IIVCD: el índice creado por tres instituciones públicas para mejorar la gestión del recurso hídrico en todo el mundo

El Índice Integral de Vulnerabilidad a la Contaminación Difusa (IIVCD) permite determinar y representar espacialmente el grado de vulnerabilidad de los cuerpos de agua superficiales frente a los procesos de contaminación difusa dentro de sus respectivas cuencas hidrográficas.

Con el propósito de contribuir a la mitigación de la contaminación de los cuerpos de agua superficiales, un equipo interdisciplinario y transdisciplinario de la Universidad del Valle (Univalle), la Universidad del Cauca (Unicauca) y la Corporación Autónoma Regional del Valle del Cauca (CVC) desarrolló un índice para estimar la vulnerabilidad a la contaminación difusa de cuencas hídricas como la del Cauca y la del Magdalena. Al ofrecer un panorama amplio sobre las posibles afectaciones, esta metodología podría marcar un antes y un después en la toma de decisiones relacionadas con la planeación y ejecución de estrategias de conservación, remediación y gestión del recurso hídrico por parte de las distintas entidades ambientales del país e, incluso, del mundo.

Pilar de la vida en riesgo

El agua es uno de los pilares fundamentales de la vida. Sus características fisicoquímicas, como su capacidad de actuar como disolvente universal, la hacen esencial en procesos biogeoquímicos (como la fotosíntesis) y biológicos (como el equilibrio osmótico celular) indispensables para el surgimiento y mantenimiento de la vida. No en vano, la mayoría de los organismos vivos están compuestos entre un 60 % y un 95 % de agua.

Además, el recurso hídrico ha sido crucial para el desarrollo de la especie humana, pues interviene en la mayoría de sus actividades: sanidad, agricultura, construcción, manufactura, transporte, minería y muchas otras.Su integración a las dinámicas socioeconómicas es tal que, según estimaciones de World Wildlife Fund, genera alrededor de 58 billones de dólares anuales, equivalentes al 60 % del producto interno bruto (PIB) mundial.

Sin embargo, este uso intensivo ha alterado los ciclos naturales del agua y ha liberado grandes cantidades de contaminantes que superan la capacidad de autodepuración de los ecosistemas, poniendo en riesgo la calidad y disponibilidad del recurso hídrico. En particular, el sector agropecuario es uno de los más problemáticos, pues utiliza cerca del 72 % del agua dulce extraída en el mundo para una amplia variedad de procesos, algunos de los cuales implican la liberación de nutrientes, agroquímicos y materia orgánica en los cuerpos hídricos.

Contaminación puntual y difusa: dos dinámicas con impactos diferentes

Los agroquímicos llegan a los cuerpos de agua por procesos difusos, afectando el equilibrio de los ecosistemas.

La liberación de contaminantes hacia los cuerpos de agua puede darse de dos maneras: puntual y difusa. La contaminación puntual hace referencia a descargas directas e identificables, como vertimientos de purines, estiércoles líquidos o lixiviados provenientes de corrales y establos. Este tipo de fuentes contaminantes son las que principalmente abordan las entidades ambientales, ya que resultan más fáciles de identificar, regular y mitigar.

Por su parte, la contaminación difusa surge de procesos dispersos y difíciles de localizar en el territorio; por ejemplo, las escorrentías generadas por las lluvias que, en zonas agrícolas, arrastran agroquímicos hacia ríos, quebradas y lagunas. Este tipo de dinámicas constituye uno de los principales desafíos para las autoridades, pues su carácter deslocalizado dificulta su monitoreo y control. Como resultado, no siempre se implementan estrategias de mitigación eficaces, lo que ha llevado a que estos procesos sean responsables de cerca de dos tercios de la contaminación total del recurso hídrico a nivel mundial.

IIVCD: una herramienta para conocer la vulnerabilidad a la contaminación difusa

En este contexto, los investigadores Ana María Buitrago Ramírez, de la CVC; Andrés Fernando Echeverri Sánchez y Jhony Armando Benavides Bolaños, de Univalle; así como Víctor Felipe Terán Gómez y Apolinar Figueroa Casas, de Unicauca, desarrollaron el Índice Integral de Vulnerabilidad a la Contaminación Difusa (IIVCD). Esta herramienta permite determinar y representar espacialmente el grado de vulnerabilidad de los cuerpos de agua superficiales frente a los procesos de contaminación difusa dentro de sus respectivas cuencas hidrográficas.

“La contaminación difusa siempre ha sido de mi interés porque representa entre el 60 % y el 70 % de la afectación a las masas de agua, y es la que menos se monitorea por falta de recursos”, explicó Ana Buitrago, quien lideró el desarrollo del Índice en el marco de su maestría en Gestión Integrada del Recurso Hídrico en la Universidad del Valle.

AHP y SIG: la base metodológica del IIVCD

Los SIG son herramientas que permiten almacenar, analizar, gestionar y visualizar datos espaciales.

Para el diseño del IIVCD, se retomó el trabajo previo del docente Andrés Echeverri, adscrito a la Escuela de Ingeniería de los Recursos Naturales y del Ambiente de Univalle, quien, en 2020, propuso un primer modelo para calcular la vulnerabilidad de los cuerpos de agua a la contaminación difusa mediante la integración del proceso analítico jerárquico (AHP, por sus siglas en inglés) y los sistemas de información geográfica (SIG). El primero es una técnica que permite relacionar y jerarquizar múltiples factores de distinta naturaleza para facilitar el análisis de una decisión, un contexto o una situación; mientras que los segundos son herramientas que permiten almacenar, analizar, gestionar y visualizar datos espaciales.

“Para nuestro caso, el AHP nos permitió jerarquizar y relacionar criterios de diversa naturaleza que influyen en la movilidad de los contaminantes, mientras que los SIG posibilitaron situarlos y relacionarlos espacialmente dentro de una geografía determinada, entendiendo cómo los contaminantes pueden desplazarse y afectar los cuerpos de agua”, señaló Andrés Echeverri, ingeniero agrícola, magíster en Ingeniería Sanitaria y Ambiental, y doctor en Ingeniería.

La investigación previa del docente Andrés Fernando Echeverri Sánchez fue clave para el diseño del IIVCD.

Partiendo de esta base, el equipo realizó una amplia revisión bibliográfica y un análisis detallado de 98 artículos científicos para identificar los principales factores que inciden en la movilidad de los contaminantes dentro de una cuenca y poder incorporarlos al AHP. De este proceso surgieron seis criterios de naturaleza ambiental, hidrológica, edáfica y antrópica:

• Pendiente (SL): inclinación o declive del terreno en una dirección determinada.
• Erodabilidad del suelo (SE): facilidad con la que un suelo puede ser erosionado por el agua.
• Uso del suelo (CN/RC): forma en que las personas utilizan la superficie terrestre.
• Erosividad (RE): capacidad de la lluvia para generar erosión y escorrentía.
• Conectividad hidrológica (HC): grado en que el agua, con sus sedimentos y contaminantes, puede desplazarse hacia un cuerpo hídrico.
• Calidad del agua (WQ/CA): condiciones físicas, químicas y biológicas del agua de los afluentes y su capacidad de biorremediación.

Adicionalmente, reconociendo que estos criterios no inciden en igual medida, los investigadores, con el apoyo de pares expertos, los jerarquizaron, asignándoles ponderaciones de importancia relativa (de 0 a 1).

“Mientras más alto es el valor asignado a un factor, mayor es su importancia para determinar si la contaminación generada en una zona específica puede desplazarse hacia otra”, aclaró el docente Echeverri.

Las ponderaciones fueron:

• Pendiente (SL): 0,20
• Erosividad (RE): 0,20
• Uso del suelo (CN/RC): 0,18
• Conectividad hidrológica (HC): 0,16
• Erodabilidad del suelo (SE): 0,15
• Calidad del agua (WQ/CA): 0,11

Del cálculo al mapa: la vulnerabilidad se cuantifica y visualiza

Las ponderaciones establecidas permitieron integrar de manera coherente los factores en la ecuación del Índice, que requiere además normalizar los valores de los parámetros de cada zona de la cuenca hídrica en una escala de 0 a 1:

IIVCD = (0.20 × SL) + (0.20 × RE) + (0.18 × CN) + (0.16 × HC) + (0.15 × SE) + (0.11 × WQ)

El resultado de la ecuación es un coeficiente que se clasifica en uno de cinco niveles, indicando la probabilidad de que los contaminantes provenientes de procesos difusos dentro de la zona analizada se desplacen y afecten el cuerpo de agua superficial principal.

Al aplicar el IIVCD a todas las zonas y definir una convención cromática para representar los niveles, es posible construir el mapa de vulnerabilidad a la contaminación difusa de la cuenca hídrica analizada.

Mapa de vulnerabilidad a la contaminación difusa del río Guchal. Las zonas en amarillo son aquellas en las que los contaminantes presentan mayor movilidad y pueden llegar a afectar el afluente.

“En amarillo se muestran las zonas donde los procesos de contaminación difusa tienen una probabilidad muy alta de afectar el cuerpo de agua superficial principal; en rojo, las de probabilidad alta; y en naranja, las de probabilidad moderada”, indicó Ana Buitrago, administradora ambiental, especialista en SIG y magíster en Gestión Integrada de Recursos Hídricos.

Esta representación permite a las autoridades identificar las áreas críticas y focalizar sus esfuerzos de intervención. Además, gracias al diseño del IIVCD, es posible determinar el factor predominante en cada sector, lo que facilita la formulación de estrategias más eficientes.

“En su estado actual, el Índice podría diagnosticar procesos de contaminación difusa en cuencas como la del Cauca o el Magdalena, convirtiéndose en un recurso informativo clave para decidir qué zonas priorizar e intervenir”, destacó Buitrago, actual especialista en Calidad del Agua y Vertimientos de la CVC.

Una metodología accesible, replicable y adaptable a diversas cuencas

Una de las grandes ventajas del IIVCD es que se basa en parámetros medidos periódicamente por las entidades ambientales, por ejemplo, con monitoreo satelital o de calidad del agua. Esto lo hace más fácil de implementar que modelos basados en procesos físicos, algoritmos de aprendizaje automático o lógica difusa, que requieren grandes volúmenes de datos y capacidades técnicas avanzadas, difíciles de obtener en países en desarrollo.

“Como estos parámetros ya son medidos por los organismos ambientales en distintos territorios, el Índice puede aplicarse para calcular la vulnerabilidad a la contaminación difusa tanto en la cuenca del río Cauca como, por ejemplo, en la del Indo. Esta transferibilidad y capacidad de replicación le otorga un gran potencial”, exaltó el profesor Echeverri.

No obstante, la precisión del IIVCD depende de la disponibilidad y calidad de los datos: mientras más recientes y detallados sean, más exactos serán los resultados.

“Variaciones en el uso del suelo o cambios estacionales significativos pueden generar alteraciones importantes en las características y la movilidad real de los contaminantes, lo que podría reducir la precisión del Índice y limitar su funcionalidad”, señaló Buitrago.

Aun así, el IIVCD constituye una metodología robusta para generar estimaciones confiables, convirtiéndose en una herramienta fundamental para las autoridades ambientales, especialmente en territorios con recursos técnicos y financieros limitados, al facilitar la toma de decisiones para la gestión y conservación del agua superficial.

Aplicación en el río Guachal

El río Guachal, en el sur del Valle del Cauca, se forma por la unión de cuerpos de agua de la vertiente occidental de la cordillera Central y desemboca en el río Cauca.

Para demostrar su utilidad, el IIVCD se aplicó a la cuenca del río Guachal, en el sur del Valle del Cauca. Este afluente, alimentado por cuerpos de agua de la vertiente occidental de la cordillera Central, atraviesa zonas de gran actividad agrícola, con infraestructura agroindustrial y uso intensivo de agroquímicos.

“Al aplicar el Índice, identificamos las zonas de mayor vulnerabilidad y es posible asociarlas con los usos del suelo. Esto es muy importante porque servirá como orientación para la planificación de acciones destinadas a reducir dicha vulnerabilidad”, explicó el docente Echeverri.

La aplicación confirmó la capacidad del IIVCD para identificar la vulnerabilidad de las masas de agua superficiales a la contaminación difusa, especialmente en paisajes agrícolas con configuraciones hidrológicas similares a la del río Guachal. Se trata de una herramienta escalable, transferible y replicable que, con trabajo adicional, podría ampliar aún más su potencial.

“Si avanzamos en la integración de enfoques multiescalares y en la dinámica temporal, el Índice podría evolucionar hacia una herramienta de pronóstico y modelado, ampliando significativamente su impacto”, indicó Buitrago.

Una innovación con impacto para Colombia y el mundo

 Ana María Buitrago Ramírez fue quien lideró el desarrollo del Índice en el marco de su maestría en Gestión Integrada del Recurso Hídrico en la Universidad del Valle.

La relevancia del IIVCD es tal que, el pasado 2 de mayo, la revista indexada Sustainability (clasificada como Q1 en el SCImago Journal Rank) publicó el artículo derivado de esta investigación, respaldando la rigurosidad y calidad del trabajo del equipo científico.

“La publicación del artículo es muy valiosa porque representa un respaldo significativo para continuar con este tipo de investigaciones, que visibilizan el impacto de la contaminación difusa. Además, nos permite promover la adopción del Índice por parte de las autoridades ambientales en su toma de decisiones sobre la mitigación de la contaminación en masas de agua superficiales”, concluyó Buitrago.

De esta manera, el Índice Integral de Vulnerabilidad a la Contaminación Difusa se consolida como una herramienta con el potencial de transformar la gestión de los cuerpos de agua superficiales en Colombia y en otros países con medios limitados. Sus diagnósticos pueden servir de base para planificar intervenciones, orientar el desarrollo agrícola y urbano, guiar políticas ambientales y contribuir a la conservación de la calidad del recurso hídrico y los ecosistemas.

Por su gran impacto, desde la Facultad de Ingeniería de la Universidad del Valle, exaltamos esta valiosa innovación y el compromiso del equipo investigador. ¡Felicidades!