Antecedentes

La cuenca del Valle de México es una cuenca cerrada topográficamente, donde tiene asiento la megalópolis de la Ciudad de México. Es la región más poblada del país, con más de 22 millones de personas asentadas en una superficie del orden de 10 000 kilómetros cuadrados, que incluyen a la Ciudad de México en forma total y parcialmente en los estados de México, Hidalgo, Tlaxcala y Puebla. La cuenca está integrada por un centenar de municipios y delegaciones, y donde se genera 22% del Producto Interno Bruto del país.

Debido al carácter de cuenca cerrada, en el siglo XVII se construyó el primer conducto para dar salida a las aguas del Valle, denominado Túnel de Nochistongo, convirtiéndose en el Tajo debido a los derrumbes que se suscitaron. En 1900 se construyó el Gran Canal del Desagüe, con salida de la cuenca a través del Túnel de Tequisquiac, a fin proteger a la población, unos 550 000 habitantes, contra inundaciones. El continuo crecimiento de la población y sus consecuentes problemas de desalojo de agua hicieron necesaria la construcción del drenaje profundo en 1967, sistema cuya ampliación continúa hasta nuestros días con el Túnel Emisor Oriente.

Respecto al abastecimiento de agua y ante el crecimiento de la población, surgió la necesidad de realizar una serie de perforaciones de pozos en las décadas de 1950 y 1960, iniciando así la sobreexplotación de los acuíferos.

Además, se importa agua de otras cuencas (transvases), entre las que se cuenta la proveniente del Valle de Lerma, que inició su operación en 1951, con un caudal de 2.5 m³/s, mismo que proviene de pozos ubicados en aquel Valle. El caudal incrementó con el tiempo, de tal manera que en 1974 se llegaron a importar cerca de 13.0 m³/s. Después de ese año, el caudal bajó de forma paulatina hasta llegar en 1990 a valores cercanos a 4.0 m³/s (123 hm³/año), volumen que se mantiene prácticamente constante hasta la actualidad.

Otra fuente externa es el llamado Sistema Cutzamala, que inició su operación en 1982, con un caudal de 126 hm³/año, incrementado en 1994 a unos 462 hm³/año, aportación proveniente de una serie de presas, esto es, de agua superficial.

Aspectos administrativos

Para administrar los recursos hídricos, la Comisión Nacional del Agua (Conagua) divide la cuenca del Valle de México en siete zonas para las aguas superficiales y otras siete para las aguas subterráneas (Tabla 1), cuyas sumas parciales en ambos casos son sensiblemente las mismas y cuya división geográfica se muestra en la Figura 1 y Figura 2. La población de esta megalópolis se concentra en las zonas administrativas de agua subterránea denominadas Cuautitlán-Pachuca, Texcoco, Chalco-Amecameca y la llamada Zona Metropolitana de la Ciudad de México, donde habita 99% de las personas asentadas en la cuenca del Valle de México (^{Conapo, 2015}).

Figura 1 Zonas administrativas en materia de aguas del subsuelo (acuíferos). 

Figura 2 Zonas administrativas en materia de aguas superficiales (cuencas). 

En este punto conviene recordar que acuífero se define como “cualquier formación geológica o conjunto de formaciones geológicas hidráulicamente conectados entre sí, por las que circulan o se almacenan aguas del subsuelo que pueden ser extraídas para su explotación, uso o aprovechamiento y cuyos límites laterales y verticales se definen convencionalmente para fines de evaluación, manejo y administración de las aguas nacionales del subsuelo” (^{Ley de Aguas Nacionales, 1992}). Lo anterior significa que no necesariamente toda el área administrativa es propiamente acuífero, pues incluyen a las áreas de recarga y en algunas ocasiones sus límites coinciden con divisiones políticas.

Independientemente de la definición de los límites convencionales, las áreas administrativas de aguas subterráneas en que está dividida la Cuenca del Valle de México, son prácticamente independientes entre sí, sólo flujos incipientes entre el acuífero de Cuautitlán-Pachuca comunican con los de Apan y Soltepec, por lo menos así lo demuestra la red de flujo subterráneo obtenida de pozos con una profundidad entre los 100 a 300 m, según se puede ver en la Figura 3 (^{Conagua-Ocavm, 2007}).

Figura 3 Red de flujo subterráneo en la Cuenca del Valle de México. 

Por lo que respecta a la división administrativa de las sub-cuencas de aguas superficiales, es sin lugar a dudas las denominadas de la Ciudad de México, Xochimilco y Río Cuautitlán, donde se concentra la mayor población y las actividades económicas de esta gran región (^{Conagua-Ocavm, 2010a}; ^{Conagua-Ocavm, 2010b}).

Adicionalmente y según la Ley de Aguas Nacionales de 1992, “Cuenca Hidrológica, es la unidad del territorio,… normalmente delimitada por un parteaguas o divisoria de las aguas -aquella línea poligonal formada por los puntos de mayor elevación en dicha unidad,... La cuenca hidrológica conjuntamente con los acuíferos, constituye la unidad de gestión de los recursos hídricos” (^{Ley de Aguas Nacionales, 1992}). Por lo que esta división de cuencas obedece en principio a los parteaguas topográficos superficiales, aunque en algunos casos existe comunicación entre sí, en especial en el Valle de México, debido a la construcción de obras de drenaje que han modificado esta independencia, por lo que desde el punto de vista hidrológico hay que tomar en cuenta estas transferencias al realizar balances hídricos por sub-cuenca.

Para obviar esta situación, en este escrito se hace el análisis del agua superficial para toda la Cuenca del Valle de México y en el caso de las aguas subterráneas, el análisis se hizo por área administrativa, de acuerdo con los estudios realizados por la Dirección Técnica del Organismo de Cuenca Aguas del Valle de México (^{Conagua-Ocavm, 2007}).

Usos del agua

Recarga natural

Escurrimiento superficial por cuenca propia

De la precipitación, una parte escurre superficialmente (escurrimiento directo), otra parte se infiltra, recargando a los acuíferos y el volumen restante se evapora. Para obtener el escurrimiento directo se analizaron los volúmenes aforados a la salida de la cuenca, mismos que se miden en las estaciones hidrométricas 26030 El Salto, 26216 Túnel Nuevo de Tequixquiac, 26007 Tajo de Tequixquiac, 26500 Emisor Requena y 26437 Conejos, cuya localización se muestra en la Figura 4. De los datos de estas estaciones resulta un volumen total anual de 1,781 hm³/año, como promedio en el periodo 1980-2011, valores que se muestran en la Tabla 5 (^{Conagua, 2015}).

Figura 4 Sistema de drenaje a la salida de la Cuenca del Valle de México. 

Al separar el escurrimiento total aforado (1,781 hm³/año), en flujo directo (521 hm³/año) y flujo base (1,260 hm³/año), como un promedio en el periodo mencionado. La componente de flujo base, así calculada, se refiere al de origen subterráneo más los retornos por el drenaje debidos al uso del agua, tanto de origen superficial como subterráneo.

Figura 5 Escurrimientos directo y total a la salida de la cuenca. 

Tabla 5 Volumen aforado a la salida de la Cuenca del Valle de México. 

	E	F	M	A	M	J	J	A	S	O	N	D	Anual
Escurrimiento Total	111	101	130	104	134	177	226	217	209	170	121	81	1,781
Flujo en estiaje	105	105	105	105	105	105	105	105	105	105	105	105	1,260
Escurrimiento Directo	6	-4	25	-1	29	72	121	112	104	65	16	-24	521

Según la tabla anterior, el volumen aforado a la salida de la cuenca, por flujo directo medido en las estaciones hidrométricas, resulta de 521 hm³/año. Al sumar a este volumen la evaporación en la laguna de Tecocomulco, donde sólo se ha tomado el 50% de la evaporación calculada en 2010, al considerar que la otra mitad proviene de agua subterránea, más el volumen usado en la Presa Madín para uso público urbano y el uso agrícola en otras presas, da como resultado un valor de 616 hm³/año, valor muy cercano al obtenido, mediante métodos empíricos en el estudio de disponibilidad (682 hm³/año), como se ve en las Tablas 6 y 7 (^{Conagua-Ocavm, 2010a}; ^{Conagua-Ocavm, 2010b}).

Tabla 6 Resultados del balance de aguas superficiales en la Cuenca del Valle de México. 

Salida de escurrimiento directo medido en estaciones hidrométricas	521
Evaporación en laguna de Tecocomulco	19
Presa Madín aprovechamiento	12
Uso agrícola superficial agua blanca	64
Escurrimiento por cuenca propia (hm3/año)	616

Lo anterior significa que del volumen superficial que se genera en la Cuenca del Valle de México (616 hm³/año), sólo se aprovecha el 15% dentro de la misma cuenca (95 hm³/año), quedando un sobrante de escurrimiento directo que descarga hacia la Cuenca del Río Tula de 521 hm³/año.

De acuerdo con los estudios realizados por la Conagua, el escurrimiento por cuenca propia en la Cuenca del Valle de México que se muestra en la siguiente Tabla 7, se obtuvo mediante métodos empíricos y para cada una de las sub-cuencas administrativas en que se divide la Cuenca del Valle de México, valores que se encuentran publicados en el Diario Oficial de la Federación el 8 de julio de 2011 y el 8 de marzo de 2016 (^{DOF, 2011}; ^{DOF, 2016}).En este caso, el volumen de escurrimiento se calculó mediante los métodos empíricos sugeridos en la NOM-01-Conagua-2015 (^{DOF, 2015b}):

(Volumen anual de escurrimiento natural en la cuenca) = (precipitación anual en la cuenca) *(área de la cuenca)*(Coeficiente de escurrimiento) (1)

En la expresión anterior el coeficiente de escurrimiento es función del tipo y uso de suelo.

Los valores obtenidos con ambas metodologías, coinciden sensiblemente, para el caso de las medidas directas a la salida de la cuenca (616 hm³/año, Tabla 6) y por métodos empíricos (682 hm³/año, Tabla 7), resultando una diferencia de 11%.

Tabla 7 Resultados del cálculo del escurrimiento superficial por métodos indirectos (^{Conagua-OCAVM, 2010a}; ^{Conagua-OCAVM, 2010b}). 

Cuenca hidrológica		Área km2	K	Precipitación anual mm	Coeficiente de escurrimiento	hm3/año
I	Xochimilco	508	0.249	707	0.1231	45
II	Río La compañía	1,167	0.223	681	0.0969	78
III	Tochac-Tecocomulco	1,328	0.219	644	0.0890	77
IV	Río de las Avenidas de Pachuca	2,647	0.228	542	0.0851	124
V	Texcoco	1,399	0.241	580	0.1003	82
VI	Ciudad de México	1,816	0.270	729	0.1440	192
VII	Río Cuautitlán	833	0.241	790	0.1257	84
Cuenca del Valle de México		9,698	0.238	643		682

Con base en lo anterior es posible realizar un balance de aguas superficiales mismo que se muestra en la Figura 6.

Figura 6 Balance hídrico de aguas superficiales. 

El resultado del balance indica que la precipitación menos la evaporación (1,263 hm³/año) constituye el escurrimiento directo (616 hm³/año) más la infiltración o recarga natural a los acuíferos (647 hm³/año), valor este último, que se obtiene más adelante.

Balances hídricos en la cuenca del Valle de México

El balance de aguas subterráneas resulta complejo, ya que el acuífero recibe una recarga natural y una inducida por el uso del agua superficial, subterránea y residual. Como valores iniciales, se tiene que la recarga natural a los acuíferos es de 647 hm³/año, la extracción bruta de aguas subterráneas es de 1,736 hm³/año, quedando un flujo base o de drenaje hacia el río Tula de 1,260 hm³/año. El balance se realizó con el “método de los coeficientes” por aproximaciones sucesivas, verificando el rendimiento específico de los acuíferos y comparando con algunos datos publicados (^{Peña, 2014}; ^{DOF, 2015a}).

Por otra parte, para los principales acuíferos que integran la cuenca, los balances resultan negativos: ZMCM (-147 hm³/año), Cuautitlán-Pachuca (-379 hm³/año), Texcoco (-47 hm³/año) y Chalco-Amecameca (-66 hm³/año). Los tres acuíferos restantes (Apan, Tecocomulco y Soltepec) están en equilibrio y en conjunto representan el 20% del área total de la Cuenca del Valle de México, con una población de tan sólo 250,000 habitantes.

La recarga inducida se calculó considerando un 20% por el uso público urbano y 25% por el uso agrícola, resultando una infiltración inducida al acuífero de 566 hm³/año.

Finalmente, el resultado del balance de aguas subterráneas arroja un valor de 639 hm³/año como minado del acuífero (Tabla 9 y Figura 7), valor que dividido entre el volumen drenado, muestra el 0.13 como coeficiente de almacenamiento o rendimiento específico de los acuíferos, cifra que es acorde con los materiales que se presentan en el subsuelo. Los abatimientos anuales promedio en el periodo 2002-2007 se muestran en la Figura 8.

Figura 7 Balance hídrico de aguas subterráneas. 

Figura 8 Abatimientos del nivel estático observado en la Cuenca del Valle de México. 

De acuerdo con la multicitada norma donde se anota que el retorno al drenaje del uso agrícola es del orden del 80%, el uso púbico urbano de 75% y el industrial 55%. En la Tabla 9 se muestra el balance hídrico, donde el coeficiente aplicado al uso público urbano fue del 51%, valor ajustado para lograr la descarga medida a la salida de la cuenca de 1,260 hm³/año. Bajo esta premisa, los coeficientes son cercanos a los recomendados por la norma, los demás coeficientes no fueron modificados (^{DOF, 2015c}).

Procediendo de esta forma, del volumen bruto de agua usada, es de 2,783 hm³/año, el retorno al drenaje, resulta de 1,260 hm³/año, la infiltración a los acuíferos de 567 hm³/año, por lo que el consumo neto, resulta de 956 hm³/año, este último valor representa el 34% del total del agua usada (Tabla 10).

Cabe aclarar que la descarga al río Tula en época de estiaje es producto de sobrantes del uso del agua exclusivamente (drenaje), debido a que los niveles estáticos del agua subterránea son bastante profundos como para existir una descarga significativa de las aguas subterráneas a los ríos o drenes (flujo base).

El procedimiento utilizado en este análisis consistió en hacer variaciones paramétricas a los coeficientes utilizados, tanto en el balance del acuífero, como de los escurrimientos superficiales, es decir, el análisis es por aproximaciones sucesivas (^{Arcos-Hernández, 2000}).

Conclusiones y recomendaciones

De acuerdo con el balance hídrico mostrado se desprende que del agua superficial generada en la cuenca (616 hm³/año) sólo se aprovecha el 15% dentro de la cuenca (95 hm³/año), quedando un sobrante de escurrimiento directo que se va hacia la Cuenca del Río Tula de 521 hm³/año, como lo muestran las mediciones realizadas en la estaciones hidrométricas a la salida de la cuenca.

Aunque es difícil retener esa agua, es deseable hacer uso de ella dentro de la propia Cuenca del Valle de México, para la recarga de acuíferos o su aprovechamiento, ya que se supone que no están contaminadas. Aunque se requerirían obras para retener esas aguas broncas. Un programa semejante al realizado en el periodo de 1940-1950, con la construcción de una serie de presas en el poniente del Valle, mismas que han sido abandonadas por el crecimiento de la mancha urbana.

El agua que transita por el drenaje, prácticamente con régimen uniforme, alcanza un valor de 1,260 hm³/año, que también escurre hacia la Cuenca del Río Tula. Lo anterior significa que si el minado del acuífero estimado en 639 hm3/año y si se implementa una política de reúso dentro de la cuenca, con su debido tratamiento, es posible disminuir sensiblemente la sobreexplotación de los acuíferos.

Por lo que es necesario implementar un programa intensivo para el reúso del agua, donde el principal usuario sería los propios organismos encargados del abasto a las poblaciones, en el riego de jardines o el uso en establecimientos como los de lavado de vehículos y aún en los usos residenciales. En ambos casos, en esta conclusión y la anterior, será necesario revisar los compromisos aguas abajo y su reprogramación.

El volumen bruto total de agua usada en la Cuenca del Valle de México es de 2,783 hm³/año, de los cuales 1,736 hm³/año provienen de los acuíferos (62%), 462 hm³/año del agua superficial (17%), que incluyen el uso de aguas residuales y los restantes 585 hm³/año de importaciones de otras cuencas (21%).

De este volumen de 2,783 hm³/año, el 77% (2,142 hm³/año) se utiliza en los centros urbanos constituyendo el uso público urbano, agrícola 553 hm³/año (20%) y los restantes 88 hm³/año (3%) se destina a los demás usos (Figuras 9 y 10).

Figura 9 Usos de los recursos hídricos en la Cuenca del Valle de México. 

Figura 10 Origen de los recursos hídricos en la Cuenca del Valle de México. 

Ante esta situación, es necesario realizar acciones encaminadas hacia la disminución del uso público urbano, sin olvidar el uso agrícola, en donde hay que tener cuidado con la venta de derechos cuando los usuarios tengan ahorros.

Visitas recientes a los pozos del ^{Sistema de Aguas de la Ciudad de México (2010)} indican que sólo 13% cuenta con medición, lo que significa que no se tiene la certeza del volumen usado. Por otro lado, en la micromedición existe también una deficiencia importante, de por lo menos un millón de tomas domiciliarias, pues sólo un 65% cuenta con medidor.

Por lo tanto, la medición es una tarea urgente para evaluar las acciones que se implementen o realicen sobre los usos del agua, verificando la eficacia de dichas acciones.

Una de las acciones propuestas más comunes para disminuir el uso del agua en el sector público urbano, se refiere a la disminución de las fugas en la red.

Acción que indudablemente disminuirá la dotación en el sector público urbano, acción que es necesario tomar en cuenta en los balances ya que al mismo tiempo disminuye la recarga inducida al acuífero.

En los balances realizados se han supuesto una serie de coeficientes, lo que hace necesario llegar a cifras más precisas.

Por lo tanto es necesario implementar un sistema de mediciones del escurrimiento del agua y el uso real tanto superficial, subterráneo y residual. En las estaciones hidrométricas instalar sistemas más efectivos que actualmente ya están desarrollados por varias empresas en el mundo (http://www.photrack.ch)

Ante lo expuesto, será posible medir las acciones estructurales, contenidas en la mayoría de los Planes de Manejo, realizados por la Dirección Técnica de la Conagua, para lograr la sustentabilidad del agua, donde figuran tres ejes principales: Recarga de acuíferos, uso eficiente del agua y el reúso del agua y de un análisis costo-eficacia.

Por último, es importante mencionar que los métodos empíricos propuestos por la Norma Oficial Mexicana NOM-011-Conagua-2015 dan resultados bastante certeros, por lo menos en el ejercicio realizado en este caso. Además, el presente escrito muestra una metodología que obtiene la disponibilidad en forma conjunta, de agua superficial y subterránea, que incluye la obtención de los coeficientes de infiltración por aproximaciones sucesivas para la obtención de la infiltración a los acuíferos por el uso del agua.