A hydro-economic modeling framework for optimal management of groundwater nitrate pollution from agriculture

Abstract

La contaminación difusa por nitratos de las aguas subterráneas, la cual es principalmente originada por la agricultura, es una creciente preocupación en casi cualquier parte del mundo. Esto ha provocado el desarrollado de normativas; en Europa, en 1991 se estableció la Directiva de Nitratos y el año 2000 la Directiva Europea Marco del Agua (DMA). La DMA establece que las masas de agua deben alcanzar el buen estado en el año 2015, además reconoce el rol que la economía puede tener en alcanzar los objetivos ecológicos y ambientales. En este trabajo se presenta un modelo hidro-económico que sugiere la gestión óptima de fertilizantes para controlar la contaminación por nitratos de las agua subterráneas. El modelo holístico de optimización determina la distribución espacio-temporal de la tasa de aplicación de fertilizantes que maximiza los beneficios netos en la agricultura, limitada por los requerimientos de calidad en el agua subterránea en diferentes puntos de control. El modelo relaciona la aplicación de fertilizantes con las concentraciones de nitratos en el agua subterránea mediante el uso de modelos agronómicos, de simulación del flujo y transporte en el agua subterránea, con los cuales se generan soluciones unitarias que son integradas en matrices de respuesta (RM). Las RM dentro del modelo de gestión permiten simular la evolución de la concentración de nitratos en el agua subterránea mediante superposición en diferentes puntos de control a largo del tiempo, debido a la emisión de contaminantes en diferentes zonas distribuidas en el espacio y variables en el tiempo. Los beneficios de la agricultura se determinan a través de funciones de producción y el precio de los cultivos. El modelo desarrollado se aplicó a un acuífero sintético. Se obtuvo la aplicación óptima de fertilizantes para problemas con diferentes condiciones iniciales, horizontes de planeación y tiempos de recuperación.