Actualmente, tanto la actividad económica como el desarrollo social en muchas regiones del mundo, se ven limitadas por la disponibilidad de agua. Dado que esta se utiliza de manera directa o indirecta en cualquier proceso o actividad humana, se hace evidente una mayor competencia entre los usuarios y una baja disponibilidad de este vital recurso, problemática cuyo origen no solo se debe a su escasez, sino también a su mal manejo. Dicha situación se convierte en un desafío mundial (Guzmán-Soria et al., 2009; Llamas, Aldaya, Garrido, & López-Gunn, 2009; Barrionuevo & Feler, 2014).

La sobreexplotación del vital líquido en un territorio, ante su creciente demanda, ha disminuido la disponibilidad del recurso más allá de la capacidad de recarga de los sistemas hídricos, lo que ha afectado a especies animales y vegetales ante las transformaciones de los ecosistemas, y ha causado daños irreversibles en los mismos (Instituto Nacional de Ecología [INE], 2005). En consecuencia, se genera una lucha por el recurso, que presenta un estrés hídrico; es decir, su disponibilidad es cada vez menor y más vulnerable, lo que pone en riesgo la vida en el planeta.

En México, la disponibilidad media de agua por habitante ha ido disminuyendo. En 1950, se contaba con 18 035 m³; para el año 2000, fue de 4900 m³; en el 2004, de 4547 m³; en el 2010, de 4090 m³; en el 2013, de 3982 m³; y se estima que para el 2025, descienda hasta 3822 m³/hab/año (Carabias, Collado, Martínez, & Landa, 2005; Comisión Nacional del Agua [Conagua], 2014b). La recarga media de los acuíferos es de 77 km³, y se estima un aprovechamiento de 27,4 km³/año. Es importante destacar que alrededor del 35% de agua que se extrae es de origen subterránea y, aproximadamente, el 55% se extrae de acuíferos sobreexplotados. Con esta agua se atiende a más de dos tercios de la población y se abastece, en una tercera parte, a la superficie total irrigada. De igual manera, es utilizada para diversas actividades: 77% para usos agropecuarios, 13% para abastecimiento público y 10% para la actividad industrial (Conagua, 2014a).

Es evidente que la disponibilidad de agua subterránea es un tema crítico en el mundo, además de otros factores que influyen en su agotamiento como la contaminación, los cambios de uso de suelo y la pérdida de zonas de recarga. De acuerdo con los resultados de estudios recientes, se define si los acuíferos se convierten en sobreexplotados o si dejan de serlo, en función de la relación extracción/recarga; es decir, el cambio en el volumen de los caudales y su dinámica de abastecimiento (INE, 2005; Conagua, 2014b).

En este sentido, México presenta una crisis de sobreexplotación de sus acuíferos. En 1975, existían un total de 653 acuíferos, de los cuales 32 eran sobreexplotados; 80 en 1985, 101 en el 2008 y, actualmente, son 106 (Conagua, 2014a). La reserva de agua subterránea del país se está minando a un ritmo de casi 6 km³ por año. De tal manera que la sobreexplotación de los acuíferos es uno de los problemas más importantes para el manejo de agua subterránea (Gutiérrez-Carrillo, Palacios-Vélez, Peña-Díaz, & Palacios-Vélez, O., 2002). Además, hay ineficiencia en el uso del recurso, principalmente en el sector agropecuario, en el cual se pierde cerca del 60%, particularmente durante la conducción (Carabias et al., 2005).

El Acuífero del Valle de Tecamachalco (AVT) pertenece a la Región Hidrológica IV Balsas, una de las más importantes de México ya que alberga a los estados con mayor población del centro del país. En 2002, el acuífero presentaba un déficit de agua de -32 091 151 millones de metros cúbicos anuales (-32 091 151 hm³); para el 2013, este incrementó a -46 779 564 millones de metros cúbicos anuales (-46 779 564 hm³); y, actualmente, es de -49 102 251 millones de metros cúbicos anuales (-49 102 251 hm³), mientras que la recarga media anual es de 157,1 millones de m³ (157,1 hm³). (Conagua, 2003, 2009; Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales [Semarnat], 2011, 2015). Actualmente se ha decretado, casi en su totalidad, en veda y no hay autorización para la perforación de nuevos pozos. Sin embargo, el problema persiste, aunado a la contaminación ocasionada por descargas de aguas residuales de algunas industrias instaladas en la zona, además de las aguas residuales domiciliarias, que se vierten a barrancas y generan contaminación de los mantos freáticos.

Para cumplir con el objetivo de analizar la distribución geoespacial de los aprovechamientos de agua subterránea del Acuífero del Valle de Tecamachalco, Puebla, México, se identificaron zonas de mayor concentración de aprovechamientos hídricos, y, con ello, zonas de mayor intensidad del uso del agua subterránea. Se definieron patrones geoespaciales a partir de la determinación de la densidad Kernel de los pozos profundos ubicados en la zona de estudio, para evidenciar la diferenciación geográfica de los aprovechamientos en el AVT y la representación espacial de las variaciones de la densidad de los mismos. El método de Kernel se aplicó con sistemas de información geográfica (SIG), dado que son de gran utilidad para el análisis del territorio por medio de la observación espacial, que permite identificar componentes del territorio y su funcionalidad para representar el comportamiento de un determinado fenómeno. En el estudio se enfatizó en la importancia del agua como uno de los recursos naturales más importantes para la vida, el cual es fundamental para el desarrollo de una sociedad, aun cuando sus fuentes de abastecimiento, como los acuíferos, se encuentran seriamente deterioradas (Conagua, 2014a).

La presente investigación se centró en el registro de datos de aprovechamientos de agua subterránea (pozos profundos), de 1994 a 2014, del Registro Público de Derechos de Agua y su localizador (ambos de la Conagua), que contienen información de los pozos ubicados en todo el país. En la figura 2 se puede observar la ubicación de los pozos profundos del estado de Puebla, aunque geográficamente algunos de ellos no correspondan a este, ya que sus coordenadas los ubican en otros estados de la república e inclusive en el Golfo de México y en el Océano Pacífico. Esta situación también se presenta en el resto de la información del país, al existir una discrepancia entre los datos y las bases de datos de la misma Conagua.

Figura 2. Figura 2. Localización de aprovechamientos de agua subterránea con datos del Repda y Locrepda en el estado de Puebla, y estimación de densidad Kernel para el estado de Puebla. Fuente: elaboración propia con información del Repda de la Conagua

Derivados de la estimación de densidad Kernel, los aprovechamientos de agua subterránea en todo el estado de Puebla muestran el patrón de distribución geográfico de mayor densidad hacia el centro del estado, que corresponde al área de influencia del Acuífero del Valle de Puebla, el cual concentra a los municipios de mayor población (municipio de Puebla con 1 539 819, San Martín Texmelucan con 141 112 habitantes, San Pedro Cholula con 120 459 habitantes, y San Andrés Cholula con 100 439 habitantes). Lo mismo ocurre con el Acuífero de Izúcar de Matamoros, cuyos principales centros de población son Atlixco, con 127 062 habitantes; e Izúcar de Matamoros, con 72 799. (Inegi, 2010), que en total representan el 36% de la población total del estado de Puebla. Aun cuando existen otras áreas, como la mixteca, donde se hace notable el incremento del uso del agua subterránea, se evidencia una alta presión sobre el agua subterránea de los acuíferos en el estado.

Particularmente para esta investigación, se seleccionaron los pozos ubicados dentro del polígono del AVT, conformado por 27 municipios, lo que requirió una depuración de pozos duplicados que se totalizaron en una sola base de datos, con un total de 1286 aprovechamientos. Los resultados del estudio se presentan en cinco periodos, tomando como punto de partida el año 1994, en el que, derivado de la Ley General de Aguas Nacionales, surge el Repda con el fin de inscribir títulos de concesión y asignación de aguas nacionales. Se continuó con el análisis durante los periodos de 1995 a 1999, de 2000 a 2004, de 2005 a 2009 y de 2010 a 2014; lo que mostró la continuidad geográfica, es decir, la dinámica espacial y temporal de los aprovechamientos.

La estimación de la densidad Kernel identificó el patrón de distribución y agrupación de aprovechamientos de agua considerando solo la ubicación geográfica de los pozos (longitud y latitud) y su vecindad con otros pozos, como se mencionó con anterioridad. De acuerdo a los periodos indicados, se observa el comportamiento y evolución espacio - temporal de los aprovechamientos de agua. Para el periodo 1995 a 1999, el registro de pozos se incrementa y la mayor densidad (áreas de mayor concentración de pozos) se observa en los municipios de Quecholac y Palmar de Bravo. De igual manera, se evidencia una mayor dispersión de los pozos.

En los periodos siguientes se observa un incremento en las áreas de mayor densidad que se distribuyen hacia los municipios de Acatzingo, Los Reyes de Juárez y Palmar de Bravo. Se destaca la relación de estas áreas de mayor densidad con el volumen concesionado por la Conagua para la explotación del vital líquido, el cual oscila entre el 30 y 40% respecto del total concesionado para esos periodos en la región de estudio (figura 3).

Figura 3. Figura 3. Patrones de distribución espacial de aprovechamientos de agua subterránea del AVT en cinco momentos del periodo analizado. Fuente: elaboración propia con información del REPDA de la Conagua.

Finalmente, en respuesta al análisis geoespacial, y para destacar las áreas de mayor densidad total de 1994 a 2014, en el cual el límite administrativo municipal no es restrictivo o determinante para un mayor aprovechamiento, en la figura 4 se realiza un acercamiento que refleja que los municipios de Palmar de Bravo y Quecholac corresponden a la región que concentra el mayor número de pozos, es decir, el mayor número de aprovechamientos de agua subterránea. Esta área refleja una mayor presión sobre el vital líquido como consecuencia de las actividades productivas, esencialmente agrícolas, que se realizan en los municipios de la zona de estudio.

Figura 4 Figura 4 Zona de mayor densidad de aprovechamientos de agua subterránea de 1994 a 2014. Fuente: elaboración propia

De los 1286 aprovechamientos de agua del AVT, el 78% es destinado al uso agrícola, mismos que ocupan el 84% del volumen concesionado que corresponde 194 223 871 m³ anuales. El uso público urbano ocupa cerca del 16%. El resto de los usos de agua asignados por el Repda (industrial, múltiple, domestico, pecuario y servicios) ocupan, en conjunto, solo el 2% respecto del total del volumen concesionado del acuífero (figuras 5 y 6).

Figura 5. Figura 5. Distribución geoespacial de los aprovechamientos de agua subterránea y sus usos. Fuente: elaboración propia con información del Repda de la Conagua.

Figura 6. Figura 6. Volumen concesionado por usos de agua del AVT. Fuente: Elaboración propia.

Los resultados que se presentan para el caso de este estudio están referidos al análisis de la tendencia e intensidad de extracción del recurso hídrico subterráneo en un espacio determinado, el AVT, que da pauta a una representación geográfica y esquemática que facilita su visualización y posterior análisis. Tal es el caso de la estimación de densidad Kernel, como lo refieren Moreno (1991) y Díaz, Bravo, Alatorre y Sánchez (2013, 2014).

La distribución y descripción de patrones espaciales a partir de la estimación de la densidad Kernel han sido utilizadas en diversos estudios, y aplicadas en diferentes áreas que han examinado problemas ecológicos (como la identificación de áreas de distribución de especies, y la contaminación de metales pesados y sistemas marinos); y problemáticas urbanas, como el acceso a servicios de salud, el crecimiento poblacional y la demanda de entornos urbanos, los accidentes de tránsito vehicular, la delincuencia y conflictos armados, entre otros (Gatrell et al., 1996; De Cos, 2004; Salas, 2007; Yu-Pin, Hone-Jay, Chen-Fa, Tsun-Kuo, & Chiu-Yang, 2011; Kenchington et al., 2014). Este procedimiento es considerado como un método refinado de análisis de patrones espacial o de la distancia con el vecino más próximo (Rozas & Camarero, 2005). Sin embargo, los estudios aplicados a los recursos hídricos son pocos. De forma particular, Díaz et al. (2013) aplicaron este método para identificar las regiones de mayor presión antropogénica sobre el agua subterránea en México desde una perspectiva geográfica.

La propiedad de un conjunto de datos situados en un área geográfica que muestran un patrón de organización o grado de agregación particular es útil para identificar concentraciones significativas de estos datos, de tal manera que validan la presencia de abundancia o disminución de ciertos atributos en áreas determinadas. Los resultados de la estimación de Kernel permiten un acercamiento a la situación actual del aprovechamiento del agua subterránea en el AVT.

Por su parte, el Repda registra volúmenes concesionados o asignados y los clasifica de acuerdo a sus usos consuntivos (extraen y consumen el agua desde su fuente de origen o abastecimiento), y no consuntivos (uso o reúso del agua en su ambiente natural sin necesidad de extracción o consumo). Díaz et al. (2013) señalan en su estudio que los datos del Repda pueden utilizarse como insumos de entrada para generar cartografía sobre la presión que se ejerce en el agua subterránea en México, y constituyen un referente para entender su condición actual y su evolución en el tiempo. Si bien la base de datos difiere geográficamente por los errores en la georreferenciación de los sitios o en la captura de datos de campo, permite una aproximación a la situación crítica que se tiene en cuanto a la sobreexplotación de los acuíferos del país, del estado de Puebla y, más específicamente, del AVT.

Al igual que en el resto de los países del mundo, en México la agricultura demanda una mayor cantidad de agua para el riego de cultivos. Barrionuevo y Feler (2014) señalan que el aumento de la superficie regada y, por ende, el mayor consumo de agua, podrían provocar en un futuro la profundización de los niveles freáticos, la disminución de la reserva de agua subterránea y el deterioro de la calidad de la misma (Shah, Molden, Sakthivadievel, & Seckler, 2000). Esto evidencia la importancia de tener conocimiento de la evolución y la dinámica del uso y disponibilidad del agua. Evidentemente, el agua es uno de los recursos naturales más importantes para la agricultura. En el caso de México, se concesionaron los derechos del líquido a los usuarios, quienes se encargan de su administración y distribución.

Esta misma situación se presenta en el AVT, donde también se extrae el mayor volumen de agua para uso agrícola. Además de la agricultura, el sector público-urbano es el que demanda un mayor volumen concesionado. Al respecto, Díaz et al. (2014) señalan que la demanda social de agua para uso urbano se ha convertido en un factor crítico que limita el desarrollo de las regiones. La transferencia del líquido hacia las ciudades se torna prioritario, generalmente se transfiere agua de uso agrícola para uso urbano, lo que, en muchos casos, deteriora las áreas de cobertura de vegetación natural, las cuales, en gran medida, permiten la recarga de los acuíferos y, por tanto, coadyuvan a su agotamiento. Aunado a lo anterior, existen otros factores que contribuyen a la disminución de la recarga hídrica, como la deforestación y los cambios de uso de suelo, que afectan las zonas de recarga. Mientras tanto, los requerimientos de agua para diferentes propósitos se incrementan, por lo que todos los esfuerzos se deben centrar en el uso racional del agua disponible, tanto superficial como subterránea.

Es necesario complementar el estudio realizado con un análisis de las características específicas de las áreas más oscuras o de mayor densidad, conforme a los patrones definidos con la metodología de densidad Kernel. Además, llevar a cabo estudios hidrogeológicos regionales que indiquen con precisión el grado de afectación de los acuíferos, dado su nivel de extracción (Díaz et al., 2013). Aparte de considerar la baja eficiencia electromecánica de los equipos de bombeo, por su antigüedad y tiempo de operación, también se deben tener en cuenta obras de inversión para incrementar la eficiencia de los sistemas de riego y un adecuado manejo del agua subterránea de los acuíferos (Gutiérrez-Carrillo, Palacios-Vélez, Peña-Díaz, & Palacios-Vélez, 2002).

Con la finalidad de incrementar la disponibilidad y productividad del agua, tanto en los sistemas como en las unidades de riego, se deben realizar, en el corto plazo, actividades de diagnóstico de funcionamiento de la infraestructura hidroagrícola y de evaluación de la eficiencia en el uso de los recursos, especialmente el agua, que mejorarán, en el mediano, plazo, la eficiencia en el uso de este recurso, desde la fuente de abastecimiento, el sistema de conducción y a nivel parcelario, es decir, a nivel de sistema o unidad (Villarreal-Manzo, 1994).

La cartografía temática de distribución y uso de los aprovechamientos hídricos subterráneos —pozos profundos — en el área de influencia del AVT representan las variaciones en la distribución geográfica que definen las áreas de menor y mayor densidad de concentración de aprovechamientos y, por ende, de intensidad en la extracción de agua subterránea en el AVT en el estudio realizado, en el periodo comprendido de 1994 a 2014. La densidad Kernel permitió explicar la tendencia y el estado actual del aprovechamiento de agua por parte de los usuarios de los 27 municipios que conforman el acuífero y de las actividades productivas que se llevan a cabo en la zona, predominantemente la agrícola. El área de mayor densidad de aprovechamientos hídricos subterráneos se ubica en los municipios de Palmar de Bravo y Quecholac, donde el principal uso del agua está ligado a la agricultura. Así mismo, los patrones geoespaciales de los aprovechamientos evidencian la tendencia de consumo hacia un uso predominantemente público- urbano, principalmente en municipios con mayor número de habitantes como Tepeaca, Amozoc y Tecamachalco.

Si bien se requiere de estudios a profundidad que consideren el balance hídrico —superficial y subterráneo— del acuífero, en función de su capacidad de recarga natural y los volúmenes concesionados y, finalmente, extraídos, los resultados encontrados en el presente estudio son un referente para conocer y entender la condición actual del acuífero pero, sobre todo, para dimensionar su tendencia futura y tomar acciones tendentes a disminuir y frenar, en el mejor de los casos, tanto el abatimiento como la contaminación del AVT. Lo anterior implica la implementación de acciones en todos los niveles —de la sociedad beneficiaria, de las instituciones y empresas, de los técnicos y de los políticos y gobernantes— que consideren de forma urgente y prioritaria una planeación racional y un uso y manejo sustentable de los recursos hídricos superficiales y subterráneos disponibles, cada vez en menor cantidad, en el AVT.