que para conocer su proceso de obtención se deberá realizar la sección correspondiente.

3.4.4 Funciones de vulnerabilidad para pozos Los pozos son estructuras enterradas los cuales sirven para la extracción de agua del subsuelo. Estos pozos generalmente son construidos a través de la excavación con palas o retroexcavadoras para posteriormente ser alineados o rebordeados con mampostería. Los pozos al ser estructuras subterráneas, su desempeño está íntimamente ligado al desempeño del suelo que lo rodea. Los pozos pueden sufrir fallas por compresión y por corte relacionadas con las deformaciones del suelo, así como la aparición de fallas del suelo.

3.4.4.1 Curvas de vulnerabilidad por sismos para pozos

Figura 3.28. Curva de vulnerabilidad sísmica para pozos, se muestra el valor esperado de la pérdida (línea continua) y la desviación estándar (línea punteada) 64

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3.4.4.2 Curvas de vulnerabilidad por subsidencia para pozos

Figura 3.29. Curva de vulnerabilidad de hundimientos diferenciales para pozos, se muestra el valor esperado de la pérdida (línea continua) y la desviación estándar (línea punteada)

3.4.5 Funciones de vulnerabilidad para tanques Los tanques sirven para regulación y/o almacenamiento del agua que se transporta, estos pueden ser subterráneos, superficiales o elevados.

Este tipo de tanques superficiales o subterráneos suelen estar construidos con concreto reforzado o presforzado, y tener una geometría circular. Las cimentaciones de estos tanques generalmente están construidas con arena o bases de concreto que los soporten. Los tanques elevados consisten en tanques de acero los cuales están soportados por columnas del mismo material.

Los modos de falla en los tanques subterráneos incluyen daño en muros y en el sistema de soporte de los techos. Los tanques superficiales apoyados directamente en el suelo también están sujetos a múltiples modos de daño; en el caso de los tanques de acero se pueden mencionar: falla de la soldadura entre la base y las paredes, pandeo de las paredes, ruptura de las tuberías conectadas rígidamente, implosión por pérdida súbita de contenido, asentamientos diferenciales, falla del sistema de anclaje, falla del sistema de techo y colapso total. Para los tanques de concreto las fallas más comunes son: falla del sistema de soporte del techo, agrietamiento y deslizamiento de juntas constructivas. Los tanques elevados generalmente fallan debido a que su sistema de soporte no se encuentra reforzado adecuadamente, si la condición de daño excede ciertas condiciones de flexión o de falla de conexiones por lo general el daño resulta total.

INCORPORANDO EL RIESGO SISMICO EN LA RESILIENCIA HIDRICA

65

3.4.5.1 Curva de vulnerabilidad por sismo para tanques

Figura 3.30. Curva de vulnerabilidad sísmica asociada a tanques superficiales

Figura 3.31. Curva de vulnerabilidad sísmica asociada a tanques subterráneos

Figura 3.32. rva de vulnerabilidad sísmica asociada a tanques elevados de acero

66

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3.4.5.2 Curva de vulnerabilidad por hundimientos diferenciales de tanques

Figura 3.33. Curva de vulnerabilidad de hundimientos diferenciales para tanques subterráneos y superficiales

Figura 3.34. Curva de vulnerabilidad por hundimientos diferenciales para tanques elevados

3.4.6 Plantas de tratamiento y de cloración El tratamiento de aguas residuales consiste en una serie de procesos físicos, químicos y biológicos que tienen como fin eliminar los contaminantes físicos, químicos y biológicos presentes en el agua efluente del uso humano. El objetivo del tratamiento es producir agua limpia (o efluente tratado) o reutilizable en el ambiente y un residuo sólido o fango (también llamado biosólido o lodo) convenientes para su disposición o reúso.

INCORPORANDO EL RIESGO SISMICO EN LA RESILIENCIA HIDRICA

67

Por otro lado, al proceso de conversión de agua común en agua potable se le denomina potabilización. Los procesos de potabilización son muy variados y van desde una simple desinfección, para eliminar los patógenos, que se hace generalmente mediante la adición de cloro, mediante la irradiación de rayos ultravioletas, mediante la aplicación de ozono, etc.

Tanto las plantas de tratamiento como las de potabilización están compuestas por varios dispositivos y estructuras con un objetivo particular, las cuales están localizados en ubicaciones específicas, con el fin de optimizar procesos y costos.

Así pues, los componentes considerados para el cálculo de la curva de vulnerabilidad asociada a este tipo de plantas son los siguientes: Tabla 3.7. Lista y distribución de componentes considerados para plantas de tratamiento

Componentes

Distribución

Edificios de mampostería de mediana y baja altura

20%

Equipo mecánico

40%

Equipo eléctrico

15%

Tanque superficial

10%

Tuberías

15%

Las funciones correspondientes a cada uno de los bienes mencionados en la tabla anterior, ya se calcularon de manera individual.

La función de vulnerabilidad correspondiente a las plantas de tratamiento y de potabilización está formada por la combinación lineal de los componentes previamente enlistados. A continuación, se presentan dichas funciones.

68

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Figure 3.35. Curva de vulnerabilidad sísmica para plantas de tratamiento y de potabilización

Figure 3.36. Curva de vulnerabilidad por hundimientos diferenciales para plantas de tratamiento y de potabilización

Las funciones de vulnerabilidad presentadas corresponden a infraestructura hidráulica por lo que no deben ser usadas para otro tipo de infraestructura.

3.5 ESTIMACIÓN DEL RIESGO 3.5.1 Introducción El estudio del riesgo consiste en la caracterización de la amenaza en el área de estudio, tanto amenaza sísmica como por subsidencia; preparación de datos y estructuración de las bases de datos para evalu-

INCORPORANDO EL RIESGO SISMICO EN LA RESILIENCIA HIDRICA

69

ación de las estructuras expuestas en los sistemas de ERN. Se realizó la identificación y asignación de la vulnerabilidad estructural así como la evaluación del riesgo.

La estimación del riesgo en este estudio corresponde a tres tipos de pérdidas tradicionales en términos del sector asegurador.

Pérdida Máxima Probable (PML, del inglés Probable maximum loss): es la pérdida asociada a un periodo de retorno predefinido, usualmente establecido por las autoridades reguladoras, o bien establecidas por compañías del sector asegurador para establecer el nivel de riesgo. Se trata de la pérdida, para todas las estructuras analizadas, que excederá el promedio una vez Tr años, donde Tr es el periodo de retorno.

Prima de riesgo puro: Es definida como la pérdida esperada anual que una estructura o un conjunto de ellas tiene. Es posible analizar los resultados por características que tiene cada estructura.

Pérdida por escenario: Es definida como el valor esperado de la pérdida por estructura (o conjunto de éstas), ante el escenario más crítico.

Los resultados mostrados en este estudio son probabilistas y consisten en indicadores de posibles resultados debido a la ocurrencia de futuros eventos, considerando el estado actual del conocimiento; por lo tanto, los resultados en este estudio no representan, bajo ninguna circunstancia, predicciones futuras de eventos catastróficos.

3.5.2 Análisis Probabilista de Riesgo El objetivo del estudio probabilista de riesgo es determinar la distribución de probabilidad de las pérdidas que cada elemento expuesto puede sufrir debido a la ocurrencia de alguna amenaza natural, considerando, en cada parte del proceso, incertidumbre de manera racional.

El proceso del análisis probabilista de riesgo consiste en estimar la pérdida de cada elemento expuesto para cada escenario que compone la amenaza para después integrarlos de manera probabilista teniendo como factor la frecuencia o intervalo de recurrencia de cada escenario.

Por lo tanto, el análisis probabilista de riesgo involucra incertidumbre que no puede ser subestimada y se tiene que considerar en todo el proceso.

A continuación se describen las bases de manera general: 1. Definición de la exposición: cada bien expuesto está definido por su valor de exposición, su localización geográfica, sistema estruc-

70

PLAN DE RESILIENCIA HIDRICA PARA LA ZONA PATRIMONIAL DE XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

tural, características y detalles adicionales de cada estructura.

2. Evaluación de la amenaza: para cada amenaza, se define un grupo de escenarios con su respectiva frecuencia de ocurrencia. Cada escenario tiene la distribución espacial de parámetros que permiten construir una distribución de probabilidades de las intensidades producida por su ocurrencia.

3. Vulnerabilidad de la exposición: se asigna una función de vulnerabilidad para cada tipo estructural y para cada amenaza. Esta función caracteriza el comportamiento de cada estructura dada cierta amenaza. Las funciones de vulnerabilidad determinan el nivel de pérdidas en función de la intensidad producida por cierta amenaza y se representan con curvas que definen el valor esperado de daño, así como la desviación estándar de la intensidad de cada amenaza.

3.5.3 Exposición Toda la información, tanto la recibida por el cliente como la obtenida de bases de datos gratuitas se depuró para evitar errores en la geometría.

Esta información se divide en dos grandes grupos: infraestructura urbana e infraestructura hidráulica, tal y como se muestra en la Figura 3.37.

Figura 3.37. Exposición de la Zona Patrimonial

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71

La Tabla 3.8 muestra longitud total de caminos, redes de agua potable, alcantarillado y agua recuperada considerada en la base de datos analizada de la Zona Patrimonial. Así como la Tabla 3.9 muestra el número total de inmuebles y el tipo de infraestructura a la que corresponden. La distribución de la infraestructura urbana y la infraestructura hidráulica se presenta en el Anexo H. Tabla 3.8. Longitud de las redes de agua potable, alcantarillado, agua recuperada y caminos en la Zona Patrimonial

Tipo de infraestructura

Largo total (km)

Water Supply Network

1,426

Sewage Network

1,323

Reclaimed Water Network

45

Roads

4,981

Tabla 3.9. Número de inmuebles por tipo de infraestuctura

Tipo de infraestructura

72

Total

Viviendas

462,202

Escuelas

3,393

Iglesias

475

Pozos de agua potable

259

Edificios de Salud

205

Mercados

170

Plazas centrales

135

Tanques de almacenamiento de agua

57

Estaciones de bombeo

41

Edificios gubernamentales

39

Cementerios

33

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Tipo de infraestructura Centros deportivos Estación de bombeo de aguas residuales Estaciones de transporte público

Total 20 17 16

Plantas de tratamiento de aguas residuales

6

Plantas de agua potable

2

Para modelar y evaluar en los sistemas de ERN se considera el siguiente criterio: • Los registros se modelaron como pólizas de seguro independientes con una cobertura del 100% sin coaseguro ni deducible.

3.5.4 Máxima pérdida probable La Tabla 3.10 detalla la máxima pérdida probable (PML) por sismo para la infraestructura urbana e hidráulica con diferentes periodos de retorno y probabilidades (probabilidad de ruina) que éstas pérdidas pueden exceder en los siguientes 5, 10, 25, 50 y 100 años (periodo de exposición) para el escenario de hundimiento diferencial en el 2020. Esta curva de PML se presenta en la Figura 3.38.

Los escenarios para hundimiento diferencial de 2030, 2040, 2050 y 2070 se omitieron debido a que se observan mínimas o nulas variaciones.

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73

Tabla 3.10. Máxima Pérdida Probable por sismo para hundimiento diferencial en 2020

Tr

PML Infraestructura hidráulica

PML Infraestructura urbana

PML Total

25

0.17%

0.26%

0.25%

18.13% 32.97% 63.21%

86.47% 98.17%

50

0.42%

1.00%

0.94%

9.52%

18.13%

39.35%

63.21%

75

0.81%

2.02%

1.90%

6.45%

12.48%

28.35%

48.66% 73.64%

100

1.31%

3.10%

2.91%

4.88% 9.52%

22.12%

39.35%

63.21%

200

3.69%

6.99%

6.63%

2.47%

4.88%

11.75%

22.12%

39.35%

500

9.30%

14.22%

13.65%

1.00%

1.98%

4.88%

9.52%

18.13%

1000

14.57%

20.23%

19.57%

0.50%

1.00%

2.47%

4.88%

9.52%

1500

17.82%

23.60%

22.93%

0.33%

0.66%

1.65%

3.28%

6.45%

2000

20.14%

25.86%

25.20%

0.25%

0.50%

1.24%

2.47%

4.88%

2500

21.94%

27.54%

26.89%

0.20%

0.40%

1.00%

1.98%

3.92%

(años)

Probabilidad deruina Período de exposición (Te, años) 5

10

25

50

100

86.47%

Figura 3.38 Máxima Pérdida Probable por sismo para hundimiento diferencial en 2020

3.5.5 Pérdida promedio anual La pérdida promedio anual (AAL, por sus siglas en inglés) debido a sismo es 0.14% del total de la exposición para el escenario de hundimiento

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diferencial del 2020. La pérdida promedio anual fue de 0.12% y 0.14% para infraestructura hidráulica y urbana, respectivamente.

La pérdida promedio anual por sismo en infraestructura hidráulica es detallada en la Tabla 3.11, donde se puede observar que el mayor porcentaje, con 0.70% es de las estaciones de bombeo de aguas residuales, la distribución de pérdida promedio anual puede observarse en la Figura 3.39.

Tabla 3.11. Pérdida promedio anual por sismo para infraestructura hidráulica

Nombre infraestructura

AAL - 2020

Estaciones de bombeo de aguas residuales

0.70%

Estaciones de bombeo

0.39%

Red de agua recuperada

0.14%

Red de drenaje

0.12%

Red de aga potable

0.12%

Plantas de tratamiento de agua residuales

0.08%

Plantas de agua potable

0.06%

Pozos de agua potable

0.04%

Tanques de almacenamiento de agua

0.02%

Figura 3.39 Pérdida promedio anual por sismo para infraestructura hidráulica

INCORPORANDO EL RIESGO SISMICO EN LA RESILIENCIA HIDRICA

75

La pérdida promedio anual por sismo para la infraestructura urbana se detalla en la Tabla3.12, en ella puede observarse que los mercados y los centros de salud tienen la AAL más alta. La distribución de AAL en la infraestructura urbana se puede observar en la Figura 3.40.

Los escenarios de hundimiento diferencial para los años 2030, 2040, 2050 y 2070 se omitieron debido a la variación mínima o nula observada.

Los mapas de riesgo de la distribución de pérdida promedio anual están en el Anexo I. Tabla 3.12. Pérdida promedio anual en infraestructura urbana

Tipo de infraestructura

AAL - 2020

Mercados

0.84%

Centros de Saud

0.26%

Etaciones de transporte público

0.20%

Edificios gubernamentaes

0.15%

Viviendas

0.14%

Caminos

0.14%

Cenros deportivos

0.10%

Escuelas

0.02%

Iglesias

0.02%

Plazas centrales

0.00%

Cementerios

0.00%

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Figura 3.40. Pérdida promedio anual en infraestructura urbana

3.5.6 Resultados adicionales Se realizó un análisis de riesgo con dos escenarios específicos, los sismos del 19 de septiembre de 1985 y 2017. Los resultados de pérdidas, así como el escenario más crítico se presentan en el Anexo J. The most critical scenario with highest expected loss is also presented.

3.6 IMPLICACIONES PARA INVERSIONES FUTURAS Algunos de los proyectos anunciados en la Sección 6.3 son más vulnerables que otros a fracturas geológicas y problemas de subsidencia. A continuación se dan algunas recomendaciones técnicas para considerar en la planificación y construcción futura, basadas en los resultados del estudio sísmico.

3.6.1 Reconnexión del Río Amecameca con la Zona Patrimonial El proyecto apunta a reconectar el Río Amecameca con la ZP para incrementar el volumen de agua disponible para el manejo de recursos hídricos en la ZP. Esto se puede conseguir al permitir que parte del agua del río fluya en la esquina sudeste de la ZP en vez de a lo largo de la ZP hacia el norte. Este proyecto incluirá canales y plantas de tratamiento de agua.

La esquina sudeste de la ZP no está expuesta a altos niveles de fracturas geológicas (ver Figura 3.41), sin embargo, algunas de ellas han sido identificadas y debiesen ser consideradas al momento de planificar el

INCORPORANDO EL RIESGO SISMICO EN LA RESILIENCIA HIDRICA

77

proyecto. Los canales son vulnerables a fracturación, por lo que se deberían considerar medidas de mitigación para evitar fugas.

El análisis de la subsidencia muestra un cambio probable en el período del suelo entre -0.45 y -0.075s (ver Figura 3.16) en la esquina sudeste.

Esto implica un decenso en el espesor del estrato del suelo y un aumento de su rigidez. Es importante recordar que los canales son estructuras rígidas, por lo tanto las intensidades sísmicas experimentadas por estas estructuras estarán cercanas al Peak Ground Acceleration (PGA).

Recomendamos cuantificar el cambio del período de suelo e implicaciones en la etapa de diseño, de manera de asegurar que intensidades futuras no serán más dañinas que lo que se estimó inicialmente.

Las mismas consideraciones aplican para el diseño y construcción de las plantas de tratamiento de aguas. Este tipo de estructuras no son edificios en altura, por lo tanto la estructura será rígida.

Figura 3.41. Reconexión del Río Amecameca y fracturas geológicas (líneas rojas)

3.6.2 Humedales lineales en los bordes de transición Los humedales lineales son estructuras subterráneas, por lo tanto son vulnerables a fracturas geológicas. La parte central de los humedales lineales está cerca de un sistema de fractura geológica. De las imágenes presentadas en la Sección 6.3.2, se puede inferir que es importante evitar fracturas en la vecindad de las estructuras visualizadas en este proyecto, para prevenir la contaminación de canales debido a fugas.

78

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Figura 3.42. Humedales lineales (línea azul) y fracturas geológicas (líneas rojas)

Se prevee que las estructuras en el proyecto no será afectadas por la subsidencia, ya que son estructuras simples y superficialmente subterráneas (poca profundidas). Un cambio en el período del suelo no será relevant para la operación de estas estructuras.

3.6.3 Sistema de Control Hídrico La Sección 6.3.3 describe el sistema de control hídrico propuesto. Se considera que el proyecto estará compuesto de los siguientes elementos:

• • • •

Hidrodinámica del sistema de canales Estructura hidráulica Segmentación del sistema de chinampas 5 exclusas y 15 represas distribuidas en los humedales de las chinampas de Xochimilco.

En este punto, la ubicación exacta de estas estructuras no ha sido decidida aún, por lo cual no se han elaborado mayores conclusiones.

INCORPORANDO EL RIESGO SISMICO EN LA RESILIENCIA HIDRICA

79

3.6.4 Regeneración de PEX Xochimilco Se propone la reconstrucción de un centro cultural que contribuya a aumentar la toma de concienca sobre la regeración integral del agua.

PEX Xochimilco está ubicado en la esquina noroeste de la ZP, en una zona en donde no se presentan fracturas geológicas.

El análisis de subsidencia muestra un cambio esperado del período de suelo de aproximadamente -0.075s. El cambio es mínimo, sin embargo el efecto en las intensidades sísmicas debería ser evaluado para asegurar que futuras intensidades no excederán las actuales.

3.6.5 Corredores verdes Los corredores verdes se ubicarán en el límite sur de la ZP. El corredor asociado a San Luis Tlactaltemalco es el único expuesto a fracturas geológicas.

La subsidencia no es un problema tan relevante como la fractura, ya que el cambio en el periodo de suelo es de alrededor de -0.075s, lo cual corresponde a un cambio mínimo en la rigidez.

Los corredores verdes deberán consistir en largas aceras y parques, sin construcciones en altura, haciéndolos no vulnerables a los cambios en el período de suelo. De todas maneras, se deberá considerar la fractura geológica, y se deberán tomar medidas estrictas de prevención para evitar fracturas.

Figura 3.43. Corredores verdes (líneas verdes) y fracturas geológicas (líneas rojas)

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PLAN PLAN DE RESILIENCIA HIDRICA PARA PARA LA ZONA PATRIMONIAL DE XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA ALTA 82 DE RESILIENCIA HIDRICA LA ZONA PATRIMONIAL DE XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA

4 MODELACIÓN REGIONAL Y LOCAL DE LOS SISTEMAS HÍDRICOS 4.1 INTRODUCCIÓN El sistema hídrico de la Zona Patrimonial es dominado por el sistema hídrico de la Cuenca de México. Ajustes en el sistema hídrico de la Cuenca de México afectarán el sistema de aguas de la ZP y viceversa. Para entender esta relación, modelos regionales de los sistemas hidrológico e hidrogeológico de la Cuenca de México fueron desarrollados. Este modelo regional describe y cuantifica el sistema hídrico por encima y debajo del suelo y sirve para definir y cuantificar las condiciones de borde para el modelo local de Xochimilco y Zona Patrimonial.

El modelo regional de aguas superficial fue establecido con el marco del modelo hidrológico distribuido wflow (ver Apéndice C.1), el cual describe la condición hidrometeorológica natural de la Cuenca de México.

Esto significa que con el modelo de agua superficial las condiciones de borde de otros modelos fueron calculados, basados en la balance de aguas hidrometeorológico natural del sistema de agua superficial. En el modelo hidrogeológico regional, construido en iMOD, las extracciones artificiales tales como tomas de aguas y extracción de agua subterránea fueron incluidos.

4.2 MODELACIÓN REGIONAL DE LA CUENCA DE MÉXICO 4.2.1 Resultados del Modelo Hidrológico 4.2.1.1 Simulación de Descargas Uno de los productos del modelo hidrológico son los hidrogramas simulados para el periodo total del modelo y para cualquier ubicación dentro del área. Estos hidrogramas sirven como insumo para el modelo hidrodinámico discutido en la Section 4.3.

Se realizó una verificación aproximada del funcionamiento del modelo hidrológico comparando la descarga medida en las estaciones de aforo con la descarga simulada del modelo. Sin embargo, en vista de los

MODELACIÓN REGIONAL Y LOCAL DEL SISTEMA HÍDRICO

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problemas de calidad de datos de las mediciones de descargas discutidas en el Apéndice C.6, estas comparaciones sirven solo para ilustrar. No se calcularon estadísticas de rendimiento basadas en estas ubicaciones; esto no tendría sentido debido a estos problemas de calidad de los datos. Como ilustración, la Figura 4.1, Figura 4.2 y Figura 4.3 muestran los hidrogramas medidos y simulados en tres estaciones de aforo, Molino Blanco, La Grande y Santa Teresa.

Figura 4.1 Hidrogramas medidos y simulados en la estación de Molino Blanco - descarga registrada (Q.obs, línea azul) y descarga simulada (Q.sim, línea verde)

Figura 4.2 Hidrogramas medidos y simulados en la estación de La Grande - descarga registrada (Q.obs, línea azul) y descarga simulada (Q.sim, línea verde)

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Figura 4.3 Hidrogramas medidos y simulados en la estación de Santa Teresa - descarga registrada (Q.obs, línea azul) y descarga simulada (Q.sim, línea verde)

4.2.1.2 Recarga de aguas subterráneas En el modelo Wflow el suelo se considera como un solo cubo con una cierta profundidad, dividido en un depósito saturado y un depósito no saturado. Este cubo de suelo representa la parte superior del suelo con procesos relativamente rápidos; la modelación más completa del agua subterránea se realiza con el modelo de agua subterránea iMOD (ver Sección 4.2.2). La recarga natural al agua subterránea se calcula en el modelo Wflow como la transferencia de la parte no saturada a la parte saturada del suelo, menos la evaporación del depósito saturado (por la vegetación). Más información sobre los procesos en el modelo Wflow se encuentra en el Apéndice C; en la Figura C.1 se muestra una esquematización de la rutina del suelo en el modelo Wflow-SBM. La recarga calculada en Wflow sirve como entrada para el modelo de agua subterránea (ver sección 4.2.2). A continuación se presenta una discusión de las simulaciones de recarga de aguas subterráneas, basado en el modelo completo de simulación de 36 años para el período 19792014. Los resultados muestran que la recarga de agua subterránea varía significativamente a lo largo del año. Se observó que la infiltración es limitada durante los meses secos (principalmente de noviembre a abril).

Por el contrario, durante los meses lluviosos (mayo a octubre) la recarga de aguas subterráneas se produce principalmente en la Sierra de las Cruces y Sierra Nevada, las regiones meridionales de la cuenca. En esta región la infiltración varía de 0 a 7 mm por día, llegando a 13 mm por día durante los meses extremadamente húmedos. En el resto de la cuenca la recarga oscila entre 0 mm y 1 mm por día. Las simulaciones muestran que la recarga de agua subterránea en el Estado de Hidalgo es limitada incluso durante los meses húmedos.

MODELACIÓN REGIONAL Y LOCAL DEL SISTEMA HÍDRICO

85

En la Figura 4.4 se presenta una visión general de la recarga total de aguas subterráneas durante los meses de febrero y junio.

a) Febrero-1982

b) Junio-1982

c) Febrero-1995

d) Junio-1995

e) Febrero-2012

f) Junio-2012

Figura 4.4 Recarga simulada de aguas subterráneas durante el período simulado (1979-2014).

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La Figura 4.5 presenta el promedio de recarga de agua subterránea para 1979 a 2014. Se observa que la infiltración oscila entre 3,4 mm y -2,2 mm por día.

Figura 4.5 Recarga promedio de agua subterránea durante 1979-2014 (mm)

La figura 4.6 muestra la evolución de la recarga de agua subterránea entre 1979 y 2014. En promedio, la recarga durante la temporada seca es alrededor de 562,000 m3/d, mientras que durante la temporada lluviosa la recarga es de alrededor de 3,620,000 m3/d. En promedio, la recarga anual estimada es de 2,093,000 m3/d.

La figura 4.6a muestra que la recarga varía significativamente a lo largo de los años. La serie de tiempo a su vez muestra que durante el año 2009, la cuenca enfrentó una severa sequía (27% menos recarga que el promedio).

En el caso de Xochimilco y la Zona Patrimonial, la recarga promedio se estima en 54,500m3/d. Durante la temporada lluviosa, infiltration to the vadose zone is calculated at 101,700 m3/d, while during the dry season infiltration accounts for 7,200 m3/d.

MODELACIÓN REGIONAL Y LOCAL DEL SISTEMA HÍDRICO

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Basin of Mexico

Zona Patrimonial

Figure 4.6 Evolution of groundwater recharge from 1979 to 2014 (m3/s) showing a comparison between dry and wet months is presented. Values are given in m3 per day. (a) for the Basin of Mexico; (b) for the Zona Patrimonial.

4.2.1.3 Balance hídrico El balance de aguas hidrometeorológico de la cuenca de la Ciudad de México se calculó con el modelo Wflow para el período 1979-2014, de la siguiente manera: P - ET - dS/dt = Q en donde: P = Precipitación ET = Evapotranspiración dS/dt = Variación de almacenamiento de agua en el suelo Q = Escorrentía superficial Se asume que la cuenca es un sistema cerrado. La lluvia es la única fuente de agua natural en el sistema. Toda el agua que entra en el sistema como lluvia sale del sistema ya sea por evapotranspiración o por escorrentía superficial. Se puede suponer que el cambio en el almacenamiento de agua del suelo es cero durante un largo período de tiempo (36 años). La escorrentía superficial se compone de escorrentía rápida (exceso de agua de infiltración y escorrentía directa en la parte superior del suelo) y escorrentía lenta - el agua que se filtra a través de la zona no saturada, donde se convierte en recarga a medida que ingresa a la zona saturada, y que eventualmente fluye de nuevo en forma de agua superficial en los ríos y arroyos.

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Figure 4.7 Mapas que muestran los valores medios anuales a largo plazo (mm/año) de los componentes del balance hídrico precipitación (superior), evapotranspiración (media) y recarga (inferior), calculados con Wflow para el período 1979-2014.

En la Tabla 4.1 se presenta el balance de aguas hidrometeorológico de la Cuenca de México promediado en los 36 años de análisis (1979-2014).

Los valores se muestran como promedios anuales.

MODELACIÓN REGIONAL Y LOCAL DEL SISTEMA HÍDRICO

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Tabla 4.1 Balance hídrico de la Cuenca de México, valores promedio anuales en mm durante el período 1979-2014.

Promedio anual 1979-2014 [mm/ño] Precipitación (P)

678

Evapotranspiración (ET)

501

Recarga (Rc)

117

Cambio en el almacenamiento (ΔS)

0

Escorrentía superficial (Q) (P - ET - dS/dt)

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4.2.2 Resultados del Modelo Hidrogeológico En el contexto hidrogeológico de la Cuenca de México, donde el agua subterránea es la principal fuente de abastecimiento de agua potable, la gestión sostenible de los recursos hídricos subterráneos es de suma importancia. Los modelos de aguas subterráneas, tanto numéricos como conceptuales, son herramientas muy útiles para apoyar la gestión de las aguas subterráneas y la toma de decisiones. Los modelos de aguas subterráneas facilitan la comprensión de los procesos hidrogeológicos mediante la visualización y cuantificación del sistema hidrogeológico 3D y la dinámica del flujo de aguas subterráneas.

Se construyó un modelo numérico de aguas subterráneas con el paquete de software IMOD (Interactive Modelling versión 4.0) de Deltares. El modelo numérico construido se ha basado en una extensa colección de datos existentes de varias fuentes públicas, agencias gubernamentales y universidades. Además, la dinámica del sistema hidrológico simulada con wflow se utilizó para las condiciones de borde superior del modelo (recarga de aguas subterráneas).

El modelo regional IMOD se estableció en WGS1984 con un tamaño de píxel de 200x200 m. Las simulaciones se llevaron a cabo a paso mensual. Se utilizaron pasos anuales para la validación. El modelo contiene 698 columnas, 629 filas y cuatro capas que representan los acuíferos y acuíferos de la cuenca. La Figura 4.8 presenta las unidades hidrogeológicas construidas en el IMOD.

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Figura 4.8 Unidades hidrogeológicas de la Cuenca de México construidas en iMOD.

El escenario hidrogeológico de la Cuenca de México es descrito por González-Morán et al. (1999) y consiste en un acuífero superior formado por depósitos lacustres del Cuaternario y un acuífero parcialmente confinado formado por depósitos aluviales y volcánicos del Cuaternario.

Los depósitos terciarios más antiguos forman un acuífero inferior debajo del acuífero, con un segundo acuífero de la edad Cretácica/Terciaria por debajo. Las características generales del sistema son descritas por Veláquez (2017): Acuitardo superior Tiene un espesor medio de 60 m, representado por sedimentos lacustres (arcillas) de buena porosidad, alta capacidad de almacenamiento pero de baja permeabilidad; y roca volcánica, depósitos arenoso-arcillosos a una profundidad de 10 m. Está dividido por una fina capa de arena de alta permeabilidad a 33 m. Esta capa recibe el nombre de “capa dura” y tiene un espesor medio de 3 m.

Acuífero superior Esta unidad corresponde a la unidad central de extracción de agua.

Con un promedio de 600 m alcanzando los 1,000 m en algunas zonas, está formado por depósitos aluviales, rocas basálticas, arcillas volcánicas con pequeñas capas de arena, depósitos aluviales y piroclásticos del Cuaternario. Es un acuífero libre en las zonas montañosas y llanuras aluviales, mientras que de Zumpango a Chalco y de Texcoco a Cerro de Guadalupe el acuífero está confinado. El acuífero está semi-confinado en el área central de la Cuenca, una capa de arcillas lacustres está presente. Además, la mayor parte del agua extraída en la Cuenca de México proviene de esta capa a una profundidad promedio de 300 m.

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Acuitardo inferior Con un grosor medio de 1.500 m, este acuitardo está formado por clastos sedimentarios, materiales piroclásticos, arcillas volcánicas, rocas volcánicas fracturadas a una profundidad de 3,000 m del Plioceno; rocas volcánicas andesíticas del pliocuaternario; rocas basálticas y andesíticas del Plioceno Superior; Serie estratificada, roca volcánica, depósitos lacustres del Plioceno inferior; rocas volcánicas del Terciario superior; depósitos lacustres del Terciario superior; rocas ígneas ácidas del Mioceno; rocas ígneas intermedias del Oligoceno; y conglomerados del Eoceno.

Acuífero inferior Está constituida por rocas volcánicas, tipo andesíticas y dacíticas, desde el Terciario medio hasta el Terciario superior; rocas carbonatadas del Cretácico. Tiene un espesor medio de 500 m.

El modelo de agua subterránea fue establecido usando este conocimiento de la literatura. Las permeabilidades se acoplaron a las unidades distinguidas en el mapa geológico. Poco antes de terminar el informe, se dispuso de nuevos pozos de sondeo. Debido a las limitaciones de tiempo, no pudieron utilizarse para actualizar el modelo de aguas subterráneas. Los nuevos pozos de sondeo se compararon con el modelo utilizado para evaluar los posibles efectos y definir recomendaciones para el uso futuro del modelo. Las principales diferencias son:

• El acuitardo superior es menos extenso que la esquematización del modelo. Por lo tanto, la recarga del acuífero será mayor que la calculada actualmente por el modelo; • El espesor del acuífero es menor en el sur, lo que se espera que tenga un efecto menor en los resultados del modelo; • La parte superior del acuífero inferior es posiblemente más permeable que en el modelo, esto llevará a la recarga de esta parte del acuitardo desde el acuífero. Se espera que esto tenga un efecto menor en los resultados del modelo.

Para el uso futuro del modelo se recomienda: 1 estudiar la información de los pozos con más detalle y adquirir información original (actualmente sólo se dispone de pozos simplificados), 2 ajustar la extensión del acuitardo superior, 3 basar los límites de los acuíferos y acuitardos en la información de los pozos y 4 afinar las permeabilidades, ahora basadas en las principales unidades geológicas.

En el Apéndice D.1 se muestran las figuras generales y algunas secciones

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transversales, donde son visibles tanto las capas del modelo esquematizadas como los resultados de las perforaciones.

4.2.2.1 Carga hidráulica Esta sección proporciona ejemplos de resultados de modelos calculados en forma de mapas y series cronológicas. Los resultados se presentan a paso anual.

La figura 4.9 muestra las cargas hidráulicas simuladas para el año 2010.

Los valores varían de 2000 m.s.n.m. (Estado de México) a 3700 m.s.n.m.

(Sierra de Río Frío). En general, la dirección del flujo de agua subterránea es desde los bordes montañosos de la cuenca hacia el área del valle central, donde tiene lugar la mayor parte de la extracción de agua subterránea. La dirección del flujo de agua subterránea en la Ciudad de México es desde el sur hasta el centro de la cuenca, y tiende a concentrarse en las áreas de Xochimilco, Texcoco y Chalco.

Figura 4.9 Cargas hidráulicas del acuífero granular simuladas para el año 2010. Las áreas verdes son los niveles freáticos más bajos del fondo del valle, donde tiene lugar la mayor parte de la extracción.

Las cargas hidráulicas en el área de Texcoco y Chalco varían de 2190 a 2250 m.s.n.m. mientras que en el área de Tizayuca, Hidalgo, los niveles de agua cambian de 2250 a 2300 m.s.n.m. Las cargas hidráulicas en el

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norte de CDMX cerca del aeropuerto son de alrededor de 2150 m.s.n.m.

En el municipio de Xochimilco, las cargas hidráulicas simuladas en las zonas de montaña (en el sur) son de unos 2450 m.s.n.m., mientras que las cargas hidráulicas en las zonas urbanas situadas en el norte del municipio son de unos 2180 m.s.n.m.

Las cargas en las áreas de Tláhuac y Milpa Alta se calculan alrededor de 2180 a 2300 m.s.n.m. Figura 4.10 Cargas hidráulicas del acuífero granular simuladas para el año 2010 en el área de la Zona Patrimonial.

Figura 4.10 Hydraulic heads of the granular aquifer simulated for the year 2010 in the area of the Zona Patrimonial.

Los resultados muestran que los niveles de agua son poco profundos en las zonas montañosas, mientras que en las zonas urbanas las cargas hidráulicas tienden a ser más profundas. Además, en la cuenca las aguas subterráneas fluyen de sur a centro y de oeste a este.

Según informes de la Conagua (2002, 2013), el acuífero de Soltepec es considerado en equilibrio (lo que significa que la recarga de las aguas subterráneas es igual a la extracción), mientras que el agotamiento del agua en el acuífero de Apan es considerado como específico del sitio, y en general, el acuífero reporta una recuperación en los niveles de

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agua. La Figura 4.11 muestra series de tiempo de cargas hidráulicas en los acuíferos Soltepec y Apan. Aunque los niveles de agua son muy variables a través de los años, estas simulaciones parecen confirmar que los niveles de agua subterránea en estos acuíferos se están recuperando.

Figura 4.11 Series temporales de la carga hidráulica durante 1987-2014 en los acuíferos Soltepec (arriba; fluctuaciones entre 2578 m s.n.m. - 2581 m s.n.m.) y Apan (abajo; fluctuaciones entre 2492 m s.n.m. - 2504 m s.n.m.), sugiriendo una recuperación gradual de los niveles de agua subterránea.

La figura 4.12 muestra series temporales de cargas hidráulicas desde 1987 hasta 2014 en el municipio de Xochimilco. Aunque durante algunos años los niveles de agua han aumentado, esto no ha detenido la degradación de las fuentes de agua subterránea.

Según informes del Monitor de Sequía en México, la ciudad de México sufrió una severa sequía durante 2009, clasificada como D2 (sequía severa). En el Estado de México, la sequía se clasificó por municipio y varía de D0 (anormalmente seca) a D2. Sin embargo, la extracción de agua subterránea continuó a un ritmo regular, causando que los niveles de agua bajaran considerablemente con alrededor de 10 m, principalmente en las áreas urbanas (Figura 4.12, abajo).

MODELACIÓN REGIONAL Y LOCAL DEL SISTEMA HÍDRICO

95

Figura 4.12 Evolución de las cargas hidráulicos en el área de Xochimilco, y regiones de Tláhuac y Milpa Alta pertenecientes a la ZP; Arriba: centro de Xochimilco; Abajo: Sierra del Ajusco (al sur de la Ciudad de México).

4.2.2.2 Validación de los resultados del modelo Se dispone de muy poca información sobre el monitoreo de los niveles de agua subterránea en la Cuenca de México. De hecho, las únicas fuentes que están disponibles en el presente estudio son los mapas reportados en la literatura. Estas fuentes bibliográficas se utilizaron para realizar una validación cualitativa del modelo.

Los resultados simulados del modelo con pasos de tiempo anuales fueron comparados con las cargas hidráulicas reportadas por Lesser-Illeades (2005). La Figura 4.13 presenta una comparación cualitativa para los años 1985, 1990, 1995, 2000 y 2003. Aunque los mapas no son fáciles de comparar, los patrones espaciales simulados parecen coincidir con los mapas reportados por Lesser-Illeades. Los conos de depresión en las áreas de Xochimilco y Chalco muestran patrones similares. En el municipio de Texcoco se simulan conos de menor magnitud.

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1985

1990

1995

2000

MODELACIÓN REGIONAL Y LOCAL DEL SISTEMA HÍDRICO

97

2003 Figura 4.13 Comparación entre las cargas hidráulicos simulados (columna izquierda) y las cargas hidráulicas reportadas por Lesser-Illades (2005) (columna derecha) para los años 1985, 1990, 1995, 2000 y 2003.

Recomendaciones para mejorar el modelo El modelo podría mejorarse añadiendo la red de aguas superficiales compuesta por ríos y canales de drenaje naturales. Para ello, se debe conocer la resistencia del río y del lecho del canal, especialmente si el tramo del río y del canal han sido impermeabilizados o no. Los ríos naturales serían otra fuente de afluencia de agua para el acuífero y reducirían el flujo a través de los límites del sistema. En este modelo, se supone que existe una conexión con los acuíferos circundantes mediante la asignación de una cargas hidráulicas fija en el límite del modelo. Sin embargo, se desconoce el valor de las cargas hidráulicas en esos límites, mientras que su influencia en los resultados del modelo en términos de cargas y balance de agua es bastante significativa.

Otra información que podría añadirse al modelo son las pérdidas de la red de tuberías de abastecimiento de agua. Esto podría aumentar la recarga del sistema acuífero.

4.2.2.3 Balance de aguas Se calculó un balance hídrico para la Cuenca de la Ciudad de México con el modelo de aguas subterráneas para el período 1979-2014 de la siguiente manera: Recarga-Descarga=cambio en el almacenamiento de agua En un sentido más detallado, la ecuación del agua subterránea utilizada se expresa de la siguiente manera: (Rch+Bndin)-(Abs+Ofl+Bndout)=ΔS

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Donde: Rch recarga difusa de la lluvia (entrada de Wflow) Bndin y Bndout flujo que entra o sale del acuífero a través de sus fronteras.

Abs extracción de agua bombeada por pozos Ofl agua que sale del sistema a través del flujo superficial ΔS es el agua que sale o entra en el almacén El balance de aguas se calcula con el modelo IMOD a pasos mensual durante el período 1979-2014. En el cuadro 4.2 se indican los valores promedio para todo el período de cálculo.

Tabla 4.2 Balance de aguas de la cuenca de la Ciudad de México, valores promedio anuales en mm durante el período 1979-2014, de acuerdo con los resultados del modelo.

Promedio anual 1979-2014 [mm/año] Recarga (Rch)

60

Fronteras del acuífero (Bnd net)

1088

Extracción de agua subterránea (Abs)

-148

Drenaje (Olf)

-155

Cambios en almacenaje (ΔS)

-844

El balance de aguas muestra que la entrada de agua de los límites y el agua suministrada por el almacenamiento deben compensar las altas extracciones y la baja recarga. El flujo sobre el terreno que se muestra ocurre en algunos meses húmedos, en su mayoría cerca de los límites de la cuenca; esto es probablemente causado por las altas alturas asignadas en los límites del sistema acuífero, que junto con una alta recarga y la ausencia de extracción en estas áreas, hace que la altura de la carga hidráulica se eleve por encima del nivel de la superficie.

La Figura 4.15 presenta el balance de aguas del municipio de Xochimilco y las regiones de Tláhuac y Milpa Alta pertenecientes a la Zona Patrimonial (152.8 km2). En promedio, un volumen de 54,500 m3/día (13.3 mm/año) entra al sistema como infiltración, mientras que un volumen de 614,000 m3/día (1466 mm/año) sale de los sistemas como tomas de agua. Las extracciones de agua pueden ser debidas a la evapotranspiración o a las extracciones de agua. El balance de aguas se calcula en aprox.

-559,000 m3/d (-1336,2 mm/año)

MODELACIÓN REGIONAL Y LOCAL DEL SISTEMA HÍDRICO

99

En promedio, las entradas de agua durante el período simulado representan 7,200 m3/d (8.5 mm/año) y 101,700 m3/d (121.8 mm/año) durante la estación seca y la estación lluviosa, respectivamente. Las tomas de agua se simulan a 601,000 m3/día (-711.8 mm/año) durante la estación seca y a 627,000 m3/día (-754.7 mm/año) durante la estación lluviosa.

Figura 4.15 Balance hídrico del municipio de Xochimilco y la Zona Patrimonial durante 1979 a 2014). A efectos de representación, el balance hídrico y las salidas de agua se dan como valores absolutos.

4.3 MODELACIÓN LOCAL DE LA ZONA PATRIMONIAL Se ha construido un modelo hidráulico detallado del sistema de agua en las regiones de Xochimilco, Tláhuac y Milpa Alta de la Zona Patrimonial (ZP). Este modelo representa las características hidráulicas esenciales de la zona.

Se utilizó la suite de modelización Deltares SOBEK, que es un paquete de modelización integrado con módulos para la escorrentía pluvial, flujo de ríos y alcantarillado 1D, modelización de inundaciones 1D2D, control en tiempo real (RTC) y calidad del agua. El modelo 1D requiere datos transversales de canales en agua abiertos y el modelo 2D requiere un modelo digital del terreno con datos de elevación. El modelo requiere condiciones de borde aguas arriba y aguas abajo. Típicamente estos son hidrogramas de descarga aguas arriba y niveles de agua aguas abajo. Además, las características de las estructuras hidráulicas como embalses, presas, compuertas y su funcionamiento deben especificarse en el módulo hidrodinámico.

Para la Zona Patrimonial, el sistema de aguas superficiales se modeló como un modelo 1D. A partir de la información disponible, el sistema regional de aguas superficiales fue refinado con la red secundaria de

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los sistemas de entrada de las aguas superficiales y de las PTAR. Las entradas laterales de las subcuencas que rodean el PZ se modelaron con el modelo hidrológico regional de los caudales (Sección 4.2.1). Una descripción detallada del modelo hidráulico se encuentra en el ApéndiceE. 4.3.1 Resultados del Modelo Hidrodinámico Con el modelo hidráulico construido de la Zona Patrimonial se simuló la situación actual. Las simulaciones fueron realizados para los años 20132014 a paso horario.

En el sistema de agua actual, prácticamente todos los manantiales que solían descargar naturalmente la escorrentía de las subcuencas aguas arriba se han secado, ya que todas estas ubicaciones de manantiales están siendo bombeadas para la producción de agua potable. Por lo tanto, se supone que no entra agua en el ZP desde estas subcuencas aguas arriba. Además, se supone que el agua del río Amecameca no entra en el sistema de agua del ZP, porque el río está permanentemente bloqueado para entrar en el ZP. Los resultados se presentan a continuación en términos de un régimen de descarga a la salida del área modelo ZP y como balance hídrico para la Zona Patrimonial.

4.3.2.1 Descarga La ubicación de salida donde se modela la descarga de salida, tal como se muestra en la Figura E.5. Los resultados de los cálculos se muestran en la Figura 4.16. En esta figura se aprecia una alta estacionalidad. El caudal medio anual es de 1.4 m3/s.

Figura 4.16 Descarga modelada para la situación actual en la salida del área ZP (Canal Nacional, ver ubicación exacta en la Figura 4.20).

MODELACIÓN REGIONAL Y LOCAL DEL SISTEMA HÍDRICO

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4.3.2.2 Balance de aguas para la Zona Patrimonial En esta sección se presenta el balance hídrico de la Zona Patrimonial simulado para la situación actual (Tabla 4.3).

Tabla 4.3 Balance de aguas de la Zona Patrimonial simulado para la situación actual (periodo 2013-2014)

Situación actual Anual [m3/s]

Promedio

Suma anual [m3]

Entrada de agua de subcuencas/manantiales

-

-

Entrada de agua del Río Amecameca

-

-

0.15

4,867,320

1.25

39,262,320

1.40

44,129,640

Descarga al Canal Nacional

1.40

44,264,183

Descarga total

1.40

44,264,183

0.00

-134,543

En:

Escorrentía superficial dentro de la ZP (generado por precipitación) Entrada de agua de las plantas de tratamiento de aguas residuales Ingresos totales Salida:

Diferencia: Diferencia total

El balance hídrico muestra claramente que, en ausencia de recarga de agua en el ZP desde las subcuencas circundantes, el sistema de agua está completamente dominado por el flujo de entrada de las PTAR. La escorrentía generada por las lluvias sólo representa el 11% del balance hídrico total.

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PLAN PLAN DE RESILIENCIA HIDRICA PARA PARA LA ZONA PATRIMONIAL DE XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA ALTA 104 DE RESILIENCIA HIDRICA LA ZONA PATRIMONIAL DE XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA

5 CONVIRTIENDO RESULTADOS EN ACCIÓN COMUNITARIA 5.1 TALLERES COMUNITARIOS Y ENTREVISTAS El diagnóstico que aquí se presenta forma parte del proyecto de Resiliencia Hídrica para la Zona Patrimonio Xochimilco, Tláhuac y Milpa Alta desde una dimensión social. La implementación de cualquier modelo en la zona debe de tomar en cuenta las prácticas que los habitantes de la zona desarrollan cotidianamente con relación a la zona lacustre, mismas que se han ido transformando al paso de los años por efecto de la expansión urbana, los cambios en los modos de sostenimiento económico y el abandono paulatino del campo, entre otras razones.

Partimos de la idea que las actividades y proyectos impulsados desde las comunidades de interés pueden ser la punta de lanza para el desarrollo sustentable de la zona. Lo grupos organizados trabajando por sus comunidades son los mejores aliados para la implementación, vigilancia y continuidad.

Vale la pena mencionar que la información que se presenta es susceptible de tener diferentes usos, todos ellos enmarcados en la implementación del Modelo de Resiliencia Hídrica.

Percepción local sobre la resolución de problemas. El diagnostico permite comprender la percepción de los actores que habitan la zona con relación a los proyectos y sectores externos a ella. Es fundamental tener esa información ya que durante años la población de Xochimilco ha visto la presencia de sectores académicos, de gobierno y organizaciones de la sociedad civil proponiendo medidas que no terminan por ser ejecutadas o bien, no han percibido su beneficio directo. Los pobladores se muestran cansados y escépticos por la presencia de investigadores, políticos y sectores externos que buscan beneficiarse a través de la zona.

Inclusión y representatividad. Por otro lado también se percibe un malestar profundo porque no se sienten tomados realmente en cuenta, sólo en momentos precisos y con el fin de cumplir las cuotas que exige la participación institucionalizada. Es recomendable no prometer en exceso y ser transparente con los objetivos y las implicaciones de los

CONVIRTIENDO RESULTADOS TECNICOS EN ACCION COMUNITARIA

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Inclusión y representatividad deben ser siempre los ejes de las acciones y el desarrollo de la región de Xochimilco. El conocimiento y la experiencia local son fundamentales para gestionar y articular los proyectos e iniciativasd articulate the projects or initiatives.

proyectos para la población -el sujeto debe ser siempre el eje y vector de las acciones y el desarrollo en XochimilcoSaberes, experiencias y conocimientos. Es fundamental que los proyectos logren articular los saberes, las experiencias y los conocimientos de la población local y escuchar las recomendaciones que hacen sobre las problemáticas y las soluciones. La apropiación de los proyectos resultará en una correcta aplicación y seguimiento. Los sectores locales deben involucrarse de manera activa en las soluciones para Xochimilco, de no ser así, serán proyectos que nadie haga propios y que pueden ser bloqueados.

5.2 DESCRIPCIÓN DEL ANÁLISIS La zona lacustre de Xochimilco y Tláhuac han sido objeto de diagnósticos, estudios, investigaciones, programas y políticas públicas, sin embargo, la cantidad de información, recursos y proyectos desarrollados a lo largo de los años, no son proporcionales ni a las condiciones reales de los sitios, ni a la mejora y bienestar de sus habitantes. Este hecho demuestra que, en algún momento de los procesos, la información, los recursos o las medidas políticas quedan bloqueadas, son aplicadas de manera discrecional, se pulverizan en atenciones difusas o bien son recursos desviados a otras oficinas.

En este sentido el proyecto se socialización del modelo hídrico se organiza bajo una metodología participativa en la que familias, pobladores y organizaciones pudieran hablar de la relación que establecen con la zona lacustre desde su vida diaria: productiva, domestica, ocio, etc… considerando que este vínculo puede ser conflictivo e ir en contra de la propuesta de saneamiento.

Una vez que reconocimos la relación, interesaba indagar sobre la proyección que los diferentes actores locales tienen sobre el futuro de la zona. En este punto fue de vital importancia conocer su expectativa y las capacidades de los propios actores para poner a funcionar y sostener proyectos de manera colectiva.

5.2.1 Objetivo general Facilitar y contribuir en la elaboración del Plan de Resiliencia Hídrica, a través de las experiencias y saberes que puedan enriquecer el Plan de Resiliencia Hídrica. Siendo los habitantes los primeros y últimos beneficiarios de la implementación del plan serán tomados en cuenta desde el inicio.

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PLAN DE RESILIENCIA HIDRICA PARA LA ZONA PATRIMONIAL DE XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

5.2.2 Objetivos específicos

• Fomentar el entendimiento del sistema hídrico en la zona patrimonial.

• Comprender las necesidades y fortalezas de los distinto sectores que habitan en la zona patrimonial.

• Construir capacidades sobre el manejo integral del agua.

• Integrar los conocimientos, experiencias e iniciativas de los diferentes sectores que conforman la Zona Patrimonio.

5.3 METODOLOGÍA Para comenzar nuestro trabajo de campo debimos definir los sectores que tienen relación próxima con la zona lacustre, sobre todo aquella que se ubica en Xochimilco y Tláhuac. Por cuestiones de tiempo, logramos una radiografía más acabada de la primera alcaldía, recomendamos ampliar la observación a detalle de Tláhuac, sobre todo en la zona chinampera que aún subsiste en San Pedro Tláhuac que reúne la zona turística del Lago de los Reyes y la productiva chinampera en el mismo lago.

Sectores en el territorio 1. Sector productivo. Considerando sobre todo a campesinos chinamperos y campesinos de los ejidos, tanto de Xochimilco y Tláhuac 2. Sector turístico y de recreación. Se relaciona a las actividades turísticas en el lago que reúne gremio de canoeros en los diferentes puntos de la zona patrimonial. A su vez, hicimos una aproximación a lo que sucede en torno a la renta de chinampas para campos de futbol 3. Asentamientos Irregulares. Considerando esta franja que presiona en el lago y que vierte sus desechos directamente al agua.

4. ONG/Academia. Este sector se encuentra muy presente en la zona, interesa registrar las voces y percepciones sobre las condiciones de Xochimilco, sobre todo con relación al agua.

Una vez organizados por sectores, realizamos una serie de entrevistas y recorridos a los diferentes puntos de la zona patrimonial, este trabajo se realizó a lo largo de septiembre y octubre. La información que surgió de esta primera fase de entrevistas nos permitió realizar un primer vaciado por sector individual para entender su percepción acerca de

CONVIRTIENDO RESULTADOS TECNICOS EN ACCION COMUNITARIA

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la problemática del agua, las actividades que realizaban y las percepciones que cada sector tenía sobre otros sectores, entre ellos el estado, la academia y algunos más presentes en el territorio.

La figura 5.10 muestra donde se llevaron a cabo las entrevistas con los agricultores, mientras que la figura 5.11 muestra los diferentes intentos que se llevaron a cabo, los muelles y otros aspectos de la infraestructura hídrica, así como también el área más propensa a inundaciones en la zona ejidal de San Gregorio Atlapulco.

Figura 5.10 Mapa que muestra el lugar donde se llevaron a cabo las entrevistas con los productores y el gremio del turismo en el área que conforman los municipios de Xochimilco y Tláhuac.

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PLAN DE RESILIENCIA HIDRICA PARA LA ZONA PATRIMONIAL DE XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

Figura 5.11 Mapa que muestra los diferentes intentos de visita a terreno, los principales muelles, asentamientos e infraestructura hídrica, resaltando los principales riesgos de inundaciones en el área cercana a los humedales de San Gregorio Atlapulco.

La información recolectada durante las entrevistas y los talleres de expertos en la Agencia de Resiliencia, nos permitieron comenzar un mapeo de las preocupaciones de actores en relación a los problemas hídricos y las actividades que ellos llevan a cabo para corregir el problema.

El mapeo de problemas es un proceso en que los actores colaboran para desarrollar una representación visual de un wicked problem, para luego identificar la mayor cantidad de relaciones posibles en él (interdependencias e interconexiones).

El objetivo del mapa es tener un entendimiento común de los múltiples actores en el territorio y resaltar qué tipo de actividades se estaban llevando a cabo en cada sector. Queríamos validar y después visualizar el concepto de Xochimilco como un sistema interrelacionado desde el punto de vista de los actores para fomentar el diálogo entre sectores, especialmente entre los locales y otros que no necesariamente pertenecen al territorio pero que juegan un rol fundamental en la conservación de esta área.

CONVIRTIENDO RESULTADOS TECNICOS EN ACCION COMUNITARIA

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El diagrama en la figura 5.12 es el resultado del mapeo de problemas y muestra las percepciones como testimonios que recolectamos durante las entrevistas como notas en amarillo, y en la esquina inferior derecha indicamos las iniciales del actor o sector correspondiente. En el lado izquierdo del diagrama, mostramos el mapa de actores y los lugares y problemas comunmente mencionados durante las entrevistas. Cuando el borde de la nota está marcado con una línea segmentada, significa que el entrevistado(a) no parafraseó esa declaración exacta, sino que fue inferida de la entrevista. Conjuntos de notas indican que más de un sector tiene la misma percepción. Un borde rojo en una nota amarilla indica puntos de vista opuestos, o incluso conflictos entre actores. Las notas azules se refieren a acciones tomadas por cada sector y usa la misma nomenclatura.

Una vez que desarrollamos las entrevistas y organizamos las respuestas elaboramos un diagrama que permitía pasar a un nivel de lectura cruzada en que podíamos visibilizar las relaciones entre ellos -aunque ellos mismos no las expresara- reuniendo voces y puntos de vista entre sectores que quizá nunca habían interactuado, así también conocer las recurrencias de las problemáticas mencionadas y establecer una primera categorización jerárquica.

Los diferentes aspectos que tomamos como ejes temáticos fueron: 1.

Políticos y de gobernabilidad

2.

Socio culturales

3.

Infraestructura, aspectos tecnológicos

4. Ambientales 5. Económicos De cada actor o sector, indentificamos los principales problemas y acciones tomadas en sus prácticas diarias y en su manejo de recursos hídricos, y las agrupamos en temas y prácticas repetitivas. Los problemas y preocupaciones se vincularon a temas generales que pueden inspirar soluciones o intervenciones, y también muestran como un mismo problema puede ser visto desde diferentes perspectivas de acuerdo a cada sector.

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Figura 5.12 Mapeo de problemas que muestra testimonios de diferentes actores de acuerdo a su relación con sus actividades y su preocupación por el agua.

Los temas fueron divididos de acuerdo a las siguientes categorías: 1. Aspectos políticos y de gobernanza

Legislación y regulaciones

Gobernanza-Ingobernabilidad

Tenencia de tierras

Gestión social integral

2. Aspectos socio-culturales

La vida en la Chinampa

Trabajo productivo -visiones internas y externas-

Percepción del valor del agua

Cultura y economía

CONVIRTIENDO RESULTADOS TECNICOS EN ACCION COMUNITARIA

111

3. Infraestructura y tecnología

Acciones políticas externas

Efectos y consecuencias

Prácticas locales y remediación

Limpieza de lagos y mantenimiento

4. Aspectos medioambientales

Causas generales de degradación

Biodiversidad hídrica

Producción de la chinampa y contaminación

5. Aspectos económicos

Trabajo y producción

Efectos en la economía

Problemas socio-políticos

Observamos que existen percepciones de los problemas similares, aún cuando provienen de diferentes sectores, por lo que resaltamos conflictos o acciones entre sectores. Esas relaciones son extremadamente importantes cuando tratamos de desarrollar o implementar iniciativas en el territorio.

5.4 DISEMINACIÓN Y SOCIALIZACIÓN DEL MODELO HIDROLÓGICO Para la diseminación y socialización de las soluciones, organizamos una serie de focus group con diferentes sectores de la comunidad. El primero se llevó a cabo en noviembre, con el sector productivo de Xochimilco (Figura 5.13) y el sector turístico de Zacapa-Nativitas y San Gregorio.

El objetivo principal de los grupos fue: 1. Validar los problemas que resultaron de las entrevistas y el mapeo de problemas.

2. Entender su punto de vista sobre los proyectos sugeridos por sectores externos de manera de alcanzar acuerdos y encontrar maneras de desarrollarlos.

3. Construir posibles futuros basados en sus propios proyectos y reflexionar sobre una manera viable de amplificar los esfuerzos.

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La estructura general de sesión consistió en: Primera parte: Introducción a los problemas hídricos en el territorio Segunda parte: Resaltar los principales 5 problemas

Contaminación hídrica

Extracción de agua Ingobernabilidad

Pérdida de biodiversidad Tercera parte: Introducción a las tres soluciones creadas por otros sectores validadas previamente por los sectores institucional y académico, las cuales abordan cantidad del agua, y calidad del agua y distribución, lo cual a su vez aborda las principales preocupaciones de la comunidad, como se muestra en el mapa de problemas 5.12.

Reconexión del Río Amecameca

Modelo hidrológico para sistemas de control hídricos

Corredores verdes La sesión terminó con la jerarquización de las propuestas de acuerdo a la perspectiva de cada grupo. Además se promovió a los grupos a pensar en sus propias soluciones y reflexionar sobre cómo se pueden conectar con otras.

Figura. 5.13 Las imágenes muestran las sesiones de focus groups con los sectores productivo y turístico.

CONVIRTIENDO RESULTADOS TECNICOS EN ACCION COMUNITARIA

113

5.5 RESULTADOS 5.5.1 Sector turístico tradicional Los dos grupos participantes de este sector sugirieron que cualquier propuesta debiese comenzar con una etapa de toma de conocimiento, seguida de educación comunitaria y cumplimiento de la legislación con un encargado responsable de hacer un seguimiento de los proyectos.

Además hicieron sugerencias a cada propuesta.

1. Reconexión del Río Amecameca

• Esta propuesta no es viable y no considera el hundimiento diferencial del suelo • Primero, se deben resolver los niveles de control de las compuertas de inundaciones • Se requiere revisar la cuenca completa 2. El modelo hidrológico

• Es necesario y urgente pero requerir[ia de mucho mantenimiento • Se requiere estudiar la plataforma en detalle • Es necesario porque solo existe un arroyo de entrada de agua y tres compuertas de inundación que controlan todo el sistema • Los lagos se pueden convertir en sistemas cerrados • La transferencia en Caltongo está perdiendo mucha agua 3. Corredores verdes

• • • •

Se requiere activar las áreas de producción Existe ganadería en zonas donde no debería Es necesario aplicar la legislación Se requiere cumplir con la zonificación

Propuestas 1. Planta de tratamiento de aguas residuales en la represa, cerca de la calle 16 de Septiembre.

2. Recuperación de los muelles 3. Corredores verdes a lo largo de los canales para filtrar aguas domésticas 4. Estrategias de embellecimiento de muelles 5. Crear pozos de infiltración 6. Crear un molino hidraúlico y una planta de tratamiento en el Museo Arqueológico

114

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5.5.2 Sector productivo Con respecto a los argumentos del sector productivo para validar las soluciones propuestas, descrubrimos que hay una fuerte oportunidad para la profesionalización y educación en este sector, asociada al problema con las chinampas o el abandono de tierras por la nueva generación de propietarios debido al arduo trabajo que el cultivo de la actividad representa.

La falta de conocimiento de las dinámicas del sistema hídrico está asociada con actividades que causan la contaminación del agua, así como también con el abandono de las chinampas, lo cual se debe a prácticas de extracción de agua que se han llevado a cabo históricamente a lo largo de los años. Existe una última relación a tomar en consideración por este grupo que relaciona la problemática a un aspecto político, y funciona como un círculo vicioso: la ingobernabilidad del territorio, que comenzó en la administración de Porfirio Díaz, quien nacionalizó los recursos hídricos de la zona, who nationalized the water resources of the área, desconociendo la autoridad de las comunidades indígenas originales, causando conflictos de gobernabilidad en la zona desde entonces. Estas relaciones se muestran en el siguiente diagrama:

Ingobernabilidad

Extracción de agua

Contaminación

Abandono de la chinampa

Pérdida de biodiversidad

Figura 5.14 Cadena de problemas en un círculo vicioso en el territorio, expresado por el sector agrícola.

Otro aspecto relevante mencionado en la sesión es el problema de tenencia de tierras, lo cual ha variado de acuerdo a cada administración de gobierno, a veces expropiando y otra dando, con procesos de sucesión de tierras que se resuelven sin documentación formal y a veces favoreciendo asentamientos informales y destitución de tierras.

A continuación se presentan algunas recomendaciones sugeridas por este grupo.

CONVIRTIENDO RESULTADOS TECNICOS EN ACCION COMUNITARIA

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1. Reconexión del Río Amecameca El Río Amecameca está actualmente muy contaminado, por lo tanto ¿No sería más fácil reconectarlo con el Río Magdalena? Este proyecto no requeriría de grandes inversiones en infraestructura gracias al nivel natural de inclinación.

2. El modelo hidrológico Han habido iniciativas de chinamperos en San Gregorio quienes hacen exclusas para el agua, pero dejó de funcionar al poco tiempo, porque el nivel del agua varía demasiado, y además las exclusas requieren mantenimiento constante. Mientras que la batería de pozos desde el Canal Chalco continúa funcionando, podría ser imposible establecer el control que se sugiere.

3. Corredores verdes Estamos ahora más preocupados acerca de la educación de los productores y habitantes del lago, pero si ellos continúan usando fertilizantes artificiales y químicos, y continúan derramando sus drenajes a los canales, esto no tiene sentido.

Propuestas 1. Este grupo recomienda una Escuela Chinampa como un proyecto de sensibilización y educación comunitaria, la cual podría estar vinculada a circuitos de comercialización.

2 Ellos también recomiendan estrategias para legalizar la herencia de tierras de manera de recuperar las chinampas.

3. También sugirieron una zona de refugio ecológico: un “santuario” controlado por indicadores naturales que recuperan el conocimiento prehispánico de la chinampa Materiales para continuar con los talleres Según las recomendaciones de la comunidad, desarrollamos material de divulgación para las diferentes propuestas de soluciones que pueden ser usadas para continuar con los talleres de socialización con la comunidad. Creemos que esta iniciativa puede traer nuevo conocimiento y conexiones entre personas con diferentes entendimientos de lo que significa su patrimonio.

El material de divulgación fue diseñado por estudiantes de Diseño de la Universidad Autónoma Metropolitana de Cuajimalpa en Ciudad de México. Consistió en modelos topográficos 3D de cartón de las áreas y

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pictogramas y símbolos como referencia a los diferentes actores y actividades en el área. Además se desarrollo una línea de tiempo hístorica mostrando las diferentes intervenciones por parte de los actores en el territorio, y folletos explicando el trabajo en las chinampas y el modelo hidrológico.

5.5.3 Recomendaciones finales Concluimos esta sección con recomendaciones finales al resto del equipo:

• Es fundamental integrar a los actores locales en la generación de soluciones • Socializar las diferentes propuestas a través de una serie de material didáctico de difusión • Existen conflictos que fragmentan la cohesión social entre grupos más allá de las comunidades locales, como la academia y el gobierno.

• Es importante amplificar la toma de decisiones para alcanzar consenso.

• Existen situaciones de corrupción y clientelismo que previenen el uso de recursos y proyectos para resolver problemas.

• Los habitantes está interesados en promover iniciativas que resuelvan problemas en el territorio: más y más grupos se están organizando independientemente para iniciar sus propios proyectos fuera de los canales institucionales en los cuales ya han dejado de confiar.

CONVIRTIENDO RESULTADOS TECNICOS EN ACCION COMUNITARIA

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PLAN PLAN DE RESILIENCIA HIDRICA PARA PARA LA ZONA PATRIMONIAL DE XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA ALTA 118 DE RESILIENCIA HIDRICA LA ZONA PATRIMONIAL DE XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA

6 DESARROLLO DE PORTAFOLIO DE PROYECTOS

6.1 MAPEO DE ACTORES INSTITUCIONALES El mapeo y el análisis de las partes interesadas es un proceso clave para proyectos complejos como el Plan de Resiliencia Hídrica (PRH) de la Zona Patrimonial (ZP) de Xochimilco, Tláhuac y Milpa Alta (XTMA). El Apéndice K describe el proceso integral que se utilizó para identificar, clasificar, mapear e involucrar a las partes interesadas, basado en Anderson E. y Brown, B. (2013) El análisis del mapa de partes interesadas puede influir en gran medida en el resultado esperado y el éxito de cualquier iniciativa importante.

Se puede usar durante cualquier etapa del proyecto. Sin embargo, llevar a cabo un análisis del mapa de partes interesadas durante la etapa de planificación generalmente ayuda a mejorar los resultados del proyecto.

Con la información que tenemos actualmente, hemos seleccionado una lista de actores que consideramos que tienen el mayor interés, mandato e influencia en el PRH.

PODER / INFLUENCIA

Tabla 6.1 Adaptado de Ece Utkucan Anderson, M.Sc. y Barrett C. Brown, Ph.D. Mapeo integral de actores.

1. alto

BM, BANOBRAS, CEMDA. CONCEJ

BID, CONAGUA, SAGARPA, SEFIN

Jefa GOB, SEDEMA, SACMEX, ARCDMX, Alc XOCH, Alc MA, Alc TLA, ASENT INF, OCAVAM, PEX

2. medio

Por definir en etapa 2

GIZ, C40, CAEM, CONABIO, CI, FIRA, FOCIR, FMAM, FONADIN, FMDR, Kaluz, IMTA, FAO, SECITI, SEDATU, SEDEREC, SHCP, SECTUR federal, WRI, WWF

AFD, AZP, CINVESTAV, 100RC, UNESCO, RAMSAR, INECC-Hídrico, LANCIS/UNAM, PAOT, SEDUVI, SECTUR CDMX, UAM

3. poco

Ciudadanos en general

BiciTaxis, CampoVivo, ITDP, TNC, UMA C5, Consumidores, Regenesis, Turibus

3. poco

2. medio

1. alto

INTERES

DESARROLLO DE UN PORTAFOLIO DE PROYECTOS

119

6.2 SOLICITUD DE PROPUESTAS DE PROYECTOS Para llegar a un conjunto de propuestas de proyectos para la ZP, no solo de nuestro propio equipo, sino de un grupo más amplio de actores, se publicó una convocatoria de propuestas de proyectos para recopilar ideas para intervenciones en la ZP. La convocatoria se basó en las conclusiones del Taller 1 (ver Apéndice K) y las Directrices de “Water as Leverage”, que es un programa con un objetivo similar patrocinado por el Reino de los Países Bajos para las ciudades del sudeste asiático.

La convocatoria de propuestas fue anunciada por la Agencia de Resiliencia de la Ciudad de México y se distribuyó entre una amplia gama de actores a quienes se les solicitó que propongan ideas de intervención para restaurar el sistema de agua de la Zona Patrimonial de manera que pueda hacer frente a:

• los efectos del cambio climático y los riesgos sísmicos • los desafíos socioeconómicos que presionan al sistema de agua, • que funcionen como palanca para el desarrollo social, económico y ambiental.

Las ideas para la intervención podrían estar dentro del área de la ZP de XTMA o en cualquier otra área de la Ciudad de México que tenga una influencia directa en esta subcuenca.

Las intervenciones podrían ser de 3 tipos:

• Infraestructura (azul, verde o gris) • Información (por ejemplo, educación, indicadores) • Institucional (p. Ej., Modelos de gobernanza) La convocatoria anunció que las ideas seleccionadas serían estudiadas con más detalle por el equipo del proyecto actual con expertos en sistemas de agua, terremotos, evaluación de costo-beneficio social, ambiental y económico. Las ideas más adecuadas se incluirían en el Plan de Resiliencia Hídrica de la Agencia de Resiliencia de la Ciudad de México.

Después de recopilar hasta 20 ideas de proyectos, se organizó un taller el 6 de noviembre de 2018 para presentar ideas y comentarios.

La convocatoria de propuestas incluyó un cuestionario basado en las pautas del programa “Water as leverage” y modificado a las necesidades específicas de la ZP XTMA con preguntas como:

• Descripción y objetivos: ¿Cuál es la idea central y qué pretende lograr? ¿Cuáles son los desafíos que esta idea está tratando de resolver?

120

PLAN DE RESILIENCIA HIDRICA PARA LA ZONA PATRIMONIAL DE XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

• Impacto esperado: ¿qué tipo de impactos ambientales, sociales y económicos se esperan?

• Ubicación del sitio: ¿Dónde se ubicaría el futuro proyecto? ¿Cuáles son las condiciones existentes y los usos actuales del sitio?

• Partes interesadas: ¿Quiénes son los actores clave en este proyecto y qué papel desempeña cada uno?

• Evaluación de riesgos: ¿Cuáles son las posibles barreras políticas, sociales, ambientales, legales / regulatorias y de otro tipo para la implementación del proyecto? ¿Cuáles son algunas estrategias para mitigarlos?

• Estimación de costos: ¿Cuál es el costo esperado del proyecto?

Cuáles son las posibles fuentes de financiación?

• Rentabilidad: ¿Cómo se compara el impacto (en términos de personas, negocios y área de tierra afectada por el proyecto) con los costos de inversión?

• Integración: ¿cómo encaja este diseño conceptual en las estrategias y planes nacionales, regionales y locales?

Como parte de la convocatoria se formó un grupo en LinkedIn con el fin de estimular la conversación con el grupo de expertos, en torno a documentos técnicos importantes para el análisis del problema y las soluciones para el agua en la ZP.

DESARROLLO DE UN PORTAFOLIO DE PROYECTOS

121

Figura 6.1 Convocatoria en redes sociales para presentar proyectos

6.3 SELECCIÓN DE PROYECTO De los proyectos que recibimos, los siguientes representan mejor cada una de las categorías principales que definió el equipo consultor.

Cantidad de agua: Río Amecameca (Deltares-UAM) Calidad del agua: Humedales lineales en la frontera entre asentamientos informales y chinampas (Sinergia) Distribución del agua: Sistema de cerraduras (Deltares-UAM) Subsidencia y recarga de agua subterránea: Corredores verdes (Deltares -UAM) Cultura: Regeneración del Parque Ecológico Xochimilco (PEX) (Taller 13) Beneficio socioeconómico: Todos los proyectos 122

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Tabla 6.2 Matriz de proyectos

Matriz de proyectos

x

Humedales lineares

Corredores verdes

x

x

Sistema de exclusas

x x

x

Parque de cultura del agua

Socio-eco

x

Cultura

Distribución

x

Subsidencia

Calidad

Río Amecameca

Cantidad

Nombre / impacto

x x

x x

x

6.3.1 Reconexión del Río Amecameca al ZP 1. Descripción general La idea central es volver a conectar Río Amecameca (RA) a la ZP para aumentar el volumen de agua disponible para la gestión del agua en la ZP. Esto se puede hacer permitiendo que parte del agua del río ingrese a la ZP en la esquina sureste de la ZP que ahora fluye a lo largo de la ZP hacia el norte. Permitir que el agua del RA fluya hacia el área de la ZP debe llevarse a cabo en combinación con infraestructura adicional para enrutar el agua hacia los segmentos correctos de la ZP. Actualmente, la calidad del agua del río Amecameca es baja. Por lo tanto, esta intervención debe combinarse con medidas para mejorar la calidad del agua que fluye hacia el área.

El objetivo es resolver la escasez de agua que es evidente en partes de la ZP. Esta idea resuelve el problema de escasez de agua que actualmente se tiene en algunas de las funciones de la ZP. La agricultura tiene escasez de agua en algunas partes de la ZP para el riego de las chinampas. La navegación se ve obstaculizada en algunas partes del ZP debido a los bajos niveles de agua en los canales. La calidad del agua puede verse influenciada negativamente por las zonas estancadas y el flujo limitado en algunas partes del ZP. Al proporcionar más agua al área, es posible cumplir con un mejor desempeño en estas funciones en la ZP.

DESARROLLO DE UN PORTAFOLIO DE PROYECTOS

123

2. Descripción técnica y ubicación del proyecto La ubicación del proyecto se encuentra en la esquina sureste de la ZP, donde el RA llega al límite de la ZP y fluye hacia el norte. Es probable que la mejora de la calidad del agua se lleve a cabo con un tratamiento localizado del agua del RA, por ejemplo, con una combinación de plantas descentralizadas de tratamiento de aguas residuales (PTAR) y humedales purificadores. Esto podría ubicarse aguas arriba del punto de entrada en la esquina SE del ZP.

Figura 6.2 Reconexión de Rio Amecameca

3. Impacto social y ambiental • Ambiental: El impacto previsto en el sistema de agua es una reducción de la escasez de agua, niveles de agua más controlables, una mejora de la calidad del agua y de la salud de los ecosistemas.

• Socioeconómico: agricultura mejorada, navegación, recreación, salud.

• Humedales: preservación de la biodiversidad y especies emblemáticas.

• Agricultura: riego y mantenimiento de los niveles de agua subterránea de la chinampa • Navegación: mantener niveles de agua suficientemente altos en los canales • Calidad del agua: prevención de áreas estancadas y con flujo escaso.

124

PLAN DE RESILIENCIA HIDRICA PARA LA ZONA PATRIMONIAL DE XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

Los (co) beneficios pueden incluir: • mejora del rendimiento de los cultivos agrícolas • navegación mejorada • Aumento de la recreación.

• Mejora de la salud del ecosistema.

• Mejora de la salud pública.

• Reducción de los costos de bombeo de aguas.

• Restauración de un río (¡La nueva jefa de gobierno ha declarado la intención de restaurar 8 ríos!)

• Espacio público mejorado (ejemplos de Barcelona, Singapur) 4. Partes interesadas: • CORENA • Comunidades agrícolas • Sitios de embarque recreativos.

• Conagua • IMTA • AZP 5. Costo económico Los componentes que se incluirán en una estimación de costos son: • PTAR descentralizada.

• Humedales purificadores • Infraestructura para redirigir el agua del RA a la ZP • Infraestructura de agua adicional para enrutar el agua a las partes deseadas de la ZP • Additional water infrastructure to route the water to the desired parts of the ZP Tabla 6.3 Estimación del costo del proyecto

Río Amecameca Partida

costo unitario MXP

unidades

total MXP

total USD

Planta de tratamiento para 0.5 m3/seg

449,142,857

0,5

224,571,429

11,228,571

Hectáreas de humedales para purificación 0.5 m3/seg

1,600,000

173

276,000,000

13,800,000

500,571,429

25,028,571

Total

DESARROLLO DE UN PORTAFOLIO DE PROYECTOS

125

Suposiciones Estimación de costos de una nueva planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR) de USD $ 22.5 millones por 1 m3 / seg basado en el gasto de capital de la PTAR Atotonilco, México, sin considerar el opex.

Estimación del Capex de los humedales purificadores basada en la experiencia de Alan Plummer Associates, para purificar 1 m3 / seg, se necesitan 345 hectáreas, con un gasto de capital de USD $ 80,000 por 1 hectárea, y un costo de operación muy bajo en comparación con las PTARs. 6. Riesgos

• Las posibles barreras políticas pueden estar relacionadas con otros usos del agua del RA. Otras partes interesadas y / o áreas pueden querer usar el agua también.

• Aumento del riesgo de inundación en el área misma.

• El flujo de agua actual parece no ser utilizado aguas abajo. Causa inundaciones y tiene que ser drenado / bombeado fuera del área hacia el norte.

• Conagua / Consejo la Cuenca ya tiene esto en la lista de programas. Tienen un plan para profundizar la laguna de Tláhuac / Mixquic y llevar al RA a esta laguna.

7. Integración con los planes del gobierno.

• Nacional: Conagua / Semarnat / Sedatu (planean hacer mucho trabajo con ciudades y planificación territorial).

• Regional: Estado de MX / Ciudad de México / SACMEX / CORENA • Local: estrategia de resiliencia / Consejo de Cuenca 6.3.2 Humedales lineales 1. Descripción general Convertir y habilitar las calles que bordean los canales en el límite sur de la zona chinampera de Xochimilco como sistemas de tratamiento pasivo para las aguas residuales de las casas circundantes, a fin de descargar agua limpia en los canales del humedal.

2. Descripción técnica y ubicación del proyecto

126

PLAN DE RESILIENCIA HIDRICA PARA LA ZONA PATRIMONIAL DE XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

• Habilitar sistemas de tratamiento de aguas residuales de naturaleza semipasiva bajo el principio lecho fijo de cama plana (BBR o BED Biofilm reactor) en las calles aledañas a los canales.

• Previo a los lechos fijos de cama plana, habilitar baterías de biodigestores para dar tratamiento primario al agua residual.

• Descargar agua limpia de alta calidad a los canales (cumpliendo con la NOM 001 ECOL 96).

• Se consideran módulos de 10 casas por área limítrofe, que generarán un flujo de 12 m3/día (1.2 m3/día/casa) y una carga orgánica de 4.8 kg DBO5 /día.

• Cada módulo de 10 m3/día considera tratamiento primario anaerobio de agua residual, oxigenación intensiva mecánica, y campo de oxidación bajo el principio lecho fijo de cama plana (BBR o Bed Biofilm Reactor).

Figura 6.3 Humedales lineares

DESARROLLO DE UN PORTAFOLIO DE PROYECTOS

127

Figura 6.4 Ubicación de humedales lineares, frontera sur de la chinampa, aproximadamente 12km.

3. Impacto social y ambiental Los habitantes de los asentamientos irregulares contiguos a las chinampas descargan sus aguas negras y grises a los canales que contaminan el agua utilizada para la agricultura. Según las cifras del delegado de Xochimilco en 2017, Avelino Méndez, existen 307 asentamientos irregulares, con 18 mil casas y 140 mil habitantes, lo que representa un tercio de la población total de Xochimilco. Con estas cifras, es posible estimar una descarga total aproximada de agua negra y gris de 250 litros por segundo.

Al resolver la causa principal de la contaminación del agua, este proyecto de humedal lineal puede tener múltiples impactos positivos en el sistema:

• Regeneración de la economía agrícola chinampa que incluye al menos 2,000 hectáreas, 8,000 agricultores que poseen la tierra, 20,000 empleos directos y producción de alimentos suficientes para 5 millones de personas.

• La técnica chinampa es un excelente ejemplo de agricultura orgánica de primera calidad.

• Cuando la economía chinampa se regenera, se convierte en una fuerza que contiene el crecimiento de los asentamientos urbanos irregulares, asegurando así que esta área ecológica protegida sobreviva.

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4. Partes interesadas

• • • • • •

Comunidad agrícola chinampera.

Habitantes de asentamientos informales.

Consumidores de productos orgánicos y turismo de naturaleza.

Gobiernos de Xochimilco, Tláhuac y Milpa Alta.

Gobierno federal: CONAGUA, SEMARNAT. Gobierno de la Ciudad de México, SEMARNAT, CORENA, SEDUVI.

5. Costo económico Tabla 6.4 Estimación del costo del proyecto

Humedales lineares en borde con asentamientos informales Partida

costo unitario MXP

unidades

436,000

500

Sistema de humedal (cada módulo atiende a 10 familias) Total

total MXP 218,000,000

10,900,000

218,000,000

10,900,000

Estimación del costo total basada en la estimación de la unidad de Synergy menos el 20% de ahorro debido a las eficiencias que suponen economías de escala de producción a gran escala (500 unidades).

6. Riesgos

• Social: falta de comprensión sobre los beneficios colectivos del proyecto, lo que socava la apropiación local y la operación del proyecto.

• Política: falta de confianza en la tecnología que podría hacer que las autoridades opten por una PTAR más convencional.

7. Integración con los planes del gobierno

• Nacional: Conagua (cantidad y calidad del agua) / Semarnat (conservación) / Sedatu (regularización de tierras) • Regional: Ciudad de México / SACMEX / CORENA • Local: municipios (ayuntamientos) de Xochimilco, Tláhuac y Milpa Alta, AZP

DESARROLLO DE UN PORTAFOLIO DE PROYECTOS

total USD

129

6.3.3 Sistema de control de agua 1. Descripción general Estructuras hidráulicas para controlar los flujos de agua en el área de los canales de chinampas de Xochimilco para restaurar la conectividad hidráulica y remediar el hundimiento.

2. Descripción técnica y ubicación del proyecto

• • • •

Hidrodinámica de sistemas de canales.

Estructuras hidráulicas Segmentación del sistema chinampa.

5 esclusas y 15 represas distribuidas en los humedales de la zona de chinampas de Xochimilco.

Figura 6.5 Sistema de exclusas

3. Impacto social y ambiental Este proyecto tiene como objetivo controlar los niveles de agua y los derrames para: 1. Regular el suministro de agua y distribuir el agua a pedido a las diferentes regiones de la ZP 2. Mitigar las inundaciones 3. Mejorar la calidad del agua.

4. Apoyar la regeneración de la agricultura chinampera.

130

PLAN DE RESILIENCIA HIDRICA PARA LA ZONA PATRIMONIAL DE XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

4. Partes interesadas

• • • • • •

Comunidades agrícolas chinamperas Empresas de turismo (trajineras- embarcaciones en los canales) Grupos de conservación CORENA Conagua AZP

5. Costo económico Tabla 6.5 Estimación del costo del proyecto basada en investigaciones realizadas por Eugenio Gómez (UAM) mpleando el catálogo de conceptos requeridos para estas obras y el presupuesto base calculado aplicando el tabulador de precios unitarios vigente del SACMEX (2019) y CONAGUA. Cuando en el catálogo de Precios Unitarios del Gobierno del Distrito Federal no aparece algún concepto, este se investigó con los fabricantes.

Sistema de exclusas Partida

costo unitario MXP

Exclusas

2,216,269

Diques

535,879

unidades

total MXP

total USD

5

11,081,343

554,067

15

8,038,186

401,909

19,119,529

955,976

Total

6. Riesgos Posibles riesgos sociales relacionados con la obtención del control de la toma de decisiones de distribución de agua y el poder.

7. Integración con los planes del gobierno

• Nacional: Conagua / Semarnat / Sedatu • Regional: Estado de México / Ciudad de México / SACMEX / CORENA • Local: municipios (cabildos) de Xochimilco, Tláhuac y Milpa Alta, AZP

DESARROLLO DE UN PORTAFOLIO DE PROYECTOS

131

6.3.4 Corredores verdes 1. Descripción general La idea de este proyecto es el desarrollo de corredores verdes (parques lineales) cerca del Volcán Teutle-Xochimilco. La idea central es crear y desarrollar corredores verdes o parques lineales desde los flancos del Volcán Teutle hasta las partes de la ZP de Xochimilco. Estos corredores verdes podrían seguir los valles de las corrientes originales que solían fluir desde los manantiales en las estribaciones del volcán Teutle hasta el área de chinampas de Xochimilco. El agua que fluye a través de estos corredores verdes alimenta el área de chinampa. Los antiguos manantiales que ahora están secos debido a la extracción de agua subterránea pueden restaurarse parcialmente para alimentar los corredores.

Los corredores también funcionan como parques lineales que conectan el espacio público urbano al sur del ZP con la zona del patrimonio mundial de la Unesco.

El objetivo es doble: (1) mejorar el sistema de agua de la ZP mediante la restauración de parte del flujo de entrada desde los manantiales al sur de la ZP y (2) mejorar el espacio público urbano al sur de la ZP conectándolo a atractivos parques lineales. Una mejor conexión espacial puede aumentar la conciencia de la comunidad urbana hacia el área de chinampas.

Esta idea contribuye a reducir la escasez de agua y mejorar la baja calidad del agua en la ZP, así como a mejorar el espacio público y conectar el área urbanizada con el área de chinampa.

2. Descripción técnica y ubicación del proyecto La ubicación del proyecto está al sur del área de chinampas de la ZP de Xochimilco, en los flancos del Volcán Teutle. Actualmente, prácticamente no hay escorrentías desde las laderas de las montañas hasta el área chinampera, porque el agua de manantial es capturada por las estaciones de bombeo. Hasta donde sabemos, actualmente no hay arroyos, canales o alcantarillas con agua de manantial que alimente el área de chinampa. Hay parques más pequeños (bolsillos) en la zona entre los manantiales y la ZP, que tal vez podrían ser el comienzo de más parques de tipo lineal a lo largo de los antiguos lechos de los arroyos.

132

PLAN DE RESILIENCIA HIDRICA PARA LA ZONA PATRIMONIAL DE XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

Figura 6.6 Ubicación de corredores verdes

3. Impacto social y ambiental.

• Ambiental: el impacto previsto en el sistema de agua de la ZP es una reducción de la escasez de agua y una mejora de la calidad del agua.

• Socioeconómico: el impacto previsto en el espacio público urbano al sur de la ZP es un mayor atractivo / habitabilidad y una mejor conexión / conciencia del área chinampera de Xochimilco.

• La reducción de la escasez de agua y la mejora de la calidad del agua contribuyen a mejorar la agricultura, la navegación, la recreación y la salud.

Los (co) beneficios pueden incluir:

• Espacio público urbano mejorado • Conexión mejorada con el área de chinampa • Mejor disponibilidad y calidad del agua en el área de chinampas.

4. Partes interesadas

• • • • • •

CORENA comunidades urbanas Sacmex Agricultores chinamperos Fundas de la vida AZP

DESARROLLO DE UN PORTAFOLIO DE PROYECTOS

133

5. Costo económico Los componentes que se incluirán en una estimación de costos son:

• Espacio e infraestructura del corredor verde.

• Construcción / cambio de infraestructura para redirigir parte del agua de manantial a corredores verdes Tabla 6.6 Estimación del costo del proyecto

Corredores verdes Partida

costo unitario MXP

unidades

Canales km

2,400,000

12

28,800,000

1,440,000

Infra. reconectar arroyos

1,000,000

4

4,000,000

200,000

32,800,000

1,640,000

Total

Total MXP

Total USD

Supuestos 12 kilómetros de canales (corredores verdes) a un costo similar de construir una calle con las siguientes especificaciones: concreto hidráulico de 15 cm de espesor, reforzado con acero.

6. Riesgos Las posibles barreras políticas pueden estar relacionadas con el uso actual del agua de manantial, ya que es la fuente de agua potable. Otras barreras pueden ser el uso actual del espacio que se necesitaría para los corredores verdes.

7. Integración con los planes del gobierno Local: estrategia de resiliencia de la Ciudad de México

134

PLAN DE RESILIENCIA HIDRICA PARA LA ZONA PATRIMONIAL DE XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

6.3.5 Parque y museo de la cultura del agua 1. Descripción general Un Centro para la Cultura del Agua en el Parque Ecológico Xochimilco (PEX), con proyectos educativos en los siguientes temas:

• Turismo: paseos en trajinera con diferentes conceptos como flores y paisajes, cultura azteca, día de los muertos, observación de aves.

• Agricultura: capacitación en técnicas de chinampa y mercados de alimentos.

• Cultura: Museo sobre la importancia del agua en la civilización moderna y en la historia de la Ciudad de México.

• Tecnología: centro de demostración de tecnologías de sostenibilidad del agua.

2. Descripción técnica y ubicación del proyecto

• Rediseño y rehabilitación del edificio principal del PEX como museo con espacios de educación ambiental.

• Rediseño y rehabilitación del resto del parque con humedales naturales y artificiales, jardines infiltrados y producción de alimentos en chinampas y bosques con enfoque en la regeneración ecológica.

• El parque está ubicado en un área de 277 hectáreas en el lado occidental de los humedales de Xochimilco.

3. Impacto social y ambiental Crear conciencia sobre la importancia estratégica del sistema de humedales Xochimilco, en términos de su valor ecológico, histórico, económico y de producción de agua:

• Las chinampas son uno de los sistemas agrícolas más productivos y sostenibles del planeta.

• Oportunidad ejemplar para la acción ciudadana para regenerar su patrimonio social, cultural, ambiental y económico.

• Patrimonio cultural de la humanidad por la UNESCO • Sitio RAMSAR (Conservación de Humedales), UNESCO • Sistema de patrimonio agrícola, SIPAM, FAO • Áreas de importancia para la conservación de las aves, AICAS, CONABIO • Área Natural Protegida, SEMARNAT, SEDEMA DESARROLLO DE UN PORTAFOLIO DE PROYECTOS

135

• Humedal de 3.500 hectáreas con muy alta riqueza de biodiversidad.

• Proveedor del 35% del agua en la Ciudad de México.

• Estabilizador del clima y parte clave en la prevención de inundaciones en el Valle de México.

• Importante destino turístico tradicional de la Ciudad de México.

• Espacio recreativo público de la Ciudad de México.

• Capacidad de producción de alimentos para 5 millones de habitantes.

• Último museo vivo de la cultura lacustre, origen de la Ciudad de México.

Brindar a los residentes y visitantes de la Ciudad de México espacios para recreación ambiental y educación sobre cultura ecológica, particularmente sobre temas de agua.

Mostrar una historia de éxito sobre la regeneración de suelos urbanos, la biodiversidad de la flora y la fauna, así como la recolección de agua.

La creación de este Centro de Cultura del Agua puede potenciar otros parques de cultura del agua como un movimiento de proyectos emblemáticos hacia la sostenibilidad del agua en México y el mundo.

Figure 6.7 Temas del centro cultural Xochimilco

136

PLAN DE RESILIENCIA HIDRICA PARA LA ZONA PATRIMONIAL DE XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

4. Partes interesadas

• • • •

Residentes y visitantes de la ciudad de México.

Comunidad agrícola chinampera.

Operadores turísticos.

Académicos y empresas interesadas en las tecnologías del agua.

5. Costo económico Tabla 6.7 Estimación del costo del proyecto

Parque y museo de cultura del Agua Partida Parque: paisajismo y regeneración de chinampas anales (180km) Museo: construcción y remodelación de espacios actuales (3000m2)

costo unitario MXP

unidades

300,000

180

54,000,000

2,700,000

32,000

3,000

96,000,000

4,800,000

150,000,000

7,500,000

Total

total MXP

6. Riesgos

• Deterioro ambiental debido a la mala gestión.

• Proliferación de plantas invasoras en el lago y humedales, desplazando plantas nativas.

7. Integración con los planes del gobierno

• • • •

SEDEMA, CORENA Secretaría de Educación Pública, Federal y de la Ciudad de México Secretaría de Turismo, Federal y de la Ciudad de México Secretaría de Economía, Federal y de la Ciudad de México

DESARROLLO DE UN PORTAFOLIO DE PROYECTOS

137

total USD

6.4 POSIBLES FUENTES DE FINANCIAMIENTO Una primera estimación de un paquete de inversión para los proyectos seleccionados tiene un costo de aproximadamente MXP $ 920 millones.

Tabla 6.8 Resumen de inversión del proyecto

Proyecto

costo MXP

costo USD

Río Amecameca

500,571,429

25,028,571

Humedales lineares en borde con asentamientos informales

218,000,000

10,900,000

19,119,529

955,976

Corredores verdes

32,800,000

1,640,000

Parque y museo de cultura del agua

150,000,000

7,500,000

Total

920,490,958

46,024,548

Sistema de exclusas

En la mayoría de las presentaciones y entrevistas, el gobierno de la Ciudad de México y el Gobierno Federal fueron identificados como las fuentes naturales de este financiamiento, ya sea por recursos propios o por recursos administrados con bancos internacionales de desarrollo, como el Banco Mundial, el BID o CAF. Una alternativa propuesta por los participantes en los talleres son las donaciones o inversiones realizadas por instituciones filantrópicas financiadas por empresas privadas. Sin embargo, estimamos que la escala del capital disponible a través de estos canales es insuficiente para la magnitud de este proyecto.

Además de estas opciones, consideramos que una cartera de proyectos bien diseñados vinculados a las ganancias en la agricultura y el turismo de Xochimilco puede financiarse con inversión privada, como fondos de impacto que buscan beneficios sociales y ambientales.

Para recibir una inversión de impacto para esta cartera, podría ser útil reinterpretar parte del plan de resiliencia al agua como un proyecto que, además de brindar amplios beneficios ambientales y sociales, tiene un retorno financiero directo para los inversores. Esto puede justificarse desde el punto de vista de aumentar la productividad y la rentabilidad de la agricultura de las chinampas, el aumento de la cantidad y el valor del turismo derivado de la regeneración del ecosistema o el aumento

138

PLAN DE RESILIENCIA HIDRICA PARA LA ZONA PATRIMONIAL DE XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

del valor inmobiliario de los alrededores de Xochimilco. La definición de los mecanismos específicos a través de los cuales es posible capturar parte de este valor debe realizarse en conjunto con los beneficiarios directos de esta intervención y las autoridades gubernamentales.

El sector de inversión de impacto generalmente está vinculado a los servicios de una incubadora o aceleradora de impacto. Aunque, por razones legales, culturales y políticas en México, la regeneración de los sistemas de agua en sí misma no puede verse como un negocio privado, creemos que si puede vincularse a negocios privados de agricultura y turismo a través de asociaciones público-privadas (APPs). Este modelo tiene una alta posibilidad de ser rentable y viable, a pesar de los numerosos y complicados desafíos en relación con la negociación con múltiples actores involucrados en el ZP y la alineación de sus intereses.

Este proyecto es un buen candidato para desarrollarse con el asesoramiento de incubadoras internacionales y, a través de ellas, recibir cofinanciamiento para infraestructura de agua.

Una solución financiera a la escala del proyecto de la ZP de XTMA requiere una estrategia público-privada que incluya todo el sistema, que comprenda y promueva los beneficios públicos de la estrategia y los financie con recursos estatales, y también comprenda los beneficios privados de la estrategia y los financie con recursos privados. Por esta razón, una iniciativa de APP con actores públicos y privados tiene una mejor oportunidad de éxito. Como parte de esta APP, se deberán evaluar los obstáculos legales, culturales y logísticos y se requerirá un plan para resolver estos obstáculos y generar sinergias entre todos los actores de esta iniciativa.

Tabla 6.9 Opciones de financiamiento

Categoría

Candidatos

Términos

Gobierno de la Ciudad de México

SACMEX, SEDEMA

Posible inversión a fondo perdido.

Alineado con las prioridades de inversión del gobierno de la CDMX, alta rentabilidad social y ambiental (ver lista de acciones de gobierno prioritarias relacionadas con la ZP XTMA)

Gobierno Federal

CONAGUA, SEDATU

Posible inversión a fondo perdido. Alineado con las prioridades de inversión del gobierno federal, alta rentabilidad social y ambiental.

Banca de Desarrollo

Banco Mundial, GEF, BID, CAF

Rentabilidad financiera, social y ambiental positiva. Esquema de repago a largo plazo.

DESARROLLO DE UN PORTAFOLIO DE PROYECTOS

139

La siguiente tabla muestra 8 acciones del Programa de Gobierno de la Jefa de Gobierno Claudia Sheinbaum que están directa o indirectamente relacionadas con la ZP XTMA. Las acciones incluyen la promoción agrícola o turística y cuestiones transversales como la desregulación administrativa o la promoción del empleo.

Se puede argumentar que el Plan de Resiliencia Hídrica para la ZP de XTMA es un caso ideal para que el gobierno invierta recursos públicos.

Los fondos públicos buscan apalancar la inversión de capital de otras instituciones financieras, como bancos de desarrollo nacionales o internacionales o fondos de inversión privados para desarrollar oportunidades económicas en el área.

Tabla 6.10 Plan de Gobierno y sinergias

Plan de Gobierno Claudia Sheinbaum

Suelo y Campo

Xochimilco

Agua

Cultura

140

Sinergia con Plan Hídrico XTMA

Destinar 1,000 millones de pesos anuales a los propietarios de las tierras del suelo de conservación, bajo mecanismos de apoyo a la actividad agropecuaria y su comercialización, que potencien las tecnologías tradicionales de forma innovadora y que respalden el maíz criollo y la milpa (maíz frijol calabaza chile), a través de esquemas que protejan y restauren el suelo de conservación para ampliar los servicios ambientales que brinda

Gran parte de la ZP de XTMA está catalogada en alguna forma de suelo de conservación y la chinampa es un suelo ideal para el cultivo de milpa y maíz criollo que genera amplios servicios ambientales tales como el incentivo a regenerar el sistema de agua de la zona canalera.

Protección de esta zona como patrimonio histórico y cultural de la humanidad

Proteger XTMA como zona patrimonio de la humanidad comienza por restaurar su sistema de agua

5 mil millones de pesos más al presupuesto del Sistema de Aguas de la Ciudad, para el arreglo de fugas y drenaje

Uno de los principales problemas del sistema de agua de XTMA es la contaminación por falta de drenaje en asentamientos informales; los humedales son una excelente forma de crear un “drenaje” amigable con el medio ambiente de la ZP de XTMA

Duplicar el presupuesto, que actualmente es de 688 millones de pesos

El legado cultural de la ZP de XTMA es un componente sumamente rico de la historia de la Ciudad de México y del país, por ser el lago donde nació Tenochtitlán, origen de la cultura mexicana.

Esta cultura nació siendo lacustre, y una inversión en la recuperación del sistema de agua de XTMA es una inversión en cultura.

PLAN DE RESILIENCIA HIDRICA PARA LA ZONA PATRIMONIAL DE XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

Plan de Gobierno Claudia Sheinbaum Empleo

Turismo

Microempresas

Sinergia con Plan Hídrico XTMA

La meta es crear entre 500 mil y un millón de empleos nuevos en el sexenio

Al recuperar el sistema de agua de XTMA, se estimula directamente el empleo en el sector agrícola y turístico de la ZP

Potenciar y fortalecer el turismo

Al recuperar el sistema de agua de XTMA, se estimula directamente el empleo en el sector agrícola y turístico de la ZP

Apoyo a la micro y pequeña empresa con apoyos a fondo perdido y créditos blandos Desregulación administrativa

Economía

Al recuperar el sistema de agua de XTMA, se estimula directamente el empleo en el sector agrícola y turístico de la ZP Con la inversión en infraestructura de agua y una efectiva desregulación administrativa se pueden generar 6 mil micro-empresas agrícolas y turísticas en la ZP, que a su vez funcionan como protectores del sistema de agua de la ZP

6.5 CONCLUSIONES DEL CAPÍTULO Entendiendo el sistema hídrico de Xochimilco en relación al agua misma, el cambio climático, agriculture, crecimiento económico, urbanización, gobernanza o ecología, ccontribuye a diseñar e implementar soluciones exitosas.

Las soluciones podrían implementarse a través de una sana colaboración entre gobierno y empresas privadas que buscan obtener ganancias de mercados como la agricultura orgánica, el turismo de naturaleza o los nuevos desarrollos inmobiliarios. Parte de la inversión podría ser financiada por organizaciones privadas que buscan un retorno financiero de su capital.

La participación proactiva de todos los actores clave a través de procesos de colaboración innovadores, como competencias incentivadas para diseño de soluciones, en lugar de dictar y controlar iniciativas de arriba hacia abajo, abre un campo más amplio de posibilidades para soluciones disruptivas efectivas y cambios reales.

El esfuerzo requerido para implementar la cartera de proyectos es sustancial en términos financieros, pero también en la complejidad relacionada con la colaboración entre las comunidades locales y todas las partes interesadas involucradas, directa o indirectamente. La magnitud

DESARROLLO DE UN PORTAFOLIO DE PROYECTOS

141

y complejidad de este portafolio se gestionaría mejor si los proyectos se implementan en etapas, para que todos puedan aprender de implementaciones iterativas.

142

PLAN DE RESILIENCIA HIDRICA PARA LA ZONA PATRIMONIAL DE XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

143

PLAN PLAN DE RESILIENCIA HIDRICA PARA PARA LA ZONA PATRIMONIAL DE XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA ALTA 144 DE RESILIENCIA HIDRICA LA ZONA PATRIMONIAL DE XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA

7 CONCLUSIONES

7.1 UN PORTAFOLIO DE PROYECTOS PARA UN SISTEMA HÍDRICO RESISTENTE El proyecto actual tiene como objetivo restaurar el sistema hídrico de la Zona Patrimonial de Xochimilco, Tlahuac y Milpa Alta (XTMA ZP) de tal manera que pueda hacer frente a los efectos del cambio climático y a los desafíos socioeconómicos que presionan al sistema de agua. La comprensión del sistema hídrico de XTMA en relación con el cambio climático, la agricultura, el crecimiento económico, la urbanización, la gobernabilidad o la ecología, es un prerrequisito para diseñar e implementar soluciones exitosas. En un sistema de agua resiliente, el agua es parte del problema pero también de la solución. Se realizó una evaluación de riesgos geológicos y un estudio de modelación hidrológica de la Zona Patrimonial en combinación con la participación de la comunidad y la consulta de las partes interesadas para desarrollar una portafolio de proyectos con el fin de mejorar y sostener el sistema hídrico de XTMA ZP.

7.2 EVALUACIÓN DEL RIESGO GEOLÓGICO Se realizó un análisis probabilístico para estimar las intensidades asociadas al riesgo sísmico dentro de la ZP de XTMA. Se elaboró un catálogo con más de 100 años de datos históricos de terremotos y se definieron alrededor de 45 fuentes sísmicas a lo largo del territorio mexicano. Los efectos del sitio, causados por estratos profundos blandos, pueden ocurrir en la región, y por lo tanto fueron incluidos por medio de funciones de transferencia, que en términos generales, relacionan la rigidez del suelo (período dominante del suelo) con el factor de amplificación.

Finalmente, se estudió la influencia del subsidencia en las intensidades sísmicas.

Las mayores intensidades sísmicas ocurren en el centro del distrito de Tláhuac, justo en el límite de la Zona Patrimonial. Además, se observó que existe una relación directa entre los cambios de intensidad y las alineaciones de las fracturas, especialmente para la ordenada espectral de 0.2s. Las intensidades sísmicas oscilan entre 0,03 y 1,4 g, dependi-

CONCLUSIONES

145

endo de la ordenada espectral y el período de retorno evaluado. Estas intensidades se esperaban ya que esta zona se caracteriza por un suelo de estratos blandos y efectos de sitio que amplifican considerablemente las ondas sísmicas.

Sin embargo, las altas intensidades sísmicas no significan automáticamente grandes pérdidas. Es importante incluir los activos de interés en el análisis y su desempeño cuando ocurre un evento sísmico. Estos resultados podrían ayudar a planificar dónde construir y cuál debería ser la calidad de las estructuras que se prevé colocar allí.

Como medida preventiva primaria (pero no como decisión final), las estructuras situadas en regiones sísmicas altas (mayores intensidades sísmicas) deben tener un diseño y construcción más estrictos, mientras que las situadas en regiones sísmicas bajas (menores intensidades sísmicas) el diseño puede ser controlado por otros aspectos (por ejemplo, viento o subsidencia). Por lo tanto, es necesario combinar la información sobre la distribución espacial de las intensidades sísmicas con las funciones de vulnerabilidad de los objetos en riesgo sísmico integral para informar adecuadamente las decisiones sobre planificación urbana, construcción de edificios y medidas de mitigación. En este estudio, obtuvimos el riesgo sísmico para la XTMA Zona Patrimonial a partir de modelos de amenazas y vulnerabilidad, incluyendo efectos de sitio y efectos de subsidencia.

Se evaluó la exposición en la XTMA ZP para dos categorías: a) Infraestructura hidráulica (pozos de agua potable, red de abastecimiento de agua, red de alcantarillado, red de agua reciclada, tanques de almacenamiento de agua, estaciones de bombeo, plantas de tratamiento de la contaminación del agua y plantas de tratamiento de agua potable), y b) Infraestructura urbana (casas, carreteras, mercados, iglesias, edificios gubernamentales, edificios de atención de la salud y escuelas).

Los resultados muestran que el escenario crítico era similar al del terremoto del 19 de septiembre de 2017, debido a su distancia al área de estudio, magnitud y profundidad. Se puede concluir que la exposición se ve afectada en mayor medida por este tipo de terremotos. Sin embargo, no se deben descartar los riesgos potenciales de terremotos de Guerrero y Puebla de gran magnitud (de una desagregación sísmica formal).

Del análisis se puede concluir que el tipo de infraestructura más vulnerable es, en nuestro caso, las estaciones de bombeo de aguas residuales.

Estas estaciones presentaban el mayor nivel de riesgo porque las pérdidas estimadas debidas al escenario crítico eran las más altas.

146

PLAN DE RESILIENCIA HIDRICA PARA LA ZONA PATRIMONIAL DE XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

Las instalaciones hidráulicas y de alcantarillado deben contemplar desplazamientos verticales y horizontales en estas zonas para evitar fallas. Esto se puede controlar mediante conexiones flexibles.

Se recomienda realizar exploraciones geotécnicas y geofísicas adicionales en zonas de transición abrupta con el fin de modelar la geometría de contacto en profundidad entre suelos blandos y basamento. Además, se recomienda monitorear los cambios topográficos y los niveles piezométricos para hacer un seguimiento de las posibles zonas de extracción de agua. Se recomienda establecer planes de contingencia basados en la clasificación de pérdidas estimadas de la infraestructura hidráulica para el escenario crítico.

Finalmente, los resultados obtenidos en este documento corresponden a caracterizaciones generales de cada infraestructura, por lo que se recomienda realizar un estudio más detallado que permita reducir las incertidumbres en la definición de la vulnerabilidad de la infraestructura de, por ejemplo, el sistema de agua potable y alcantarillado, como estaciones de bombeo, plantas de agua potable y plantas de tratamiento de control de la contaminación del agua.

7.3 MODELACIÓN REGIONAL Y LOCAL DEL SISTEMA HÍDRICO Se desarrollaron modelos numéricos hidrológicos regionales para la Cuenca de México que definen las condiciones de borde para el sistema hídrico de la Zona Patrimonial. Se construyó un modelo numérico de aguas subterráneas basado en una extensa recopilación de datos existentes de varias fuentes públicas, agencias gubernamentales y universidades. Las aguas subterráneas son la principal fuente de abastecimiento de agua potable, por lo que la gestión sostenible de los recursos hídricos subterráneos es de suma importancia. La dinámica del sistema hidrológico simulado con el modelo hidrológico Wflow se utilizó para las condiciones de borde superficiales del modelo (recarga de aguas subterráneas). En promedio, el balance hídrico de la Cuenca de México se estima en 138.1 mm/año. La extracción de aguas subterráneas excede su recarga por un factor de acuatro, ya que la recarga de aguas subterráneas se estima en 43.6 mm/año, mientras que las extracciones se estiman en -181.7 mm/año.

Parece que existe cierta información sobre los niveles de las aguas subterráneas. Un sistema de monitoreo de aguas subterráneas es operado por la CONAGUA, lo que puede proporcionar datos extremadamente valiosos. Sin embargo, el nivel de detalle de la información reportada

CONCLUSIONES

147

en el sitio web no es suficiente para la calibración y validación del actual modelo de agua subterránea. Por ejemplo, los estudios realizados por Carrera-Hernández y Gaskin (2007) presentan registros de niveles de agua subterránea desde 1969 (Figura D.6). Durante el curso del proyecto actual no hemos podido adquirir esta información.

La información sobre niveles de agua o registros de descargas no está disponible en la Zona Patrimonial. Por lo tanto, el modelo actual no fue calibrado ni validado con respecto a los datos medidos. Esto demuestra la necesidad de seguir desarrollando un programa sostenible y estructural de adquisición y monitoreo de datos.

Los modelos hidrológicos, de aguas subterráneas e hidráulicos de XTMA ZP se pueden desarrollar más en proyectos y programas futuros, para aprovechar la capacidad potencial que estos modelos tienen para apoyar la toma de decisiones. Se debe ofrecer un programa de capacitación al personal técnico de la UAM, UNAM y ARCDMX en la Ciudad de México.

7.4 ANÁLISIS PARTICIPATIVO DE STAKEHOLDERS Los talleres y entrevistas realizados para promover la comprensión del sistema socio-ecológico del agua en la Zona Patrimonial, dieron como resultado un mapa que mostraba las interrelaciones e interconexiones entre los actores y visualizaba los intereses y/o conflictos entre los actores. La participación de las comunidades locales es esencial para desarrollar soluciones adecuadas y crear un sentimiento de pertenencia.

7.5 DESARROLLO DE UN PORTAFOLIO DE PROYECTOS Se elaboró un portafolio de propuestas de proyectos para mejorar los desafíos del abastecimiento de agua, calidad del agua, distribución del agua y la subsidencia, con un impacto positivo en los aspectos socioeconómicos, culturales y de gobernanza de la zona. La selección de proyectos incluye: 1. La reconexión del Río Amecameca con la Zona Patrimonial.

2. Creación de humedales lineales en las calles que bordean los canales en el límite sur de la zona chinampa de Xochimilco como sistemas pasivos de tratamiento de las aguas residuales de las casas aledañas, con el fin de descargar agua limpia en los canales del humedal.

3. Desarrollo de un sistema de esclusas para controlar los flujos de agua en los canales chinampa de Xochimilco para restaurar la

148

PLAN DE RESILIENCIA HIDRICA PARA LA ZONA PATRIMONIAL DE XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

conectividad hidráulica y remediar la subsidencia.

4. Corredores verdes para mejorar el sistema hídrico de la ZP mediante la restauración de parte de los flujos de entrada desde los manantiales al sur de la ZP y para mejorar el espacio público urbano a través de una conexión a atractivos parques lineales.

Una mayor conexión espacial puede aumentar la conciencia de la comunidad urbana hacia el área de la chinampa.

5. Construcción de un Centro de Cultura del Agua en el Parque Ecológico Xochimilco (PEX) para crear conciencia sobre la importancia estratégica del sistema de humedales de Xochimilco, en términos de su valor ecológico, histórico, económico y de producción de agua.

Las principales características de los proyectos identificados fueron: escala temporal (corto, mediano y largo plazo), viabilidad (social, técnica, legal y financiera), escala (regional, local y local), madurez del proyecto (alta / baja), relación con el cambio climático, e intrusividad (muy intrusivo / poco intrusivo).

Dos áreas clave de impacto son la cantidad y la calidad del agua. En términos de cantidad de agua, el proyecto más impactante es el Río Amecameca, que por sí solo podría proporcionar tres veces la cantidad de agua necesaria en el PZ. En cuanto a la calidad del agua, los tres puntos clave de intervención son los vertimientos ilegales de aguas residuales domésticas, la contaminación agroquímica de las chinampas y la calidad del agua tratada que se suministra a la ZP. El proyecto más probable que tendrá un impacto muy significativo en este indicador es la construcción de humedales, que podría mitigar el impacto de las descargas de aguas residuales urbanas.

Además de un suministro de agua de calidad aceptable, el agua debe estar correctamente distribuida en los humedales de la Zona Patrimonial. Una de las propuestas del proyecto aborda este tema: el sistema de control del agua. Este es un proyecto de ingeniería e infraestructura que es esencial para que el resto de los proyectos sean viables y efectivos, especialmente si el cambio climático y la subsidencia cambian el paisaje y las condiciones en el futuro.

El proceso de investigación y diseño colaborativo dejó claro que es poco probable que las soluciones aisladas funcionen, en parte porque cada solución requiere los beneficios ambientales, sociales y económi-

CONCLUSIONES

149

cos generados por las otras soluciones, y cada solución se ve afectada negativamente por los problemas que se generan en otras áreas del sistema. Por lo tanto, la solución es proponer y poner en práctica un conjunto completo de intervenciones que tengan un impacto significativo debido a las sinergias entre estas acciones individuales y al impacto colectivo de las mismas. Debido a la compleja red de relaciones positivas y negativas que existen entre los diferentes proyectos para la regeneración del sistema de agua de XTMA, creemos que debemos proponer una narrativa integral o sistema de proyectos que colectivamente conduzcan a un impacto significativo.

El diseño de las intervenciones en el sistema hídrico debe considerar la relación entre los ámbitos social, ambiental y económico. Por ejemplo, la reducción de la contaminación del agua por descargas sanitarias en los asentamientos informales es mucho más probable que se resuelva si, además de las intervenciones tecnológicas, se implementa una estrategia social en estas comunidades que aumente la conciencia sobre la vulnerabilidad y el valor de estos cuerpos de agua. Tal estrategia social puede ser empoderada a través de un mecanismo que transfiera parte del valor económico que se genera al regenerar el sistema de agua a esas comunidades, alineando de esta manera los intereses de todos los actores.

El gobierno de la Ciudad de México y el Gobierno Federal fueron identificados como fuentes potenciales para financiar estas medidas, ya sea con recursos propios o con recursos administrados por bancos internacionales de desarrollo, como el Banco Mundial, el BID o la CAF. Además, la inversión de impacto de los fondos privados que buscan beneficios financieros mientras regeneran el medio ambiente puede representar una posibilidad de cofinanciación. Se deben considerar las iniciativas de asociaciones público-privadas (APP) en las que participen actores públicos y privados (por ejemplo, agricultura orgánica, turismo de naturaleza, desarrollo inmobiliario inclusivo). La participación proactiva de los principales interesados mediante procesos de colaboración innovadores (por ejemplo, concursos incentivados) para encontrar soluciones, puede crear un campo más amplio de posibilidades ascendentes para lograr soluciones eficaces y perturbadoras y un cambio duradero.

El paquete de inversión completo propuesto con la cartera de proyectos es sustancial en términos financieros y complejo debido a la colaboración con las comunidades locales y los múltiples actores involucrados.

La magnitud y la complejidad de esta cartera pueden gestionarse mejor si los proyectos se ejecutan en fases iterativas, lo que es muy posible.

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CONCLUSIONES

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158 A WATER RESILIENCE PLAN PLAN FOR THE ZONEZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC AND MILPAALTA ALTA A WATER RESILIENCE FOR HERITAGE THE HERITAGE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA

APPENDICES

A BIOPHYSICAL AREA DESCRIPTION A.1 Basin of Mexico The United States of Mexico (also known as Mexico) is divided into thirteen hydrological-administrative regions [RHA by its acronyms in Spanish] for water management and preservation of water resources. Mexico City and the World Heritage Site of Xochimilco, Tlahuac and Milpa Alta (Zona Patrimonial) belong to the RHA XIII, which is subdivided for management purposes into two sub-regions Valley of Mexico (9,739 km2) and Tula (8,490 km2). The sub-region of the Valley of Mexico (also known as Basin of Mexico) includes seven tributary watersheds (Figure A1): Xochimilco (509 km2), Amecameca-La Compañía (1,166 km2), Texcoco (1,401 km2), Avenidas de Pachuca (2,622 km2), Mexico City (1,818 km2), Cuautitlán (832 km2) and Tochac-Tecomulco (1,312 km2). Moreover, the Basin of Mexico is subdivided into seven aquifers: Cuautitlán-Pachuca, Texcoco, Chalco-Amecameca, Metropolitan Area of Mexico City, Tecomulco, Apan and Soltepec.

The Basin of Mexico is integrated by territorial portions of four Federation entities: Mexico City, State of Mexico, State of Hidalgo and, to a lesser extent, the State of Tlaxcala. It is bounded at the north by the Tula-San Juan and Amajac river basins, tributaries of the Pánuco River basin; at northwest, by Tecolutla River; at south and southeast with the basins of Amacuzac and Atoyac-Zahuapan rivers, tributaries of the Rio Balsas basin; at west, by the Lerma River basin.

Figure A.1. Morphology of the Basin of Mexico.

APPENDICES

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A.1.1 Location The Basin of Mexico is located in the center of the country, between 19° 03’ 14’’ and 20° 11’ 25’’ of latitude north, and 98° 11’ 42 ‘’ and 99° 31’ 17 ‘’ of longitude west. It is an endorheic basin of lacustrine character and is sited in the middle of the Transverse Mexican Neovolcanic Axis, approximately 2,400 meters above sea level. It is the uppermost area of the Pánuco River Hydrologic Region, reaching heights above 5,000 meters. It is surrounded by mountains: to the north the Sierra de Pachuca, to the east the Sierra de Calpulalpan and the Sierra Nevada with its volcanoes Iztaccíhuatl and Popocatépetl, to the south by the Sierra del Chichinautzin, while to the west the Sierra de Las Cruces.

A.1.2 Topography Its topography consists of three zones. The lower zone, from the bottom of the basin to the 2,250 meter altitude contour line, with an extension of 1,507 km2.

The hill zone, between 2,250 m and 2,400 m contour lines, with a surface of 2,575 km2. The mountainous zone, between 2,400 m contour line and the Basin’s mountainous summits, with an area of 5,518 km2, and is covered with sacred fir (oyamel), pine and evergreen oak forests, as well as grazing lands and seasonal agriculture, and it is the ecological reservation of Mexico City.

The Basin of Mexico is surrounded by the Trans-Mexican Volcanic Belt. During the Quaternary period, basaltic volcanoes Cerro Gordo, Chimalhuacán, Estrella and Chiconautla appeared. Later on, basaltic lava between the Sierra Nevada and Sierra de Las Cruces ridges formed the Sierra de Chichinautzin ridge and closed basin, up to then draining toward the Balsas River Basin. Later on it was stuffed with pebble stones, gravel, sand, ashes, lake clays and other, and it became water saturated. This stuffing generated an extended plateau with shallow lakes.

These lakes were formed by runoffs from a variety of torrential rivers which for thousands of years carried volcanic ashes, alluvium and other materials, as a result of soil erosion caused by runoffs in their way toward lakes. As they settled, these materials formed the clayish bottom of lakes. The Aztecs gave these lakes the names of Chalco, Xochimilco, Texcoco, Xaltocan and Zumpango. All of them have fresh water, with the exception of Texcoco, which is briny. By the end of the Glacial Age, these lakes, the last vestiges of numerous much larger lakes, formed one only shallow water body.

A.1.3 Climate According to the geographic location and the altitude, the climate of the Basin of Mexico varies from semi-arid and hot, in the northeast, to semi-humid and cold in the mountainous regions of the south of the basin (Inegi, 2010). The average annual temperature is 14 °C and ranges from 12 °C in the mountainous to 18 °C in the northern of the lower zone. The basin is influenced by humid maritime air currents of the Gulf of Mexico, with dry and hot air currents coming from the northwest areas of the Mexican high plateau; The rainfall regime of the Basin of Mexico is derived from the direct influence of hurricanes and cyclones in the Gulf of Mexico and the Pacific Ocean (Secretaría de Medio Ambiente, 2001). The mountain that surround the basin act as condensers, producing orographic rains

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A WATER RESILIENCE PLAN FOR THE HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

from mid-May to mid-October, with an average annual rainfall of 693 mm and ranging from just under 500 mm in the northern zone to more than 1,000 mm in the Sierra of the Chichinautzi and in the Sierra Nevada. During the rainy season, 80% of the yearly rainfall takes place: about 5,706 millions of cubic meters. The rainy season is not favorable for water utilization; on the contrary, it favors swell runoffs. High intensity, short duration storms are frequent in the region. Sixty percent of yearly rainfall is concentrated in three months.

A.1.4 Main Waterbodies During Aztec times, the basin of Mexico was composed by a lacustrine system of 2,000 km2 formed by five main lakes: Chalco, Xochimilco, Texcoco, Xaltocan and Zumpango. At present, the surface area of lakes had been reduced by urban expansion to about 57 km2. The hydrography consists of 45 rivers, 8 lakes and 3 springs (Figure A1). The melting water of the highest parts of some volcanoes, together with the springs in the high and middle parts of the mountains, form 13 perennial rivers: Magdalena, Santo Desierto-Mixcoac, Tacubaya, Tlalnepantla, Hondo, San Idelfonso, San Pedro, La Colmena, Cuautitlán, Tepotzotlán, Ameca, San Rafael and Texcoco-Aculco; the other 32 rivers are temporary, formed from May to October during the rains (Legorreta, 2009). Among the most important lakes are: Zumpango, Guadalupe, Madín, Chalco and Nabor Carrillo; in the eastern part of the basin there are other lakes such as Tochac, Apán and Tecocomulco. The main springs from which clean water flows all the time, are: Fuentes Brotantes, Santa Fe and Peña Pobre.

A.1.5 Water management CONAGUA is the federal institution in charge of the water management, control, regulation and protection. CONAGUA is organized in two modalities: National Level, and Regional Hydrological - Administrative Level. The later is accomplished through the “Organismos de Cuenca”, i.e., Basin Organizations. The “Organismo de Cuenca Aguas del Valle de México” (OCAVM, Mexico’s Valley Water Basin Organization) is in charge of the development of policies and coordination among the Federal government, State government and Municipal government, as well as the water users, individuals and social organizations, on the RHA XIII. Water management in the State of Mexico is in charge of the State of Mexico Water Commission (CAEM). The CAEM is the institution responsible for planning, maintenance, operation and management of water facilities in the State of Mexico. Hierarchically, the CAEM is above Water Utilities but is regulated by CONAGUA. Additionally, Water Utilities of each municipality are in charge of the provision of services in the metropolitan area. In Mexico City, water supply is undertaken by the Water System of Mexico City (SACMEX), previously known as the Water Commission of the Federal District. It is the institution in charge of the provision of drinking water, drainage, sewerage, wastewater treatment and water reuse services in Mexico City.

A.2 Mexico City Mexico City and its metropolitan area (MCMA) is located within the Basin of Mexico. This area has the highest human concentration of the country (close to 25 million people), and generates about 25.4 percent of the national GDP (Mo-

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rales-Novelo, 2011). Mexico City is the Capital of the Mexico Country, it is also the cultural, economic and industrial center of the country, which houses almost all government offices, national and international business centers, cultural activities, universities and the most important research institutes.

A.2.1 Location Mexico City borders with the State of Mexico and the State of Morelos. It has a territorial extension of 1,485 km2. Mexico City is divided into sixteen boroughs (known as “Alcaldias”): Álvaro Obregón, Azcapotzalco, Benito Juárez, Coyoacán, Cuajimalpa, Cuauhtémoc, Gustavo A. Madero, Iztacalco, Iztapalapa, Magdalena Contreras, Miguel Hidalgo, Milpa Alta, Tláhuac, Tlalpan, Venustiano Carranza and Xochimilco. Mexico City territory -less than 0.1% of national territory- is located in the southeast of the Valley of Mexico. Half of its territorial is urbanized; it has grown mainly towards north, east and west.

The MCMA (conurbation surrounding Mexico City) is constituted by the sixteen “Alcaldias” of Mexico City and 59 municipalities of the neighboring State of Mexico. The MCMA has a territorial extension of 7,854 km2, of which 65% is classified as urban land use (43% of Mexico City and 22% of the State of Mexico) and 35% is used for agriculture, forestry, and conservation (SEMARNAT, 2010).

A.2.2 Climate The climate of the MCMA ranges from humid to semi-arid. Mean annual temperature ranges from 11 - 17°C. During the months of April and May, maximum temperatures may reach 33°C, whereas minimum temperatures reach -1°C in December and January.

Average annual precipitation is estimated at 668 mm in the north of the MCMA and 1306 mm in the south, occurring mainly from June through October.

A.2.3 Population According to the Economic Census of 2015, Mexico City has a population of 8,918,653 inhabitants, of which 52.6% are female. Statistics show that 99.5% of the population lives in urban areas, whose residences are established on the north half part of Mexico City (Figure A2). The southern territorial of Mexico City is a green area and whereby much of the aquifer recharge take place. Iztapalapa (est of city) is the most populated Alcaldia, close by 2 million inhabitants and whereby most difficulties for water distribution is encounter.

The MCMA has an estimated population of 19,239,910 inhabitants of which 51.6% are female.

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Figure A.2. Population distribution in Mexico City. From: Gomez-Reyes et al. (2009).

A.2.4 Water system Potable water supply The Metropolitan Area of Mexico City, with its 18 million population, is supplied with a flowrate of 64.5 m3/s, out of which 47.5 m3/s (74%) come from underground sources, while 17 m3/s (26%) come from surface sources such as the Cutzamala System and some springs. Up to date, the aquifer overexploitation level is about one and a half times its natural recharge.

In order to respond to drinking water requirements of Mexico City inhabitants -8.7 million- a mean flow rate of 35.5 m3/s is supplied. Service through home intakes is available to 98% of the population. The remaining 2% is supplied free of charge by tank cars. Out of the total water supply, 24 m3/s (67%) come from underground sources: 19 m3/s from Basin of Mexico aquifer, and 5 m3/s from Base of Lerma aquifer; while the remainder is obtained from surface sources: 1 m3/s (3%) comes from Magdalena River and springs located at west and south regions of the City, and 10.5 m3/s (30%) come from the Cutzamala System, from where water must be pumped to a height of 1,100 meters and piped through 127 kilometers to reach the city.

The flow obtained from mentioned sources is conducted through 514 kilometers of pipelines of several diameters to 295 storage tanks with a combined capacity of 1,700,000 m3. Water is distributed from these tanks to users through 1400

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km of primary network and 12,000 km of secondary network. Additionally, 196 pumping stations are used to supply water to dwellers of higher zones (Buenrostro-Hernandez, 2006b).

To maintain a suitable quality of supply, 34 water production plants are available, 20 of them built after 1998, with a combined installed capacity of 4.08 m3/s.

Twenty-nine of these plants operate next to wells. There are also 365 automated chlorinating devices, strategically located in the system’s structures (Buenrostro-Hernandez, 2006b).

Water demand in the city keeps growing, and the latest flow contribution was received in January 1995. Besides, the Temascaltepec supply phase, as the last of the Cutzamala System, has been suspended because of some still unresolved difficulties, of a social and political nature in that region. Upon this situation, the Mexico City Government is working on a strategy for the supply of water based on a better utilization of this resource at a user’s level, as well as in infrastructure maintenance to prevent leaks and waste and to recover its efficiency, and the construction of new works to improve collection and distribution of water volumes. The decision is to rationalize handling and use of already available water.

Sewage system Mexico City has a drainage system with a great magnitude and complexity. It is a combination type system collecting residential and industrial waste waters, in addition to the runoffs caused by rains. Its structure comprises 10 240 km of secondary network piping, and 2 087 km of primary networks, 144 km of marginal collectors, 178 pumping stations, open cut channels, piped rivers, storage dams and regulation lagoons, and continues in the general draining system and in the Deep Drainage -currently the backbone of the system- until it discharges at the higher part of the Pánuco River Basin, and later on into the Gulf of Mexico (Buenrostro-Hernandez, 2006a).

Summarizing, the sewerage and drainage system of the Basin of Mexico consists of three strategically located large systems of hydraulic ducts, draining in a noticeably north-south direction (Figure A3). They are the three only outlets to displace the flows of waste and rainfall waters out of the Basin, to protect the City from the risk of floods. These outlets are: Western Interceptor-Emitter (Interceptor-Emisor del Poniente), by the Tajo de Nochistongo; the Great Drainage Channel

by Tequixquiac Tunnels I y II, and the Central Emitter of the Deep Drainage System to the El Salto River (Buenrostro-Hernandez, 2006a).

1. The Western Interceptor - Emitter receives runoffs from the rivers located at the western part of the Basin of Mexico, previously controlled at the Western Dam System (Sistema de Presas del Poniente), this latter being an interconnected system integrated by 36 dams -18 in the State of Mexico and 18 in the Federal District- with a total regulating capacity of 3.1 million cubic meters collecting and regulating runoffs from rivers in the Western Mountainous Country (Serranía del Poniente). The Western Interceptor (Interceptor del Poniente), a 4-meter diameter tunnel with a length of 12.4 km, starts at

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University City (Ciudad Universitaria) and discharges at the Rio Hondo Pumping Station, where it is pumped to discharge into the Hondo River towards the buffer reservoir of El Cristo, where swellings are again regulated. During strong storms it sluices into the Western Emitter, which in its route receives waters from the rivers Tlalnepantla, San Javier, Cuautitlán, Tepotzotlán and other with lower flows, until it reaches the Derivadora Santo Tomás (Santo Tomás Diverter Dam), where swells can be again buffered at the Zumpango Lagoon, or else discharge towards the Tajo de Nochistongo and merge with El Salto River to further discharge waters into Tula River and the Endho Dam, wherefrom water is distributed for irrigation.

2. The Great Drainage Channel starts at Lecumberri, close to downtown, and in its route receives contributions from northern, central and northeastern zones, through the sewer, collector and emitter network, after passing through the City’s pumping stations. At Km 9+450 of Great Channel’s path, the Remedios River merges in, with waters coming from the western part of Mexico City, and the excesses from the Tlalnepantla and San Javier rivers, as well as the municipal waters from Tlalnepantla, Naucalpan, Ecatepec and Netzahualcóyotl. At Km 18+500, the Canal de la Draga also merges in, carrying the flows of La Compañía and Churubusco rivers, through the General Drain of the Valley (Dren General del Valle). The Great Drainage Channel continues its path through the Cuautitlán Valley. In its route, it receives contributions from the municipalities located at its banks; there are also withdrawals of flows utilized in agricultural irrigation in both banks of the Great Channel, mainly at Irrigation District 088, Chiconautla, and in several agricultural development units, altogether occupying about 7 300 hectares. Waters from Great Channel flow through the Tequixquiac Tunnels near Zumpango to merge later on with the Salado River to be distributed to irrigation zones such as Districts 03 (Tula) and 100 (Alfajayucan), in the State of Hidalgo.

3. The Deep Drainage System, currently with 165 km in operation, built to sluice rainfall flows outside the Basin of Mexico, is the third water outlet. In 1975, the first stage was completed, with the construction of the Central Emitter Tunnel (Túnel del Emisor Central), with a diameter of 6.50 meters and a length of 50 km, provided with access shafts (lumbreras). Depths range from 25 to 220 meters. Since then, the length has been increased with the construction, upstream, of the six interceptors that are a part of this System, draining several zones of the City from south to north, with diameters ranging from 3 to 6 meters and depths from 20 to 48 meters. These interceptors discharge at Shaft 0 (Lumbrera 0) of the Emitter, at the border between the Gustavo A. Madero Sector (Delegación), in the Federal District, and the Tlalnepantla Municipality, in the State of Mexico. Through the outlet portal, they pour their flows into the El Salto River, outside the Valley of Mexico, at the high part of the Pánuco River Basin. In 1997, the Deep Drainage had reached a length of 153 km of tunnels in operation. Between 1998 and 2000, this System was expanded by putting in operation an additional length of 12 km. The six interceptors, from west to east, are: The Center West (Centro Poniente) Interceptor, starting at Periférico and Constituyentes, to relieve West

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Interceptor (Interceptor del Poniente). It receives flow from Atzcapotzalco and Benito Juárez collectors, and the Remedios River intake work. Before merging to the Central Emitter, it picks up the discharges from the Tlalnepantla Municipality Interceptor. The Central Interceptor (Interceptor Central), receives flow from downtown collectors, as well as Río de la Piedad, and Center-Center Interceptor collectors, along its path to Shaft 0 (Lumbrera 0) of Central Emitter in Tenayuca, State of Mexico, close to boundary with the Federal District. The East Interceptor starts southeast of the City, and it receives water from collectors in the networks at southern and eastern zones, besides the Churubusco River intakes and the East-East Interceptor. Later on it receives water from the Great Channel Interceptor, built in 1999 and in operation since 2000. The tunnel is at a 20 m depth, with a length of 1 000 m and a 3.10 m diameter. It has a capacity to displace 35 m3/s. This assures the gravity drainage of Centro Histórico (downtown) without the need of pumping equipment, thus eliminating the risk of floods suffered for years in this area of the City. Further on along its path, the East Interceptor captures waters from the Great Channel intake and, before reaching Shaft 0 (Lumbrera 0), it receives waters from the San Javier and Tlalnepantla rivers. EastEast Interceptor (Interceptor Oriente-Oriente) receives water from collectors of the lowest zones in the City and, along its path, those of Churubusco River, on its way to East Interceptor (Interceptor Oriente). These interceptors discharge their flows into the Central Emitter (Emisor Central) starting at Shaft 0 (Lumbrera 0) in Tenayuca, goes across the Tezontlalpan Ridge (Sierra Tezontlalpan) and discharges into El Salto River, in the Municipality of Atotonilco, State of Hidalgo.

Figure A.3 Map showing the sub-catchments and rivers (blue lines) derived with Wflow, and how they link to the urban drainage system (red and orange lines) of Mexico City.

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A.3 Zona Patrimonial: Xochimilco, Milpa Alta and Tláhuac The polygon of “Zona Patrimonial” was originally based on the Historical Monuments Area of Xochimilco, Tláhuac and Milpa Alta, according to the Presidential Decree of December 1986 (Official Gazette of the Federation, 1986). This polygon has an extension of 89 km2. However, recent enquiries carried out by UAM and Xochimilco in 2005, and 2014 shows that the surface area is 69 km2. Thus, clarifications were requested in 2013 by the World Heritage Committee to several States and to the government of Mexico City.

These enquiries resulted in the modification of the polygon, which includes since 2014 three additional fractions. The first one incorporates the Canoeing Track and the chinampera zone of Amalacachico-Toltenco (east); the second one includes the archaeological zone of Cuahilama (south); and, the third one considers the lagoon formed between Tláhuac and the limits with the State of Mexico. In total, the new polygon has a surface area of 75 km2 (González-Pozo, 2016).

A.3.1 Location The polygon of Zona Patrimonial is contained in the territories of the Alcaldias of Xochimilco (49.6% of the polygon is in Xochimilco), Tláhuac (48.8%) and Milpa Alta (1.4%). It borders to the north with the city hall of Tláhuac and in a small part also with the Alcaldia of Iztapalapa and Coyoacán; to the east with the municipalities of Chalco of the State of Mexico; to the west with the mayor’s office of Xochimilco and a small portion with the one of Tlalpan; to the south it borders the Alcaldia of Xochimilco, Tláhuac and a mountainous stretch of the Alcaldia of Milpa Alta (Figure A4).

The Alcaldia of Xochimilco is located in the south-east area of Mexico City and borders with Tlalpan, Coyoacán, Tláhuac and Milpa Alta. It has a territorial extension of 125 km2, approximately 8.4% of the total surface of Mexico City. About 80% of the Xochimilco surface is classified as conservation area (100 km2).

The Alcaldia of Tláhuac extends over a surface of 89.5 km2, accounting 5.8% of the Mexico City territorial extension. The Alcaldia is located in former lakebed of Chalco and Xochimilco. There are some lake areas along with four major canals (Chalco, Guadalupano, Atecuyuac and Amecameca) and wetlands (Cienega de Tlahuac, Bosque de Tlahuac, Los Humedales) under conservation status.

The Alcaldia of Milpa Alta has a territorial extension of 268.6 km2 and it borders with Xochimilco, Tláhuac and Tlalpan, with the state of Morelos and the State of Mexico.

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Figure A.4 Location of the polygon of the ZP with respect to the Alcaldias of Mexico City and the sub-basins of the Basin of Mexico.

A.3.2 Topography The topography of the Zona Patrimonial is mostly flat. The terrain oscillates between elevations of 2,234 to 2,242 meters above sea level, where elevations below 2,238 meters are flooded or at risk of imminent flooding. The southeast part of the polygon of Zona Patrimonial, the terrain rises to 2,260 meters (Figure A5).

Therefore, it is a territory of scarce relief, where small altimetric differences explain the contours of its lake origin, as well as the transformations that continue to occur. This region has an average altitude of 2230 m.

Xochimilco is located on a flat surface of lacustrine origin with slopes that range from 0%–5% and an average altitude of 2,275 m. The southern part of the region is located in a mountainous area formed by the Xochitepec and Cantil mountains, and the Teoca, Zompole and Teuhtli volcanoes. These mountains formed a natural barrier between Xochimilco, Milpa Alta and Tláhuac.

The Alcaldia of Tláhuac is alienated into three zones, 1) flat lakebed, 2) transitional areas and 3) the mountain formed by volcanic sediments. The main elevations of Tecuautzi, Tetecón, the Sierra de Santa Catarina (2,800 m) and Teuhtli Volcano (2,700 m). The Santa Catarina Range serves as an important aquifer recharge area as well as a barrier against urban sprawl.

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The Alcaldias of Milpa Alta has an average altitude of 2413 m. It is part of the Trans-Mexican Volcanic Belt and the Chichinautzin Range. The main elevations of the Alcaldia are Cuautzin (3,510 m), Tulmiac, Ocusacayo (3,220 m), La Comalera (3,230 m), San Bartolo (3,200 m), Tláloc (3,510 m), Chichinautzin (3,470 m), Yecahuazac, Quimixtepec, El Oclayuca (3,140 m), El Pajonal (3,100 m), El Ocotécatl (3,480 m), Acopiaxco (3,320 m), Tetzacoatl (3,310 m), Tehutli (2,800 m) Cilcuayo (3,580 m), Nepanapa (3,460 m), Texalo (3,560 m), Oclayuca (3,390 m), San Miguel (2,988 m).

Figure A.5 Land elevations of the Zona Patrimonial.

A.3.3 Climate The zone has a subhumid temperate climate, with an average annual rainfall of 600-1,100 mm and an average annual temperature of 16 °C, with fluctuations between 8 and 25 °C (Espinosa et al., 2009). Water temperature depends on diurnal night cycles with fluctuations above 15 °C (Zambrano et al., 2009). The hydrological regime depends on seasonal change, with the rainy season occurring from May to October and the dry season from November to April. During the rainy season, the aquatic part of the ecosystem expands and forms temporary wetlands linked to permanent bodies of water (Figure A6).

The climate of the Alcaldia of Xochimilco is humid with precipitation during summer. According to the Köppen’s classification, the climate corresponds to C(W2) (w) b(i’), with average annual precipitation of 620.4 mm concentrated between May and October.

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The temperature ranges between 12°C and 18°C, with little variation of average monthly temperatures. During most of the year the prevailing winds come from the North and Northeast, and from November to February, the wind comes from the Southeast.

For the case of Tláhuac, the predominant climate is semi-humid with an average annual temperature of 15.7 °C. Temperature might range from 8.3°C to 22.8°C. Average annual rainfall of 533.8 mm, and occurs mostly between the months of June to August.

Figure A.6 Water bodies, fluvial network and residual water treated in the polygon of the ZP.

A.3.4 Population The polygon of Zona Patrimonial has a mixture of land uses. The combination of residential areas, agricultural areas, cultural heritage, nature, recreational areas and tourism makes the ZP a unique system (Figure A7). The residential areas are mainly located on the southern border of the ZP and becomes the boundaries of the chinampa areas of Xochimilco and Tlahuac. Although, illegal human settlements are located within the chinampa areas, just passing the residential area.

The Alcaldia of Xochimilco with a population of 415,007 inhabitants is the ninthmost populous alcaldia of Mexico City. According to the Population Survey of 2015 conducted by the National Institute of Statistics and Geography (INEGI), Tláhuac

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has a population of 361,593 inhabitants, whereas Milpa Alta has a population of 137,927 inhabitants.

Figure A.7 Land uses of the Zona Patrimonial.

A.3.5 Water System The aquatic part of the Zona Patrimonial, i.e., the hydraulic system of ZP, corresponds to channels of the chinampas of Xochimilco, Tláhuac and the extinct ones of Mixquic (Figure A8). These channels form a network of 404.14 km (Gónzalez-Pozo, 2016), of which 171.22 km are of main channels (2 to 5 m wide and more than 2.5 to 3.5 m deep) where navigation is possible, especially for the tourist activity developed in the channels of Xochimilco. The rest of the channels are narrow (less than 3 meters wide) and shallow (less than 1 meter deep), known as “apantles” or “acalotes”. Many of the apantles maintain hydraulic communication with the main canals, while others are flooded and sometimes filled to serve as irrigation channels for the chinampas, especially the canal system of San Gregorio and San Luis. The canal system is filled by its south coast with the discharges of the WWTP (wastewater treatment plant) “Cerro de la Estrella” and it is drained by the north coast through the Chalco Canal that runs from east to west. The natural direction of the flow in the channels is, therefore, from south to north, where it is diverted by the tributary channels to the Chalco channel (Figure A8).

The hydraulic connection of the channel system is not free, it has regulations through the gates that are operated by an open and closed mechanism according to the water levels (Figure A9). These hydraulic structures (pillars and locks) have been constructed in response to the differential sinking experienced by the ZP,

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attributed to the overexploitation of the groundwater that underlies the ZP. The hydraulic system of the channels has been segmented into 5 parts: Segment “Laguna del Toro.” It is located in the western part of Xochimilco´s chinampas, next to the southern end of Cuemanco channel. This area is hydraulically connected to the Xochimilco segment, having as control work the Yucatan lock; regulating the flow levels that pour the Laguna del Toro to Xochimilco segment, while allowing navigation between both segments the Laguna del Toro and Xochimilco.

Figure A.8 Channel System of the ZP, indicating the original flow direction.

Segment Xochimilco. Delimited mainly by the channels of Japan and Bordo at north; San Gregorio Atlapulco in the eastern; to west with the channel of Cuemanco and in the south with the channel of Apatlaco that finishes in the Bridge of Urrutia. The main channel network of 100 km in length is navigable in 80.2%, is obstructed in 19.8% and channels blinded with only 0.001%. Therefore, this segment had provided conditions for navigation to tourism and recreation; mainly navigation in canoes (knows as trajineras). This segment drains its flow to the channel of Chalco, through the channel of Japan and its spillway at the confluence of them.

Segment San Gregorio. This segment is comprised between segment of San Luis and Puente de Urrutia (Bridge of Urrutia), approximately has a channel length of

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205.5 km, of which only 20.7% are navigable channels and the rest have condition of obstructed, dry or blinded. The segment is bounded in the north by the Laguna San Gregorio, which has been forming for several decades by flooding chinampas. This segment drains to the channel of Chalco through the San Sebastian channel, and the flow is regulated by the spillway that is located at the confluence with the Chalco canal.

Segment San Luis. This section is next to San Gregorio, formerly it included all the area occupied by the CORENA facilities, which it borders on the north and the east. Its canal network has 43.5 km in length; 29.2% are channels suitable for navigation and the rest are obstructed and mostly blinded. This segment is hydraulically connected to San Gregorio through a spillway located next to the Flower Market of San Luis.

Segment Tlรกhuac. Section located east of the ZP, in line with the Chalco Canal and close to the Chalco-CORENA spillway. The network of canals in Tlรกhuac consists of 9.34 km in length, 82.14% are navigable channels with an apparent health (in terms of the width of their main channels), all flanked by large shafts. Consequently, it has also developed some tourist activity, with only one important pier in the so-called Laguna de los Reyes Aztecas (Gonzรกlez-Pozo, 2016). Tlรกhuac, being one of the highest altitude zones in the ZP, has as its outlet a spillway that is located in the Chalco canal, just in the vicinity of CORENA.

Figure A.9 Hydraulic segments of the channel system of chinampas of the ZP.

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In Xochimilco´s alcaldía, the sink rate is of the order of 15 cm/year (Izazola, 2001).

In general, the lowest areas in the ZP are located around the lagoons (San Gregorio and Lago Tláhuac-Xico), while the highest areas surround the southern perimeter of the ZP. Therefore, the ZP tends to be transformed into an endorheic micro-basin with its drainage towards the San Gregorio Lagoon and towards the Tláhuac-Xico Lake. The evacuation of water from the system through the Chalco Canal requires, therefore, assistance with the pumping system and rectification of its slope. The Institute of Engineering of the UNAM (National Autonomous University of Mexico) together with SACMEX (Water System of Mexico City) recently (2018), have put into operation an Archimedes screw-type pumping system at the confluence of the San Sebastían Canal, to pump water from the lower part of the Chalco Canal. However, the rectification of the Chalco Canal bottom from the pumping point to the west exit is still pending, so that in the rainy season there are floods around this area.

A.3.6 Water Quality In addition to the overexploitation of the aquifer, urban growth, change in land use, and flooding, the ZP is experiencing a great impact on the degradation of water quality. This is very poor and has a high concentration of nutrients, heavy metals, pesticides and microbiological agents such as E. coli and enteric virus (Toranzos et al., 2007). The urbanization process has become a means where the invasion of lands, irregular settlements, clandestine drainages and the removal of vegetal cover proliferate easily. Historically, the urbanization of the area has been a direct cause of the abandonment of agrarian policies, which could otherwise have strengthened chinampa agriculture. The clandestine drainages are an important consequence of the urbanization of the chinampa, especially of the irregular settlements. These discharges of sewage are considered as the main source of contamination of the waters of the channels of the chinampas, especially those associated to the irregular settlements located on the south coast of the ZP, whereby the the circulation transports pollutants to the north coast. This practice not only accelerates the process of eutrophication in the area, but also constitutes a risk to health, given its contribution to a sudden increase in the abundance of bacteria in water bodies (Barrera-Escorcia et al., 2013).

Waste Water Treatment Plants (WWTP) There are seven WWTP within the ZP (Figure A10), operated by SACMEX and, on average, have an operating efficiency of about half of their design capacity (54.2%), i.e., these WWTP can generate approximately twice as much water flow as the current. The Cerro de la Estrella WWTP is the largest, its treatment volume (1,339 L/s) is slightly more than five times the treatment volume of the other six WWTP together. Therefore, the Cerro de la Estrella WWTP provides about 80 percent (81.8%) of the total treated water that is channeled to the ZP (1,324 L / s), both for the filling of the channels of the chinampas and lakes as for the agricultural irrigation of the tables. Only three WWTP (Cerro de la Estrella, San Luis and San Lorenzo) allocate most of their treated water for the filling of the channels of the chinampas and the lakes that are presented in the ZP. The rest of the WWTP (La Lupita, San Nicolás, El Llano and San Andrés Mixquic) reuse their waters for

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agricultural irrigation in the Ejidos of San Juan Ixtayopan and in the Agricultural Fields of the Comalchica Triangle. The seven WWTP process the wastewater with contact filters (activated sludge); those that channel their treated water for the filling of channels and lakes have the greatest scope of treatment (tertiary) (Figueroa-Torres et al., 2017).

The water flow treated by the WWTP, and the corresponding discharge in the channels and lakes of the ZP, is not constant. It fluctuates daily and over the years has also had considerable variations (SACMEX. 2018). The Cerro de la Estrella WWTP had an average flow in the last 27 years (1990 to 2017) of 1,372 L/s, with maximum fluctuations up to 2,000 L/s and minimums of 317 L/s; its annual average of the last 11 years (2006 to 2017) has been of 1,339 L/s. On the other hand, the average flow generated in the last 27 years by the San Luis WWTP has been only 38 L/s, with maximum fluctuations up to 125 L/s during the decade of the 90’s.

Unfortunately, the minimum flows generated by this WWTP are characteristic from 2005 to the present (i.e., last 11 years), and are of an annual average of 20 L/s.

Figure A.10 Location of WWTP and their discharge sites in channels and lakes of the ZP.

The treated water is channeled to the water bodies (channels of the chinampas and lakes) of the ZP, in the manner indicated in Figure A10 (SACMEX. 2014). The channels of the chinampas receive almost three quarters (74.7%) of the total water treated (1,105 L/s) that is sent to the bodies of water. The largest volume of treated water (93.7%) received by the bodies of water comes from the Cerro de la Estrella WWTP. The discharge volumes of the Cerro de la Estrella WWTP in the

APPENDICES

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chinampas channels are: 10 L/s at the Fernando Celada pier that feeds the canal system of the Laguna del Toro; 40 L/s at the La Draga site that feeds the Xochimilco channel system on the west side, and 300 L/s on Channel 27 (pier Zacapa) that feeds this system from the south; 80, 5 and 300 L/s feed the San Luis canal system through the Caltongo Canal (Exclusa), Canal Caltongo (Mercado) and Floricultor, respectively. Throughout the distribution network of treated water in the ZP, the Cerro de la Estrella WWTP also feeds the Tláhuac canals, including the Lake of the Azteca Kings, with 30 L/s, aided by the Revolucion rebombeo. Likewise, with the Cuemanco rebombeo, the Canoeing and Rowing Channel of Cuemanco is fed with 50 L/s. This distribution network of Cerro de la Estrella WWTP also has a discharge of 120 L/s that fills the lake area of the Ecological Park of Xochimilco and another of 100 L/s that feeds Lake Tláhuac-Xico. For its part, the San Luis WWTP provides 5 L/s to the San Luis canal system at the Descarga México 70 site, as well as 10 and 5 L/s at the Atenco and La Fábrica sites, respectively, that feed to the San Gregorio Canals system. This last system of channels is also fed through the Moctezuma discharge, with 40 L/s from the San Lorenzo WWTP, which also feeds the Lake of Tláhuac Forest with 10 L/s.

Regarding the quality of the treated water from WWTP that have discharges in the ZP, there is a program of water quality monitoring by SACMEX, which is the entity responsible for the operation of these WWTP. SACMEX has the Central Laboratory of Water Quality Control (LCC) in Xotepingo, Coyoacán, which performs laboratory analytical procedures for the determination of the concentration of water quality parameters and their maximum permissible limits to be met, in accordance to those indicated in the official standards: NOM-001-ECOL-1996; NOM002-ECOL-1996 and NOM-003-ECOL-1997, which define the control of wastewater discharges and the quality of the treated water. The staff of the LCC attends weekly WWTP to collect samples of treated water generated by the plants, except for Cerro de la Estrella and San Lorenzo, which is sampled every two weeks. Once the samples have been collected according to the regulations, they are delivered to the LCC for their physicochemical and bacteriological analysis of water quality. Based on the results of the analyzes, the LCC sends recommendations to the PTAR operators to apply chlorine in the form of hypochlorite, or chlorine gas, as in the Cerro de la Estrella WWTP, to restore the disinfection treatment. It should be noted that several plants have a laboratory, but they are not accredited and lack of personnel and/or chemical reagents necessary to carry out the analyzes.

In general, the treated water produced by the WWTP that channel their discharges to fill the channels and lakes of the ZP, meet the standards established by the SEMARNAT (Secretariat of the Environment and Natural Resources) for such uses.

However, at different times there are fluctuations in the treatment processes that can generate problems in the quality of the treated water. For this reason, to corroborate the quality of the treated water generated by these plants (Cerro de la Estrella, San Lorenzo and San Luis), professors and undergraduate and master students of the Autonomous Metropolitan University at Xochimilco, conducted sampling and analysis of the treated water, both in the WWTP and in the discharge sites in channels and lakes of the ZP (Jiménez-Castillo, 2017). The results show the quality of the treated water produced by these WWTP is practically the same as that obtained in their respective discharge. Therefore, when

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the concentration of some quality parameter of the treated water, generated by the WWTP, exceeds the maximum limit established by the standards, the concentration of this parameter in its discharge also exceeds the maximum limit; as in the case of orthophosphates, their concentrations in the three WWTP examined were detected well above (an order of magnitude) of the maximum limit. On the other hand, the San Lorenzo WWTP observed concentrations of total phosphorus, slightly higher than the maximum limit established by the regulations for the protection of aquatic life and for public use.

Water Discharges without Treatment In general, the treated water produced by the WWTP that channel their discharges to fill the channels and lakes of the ZP, meet the official standards established for such uses. Unfortunately, the inhabitants of the irregular settlements that are located at neighborhoods adjacent to the chinampa zone (Figure A11), have resulted in bad urban practices (v.gr., discharges of black and gray water directly to the channels of the chinampas), contaminating the treated water that fills the hydraulic system of the ZP channels. The causes of the formation of irregular settlements are multiple and have been generated over many years, v.gr., disorderly growth of the CDMX, low capacity of urban planning, permissive attitude of the authorities and society towards the culture of illegality (i.e., lack of enforcement of rules and sanctions), insufficient supply of land for housing that is affordable for lower income sectors, ignorance about the implications of irregularity (SEDESOL, 2010). The main consequence of the proliferation of irregular settlements is the establishment of homes in poverty, with a lack of urban and basic infrastructure, their homes are unhealthy for their inhabitants. In the particular case of the ZP, most of the inhabitants of the irregular settlements have not been accustomed to living between channels, consequently they are shut down to build houses and streets or expand chinampas.

APPENDICES

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Figure A.11 Location of irregular human settlements (red dots) in the ZP.

In order to identify the number of untreated wastewater discharges that are discharged to the Xochimilco channels (i.e., black and gray wastewater without treatment), the staff of the Engineering Institute of the National Autonomous University of Mexico (UNAM) navigated most part of the Xochimilco channels, during 2013 and 2014, as part of an integral project for the diagnosis and proposals for channel improvement (Flores-Serrano et al., 2016), sponsored by the Secretariat of Science, Technology and Innovation (SECETI) of the Government of Mexico City. This project generated the register of discharges of black and gray water in the channels of Xochimilco (Iturbe-ArgĂźelles et al., 2015). The expeditions were made by canoe and on foot; the latter was made because there are already many stretches of canal that have been invaded by streets or expansions of chinampa, or are impassable because they are silty or because of the presence of aquatic vegetation. The register covered a total of 38 neighborhoods (including the known as barrios) in an area of 26.5 km2, as well as a total of 247 channels along 116 km. There were 1,374 discharges of raw wastewater (Figure A12); 603 of sewage and 771 of gray water.

The results of the register showed the direct association of the location of the discharges of raw wastewater to the canals, with the location of 917 houses or businesses of irregular human settlements. Untreated wastewater discharges occur along the south side of the Xochimilco, San Gregorio and San Luis chinampa zones, from the same side where the canals are filled with treated wastewater from the Cerro de la Estrella, San Lorenzo and San Luis WWTP (Figure A12). Consequently, poor quality water is conceived from the channels of the chinampas.

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In addition, raw wastewater discharges are not confined to the south side of the chinampero zone, but move to the north, mixed with the treated wastewater, transported by the flow channels, until it leaves the system through the Chalco channel. Therefore, it is expected that the water circulating through the channels of the chinampas of the ZP is contaminated and that it exceeds the maximum limit established by the norms for the protection of aquatic life and for recreational use.

Figure A.12 Location of raw wastewater discharges (black dots) in the channels of the Xochimilco chinampas of the ZP.

Specifically, the neighborhoods with the largest number of discharges of raw wastewater (i.e., high discharge density) corresponded to Col. Caltongo, Barrio Tlacoapa, Barrio San Lorenzo and Barrio La Asunción. These four neighborhoods as a whole represent 60% of the discharges of sewage without treatment to the Xochimilco channels (Iturbe-Argüelles et al., 2015). The channels associated with these colonies with high density of discharges, also corresponded to channels with the highest number of discharge, v.gr., Canal del Seminario, Canal La Santisima, Canal Telpampa, Canal de Xicanualpan and Canal Caltongo. The main source of the registered downloads was from households, but there were contributions of commercial properties with different business, among which the greenhouses and the sites dedicated to the raising of pigs stand out; discharges into canals are predominantly done through tubes, followed by infiltration (Iturbe-Argüelles et al., 2015).

APPENDICES

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Water Quality Conditions The channels of the chinampas are being contaminated by the clandestine discharges of untreated wastewater, a situation that has not only impacted the productive capacity of the chinampas and the touristic value of the region, but also the resilience capacity of the system (Narchi, 2013). In order to describe and analyze the environmental contributions of bioremediation carried out by the chinampa as an agricultural unit, Mendoza-Correa (2018) evaluated the water quality of the Xochimilco channels. To this end, it carried out a bibliographic review of documents about water quality data within channels and apantles of the chinampas (i.e., scientific articles, theses, publications and government projects, as well as associations working on the site). Additionally, it used the CONAGUA databases: “Water quality data 5000 monitoring sites” (CONAGUA, 2017) and “Surface water quality 2012-2015” (CONAGUA, 2015). The information showed here regarding conditions of water quality in the channels of the chinampas represents the work of Mendoza-Correa (2018) in this topic; such information was updated and concluded in our particular way.

All tabular and/or digital information acquired was processed for quality control and thus generate a reliable database that corresponded to measurements made within the channels of the chinampas. Only information from recognized institutions was selected, as well as results previously validated by academic committees, editorial bodies, ad-hoc committees and/or recognized authorities, also it was included official information from government institutions. Check-by-contradiction techniques were applied and verified by possible errors of variation of the sources (checked in each database), numerical by computer (corrected and verified by printing the map). Finally, they were corrected to build the database by records of water quality parameters, integrated with 357 water quality records from 210 sites, taken from 16 different sources.

The database was processed to group records by sectors of chinampas that include canals and bodies of water: Canal de Remo and Canotaje, Ecological Park of Xochimilco (PEX), Laguna del Toro, Xochimilco, San Gregorio, San Luis and Laguna of San Gregorio. In each of the sectors, a weighted average of the values of water quality parameters of Dissolved Oxygen (DO), Turbidity, Conductivity, Nitrates, Ammonium and Phosphates was carried out (Table A1). Once the physicochemical variables were averaged, all of them were used together to generate a composite value, i.e., a water quality index (Table A1), as indicated in Zambrano et al. (2009).

The range of this index allowed to describe the state of the physicochemical conditions of the water quality of the channels in terms of (1) adequate conditions, (2) inappropriate conditions and (3) bad conditions. Likewise, to know the degree and the possible origins of bacteriological contamination in the channels, the index of Toranzos et al. (2007) was applied; where a value greater than 4 is characteristic of human fecal contamination, between 2 and 4 indicates that it is predominantly of human origin, between 0.7 and 2 is predominantly of animal origin and less than 0.7 is indicative of animal waste.

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Table A.1 Water quality in the sectors of chinampas.

From: Mendoza-Correa (2018).

The results show that sites with the best water quality are the Rowing and Canoeing Track, the Xochimilco Ecological Park and the San Gregorio Lagoon (Table A.1). The physical barriers that isolate these bodies of water from the rest of the system have been beneficial for the conservation of water quality, since they only receive water from the discharge of the Cerro de la Estrella WWTP (Figure A10) and are not exposed to the circulation of water in the channels coming from the south coast that cross the points of discharges of residual water without treatment of the irregular human settlements. The areas exposed to raw sewage discharges and circulation in the canals present poor water quality, such as the channels of the Xochimilco, San Gregorio and San Luis chinampas.

Although the channels in general are adequately oxygenated, this is not the case for the rest of the physicochemical parameters of water quality. On average, the concentrations of nutrients registered in the channels and body of water of the ZP, are extremely high in comparison with other bodies of water in the Basin of Mexico, which report for maximum orthophosphate of 4.63 mg/L and minimum of 0.005 mg/L (Figueroa-Torres et al., 2017); the values registered for orthophosphates exceed the maximum limit established by international standards of 1.5 mg/L (RamĂ­rez-Carrillo et al., 2009), the lowest value of phosphorus is higher than any classification value for a hypereutrophic system (Zambrano et al., 2009). The high values of nutrients are due, on the one hand, to the agricultural activities that take place in the area, and on the other hand, to the quality of the treated wastewater coming from the treatment plants that fill the channels and bodies of water of the ZP. Turbidity varies from highly turbid places in the channels and bodies of water with intense navigation activity, such as the Rowing Track and the PEX, to sites of good transparency (Laguna del Toro and San Gregorio, channels of Xochimilco, San Gregorio and San Luis).

APPENDICES

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Regarding the bacteriological results of the water samples from the channels of the chinampas, they revealed a critical contamination in 90% of the samples, i.e., practically all the channels of the chinampas of the ZP are contaminated with pathogenic bacteria. Higher bacterial counts than the standards of the World Health Organization and Mexico, v.gr., in the waters where the Cerro de la Estrella WWTP is poured, presence of total and fecal coliform bacteria, with concentrations of 14,000 nmp/100ml, superior to that established by NOM-001-ECOL-1996 of 1,000 and 2,000 nmp/ 00ml (Figueroa-Torres et al., 2017). The high counts of fecal coliforms were attributable mainly to animals, in a second place to human origin.

The fact that human fecal forms can account for 50% of total counts suggests a substantial influence of domestic wastewater on water quality. In particular, the Microcystis aeruginosa species was found in Lake TlĂĄhuac Forest, with densities above 100,000 cells/mL (Figueroa-Torres et al., 2017). Their presence and abundance are a potential risk factor for human health and for wildlife, so the body of water is not considered suitable for recreational activities, since the relative probability of acute health effects is high.

B DATA ACQUISITION The construction of hydraulic and hydrological models requires a considerable amount of statistical and geographic information, for example information on land surface elevation, precipitation, temperature, evaporation rate, vegetation cover, runoff coefficients, bathymetry, population density, geology and lithology.

A description of the collected information for the development of the surface and groundwater models is presented in the following sections. All collected data and information is in digital format (shapefiles) and georeferenced to the same coordinate system (longitude, latitude) in the ellipsoidal projection WGS84, for the 14Q zone. The GIS data source of the project acts as an instrument for consulting, storing and managing information.

B.1 Digital Elevation Model The Digital Elevation Model (DEM) for the project area is based on the following topographic maps at scale of 1:50 000: F14D82, F14D81, E14B13, E14B12, E14B11, E14A19, E14B23, E14B22, E14B21, E14A29, E14A28, E14B33, E14B32, E14B31, E14A39, E14A38, E14B42, E14B41, E14A49 and E14A48. The datum uses the geodetic reference system ITRF92 of 1988.0 and ellipsoid GRS80.

B.2 Laser Imaging Detection and Ranging (LIDAR) For the Zona Patrimonial, there is a more detailed DEM available, which was created using LIDAR technology. This exists of a DEM from 2011 (INEGI, 5X5 m resolution), and was obtained from the LIDAR quadrants with keys E14A39F1, E14A39F3, E14A39F4, E14A49C1, E14A49C2, E14B31D3, E14B41A1 and E14B41A2, with datum ITRF92 an UTM projection.

Additionally, for part of the Zona Patrimonial a LIDAR DEM was created in 2014 by the PAOT (Environmental Procurator’s Office and the Territorial Organization

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of Mexico City), which covers the Protected Natural Area of Ejidos de Xochimilco and San Gregorio, i.e. the area around the San Gregorio Lagoon. This DEM has a resolution of 0.5x0.5m. See Figure B.1.

Figure B.1 LIDAR DEM for part of the Zona Patrimonial (PAOT, 2014), resolution 0.5x0.5m

B.3 Watershed The delineation of the watershed of the Basin of Mexico and its sub-basins and micro-basins was obtained from the DEM using the techniques of flow direction matrix of runoff, identifying the accumulation of the flow and delineating the partitions of each basin associated with the channels (Band, 1986). It is important to indicate that for the delineation of the watershed, the trace of the micro-watersheds presented by FIRCO (Shared Risk Trust) was also used as a reference.

Likewise, to draw the watershed of the flat areas of the valleys, where the algorithm of demarcation of the watershed is not adequate, the drainage network of Mexico City was used as a guide for the manual digitization of the watershed. In Figure B.2 the watershed, sub-basins and micro-basins are shown.

APPENDICES

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Figure B.2 Map indicating the watershed of the Basin of Mexico, its sub-basins and micro-basins, and the area of the Zona Patrimonial

B.4 Drainage network The information of the primary and secondary networks of the combined drainage of the 16 Alcaldias of Mexico City, is provided by the Water System of the City of Mexico (SACMEX) in digital form at a scale of 1:10,000, with an update from 2001 in AutoCAD format. The information was compiled from previous studies carried out by the UAM for the SEDUVI (Secretariat of Urban Development and Housing) and processed to transform into the corresponding GIS format.

B.5 Water treatment network The information of the primary and secondary treated wastewater networks of the 16 city Alcaldias of Mexico City is located in the SACMEX in digital form at a scale of 1: 10,000, with an update from 2001 in AutoCAD format. The information was compiled from previous studies carried out by the UAM for the SEDUVI and processed to transform into the corresponding GIS format.

B.6 Meteorological data A dataset of 30 years of rainfall, temperature and average evapotranspiration data was used, based on 136 weather stations operated by the National Meteorological Service (SMN) in the Basin of Mexico. The information was extracted from the climatological database of the 1987-2016 period, prepared by the SMN. With this information average annual rainfall, rainfall intensity, temperature and average evaporation were calculated. See Appendix C.4 for an elaboration of how the rainfall data was applied in the surface water modelling.

Recently also records from 10 automatic weather stations within the Basin of Mexico have become available, providing climatological information every 10 minutes from 2017 up until today.

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B.7 Hydrography The rivers and surface water bodies in the Basin of Mexico were obtained from the INEGI Hydrographic Network at scale 1:50,000, edition 2.0, in geographic coordinates with datum ITRF92 epoch 1988.0. The information is contained in the folders RH26Dn, RH26Do, RH26Dp, RH26Dt and RH26Du. B.8 Chinampa channel network The system of georeferenced channels of the chinampas of the ZP was derived from information obtained from digitized cartography and orthophotos (1985, 1994, 2002 and 2014) provided by the Alcaldia of Xochimilco and other sources.

These orthophotos were digitized and geo-referenced and a mosaic was created (i.e., aerial photogrammetric surveys). All this information was verified in the field with more than 150 visits in order to clarify several aspects of the aerial photographs.

Additionally, it was used the bathymetric survey of the ZP channels provided by the Secretariat of Science, Technology and Innovation, and carried out by The Institute of Engineering of the UNAM in 2016. Such survey provided an actualized channel shapes and bathymetric data.

B.9 Bathymetry of channel network In 2016, the Secretariat of Science, Technology and Innovation (SECETI) conducted a bathymetric survey of the Zona Patrimonial using sonar scan. In this survey, bathymetric cross-sections were obtained from point cloud depth information.

We recently acquired this data. A great deal of data processing was required to debug the bathymetric curves, especially in narrow and close channels where interpolating algorithms usually overpass channel boundaries (i.e., chinampas).

This bathymetric survey covered the channels from the network of Laguna del Toro, Xochimilco, San Gregorio and San Luis. An additional survey was carried out to get depth information of the channels in the Tlahuac area. Channel cross sections were derived at locations where bathymetric curves are well defined and the depth points across the section were selected at interception with the bathymetric curves to avoid further interpolation (Figure B.3).

The bathymetric survey of Tlahuac channels was performed with GPS map sounders. In this case, depth data were sampled only at channel cross sections of the Tlahuac network (Figure B.3). Most of the Tlahuac channels are dry and it was only possible to measure their depth where it was deeper than 50 cm. During the bathymetric survey clandestine discharge of sewage into the canals was observed.

APPENDICES

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Figure B.3 Location of cross sections with depth measurement of the ZP channels

B.10 Water quality of channel network Several data sources were consulted in order to assess the water quality of the channel network, as stated in Mendoza-Correa (2018), which includes a bibliographic review of documents about water quality data within channels and apantles of the chinampas (i.e., scientific articles, theses, publications and government projects, as well as associations working on the site). Also two CONAGUA databases related to water quality were consulted: “Water quality data 5000 monitoring sites” (CONAGUA, 2017) and “Surface water quality 2012-2015” (CONAGUA, 2015). All tabular and/or digital information acquired was processed for quality control in order to generate a reliable database that corresponds to measurements made within the channels of the chinampas. Only information from recognized institutions was considered, as well as results previously validated by academic committees, editorial bodies, ad-hoc committees and/or recognized authorities.

Conditions of the water quality in the channels of the chinampas were verified through physical-chemical and biological analyses of water samples from the channels, obtained during measurement campaigns. For this purpose, professors and undergraduate and master students of the Autonomous Metropolitan University at Xochimilco conducted sampling and analysis together with CORENA and with the Civil Associations, through the work plan entitled “Monitoring and evaluation of water quality and aquatic fauna in the Protected Natural Area Ejidos de Xochimilco and San Gregorio”. For this study, integrated samples of water were collected on September 24, 25 and 27, 2018, in eight sampling stations of the Protected Natural Area Ejidos de Xochimilco and San Gregorio (Figure B.4).

The physical parameters pH, temperature, dissolved oxygen, salinity, total dissolved solids and conductivity were measured in situ with a portable YSI ® model 585 multiparameter. In the case of nutrients (nitrites, nitrates, ammonium,

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phosphates) samples of 500 mL were collected in glass or polyethylene bottles and were analyzed in the UAM-Xochimilco laboratory using a HANNAŽ spectrophotometer model HI83200, following the manufacturer’s instructions for each method. Determination of total and fecal coliforms followed the methodology established by NMX-AA-42-1987, whereby the most probable number (mpn) of total coliforms, fecal coliforms (thermotolerant) and presumptive Escherichia coli are determined. With the help of an Olympus CH30 optical microscope, the composition, distribution and abundance of the species were evaluated, with emphasis on toxic or noxious species. The taxonomic identification of the species according to different morphological characteristics was done through the use of keys and taxonomic descriptions of specialized literature (Bourrelly, 1968 and 1970, Figueroa and Moreno 2003, Figueroa et al., 2008, and Figueroa et al., 2015).

Figure B.4 Location of sampling sites for the water quality study in the channels of the Zona Patrimonial

B.11 Runoff coefficient Runoff coefficients Ce represent the proportion of surface water in the basin as a percentage of rainfall; they are grouped in ranges: [0% to 5%], [5% to 10%], [10% to 20%], [20% to 30%] and [30% to 100%]. Values of the spatial distribution of runoff coefficients over the Basin of Mexico were obtained from the vector data set of the hydrological charts of superficial waters 1:250000, available in the INEGEI.

APPENDICES

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B.12 Hydrometry Information on hydrometry is available in the digital hydrometric database “BANDAS” (National Surface Water Bank). The database is developed by CONAGUA through the Mexican Institute of Water and Technology (IMTA). It contains daily average flows and water levels for varying periods ranging from 1921 to 2006, for rivers and water bodies of the Basin of Mexico. The stations for which discharge and water level data was received are shown in Figure B.5.

Figure B.5 Map showing the measurement stations with data (blue triangles), indicating station names and rivers (Source: Deltares, 2017)

B.13 Aquifers Information on the administrative limits of the seven aquifers within the Basin of Mexico are defined in the Official Gazette of the Federation of the Ministry of the Interior. These aquifers are: Soltepec (2902), State of Tlaxcala; Cuautitlán-Pachuca (1508), State of Mexico; Texcoco (1507), State of Mexico; Chalco-Amecameca (1506), State of Mexico; Ápan (1320), State of Hidalgo; Tecocomulco (1319), State of Hidalgo and Metropolitan Area of the City of Mexico (0901), Mexico City.

B.14 Geology The geological information of the distribution of the lithological units and structural elements of the Basin of Mexico is available from the SMN. The cartography

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has a scale of 1:250,000. Additionally, it was possible to track 13 stratigraphic cross sections within the basin (from A to L), especially around the vicinity of the ZP (Figure B.6). Most cross sections were obtained from published literature, but others directly from lithology profiles available at well perforations. > Check: is this in line with the piece written by Tommer?

Figure B.6 Location of stratigraphic cross sections B.15 Groundwater abstractions Water Rights Public Registry or REPDA (known in Spanish as Registro Publico de Derechos del Agua) contains water concession permits issued upon request by CONAGUA. The REPDA records compile the location, ID, annual volume of extraction, hydrological region, basin, sub-basin, state, municipality and water use of these water abstractions. Water uses can be classified into 12 categories: urban, agricultural, agro-industrial, domestic, aquaculture, services, industrial, livestock, electric power generation, trade, a combination, or other uses. According to the latest census, conducted by CONAGUA, the Basin of Mexico contains 2,278 registered wells.

Furthermore, groundwater extractions per hydrological region per year were obtained from the ‘Cubo Portátil de Información de los Usos de Agua’ of CONAGUA. The database provides total annual water extraction per municipality (m3/yr) for 2005 to 2008.

APPENDICES

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C HYDROLOGICAL MODEL FOR THE BASIN OF MEXICO A hydrological model was constructed to estimate total surface runoff for the Basin of Mexico and for the Zona Patrimonial. Required data for the development of the model is rainfall and potential evapotranspiration data, as well as information on land use and soil characteristics, and if available the hydrological drainage network and catchment delineation.

C.1 Hydrological concept: Wflow The open-source distributed hydrological modelling framework Wflow, developed by Deltares, was used to simulate rainfall-runoff processes at the catchment scale. This distributed model can be constructed with available global datasets or with local information. A full description can be found at http://wflow.readthedocs.org.

Wflow solves the governing equations for the surface and subsurface flow routines in time for each grid cell, providing continuous simulated values for the hydrological state variables (runoff volumes, saturation etc.) for each grid cell.

Channel flow is simulated using the kinematic wave model. Wflow contains a library of several different hydrological process conceptualizations, that all assume different ways to describe the relationships between rainfall, storage compartments in the soil and open water, and runoff. For the Mexico Basin the SBM model concept was applied. This concept explicitly accounts for differences in open water, saturated water and soils, all producing different slower and faster runoff components. It has a physics based accounting of groundwater infiltration and uses subgrid variability in terrain to estimate runoff, using a time-variable saturation fraction for each grid cell. The SBM model concept includes only the first aquifer (phreatic layer). See Figure C.1.

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The wflow-sbm model includes the following processes: • Snow routine • Interception routine (based on a modified version of the Gash model) • Soil routine (based on topog_sbm, Vertessy 1999) • Kinematic wave routing to simulate transport and attenuation of water through the channel network

Figure C.1 Schematization of the wflow-sbm model concept

Snow Based on temperature, precipitation falls either as rain or as snow, or a mix of both. The rates of snowmelt and refreezing are calculated based on pre-defined temperature thresholds.

Interception The interception routine is based on the analytical approach by Gash (1979) and uses canopy characteristics to determine interception evaporation. The inter-annual variability of vegetation (storage capacity of the canopy) is taken into account with monthly distributed value of the Leaf Area Index (LAI) derived from

APPENDICES

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MODIS imagery. Part of the hourly rainfall that enters the model evaporates when it is intercepted by the canopy.

Soil The soil is considered as a single reservoir with a certain depth, divided into a saturated store and an unsaturated store. Water infiltrates in the soil according to a fraction of paved and unpaved area. Water that cannot infiltrate is added to the kinematic wave reservoir for routing. Soil evaporation, transpiration through vegetation, and open water evaporation occur from the soil. Transfer from the unsaturated store to the saturated store is controlled by the saturated hydraulic conductivity at water level depth and the ratio between the unsaturated store and the saturation deficit. Vegetation may extract water from the saturated store which results in a flux from the saturated store to the unsaturated store. Recharge is defined as the net flow of water from the unsaturated to the saturated store (transfer – capillary flux – saturated-store evapotranspiration). Lateral flow from the saturated store from one grid cell to another is based on the difference of water level of both pixels. When the water level of the saturated store is at the surface, water may exfiltrate and will be added to the kinematic wave reservoir.

Kinematic wave The resulting water in the kinematic wave reservoir is routed downstream in the rivers using the kinematic wave equation, based on the simplified momentum equation combined with the continuity equation. For this purpose, a Strahler order is determined for every grid cell. For river cells, the river width is estimated following the approach described by Finnegan et al. (2005).

The data necessary for the hydrological modelling can be subdivided into two types of data: ‘static’ data and ‘dynamic’ data. Static data are used to define the structure of the hydrological model. Static input data comprise the following data sources: • digital elevation model • land cover characteristics & parameters • soil characteristics & parameters • river network (derived from the DEM if not available) • sub-catchments (derived from DEM + river network if not available) The model is forced with meteorological data for each model time step (‘dynamic input’): • Rainfall • Potential evapotranspiration These model inputs are described in more detail in the following sections.

192

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C.2 Model structure The regional Wflow-SBM model for the Mexico Basin was set up in geographic coordinate system WGS1984 with a spatial resolution of 0.001ยบ, which corresponds to a pixel size of approximately 100 x 100 m, and hydrological simulations were carried out with a daily model time step.

The Digital Elevation Model (DEM) used for the hydrological model is the local DEM as described in Section B.1. The DEM was resampled from the original resolution of ca. 15 x 15 m to the model resolution of ca. 100 x 100 m.

The river shapefile obtained from INEGI was burned into the DEM, before the local drainage direction network (LDD) was derived. The LDD gives a flow direction for each cell (1-9), indicating the topographic flow direction of each cell, based on the topography. By burning the river network into the DEM, the drainage direction was forced to be towards the rivers and streams, ensuring a drainage pattern to be in agreement with the river network layer, also after resampling of the DEM to a larger cell size (100 m instead of the original 15 m).

Based on the derived local drainage network, the sub-catchments for the Valley of Mexico were created. Figure C.2 shows the sub-catchments for the whole Valley of Mexico; in total 120 sub-catchments were identified. The creation of the sub-catchments was done by determining the locations where the natural drainage system of rivers and streams on the hills changes into the artificial urban drainage system of the urban zone of the Valley of Mexico. Wflow is a hydrological model in which water is routed downstream based on the kinematic wave; it is therefore not suitable to use for flow calculations in an artificially controlled drainage system with channels, bridges, control structures, etc. The urban drainage system can be modelled with a hydrodynamic model, such as SOBEK, as was done for the Zona Patrimonial (see Chapter 4). This method results in the sub-catchment map as shown in Figure C.2, where each sub-catchment comprises the area upstream of a point where its main stream changes from a more or less natural stream into an artificial channel. These sub-catchment outflow locations are approximations and have been determined by examining the data and discussing results with experts from UAM.

APPENDICES

193

Figure C.2 Map showing the sub-catchments and rivers (blue lines) derived with Wflow, and how they link to the urban drainage system (red and orange lines) of Mexico City

C.3 Soil, land cover and model parameters Model parameters in Wflow can be spatially distributed, or linked to land-cover, soil or sub-catchment characteristics. Local data on soil parameters has not been available, and therefore parameter values were based on a global soil parameter dataset developed by Dai et al. (2013). These global parameter maps have varying spatial resolutions. Global soil thickness is available at ca. 1 x 1 km, other soil parameters are available at ca. 5 x 5 km, and other parameters are linked to land cover and thus depend on the resolution of the land cover map used. For this project a simplified land cover classification map was used derived from INEGI data, in which the original 23 classes were converted to 9 more general land cover classes (see Figure C.3). For examples of maps of the spatially distributed soil parameters, see Figure C.4 (soil thickness) and Figure C.5 (saturated hydraulic conductivity).

194

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Figure C.3 Land cover map for the Mexico City Basin as used in the hydrological modelling, simplified to 9 classes from the original 23 classes by INEGI

Figure C.4 Soil thickness in mm as used for the hydrological modelling, original spatial resolution 1 x 1 km (source: Dai et al., 2013)

APPENDICES

195

Figure C.5 Saturated hydraulic conductivity in mm/day, as used in the hydrological model, original spatial resolution 5 x 5 km (Source: Dai et al., 2013)

The mentioned global parameter set (Dai et al. 2013) represents a best estimate at the global level; however, the quality and applicability for local models are not guaranteed. Some adjustments have been made in an effort to best resemble the local conditions. Discharge data to calibrate the model was very sparsely available (see Section 4.2.1), and an actual calibration of the hydrological model based on these data was not possible. With the available measurements some basic model performance checks were done. As a result from these actions some parameters were slightly adjusted with respect to the initial global parameter set

by Dai et al. (2013): • The M parameter was decreased, so that the hydraulic conductivity decreases more steeply with soil depth (see Figure C.6); this causes a more rapid decline of the baseflow recession during periods without rainfall; • The infiltration capacity of the soil was increased to decrease the infiltration excess overland flow; • Rooting depth was adjusted according to regional land cover classes based on the mentioned land cover map by INEGI (Figure C.3), in order to better resemble the regional vegetation evaporation pattern; • Crop factors to convert reference potential evapotranspiration to land-cover-specific evapotranspiration were assessed per land cover class and adjusted in agreement with local land cover types.

All final model parameters used in the hydrological model are described in Table C.1. These parameters represent the best estimate with the data available, but have a high uncertainty, due to a lack of local parameter information and a lack of model validation data.

196

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Figure C.6 Graph showing how in the Wflow model the M parameter governs the decrease of the saturated hydraulic conductivity (K) with soil depth

Table C.1 Model parameters related to soil, used in the regional Wflow model

Parameter

Description

Values

Soil parameters SoilThickness

Maximum depth of the soil [mm]

Based on Dai et al. 2013 Distributed; 1460-2880 mm

SoilMinThickness

Minimum depth of the soil [mm]

Based on Dai et al. 2013 Distributed; 980-1920 mm

InfiltCapSoil

Soil infiltration capacity [mm/d]

Based on Dai et al. 2013 Distributed; 15-95 mm/d

InfiltCapPath

Infiltration capacity of the compacted areas [mm/d]

Based on Dai et al. 2013 Uniform; 10 mm/d

CapScale

Scaling factor for capillary rise calculations [mm/d]

Uniform; 100 mm/d

KsatVer

Saturated hydraulic conductivity [mm/d]

Based on Dai et al. 2013 Distributed; 100-750 mm/d

APPENDICES

197

Parameter

Description

Values

M

Soil parameter determining the decrease of saturated conductivity with depth [-]

Based on Dai et al. 2013 Distributed; 130-250

rootdistpar

Parameter determining how roots are linked to water table [-]

Uniform; 500

thetaR

Residual water content of the soil [mm/mm]

Distributed; 0.02-0.09

thetaS

Porosity of the soil [mm/ mm]

Based on Dai et al. 2013 Distributed; 0.35-0.55

RootingDepth

Rooting depth of the vegetation [mm]

Distributed; 10-2800 mm

WaterFrac

Fraction of open water in non-river cells [-]

Distributed; 0-1

PathFrac

Fraction of compacted area per grid cell [-]

Distributed; 0-0.8

LC to SpecificLeafStorage

Specific leaf storage [mm]

Distributed; 0-0.13

LC to BranchTrunkStorage

Branch trunk storage [mm]

Distributed; 0-0.5

LC to ExtinctionCoefficient

Coefficient to calculate the canopy gap fraction based on LAI [-]

et_reftopot

Crop factor converting reference ET to specific potential ET [-]

Canopy parameters

198

Distributed; 0.6-0.8

Distributed; 0.75-0.88

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Parameter

Description

Values

Surface water parameters

N

Roughness coefficient: Manning’s N (non-river cells)

Uniform; 0.1

N_River Roughness

coefficient: Manning’s N (river cells)

Uniform; 0.045

C.4 Rainfall As one of two dynamic model inputs, rainfall is used to force the model. The decision to run the hydrological model on a daily time step is partly based on the temporal resolution of the available rainfall data. The sub-catchments surrounding Mexico City are mostly relatively small (most are smaller than 200 km2, and also many are smaller than 150 km2), which means that the response time of the catchments could be less than a day. Best model results would thus be achieved by running the model on a sub-daily time step (e.g. hourly), but sufficiently long rainfall measurements are only available on a daily time step for the 136 meteorological stations operated by SMN, hence the hydrological model was run on a daily time step. The rainfall dataset covers the years from 1979 to 2016.

For the selection of meteorological stations two situations were considered. First, only stations with continuous measurements during the period of analysis were selected. Second, to reduce uncertainty in the assessment of the meteorological variables, the use of stations with gaps smaller than five years of measurements were also included.

Validation of the rainfall measurements was performed as follows. Unreliable measurements in the time series were removed by simple statistical analysis. Two or more consecutive stations with similar characteristics (e.g. elevation, latitude and longitude) were compared. By doing this, extreme events were corroborated.

Additionally, total precipitation per year was calculated, and this was compared to statistical reports of the stations published by CONAGUA. In Figure C.7 a validation example is given for station Españita – in this case, an outlier was removed, that was too high when considering the rainfall pattern of station Españita itself, and also too high when considering the surrounding stations for that date/ period.

APPENDICES

199

Figure C.7 Validation example showing original (blue, underlying) and corrected (red, on top) rainfall time series for station Españita. In this example, an outlier in May 1979 was removed.

For use as input into the hydrological model, the rainfall recordings were interpolated to maps, using inverse distance weighted interpolation. An example of a rainfall map is shown in Figure C.8.

C.5 Potential evapotranspiration For potential evapotranspiration, a dataset was used which has been developed in the EU project EartH2Observe (www.earth2observe.eu), based on the WFDEI dataset. Penman-Monteith reference potential evapotranspiration with a daily time step was used. The dataset was downscaled from the original spatial resolution of 0.25° (ca. 27 km) to 0.083° (ca. 10 km) and was then resampled from 0.083° to the hydrological model resolution (100 m).

An example of a potential evapotranspiration map is shown in Figure C.8.

Figure C.8 Example of a daily rainfall map from interpolated station measurements (left) and a potential evaporation map derived from EartH2Observe (right)

200

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C.6 Model validation data For 15 gauging stations in the Mexico City Basin, measured discharge time series were available for this project, giving mean daily discharge in m3/s (as indicated on the map in Figure B.5). The available discharge measurements have been used for a broad performance check of the hydrological model. However, the quality of these discharge measurements is uncertain. The stations that are clearly under strong influence of regulating structures have not been used for this model check (these are the stations Desfogue Presa Guadalupe, Huehuetoca, Presa Iturbide). For the remaining station measurements a comparison is made with the modelled discharges at those locations. However, the usefulness of some of the remaining stations remains uncertain due to causes like data gaps, uncertain locations, possibly more regulation, apparent data interpolations like in El Salitre, etc. In El Salitre (see Figure C.9, Figure C.10, Figure C.11) the rainfall peak of the near-by upstream rainfall stations in mid-August 1988 is not visible in the discharge measurements; instead the measurements seem to have been interpolated over that period. This is a relatively short period and serves as an example to show that the discharge measurements might not be reliable everywhere.

Figure C.9 Location of discharge station El Salitre and its two closest rainfall stations, San Luis Ayucan and El Salitre rainfall station.

APPENDICES

201

Figure C.10 Measured and simulated discharge time series for El Salitre gauging station (top) and measured rainfall time series for its two closest rainfall stations, San Luis Ayucan and El Salitre (bottom)

Figure C.11 Discharge measurements for El Salitre around August 1988, close-up

Another example of data quality issues can be seen for station Molino Blanco.

Some stations do show patterns that indicate some form of regulation, even though they are not clearly located downstream of a regulating structure. See for example station Molino Blanco in Figure C.12. Where the simulated time series

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for this location (red line) shows a natural pattern of baseflow recession, the measurements (blue line) show a pattern with sudden increases and decreases in discharge, which could indicate some form of regulation.

Figure C.12 Measured (blue) and simulated (red) time series for gauging station Molino Blanco.

Another example can be seen for multiple stations. There is a very large rainfall peak at 3-4 March 1988, which is not seen in any of the discharge measurements, but is seen in many rainfall measurements. This could mean two things. The catchments are small and therefore have a very short response time, and the discharge peak had already passed before the next gauge reading (assuming that the reading happens more or less once per day). The other possibility is that the discharge measurements are not correct, for example, there have been no readings during this heavy rainfall event. The latter is likely, since there is no signal at all in the discharge measurements, if there was a reading there should at least be a little signal.

It is also important to note that there are no discharge measurements available in the catchments upstream of the Zona Patrimonial, which is the area of primary interest of the project. The measurements of the other stations in the Mexico City Basin have been used for model validation, assuming that there is some continuity/similarity over the basin, but for this project it would have been better to have measurements upstream of the Zona Patrimonial area itself.

 

APPENDICES

203

D GROUNDWATER MODEL FOR THE BASIN OF MEXICO

D.1 Hydrogeological conceptual model Geology The geological formation of the Basin of Mexico can be summarized in four main events: (1) deposits of Cretaceous limestones; (2] deposition of volcanic and alluvial sediments; (3] deposits of lava flows and pyroclastics during the Tertiary age; and (4] development of the lake and closure of the basin (González-Morán, Rodríguez, & Cortes, 1999). The watershed can be divided into three major hydrologic zones: (1) the lacustrine valley floor; (2) the transition zone and (3) the hillslope area. According to Gonzalez-Moran et al. (1999), the lacustrine valley floor has elevations ranging from 2,230 to 2,250 m a.m.s.l. This zone has a surface of 1,431 km2 and represents about 23% of the basin floor. The transition zone is an area with high permeability located between the lake and the hillslope region.

Moreover, the hillslope region corresponds to the primary recharge area.

The basin can be divided into four hydrogeological units: the upper aquitard, upper aquifer or granular aquifer, lower aquitard or volcanic aquifer, and the lower aquifer. The upper aquitard has an average thickness of 60 m, it is composed of lacustrine sediments (clays) with good porosity, and high storage capacity but with low permeability; and volcanic rock, sandy-clay deposits at a depth of 10 m. The aquitard is divided by a thin layer of sand (3m) with high permeability at 33 m.

The upper aquitard or granular aquifer (main unit of exploitation) has an average thickness of 600 m. However, it can reach up to 1,000 m in some areas. It is formed by alluvial deposits, basaltic rocks, and volcanic clays with small layers of sand, alluvial and pyroclastic deposits from the Quaternary. The aquifer is phreatic in the mountain ranges and alluvial plains, whereas it is semi-confined in the central region of the basin. In the towns of Zumpango, Chalco and Texcoco the aquifer is considered as confined.

The volcanic aquifer has an average thickness of 1,500 m. The aquifer is formed by pyroclastic materials, sedimentary clasts, volcanic clays fractured volcanic rocks at a depth of 3,000 m from the Pliocene; andesitic volcanic rocks from the plio-quaternary; basaltic and andesitic rocks of the Upper Pliocene; stratified series, volcanic rock, lacustrine deposits of the lower Pliocene; volcanic rocks from the Tertiary; lacustrine sediments from the Upper Tertiary; acidic igneous rock from the Miocene; intermediate igneous rock of the Oligocene; and conglomerates from the Eocene.

The last unit (lower aquifer) is constituted by volcanic rocks from the mid-Tertiary to upper Tertiary; carbonate rocks from the Cretaceous. It has an average thickness of 500 m.

204

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Hydrogeological schematization The estimation of the thickness of the hydrogeological units that constitute the hydrogeological model was based on the studies conducted by Herrera et al.

(1989). This study describes the geological formations of the south region of the Basin of Mexico and presents a detailed overview of the hydrogeological units.

Figure D.1 presents an example of the data reported by Herrera et al. (1989), showing the depth of the granular aquifer.

Figure D.1 Depth of the granular aquifer in m. The granular aquifer is considered as the main layer for groundwater extraction (Source: Herrera et al. 1989).

Information on geology and hydrogeology is very scarce in the northern region of the basin, including areas of the state of Tlaxcala, Hidalgo and parts of the State of Mexico. Information recovered from CONAGUA (2002a, 2002b, 2002c, 2002d, 2002e, 2013, 2015), INEGI (2015a, 2015b), Herrera et al. (1989) and, Mosser and Molina (1993) were used as database for the hydrogeological model.

Hydrogeological properties per unit, such as vertical resistance (VCW), horizontal permeability (KHV), vertical permeability (KVV) and specific storage coefficients (SSC), were based on the study by conducted by Herrera et al., (1989) and CONAGUA. For example, Figure D.2 presents the specific storage for the first aquitard underlying Mexico City. This information was digitized and included in the groundwater model.

APPENDICES

205

Figure D.2 Specific storage of the upper aquitard (10-2m-1) retrieved from the report by Herrera et al. 1989)

Table D.1 summarises the hydraulic properties reported by Herrera et al. (1989) for the different hydrological units. No information is available on the lower aquifer.

The same values were therefore used for the volcanic aquifer. This assumption needs to be corroborated and validated during the next phases of the project.

Table D.1 Hydraulic properties of the hydrogeological units of the Basin of Mexico (Source: Herrera et al., 1989)

Vertical (m/s)

Unit

Horizontal Permeability (m/s)

Upper aquitard

5-20 x10-9

Granular aquifer

1.0x10-5 – 15x10-5

1x10-5

Volcanic aquifer

1x10-7

3x10-6

---

---

Lower aquifer

Storage coefficient (/m) 5.73x10-3

---

206

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Figure D.3 shows a map of the horizontal permeability of the granular aquifer used for the groundwater model. Similar maps were created for the vertical and horizontal permeabilities of all four layers. For the storage coefficient, a constant value for the entire basin was used in each layer.

Figure D.3 Horizontal permeability (m3/d) for the granular aquifer.

Borehole cross-sections An overview of the available boreholes is given in Figure D.4. For some cross-sections the major units have been mapped, see Figures D.5 – D.10. The following layers are indicated: bottom of the upper aquitard (dashed green line), bottom of the upper aquifer (dashed orange line), bottom of the more permeable part of the second aquitard (blue dashed line). Model layers are indicated by solid lines: topography (black), bottom upper aquitard (green), bottom upper aquifer (red), bottom lower aquitard (bright green) and bottom lower aquifer (orange). A legend for the units of the boreholes is presented in Figure D.11.

APPENDICES

207

Figure D.4 Overview map of available boreholes and names of the cross-sections

Figure D.5 Cross-section AA, see Figure D.4 for position and text and Figure D. 11 for legend

Figure D.6 Cross-section DD, see Figure D.4 for position and text and Figure D. 11 for legend

208

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Figure D.7 Cross-section GG, see Figure D.4 for position and text and Figure D. 11 for legend

Figure D.8 Cross-section JJ, see Figure D.4 for position and text and Figure D. 11 for legend

Figure D.9 Cross-section KK, see Figure D.4 for position and text and Figure D. 11 for legend

APPENDICES

209

Figure D.10 Cross-section MM, see Figure D.4 for position and text and Figure D. 11 for legend

Figure D.11 Legend for units in boreholes of Figure D.5 – D.10

D.2 Groundwater abstractions Groundwater wells and abstraction rates were derived from the publicly available database of the Registro Público de Derechos de Agua (REPDA) (refer to section B15). For the Basin of Mexico, REPDA records report 2,872 wells, of which 620 wells have an industrial use, 1,095 an agricultural use and 1,156 wells a domestic/public use (Figure D.4). The vast majority of the wells provide information regarding

210

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their location (x,y,z), ID, water use, annual volume of extraction (millions of m3), diameter, required extraction rate (l/s) and maximum allowed extraction rate (l/s). In the case of a well for domestic purposes, additional information is reported concerning the institution responsible of the management (e.g. SACMEX) and the system or batteries of wells (e.g. PAI, Norte, Centro). Wells located in the Apan aquifer and Cuautitlan-Pachuca aquifer provide less information concerning physical characteristics of the wells.

Water extraction rates for industrial purposes range from 18 to 8880 m3/d, agricultural extraction rates range from 9.6 to 8400 m3/d, whereas domestic extractions vary from 1 to 13,824 m3/d.

According to the REPDA database, the wells have an average screen depth of 217 m. In total 55 wells do not report the screen-depth. For these wells, a screen depth of 200 m was assumed.

Figure D.4 Locations of abstraction wells from the REPDA database that were used in the groundwater model. Water wells outside Mexico City are mainly used for agricultural purposes and within the city mainly for domestic and public purposes.

A number of wells have incomplete data regarding abstraction rates or annual volume of extraction. In total 793 wells do not report this information; 3 of these wells have an industrial use, 63 have an agricultural use, and 735 wells have a domestic use. A number of 176 wells with a domestic use only report annual volumes of extraction. Of these wells, 39 are located in Hidalgo, 92 in the State of Mexico, 39 in Tlaxcala and 6 in Mexico City. The annual volume of extraction of these wells was used to estimate the abstraction rates in m3 per day. The calculated value was then compared with the average rates of extraction reported in the REPDA records. This comparison was done depending on the location of the well e.g. State and municipality.

APPENDICES

211

After calculating a potential abstraction rate for the wells with domestic use, in total 91 wells have a calculated abstraction rate of less than 1,000 m3 per day. The remaining 85 wells have a calculated value between 1,000 m3 and 10,000 m3 per day and are located mostly outside Mexico City. According to the REPDA records, the maximum water extraction rate is around 1,000 m3 per day. Since there is not enough information to validate our calculations and taking into account that the area of attention is Mexico City and its Zona Patrimonial, the remaining 85 wells were not included in the simulations. Hence, the groundwater model only includes a total of 2,170 wells (Figure D.4).

Validation There are two other sources of information from which annual abstraction rates for the Basin of Mexico can be derived. CONAGUA reported annual records of abstraction rates per municipality in the Cubo Portátil de Información de los Usos de Agua from 2005 to 2009. UAM developed a database of annual abstraction rates for wells with domestic or public purposes. This database covers 18 years (19902008) and divides water extraction depending on the institution in charge of the wells or operational system (e.g. PAI system). These two sources were compared with the annual abstraction rates as calculated from the daily abstraction rates given by the REPDA records.

The comparison between the CONAGUA and UAM records on the one hand and the REPDA records, on the other hand, showed that the calculated extraction rates from the REPDA records exceed the reported volumes from CONAGUA and UAM if it is assumed that water is abstracted 365 days per year. We, therefore, assumed that shortages and disruptions in water provision are frequent and that many wells are not operated during the weekends. A good comparison between the records was found for a number of 260 operational days.

Figure D.5 shows the evolution of water abstractions during the period 1979 – 2014. For comparison, also calculated groundwater recharge and evapotranspiration are shown. On average, groundwater abstraction in the Basin of Mexico for the period 1979-2014 is estimated at 1,455 106 m3/yr (46 m3/s). During this period, average groundwater abstraction is around twice as high as groundwater recharge.

Figure D.5 Time series of annual groundwater abstraction (wells) in the Basin of Mexico (1979-2014). For comparison, also groundwater recharge (RCH) and evapotranspiration (EVT) are given. All values in m3/yr.

212

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D.5 Model limitations No accurate information regarding recordings of water levels has become available during the execution of the present study. The model has therefore not been calibrated and the validation with literature information has been on a visual and qualitative basis. The model should therefore be regarded as a schematic first-iteration representation of the groundwater system of the basin of Mexico that can be updated as soon as more information becomes available. It is known that some information will become available in the near future while there is also information that exists already that can be utilized in the next phase of the project.

Some information on groundwater levels seems to exist. A groundwater monitoring system is operated by CONAGUA that may likely provide extremely valuable data. The level of detail of the information reported on the website is however not enough for the calibration and validation of the current groundwater model.

For example, studies conducted by Carrera-Hernรกndez and Gaskin (2007) present records of groundwater levels since 1969 (Figure D.6). During the course of the current project we have not been able to acquire this information.

APPENDICES

213

Figure D.6 Time series of groundwater levels of 40 wells located in the Basin of Mexico, for different locations: a) Pachuca, b) Apรกn, c) ร rea Metropolitana de la CDMX, d) Texcoco, e) Sur de CDMX, f) Tlรกhuac, g) Chalco y h) Ecatepec (Source: Carrera-Hernรกndez y Gaskin, 2007).

214

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E HYDRAULIC MODEL FOR THE ZONA PATRIMONIAL E.1 Model setup The features of the hydraulic model for the Zona Patrimonial (ZP) were modelled with the network schematisation as presented in Figure E.1 with various network objects as discussed in the next sections. The hydraulic model contains the following main features: • Main channel network • Channel profiles (cross sections) • Upstream discharge boundaries • Downstream water level boundary • Lateral flows in the region The inflows into the hydraulic model are: • Inflows from the sub-catchments of the surrounding hills (upstream flow boundaries) • Inflows from the wastewater treatment plant (outlet points of the Cerro de la Estrella WWTP) (lateral flows) • Direct runoff from rainfall within the Zona Patrimonial itself (lateral flows) The outflows of the model are: • Outflow at the Canal Nacional No hydraulic structures such as weirs and sluices were included.

Figure E.1 Detailed hydraulic model schematisation for the Zona Patrimonial in SOBEK, showing the main channel network (dark blue lines), lateral flow nodes (yellow) and boundary nodes (pink)

APPENDICES

215

Network: channels and cross sections For the 1D network schematisation of the Zona Patrimonial, the main channels of the area were incorporated, see Figure E.1. For these channels a uniform cross-section was assumed; see Figure E.2. The assumed dimensions of the channels are a width of 12 m, a bed level width of 9 m and a depth of 3 m. For a more accurate modelling of the area, it is advised to update this with measured cross sections.

Figure E.2 For the detailed hydraulic model a uniform cross-section was defined

The bed levels of the channels were derived from the LIDAR digital elevation model that is available for the Zona Patrimonial, with a 5 m horizontal resolution. This DEM was manually adjusted in some places to smooth out high outliers (these high-elevation outliers might have been caused by trees or buildings that were not filtered out during LIDAR DEM processing).

Boundary conditions In the model the following types of boundary conditions were specified: • Upstream flow boundaries • Downstream water level boundary • A number of ‘dead channel ends’ with zero-flow boundaries The upstream flow boundaries are the inflows from the surrounding sub-catchments. These were calculated with the regional hydrological Wflow model (see Section 4.2) and are a function of time (daily average in m3/s per day). In Figure E.3 the sub-catchments are shown that drain into the Zona Patrimonial. The orange sub-catchment (Río Amecameca) is currently not draining into the Zona

216

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Patrimonial, but the geography of the catchment does make it a possibility for the RĂ­o Amecameca to discharge into the ZP. The orange line connects it to the green ZP network.

Figure E.3 The sub-catchments currently or potentially draining into the Zona Patrimonial

Figure E.4 The sub-catchments currently or potentially draining into the Zona Patrimonial – zoomed in

The downstream boundary of the model is a water level boundary placed on the Canal Nacional, somewhat downstream of the output location of the model, see Figure E.5. This water level boundary is placed far enough downstream so that there can be gravitational outflow from the Zona Patrimonial.

APPENDICES

217

Figure E.5 Hydraulic ZP model schematisation with the output location of the model results on Canal Nacional (red dot) and the downstream water level boundary further downstream (pink square, top left)

Lateral inflows Two forms of lateral inflows are schematised: the inflows from the wastewater treatment plant, and the runoff from rainfall that is generated within the Zona Patrimonial itself.

The inflows from the Cerro de la Estrella wastewater treatment plant were assumed to be constant inflows, as given in Table E.1. The locations of these outlets are shown in Figure E.6.

Table E.1 Outlet locations of the Cerro de la Estrella wastewater treatment plant, given in l/s.

ID

Name

1

Canal 27 (Embarcaderos Zacapa)

300

2

Los Galeana

77

3

Fernando Celada

10

4

La Draga

40

218

Discharge (l/s)

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ID

Name

Discharge (l/s)

5

Parque Ecologico

120

6

Canal Caltongo

77

7

Canal Caltongo (Mercado)

5

8

Mexico 70

5

9

Floricultor

300

10

Canal Caltongo (exclusa)

80

11

Other -

77

12

Other --

77

13

Other ---

77 Total:

1245

Figure E.6 Map showing the Zona Patrimonial with the main channel network (green lines), intermittent streams (blue dotted lines) and the outflow points of the Cerro de la Estrella wastewater treatment plant (purple dots).

APPENDICES

219

The rainfall runoff that is generated within the ZP itself was calculated with Wflow model. See Figure E.7. For all the areas in between the main channels, the runoff was calculated and then schematised as lateral inflows into the hydraulic model (time-dependent, average m3/s per day).

Figure E.7 Schematisation of lateral inflows within the ZP itself (channels in green) representing the rainfall runoff.

E.2 Model limitations Navegables and cauces The model describes the main channel network of the ZP. At this stage, there was no need to include the detailed network of numerous smaller channels (as shown in Figure E.8 and Figure E.9).

Figure E.8 Figure showing the detailed system of navegables and cauces in the ZP

220

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Figure E.9 Figure showing the San Gregorio system of navegables and cauces in the ZP

Bathymetry Information on bathymetry and dimensions of the canal profiles has become available very recently (see Appendix B.9), but is at this stage not yet included in the model. A logical next step in follow-up projects is to replace the current schematic cross-sections with this new information.

Model calibration Information on water levels or discharge recordings is not available in the Zona Patrimonial. The current model was therefore not calibrated or validated against measured data.

F PROBABILISTIC SEISMIC HAZARD ASSESSMENT F.1 Historical Earthquake Catalog The historical earthquake catalogue for this study used data from different international sources such as the v5.0 of the ISC-GEM global instrumental catalogue (Storchak et al., 2013) and the USGS-NEIC. For validation and verification purposes of particular events, other data sources (e.g., Engdahl and VillaseĂąor, 2002) were used. The working catalogue only accounts for instrumental seismicity and covers the 1902-2017 period, having a minimum threshold magnitude equal to MW4.0.

To comply with the requirements of a Poissonian framework, a de-clustering process, following a magnitude and time dependent procedure as the proposed

by Gardner and Knopoff (1974) was employed to include in the final version only those events that can be classified as mainshocks. A homogenization of the magnitudes to moment magnitude (MW), using the global relationships proposed by Scordilis (2006) for events with original magnitudes reported in Ms and/or mb was also performed.

APPENDICES

221

Finally, a completeness verification process was performed for different magnitudes (4.0, 4.5, 5.5, 6.5, 7.5 and 8.0), following the procedure proposed by Tinti and Mulargia (1985). For this working catalog, the following time periods were obtained: • 1909-2017 for Mw≥7.5 • 1934-2017 for Mw≥6.5 • 1973-2017 for Mw≥4.0 Figure F.1 shows the different periods of completeness for the working catalogue of this study.

Figure F.2 shows the epicentral locations of the earthquakes included in the working catalogue classified by magnitude ranges whereas Figure F.3 shows their depth distribution.

For the estimation of the seismicity parameters that account for the future earthquake occurrence at each one of the seismic sources, only those earthquakes from 1902 onwards were considered. This is justified by the lack of completeness for earthquakes before that date, even if it is known that instrumental records exist in the region from approximately 1870. Nevertheless, it is worth noting that the historic earthquake information for the domain under study has been reviewed and used as an indicator for the assignment of the Mmax values to all the modelled seismic sources.

Figure F.1. Periods of completeness for the working catalogue

F.2 Characterization of the Seismic Sources A combination of different approaches was used to assign each of the events included in the working catalogue into the seismic sources. The first step was to plot the epicenters shown in Figure F.2 and Figure F.3 to identify the areas where seismicity is concentrated, followed by the review of previous seismo-tectonic zonations performed in the region under study (Pérez-Rocha and Ordaz, 2008; Alvarado et al., 2017; Salgado-Gálvez et al., 2018).

222

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All earthquakes in the working catalogue were classified first into two main categories: crustal and subduction. The first category includes the intraplate and shallow seismicity whereas the second one includes interface, intraslab and outer-rise events. Also, in this case, the geometry and characteristics of the subduction process was inferred, when possible, from the Slab dataset (Hayes et al., 2012) which contains a set of contour levels that describe it in detail (depth, strike values, among others).

The classification of the seismic activity was performed using the following criterion: • All events with epicenters located along the subduction trench within a 50 km buffer are considered as interface earthquakes.

• All events outside the 50 km buffer are classified as: - Intraslab earthquakes if the hypocenter of the event is deeper than 50 km - Crustal earthquakes if the hypocenter of the event is equal to or shallower than 50 km.

In addition, all the events located up to 100 km to the West of the subduction trench were classified as outer-rise and were assigned to two dedicated seismic sources in the model that account for the particularities of these types of events.

Regarding the crustal sources, the sub-regions we adopted in this model are based on the geometrical proposals of two previously available studies: the Mexican zonation developed by Pérez-Rocha and Ordaz, recently reviewed and adjusted by Salgado-Gálvez et al., 2018 and the one developed by Benito et al., (2012) under the framework of the RESIS II project, recently updated and adjusted

by Alvarado et al., (2017).

As mentioned before, the interface and intraslab sources were defined using as input data the depth contour levels published by Hayes et al., (2012). These depth contour levels were used to generate several cross sections, as shown in Figure F.4, complemented and validated against the focal mechanisms of the events obtained from the GCMT catalogue (Ekström et al., 2012), also shown in Figure F.4.

Figure F.5 shows the geometries of the seismic sources included in R-CRISIS for performing the PSHA.

APPENDICES

223

Figure F.2. Magnitude of the events included in the working catalogue

(a) (b)

224

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(c) (d)

(e) Figure F.3. Depth of the events included in the working catalogue: a) 0-25 km, b) 25-50 km, c) 50-100 km, d) 100-200 km, e) >200 km

Figure F.4. Cross sections of the subduction zone in Mexico

APPENDICES

225

Figure F.5. Geometries of the seismic sources considered in the model

Once all the geometric characteristics of the seismic sources were defined, every single event included in the working catalogue was associated to a unique seismic source using a 3D spatial matching process. As per the seismo-tectonic setting of the area under study, there was no need to consider any background source since, in the earthquake assignation process, all events could be assigned to a unique source without any problem using the previously explained criterion.

F.3 Seismicity Models In this study, the seismicity of all sources is assumed to follow a Poissonian process, which briefly assumes independency in time and space between events (reason why a de-clustering process of the historical catalogue was needed when developing the working catalogue). Two Poissonian seismicity models are commonly used in the development of a PSHA:

Modified Gutenberg-Richter (Cornell and VanMarcke, 1969) and, Characteristic earthquake model (Youngs and Coppersmith, 1985)

More details about both models are provided next.

Modified Gutenberg-Richter (G-R) In the modified G-R seismicity model, the future earthquake occurrences are defined by the following relationship:

226

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where λ0 corresponds the exceedance rate of the minimum threshold magnitude, M0; β is a parameter equivalent to the “b-value” for the source and MU is the maximum magnitude for the source. λ0 and β (a and b) parameters were calculated using a maximum likelihood approach like the one described by McGuire (2004). Since the completeness window varies as a function of M0, those complete sub-catalogues were later combined using the Ordaz & Giraldo (2018) methodology to obtain the final values used in the model.

MU (or Mmax) was assigned using different criteria, that range from the review of the historical magnitudes in the working catalogue assigned to each source, to statistical analyses (e.g., Kijko and Singh, 2011), to previous studies (Pérez-Rocha and Ordaz, 2008), and to the use of the Wells and Coppersmith (1994) relationships between magnitude and rupture lengths. In some cases, expert criteria were also employed.

Characteristic earthquake model There may be cases, mainly related to the interface and intraslab sources, where the modified G-R seismicity model underestimates the occurrences of large magnitude events (Singh et al., 1983). On those cases it is recommended that the modified G-R model is combined with the characteristic earthquake (CE) model, as proposed by Youngs and Coppersmith (1985). Such combination uses the modified G-R model for a magnitude range between M0 and MUGR and the CE model from that value onwards. The CE model uses the following magnitude recurrence relationship:

Here Φ[·] is the standard normal cumulative function, M0 and MU are the minimum and maximum characteristic magnitudes respectively, and EM and s are parameters defining the distribution of M. EM can be interpreted as the expected value of the characteristic earthquake and s is its standard deviation. λ0CH is the exceedance rate of magnitude M0CH. F.4 Ground Motion Prediction Equations One of the components of any PSHA that is affected by a large uncertainty is the prediction of the ground motion that future events may generate. Also because of this, GMPEs are known to be critical components of any PSHA even if there are different approaches for their development.

In areas of moderate and high seismicity, given the availability of strong motion recordings there is the possibility to derive local models via empirical approaches. When available, these local models should at least be considered within the set of base GMPEs used in the population of logic-trees or in the creation of composite (or hybrid) GMPEs.

APPENDICES

227

The selection of GMPEs for this study followed the recommendations by Cotton et al., (2006), incorporating the most recent versions of each candidate GMPEs. Also, to explicitly account for the above-mentioned uncertainties, it was decided to combine, for each tectonic environment, a set of GMPEs using a weighted average approach. For interface and intraslab environments, two local GMPEs have also been considered as explained with more detail next.

In this study, the seismic hazard results are obtained at rock level and for that reason, in the definition of the parameters that account for the soil type in each of the used GMPEs, rock condition was used. Subsequently, hazard results are obtained at soil level by means of the site effects auxiliary files, however, this topic will be discussed further. Besides this, no truncation to any σ value is used on any GMPE during the performance of the PSHA. Interface sources For the interface sources, these two different GMPEs were used: • Arroyo, García, Ordaz, Mora, & Singh (2010) • Reyes (1999) Intraslab sources For the intraslab sources, a GMPE developed by Dr. Singh and Dr. Ordaz, as an internal research, was used.

Intraplate sources For the intraplate (crustal) sources, GMPE developed by Abrahamson & Silva (1997) was used.

As an example, Figure F.6 shows the distance attenuation of all GMPEs (PGA) for different magnitudes, additionally, Figure F.7 shows the median pseudo-acceleration response spectra (rock) for RRUP=15km and different magnitudes.

228

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Figure F.6. Distance attenuation of GMPEs selected in this study for different magnitudes

Figure F.7. Median pseudo acceleration response spectra on rock for RRUP=15km and different magnitude events

APPENDICES

229

F.5 PSHA Methodology This section provides the information about the computational tool used for the PSHA together with the methodological approach that was followed to obtain the results.

Computation tool The PSHA was performed using the computer program R-CRISIS V19.0 (Ordaz et al.

2019) which implements all the required geometrical and seismicity models for this study. R-CRISIS is a tool with more than 30 years of continuous developments and improvements and is well-known tool at global level (see Figure F.8).

Methodological framework When a probabilistic approach is used to estimate seismic hazard at a site of interest, results are usually expressed in terms of intensity exceedance rates from where also, exceedance probabilities for any intensity value during an observation timeframe can be derived (e.g., 10% in 50 years).

Figure F.8. Main screen of computational tool used for the PSHA of this study

Once the seismicity and attenuation patterns of all seismic sources is known, seismic hazard can be calculated considering the sum of the effects of the totality of them and the distance between each seismogenetic source and the site of interest. Seismic hazard, expressed in terms of the intensity exceedance rate, ν(a), can be calculated as follows (Ordaz, 2000):

230

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where the sum covers all seismic sources N, and Pr(A>a|M, Ri) is the probability that the intensity exceeds certain value given the magnitude M and the distance between the source and the site of interest Ri of the event. li(M) functions are the activity rates of the seismic sources. The integral is performed from the threshold magnitude M0, to the maximum magnitude Mu of each source, which indicates that for each one, the contribution of all magnitudes is accounted for.

The previous equation would be exact if the seismic sources were points, but in reality those are treated as volumes and because of that, epicenters cannot occur at the center of the sources but, with equal spatial probability within any point inside its corresponding volume. This is considered in the PSHA model by subdividing each seismic source into triangles and then assuming that at each gravity center, seismicity is concentrated. The subdivision is performed recursively until reaching a small enough triangle size to guarantee the precision in the integration of expression (F.3).

Since it is assumed that once magnitude and distance are known the intensity follows a lognormal distribution, the probability Pr(A>a|M, Ri) can be calculated with the following expression (Ordaz, 2000):

where F(¡) is the normal standard distribution, MED(A|M, Ri) is the median of the intensity, given by the associated GMPE for known magnitude and distance, and ĎƒLna accounts for the standard deviation of the natural logarithm of the intensity. Full details of the methodologies implemented in R-CRISIS for performing a PSHA can be found in Ordaz and Salgado-GĂĄlvez (2018).

The return period of any intensity corresponds to the inverse value of the exceedance rate therefore, it can be calculated as:

APPENDICES

231

F.6 Modification of the Seismic Hazard Caused by Site Effects Generally, when a PSHA is carried out, the calculated intensities are determined for “rock” or “firm site” without the influence of site effects. The reason is that most of the attenuation models are developed for rock and not for soil, hence, the dynamic response of deeper strata and the topographic irregularities are not being taken into account, which modify the frequency content and the amplitude of the seismic waves.

A solution to consider the influence of soil particularities is by means of response spectra ratios (RSR), from which it is possible to know the local amplification that will directly modify the intensities assessed at rock. These RSR are able to consider the non-linear effect in the soil through different maximum acceleration values of the ground.

The RSR are interpreted as follows: during the PSHA, the median intensity is calculated for a structural period , located in site , caused by an event with magnitude , at a distance away. Generally, is calculated by attenuation models elaborated to predict the ground motion at “rock”. To include the site effects, the median intensity , will be the product of and the amplification factors del RSR, which depend of the site location , the structural period and maximum acceleration of the ground (factor to consider the non-linearity of the soil) (Ordaz M. et al., 2008).

IS (S,T,M,R) = I(S,T,M,R)×A(S,T,I0 ) (F.6)

Figure F.9. Procedure to obtain intensities including site effects

The site effects are included to the seismic hazard assessment by two files: the first one (with extension *.grd) contains the soil dominant periods in seconds, the other one (with extension *.ft) contains the response spectra ratios (RSR) associated to each point in the period grid (Huerta et al., 2011). An example of these files is presented in Figure F.10.

232

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Figure F.10. Graphical example of response spectra ratios, RSR, (right) and soil dominant periods (left) for Mexico City

F.7 Seismic Hazard Maps for Rock Tr=43 years

Figure F.11. Peak ground acceleration (PGA) on rock and Tr=43 years

APPENDICES

233

Figure F.12. Acceleration for T=0.2s on rock and Tr=43 years

F.7.2 Tr=250 years

Figure F.13. Peak ground acceleration (PGA) on rock and Tr=250 years

234

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Figure F.14. Acceleration for T=0.2s on rock and Tr=250 years

F.7.3 Tr=475 years

Figure F.15. Peak ground acceleration (PGA) on rock and Tr=475 years

APPENDICES

235

Figure F.16. Acceleration for T=0.2s on rock and Tr=475 years

F.7.4 Tr=2475 years

Figure F.17. Peak ground acceleration (PGA) on rock and Tr=475 years

236

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Figure F.18. Acceleration for T=0.2s on rock and Tr=2475 years

F.8 Seismic Hazard Maps for Soil F.8.1 Tr=43 years

Figure F.19. Peak ground acceleration (PGA) on soil and Tr=43 years

APPENDICES

237

Figure F.20. Acceleration for T=0.2s on soil and Tr=43 years

F.8.2 Tr=250 years

Figure F.21. Peak ground acceleration (PGA) on soil and Tr=250 years

238

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Figure F.22. Acceleration for T=0.2s on soil and Tr=250 years

F.8.3 Tr=475 years

Figure F.23. Peak ground acceleration (PGA) on soil and Tr=475 years

APPENDICES

239

Figure F.24. Acceleration for T=0.2s on soil and Tr=475 years

F.8.4 Tr=2475 years

Figure F.25. Peak ground acceleration (PGA) on soil and Tr=2475 years

240

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Figure F.26. Acceleration for T=0.2s on soil and Tr=2475 years

F.9 Seismic Hazard Results Influenced by Subsidence Problem F.9.1 Subsidence for 2020 Tr=43 years

Figure F.27. Peak ground acceleration (PGA) on soil, Tr=43 years and subsidence for 2020

APPENDICES

241

Figure F.28. Acceleration for T=0.2s on soil, Tr=43 years and subsidence for 2020

F.9.1.2 Tr=250 years

Figure F.29. Peak ground acceleration (PGA) on soil, Tr=250 years and subsidence for 2020

242

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Figure F.30. Acceleration for T=0.2s on soil, Tr=250 years and subsidence for 2020

F.9.1.3 Tr=475 years

Figure F.31. Peak ground acceleration (PGA) on soil, Tr=475 years and subsidence

APPENDICES

243

for 2020 Figure F.32. Acceleration for T=0.2s on soil, Tr=475 years and subsidence for 2020

F.9.1.4 Tr=2475 years

244

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Figure F.33. Peak ground acceleration (PGA) on soil, Tr=2475 years and subsidence for 2020 Figure F.34. Acceleration for T=0.2s on soil, Tr=2475 years and subsidence for 2020

F.9.2

Subsidence for 2030

Tr=43 years Figure F.35. Peak ground acceleration (PGA) on soil, Tr=43 years and subsidence for 2030

APPENDICES

245

Figure F.36. Acceleration for T=0.2s on soil, Tr=43 years and subsidence for 2030

F.9.2.2 Tr=250 years

246

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Figure F.37. Peak ground acceleration (PGA) on soil, Tr=250 years and subsidence for 2030 Figure F.38. Acceleration for T=0.2s on soil, Tr=250 years and subsidence for 2030

F.9.2.3 Tr=475 years

APPENDICES

247

Figure F.39. Peak ground acceleration (PGA) on soil, Tr=475 years and subsidence for 2030

Figure F.40. Acceleration for T=0.2s on soil, Tr=475 years and subsidence for 2030

F.9.2.4 Tr=2475 years

Figure F.41. Peak ground acceleration (PGA) on soil, Tr=2475 years and subsidence for 2030

248

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Figure F.42. Acceleration for T=0.2s on soil, Tr=2475 years and subsidence for 2030

F.9.3 Subsidence for 2040 Tr=43 years

Figure F.43. Peak ground acceleration (PGA) on soil, Tr=43 years and subsidence for 2040

APPENDICES

249

Figure F.44. Acceleration for T=0.2s on soil, Tr=43 years and subsidence for 2040

F.9.3.2 Tr=250 years

Figure F.45. Peak ground acceleration (PGA) on soil, Tr=250 years and subsidence for 2040

250

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Figure F.46. Acceleration for T=0.2s on soil, Tr=250 years and subsidence for 2040

F.9.3.3 Tr=475 years Figure F.47. Peak ground acceleration (PGA) on soil, Tr=475 years and subsidence for 2040 Figure F.48. Acceleration for T=0.2s on soil, Tr=475 years and subsidence for 2040

F.9.3.4 Tr=2475 years Figure F.49. Peak ground acceleration (PGA) on soil, Tr=2475 years and subsidence for 2040 Figure F.50. Acceleration for T=0.2s on soil, Tr=2475 years and subsidence for 2040

F.9.4 Subsidence for 2050 F.9.4.1 Tr=43 years

Figure F.51. Peak ground acceleration (PGA) on soil, Tr=43 years and subsidence for 2050 Figure F.52. Acceleration for T=0.2s on soil, Tr=43 years and subsidence for 2050

F.9.4.2 Tr=250 years Figure F.53. Peak ground acceleration (PGA) on soil, Tr=250 years and subsidence for 2050 Figure F.54. Acceleration for T=0.2s on soil, Tr=250 years and subsidence for 2050

F.9.4.3 Tr=475 years Figure F.55. Peak ground acceleration (PGA) on soil, Tr=475 years and subsidence for 2050 Figure F.56. Acceleration for T=0.2s on soil, Tr=475 years and subsidence for 2050

APPENDICES

251

F.9.4.4 Tr=2475 years Figure F.57. Peak ground acceleration (PGA) on soil, Tr=2475 years and subsidence for 2050 Figure F.58. Acceleration for T=0.2s on soil, Tr=2475 years and subsidence for 2050

F.9.5 Subsidence for 2070 F.9.5.1 Tr=43 years Figure F.59. Peak ground acceleration (PGA) on soil, Tr=43 years and subsidence for 2070

Figure F.60. Acceleration for T=0.2s on soil, Tr=43 years and subsidence for 2070

F.9.5.2 Tr=250 years Figure F.61. Peak ground acceleration (PGA) on soil, Tr=250 years and subsidence for 2070 Figure F.62. Acceleration for T=0.2s on soil, Tr=250 years and subsidence for 2070

F.9.5.3 Tr=475 years Figure F.63. Peak ground acceleration (PGA) on soil, Tr=475 years and subsidence for 2070 Figure F.64. Acceleration for T=0.2s on soil, Tr=475 years and subsidence for 2070

F.9.5.4 Tr=2475 years Figure F.65. Peak ground acceleration (PGA) on soil, Tr=2475 years and subsidence for 2070 Figure F.66. Acceleration for T=0.2s on soil, Tr=2475 years and subsidence for 2070

252

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G BUILDING OF VULNERABILITY FUNCTIONS G.1 Methodology used Two methodologies were used, the first one consist in the conversion of fragility curves into vulnerability curves, the second one, is a simplified calculation of loss due to the estimation of parameters that describe the structural behavior. There are specific cases in which a detailed analysis was performed; this is described in the development of the corresponding function.

G.1.1 Fragility to vulnerability Fragility curves (Shinozuka et al, 2010) represents the probability of a structure to reach or exceed a performance level with an associated damage level. This state of damage is generally defined as a subjective manner (Figure G.1).

One assumption is the N states of damage (EDi‌N), the fragility functions estimates the probability to reach or exceed that damage state given a value of seismic demand. The fragility curve function is as follows:

Where, EDi is the damage state i; s is the seismic demand and qi is a parameter vector of the fragility function fi.

Figure G.1. Fragility curves associated to a parameter of seismic performance

In the literature, is common to find fragility curves associated to different structural systems. However, fragility curves, given its condition to be associated to a qualitative state of damage, does not allow the calculation of an average damage state that allows subsequent operations. (Ordaz et al, 2000).

Due to this, it is necessary to transform this qualitative damage states into quantitative damage states using the existing relation between visible physical damage with its associated repair cost and the calculation of the probability of damage matrices.

APPENDICES

253

Unlike fragility curves, where is expressed the probability to reach or exceed a damage state, the damage matrices represents the probability to be exactly in a state of damage. This probability is calculated as follows:

Once the probability that represent a specific damage state is obtained, it is necessary to associate a repair cost value for each damage state. This process can be carried out through a detailed study of the cost of implementing certain repair actions to each state of damage considered in the fragility curves. The change from qualitative to quantitative approach allows to calculate an average repair cost through lineal properties of the value of mathematical expectations as follows:

Where E(β | s) is the expected value of the loss given an intensity; Li is the loss state or the repair value normalized to the total cost of the structure and Pr(Li | s) is the probability to present that loss state given an intensity.

On the other hand, dispersion, represented by standard deviation, is calculated as:

G.1.2 Simplified estimation of loss state associated to a performance parameter The second methodology used is based in the estimation of a loss value associated to a performance parameter through the expression by Ordaz et al (2000):

Where E (b | gi IM) is associated loss given a performance parameter and a measure of intensity; gi is the performance parameter; g50 is the value associated performance parameter related to the 50% of loss and r is a setting parameter of the function at the beginning and end of the damage. The standard deviation is calculated as follows:

254

A WATER RESILIENCE PLAN FOR THE HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

Where

Vmax, Do and r are parameters that depends on the type of structure; Vmax is the maximum variance, Do is the damage level where maximum variance is presented and r is equal to three (Ordaz et al, 2000).

Once the two simplified methodologies are defined, a summary of the estimation of the vulnerability functions associated to each type of structure for two main hazards, earthquake and subsidence, are presented.

G.2 Vulnerability Functions for Drinking Water Network G.2.1 Seismic vulnerability curves for drinking water network Vulnerability curves for previously mentioned assets are estimated through fragility functions from ATC-13 (ATC, 1985) and ATC-25 (ATA, 1991) (from Figure G.2 to Figure G.6), which are adequate to Mexico.

Figure G.2. Fragility curves associated to canals

Figure G.3. Fragility curves associated to electrical equipment

APPENDICES

255

Figure G.4. Fragility curves associated to mechanical equipment

Figure G.5. Fragility curves associated to underground pipelines

Figure G.6. Fragility curves associated to medium and low height masonry structures

ATC-13 (ATC, 1985) uses Modified Mercalli scale (MMI) from VI to XII to represents seismic intensity. The damage states are classified in 6 levels: slight, minor, moderate, extensive, major and complete. The following table shows the definition for these damage states.

256

A WATER RESILIENCE PLAN FOR THE HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

Table G.1. Definition of damage states (ATC-1985)

DAMAGE STATE

DEFINITION

Slight

Slight damage that does not needs any repair

Minor

Damage of any general component, does not require repair

Moderate

Damage of one or several components, require repair

Extensive

Extensive damage that requires further repair

Major

Major damage that could result in demolition or repair of the installation

Complete

Total destruction in most of the installation

The following tables represent the damage matrices corresponding to each of the components mentioned above.

Table G.2. Damage matrices for Canals (ATC-1985)

DAMAGE STATE

DAMAGE FACTOR

CDF (%)

INTERVAL

MMI

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII

0

34.9

21.7

5.4

1.4

0.2

0.4

-

31.1

None

0

Slight

0-1

0.5

47.3

42.4

17.3

4.6

23.2

-

Minor

1 -10

5

17.8

35.6 62.0 75.4

56.2

58.3

3.3

Moderate

10- 30

20

-

0.3

1.5

5.9

36.9

17.8

37.8

Extensive

30-60

45

-

-

-

-

2.1

0.3

52.4

Major

60-100

80

-

-

-

-

-

-

6.5

Complete

100

100

-

-

-

-

-

-

-

APPENDICES

257

Table G.3. Damage matrices for electrical equipment (ATC-1985)

DAMAGE STATE

DAMAGE FACTOR

CDF (%)

INTERVAL

MMI

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII

0

0.5

0.2

-

-

-

-

-

1.8

-

-

-

-

16.9

0.5

-

1.3

None

0

Slight

0-1

0.5

25.4

10.3

Minor

1 -10

5

74.1

86.8 64.3

Moderate

10- 30

20

-

2.7

33.5

71.5

44.9

9.3

Extensive

30-60

45

-

-

0.4

11.6

54.1

86.3 50.5

Major

60-100

80

-

-

-

-

0.5

4.4

48.2

Complete

100

100

-

-

-

-

-

-

-

Table G.4. Damage matrices for mechanical equipment (ATC-1985)

DAMAGE STATE

DAMAGE FACTOR

CDF (%)

INTERVAL

MMI

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII

0

8.0

-

-

-

-

-

-

None

0

Slight

0-1

0.5

79.1

8.8

0.8

-

-

-

-

Minor

1 -10

5

12.9

91.2

87.9

36.0

7.6

1.1

-

Moderate

10- 30

20

-

-

11.3

63.3

73.6

41.5

10.5

Extensive

30-60

45

-

-

-

0.7

18.8

55.6

67.2

Major

60-100

80

-

-

-

-

-

1.8

22.3

Complete

100

100

-

-

-

-

-

-

-

258

A WATER RESILIENCE PLAN FOR THE HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

Table G.5. Damage matrices for underground pipelines (ATC-1985)

DAMAGE STATE

DAMAGE FACTOR

CDF (%)

INTERVAL

None

0

Slight

MMI

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII

99.8 20.9

8.7

-

-

-

0

100

0-1

0.5

-

0.2

54.1

34.2

1.3

89.5

-

Minor

1 -10

5

-

-

17.2

36.1

7.9

0.5

-

Moderate

10- 30

20

-

-

7.8

21.9

Extensive

30-60

45

-

-

-

-

1.1

Major

60-100

80

-

-

-

-

0.2

3.3

37.9

Complete

100

100

-

-

-

-

-

0.1

1.2

89.5 66.5

4.5

29.6 56.4

Table G.6. Damage matrices for medium and low height masonry structures (ATC-1985)

DAMAGE STATE

DAMAGE FACTOR

CDF (%)

INTERVAL

MMI

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII

0

1.2

-

-

-

-

-

-

3.1

0.3

-

-

-

-

1.0

-

-

12.2

2.8

48.6 71.6

46.3

16.2

50.9

-

-

None

0

Slight

0-1

0.5

47.0

Minor

1 -10

5

51.8

Moderate

10- 30

20

-

0.3

Extensive

30-60

45

-

Major

60-100

80

Complete

100

100

APPENDICES

96.6 57.2

16.2

42.2

75.6 49.9

-

0.3

8.2

-

-

-

-

0.5

-

-

-

-

-

259

As is observed in tables above, the intensity scales are presented in Modified Mercalli (MMI) scale, however, actually, seismic hazard is represented by peak ground acceleration, acceleration or spectral displacement. The measure of intensity to represent vulnerability in this type of structures is peak ground acceleration (PGA), so to transform Mercalli scale, presented in damage matrices (previously shown in tables), the relation between MMII and PGA is presented in the following table: Table G.7. PGA values associated to MMI scale (BIS, 1999)

MMI

VI

VII

VIII

IX

X

XI

PGA (g) 0.12

0.12

0.21

0.36

0.53

0.71

0.86

XII 1.15

With this information, fragility curves methodology is used and the vulnerability curves associated with each of the mentioned assets are obtained.

Figure G.7. Seismic vulnerability curve associated to canals

Figure G.8. Seismic vulnerability curve associated to underground pipelines

260

A WATER RESILIENCE PLAN FOR THE HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

For the case of pumping stations, it is considered that these structures consist in electrical and mechanical equipment as pumps, control panels and other devices using for the operation and medium and low height masonry buildings. These assets are included directly in one only function that represents the whole station, with the following participation factors:

Pumping stations 30% Buildings 20% Electrical equipment 50% Mechanical equipment

Figure G.9. Seismic vulnerability function associated to pumping station

G.2.2 Subsidence vulnerability curves for drinking water network The calculation of vulnerability functions for subsidence associated to canals, was carried out using studies presented by Giardina (2015), in which the presented damages curves are associated to subsidence in masonry structures. These curves were calculated under the study of several parameters such as wall configuration, modulus of elasticity, among others.

To obtain damage curves associated to concrete lining canals, an extrapolation was performed between the modulus of elasticity in the curves proposed by Giardina (2015) to the values of characteristic modulus of elasticity for concrete.

The calculation of vulnerability curve was made for 12 meters canal sections. The next figure shows this vulnerability curve.

Figure G.10. Subsidence vulnerability curve for sections canals

Vulnerability curve for underground pipelines was estimated under the hypothesis that connections between pipes are the most susceptible from subsidence, causing rupture in pipes and leaks.

APPENDICES

261

Figure G.11. Diagram of decoupling connections of pipes due to subsidence

Differential subsidence () necessary to decoupling a pipeline is directly related with the diameter of the pipe (D), to length of pipe (L) and the deformation capacity of the connection (x). This subsidence is calculated as: Δ=(L . x)/D

(G.8)

Once diameter of the pipe is defined, the damage in this type of structures starts when the connection reaches the deformation limit. Generally, drinking water pipes have connections with low ductility, for this reason it is considered a maximum ductility of two.

Once this parameters are defined (Sundberg, 2017), the vulnerability function by subsidence is calculated with the expression proposed by Ordaz et al (2010). The next figure shows the resulting vulnerability curve.

Figure G.12. Subsidence vulnerability curve associated to underground pipelines

262

A WATER RESILIENCE PLAN FOR THE HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

In the case of pumping plants, they consider the same elements as the case of seismic hazard. It is necessary to mention that, given the configuration (Figure G.13) of the electrical and mechanical equipment, it is very difficult to turn over by differential subsidence, reason why the study is focused in the connections that this equipment have with others.

Figure G.13. Pumping plants common equipment

Considering the above, vulnerability curve was calculated for connection between equipment and this was calculated in a similar manner than the calculation of the vulnerability curves for underground pipe connections. The following figure shows the vulnerability curve for electrical and mechanical equipment due to subsidence, represented in terms of repair cost respect total cost of the equipment.

Figure G.14. Subsidence vulnerability curve for electrical and mechanical equipment

For the case of the estimation of the vulnerability curves for settlement, associated to medium or low height masonry structures, the studies by Giardina et al (2015) were used.

The authors determinate that subsidence caused cracks in the superior part of walls exposed to shear stress, which were increasing in function of the level of

APPENDICES

263

subsidence. They establish damage functions for masonry structures under different configurations based on a deflection ratio, which is calculated as follows: Δ=Δ/L (G.9) Where D is the deflection ratio, L is the length of the supported base, and D is the subsidence.

These authors obtain different damage curves given an opening percentage (windows and doors) in walls of the structure. For this study, a medium level opening percentage was used (Figure G.15).

Figure G.15. Wall with a medium level opening percentage

Giardina et al (2015) damage curve is presented in the following figure:

Figure G.16. Damage curve by differential subsidence associated to masonry structures with medium opening percentage

264

A WATER RESILIENCE PLAN FOR THE HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

The damage levels presented in the previous curve are described in the table below.

Table G.8. Damage classification for masonry buildings based on crack width

DAMAGE LEVEL

DAMAGE CLASSIFICATION

CRACK WIDTH, D (MM)

1

Negligible

0.1

2

Slight

0.1 < d < 1.0

3

Minor

1.0 < d < 5.0

4

Moderate

5.0 < d < 15.0

5

Severe

15.0 < d < 25

6

Extensive

> 25

Based on the damage classification of the table above, the corresponding vulnerability curve was calculated (Figure G.17).

Figure G.17. Subsidence vulnerability curves for medium or low height masonry structures

With the individual functions obtained, the corresponding vulnerability curve for pumping plants was calculated.

APPENDICES

265

Figure G.18. Subsidence vulnerability curves for pumping stations

G.3 Vulnerability Functions for Wells Wells are buried structures which are used to extract water of subsoil. These wells are generally constructed by excavation with shovels or using backhoes and then to be lined with masonry. Wells as they are undergrounded structures, its performance is linked to soil performance that surround them. Wells can suffer failures by compression and by shear related to soil deformation, such as soil failures.

G.3.1 Seismic vulnerability curves for wells Seismic vulnerability curves are calculated through the analysis of fragility curves and damage matrices associated to underground structures. This fragility curves are taken from ATC-13 (ATC, 1985) and ATC-25 (ATC-1991) reports. Damage matrices presented in this reports are developed for United States, however, they are suitable to represent this kind of structures in Mexico. The Table G.9 shows value of the damage probability matrix associated to this type of structure.

Table G.9. Damage probability matrix associated to structures that crosses alluvial strata (ATC-1985)

DAMAGE STATE

DAMAGE FACTOR

CDF (%)

INTERVAL

MMI

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII

0

95.9

91.6

8.3

0.4

-

-

-

0.2

-

None

0

Slight

0-1

0.5

4.1

8.4

62.7

26.0

3.8

Minor

1 -10

5

-

-

29.0

73.6

85.5 43.6

Moderate

10- 30

20

-

-

-

-

266

10.7

11.8

55.0 59.8

A WATER RESILIENCE PLAN FOR THE HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

DAMAGE STATE

DAMAGE FACTOR

CDF (%)

INTERVAL

MMI

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII

Extensive

30-60

45

-

-

-

-

-

1.2

27.8

Major

60-100

80

-

-

-

-

-

-

0.6

Complete

100

100

-

-

-

-

-

-

-

The following figure shows the fragility curves for wells and underground tanks.

Figure G.19. Fragility curves for wells and underground tanks

As shown before, it is possible to calculate vulnerability curves through fragility curves. The following figure shows the vulnerability curve associated to wells.

Figure G.20. Seismic vulnerability curves for wells, showing expected value of loss (continuous line) and standard deviation (discontinuous line)

APPENDICES

267

G.3.2 Subsidence vulnerability curves for wells Given the construction type of the analyzed wells, the damage caused by differential subsidence will be reflected in the containing walls of the well. This containing walls are masonry made. The following figure shows the way it fails.

In this same figure, it is observed how the sinking in one side of the well causes stress and shear stresses.

Figure G.21. Sinking in wells

Using Giardina et al (2015) studies, it was possible to calculate the vulnerability curve associated to subsidence for this type of structures. In the case of exposed assets, the damage curve for masonry walls without gaps was used. The following figure present the vulnerability curve.

Figure G.22. Subsidence vulnerability curve for wells, showing expected value of loss (continuous line) and standard deviation (discontinuous line)

G.4 Vulnerability Curves for Tanks Tanks serve for regulation and storage of transported water, these can be undergrounded, superficial or elevated. Surface or underground tanks are constructed

268

A WATER RESILIENCE PLAN FOR THE HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

with reinforced concrete and have regular geometry. Its foundation are made of sand or concrete bases that supports them. Elevated tanks consists in steel tanks which are supported by columns with the same material.

The damages in underground tanks include damage in walls and roof support system. Surface tanks directly supported on ground also have many kinds of damage. In the case of steel tanks, the damage can be presented in the union between the base and walls, wall bulging, rupture of the rigidly connected pipes, implosion due to sudden loss of content, differential subsidence, failure in the anchoring system, roof system failure and total collapse. For concrete tanks, the most common failures are the roof system failure, cracking and sliding in construction joints. Elevated tanks generally fails because of the incorrect support system, if the damage condition exceeds a specific flexion condition or damage in connections, this generally results in a total damage.

Next, the parameters used in calculating the vulnerability functions corresponding to the mentioned assets.

G.4.1 Seismic vulnerability curve for tanks Seismic vulnerability functions for tanks are calculated with the study of fragility curves. Such curves were taken from ATC-13 (ATC, 1985) and ATC-25 (ATC, 1991).

The next table shows the damage matrix associated to surface and underground tanks.

Table G.10. Damage matrix associated to surface tanks

DAMAGE STATE

DAMAGE FACTOR

CDF (%)

INTERVAL

None

0

Slight

MMI

VI

VII

VIII

99.8 20.9

IX

X

XI

XII

8.7

-

-

-

0

100

0-1

0.5

-

0.2

54.1

34.2

1.3

-

-

Minor

1 -10

5

-

-

17.2

36.1

7.9

0.5

-

Moderate

10- 30

20

-

-

7.8

21.9

Extensive

30-60

45

-

-

-

-

1.1

Major

60-100

80

-

-

-

-

0.2

3.3

37.9

Complete

100

100

-

-

-

-

-

0.1

1.2

89.5 66.5

4.5

29.6 56.4

APPENDICES

269

Table G.11. Damage matrix associated to underground tanks

DAMAGE STATE

DAMAGE FACTOR

CDF (%)

INTERVAL

MMI

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII

0

93.6

92.7

2.8

-

-

-

-

6.4

7.3

80.8

-

-

-

-

-

-

14.4

98.0

87.9

4.5

-

90.2 65.7

None

0

Slight

0-1

0.5

Minor

1 -10

5

Moderate

10- 30

20

-

-

2.0

2.0

12.1

Extensive

30-60

45

-

-

-

-

-

5.3

34.0

Major

60-100 80

-

-

-

-

-

-

0.3

Complete

100

-

-

-

-

-

-

-

100

To transform the values from MMI to maximum ground acceleration the values of Table G.7 were taken.

The following figures shows the fragility curves for surface and underground tanks.

Figure G.23. Fragility curves for surface tanks

270

A WATER RESILIENCE PLAN FOR THE HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

Figure G.24. Fragility curves for underground tanks

The following figures shows the vulnerability curves for this type of structures.

Figure G.26. Seismic vulnerability curves for undergrounded tanks For the calculation of vulnerability function associated to elevated tanks, the study of non-linear behavior of elevated steel tanks was used. For this, Ntibaziyaremye (2016) studied the seismic behavior of elevated tanks obtaining both, the curve and capacity spectrum of a typical structure, which are similar to those built in Mexico (Figure G.27).

APPENDICES

271

Figure G.27. Elevated tank (Ntibaziyaremye, 2016)

The height of the tank is 20 m with a fundamental period of vibration of 0.78s with water, the width of the tank is 7 m. The estimated capacity spectra refers to a fluent spectral displacement of the tower of 4.4 cm, while the last displacement is 5.5 cm. In order to adapt these values of the structures with the ones constructed in Mexico, it was decide to use a maximum ductility of two, considering the P-D effects which this type of structures are subjected once they are deformed. The resulting capacity spectrum for these type of structures constructed in Mexico is shown in the next figure.

Figure G.28. Capacity spectrum for elevated steel tanks

With the capacity spectrum it was possible to calculate maximum distortion using the formula proposed by Miranda (1997, 2001), to then, calculate vulnerability curve with the expression proposed by Ordaz (2000). The following figure shows the resultant vulnerability curve.

272

A WATER RESILIENCE PLAN FOR THE HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

Figure G.29. Seismic vulnerability curve for elevated steel tanks

G.4.2 Subsidence vulnerability curve for tanks In the case of damage estimation due to subsidence in underground and surface tanks, same concepts defined by Giardina et al (2015) in calculation of subsidence in masonry structures was used.

Giardina et al (2015), presents several damage curves due to subsidence for structures with different modulus of elasticity. Through a lineal regression of different value for each modulus of elasticity, it was established a relation that allows extrapolating the results to structures of different material, so the values of differential subsidence were established. The following figure shows the vulnerability curve reinforced concrete storage and regulation tanks.

Figure G.30. Subsidence vulnerability curve for underground and surface tanks

In the case of elevated tanks, there is very little or no information about the structural behavior of this type of infrastructure due to differential subsidence, which is why it was defined as follows.

APPENDICES

273

The model for calculation of the differential subsidence vulnerability curve used is defined using as a base the model used for the calculation of seismic vulnerability curve for this structure (Figure G.31).

Figure G.31. Model analyzed (left) and deformed (right) of the elevated tank analyzed

Figure G.31 shows in a schematically form how sinking in one of the supports generates stresses in the opposite point the support and in all the bars that support the tower.

For damage analysis, it is considered as a structural element the main column opposite to sinking. With this, the increase of the present moment in the support opposite to subsidence in function of the differential subsidence was analyzed. Accepting that the whole structure works together and the effort caused throughout it are distributed, the tower is modeled as a cantilever (Figure G.32).

Figure G.32. Idealization of a strenuous column

The resulting moment of displacement in the superior part of the structure is given by:

274

A WATER RESILIENCE PLAN FOR THE HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

Where Di is displacement in the highest part of the tower due to subsidence, M is the assumed moment as a strenuous column with a cantilever behavior, E is the modulus of elasticity, I is the moment of inertia of the section and L is the length of the column.

Analyzing the geometry of the tower, it was determined that the relation between the displacement in the highest point of the tower and the one presented in the support that sinks is approximately 1/3. This relation is valid only for this type of tanks.

The subsidence that causes Dy creep, and the Du last state were determined with the following expressions:

Where My, is the moment of creep and Mz is the plastic moment, calculated as:

Where S is the elastic section modulus and Z is the plastic section modulus of the column and fy is the steel yield strength.

Once defined the last and differential creep subsidence, loss expected value and standard deviation were calculated by the formulation proposed by Ordaz et al (2000).

Figure G.33. Subsidence vulnerability curve for elevated tanks

APPENDICES

275

H EXPOSURE SUMMARY This section describes information given to ERN by the client and shows statistics of the final database considered in the current risk study, that comprises structural characteristics and geography location of records.

H.1 Information given to ERN Information of water and urban infrastructure were facilitated by Deltares and The Universidad Autónoma Metropolitana (UAM) to ERN. Information and files given to ERN are described next and was divided into two groups: hydraulic infrastructure concerning wells, drainage, tanks, distribution pipe networks and similar items; and Urban Infrastructure concerning houses, churches, markets, roads, healthcare buildings, schools and public transport stations.

H.1.1 Hydraulic infrastructure Information given by Deltares describes drinking water wells, water storage tanks and sewage network of Mexico City, this information is listed next: Geospatial files for drinking water wells: • Agricultural_Wells.shp • Domestic_Wells.shp • Industrial_Wells.shp Geospatial files for sewage network of Mexico City at The Heritage Zone: • Drainage_CDMX.shp • Deep_Drainage_Exits.shp • Hydraulic_Infraestructure_CDMX_System.shp Geospatial files for water storage tanks: • Regulation_tanks.shp • Water_tanks_Xochimilco.shp Geospatial files for water treatment plants: • Water_treatment_plantst.shp Information given by UAM is listed next.

Geospatial files for water supply network, drinking water wells and drinking water treatment plants: • MILPA-ALTA200P.dwg • TLAHUAC200P.dwg • XOCHI200P.dwg Geospatial information for sewage network: • MILPA-ALTA200D.dwg • TLAHUAC200D.dwg • XOCHI200D.dwg

276

A WATER RESILIENCE PLAN FOR THE HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

Geospatial information for reclaimed water network and water pollution control treatment plants: • Red_Primaria_AguaTratada.shp • PTAR_S.shp H.1.2 Urban Infrastructure Information about markets, medical centers, hospitals, state government offices, churches, subway stations, schools, squares and cemeteries: • 09sip.shp H.2 Complementary Information Finally, complementary information is listed next which was consulted in order to obtain a more complete database.

H.2.1 Hydraulic Infrastructure • Drinking Water Plants: Sistema Nacional de Información del Agua, CONAGUA. http://sina.conagua.gob.mx/sina/tema.php?tema=plantasPotabilizadoras • Sewage network information: Inventario Nacional de Obras de Protección contra Inundaciones. https://www.gob.mx/cms/uploads/attachment/ file/105634/18_AGUAS_DEL_VALLE_DE_M_XICO.pdf H.2.2 Urban Infrastructure • Houses: Vectorial de localidades amanzanadas y números exteriores, urbanas. Cierre de población del Censo de Población y Vivienda 2010. INEGI. • Schools: Directorio Estadístico Nacional de Unidades Económicas (DENUE) marzo 2018.

• Roads: Marco Geoestadístico Nacional, febrero 2018. http://www.beta. inegi.org.mx/app/biblioteca/ficha.html?upc=889463526636

APPENDICES

277

H.3 Exposure per infrastructure type

Figure H.1. Water storage tanks, drinking water plants, drinking water wells, pumping stations and water supply network distribution at The Heritage Zone

Figure H.2. Reclaimed water network, sewage network, sewage pumping stations and water pollution control treatment plants at The Heritage Zone

278

A WATER RESILIENCE PLAN FOR THE HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

Figure H.3. Urban Infrastructure distribution at The Heritage Zone

Figure H.4. Urban infrastructure distribution at The Heritage Zone

APPENDICES

279

Figure H.5. School distribution at The Heritage Zone

Figure H.6. Road distribution at The Heritage Zone

280

A WATER RESILIENCE PLAN FOR THE HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

Figure H.7. House distribution at The Heritage Zone

I ANNUAL AVERAGE LOSS MAPS

Figure I.1. Seismic annual average loss distribution for sewage network

APPENDICES

281

Figure I.3. Seismic annual average loss distribution for drinking water plants and water storage tanks

282

A WATER RESILIENCE PLAN FOR THE HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

Figure I.4. Seismic annual average loss distribution for water supply network and pumping stations

Figure I.5. Seismic annual average loss distribution for hydraulic infrastructure

APPENDICES

283

Figure I.6. Seismic annual average loss distribution for houses

Figure I.7. Seismic annual average loss distribution for urban infrastructure

284

A WATER RESILIENCE PLAN FOR THE HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

Figure I.8. Seismic annual average loss distribution for healthcare buildings

Figure I.9. Seismic annual average loss distribution for schools

APPENDICES

285

Figure I.10. Seismic annual average loss distribution for churches and markets

Figure I.11. Seismic annual average loss distribution for roads

286

A WATER RESILIENCE PLAN FOR THE HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

J RISK ANALYSIS FOR SEPTEMBER 19TH EVENTS AND CRITICAL SCENARIO J.1 September 19, 1985 earthquake The overall expected seismic loss of September 19, 1985 earthquake as calculated was 0.01% of the total exposure for the 2020 subsidence scenario. The expected loss of this scenario was 0.05% and 0.01% to hydraulic and urban infrastructure respectively.

Expected seismic loss of September 19, 1985 earthquake to hydraulic infrastructure for the 2020 subsidence scenario is detailed in Table J.1. Sewage Pumping Stations stand out with the highest expected loss with 0.51%. Additionally, expected loss distribution per hydraulic infrastructure type is presented in Figure J.1.

Table J.1. Expected loss of September 19, 1985 earthquake to hydraulic infrastructure

INFRASTRUCTURE NAME

EXPECTED LOSS - 2020

Sewage Pumping Stations

0.51%

Pumping Stations

0.28%

Reclaimed Water Network

0.05%

Sewage Network

0.05%

Water Supply Network

0.05%

Water Pollution Control Treatment Plants

0.00%

Drinking Water Plants

0.00%

Drinking Water Wells

0.00%

Water Storage Tanks

0.00%

APPENDICES

287

Figure J.1. Expected loss of September 19, 1985 earthquake to hydraulic infrastructure

Expected seismic loss of September 19, 1985 earthquake to hydraulic infrastructure for the 2020 subsidence scenario is detailed in Table J.2. Markest stand out with the highest expected loss with 0.50%. Additionally, expected loss distribution is presented in Figure J.2.

Subsidence scenarios at 2030, 2040, 2050 and 2070 were omitted due to the small or null variations observed.

Risk maps with expected loss distribution due to September 19, 1985 earthquake are presented from Figure J.3 to Figure J.13.

Table J.2. Expected loss of September 19, 1985 earthquake to urban infrastructure

INFRASTRUCTURE NAME

EXPECTED LOSS - 2020

Markets

0.50%

Healthcare Buildings

0.13%

Public Statin Transport

0.08%

Sport Centers

0.04%

288

A WATER RESILIENCE PLAN FOR THE HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

INFRASTRUCTURE NAME

EXPECTED LOSS - 2020

Roads

0.03%

Houses

0.01%

Goverment Buildings

0.01%

Schools

0.00%

Churches

0.00%

Town Squares

0.00%

Cemeteries

0.00%

Figure J.2. Expected loss of September 19, 1985 earthquake to urban infrastruc-

APPENDICES

289

ture Figure J.3 .1985 Earthquake expected loss distribution for drinking water wells

Figure J.4. 1985 Earthquake expected loss distribution for drinking water plants and water

290

A WATER RESILIENCE PLAN FOR THE HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

storage tanks Figure J.5. 1985 Earthquake expected loss distribution for drinking water wells

Figure J.6. 1985 Earthquake expected loss distribution for hydraulic infrastructure

APPENDICES

291

Figure J.7. 1985 Earthquake expected loss distribution for sewage network

Figure J.8. 1985 Earthquake expected loss distribution for urban infrastructure

292

A WATER RESILIENCE PLAN FOR THE HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

Figure J.9. 1985 Earthquake expected loss distribution for healthcare buildings

Figure J.10. 1985 Earthquake expected loss distribution for schools

APPENDICES

293

Figure J.11. 1985 Earthquake expected loss distribution for churches and markets

Figure J.12. 1985 Earthquake expected loss distribution for roads

294

A WATER RESILIENCE PLAN FOR THE HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

Figure J.13. 1985 Earthquake expected loss distribution for houses

J.2 September 19, 2017 earthquake The overall expected seismic loss of September 19, 2017 earthquake as calculated was 0.42% of the total exposure for the 2020 subsidence scenario. The expected loss of this scenario was 0.48% and 0.41% to hydraulic and urban infrastructure respectively.

Expected seismic loss of September 19, 2017 earthquake to hydraulic infrastructure for the 2020 subsidence scenario is detailed in Table J.3. Sewage Pumping Stations stand out with the highest expected loss with 2.95%. Additionally, expected loss distribution per hydraulic infrastructure type is presented in Figure J.14.

Table J.3. Expected loss of September 19, 2017 earthquake to hydraulic infrastructure

INFRASTRUCTURE NAME

EXPECTED LOSS - 2020

Sewage Pumping Stations

2.95%

Pumping Stations

1.43%

APPENDICES

295

INFRASTRUCTURE NAME

EXPECTED LOSS - 2020

Reclaimed Water Network

0.60%

Water Pollution Control Treatment Plants

0.50%

Sewage Network

0.49%

Water Supply Network

0.46%

Drinking Water Plants

0.35%

Drinking Water Wells

0.24%

Water Storage Tanks

0.11%

Expected seismic loss of September 19, 2017 earthquake to urban infrastructure for the 2020 subsidence scenario is detailed in Table J.4. Markets stand out with the highest expected loss with 6.08%. Additionally, expected loss distribution per urban infrastructure type is presented in Figure J.15.

Subsidence scenarios at 2030, 2040, 2050 and 2070 were omitted due to the small or null variations observed.

296

A WATER RESILIENCE PLAN FOR THE HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

Risk maps with expected loss distribution due to September 19, 2017 earthquake are presented from Figure J.16 to Figure J.27.

Table J.4. Expected loss of September 19, 2017 earthquake to urban infrastructure

INFRASTRUCTURE NAME

EXPECTED LOSS - 2020

Markets

6.08%

Healthcare Buildings

3.23%

Public Transport Station

1.22%

Roads

0.73%

Sport Centers

0.66%

Government Buildings

0.46%

Houses

0.36%

Schools

0.05%

Churches

0.05%

Town Squares

0.00%

Cemeteries

0.00%

APPENDICES

297

Figure J.15. Expected loss of September 19, 2017 earthquake to urban infrastructure

298

A WATER RESILIENCE PLAN FOR THE HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

Figure J.16. 2017 Earthquake expected loss distribution for sewage network Figure J.17. 2017 Earthquake expected loss distribution for drinking water wells

Figure J.18. 2017 Earthquake expected loss distribution for drinking water plants and water storage tanks

APPENDICES

299

Figure J.19. 2017 Earthquake expected loss distribution for water supply network and pumping stations

Figure J.20. 2017 Earthquake expected loss distribution for hydraulic infrastructure

300

A WATER RESILIENCE PLAN FOR THE HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

Figure J.21. 2017 Earthquake expected loss distribution for urban infrastructure

Figure J.22. 2017 Earthquake expected loss distribution for healthcare buildings

APPENDICES

301

Figure J.23. 2017 Earthquake expected loss distribution for schools

Figure J.24. 2017 Earthquake expected loss distribution for markets

302

A WATER RESILIENCE PLAN FOR THE HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

Figure J.25. 2017 Earthquake expected loss distribution for churches

Figure J.26. 2017 Earthquake expected loss distribution for roads

APPENDICES

303

Figure J.27. 2017 Earthquake expected loss distribution for houses

J.3 Critical Scenario The scenario with highest expected loss is considered as critical in this study. The overall expected seismic loss of critical scenario as calculated was 24.16% of the total exposure for the 2020 subsidence scenario. Expected loss of critical scenario to hydraulic and urban infrastructure was 17.17% and 25.01% respectively.

The top five scenarios with highest expected seismic loss for the 2020 subsidence scenario to hydraulic and urban infrastructure are listed in Table J.5. Expected loss distribution for critical scenario per hydraulic infrastructure type is detailed in Table J.6 and Figure J.28. Sewage Pumping Stations stand out with the highest expected loss with 30.18%.

Table J.5. Top five scenarios with highest expected seismic loss to hydraulic and urban infrastructure

Scenario Prof. int. centro nueva_ SF56_M=7.66

304

Hydraulic Urban Frequency Infrastructure Infrastructure Expected Loss Expected Loss 3.00E-04

17.17%

25.01%

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Scenario

Hydraulic Urban Frequency Infrastructure Infrastructure Expected Loss Expected Loss

Prof. Interm Oeste nueva_SF11_M=7.57

2.57E-04

16.04%

22.79%

Prof. Interm Oeste nueva_SF12_M=7.57

2.57E-04

10.57%

13.71%

Eje volcรกnico_SF37_ M=7.02

1.98E-05

10.41%

20.30%

Prof. int. centro nueva_SF55_M=7.66

3.00E-04

9.84%

13.10%

Table J.6. Critical scenario expected loss to hydraulic infrastructure

INFRASTRUCTURE NAME

EXPECTED LOSS - 2020

Sewage Pumping Stations

30.18%

Reclaimed Water Network

20.01%

Water Pollution Control Treatment Plants

18.53%

Sewage Network

17.52%

Pumping Stations

16.96%

Water Supply Network

16.67%

Drinking Water Plants

16.21%

Drinking Water Wells

8.22%

Water Storage Tanks

7.27%

APPENDICES

305

Figure J.28. Critical scenario expected loss to hydraulic infrastructure

Expected loss distribution for critical scenario per urban infrastructure type is detailed in Table J.7 and Figure J.29. Markets stand out with the highest expected loss with 64.25%.

Table J.7. Critical scenario expected loss to hydraulic infrastructure

306

INFRASTRUCTURE NAME

EXPECTED LOSS - 2020

Markets

64.25%

Healthcare Buildings

35.76%

Government Buildings

28.45%

Public Transport Station

27.68%

Roads

17.66%

Schools

6.00%

Churches

5.48%

Town Squares

0.00%

Cemeteries

0.00%

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Figure J.29. Critical scenario expected loss to hydraulic infrastructure

Risk maps with loss distribution due to critical scenario are presented from Figure J.30 to Figure J.40.

Subsidence scenarios at 2030, 2040, 2050 and 2070 were omitted due to the small or null variations observed.

Figure J.30. Critical scenario expected loss distribution for drinking water wells

APPENDICES

307

Figure J.31. Critical scenario expected loss distribution for drinking water plants and water storage tanks

Figure J.32. Critical scenario expected loss distribution for water supply network and

308

A WATER RESILIENCE PLAN FOR THE HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

pumping stations Figure J.33. Critical scenario expected loss distribution for hydraulic infrastructure

Figure J.34. Critical scenario expected loss distribution for sewage network

APPENDICES

309

Figure J.35. Critical scenario expected loss distribution for houses

Figure J.36. Critical scenario expected loss distribution for urban infrastructure

310

A WATER RESILIENCE PLAN FOR THE HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

Figure J.37. Critical scenario expected loss distribution for healthcare buildings

Figure J.38. Critical scenario expected loss distribution for schools

APPENDICES

311

Figure J.39. Critical scenario expected loss distribution for churches and markets

Figure J.40. Critical scenario expected loss distribution for roads

312

A WATER RESILIENCE PLAN FOR THE HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

K THE PROCESS OF PORTFOLIO DEVELOPMENT K.1 Systemic analysis Map 1: Original system Originally water from the southern wetlands came from two main sources: springs and rivers. The springs were the product of water infiltration in the recharge areas of the mountains that surround the Valley of Mexico. The rivers that fed the wetland area came from the south-west mountains and the Sierra Nevada.

Map K.1 ORIGINAL SYSTEM

Map 2: Current system The original water system was affected by human activity since the Colony in several ways. On one hand, the use of south springs by means of wells was increased until the flow of these towards the wetlands was eliminated. On the other hand, in more recent times, to prevent flooding in the Valley of Mexico, the flow of rainwater has been diverted from the south and west ravines by sending it to the State of Hidalgo.

APPENDICES

313

With this, the wetlands of Xochimilco, Tlรกhuac and Milpa Alta remained practically without water income except for the rain that falls on site. To compensate for this lack of water, treated water is supplied from the Cerro de la Estrella treatment plant, which has a relatively high salt content and whose quality is at least questionable.

Currently, almost all of the water that would otherwise go to the southern wetlands is diverted for urban use, and almost the only source of water to the wetlands is a fraction of this same water, treated after its urban use.

The current system does not provide the amount neither the quality of water necessary to keep the ecosystem healthy and the agriculture that depends on that ecosystem.

Map K.2 CURRENT SYSTEM

Map 3: Complete current system At present, the inputs of water to the Valley of Mexico system are the rainwater that is captured and stored in the forests of the south, west and Sierra Nevada; the pluvial water that infiltrates the aquifer in the recharge areas of forests and stony areas south of the Valley; the rivers that enter the Valley of Mexico mainly by the west ravines and the south, but also to a lesser extent by the east towards Texcoco; and the aqueduct of the Cutzamala system that brings water at a very high cost in energy and environmental and social impact.

314

A WATER RESILIENCE PLAN FOR THE HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

Most of the water that arrives through the ravines and rivers is extracted from the Valley by pumping it to Hidalgo to avoid floods, and the water deficit generated by this extraction is only partially compensated by what is introduced by the Cutzamala. The net effect is a deficit of water that is the cause of differential land subsidence.

By diverting the water from the rivers and by extracting all the water from the springs, the water from these two sources no longer reaches the wetlands of the south. This deficit has to be compensated for by feeding the treated water to the wetlands.

With this, currently the main flow of water in the Valley of Mexico is artificial, and consists largely of the import of water from Cutzamala and the extraction of water by the two emitters of pluvial and residual drainage to Hidalgo. The current system makes a “short circuit” and removes much of the water before it can be stored (in forests, ravines and aquifers) or used, and eliminates all natural flow to the wetlands, compensating them insufficiently with the artificial flow of treated water.

Map K.3: COMPLETE CURRENT SYSTEM

APPENDICES

315

Map 4: Systemic map The complete systemic map shows mainly two major groups of factors relevant to the Water Plan: the systemic description of the current water problem, and its relation to the decision-making process for the creation of infrastructure projects and interventions in the water system.

In this map you can see the variety of possible intervention points with infrastructure projects, the multiple relationships between these points and projects, and the complexity of the current environment of the project generation process.

Map K.4: SYSTEMIC MAP

Map 5: Infrastructure Projects In addition to the existing infrastructure projects, there are several possible intervention points for new infrastructure projects that seek to contribute to solving the water problems of the Xochimilco, Tlรกhuac and Milpa Alta wetlands. These possible intervention points can be grouped into areas of rain catchment, water storage, use and treatment.

316

A WATER RESILIENCE PLAN FOR THE HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

The main capture areas are the mountains and forests around the Valley of Mexico, mainly in the south-west of the Valley, where there are more forests, less population and greater rainfall. In these areas there are currently several problems that make the collection of water ineffective. On one hand, these areas are being populated, especially in the form of informal settlements between the forests and the City. The result of this is that the water that is captured clean in the forests is contaminated by irregular discharges of wastewater. In addition, due to lack of water storage capacity and infrastructure, in the rainy season the main problem for the City is to get rid of surplus water to avoid flooding. Thus, most of this water, which contains rainwater mixed with sewage, is captured by the drainage and sent to Hidalgo.

The storage points include the forests themselves, the ravines, regulatory vessels and the aquifer. Especially to the south and west of the Valley of Mexico, forests have been reduced and their soils eroded. This has reduced their ability to store water, especially during storms when forests could serve as buffers for the flow of water that causes flooding. The ravines, especially to the west of the Valley, are deforested, contaminated, and in some cases invaded by slums. With this, their capacity as infiltration zones and especially as possible regulatory vessels through infrastructure, is untapped. The infiltration areas are mostly affected and threatened by deforestation and urbanization, so their capacity to recharge the aquifer is greatly reduced. This causes that the main water storage in the Valley of Mexico is underutilized and at risk of becoming too salty and therefore unusable.

Regarding the use of water, there is a lot of water that enters the Valley and is suitable for irrigation, and is not used in part due to lack of infrastructure to separate it from sewage and to store it, and partly because before it can be used, it is sent to Hidalgo down the drain.

From the water that is used in the Valley of Mexico, a part is treated and reused, including its use in the wetlands of the Heritage Zone, but most of it is taken from the Valley to Hidalgo. Being that the Valley of Mexico was all wetland area, it is in its vocation and capacity the natural treatment of water by means of natural and constructed wetlands.

APPENDICES

317

Map K.5: INFRASTRUCTURE PROJECTS

Map 6: Infrastructure projects generation process In this map it can be seen the complication, duplicity and lack of clarity in the current environment of the generation process of infrastructure projects.

They highlight the low importance and influence of the social sector in decision-making and the redundancy in governance as factors that exacerbate the need for a clear process for project generation, from its proposal to its creation and even to its operation.

318

A WATER RESILIENCE PLAN FOR THE HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

Map K.6: INFRASTRUCTURE PROJECTS GENERATION PROCESS

Map 7: Improved decision-making process on infrastructure projects and interventions in the water system This improved process is one of the results of the workshop carried out with the participation of experts in water and the Heritage Zone. It proposes to be based on real information, validated and organized in a collection of relevant information; feed this information to the relevant actors in the process; create a Master Plan that aligns the interests of the relevant actors; make decisions under a model of synergy and not zero-sum; and socialize the process to turn the proposals into real projects.

APPENDICES

319

Map K.7: IMPROVED DECISION-MAKING PROCESS ON INFRASTRUCTURE PROJECTS AND INTERVENTIONS IN THE WATER SYSTEM

MAP K.8: ORIGINAL SYSTEM

320

A WATER RESILIENCE PLAN FOR THE HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

Map 9: Key intervention points to influence the decision-making process on water infrastructure projects In the workshop it was proposed that the main points of intervention are: 1. Collection of Information, since this is what feeds all decision-makers 2. Government plans, since currently the government is the one that generates the most relevant plans, and generates a large number of plans on infrastructure mainly without much input from those outside the government 3. Bridge actors: people who can serve as liaison or influencers with the government 4. Alignment of interests: propose and seek the alignment of interests among all actors 5. Instruments that facilitate the socialization of the proposal and approval of the projects, in order to increase the level of social participation, approval and appropriation of the projects by the citizens. â&#x20AC;&#x192; Map K.9: Key intervention points to influence the decision-making process on water infrastructure projects

APPENDICES

321

K.2

Mapping institutional stakeholders

Stakeholders mapping and analysis is key process for complex projects such as the Water Resilience Plan (WRP) of the Patrimonial Zone (PZ) of Xochimilco, Tlahuac and Milpa Alta (XTMA). This section is using an adaptation of Ece Utkucan Anderson, M.Sc. and Barrett C. Brown, Ph.D. of the method used by the Sustainable Management Development Program of the United States Center for Disease Control and Prevention. The theoretical descriptions of this method of analysis cited in this document are a synthesis of Utkucan and Brown’s study.

The analysis of the stakeholder map can greatly influence the expected result and the success of any important initiative. It can be used during any stage of the project. However, carrying out an analysis of the stakeholder map during the planning stage generally helps to improve the results of the project.

Many projects receive the promise of stakeholder participation, but getting their support in reality is not always easy. Careful and thorough planning is essential to identify the right stakeholders and to ensure that stakeholders participate appropriately and effectively.

K.2.1 Integral stakeholder analysis We followed the following steps: • Step 1- Identification of all potential actors • Step 2- Categorization of actors • Step 3- Integral mapping of actors • Step 4- Determination of recruitment strategy Step 1- Identification of all potential actors Stakeholders or stakeholders are individuals, groups or institutions that may be affected by a proposed project (in a negative or positive way), or those that may affect the outcome of the project.

This is an analysis of institutional actors that may affect or be affected by the Water Resilience Plan (WRP). One of the fundamental objectives of this plan is to offer a portfolio of viable, bankable and socialized projects that contribute to restoring the water system of this Heritage Zone in a way that can cope with: 1. the effects of climate change and seismic risks 2. the socio-economic challenges that are pressing the water system, 3. and function as a lever for social, economic and environmental development.

The intervention ideas may be within the XTMA Heritage Zone or in any other area of Mexico City that has a direct influence on this sub-basin and may be of 3 types: 1. Infrastructure (blue, green or gray) 2. Information (eg, education, indicators, certifications) 3. Institutional (eg Structures, technologies and governance processes)

322

A WATER RESILIENCE PLAN FOR THE HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

Sectors that may affect or be affected by the WRP: 1. Mexican, federal, state and municipal government. In the context of the WRP ZP XTMA its function is to design, approve and execute water regeneration programs.

2. Public or private financiers, their function is to analyze the Cost-Benefit profitability of the projects and provide the necessary capital for its implementation.

3. International cooperation organizations contribute their experience in similar projects to optimize the impact of the projects.

4. Academia and consultants, are experts in social, environmental, economic and political issues related to water projects.

5. Local population are the direct beneficiaries of improvements in the water system of ZP XTMA. 6. Civil Society Organizations, groups with philanthropic interests organized to improve the water quality of the XTMA system.

7. Companies, organizations of the private industry that offer market solutions to the water problems of the XMTA system 8. Nature, these actors make up the XTMA ecosystem, such as water, trees, terrestrial or aquatic animals. In theory, they are represented by other governmental or civil society organizations, but we believe it is important to name them directly.

This is the first general list of interested parties:

APPENDICES

323

324

A WATER RESILIENCE PLAN FOR THE HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

Step 2- Stakeholder Categorization The second step includes providing greater clarity by categorizing stakeholders as Beneficiaries, Supporters, Opponents, Resource Providers, Vulnerable Groups or Indifferent Groups: • Beneficiaries: Institutional actors that will benefit directly from the Water Resilience Plan for XTMA. • Supporters: Parties that may not directly benefit from the WRP, but support it by being aligned with their vision.

• Opponents: Parties that oppose the WRP due to real or perceived negative impacts.

• Resource providers: people, groups, organizations that have resources that they are willing to share for the WRP. • Vulnerable groups: Parties that could be adversely affected by the WRP, and that have no direct power.

• Indifferent groups: the parties that are under the direct or indirect influence of the PRH but do not have preference over the outcome of the project.

Step 3 - Integral mapping of stakeholders Integral matrix of stakeholder profiles: The Integral matrix of stakeholder profiles includes the following information: • Motivation to be in the project: How will the project benefit them?

• Expectations and perceived objectives in relation to the project: Do the goals and expectations of stakeholders support or are in conflict with the objectives of the project?

• Possible negative impact on the project: Are there interests of the interested parties that conflict with the objectives of the project?

• Projected use of the Project or Project Results: How will the actor directly benefit from the project and how will this affect the motivation of the stakeholders?

Matrix of Power / Influence and Interest: This matrix maps stakeholders according to the level of impact they could have on the project when considering the power and influence they have compared to their level of interest in the project through the use of a grid.

This matrix is especially useful for creating a well-informed participation strategy for stakeholders. By placing interested parties in the MPII, it is possible to determine what level of participation is best for each one.

APPENDICES

325

When filling out this matrix, the following questions can be considered: • Intent to participate in accordance with the Project Design: Does the interested actor want to participate or simply need to be informed? How much does the actor need to participate to make the project a success?

• Level of influence on the project for decision making: What is the power and status of the stakeholders in relation to the project? Does the actor have informal influence or personal connections that will affect the project? What power do the actors have over the implementation of the project or over other actors?

• Level of importance for the success of the project: What resources could the actor contribute to the project?

List of actors classified by: 1. Estimated level of power or influence 2. Estimated level of interest

326

A WATER RESILIENCE PLAN FOR THE HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

APPENDICES

327

328

A WATER RESILIENCE PLAN FOR THE HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

With the information that we currently have, we have selected a list of the stakeholders that we consider to have the greatest interest and power in the WRP.

Adapted from Ece Utkucan Anderson, M.Sc. and Barrett C. Brown, Ph.D. Integral Stakeholder Mapping.

APPENDICES

329

Step 4- Determination of the engagement strategy The implementation of an engagement strategy is based on the individual profiles of each stakeholder and is related to the level of interest and influence of each participant. In the method described by Anderson and Brown a â&#x20AC;&#x153;ladder of participationâ&#x20AC;? is proposed, which is a list of options, ordered from lowest to highest level of involvement and responsibility, from the exchange of information (simplest level) to active and active / inclusion-empowerment (more complex level): Participation ladder - Self-empowerment / active inclusion (ownership of the initiative) - Interactive collaboration - Functional participation: Formation of work groups - Participation through material incentives.

- Participation by Consultation - Exchange of information Integral stakeholder profile matrix (top 10)

330

A WATER RESILIENCE PLAN FOR THE HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

The analysis of WRP actors allows us to recognize the importance of each and define their best form of participation. For the case of the WRP it is a continuous process, since new actors will be added and the roles of the current stakeholders throughout the project cycle can change. This mainly responds to the fact that it is a complex project with multiple angles; that the WRP is being defined during a change of municipal, state and federal government, both executive and legislative; and that, in the process of receiving and feedback of ideas, the proponents will enrich the list of actors from their own experience.

The adoption of a comprehensive approach in the analysis of actors allows us a deeper understanding of the system of actors, and promotes a healthier and more effective participation throughout the project.

K.3 Participatory workshops K.3.1 Workshop 1 Workshop 1 was held on September 24, 2018 in the morning at the offices of the Agencia de Resiliencia de la Ciudad de Mexico (ARCDMX) with the following participants:

APPENDICES

331

332

A WATER RESILIENCE PLAN FOR THE HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

The conversation involved all the participants and was generated around the following questions:

• What is the relevant geographical area to do projects that solve the water issue of Xochimilco and why?

• What results should the projects pursue and what are their metrics, to determine their viability?

• Who are the decision makers and what process should be developed with them for the solutions to be carried out?

APPENDICES

333

Conclusions map workshop 1

334

A WATER RESILIENCE PLAN FOR THE HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

K.3.2 Workshop 2 The objective of workshop 2 is the presentation and discussion of the projects received. Nine projects were presented and the dynamics of dialogue focused on sharing the perspectives on which are the most important projects for the Water Plan of the ZP, and which are the most important improvements for these projects.

List of projects presented Proyecto

Ponente

Documento

1. Reforestation of forests, water recharge

Agua Capital

NA

2. Cienega Grande Wetland

Synergy, Agua y Energía

NA

3. Linear wetlands in streets of adjacent settlements

Synergy, Agua y Energía

NA

4. Environmental regeneration of the Tarango micro-basin

Ectágono

PDF y ppt

5. Revaluation intervention

ProNatura

PDF

6. Transition edge

Moisés Vargas

PDF y ppt

7. Reconnection of the Amecameca River with the ZP

Deltares

PDF y ppt

8. Automatic control system for water management (locks, level meters)

UAM

ppt

9. Development of green corridors linear parks, Teutle-Xoch Volcano

Deltares

PDF y ppt

10. Water Lighthouse

Fundación Faena

PDF

11. Sustainable Tepepan

Uexotl A.C.

PDF

12. Agricultural Chultón

Fundación Faena

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13. Xochimilco Ecological Park

Taller 13

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APPENDICES

335

336

A WATER RESILIENCE PLAN FOR THE HERITAGE ZONE OF XOCHIMILCO, TLAHUAC Y MILPA ALTA

K.3.3

Workshop conclusions on proposed projects

• The main characteristics of the project identified were time scale (short, medium and long term), viability (social, technical, legal and financial), scale (regional, local and site), maturity of the project (high / low), relation to climate change, and intrusiveness (very intrusive / not very intrusive).

• The main areas of impact identified were water amount, water quality, water distribution and governance.

• It is of key importance that the projects can be built and start operating in the next 6 years. Otherwise, it is possible that the next government in Mexico City will not commit enough to execute and support the projects if they are not visible within their 6-year mandate.

• The feasibility of some projects was questioned. Some of the workshop participants believe that Cinema Grande could be a complex project due to the variety of pollutants found in urban wastewater, while other participants argue that there are a multitude of successful cases of wetlands that are used for treatment of urban waters around the world. It was considered that the Tarango had a low viability due to the possible difficulty to solve the problem of transferring water physically or “on paper” from Tarango to Xochimilco.

• The discussion on the regional, local or site scale of the projects allowed the participants to understand that the proposed projects should form a balanced portfolio in different scales.

• The projects presented vary widely in their maturity or degree of development of their design. It was found that some projects were incipient designs or, rather, seemed a proposal of ideas to develop, but definitely not proposals mature enough to be close to executable.

• The projects were classifiable by their degree of intrusion, which affects the physical complexity and the difficulty in obtaining public approval for the construction. The projects considered intrusive were green corridors and street wetlands, which would require construction in dense urban areas. The projects that are considered to have a low degree of intrusion are the control system, Cienega Grande and Amecameca River, although the latter could involve construction works in a large number of municipalities in different jurisdictions.

• While costs are a key area of impact, there was not a full discussion on this issue, beyond mentioning that the cost impact of the proposed projects should be evaluated in terms of cost-benefit analysis.

• The two key areas of impact are the quantity and quality of the water.

In terms of water quantity, the most important project is Amecameca, which alone could provide 3 times the amount of water needed to solve the problem. The next one order of magnitude is Cienega Grande, which could also provide enough water to solve the problem.

APPENDICES

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• Regarding water quality, the three key points of intervention are the illegal discharges of domestic wastewater, the agrochemical contamination of the chinampas and the quality of the treated water that is supplied to Xochimilco. The most likely project that will have a very significant impact on this indicator is street wetlands, which, despite its complexity, could solve the problem of urban wastewater discharges.

• Having a lot of good water is not enough. The water must be distributed correctly in the wetlands of the Heritage Zone. Only one of the projects addresses this issue: the control system. This project is an engineering and infrastructure project that is essential for the rest of the projects to be viable and effective, especially if climate change and subsidence change the landscape and conditions in the future.

• Although it is a key area of impact, none of the projects addressed governance directly. It is essential that the project portfolio be enriched with at least one important project that addresses the issue of how to make decisions in complex challenges from the Heritage Zone.

The water system of ZP XTMA has a complex interaction with the immediate surroundings of the ZP and the surroundings of the Valley of Mexico. This water system affects and is affected by other systems such as the following: • Informal urban drainage, particularly that related to areas with informal settlements. These human settlements are informal urbanization, and because they do not have an authorized urban plan, do not have permits for the installation of drinking water infrastructure or drainage, so the cost in welfare for this population is high. At the same time the cost for

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the water system, particularly the canals of the Chinampa zone, is also very high. These informal settlements or slums directly discharge the black water into the channels, contaminating their water with coliforms.

Due to the natural flow of the system, they tend to disperse in all the channels. This has a perverse effect on the perceived value of the production of vegetables of the chinampas, because when exposed to the possibility of contamination of bacteria such as e.colli, the market overreacts negatively to such risk and generates a cascading effect that closes the doors to the most of the vegetables produced in the chinampas to markets of high price or high added value. Reversing this wasted opportunity is one of the key pieces of the regeneration of the chinampas zone, which we will explore later. â&#x20AC;˘ Tourism is another industry that is negatively affected by the destruction and contamination of the water system of the ZP. Pollution, water scarcity and differential subsidence are factors that make the visit to the channels less attractive for tourism, in addition to the fact that the chinampas are abandoned due to their low economic profitability, which makes the tourist visit less attractive. This is a clear example of negative feedback loops, a factor such as pollution and scarcity of water generates negative effects on agriculture and tourism, which in turn reinforce the cycle of water pollution because very few people appreciate its value in the current system and so on. â&#x20AC;˘ Water extraction for urban consumption. Before deciding to use the Xochimilco springs as a source of drinking water for Mexico City, Xochimilco had an abundant supply of clean water, which made this place a natural beauty site for tourism. With the growth of the population in the Valley of Mexico and the poor policies for infrastructure and water consumption, the government felt forced to use the clean water of Xochimilco to meet the needs of the city and return treated water to the channels as a measure to prevent drying. Today the quantity of drinking water for Mexico City is again insufficient for the same reasons as before, bad infrastructure and consumption policies, but the Xochimilco springs in particular, are exploited to their maximum capacity under the current model and cannot be a source of more water for the City or for themselves. â&#x20AC;˘ Wetlands. The lacustrine-agricultural system of XTMA is a human built wetland with a high agricultural productivity and capacity to clean water by passive biological methods at an almost zero operating cost. Also, the Valley of Mexico has water from rainfall that far exceeds the consumption needs of the metropolis settled in this valley. Wetlands constructed for the purpose of remediation of rainwater and human sanitary discharges are a viable alternative to convert this abundance of rainwater into a highly valuable asset, instead of being treated as dirty wastewater that, in addition to not being able to be used for human or productive purposes, pumping it out of the city has a high cost of operation. As a design principle, the wetlands built within ZP are a good alternative for systemic intervention because they simultaneously serve key dimensions of water

APPENDICES

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ecology such as quantity, quality and distribution; of environmental issues as habitat for endemic and migratory species; of social dimensions, such as public parks; and as a productive input for the agricultural, tourism and real estate industry. â&#x20AC;˘ The collaborative research and design process made it clear that in the face of a complex problem such as water plan of XTMA, isolated solutions are unlikely to work, partly because each solution, inherently complex in itself, requires the environmental, social and economic benefits generated by the other solutions, and each solution is negatively affected by the problems that are generated in other areas of the system.

This dilemma is due to the existence of conflicting conditions in many of the functional relationships between projects. A case where this conflict is evident is in the project to bring water from the Amecameca River that would be cleaned by a large constructed wetland before being incorporated into the Xochimilco channel system. However, one of the main sources of water pollution in Xochimilco is the approximately 1,400 sanitary discharges from informal settlements in the southern periphery of the canal zone. A project to incorporate clean water to Xochimilco like Amecameca has a great positive impact, but this will be hindered if the pollution generated by the discharges of informal settlements is not resolved in parallel.

Due to the intricate web of positive and negative relationships that exist between the different projects for the regeneration of the water system of XTMA, we consider that instead of proposing a list of projects vulnerable to the existence or not of other projects, it is better idea propose an integral narrative or system of projects that together solve the whole problem from the beginning.

Each project has a true but partial perspective of the integral solution that the ZP needs. In this sense, a project that can function as a catalyst and integrator of the other essential projects would be the key project with which the regeneration of the ZP can begin.

The relationship between social, environmental and economic systems is inevitable. The design of interventions in the water system has to consider or even take advantage of these three systems. The case of water contamination by sanitary discharges to the Amecameca River or to informal settlements is much more likely to be solved satisfactorily if, in addition to the technological intervention on the water system, a social strategy is implemented with these communities that encourage them to take care of these water bodies.

This social strategy can be empowered through a mechanism that transfers part of the economic value that is generated by the regeneration of the water system of the ZP to the stakeholders that currently destroy value in the zone, thus aligning the interests of all the stakeholders towards a regeneration that is good for everyone.

The categories to propose projects were originally three: Quantity, quality, and distribution. Projects that increase the amount of water in the system, projects that improve the water quality of the system, and projects that make a more

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functional water distribution within the ZP XTMA system. These categories are clear and indispensable; however, they do not cover all the subtle aspects of the human dimension, which clearly is the main factor that positively or negatively affects this water system. After several conversations in the workshops and in the interviews, we decided to add the categories of water culture and water governance. In this context we define culture, as “the way we are used to doing things”, our perceptions and ways of valuing water or not, and the positive or negative effects of a healthy or polluted water system.

Many of the actions that have been taken on the water system of XTMA have to do fundamentally with the way in which we value or not the water itself and its system of relations, such as tourism, migratory birds or chinampa agriculture.

Closely linked to the issue of culture is governance, which we define here as “the structures and processes with which we make and execute collective decisions “, or simply “the way in which the groups decide and execute these decisions”. Traditionally, government, whether municipal, state or federal, is the most common form of governance, but it does not mean that it is the only nor necessarily the best for certain situations. The format of land ownership in the case of chinampas, or the dynamics of informal settlements are two clear examples of governance that function in a gray area that is not formally regulated by conventional government procedures. It is important to recognize that there are these parallel forms of governance in order to better understand the problem and thus be able to design more efficient and more effective interventions.

For the integral narrative or project system, we list below the projects that we consider to be most aligned with the regeneration needs of the water system of the ZP and that have characteristics that complement the other projects and vice versa. The criteria we have used to build this system are the following: • Redundancy: The system has at least 2 projects that perform similar functions and that have different possibilities of failing at the same time; or the project itself has a distributed design that makes it less vulnerable to failures of the entire project.

• Low Seismic vulnerability: the projects are evaluated by risk experts and seismic threats ERN, to determine the changes required to reduce their exposure to risk.

• Mitigation of or adaptation to climate change / drought / flood.

• They are complementary to each other, by themselves they are relatively vulnerable to problems of the XTMA that the project does not solve directly.

• They are designed to start giving results in the short term, that is, during the administration of the new Government of Mexico City.

• They have a high, real and directly measurable impact on the water system of the ZP. The call for project ideas was made in such a way that all kinds of projects that had some short or medium-term impact, and in any area, that had an effect on the XTMA water sub-system could be proposed. This in order to maximize the type of projects. On the other hand, for the first stage of implementation of a system of projects we are giving preference to those that have high impact and begin in the short term.

APPENDICES

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ACKNOWLEDGEMENTS CDMX Resilience Agency

Dr. Arnoldo Matus Kramer CDMX chief Resilience Officer Dra. Pipola Gรณmez Sรกnchez Jessica Hernandez Alvaro Soldevila 100 Resilient Cities

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