Alvarado Velázquez Jannice, Mazari Hiriart Marisa, Bonifáz Alfonzo

1er CONGRESO IBEROAMERICANO SOBRE SEDIMENTOS Y ECOLOGÍA
QUERÉTARO, QUERÉTARO MÉXICO, 21-24 JULIO 2015
EVALUACIÓN DE LAS FUENTES POTENCIALES DE CONTAMINACIÓN EN LA CUENCA
DEL RÍO GRANDE DE COMITÁN, CHIAPAS
1
Alvarado Velázquez Jannice, 1Mazari Hiriart Marisa, 2Bonifáz Alfonzo Roberto
1
Laboratorio Nacional de Ciencias de la Sostenibilidad. Circuito exterior s/n anexo al Jardín Botánico Exterior,
Ciudad Universitaria, Coyoacán, 04510, 2Instituto de Geofísica. Investigación Científica, Ciudad Universitaria,
Coyoacán, 04510. Ciudad de México.
janniceal_@hotmail.com, mazari@unam.mx, bonifaz@unam.mx
Introducción
Dentro de una cuenca hidrográfica, se llevan a cabo
actividades productivas que potencialmente pueden modificar
el estado natural de los sistemas acuáticos. Por la forma en que
los compuestos y organismos ingresan en un ambiente, se han
propuesto dos tipos de fuentes potenciales de contaminación:
puntal o difusa. Las fuentes puntuales son fácilmente
identificables, ya que descargan substancias o materiales
desde una tubería o sitios de confinamiento directamente a los
cuerpos de agua, en contraste con las fuentes de
contaminación difusa o no puntual, no son fácilmente
identificables, por lo general, están asociadas al cambio de uso
del suelo, y pueden introducir contaminantes a través de la
escorrentía, mediante el arrastre de compuestos u organismos
que se encuentran en el suelo (Novotny y Olem, 1994; Hill,
2004; Bravo et al., 2013; Carpenter et al., 1998)
La mayor vulnerabilidad a contaminación difusa ocurre en
cuencas con alta precipitación, pendientes elevadas, suelos
principalmente arenosos y sistemas agrícolas intensivos
(Ongley, 1997; Brady y Weil, 1999; Hanson y Trout, 2001).
La suma de estos factores dentro de una cuenca hidrográfica
puede ocasionar un proceso de eutrofización acelerado en
cuerpos de agua reduciendo significativamente su tiempo de
vida (Olof y Rast, 1989), además de originar otros problemas
ambientales derivados de la introducción de contaminantes
provenientes de fuentes difusas.
Dado que la contaminación que resulta de las fuentes puntales
es comparativamente más fácil de regular y controlar, con
frecuencia son las fuentes difusas, la fuente dominante de
contaminación (Bravo et al., 2013). Debido a ello, se reconoce
a la contaminación difusa como la principal causa de
problemas en la disminución de la calidad del agua, tanto en
sistemas de agua superficial como subterránea.
En México no se cuenta con información oficial sobre las
fuentes potenciales de contaminación de los recursos hídricos,
y no se ha determinado cuál es el impacto de las actividades
agropecuarias en los cuerpos de agua. Sin embargo, la
Comisión Nacional del Agua (CONAGUA) reconoce que la
agricultura, la deforestación y un manejo inadecuado de los
residuos sólidos son responsables del 70% de la
contaminación de los recursos hídricos (Pérez-Espejo, 2012).
En este contexto, el estudio de las fuentes potenciales de
contaminación y su efecto en los sistemas acuáticos es
primordial en México, sobre todo en regiones como el estado
de Chiapas, situado en la zona sureste de la República
Mexicana, cuya área alberga el 30% de los recursos
hidrológicos superficiales del país y posee un 51% de terrenos
potencialmente cultivables del total de su territorio (INE,
2000).
Esta investigación fue enfocada específicamente en la cuenca
del Río Grande de Comitán (Figura 1), la cual se localiza al
sureste del estado de Chiapas en la frontera con Guatemala, y
abarca el 8% del territorio del estado (SEMAHAN, 2012).
Dentro de ella se sitúa el Área Natural Protegida “Parque
Nacional Lagunas de Montebello”, con una extensión de 64
km² y es considerada una Región Terrestre Prioritaria para la
Conservación (CONANP, 2007), en el año 2003 fue
nombrado sitio RAMSAR con número de registro 1 325 y
como centro ecoturístico recibe alrededor de 300 000
visitantes al año (Rojas y Vidal, 2008).
El cauce principal de la cuenca es conocido como Río Grande,
el cual fluye de noroeste a suroeste, y es alimentado por el
lago Juznajab, ubicado en la parte alta de la cuenca. A lo largo
de su trayecto el Río Grande recorre zonas agrícolas y
urbanas, hasta desembocar en la zona sureste en el sistema
hidrológico Lagos de Montebello, donde se desarrolla un
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complejo lacustre con alrededor de 50 lagos. Dada esta
condición geológica, en la zona afloran rocas calizas
estratificadas, las cuales se caracterizan por presentar un
proceso de carstificación, es decir, la disolución de los
carbonatos por la actividad química del CO2 presente en el
agua. Lo que resulta en la formación y ampliación de
complejos sistemas subterráneos de cuevas y canales
interconectados que constituyen almacenes y conductos del
agua subterránea (CONANP, 2007; Vásquez y Méndez,
1994).
de material, pozos y norias de extracción de agua subterránea,
drenaje, lagunas de oxidación, cementerios, gasolineras y
sitios de construcción. Cada fuente potencial de
contaminación fue geoposicionada utilizando un GPS Garmin
modelo 60CSx y posteriormente fueron importadas como
capas individuales con proyección UTM y Datum WGS84 a
ArcGIS (10.1). Para realizar los mapas de fuentes de
contaminación difusa (zona urbana y agrícola) se tomó como
base el mapa de uso del suelo y vegetación derivado de la
interpolación de imágenes SPOT 5 (Bonifaz et al., en
preparación).
Dada la heterogeneidad de la cuenca, se consideró necesario
delimitar las subcuencas del Río Grande. Para ello se utilizó
un Modelo Digital de Elevación (DEM), de 15m de resolución
y los datos vectoriales hidrológicos de la cuenca Río Grande,
con escala 1:250 000 (INEGI, 2007). A través de la
superposición de estas capas en el Sistema de Información
Gepgráfica (SIG), se determinaron cinco puntos de
confluencia sobre la corriente principal, y a partir de ellos,
siguiendo las zonas de mayor altitud y tomando en cuenta la
red de drenaje, fueron trazados los parteaguas de nueve
subcuencas en formato shape.
Ilustración N°1. Cuenca del Río Grande de Comitán, Chiapas.
El sistema Lagos de Montebello y el Río Grande de Comitán
han sufrido alteraciones debido a las diferentes descargas de
microorganismos y substancias provenientes de las zonas
urbanas y agrícolas, entre ellos, materia fecal, nutrientes,
plaguicidas, detergentes, sedimentos, plásticos y material
terrígeno que son arrastrados por el sistema lotico Río Grande
hasta los sistemas lenticos de Montebello (CONANP, 2011).
Como consecuencia de ello, desde el año 2003 se ha reportado
un cambio de coloración en algunos lagos en la entrada al
sistema lacustre principlamente (CFE, 2012).
Esta situación ha despertado la necesidad de realizar una
evaluación de las fuentes potenciales de contaminación dentro
de la cuenca del Río Grande, con el fin de identificar y
cuantificar las actividades productivas que pueden afectar los
cuerpos de agua, además de reconocer las zonas prioritarias
para implemetar planes de manejo y conservación adecuados a
estos ecosistemas, con lo cual se puede detener y disminuir la
degradación presente en la cuenca.
Materiales y Métodos
Con el fin de localizar las principales fuentes de
contaminación, se realizaron recorridos en campo dentro de la
cuenca durante los meses de abril y septiembre de 2013. Las
fuentes potenciales de contaminación se clasificaron como
fuentes puntuales, lineales o difusas. La clasificación incluyó
zonas urbanas, zonas agrícolas y pecuarias, industrias, bancos
Posteriormente se determinó la precipitación y la pendiente
para cada subcuenca. El mapa de precipitación se elaboró con
base en la información mensual de 10 estaciones
meteorológicas cercanas a la zona de estudio, con esa
información se calculó el total anual de precipitación del año
2013, y se generó una capa de precipitación media por
subcuenca con análisis estadísticos en ArcGIS. La capa de
pendiente del terreno se calculó utilizando el MDE con la
herramienta slope, también se obtuvo la pendiente media por
subcuenca en ArcGIS.
Con el fin de identificar las subcuencas con mayor potencial
de contaminación, fue necesario calcular la frecuencia, el
porcentaje, o la longitud de cada fuente de contaminación en
cada subcuenca delimitada. Una vez identificadas todas las
variables en cada subcuenca, se realizaron 15 mapas en
formato raster, donde se asignaron clases con valores de uno a
cinco a cada subcuenca dependiendo de la proporción de la
variable, en relación con el valor máximo de la misma.
Finalmente se obtuvo un mapa de contaminación potencial por
subcuenca el cual se obtuvo a través de una sumatoria lineal
ponderada. Para ello cada variable considerada fue evaluada a
través del programa ExpertChoice (11), el cual es una
herramienta de soporte al proceso de toma de decisiones
multiobjetivo basado en el método Proceso Analítico
Jerárquico, (AHP por sus siglas en inglés). El AHP es un
método que ayuda a priorizar factores mediante la
comparación de pares de variables, donde, de acuerdo con el
criterio de expertos, se asignan valores absolutos del uno al
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nueve, lo que representa cuánto más, un elemento domina a
otro (Saaty, 2008). El proceso se llevó de la siguiente forma:
1.
Estructuración
de
un
modelo
jerárquico
(representación del problema mediante asignación de
una meta y criterios).
2.
Comparaciones entre pares de variables con base en
el criterio de expertos.
3.
Evaluación de las variables mediante asignación de
pesos, con un nivel de inconsistencia menor a 0.1.
Los resultados obtenidos del análisis AHP, se promediaron
geométricamente y se incorporaron a las capas raster de cada
variable, y a través de la herramienta “suma ponderada” en
ArcGIS (10.1), se generó un mapa de contaminación potencial
por subcuenca, utilizando la ecuación 1.
Los resultados de precipitación mostraron que la mayor
cantidad de lluvia registrada en el año 2003 se encuentra en la
zona del Sistema Lacustre de Montaña con 2366.94 mm
anuales, y la menor, en la subcuenca Comitán con 763.49 mm
anuales. En este sentido el mayor peso de precipitación se
estableció para el Sistema Lacustre de Montaña, seguido por
el Sistema Lacustre de Planicie y la subcuenca el Triunfo, las
subcuencas Juznajab, Yocnajab el Rosario, La Independencia,
Santa Rita-V. Carranza y La Esperanza se les asignaron un
peso de valor dos y a Comitán un peso de uno por tener la
menor precipitación media anual (Tabla N°1).
Tabla N°1. Precipitación y pendiente media por subcuenca.
Subcuencas
Precipitación
media anual
Peso
(mm)
Pendientes
media
Peso
(°)
Juznajab
980.34
2
11.06
5
Comitán
763.49
1
6.19
3
Yocnajab el Rosario
843.37
2
3.63
2
La Independencia
Santa Rita-V.
Carranza
El Triunfo
1012.02
2
3.88
2
1021.45
2
3.3
1
1184.82
3
5.99
3
Dónde:
S = Valor total de la alternativa (valor de contaminación
potencial)
wi= Peso asignado a la variable i
xi= Valor de la variable i
La Esperanza
Sistema Lacustre de
Planicie
Sistema Lacustre de
Montaña
1098.54
2
1.69
1
1645.81
3
7.36
3
2366.94
5
11.01
5
Resultados
La inclinación del terreno constituye un factor esencial que
controla o interviene con fenómenos de erosión e inestabilidad
de laderas (Oropeza, 2010), En este sentido se consideró el
criterio que a mayor pendiente del terreno se espera mayor
dispersión de sedimentos y contaminantes, dado que existe
mayor posibilidad de escorrentía (Cotler e Iura, 2010; Ongley,
1997). Las pendientes más pronunciadas en la cuenca Río
Grande se encontraron en la subcuenca Juznajab y en el
Sistema Lacustre de Montaña, seguidas por Comitán y el
Sistema Lacustre de Planicie. La zona media y baja de la
cuenca, por donde corre el Río Grande, se caracteriza por
presentar zonas planas o con poca pendiente. Con base en ello
se asignaron pesos a cada subcuenca dependiendo de la
pendiente media registrada (Tabla N°1).
(1)
La cuenca Río Grande de Comitán se dividió en siete
subcuencas y dos sistemas lacustres (Figura 2), los nombres
fueron asignados de acuerdo con los poblados de mayores
dimensiones dentro de cada subcuenca, en el caso de los
sistemas lacustres, los nombres fueron asignados de acuerdo
con la clasificación de los lagos con base en su altitud (Durán,
2013).
Ilustración N°2. Subcuencas que integran la cuenca del Río
Grande de Comitán, Chiapas.
Las fuentes potenciales de contaminación localizadas en la
cuenca Río Grande, durante los recorridos de campo, y su
posterior sobreposición en el SIG se muestran en la tabla 2.
Una vez asignada la proporción de fuentes potenciales de
contaminación difusa en cada subcuenca (Tabla N°3), se
asignaron pesos del uno al cinco a cada una dependiendo de la
presencia de cada fuente contaminante en relación con el valor
máximo de la misma.
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Tabla. N°2 Fuentes potenciales de contaminación puntual en las subcuencas del Río Grande de Comitán, Chiapas.
Drenaje
(km)
Bancos de
material
Hospitales
Industria
Laguna de
oxidación
Actividades
pecuarias
Juznajab
0
2
2
0
0
0
0
0
1
2
Comitán
30.58
5
2
Yocnajab el Rosario
15.35
6
1
4
5
4
0
0
2
6
3
1
0
3
1
2
1
La Independencia
0
4
Santa Rita-V. Carranza
0
0
7
2
0
0
0
1
0
12
2
0
0
0
0
0
1
7
El Triunfo
0
0
3
0
0
0
0
0
1
5
La Esperanza
0
0
2
0
2
0
0
0
0
3
Sistema Lacustre de
Planicie
0
0
4
2
0
0
0
0
1
1
Sistema Lacustre de
Montaña
0
0
1
0
0
0
0
0
0
2
Subcuenca
Cementerios
Sitios de
construcción
Gasolineras
Pozos/
Norias
Tabla N°3. Fuentes potenciales de contaminación difusa en las subcuencas del Río Grande de Comitán, Chiapas.
Subcuenca
Agricultura temporal %
Agricultura riego %
Pastizales %
Área urbana %
Juznajab
26.73
0.46
0.69
0.28
Comitán
25.38
3.77
11.46
21.34
Yocnajab el Rosario
16.16
9.30
40.24
6.42
La Independencia
41.70
12.10
7.05
3.90
Santa Rita-V. Carranza
24.28
8.72
39.77
2.86
El Triunfo
14.04
15.82
17.22
2.96
La Esperanza
45.61
14.54
11.64
3.59
Sistema Lacustre de Planicie
20.05
0.75
5.52
2.43
Sistema Lacustre de Montaña
3.29
0
0.64
1.08
Una vez que se obtuvo el peso por presencia de fuentes
potenciales de contaminación en cada subcuenca, se prosiguió
a ponderar dichas fuentes de contaminación. La ponderación
se realizó a través de un análisis de Proceso Analítico
Jerárquico (AHP por sus siglas en inglés), tomando en cuenta
el criterio de seis especialistas que conocen y han trabajado en
la zona, Dr. Roberto Bonifáz Alfonzo, Dra. Marisa Mazari
Hiriart, Dra. Lucy Mora, M. en C. Patricia Pérez Belmont y
M. en C. Gustavo Pérez Ortíz y el Biól. Erick Hjort Colunga.
Los resultados se muestran en la tabla N°4.
A través de una suma ponderada utilizando los resultados del
análisis AHP y la sobreposición de las capas de precipitación
y pendiente, se obtuvo el mapa de subcuencas potenciales a la
contaminación (Fotografía N°3), donde se identificaron tres
subcuencas que presentaron los valores más altos en cuanto a
potencial de contaminación en la cuenca del Río Grande de
Comitán, las cuales fueron La Independencia, Yocnajab el
Rosario y Comitán.
Tabla N°4. Resultados obtenidos del Proceso Analítico Jerárquico
(AHP).
Fuente potencial de contaminación
Peso
Agricultura de riego
0.170
Agricultura de temporal
0.152
Laguna de oxidación
0.103
Zona Urbana
0.076
Actividades Pecuarias
0.073
Pozos/Norias
0.050
Drenaje
0.047
Industria
0.046
Gasolineras
0.035
Sitios de construcción
0.026
Hospitales
0.025
Bancos de extracción de material
0.022
Cementerios
0.022
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cuanto a la agricultura de temporal lo presentan con mayor
extensión las subcuencas La Esperanza y La Independencia.
Dado que las principales fuentes contaminantes identificadas
dentro de la cuenca del Río Grande, fueron las actividades
agrícolas, éstas representan una presión difusa significativa
sobre la calidad del agua superficial y subterránea, debido a
que la remoción de la vegetación natural y su reemplazo por
campos agrícolas promueve la escorrentía superficial y el
transporte de nutrientes y sedimentos hacia cuerpos de agua,
lo que puede contribuir a la degradación de estos sistemas
(Maillard y Pinheiro, 2008; Tong y Chen, 2002).
Ilustración N°3. Subcuencas potenciales a la contaminación de la
cuenca Río Grande de Comitán, Chiapas.
Discusión
El paisaje en la cuenca del Río Grande se ha modificado en los
últimos 25 años (CONAGUA, 2009), debido principalmente
al crecimiento poblacional, al cambio de uso del suelo, a la
tala y al aumento de zonas agrícolas dentro de la cuenca. Se
sabe que los cambios de uso del suelo proveen beneficios
sociales y económicos, sin embargo, generan costos
ambientales.
El transporte de nutrientes, sedimentos y microorganismos
está estrechamente relacionado con las altas precipitaciones y
la escorrentía, dado que los procesos hidrológicos son el
mecanismo primario de transferencia de la tierra al agua,
(Ongley, 1997) además son acentuados por la presencia de
pendientes pronunciadas, debido a que la inclinación del
terreno constituye un factor esencial que controla o interviene
en la sensibilidad ambiental (Oropeza, 2010), en
consecuencia, los aspectos del control de aportes de diversos
contaminantes deberán estar relacionados con el control de la
escorrentía y la erosión, sobre todo en las subcuencas Juznajab
y el Sistema Lacustre de Montaña, en donde se presentan estas
características.
El mayor número de fuentes potenciales de contaminación
puntual que se identificaron dentro de la cuenca, están
asociadas con las zonas urbanas más grandes, esto es evidente
en las subcuencas de Comitán, La Independencia y Yocnajab
el Rosario.
Las fuentes de contaminación difusa de mayor impacto dentro
de la cuenca, basado en el criterio de los especialistas, a través
del análisis AHP fueron la agricultura de riego y la agricultura
de temporal, a las cuales se les asignaron pesos de 0.170 y
0.152 respectivamente (Tabla N°4). Las prácticas agrícolas
abarcan el 33% de la superficie dentro de la cuenca Río
Grande, donde el mayor porcentaje de área agrícola de riego
está ubicado en las subcuencas El Triunfo y La Esperanza, en
Con base en los resultados las subcuencas con mayor
susceptibilidad a la contaminación son: La Independencia,
Yocnajab el Rosario y Comitán, las cuales pertenecen a la
zona alta y media de la cuenca, por consiguiente se deben
tomar medidas preventivas y correctivas para disminuir la
contaminación de la cuenca baja y el sistema lacustre cuyos
escurrimientos están asociados.
La Independencia fue la subcuenca que obtuvo el valor más
alto, debido a que en ella se presenta el área más grande de
actividad agrícola de temporal y ocupa el segundo lugar de
área agrícola de riego (generalmente más tecnificada y con
mayor uso de agroquímicos), además esta subcuenca también
presentó la mayor presencia de cementerios, pozos y norias,
así como el segundo lugar en presencia de drenaje y bancos de
material.
Yocnajab el Rosario fue la subcuenca con el segundo lugar de
potencial a la contaminación, esta subcuenca forma parte de la
zona urbana de Comitán de Domínguez y en ella se encuentra
la descarga de la laguna de oxidación que pertenece a esta
ciudad, así mismo cuenta con la mayor presencia de
actividades pecuarias, industrias y bancos de extracción de
material, así como el segundo lugar en cuanto a la presencia
de sitios de construcción.
Comitán presentó el tercer lugar en cuanto al potencial de
contaminación, en ella se encuentra la mayor presencia de área
urbana de la cuenca Río Grande, por lo tanto también es la
subcuenca con mayor presencia de drenaje, sitios de
construcción, gasolineras y hospitales, así como el segundo
lugar de ubicación de bancos de extracción de material.
La presencia de las fuentes potenciales de contaminación
dentro de estas tres subcuencas puede ocasionar cambios en la
calidad del agua, lo que podrá afectar a 124 499 habitantes que
habitan en esta zona, los cuales representan el 74% de la
población total que habita en la cuenca.
La evaluación de las fuentes potenciales de contaminación
dentro de la cuenca Río Grande es compleja, se requiere tomar
en cuenta las características del sistema cárstico a detalle, ya
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que la posibilidad de transferencia de contaminantes del suelo
al acuífero es mayor que en sistemas no cársticos. Además es
necesario incluir estudios específicos para cada una de las
fuentes contaminantes, en los que se considere volúmenes de
residuos y almacenamiento, así como el volumen de aporte de
nutrientes y agroquímicos de las zonas agrícolas a los sistemas
acuáticos. Así mismo es importante complementar ésta
información con datos de precipitación más detallados donde
se incluya no solo la frecuencia, si no la intensidad de las
lluvias dentro de la cuenca, ya que de ello depende la mayor
movilidad de contaminantes hacia los sistemas acuáticos.
Conclusiones
Dentro del contexto general de la cuenca del Río Grande es
necesario considerar la diversidad de sus paisajes para adoptar
las prácticas y planes de manejo adecuadas que permitan
disminuir y detener la contaminación proveniente de fuentes
puntuales y difusas en los cuerpos de agua.
El principal agente que impulsa la degradación de la cuenca es
el cambio de uso de suelo, siendo la agricultura la principal
actividad de afectación, dado que desencadena otras
actividades como la tala, la rosa y quema, el uso de
fertilizantes y plaguicidas.
Debido a que el aporte de las fuentes puntuales es
relativamente más fácil de controlar, se deben tomar medidas
para llevar a cabo el manejo de fuentes puntuales, lo que
aplica a gasolineras, industrias y en especial a la descarga de
aguas residuales que proviene de la ciudad de Comitán de
Domínguez y de La Independencia que son los sitios que
cuentan con sistema de drenaje, y del aporte de todas las
localidades que descargan directamente al Río Grande o
cuentan con fosas sépticas.
En este trabajo se propone una herramienta para la toma de
decisiones en la cuenca Río Grande, ya que ofrece una visión
espacial de las zonas con mayor número de fuentes de
contaminación, las cuales afectan potencialmente a los
sistemas acuáticos.
El uso de SIG resultó ser un instrumento útil para abordar el
tema de fuentes potenciales de contaminación, dado que
provee una visión espacial sobre la distribución de dichas
fuentes, sin embargo se recomienda incluir en estudios
posteriores datos de calidad del agua, así como el volumen de
las descargas a los cuerpos de agua provenientes de fuentes
puntuales, sobre todo de los sitios de tratamiento de aguas
residuales, con el fin de integrar diversos análisis que den
información más detallada.
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