importancia de los aspectos hidrológicos en la planeación urbana

Auge21: Revista de Difusión Científica Año 5/No. I/ Enero-Junio/ 2010 ISSN: 1870-8773

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Importancia de los aspectos hidrológicos en la planeación urbana

Gleason Espíndola, José Arturo *, Acosta Gurrola Mireya **, Peregrina Lucano Alejandro

Aaron*** Resumen En primer término, se hace una exposición de conceptos básicos de la hidrología, destacando el funcionamiento del ciclo hidrológico con sus respectivas variables. En segundo término, se hace un análisis de la modificación del ciclo hidrológico por la urbanización desordenada donde se muestra el aumento significativo del escurrimiento superficial en las cuencas urbanas, la disminución de los caudales de infiltración y el impacto en la evapotranspiración y se muestran los principales problemas. En el siguiente apartado se proponen estrategias para implementar una planeación urbana que considere los aspectos hidrológicos. First of all, there is an exposition of the basics concepts of hydrology, emphasizing the functioning of hydrological cycle with its respective variables. Secondly, an analysis of the modification of the hydrological cycle by the urban sprawl which shows the significant increase of runoff in urban watersheds, reduced infiltration flows and the impact on evapo-transpiration and displayed major problems. In the next section proposes strategies to implement an urban planning that considers the hydrological aspects. * Centro Universitario de Arte Arquitectura y Diseño de la Universidad de Guadalajara. Calzada Independencia Norte 5075 Huentitan El Bajo S.H. C.P. 44250 Tel. (33) 31-88-80-33. Guadalajara, Jalisco [email protected] ** Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenierías de la Universidad de Guadalajara. Blvd. Marcelino García Barragán 1421, esq. Calzada Olímpica C.P. 44430 Tel. (33) 13-78-59-00. Guadalajara, Jalisco, México [email protected] *** Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenierías de la Universidad de Guadalajara. Blvd. Marcelino García Barragán 1421, esq. Calzada Olímpica C.P. 44430 Tel. (33) 13-78-59-00. Guadalajara, Jalisco, México [email protected]


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Introducción Durante los últimos hemos observado con las lluvias en el globo han afectado y están afectando los centros de población. En el pasado temporal 2010 fue evidente el daño que hubo en varias regiones de México, por mencionarlos, destaca el caso de la ciudad de Monterrey y sus alrededores en el mes de julio. Esta situación plantea la necesidad de ponderar con mayor profundidad los aspectos hidrológicos en el proceso de la planeación urbana. Se ha visto, que el desconocimiento del funcionamiento del ciclo hidrológico, ó su deliberada violación, han provocado desastres graves en los diferentes centros poblacionales. De tal manera, es necesario conocer con mayor profundidad los principios generales que rigen el comportamiento del agua en el medio ambiente para que en el proceso de planeación urbana se consideren y puedan construirse obras que se vinculen con el entorno de manera apropiada.

I. Funcionamiento del ciclo hidrológico

I. 1 Definición del ciclo hidrológico Para comenzar, es necesario conocer los conceptos básicos que rigen el funcionamiento del agua en la Tierra. El primer concepto importante a definir es el del ciclo hidrológico. Entendemos por ciclo hidrológico como el movimiento general del agua, ascendente por evaporación y descendiente primero por las precipitaciones y después en forma de escorrentía superficial y subterránea.

Fuente: Energía y ambiente

Figura 1. Ciclo hidrológico

La ciencia que estudia el ciclo hidrológico se llama Hidrología. Se entiende por Hidrología a la ciencia que se dedica al estudio de la distribución y las propiedades del agua de la atmósfera y la superficie terrestre. Esto incluye las precipitaciones, la escorrentía, la humedad del suelo, la evapotranspiración, el agua subterránea y el equilibrio de las masas glaciares.


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I. 2 Cuenca hidrográfica El lugar donde se lleva a cabo el ciclo hidrológico es la cuenca, es en ella donde se desarrolla la vida, por ello toma una importancia estratégica para entender el funcionamiento del agua en el medio ambiente. Entendemos por cuenca, el territorio drenado por un único sistema de drenaje natural, es decir, que drena sus aguas al mar a través de un único río, o que vierte sus aguas a un único lago endorreico. Una cuenca hidrográfica es delimitada por la línea de las cumbres, también llamada divisoria de agua ó parteaguas. En la figura 2 podemos observar el esquema de una cuenca en tres dimensiones y en corte.

Figura 2. Cuenca hidrológica

I. 3 Variables del ciclo hidrológico

I. 3.1 Balance hídrico Antes de enunciar las partes del ciclo hidrológico es necesario definir un concepto clave denominado balance hídrico, su papel en el manejo de cuenca cobra relevancia porque nos da una clara idea de la distribución del agua en determinados sitios. El balance hídrico se define como la diferencia entre el agua que entra y el agua que sale de una cuenca particular o de un área de captación. A continuación se muestra su fórmula:

S = P + I - E - O +/- U

Donde:

S: Cambio en el almacenamiento (superficial y subsuperficial) P: Precipitación total

I: Superficie que recibe flujo (si la hubiera) E: Evapotraspiración O: Superficie de salida de flujo U: Flujo subsuperficial


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Cuando una cuenca en estado natural es alterada por la modificación de los cauces, impermeabilización, o los cambios climáticos, el balance hídrico cambiará. Por lo tanto es necesario obtener un cálculo del balance hídrico antes de comenzar a planear, considerándolo en la cuenca en estado natural y cuando sea modificada.

I. 3.2 Evaporación La evaporación es el proceso por el cual el agua pasa del estado líquido o sólido en que se encuentra en los almacenamientos, conducciones y en el suelo, en las capas cercanas a sus superficie, a estado gaseoso y se transfiere a la atmósfera.

Otro concepto ligado a la evaporación es la transpiración que es el agua que se despide en forma de vapor por las hojas de las plantas. Esta agua es tomada por las plantas naturalmente del suelo. Y de los dos conceptos anteriores surge otro concepto denominado evapotranspiración que es la combinación de ambos. Se produce evaporación desde: a) La superficie del suelo y la vegetación inmediatamente después de la precipitación. b) Desde las superficies de agua (ríos, lagos y embalses). c) Desde el suelo, agua infiltrada que se evapora desde la parte más superficial del suelo.

I 3.3 Condensación En este proceso solo mencionaremos que la condensación es el paso de la fase de vapor a la fase líquida.

I 3.4 Precipitación Precipitación es el agua que recibe la superficie terrestre en cualquier estado físico, proveniente de la atmósfera. La precipitación es uno de los factores que se debe analizar para definir si es o no factible realizar obras de captación. Para un planificador en captación de agua de lluvia, la tarea más difícil es seleccionar el diseño apropiado de acuerdo a la lluvia. Los datos importantes se obtienen de las estaciones meteorológicas que cuenten con datos de precipitación de por lo menos diez años. Aunque ahora hay que considerar que el cambio está impactando el comportamiento de las precipitaciones, esto se verá con más detenimiento más adelante.

El estudio de las precipitaciones es básico dentro de cualquier estudio hidrológico regional, para cuantificar los recursos hídricos, puesto que constituye la principal entrada de agua a una cuenca; otra entrada que se debe contemplar es la aportación de cuencas vecinas. La precipitación también es fundamental en la previsión de avenidas, diseño de obras públicas, estudios de erosión, etc.

I. 3.5 Infiltración La infiltración es el proceso por el cual el agua penetra desde la superficie del terreno hacia el suelo. En una primera etapa satisface la deficiencia de humedad del suelo en una zona


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cercana a la superficie, y posteriormente superado cierto nivel de humedad, pasa a formar parte del agua subterránea, saturando los espacios vacíos.

La cantidad máxima de agua que puede absorber un suelo en determinadas condiciones se llama capacidad de infiltración. Durante una tormenta sólo se satisface la capacidad de infiltración mientras ocurre la lluvia en exceso. La capacidad de infiltración es la velocidad máxima con que el agua penetra en el suelo. La capacidad de infiltración depende de muchos factores; un suelo desagregado y permeable tendrá una capacidad de infiltración mayor que un suelo arcilloso y compacto

I. 3.6 Escurrimiento Se define como el agua proveniente de la precipitación que circula sobre o bajo la superficie terrestre y que llega a una corriente para finalmente ser drenada hasta la salida de la cuenca. El proveniente de la precipitación que llega hasta la superficie terrestre – una vez que una parte ha sido interceptada y evaporada- sigue diversos caminos hasta llegar a la salida de la cuenca. Conviene dividir estos caminos en tres: escurrimiento superficial, escurrimiento subsuperficial y escurrimiento subterráneo.

El escurrimiento considerado como gasto o caudal, es la relación que existe entre el volumen circulante en una unidad de tiempo. Una vez que la precipitación alcanza la superficie del suelo, se infiltra hasta que las capas superiores del mismo se saturan. Posteriormente, se comienzan a llenar las depresiones del terreno, y al mismo tiempo, el agua comienza a escurrir sobre la superficie.

El escurrimiento es uno de los puntos más importantes a considerar en la planeación urbana ya que representa uno de los principales riesgos para la seguridad de los centros de población. Se debe considerar que la afectación de estos escurrimientos dependerá de la cantidad de agua que se precipite, la configuración topográfica del sitio además del tipo de suelo y el uso que se le dé.

I. 3.7 Proceso integral del ciclo hidrológico en la cuenca Después de haber visto cada una de las variables del ciclo hidrológico, es muy importante tener en claro su interdependencia. Uno de los enfoques primordiales que debe tomarse en cuenta en la planeación urbana, es precisamente, no aislar cada una de las variables, en el momento de planear sino tener una comprensión integral de todo el proceso del comportamiento del agua. Por ejemplo si la superficie de infiltración es cubierta con concreto, disminuirá el volumen de agua de infiltración y aumentará el escurrimiento. Cada una de las variables requiere un estudio detenido para luego integrarlas y conformar una visión global del comportamiento del ciclo en la cuenca donde se pretende realizar los proyectos urbano. En la figura 3 se puede observar la integración de las variables del ciclo.


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Fuente: Augusto Cissa Camargo

Figura 3. Variables del ciclo hidrológico integradas

I. 3.8 Impactos del cambio climático en la hidrología El cambio climático junto con otros cambios causados por el hombre, que constituyen el llamado cambio global, puede ocasionar impactos muy importantes sobre la hidrología y la disponibilidad de recursos hídricos, que se traducen en modificación de la escorrentía superficial y de la recarga de los acuíferos (Sahuquillo et al, 2010).

El Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA) establece que el cambio climático previsto a lo largo del siglo próximo dará lugar a una intensificación del ciclo hidrológico mundial y que tiene un impacto significativo en los recursos hídricos regionales a través de cambios en las precipitaciones, la evaporación y la temperatura.

La presión sobre los recursos hídricos es elevada en la mayoría de los países en desarrollo, el consenso científico actual, es que en esas zonas del mundo que ya están experimentando presiones sobre el agua, también existe la probabilidad de que se incremente con los cambios climáticos. El cambio climático es también probable que lleve a aumentar la magnitud y la frecuencia de los desastres relacionados con las precipitaciones, como inundaciones, aludes de lodo, tifones y ciclones.

Los flujos de los ríos tienden a disminuir en períodos de bajo caudal, como resultado de una mayor evaporación, y los escurrimientos aumentan con eventos lluviosos altos y desbordamientos de las aguas residuales, las cuales disminuyen la calidad del agua. Por el aumento de las temperaturas y los cambios en las precipitaciones se prevé una aceleración de la retirada y la pérdida de los glaciares, que repercuten en el calendario de los regímenes de caudal de los ríos aguas abajo y por lo tanto la agricultura.

Un clima más cálido también dará lugar a una elevación en el nivel del mar que tendrá graves

repercusiones sobre las zonas costeras, estuarios, deltas de ríos e islas. Las densamente pobladas zonas bajas donde los glaciares alimentan las cuencas hidrográficas y las zonas semi-áridas del mundo en desarrollo, que ya son pobres y se enfrentan a la gestión de los recursos hídricos y los principales problemas de seguridad alimentaria, es probable que sean los más gravemente afectados por el cambio del clima en curso.

Según declara el Instituto Mexicano de Tecnología del Agua (IMTA): Los

resultados de los modelos climáticos reportados por el IPCC indican una variación en la temperatura y precipitación, los cuales producirán cambios en la disponibilidad del agua a nivel de cuenca, por lo tanto es necesario analizar las afectaciones de los cambios en los


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regímenes de precipitación, escurrimiento, requerimientos para los usos agrícola, urbano e industrial, y sobre los procesos medio ambientales en los ríos, lagos y lagunas costeras.

El IMTA establece también que los principales elementos que pueden sufrir impactos por efecto del cambio climático: • Zona o cuenca de captación de lluvia, escurrimiento e infiltración, • Morfología y topología del cauce principal (control de avenidas), • Almacenamiento de agua (disponibilidad volumétrica y temporal), • Demanda de usuarios directos e indirectos (agricultura, consumo humano e industrial, generación de energía eléctrica, recreativo, pesca, medio ambiente, control de avenidas, etc.), • Zona regable (cambios en el ciclo fenológico del cultivo y régimen e intensidad de la precipitación en la zona regable), • Drenaje de la zona regable y periodos e intensidad de los derrames de la presa de almacenamiento, • Ecosistemas existentes aguas abajo de los drenes agrícolas (ríos, lagos, lagunas costeras o estuarios, entre otros)

La necesidad de adaptación es urgente ante este panorama tan cambiante, además de que es costosa y requiere cambios a las políticas públicas. Uno de los aspectos a considerar en este proceso son todos estos impactos en el ciclo hidrológico y su relación con la planeación urbana. Esta situación necesita ser estudiada con mayor detenimiento a fin de modificar criterios en los cálculos hidrológicos así como su nuevo impacto en la planeación urbana.

II. Problemática hidrológica en las cuencas urbanas Al modificarse el ciclo hidrológico cuando el funcionamiento hidrológico es modificado en la cuenca se producen varios estragos en los centros de población. Dentro de los más importantes destacan las inundaciones, las grandes avenidas de agua que arrasan con todo lo que encuentran a su paso, la erosión del suelo, el deterioro a la salud por la inundación de aguas combinadas (aguas negras y pluviales), la contaminación de los mantos acuíferos por el ingreso de las mismas y la disminución en la infiltración y por lo tanto en la disponibilidad de agua subterránea.

La manera en que el ciclo hidrológico ha sido modificado en los centros urbanos refleja el desdeño que hubo por el conocimiento del mismo y sus consecuencias negativas. En la figura 4. Podemos observar el cambio que hubo en los porcentajes de las variables del ciclo hidrológico cuando se urbanizan las cuencas. En la figura 4a se observa que en la distribución del agua sobre una cuenca en condiciones naturales el mayor volumen lo tiene


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la infiltración, pero cuando se modifican las condiciones de la cuenca con la urbanización, la infiltración se dispara reduciéndose hasta cinco veces más que en condiciones naturales, afectando sensiblemente a la infiltración somera y profunda.

Por lo tanto, la inundación es una de las señales más cotidianas en las cuencas

urbanas con sus respectivos efectos colaterales. Lo anterior también se puede describir de manera gráfica a través de un hidrograma (relación entre tiempo y escurrimiento). Al presentarse una precipitación se produce un escurrimiento ( Q )en función del tiempo ( T ). En las figuras 5 y 6 podemos observar dos escenarios.

El primer escenario (figura 5) describe el ascenso del escurrimiento hasta un punto máximo (punto pico) desde donde desciende el escurrimiento al dejar de llover. En el segundo (figura 6) se observa que el pico se alcanza en menos tiempo y su elevación es mayor que en el escenario anterior, lo cual representa a una cantidad de agua (área roja bajo la curva) que escurre en poco tiempo. Esta situación provoca inundaciones y grandes avenidas de aguas que causan daños importantes a la población.


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De esta manera se describe cómo al disminuir las áreas permeables, el escurrimiento aumenta y el tiempo de concentración desciende. A continuación se observan unas fotos (figura 7 a y b) de las inundaciones más comunes en los centros urbanos.

a) Sanitario inundado b) Avenida inundada

Fuente: periódico Mural (2003) Fuente: periódico la Jornada (2008)

Figura 7. Inundaciones en zonas urbanas

Las cuencas urbanas se caracterizan por tener pocas áreas permeables, poca vegetación, y ser más susceptibles a la contaminación. Este es el resultado de una urbanización que no contempla los aspectos hidrológicos de la cuenca, que no mide el balance hídrico, que subestima el impacto de los escurrimientos, y deja de lado la importancia de la infiltración como una parte medular del ciclo hidrológico. La concepción de ver a la planeación como un instrumento de urbanización simplemente, sin darle la real importancia a los aspectos hidrológicos debe cambiar. La situación actual y la que se presente en el futuro por el cambio climático, invita al estudio a profundidad de la hidrología de las cuencas y su relación intrínseca con la planeación urbana.

III. La planeación urbana y el ciclo hidrológico El Código urbano del estado de Jalisco (2008) establece que la planeación urbana es el conjunto de herramientas de las que dispone la autoridad para imprimirle racionalidad al proceso de desarrollo de los centros de población, propiciando mediante el ordenamiento del territorio y la programación de acciones estratégicas, un sistema urbano más equilibrado, eficiente y competitivo, orientado a mejorar el nivel de vida de sus habitantes. Además se establece que el programa municipal de desarrollo urbano tiene como objetivos: a) Regular y ordenar los asentamientos humanos con la finalidad de mejorar el nivel de vida de la población, mediante la optimización del uso y destino del suelo; b) Vincular los ordenamientos ecológicos y territoriales. En este último objetivo la palabra clave es vinculación. Es aquí donde esta vinculación tiene que ser fortalecida para lograr un crecimiento ordenado, además que es necesario conocer otros enfoques que se adapten a las disposiciones establecidas en el marco normativo de la planeación urbana.


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El proceso de planeación urbana debe contemplar estudios sobre el balance hídrico para determinar el grado de modificación de los porcentajes de distribución de las variables del ciclo hidrológico, y así obtener un diagnóstico de la modificación del ciclo. Las estrategias las podemos contemplar en tres áreas; de restauradoras, de protección, de adaptación. Las primeras consisten en evaluar primeramente el daño al ciclo, y buscar su pronta rehabilitación en la medida de lo posible dependiendo el daño. Las segundas contemplan proteger las fuentes superficiales y las zonas de recarga. Debe existir una política de protección de las fuentes de suministro para garantizar el servicio de la población. En tercer término, las acciones de adaptación que permitan ante las actuales y futuras circunstancias, ajustarse planeando los espacios urbanos con políticas que faciliten el buen funcionamiento del agua en la naturaleza. En el siguiente apartado se hablará de un enfoque de adaptación llamado diseño urbano sensible al agua.

El espíritu de estas acciones, emana de la conciencia plena de la necesidad de que el ciclo hidrológico tenga un funcionamiento adecuado. Lamentablemente en nuestro país, estas acciones en papel están contempladas, pero a la hora de la ejecución no son tomadas en cuenta.

IV. Diseño Urbano sensible al agua Este concepto tiene sus orígenes en Australia, a raíz de la fuerte escasez del vital líquido que enfrentan en aquella latitud del mundo. Como una alternativa de aprovechamiento y manejo de los escurrimientos, el diseño urbano sensible al agua (DUSA) se convierte en una herramienta fundamental para el proceso de planeación, la cual es importante a considerar para realizar un planteamiento adaptado a la realidad local.

El DUSA ofrece una alternativa al enfoque tradicional de manejo de aguas pluviales. Es una filosofía que busca mitigar los impactos ambientales particularmente en la cantidad y calidad de agua y manejar los cursos de agua convencionalmente asociados a la urbanización. De esta manera este enfoque incorpora medidas holísticas de manejo que son tomadas en cuenta en la planeación y diseño urbanos, en los servicios sociales y ambientales de paisaje urbano y el manejo de aguas pluviales; las cuales están integradas a la conducción de las aguas pluviales para reducir los picos en flujos, proteger los sistemas naturales y la calidad de agua, el re-uso del agua pluvial y la conservación del paisaje. En la figura 8 se puede observar los puntos que conforman este enfoque.


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Fuente: http://www.wsud.org/:

Figura 8. Diseño Urbano Sensible al agua En el punto 1) el agua de lluvia es captada en las casas. En el punto 2, 3 y 4 el agua que no ha sido captada en los tanques, es canalizada a canales empastados llamados swales (Ver figura 9). Estos últimos son canalizados a otros swales ubicados en los camellones (punto 5) para después por gravedad los escurrimientos sean conducidos a las partes bajas y de ahí a los ríos. (puntos 6 y 8)

El enfoque principal del DUSA es ir aprovechando y regulando los escurrimientos con el fin de tener una distribución del agua más amplia y no concentrar en las partes bajas en poco tiempo, sin olvidar que en su camino se puede aprovechar. En la figura 10 se puede


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apreciar el trayecto del agua pluvial en un desarrollo. Se capta en las viviendas, enseguida en los jardines, para después captarse y conducirse hacia estanques o vasos reguladores.

Fuente: http://www.wsud.org/

Figura 10 Trayecto del agua con el enfoque del DUSA Conclusiones Es necesario conocer los conceptos básicos de la hidrología para llevar a cabo un proceso de planeación urbana que esté acorde al funcionamiento del ciclo hidrológico, el ignorarlo repercute en graves daños a la naturaleza y los seres humanos. Se ha podido comprobar que el planear en los centros urbanos sin considerar los aspectos hidrológicos, la distribución del agua según las variables del ciclo hidrológico ha cambiado teniendo su impacto más significativo en los escurrimientos. Esta situación a puesto a las ciudades a un grado de vulnerabilidad hídrica muy alto. Por un lado existe escasez y por otro, inundaciones, aunado a esto, los impactos del cambio climático, los cuales plantean nuevos desafíos para el manejo del agua en cuencas urbanas. La capacitación y la actualización de los temas hidrológicos es necesaria para los planeadores de las ciudades, por lo tanto debe estudiarse con bastante detenimiento esta materia. El DUSA, como se vio es un enfoque alternativo para la planeación que considera los aspectos hidrológicos desde la perspectiva de la retención, regulación y aprovechamiento. Es necesario darle la importancia a los aspectos hidrológicos en la planeación urbana e incorporar nuevos enfoques en el manejo del agua en las cuencas urbanas, el no hacerlo, provocará más daños de los que ya se están enfrentando y la resolución de los mismos será más difícil.


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importancia de los aspectos hidrológicos en la planeación urbana

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