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Múltiples usos del agua, conflictos y externalidades: Estudio de caso de la parte alta
del rio Cauca en Colombia.
Dolores Eulalia Gómez Urrego
Estudiante del Doctorado en Economía Aplicada
Director:
Francesc Trillas Jane
Co-director:
Roberto Burguet
Resumen
La contaminación persistente de los recursos hídricos y la creciente competencia por el
agua generan conflictos entre diferentes grupos de interés en la cuenca alta del rio
Cauca. A partir de un estudio de caso, se analizan los determinantes del deterioro de la
calidad del agua y se proponen posibles soluciones desde una perspectiva económica y
ambiental. En este ensayo se hace uso de la teoría de juegos, junto con herramientas
econométricas, para modelar el comportamiento de los agentes que toman decisiones
sobre las descargas de sustancias contaminantes a los cuerpos de agua. Por medio de
juegos cooperativos y no cooperativos se analizan los diferentes efectos que generan las
decisiones de los grupos de interés que interactúan en la cuenca. Los principales
resultados indican que los jugadores no tienen incentivos para reducir la contaminación
de acuerdo con los estándares fijados por la autoridad ambiental y su mejor estrategia es
pagar la tasa retributiva por contaminar. El bajo costo de la tasa retributiva y los altos
costos de invertir en plantas de tratamiento, llevan a que el equilibrio del juego sea el
dilema del prisionero. Las políticas para disminuir la contaminación deben implementar
incentivos como subvenciones y créditos para quienes inviertan en tecnologías e
infraestructura para reducir las descargas de contaminación a los cuerpos de agua.
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1. Introducción.
El agua es un insumo esencial para el desarrollo de actividades económicas y
recreativas. Además es un recurso vital para garantizar la salud y la supervivencia de los
seres vivos. Por tanto, el uso sostenible y la gestión integral de los recursos hídricos
debe ser un tema prioritario. De igual forma, la identificación y el estudio de problemas
asociados con los diferentes usos del agua, se hace cada vez más necesario ante los
problemas de escasez relativa y la creciente contaminación. De acuerdo con la ONU
(2009) la desertificación, la degradación del suelo y la sequía provocan impactos
negativos en la disponibilidad, cantidad y calidad de los recursos hídricos.
En Colombia la contaminación del agua por residuos industriales, aguas residuales no
tratadas, la escorrentía de productos químicos agrícolas y las condiciones sanitarias
deficientes de los hogares generan una degradación creciente de distintos cuerpos de
agua. Adicionalmente la deforestación, la mayor competencia por el agua entre
diferentes usuarios y el cambio climático son factores que aumentan la presión sobre los
recursos hídricos en diferentes regiones del país. Las tasas retributivas son el
mecanismo empleado para control de la contaminación. Se cobran a los sectores
industrial y residencial, mientras que las fuentes de contaminación difusa no pueden ser
objeto de este cobro, dada la dificultad de cuantificar la cantidad de contaminante
vertido. Sectores como la minería, la ganadería, la agricultura entre otros, no tienen
incentivos para invertir en tecnologías que disminuyan la contaminación. En este
contexto, se produce la paradoja de que exista una riqueza hídrica significativa1, pero a
la vez su uso se ve limitado por la excesiva contaminación. Esta problemática ambiental
caracteriza a la región objeto de estudio. Por tanto, en este ensayo se toma como caso de
estudio el departamento del Valle del Cauca con la idea de abordar el tema de la
contaminación del agua desde una perspectiva económica y ambiental.
De acuerdo con el ente regional encargado de la regulación de los recursos naturales y
el medio ambiente en el Departamento del Valle de Cauca (La Corporación Autónoma
1 En el Estudio Nacional del Agua (2010) se estima un rendimiento hídrico promedio de 63 l/s-km
2, el
cual supera seis veces el rendimiento promedio mundial (10 l/s-km2) y tres veces el rendimiento de
Latinoamérica (21 l/s-km2).
3
Regional del Valle del Cauca, CVC) la problemática ambiental de la zona puede
resumirse así: presencia de áreas degradadas por el uso inadecuado del suelo,
contaminación hídrica por aguas servidas de los centros urbanos, complejos industriales
y productores agropecuarios, extracción de materiales del lecho del río, disminución de
caudales en temporada de verano para atención del consumo humano en el corto plazo,
deterioro del suelo por la explotación minera y los procesos de deforestación. El
resultado final de la excesiva contaminación del agua es el agotamiento de la capacidad
de asimilación del río y por tanto la disminución de la calidad del líquido para los
diferentes usos, en detrimento de la salud pública, la producción agrícola, el desarrollo
industrial y en general para el normal desarrollo económico y social de esta región.
En Colombia se aplican principalmente dos tipos de políticas para gestionar la
contaminación de los recursos hídricos. En primer lugar están las tasas retributivas, las
cuales se basan en el principio según el cual “el que contamina paga”. Este tipo de
mecanismo económico, se implemento en 1997 y consiste en cobrar una tasa determinada
por unidad de sustancia contaminante vertida. De esta manera, cada agente puede decidir
entre contaminar y pagar o invertir en nuevas tecnologías que le permitan reducir la
cantidad de sustancias contaminantes vertidas. En segundo lugar, se aplica una estrategia
normativa de comando y control que consiste en establecer unas metas de contaminación y
unos estándares de calidad del agua. La denominada acción al “final del tubo” se basa en la
recolección de las aguas residuales en plantas de tratamiento y remover cierto porcentaje de
carga contaminante antes de verter las aguas tratadas a un cuerpo de agua.
En cuanto a la zona objeto de este estudio, desde el año 1976 se establecieron las metas
de calidad de los cuerpos de agua, así como los mecanismos de control de la
contaminación y los tipos de tratamiento. No obstante, la realidad es que existe un
deterioro creciente de la calidad del agua superficial. Esta problemática ambiental,
termina por limitar el uso del agua para actividades recreativas y restringe las funciones
naturales de este recurso como regulador de la contaminación para la conservación de
la biodiversidad. Adicionalmente se generan costos crecientes en el tratamiento del agua
para consumo humano, así como la interrupción del servicio de agua potable de los
hogares debido a la mala la calidad del líquido en la cuenca alta del rio Cauca.
4
Partiendo de la concepción de la cuenca como una unidad básica de gestión y manejo
integral de los recursos hídricos propuesta por McKinney et al. (1999) y Jønch-Clausen
(2004), en este ensayo se toma como caso de estudio la cuenca alta del rio Cauca.
Básicamente se consideran tres grupos de interés representativos que compiten por el
uso del agua a lo largo de la cuenca e inciden en el nivel de contaminación de los
recursos hídricos. A partir de un modelo básico de teoría de juegos se identifican y
analizan algunos conflictos entre los usuarios del agua en la cuenca. Este estudio
especifico, sirve a la vez para reflejar la problemática ambiental que caracteriza
diferentes zonas del país. En este ensayo se busca afrontar el problema de la
contaminación del agua del rio Cauca, desde la perspectiva en la cual los agentes
contaminantes puedan usar la negociación como una herramienta para la gestión de los
recursos hídricos. La teoría de juegos es un enfoque útil para modelar este tipo de
conflictos, ya que estudia las estrategias y el equilibrio al que pueden llegar múltiples
actores en situaciones interactivas e interdependientes que tienen objetivos y visiones
diferentes (Wei, 2008).
En este ensayo se pretende hacer las siguientes contribuciones. En primer lugar se
identifican las principales variables que inciden en el deterioro de la calidad del agua
con la idea de analizar la tendencia y las alertas ambientales en torno a un recurso
fundamental como el agua. En segundo lugar se usa la teoría de juego como un
mecanismo para modelar el proceso de decisión de los agentes que vierten sustancias
contaminantes en la cuenca alta del rio Cauca, con el objetivo de determinar las
pérdidas y ganancias de diferentes estrategias. Finalmente se proponen algunas
soluciones al problema de la contaminación desde un enfoque económico y ambiental
como guía para la gestión del agua en otras zonas del país con problemáticas similares.
Este documento está conformado por seis secciones. A partir de la introducción, se
describe el área de estudio y los diferentes usos del con el fin de contextualizar la
problemática ambiental existente. A continuación se presenta el marco teórico que
sustenta las bases del análisis y resultados obtenidos en este trabajo. En la siguiente
sección se describe la metodología. Finalmente, en las tres secciones siguientes, se
analizan los datos, se presentan los principales resultados junto con las conclusiones y
recomendaciones, respectivamente.
5
2. Caracterización del área de estudio.
Con el fin de delimitar el tema, se toma un estudio de caso a partir del cual se estudia
uno de los principales problemas que afectan la calidad de los recursos hídricos en
Colombia. Para analizar los conflictos entre usuarios de una fuente de agua y proponer
posibles soluciones, se estudia la parte alta del rio Cauca, que corresponde al
Departamento del Valle del Cauca. El río Cauca nace en el sur-occidente de Colombia,
(como se aprecia en la figura 1), y es la segunda cuenca más importante del país.
Atraviesa de sur a norte nueve departamentos y sirve de fuente hídrica a 183 municipios
Figura 1. Localización de la cuenca alta del rio Cauca en el departamento del Valle
del Cauca, Colombia.
Fuente: Documento I: Perfil ambiental urbano del municipio de Palmira (2007).
Este río se divide en cuatro tramos: Alto Cauca, Valle del Cauca, Cauca Medio y Bajo
Cauca. La cuenca hidrográfica2 del río Cauca, en la parte alta, tiene un área aproximada
22
Debe entenderse la cuenca como un sistema hidrográfico que en el caso de la parte alta del río Cauca
está conformada por 42 ríos aproximadamente. (Ver figura 1) De estos, 35 pertenecen al
departamento del Valle del Cauca y los otros 7 corresponden al departamento del Cauca. (Ministerio
de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial (MAVDT, 2009).
6
de 22.900 Km2. El 32% de la cuenca se encuentra en el departamento del Cauca, 47%
en el departamento del Valle del Cauca, 13% en Risaralda, y 8% en Quindío. En este
caso, sólo se considera la parte del rio que pertenece al departamento del Valle del
Cauca. La elección de este tramo del rio, como caso de estudio, obedece tanto a la
disponibilidad de información como a la posibilidad de ilustrar diferentes problemas
derivados de la contaminación producida por parte de los principales grupos de interés.
La cuenca alta del río Cauca, en la zona en estudio, constituye el eje de desarrollo de
diferentes actividades socioeconómicas de la región suroccidental de Colombia. De
acuerdo con Pérez et al. (2011) las condiciones naturales3 de esta zona del país
propiciaron el desarrollo de la agroindustria azucarera y con ella permitieron crear y
consolidar un gran conglomerado en la región que produce y vende en la actualidad una
variedad significativa de productos y servicios. En la zona de influencia del rio Cauca, a
su paso por los departamentos del Cauca y Valle del Cauca, existen cerca de 1.200
proveedores de caña de azúcar, 13 ingenios azucareros, más de 40 empresas
procesadoras de alimentos, bebidas y licores, dos co-generadoras de energía eléctrica,
empresas productoras de papel, industrias sucroquímicas y más de 50 grandes
proveedores especializados.
A pesar de la riqueza de recursos hídricos que existe en la región sur-occidental de
Colombia, el creciente desarrollo económico y el aumento de la población generan una
fuerte presión sobre los cuerpos de agua en la zona de estudio. La excesiva
contaminación del agua producida por la descarga de materia orgánica, sólidos
suspendidos y sustancias toxicas ha disminuido el oxigeno disuelto, generando pérdidas
de biodiversidad, disminución significativa de la pesca, limitaciones para uso recreativo,
así como altos costos de tratamiento del agua para consumo humano. Las tasas
retributivas que se cobran por las descargas contaminantes y los límites de descargas
establecidos por la autoridad ambiental regional no parecen ser mecanismos suficientes
para disminuir la contaminación del agua superficial.
3 Esta zona del país tiene condiciones geográficas óptimas para el cultivo de la caña de azúcar: 1.000
metros sobre el nivel del mar, temperatura promedio de 25 grados centígrados con oscilaciones de 12
grados entre el día y la noche, brillo solar superior a las 6 horas diarias, humedad relativa de 76% y una
precipitación promedio de 1.400 milímetros (Asocaña, 2004).
7
2.1 Usos del agua, conflictos y externalidades.
En el Departamento del Valle del Cauca, el rio Cauca y sus principales tributarios se
usan para el consumo humano, industrial y agrícola principalmente. De igual forma, el
rio Cauca es el medio donde se desarrollan actividades como la minería, especialmente
la extracción de materiales de arrastre. Adicionalmente el agua de diferentes ríos en la
cuenca se usa para la generación de energía eléctrica. Otros usos como la pesca y la
recreación tienen escaza participación debido al deterioro de la calidad del agua. En el
cuadro 1, se pueden apreciar los datos que muestran la importante participación del
sector agrícola en los usos del agua tanto subterránea como superficial.
Para identificar a los usurarios aguas arriba y aguas abajo se sigue el flujo de la
corriente del rio de sur a norte desde el embalse la Salvajina hasta el límite entre los
departamentos del Valle del Cauca y Risaralda (ver esquema de usos del anexo). En este
contexto los conflictos se definen como la divergencia entre los diferentes objetivos que
tienen los grupos de interés a lo largo de la cuenca alta del río Cauca, en jurisdicción del
departamento del Valle del Cauca. Básicamente se analizan los conflictos generados por
la contaminación sistemática del rio agua del río Cauca.
Cuadro 1. Usos del Agua en el Departamento del Valle del Cauca en el año 2014.
Agua Superficial
Uso Concesiones Demanda l/s Participación
Agrícola 3.891 142.089 78,26 %
Doméstico 2.765 28.439 15,61 %
Industrial 70 8.596 4,73 %
Otros usos 613 1.456 1,40 %
Agua Subterránea
Agrícola 1704 17.028 80,58 %
Domestico 268 1.426 6,73 %
Industrial 493 2.071 9,96 %
Otros usos 80 621 2,93 %
Fuente: CVC (2014)
8
A partir de los datos anteriores se identifican los sectores agrícolas, doméstico e
industrial como claves en el uso intensivo del agua en la cuenca objeto de estudio. Al
desagregar el sector agrícola se encuentra que dentro de las actividades con mayor
demanda de agua y que generan más contaminación, tanto en el rio Cauca como en los
ríos tributarios, están los cultivos de caña de azúcar, sorgo, soya, arroz y café. No
obstante, la agricultura es una fuente de contaminación difusa, con lo cual es difícil
medir la cantidad de carga contaminante que genera y que impacta las fuentes de agua.
En este caso sólo se tienen datos de la contaminación producida en el lavado del café.
En el caso de la industria se destacan la producción de azúcar, mieles, etanol, papel,
alimentos y licores. Una parte importante de las empresas y un sector significativo de la
agricultura, usan fuentes subterráneas de agua para llevar a cabo sus procesos
productivos, en parte como respuesta a la contaminación de las fuentes superficiales de
agua. Si bien la regulación vigente establece normas de control a los vertimientos de
residuos industriales a los causes de los ríos, no siempre se logra un control efectivo de
la contaminación. De otro lado, el uso del agua para consumo humano y comercial, está
representado por las dos principales empresas operadoras del sistema de acueducto del
Departamento del Valle del Cauca, como son EMCALI y ACUAVALLE.
La región objeto de estudio presenta un desarrollo económico significativo y una
creciente demanda de agua. Los usuarios del agua en la cuenca producen diferentes
sustancias contaminantes que generan restricciones en el uso de este recurso para
diferentes usos de acuerdo con los estándares definidos en el Decreto 1594 de 1984. La
contaminación de las fuentes de agua superficial y subterránea por vertimientos
industriales y domésticos, la explotación minera, la agricultura, el uso y manejo
inadecuado de los suelos de las laderas y de la franja protectora de las fuentes
superficiales genera costos sociales que no necesariamente se cuantifican en la
maximización de los beneficios de los usuarios del agua.
En el caso de la ciudad de Santiago de Cali, por ejemplo, la empresa de servicios
públicos EMCALI ofrecen el servicio de agua a cerca de 2.5 millones de habitantes.
Este tipo de usurarios no sólo compite por el agua con otros grupos de interés, sino que
además representa uno de los sectores que genera más contaminación en la cuenca. A su
9
vez, los usuarios del agua del rio Cauca en esta ciudad, se ven afectados por la
contaminación producida por otros sectores. En diferentes periodos de tiempo, la
empresa prestadora del servicio de agua potable de la ciudad de Cali, tiene que
interrumpir la captación de agua del río Cauca, debido a la elevada carga de sólidos
suspendidos o a los altos niveles de turbiedad (ver gráfica 6 en el anexo) De esta forma
la continuidad y la calidad del servicio ofrecido por EMCALI se ven afectadas por las
acciones de los usuarios ubicados aguas arriba de la ciudad de Santiago de Cali.
Los agricultores son el segundo grupo de usuarios del agua a considerar en este caso de
estudio. De acuerdo con Pérez et at. (2011) la demanda de agua del sector agrícola en
el Valle del Cauca se explica principalmente por el aumento del consumo de este
recurso por parte del sector cañicultor. Mientras que en el año 1980 el cultivo de caña
de azúcar consumía el 23,6% del agua usada por la agricultura en la región, para el año
2009 ya se apropiaba del 58%. Una externalidad importante de este cultivo se produce
por el uso de los agroquímicos, los cuales llegan por infiltración a los acuíferos e
impactan la calidad del agua, causando efectos nocivos para el medio ambiente. No
obstante, no fue posible obtener información acerca de la cantidad de contaminante
proveniente del cultivo de caña de azúcar en términos de DBO5 y SST. El café es otro
de los cultivos permanentes que generan cantidades significativas de contaminación en
el proceso de lavado del grano. Dada la disponibilidad de datos sobre la cantidad de
DBO5 que produce este sector, se toma como caso representativo de la agricultura.
Finalmente se considera la industria como el tercer sector con una demanda significativa
de agua en el departamento del Valle del Cauca. A lo largo de la cuenca alta del rio
Cauca se desarrollan actividades industriales intensivas en el uso de agua como materia
prima. Entre ellas se destacan la producción de alimentos y bebidas, textiles, papel,
productos químicos, biocombustibles de caña de azúcar, entre otras. Si bien el sector
industrial ha sido quien ha reducido más la cantidad de carga contaminante vertida a lo
largo de la cuenca, desde que se comenzaron a cobrar las tasas retributivas, siguen
habiendo sectores como las curtiembres y los trapiches que son una fuente importante
de contaminación de los cuerpos de agua en la zona de estudio.
10
2.2 Estructura institucional para el manejo de los recursos hídricos.
La gestión de los recursos hídricos en Colombia está a cargo del Ministerio del Medio
Ambiente y Desarrollo Sostenible, las Corporaciones Autónomas Regionales (CAR, en
adelante) y por Autoridades Ambientales Urbanas en el caso de las ciudades con más de
1 millón de habitantes. En la cuenca alta del río Cauca existen tres autoridades
ambientales. El departamento del Valle del Cauca es jurisdicción de la Corporación
Autónoma Regional del Valle del Cauca -CVC-. En la ciudad capital del departamento-
Cali- la autoridad ambiental es el Departamento Administrativo de Gestión del Medio
Ambiente - DAGMA- y el departamento del Cauca la gestión ambiental la lleva a cabo
la Corporación Autónoma Regional del Cauca –CRC-
El Ministerio de Medio Ambiente y Desarrollo Sostenible es el organismo rector de la
gestión del medio ambiente y de los recursos naturales renovables. Es por tanto, el
encargado de definir y formular las políticas y la regulación del medio ambiente a nivel
nacional. En el tema del agua, por ejemplo, es quien establece las pautas para el
ordenamiento y manejo de las cuencas hidrográficas; fija los límites máximos
permisibles de vertimientos y el monto mínimo de las tasas que se cobran por el uso y la
contaminación del agua. En cuanto a las CAR, son corporaciones regionales encargadas
de gestionar los recursos naturales en los departamentos. Les corresponde ejecutar las
políticas en materia de medio ambiente fijadas desde el Ministerio. Específicamente, se
encargan de elaborar los planes de manejo ambiental regional, otorgar concesiones,
permisos, autorizaciones y licencias ambientales, fijar los límites permisibles de
vertimientos y descargas, así como ejercer las funciones de evaluación, control y
seguimiento ambiental de los usos del agua, y recaudar las contribuciones, tasas,
derechos, tarifas y multas por concepto de uso y aprovechamiento del agua, entre otros.
Por su parte, las principales ciudades del país tienen sus propias instituciones de gestión
ambiental, las cuales cumplen funciones similares a las realizadas por las CAR, pero en
el ámbito de las ciudades y el área metropolitana. A nivel local los municipios también
deben desarrollar planes, programas y proyectos generales y sectoriales para la gestión
integral del recurso hídrico en el área de su jurisdicción articulados con los planes de
desarrollo regional y nacional.
11
2.3 Estado de los recursos hídricos.
En la gráfica 1, se dibuja el comportamiento del Índice de Calidad del Agua4 (ICA, en
adelante) a lo largo de diferentes estaciones de monitoreo sobre el río Cauca, en las
condiciones de invierno, transición y verano. Usualmente, se divide esta zona en tres
tramos, con lo cual se tienen en cuenta las características diferenciales de la zona. En el
primer tramo, por ejemplo, se tiene la mejor calidad del agua, en comparación con las
otras dos zonas. A medida que el río desciende hacia el Valle del Cauca, la calidad del
agua disminuye, como se observa en el tramo II. En este sector el río recibe las
descargas contaminantes de los municipios de Cali y Vijes, mas los aportes de los ríos
Guachal, Cali, Yumbo, Cerrito y Sonso, y las industrias que entregan directamente sus
aguas residuales al río Cauca (CVC-Univalle, 2007). La capacidad natural del rio para
recuperarse, se nota en el tramo III. El aumento del caudal y la menor descarga de
sustancias contaminantes hacen que la calidad del agua pase de un nivel malo a regular.
Adicionalmente, se puede observar el efecto de las estaciones climáticas en el
comportamiento de la calidad del agua. En la gráfica 1, se nota que en el periodo de
verano, la calidad del agua es mejor en los tramos I y III, mientras que empora
notablemente en el tramo II. Esta situación se explica principalmente por la disminución
del caudal río Cauca, lo cual afecta la capacidad de dilución del agua en una zona
especialmente contaminada. En cuanto al periodo de invierno, se incrementan los
caudales a causa de la mayor intensidad y frecuencia de las lluvias, aumentando la
capacidad de dilución de la carga orgánica que recibe el río. No obstante, se
incrementan los niveles de sedimentos y material de arrastre, lo cual afecta el valor final
del índice de calidad del agua. En verano el aporte de material particulado se reduce,
pero se incrementan los niveles de materia orgánica disuelta, disminuyendo el nivel de
oxígeno presente en el agua, de esta forma el valor final del índice se verá igualmente
afectado de manera significativa. (CVC – Univalle, 2007)
4 El Índice de Calidad del Agua (ICA) se calcula a partir del producto ponderado del peso relativo y los
valores determinados por la función de cada uno de los siguientes parámetros: pH, Oxigeno Disuelto,
DBO, Nitrógeno Total, Fósforo Total, Sólidos Totales, Turbiedad y Coliformes Fecales. El ICA varía
de 0-100. Donde cero índica pésima calidad y 100 excelente calidad del agua.
12
Gráfica 1. Índice de calidad del agua del río Cauca en el tramo Salvajina-Anacaro
Fuente: Polanía (2014)
De otro lado, en la gráfica 2, se dibuja el comportamiento del Índice de Contaminación
por Materia Orgánica5 (ICOMO) del río Cauca, discriminado por tramos. De acuerdo
con los valores observados, el índice varía de “baja contaminación” en el tramo I, a
“muy alta contaminación” en el tramo II y finalmente llega al nivel de alta y media
contaminación en el tramo III. Entre las variables que explican este comportamiento, se
encuentran, en primer lugar, la topografía. El primer tramo se caracteriza por tener una
mayor pendiente lo que permite la reaireación de la corriente del río. De nuevo el factor
climático es determinante en el comportamiento de índices como este. En invierno, por
ejemplo, se presentan altas concentraciones de sólidos totales y turbiedad. En la
condición ambiental de verano, en cambio, se presentan altas concentraciones de
materia orgánica expresada en términos de DBO5 y un elevado nivel de coliformes
totales. Es así como al disminuir los caudales en verano, aumentan los valores del índice
de contaminación por materia orgánica. Finalmente la mayor concentración de
actividades antrópicas en el tramo II aumenta el índice de contaminación.
5 El Índice de Contaminación por Materia Orgánica (ICOMO) se define en función de la DBO5,
coliformes totales y porcentaje de saturación de oxígeno. El Índice arroja un valor entre 0 y 1. El valor
cero indica “muy baja contaminación” y el valor 1 se considera como “muy alta contaminación”.
13
Gráfica 2. Índice de contaminación del agua por materia orgánica en el río Cauca en
el tramo Salvajina-Anacaro.
Fuente: Polanía (2014).
Adicionalmente se pueden ver, en el anexo, las gráficas 3, 4 y 5 que reflejan el
comportamiento de parámetros como el Oxigeno Disuelto6 (OD, en adelante), los
Nitratos y los Fosfatos. En este caso es importante resaltar que históricamente el agua
del rio Cauca, en la parte alta, ha mantenido los valores de estos parámetros por encima
del mínimo recomendado por la Unesco (1996) para garantizar la diversidad biológica
en los cuerpos de agua. El comportamiento del indicador de OD varía
significativamente entre los tres tramos identificados, destacándose el segundo tramo
donde alcanza niveles anaeróbicos. De acuerdo con CVC-Univalle (2007) este descenso
en la concentración de OD está relacionado con el impacto generado por el vertimiento
de cargas contaminantes provenientes de los municipios y las industrias de la zona. Así
mismo, señalan que en los periodos de invierno, se presenta la mayor dilución de las
concentraciones de OD, dado el incremento de los caudales, con respecto a los
registrados durante el tiempo de verano.
6 La cantidad de Oxigeno Disuelto en una corriente de agua indica la demanda de oxígeno necesario para
la degradación de la materia orgánica. En los cuerpos de agua donde se presentan los mayores aportes
de materia orgánica se requiere un mayor consumo de oxígeno para la degradación de la misma, y por
tanto se produce una disminución del nivel de OD y un incremento de la concentración de DBO5.
14
Entre tanto, los niveles de Nitratos y Fosfatos, muestran una tendencia creciente aguas
abajo y con niveles por encima de los límites establecidos para corrientes de agua no
contaminadas. Según la autoridad ambiental de la zona en estudio, las concentraciones
de nutrientes en el agua del río Cauca son influenciadas por los usos del suelo. En
general, gran parte de la tierra está destinada a la actividad agrícola, en la cual se usa
una cantidad significativa de fertilizantes ricos en fosfatos y nitratos. Estos fertilizantes
llegan a las fuentes superficiales por escorrentía. Las descargas de aguas residuales
domésticas e industriales, con altos contenidos de detergentes, también contribuyen con
cantidades importantes de fosfatos al río Cauca. CVC (2009)
Adicionalmente, en los cuadros 1 y 2, del anexo, se presenta una caracterización de los
principales ríos tributarios del rio Cauca en su recorrido por los departamentos del
Cauca y del Valle del Cauca. Al observar los diferentes factores que afectan la calidad
del agua y los parámetros que limitan su uso, se concluye que gran parte de la
contaminación que presenta el río Cauca, llega a través de los tributarios. El agua para
consumo humano y doméstico, por ejemplo, se ve afectada principalmente por los
coliformes fecales y coliformes totales. Esta situación se explica principalmente por las
descargas de aguas residuales no tratadas de forma adecuada. Los problemas de color y
turbiedad también afectan a gran parte de los ríos tributarios y limita el uso del agua
para consumo humano y doméstico. Esto se debe principalmente a la erosión del suelo
en las riveras de los ríos y a la extracción de materiales para la construcción. Así mismo,
sustancias como el hierro total y magnesio afectan la calidad del agua para uso agrícola.
Para terminar con la caracterización de la calidad del agua en la cuenca alta del río
Cauca, es importante observar el comportamiento de los índices de calidad (ICA)
estimado para los años 2006-2013 en diferentes ríos tributarios. Los datos muestran que
en el 37% de los ríos la calidad del agua disminuyo del año 2006 al 2013. De igual
forma, se ve como los ríos con los índices de calidad más bajos, no tienen índices de
escasez altos, con lo cual las posibles restricciones en el uso del agua se deben a la
menor calidad del líquido y no a la cantidad disponible. En cuanto al rio Cauca, se
puede observar en la tabla 3 (ver anexo) el comportamiento del índice de calidad del
agua en diferentes estaciones de monitoreo y para diferentes periodos de tiempo. Los
datos muestran el deterioro en la calidad del líquido a medida que el rio desciende de la
15
zona alta, en el departamento del Cauca hacia el Valle del Cauca, donde se concentra la
actividad agrícola, industrial y la mayor cantidad de población. El índice varía
significativamente y para todo el periodo de tiempo entre la estación de monitoreo de
Suárez y las estaciones que están ubicadas después la ciudad de Cali, como son Paso de
la Torre y Mediacanoa, denotando el impacto negativo que tiene la zona urbana,
industrial y agrícola del Valle del Cauca en la calidad del agua.
Por último, se analiza el tema de la escasez del recurso hídrico en la cuenca alta del rio
Cauca. De acuerdo con los datos del cuadro 3 (ver anexo) el 33% de los ríos de la
muestra presentan índices de escasez que superan el 100%. De igual forma los datos
indican que el 53% de ellos presentan un índice de escasez de agua superior al 50%. La
sobreexplotación de los recursos hídricos por parte de diferentes usuarios aguas arriba
genera el racionamiento del agua para los consumidores que se encuentran ubicados al
final del cauce. No obstante, en términos generales, la cuenca hidrográfica del río
Cauca, en la parte alta, no presenta un estado crítico de escasez. Aunque algunos ríos
presentan un desequilibrio temporal entre los períodos de invierno y verano, los cuales
pueden agravarse por el aumento de la demanda y los efectos del cambio climático.
En los casos en los cuales la demanda de agua supera entre 2 y 3 veces la oferta
superficial, se acude a los recursos hídricos subterráneos. En el departamento del Valle
del Cauca los municipios con mayor demanda da agua subterránea son Palmira,
Candelaria y El Cerrito. De hecho, el municipio de Candelaria depende totalmente del
agua subterránea para su abastecimiento público, dada la mala calidad de las aguas
superficiales y la escasez del líquido en épocas de verano. Adicionalmente, se debe
tener en cuenta que la escasez de agua y la mala calidad también producen daños
potenciales a los ecosistemas acuáticos. La demanda de agua ambiental, es un
componente importante dentro de los usos del agua, por tanto es necesario tener en
cuenta los recursos hídricos necesarios para conservar los ecosistemas y mantener los
servicios ambientales que estos generan.
16
3. Marco Teórico.
En la gestión de los recursos hídricos se pueden identificar dos paradigmas. Según
Garcés (2011) existen el paradigma reduccionista y el ecosistémico. En el primer caso,
el agua es un bien cuyos problemas de escasez pueden resolverse usando mecanismo de
mercado como son la asignación de derechos de propiedad sobre el agua y los precios.
En el paradigma ecosistémico el agua se gestiona bajo la perspectiva de un recurso
natural cuyo comportamiento está relacionado con las características de otros recursos
naturales y con las actividades antrópicas que se realizan en la cuenca hidrográfica.
Desde una perspectiva económica, los recursos hídricos son activos compuestos que
sirven como insumos para diferentes actividades productivas y como bien de consumo
(Wei et al., 2010). De acuerdo con esta visión, existen diferentes instrumentos
económicos y políticas para resolver los conflictos relacionados con los múltiples usos
del agua (Dinar and Howitt, 1997; Wang et al., 2003). Entre los mecanismos existentes
para asignar el agua a diferentes usuarios se encuentran: el establecimiento de un
mercado del agua (Burness and Quirk, 1979; Howe et al., 1986; Green and O’Connor,
2001; Bhaduri and Barbier, 2003); la asignación por parte de un ente público o estatal;
mecanismos de precios basados en los costos marginales y por último la asignación
mediante asociaciones comunitarias. Las herramientas disponibles por los diferentes
mecanismos son las cuotas, las concesiones, los incentivos basados en precios, los
derechos de explotación, los subsidios, las compensaciones, etc. (OECD, 1989;
Markandya and Recharddson, 1992; Wei and Gnauck, 2007a).
Por su parte, la teoría económica considera la contaminación de los recursos hídricos
una externalidad negativa. Las descargas de sustancias contaminantes a los cuerpos de
agua se consideran un mal público que requiere regulación, ya que el sistema de
mercado por sí solo no logra evitar los efectos negativos producidos en diferentes
sectores de la sociedad. En el control de la contaminación se debe enfrentar el problema
de los agentes contaminantes que tienen incentivos para comportarse como free-riders
(Wei y Gnauck, 2007b). La presencia de agentes contaminadores que no pagan por
utilizar los servicios del medio ambiente como sumideros de sus emisiones implica la
existencia de fallas de mercado.
17
El tema de las externalidades causada por la contaminación ha sido abordado por
economistas como Pigou y Coase. En términos generales se plantea la posibilidad de
alcanzar un nivel óptimo de contaminación en el cual el costo marginal de remoción
(CMgR), por parte del agente contaminador, es igual al costo marginal (CMgS) impuesto a
la sociedad por la externalidad (Galarza, 2009) Desde el punto de vista de Pigou se debe
cobrar un impuesto a quien contamina con base en la estimación de los daños causados. De
esta forma se internalizan los costos externos causados por la contaminación a la sociedad y
al medio ambiente. Igualmente se requiere la intervención del estado para establecer y
recaudar el impuesto. A efectos prácticos es difícil estimar las funciones de costos tanto de
los agentes contaminantes como de los sectores afectados por la contaminación. Uno de los
problemas que enfrenta el ente regulador en la estimación del “impuesto pigouviano”
es el de las asimetrías de información. Los altos costos y restricciones para acceder a la
información precisa y necesaria para determinar el costo marginal social y ambiental
hacen inviable determinar una tasa eficiente que conduzca a un óptimo social.
Por su parte, Coase propone un modelo sin intervención del estado, en el cual existen
derechos de propiedad bien definidos, competencia perfecta y un pequeño grupo de
afectados, definidos de forma clara temporal y espacialmente, que responden a incentivos
económicos. Mediante procesos de negociación afectados y contaminadores, tenderían a
converger hacia un nivel óptimo de externalidad y de máximo bienestar social (Galarza,
2009) De nuevo las asimetrías de información condicionan la aplicación de este tipo de
modelo, así mismo los costos de negociación y las dificultades para coordinar las acciones
entre grupos de interés con objetivos diferentes, hacen que la disminución de la
contaminación hasta un nivel optimo sea difícil de conseguir.
En Colombia se han implementado dos mecanismos para controlar los niveles de
contaminación hídrica. El primero es el control vía precios, que se basa en un modelo de
optimalidad o de eficiencia sin optimalidad, y el segundo es el control de las cantidades
vertidas mediante el modelo de comando y control (Galarza, 2009) Con la aplicación del
cobro de las tasas retributivas7 o impuestos por la contaminación generada se busca incidir
en el comportamiento de los agentes que contaminan los recursos hídricos. En teoría los
7 La tasa retributiva se cobra a todos los usuarios que realicen vertimientos puntuales. Cada semestre los
agentes objeto de cobro deben presentar, ante la autoridad ambiental regional, una declaración
sustentada con la caracterización representativa de sus vertimientos. Con estos datos la autoridad
ambiental calcula la carga contaminante de las sustancias que deben pagar la tasa.
18
agentes económicos decidirán cual es el nivel de descarga de sustancias contaminantes que
les permite minimizar sus costes de producción. Por tanto, disminuirán la contaminación
hasta el punto en el cual el costo marginal de reducir la carga contaminante sea igual a la
tasa retributiva que debe pagar. Este tipo de instrumento económico puede llevar a
situaciones en las cuales si el costo de reducir la contaminación es superior al pago de la
tasa, es mejor seguir contaminando, con lo cual este mecanismo se convierte en una especie
de derecho de contaminación. Por tanto, la legislación Colombiana prevé mecanismos de
comando y control con la idea de alcanzar un segundo mejor óptimo.
A partir del concepto de eficiencia sin optimalidad propuesto por Baumol & Oates
(1973), la autoridad ambiental establece una meta de contaminación que busca cumplir con
unos estándares de calidad del agua a la vez que se fija un nivel mínimo de tasa inicial. En
Colombia, por ejemplo, el Ministerio del Medio Ambiente y Desarrollo Sostenible,
establece anualmente el valor de la tarifa mínima de la tasa retributiva que se debe pagar
por cada una de las sustancias contaminantes. El valor de la tasa se basa en los costos
directos de remoción de las sustancias nocivas presentes en los vertimientos de agua, los
cuales forman parte de los costos de recuperación del recurso afectado. Usando un factor
de ajuste regional, se busca aumentar la tasa retributiva cada semestre si no se cumple con
la meta de reducción de la contaminación fijada por la autoridad ambiental regional.
Diferentes estudios buscan promover el uso eficiente de los recursos hídricos y por lo
tanto, se concentran sólo en los mecanismos de mercado (McKinney et al., 1999;
Mahan et al., 2002). Sin embargo, el agua es un bien con unas características
particulares que hace difícil el desarrollo de un mercado realmente libre y competitivo.
Según Fisher et al. (2002) un mercado libre conduce a soluciones eficientes, si los
costos sociales coinciden con los costos privados y los beneficios sociales están en línea
con los privados. Sin embargo, los diferentes usos del agua generan unas externalidades,
que afectan la cantidad y la calidad del agua afectando a diferentes sectores. Tales
externalidades no suelen entrar en los cálculos de costos y beneficios individuales, sino
que aumentan los costos sociales. Por tanto, las políticas de gestión del agua, deben ser
las herramientas de intervención del Estado, que corrijan las fallas del mercado y que
conduzca a alcanzar los beneficios sociales. El incremento persistente de la
contaminación de un cuerpo de agua puede llevar, en el largo plazo, a la “tragedia de los
19
comunes” especialmente en el contexto de un Estado con instituciones débiles y con
poca capacidad de vigilancia y control de las fuentes y sectores contaminantes.
Problemas como la contaminación, la escasez y la sobreexplotación del agua han sido
abordados desde diferentes perspectivas. El enfoque de la teoría de juegos es uno de
ellos. Madani (2010) referencia diferentes estudios que usan la teoría de juegos para
estudiar problemas relacionados con el agua. En primer lugar se ha abordado el tema de
la asignación de los recursos hídricos entre diferentes usuarios y la forma como se
distribuyen los costos y beneficios entre los grupos de interés. Usando tanto casos
potenciales (Lejano and Davos, 1995; Lippai and Heaney 2000; Ambec and Ehlers,
2008) como estudios de casos reales (Dinar et al., 1992; Rosen and Sexton, 1993; Wang
et al., 2008), se plantean soluciones cooperativas para diferentes juegos. Igualmente se
consideran las soluciones no cooperativas en las cuales cada jugador compite por el
agua y toma decisiones de forma independiente buscando maximizar su función de
beneficio, sin tener en cuenta las externalidades generadas por sus acciones (Adams et
al., 1996; Thoyer et al., 2001 and Simon et al., 2007).
Adicionalmente la teoría de juegos ha sido utilizada para analizar el problema de la
contaminación de los ríos que son compartidos por varios países así como aquellos que
recorren diferentes regiones dentro de un mismo país. En estos casos las soluciones
propuestas buscan minimizar los costos de reducir la contaminación y la forma de
distribuirlos entre los diferentes agentes contaminantes del agua (Sauer et al., 2003; van
der Veeren and Tol, 2003; Zeng and Yang, 2004; Schreider et al., 2007). Los múltiples
agentes que usan el agua de forma individual y aislada, hacen que el manejo integrado
del recurso sea difícil Chen (2003). Los modelos de teoría de juegos usados para
analizar y resolver problemas relacionados con la contaminación del agua en una
cuenca, enfrentan el problema de múltiples agentes con estrategias e intereses
diferentes. Por tanto, la estabilidad de las soluciones cooperativas se puede ver afectada
por las asimetrías de información y de poder que tengan los diferentes grupos de interés.
En este sentido, es interesante analizar los factores que determinan la cooperación
dentro de un juego de estrategia. Así mismo, es importante analizar los mecanismos y
elementos que definen y conllevan a juegos no cooperativos.
20
Finalmente, el teman de la contaminación de los cuerpos de agua proveniente de fuentes
difusas ha sido abordado, entre otros, por Shortle et al. (1997), Xepapadeas (1992) y
Segerson (1988). Las principales conclusiones que obtienen se basan en la teoría del
riesgo moral. Ante la imposibilidad de medir la cantidad de vertimientos de
contaminantes a las fuentes de agua, la aplicación de los instrumentos estándar de
regulación de emisiones como son las cuotas e impuestos Pigouvianos, no pueden ser
aplicadas en este caso. Las asimetrías de información entre el regulador y el agente
contaminante, llevan a este último a elegir niveles de emisión de contaminación
mayores a los socialmente deseables, ante la posibilidad de poder maximizar sus
beneficios disminuyendo los costos de reducir la contaminación. Los mecanismos de
solución propuestos en estos casos se basan en la introducción de incentivos, basados en
impuestos por exceder los niveles de contaminación establecidos y subvenciones o
subsidios por disminuir la contaminación por debajo de los límites aceptables.
4. Metodología.
En este ensayo se sigue la metodología propuesta por Wei et al. (2008). De esta manera
se busca aplicar la teoría de juegos para simular y resolver conflictos relacionados con
la contaminación del agua en la cuenca alta del rio Cauca. En el Anexo se puede ver el
diagrama que refleja los múltiples usos que tiene el agua del río Cauca en la zona objeto
de estudio. Se destacan en dicho esquema los 29 ríos tributarios que drenan sus aguas
directamente al río Cauca, lo cual incrementa el caudal disponible de agua pero también
es una fuente importante de contaminación. Así mismo, se observa que 22 municipios
del Departamento del Valle del Cauca, usan el agua de este río como fuente de
abastecimiento. En este caso de estudio, solo se analizan algunos de los grupos de
interés representativos entre los que aparecen en el esquema de usos del agua.
Los conflictos derivados de la contaminación del agua y la escasez relativa pueden
modelarse mediante juegos de estrategia. En este estudio de caso se usa un modelo
básico de teoría de juegos para analizar el problema de la contaminación persistente del
agua del rio Cauca en la parte alta. En primer lugar, se identifica a los principales
21
grupos de interés que interactúan en la zona de estudio e influyen con su
comportamiento en los niveles de contaminación del agua. Posteriormente se presenta el
modelo teórico en el cual se describen los principales componentes y supuestos que lo
sustentan. A continuación se analiza el conjunto de estrategias que tiene cada jugador,
mediante el proceso de simulación del juego. Luego se definen las funciones de pago o
beneficios de cada jugador. Con el fin de tener en cuenta los cambios de diferentes
variables en el futuro, se llevan a cabo simulaciones de diferentes escenarios. A partir de
los principales resultados obtenidos en las simulaciones del juego, se proponen algunas
opciones de política para disminuir la contaminación de la cuenca en estudio
La cantidad de contaminación producida y vertida a las fuentes superficiales de agua se
mide en kilos de Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5) y en kilos de Sólidos
Suspendidos Totales (SST). Con base en la tasa retributiva fijada al comienzo de cada
año se determina la cantidad que deben pagar los sectores residencial e industrial por la
contaminación vertida a los cuerpos de agua. La tasa retributiva (TR) o impuesto por
contaminar se cobra por cada kilo de DBO5 y de SST. Es importante aclarar que la
agricultura, la minería, la ganadería, entre otras fuentes de contaminación difusa, no
están sujetas al cobro de la tasa retributiva, no obstante, actividades como el beneficio
del café son objeto de monitoreo y control de la contaminación por parte de la autoridad
ambiental (CVC). En este caso se cuenta con información sobre la cantidad de DBO5
producida en procesamiento del café. Por tanto, se considera este cultivo permanente
como un sector representativo de la agricultura en región en estudio. Los datos se
obtienen de informes de la CVC (2000) y de Galvis (2010).
Los datos necesarios para realizar los cálculos de las funciones de pagos y la estimación
de los modelos de predicción son tomados de diferentes fuentes. La información sobre
la población, el valor agregado de la industria, la agricultura y el ingreso de los hogares
se obtienen del Departamento Administrativo Nacional de Estadística (DANE). La
información de la cantidad de DBO5 y SST vertidas al agua por la industria y los
municipios, así como la cantidad de dinero que pagan por las tasas retributivas es
suministrada por la CVC. Entre tanto los datos de la ciudad de Cali se obtienen de la
autoridad ambiental de la ciudad (DAGMA).
22
Con los datos históricos de DBO5, SST, población, valor agregado de la industria, valor
agregado de la caficultura, el ingreso promedio de los hogares, las tasas retributivas y
los costos por contaminación se estiman los modelos que sirven de base para formular
las funciones de pago. Usando herramientas econométricas se seleccionan los modelos
que mejor se ajustan a los datos. Para controlar la correlación característica de las series
de tiempo se incluyen términos Autorregresivos (AR) y de Media Móvil (MA, por sus
siglas en ingles) en las ecuaciones de los modelos estimados. Usando diferentes
especificaciones y test estadísticos se obtienen las predicciones de las principales
variables desde 2014 hasta 2020 y se calculan igualmente los cambios proyectados de
las diferentes variables a partir de los diferentes escenarios propuestos. La validez de los
modelos estimados se basa en el contraste de las observaciones con los valores
predichos. Con el fin de hacer comparables los valores en el tiempo, se usa el Índice de
Precios al Consumidor (IPC) para deflactar los valores monetarios de las funciones de
pago así como las variables que se encuentran en valores corrientes. De esta manera se
obtienen cantidades en términos reales con base en los precios del año 2014.
4.2. Estructura general del modelo.
De acuerdo con la notación seguida por Wei (2008) un juego de estrategia (o normal)
puede definirse a partir de los siguientes elementos: Donde
N representa el conjunto de jugadores; A son las acciones o estrategias de los jugadores;
V son las funciones de pago; I el conjunto de información disponible; O son los
resultados y E es el equilibrio o equilibrios del juego. Sobre cada una de estas variables,
puede hacerse diferentes supuestos. Por ejemplo, se supone que los jugadores son
racionales e inteligente, la información puede ser completa o incompleta, los resultados
están bien definidos, en términos de ganancias y pérdidas, cada jugador tiene más de
una opción o secuencia de opciones para elegir, entre otros.
Partiendo de la estructura general de un modelo de teoría de juegos, en este paper se
pretende modelar el problema de la contaminación del agua del rio Cauca en el
departamento del Valle del Cauca. Para ello, se supone que existen n diferentes tipos de
usuarios del agua distribuidos a lo largo del rio, identificados como N = {P1, P2, P3}.
23
Por simplicidad del modelo se asume que cada jugador Pi ϵ N produce sólo un tipo de
sustancia contaminante. Sea xPit la cantidad de contaminación producida por el jugador
Pi en el tiempo t. Adicionalmente se considera que la autoridad ambiental establece el
límite máximo de contaminante x en el agua en el tiempo t, de acuerdo con los
estándares de calidad del agua. De igual forma se supone que por cada unidad de
sustancia contaminante vertida a un cuerpo de agua, se debe pagar una tasa γ. Por
tanto, una parte , de la carga total producida de contaminación por parte de cada
jugador Pi, se vierte al rio en el periodo t y la cantidad restante ( ) representa la
disminución de la contaminación.
La función de costos asociada con la contaminación producida por cada agente Pit se
define como Cit( , δ ). Donde γ es la tasa o impuesto por unidad de carga
contaminante vertida al agua. Por tu parte, δ es el parámetro que representa el costo de
de reducir la cantidad de contaminante . De acuerdo con la función de costos, si
los jugadores preferirán aumentar la cantidad de contaminación vertido al agua.
En el caso contrario, su decisión óptima es reducir la carga contaminante.
La disminución de la contaminación de los recursos hídricos implica que los jugadores
se enfrentan al problema de la optimización de la calidad del agua. Por tanto, cada
jugador minimiza el costo de reducir la contaminación, dados unos estándares de
calidad establecidos. Matemáticamente se puede expresar por medio de la siguiente
ecuación:
s.a ;
Donde es la concentración de contaminante . Entre tanto, hace referencia al
tramo observado del rio en el tiempo t y índica la sección aguas arriba del rio.
Mientras que es el nivel de contaminante fijado por el regulador en el tiempo t
para la sección y del rio.
24
El conjunto de estrategias del juego se denota como . Asumiendo
que cada jugador elige la estrategia que maximiza sus beneficios, dado la elección de
los otros jugadores, se obtiene el equilibrio del juego. Si se supone que cada jugador
tiene sólo dos opciones, cooperar y no cooperar, el conjunto de estrategias se representa
con la expresión:
, para Pi = 1, 2, 3. Cada jugador Pi elige entre sus
posibilidades para reducir la contaminación. Por tanto, la reducción de la contaminación
en el tiempo t viene dada por la expresión:
En el modelo de juegos no cooperativos cada jugador tiene incentivos para no asumir
los costos de tratamiento de las aguas residuales o para no disminuir la descarga de
sustancias contaminantes al agua. Si todos los jugadores deciden comportarse como
“free riders” en el tema de la contaminación de los cuerpos de agua, el equilibrio del
juego lleva al dilema del prisionero. En este caso la excesiva contaminación que
alcanzan los cuerpos de agua, puede llevar a la tragedia de los comunes. En tal situación
la calidad del agua empeora hasta hacer inviable su uso para consumo humano,
recreación, agricultura entre otras actividades.
En el manejo de los recursos hídricos, el modelo de juegos no cooperativos, implica que
cada jugador Pi, maximiza los beneficios de usar el agua sin tener en cuenta sin tener en
cuenta los efectos sobre otros usuarios. Genéricamente se puede expresar mediante la
siguiente ecuación:
En el cual es la función de pagos de cada jugador i. Bi (Q) es la función de beneficios
derivada del consumo de la cantidad (Q) agua consumida. Mientras que Ci ( ) es el
costo de reducir la contaminación en el cual incurre cada jugador i dada la cantidad ( )
de carga contaminante generada. es el factor de descuento.
25
Por su parte, en el modelo de juegos cooperativos los jugadores buscan maximizar los
beneficios netos totales que obtienen al cooperar unos con otros. La ecuación que
representa los beneficios en este caso es:
Donde representa los beneficios totales obtenidos de la cooperación. y
son las funciones de beneficio por el uso del agua y de costos de disminuir la
contaminación en un juego cooperativo, respectivamente.
Sujeto a
Por su parte, es el pago obtenido por cada jugador i como resultado del juego
cooperativo, mientras que es el beneficio neto producto de la cooperación. es el
factor de distribución del beneficio cooperativo.
Para este caso específico, las funciones de pago de los distintos jugadores, se definen en
función de cantidad de contaminante (DBO5) reducido. De tal forma que en el modelo
de juego no cooperativo, la función de pagos se formula a partir de la expresión:
Los supuestos básicos del modelo son:
- Todos los jugadores son agentes racionales y su objetivo es maximizar su bienestar.
- Los juegos modelados son finitos y simultáneos.
- Se asume que existe información incompleta.
26
- No se produce ninguna intervención administrativa durante el juego, pero las
decisiones de los jugadores están influenciadas por las políticas vigentes.
- Para que se obtenga una solución cooperativa, todos los jugadores deben cooperar.
4.3 Simulación del juego.
Sea P1 el jugador que representa a los usuarios domésticos y comerciales del agua. La
agricultura se define como el jugador P2 y P3 hace referencia a la industria. En cuanto a
las estrategias, se asume que cada jugador tiene sólo dos opciones, puede decidir entre
cooperar y no cooperar. Por tanto, los jugadores P1, P2 y P3 deben decidir si continúan
contaminando el río Cauca con cargas por encima de los niveles establecidos por el
regulador o reducen sus descargas de sustancias contaminantes hasta el máximo nivel
fijado por la autoridad ambiental regional para mejorar la calidad del agua del rio
Cauca. Si deciden cooperar, esto implicará que deben reducir en un 80% la descarga de
DBO5 de acuerdo con los objetivos de calidad del agua propuestos por la CVC8 para el
quinquenio 2015-2020. La estrategia no cooperativa implica que los agentes seguirán
emitiendo cantidades de contaminación que superan los límites establecidos.
De acuerdo con el gráfico 2, los sectores que más han reducido al contaminación en los
últimos años han sido el agrícola e industrial, en contraste con lo que viene sucediendo
con los usuarios del sector residencial y comercial, quienes aumentaron el porcentaje de
contaminación descargado al rio Cauca y sus tributarios entre 1997 y 2014. El
crecimiento de la población y la urbanización constante que ha vivido este departamento
donde más del 80% de las personas viven en la zona urbana, aunado a la carencia de
sistemas de tratamiento de aguas residuales con capacidad para eliminar más del 50%
de la carga contaminantes y para aumentar la cantidad de aguas residuales tratadas. La
construcción de plantas de tratamiento por municipio y la ampliación de la capacidad de
la planta de tratamiento de la ciudad de Cali, son las principales estrategias aplicadas
por el regulador para disminuir la descarga de DBO5 durante el quinquenio 2010-2015.
8 Ver el documento elaborado por la autoridad ambiental llamado “ Objetivos de la calidad del agua del
rio Cauca, tramo Valle del Cauca” (2006)
27
Gráfico 2. Porcentaje de emisiones de los jugadores P1, P2 y P3 entre 1997-2014
Para ilustrar el juego de reducción de la contaminación de los recursos hídricos, se
diseña el esquema del árbol de decisión que se muestra en la figura 1. En el cual (1) es
la estrategia no cooperativa y (2) identifica la decisión cooperativa. Se supone que el
juego se lleva a cabo de forma simultánea y que cada jugador decidirá jugar el juego no
cooperativo en primer lugar, es decir, los jugadores P1, P2 y P3 deciden mantener los
niveles de contaminación como hasta ahora. De igual forma se supone que cada jugador
conoce las estrategias disponibles de los otros jugadores, pero no sabe exactamente la
cantidad de contaminante que descargan al agua. De acuerdo con esta estrategia el
equilibrio que se obtiene es (1, 1, 1), por tanto las descargas de sustancias
contaminantes continúan estando en niveles superiores a los establecidos por la
autoridad ambiental. La contaminación sistemática del rio puede llevar al problema
conocido como “La Tragedia de los Comunes”
La decisión de cooperar, implica que cada jugador se compromete a reducir sus
descargas de contaminación hasta alcanzar los estándares de calidad del agua. No
obstante, esta estrategia implica incurrir en mayores costos, con lo cual los jugadores
tienen incentivos para evadir el costo de reducir una cantidad cada vez mayor de la
contaminación que producen. Este tipo de juego constituye el dilema del prisionero, en
el cual los jugadores pueden obtener beneficios, (costos evitados) al comportarse como
free riders ante la disminución de la contaminación.
0%
20%
40%
60%
80%
100%
P1 P2 P3
Jugadores
1997
2014
28
Figura 2. Esquema del árbol de decisión del juego.
P1
1 2
P2 ------------------------------------ P3
1 2 1 2
4.4 Estimación de los modelos.
En esta sección se presentan los resultados de las estimaciones econométricas de los
modelos que permiten predecir el comportamiento, a través del tiempo, de variables
como la cantidad de kilogramos de DBO5 vertida al rio Cauca y sus tributarios en el
departamento del Valle del Cauca, por parte de cada uno de los jugadores.
Adicionalmente se estiman la variable población total, la tasa retributiva por cada
kilogramo de DBO5 vertida al agua, el índice de precios al consumidor (IPC, en
adelante) con el fin de deflactar los valores monetarios futuros y el valor agregado de la
agricultura. En este caso se refiere al valor agregado generado por la producción de café
ya que esta variable tiene una incidencia significativa en el nivel de DBO5 producido
por dicho sector. En general los modelos presentan un buen ajuste entre los valores
predichos y los actuales, con lo cual se pueden llevar a cabo predicciones confiables.
Modelo 1. Población total del departamento del Valle del Cauca.
∆Población = 39894,07 + 366,30*t + [AR(1) = 0.4043, MA(1) = 0.538]
R2 = 0.986 y el ajustado R
2 = 0.982
29
Figura 3. (a) Modelo en diferencias y (b) Predicción de la Población
Modelo 2. Descarga de DBO5_kg producida por jugador P1.
ln(DBO_KG) = 19,367 - 0.6026*lnt+ [AR(1) = 0.779, MA(2) = -0.6203]
R2 = 0.8301 y el ajustado R
2 = 0.7909
Figura 4. (a) Modelo doble logaritmo y (b) Predicción la de descarga de DBO_kg
Modelo 3. Descarga de DBO5_kg producida por jugador P2.
lnDBO_kg = 17.254 - 0.1007*t + [AR(1)=0.5934,MA(1)=0.6137]
R2 = 0.9682 y el ajustado R
2 = 0.9608
-.6
-.4
-.2
.0
.2
.4
.6
41
42
43
44
45
46
47
2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014
Residual Actual Fitted
3,800
4,000
4,200
4,400
4,600
4,800
5,000
2000 2005 2010 2015 2020
Predicción Población ± 2 S.E.
-.08
-.04
.00
.04
.08
.12
17.5
17.6
17.7
17.8
17.9
1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014
Residual Actual Fitted
17.3
17.4
17.5
17.6
17.7
17.8
17.9
18.0
2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020
Predicción DBO_kg ± 2 S.E.
30
Figura 5. (a) Modelo semilogaritmico y (b) Predicción la de descarga de DBO_kg
Modelo 4. Valor agregado de la agricultura.
Vr_Agre = 386162921 – 12208907*t + [AR(1)=0.6409, MA(2)=-0.9316]
R2 = 0.8553 y el ajustado R
2 = 0.8219
Figura 6. (a) Modelo lineal y (b) Predicción del valor agregado agricultura
Modelo 5. Descarga de DBO5_kg producida por jugador P3.
lnDBO_kg = -11.9442 + 1.4482*lnVr_Agr + [AR(1)=0.5462, MA(2)=-0.9356]
R2 = 0.8637 y el ajustado R
2 = 0.8296
14.0
14.5
15.0
15.5
16.0
16.5
17.0
17.5
2000 2005 2010 2015 2020
Prediccion DBO_kg ± 2 S.E.
0
50
100
150
200
250
300
350
2000 2005 2010 2015 2020
Prediccion Valor Agregado
± 2 S.E.
-.4
-.3
-.2
-.1
.0
.1
.2
15.2
15.6
16.0
16.4
16.8
17.2
1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014
Residual Actual Fitted
-40
-20
0
20
40
120
160
200
240
280
320
1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014
Residual Actual Fitted
31
Figura 7. (a) Modelo doble logaritmo y (b) Predicción la de descarga de DBO_kg
Modelo 6. Tasa retributiva (TR) o impuesto por kilogramo de contaminante (DBO5).
lnTR = 3.3049 + 0.5099*lnt + [AR(1) = 0.4975]
R2 = 0.9992 y el ajustado R
2 = 0.9991
Figura 8. (a) Modelo doble logarítmico y (b) Predicción la Tasa Retributiva.
Modelo 7. Índice de precios al consumidor.
lnIPC = 3,9430 + 0,0377*t + [AR(1)=0.679, MA(1)=0.6476]
R2 = 0.9984 y el ajustado R
2 = 0.9981
13.5
14.0
14.5
15.0
15.5
16.0
16.5
17.0
2000 2005 2010 2015 2020
Prediccion DBO_kg ± 2 S.E.
-.02
-.01
.00
.01
.02
.03
3.8
4.0
4.2
4.4
4.6
4.8
1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014
Residual Actual Fitted
3.8
4.0
4.2
4.4
4.6
4.8
5.0
2000 2005 2010 2015 2020
Prediccion Tr ± 2 S.E.
-.2
-.1
.0
.1
.2
.3
15.4
15.6
15.8
16.0
16.2
16.4
2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014
Residual Actual Fitted
32
Figura 9. (a) Modelo semilogaritmico y (b) Predicción la de descarga de DBO_kg
4.5 Escenarios propuestos.
A partir de los datos pasados y actuales, se definen los parámetros del escenario base S0.
El cual constituye el punto de partida para analizar los efectos que trae cambios en las
variables de interés. Básicamente se plantean dos escenarios adicionales. El S1 sirve
para recrear algunos de los riesgos que llevan a generar mayor contaminación. Este
escenario puede considerarse como pesimista. En el caso del S2, será en cambio, se
refleja una situación con menos incertidumbre y con unas condiciones más favorables.
Para el prime escenario S1 supone que la población aumenta a tasas anuales del 2%,
mientras que las descargas de DBO5 solo disminuyen a una tasa del 4% anual, ante el
bajo desarrollo de tecnologías de producción limpia y por la incapacidad de aumentar la
capacidad de tratamiento de las aguas residuales. La producción agrícola aumenta sólo
crece a un 3%, mientras que se proyecta una escaza capacidad de control de las
descargas de sustancias contaminantes por parte del ente regulador, así como
condiciones climáticas significativamente secas. En el escenario S2 por su parte, se
asume una disminución de la población del 1%, mejoras tecnológicas para reducir la
contaminación y mayores controles sobre los vertimientos. Adicionalmente se supone
una tasa de reducción de la cantidad contaminante del 10% anual y un incremento de la
producción agrícola del 6%, junto con unas condiciones climáticas maderadas.
-.02
-.01
.00
.01
.02
.03
.04
3.6
3.8
4.0
4.2
4.4
4.6
4.8
1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014
Residual Actual Fitted
3.8
4.0
4.2
4.4
4.6
4.8
5.0
2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020
Predicción Indice de Precios± 2 S.E.
33
5. Analisis de los resultados.
A continuación se presentan los principales resultados derivados de la simulación del
juego, en el cual tres jugadores interactúan a lo largo de la cuenca del rio Cauca, en el
Departamento del Valle del Cauca y vierten distintas cantidades de contaminación que
se mide en DBO5. En la tabla 1 se presentan los resultados del juego no cooperativo, en
el cual los usuarios del agua, representados por el sector doméstico y comercial (P1),
agrícola (P2) e industrial (P3) descargan cantidades de DBO5 por encima de los niveles
establecidos por el regulador para mejorar la calidad del agua del rio Cauca en el
departamento que sirve de estudio de caso.
De la tabla 1 se puede ver que los tres jugadores reducen la cantidad de DBO5 para el
periodo de tiempo analizado, sin embargo, la tasa anual a la cual reducen la
contaminación es diferentes. En el caso de P1 la disminución de la contaminación se
hace a una tasa de 3%, anual mientras que para los otros dos P2, P3 la tasa es de 11 y
10% respectivamente. En este juego, cada jugador elige el nivel de contaminación que
quiere reducir mediante el tratamiento de las aguas residuales y la cantidad vertida de
DBO5 al agua, sin tener en cuenta las metas de calidad del agua y los límites de
reducción de la contaminación establecidos. El resultado final es un nivel de
contaminación que supera los valores deseables de DBO5 en determinados puntos a lo
largo del rio.
Tabla 1. Toneladas de DBO5 vertida por los jugadores P1, P2 y P3 en un juego no
cooperativo entre 2010-2015.
______________________________________________________________________ t DBO5P1 DBO5P2 DBO5P3 Total
______________________________________________________________________ 2005 49.445 7.603 7.540 64.588
2006 48.063 6.874 6.943 61.880
2007 46.709 6.215 6.356 59.280
2008 45.397 5.619 5.781 56.797
2009 44.137 5.080 5.221 54.438
2010 42.931 4.594 4.677 52.202
______________________________________________________________________
34
Antes presentar los resultados de la simulación del juego cooperativo, es importante
aclarar que no se dispone de los datos sobre cantidad de contaminación total producida
por cada jugador, sino las cantidades que vierte al agua. Por tanto, con base en los datos
publicados en los informes de gestión de EMCALI se encuentra que durante los años
2012, 2013 y 2014 la cantidad de toneladas removidas de DBO5 fueron: 11.973, 10.341
y 9.254, respectivamente. Si se supone que la cantidad de contaminante vertido más la
cantidad removida suman la carga total producida, en este caso se tiene un promedio de
reducción de la carga contaminante de 20% para estos tres años. De esta manera se
puede suponer que la carga contaminante vertida al agua, representa aproximadamente
el 80% de la carga total producida por los usuarios domésticos y comerciales. En este
sentido, para cumplir con la reducción de la contaminación del 80% del total producido,
como establece la autoridad ambiental, se deben hacer reducciones adicionales por parte
del jugador P1.
En cuanto a la industria y la agricultura, se toman como referencia los datos de la CVC
(2007) sobre de la cantidad de DBO5 producida en el año 2005 por cada uno de estos
dos sectores. Adicionalmente, se obtienen de ese documento los costos estimados de
inversión en los escenarios de objetivos de calidad del agua. Estos costos sirven para
estimar el costo de reducción de la carga de DBO5 de cada uno de los sectores
estudiados en este caso. Partiendo del hecho de que en el año 2005 el sector cafetero
produjo 31,16 toneladas diarias de contaminación expresada en términos de DBO5, y
solo redujo el 17,3% es decir, 5,4 toneladas al día, entonces se puede suponer que, en
promedio, este sector mantuvo constante la tasa de reducción de la contaminación entre
los años 2005-2015. De esta manera se puede estimar que la cantidad de DBO5 vertida
por el jugador P2 representa el 80% de la contaminación total producida, bajo el
supuesto de que la cantidad total de = + . Un procedimiento similar se usa para
el caso de la industria. Sabiendo que es el sector que más ha reducido la contaminación,
desde que se implementaron las tasas retributivas en 1997, se supone que durante el
periodo 2010-2015 alcanzó la tasa promedio de reducción de la contaminación del 70%,
con lo cual, se obtendrá que el 30% restante de la contaminación es la parte que se
vierte al agua y que es un dato observable sobre el cual se puede estimar la reducción
para cumplir con la regulación vigente sobre nivel de vertimientos.
35
Tabla 2. Toneladas de DBO5 reducidas por los jugadores P1, P2 y P3 en un juego
cooperativo entre 2010-2015.
______________________________________________________________________
t - DBO5P1 - DBO5P2 - DBO5P3 Total
______________________________________________________________________ 2005 29.667 3.041 1.540 34.216
2006 28.838 2.749 1.389 32.976
2007 28.026 2.486 1.271 31.783
2008 27.238 2.248 1.156 30.642
2009 26.482 2.032 1.044 29.558
2010 25.759 1.837 935 28.532
______________________________________________________________________
Los resultados del juego cooperativo identificados con el singo (-) antes DBO5 muestran
que si los jugadores deciden cooperar y por tanto reducir la contaminación acorde con
los estándares establecidos, pueden alcanzar niveles de reducción de la contaminación
que van desde 60% a 20% en el caso de los jugadores P1 y P3 o del 40 por ciento en el
caso del jugador P2. En total se pueden reducir hasta 34.216 toneladas de DBO5 en el
año 2005 y 28.532 en el año 2010. El jugador P1 por ser el mayor contaminador en la
zona en estudio, debe asumir mayores cargas de reducción de la contaminación.
Con base en la cantidad de contaminación vertida al agua y la cantidad reducida, se
obtienen las funciones de pago de cada uno de los jugadores. En el caso de un modelo
de juegos no cooperativo la función de pago se denota por V y para el caso del juego
cooperativo con la letra U. Los costos de reducir la contaminación se toman de CVC
(2006), mientras que el costo por cada kilogramo de DBO5 vertido al agua es la tasa
retributiva o impuesto por contaminación. Como se había explicado antes, la
contaminación producida por fuentes difusas como la agricultura no paga la tasa
retributiva por contaminación. Por tanto, en este caso, la contaminación producida en el
procesamiento del grano de café, no tiene costo para quienes contaminan. De tal forma
que los agricultores solo asumirían los costos de reducir la contaminación en el caso de
que decidan cooperar con los demás jugadores y por tanto incurrir en los costos
estimados por la CVC (2006). Los beneficios de los agricultores serán los costos
evitados de reducir la cantidad de DBO5 cuando deciden no cooperar en la reducción de
36
la contaminación. Por su parte, los beneficios para los otros dos sectores, industria y
doméstico, se obtienen de los costos evitados al preferir contaminar por encima de los
niveles establecidos que incurrir en los costos que implica la inversión en plantas de
tratamiento de agua residual o nuevas tecnologías para disminuir el monto de DBO5.
Matriz de pagos de los jugadores P1, P2 y P3 en juegos cooperativos y no cooperativos
(valores millones de pesos a precios constantes de 2014)
Año V1 V2 V3 U1 U2 U3
De acuerdo con las función de pago obtenidas en el juego no cooperativo, los beneficios
obtenidos por los agricultores, que no pagan la tasa retributiva por los vertimientos, van
decreciendo en el tiempo y son menores que las pérdidas totales de los otros dos
jugadores. Si bien en este juego, el sector industrial y los consumidores domésticos y
del comercio, deben asumir el pago de la tasa retributiva por los vertimientos, en total y
para cada año los costos asumidos en esta situación son menores que los que tiene en el
caso de decidir cooperar y reducir las descargas contaminantes en un 80% conforme
establece la normatividad ambiental para mejorar la calidad del agua en el río Cauca en
la cuenca alta. En el juego cooperativo, los tres jugadores asumen los costos de reducir
la contaminación, mas el costo de las tasas retributivas por parte de los dos jugadores
objeto de este cobro por ser fuentes fijas de contaminación. No obstante, este juego
implica costos significativamente altos para los tres jugadores, pero especialmente para
quien genera más contaminación como son los consumidores domésticos y comerciales.
Por tanto, esta situación puede llevar al dilima del prisionero. En el cual los jugadores
elegirán pagar la tasa retributiva, antes que reducir la contaminación, dado que deben
asumir altos costos y existe el riesgo de que quienes tengan incentivos para no cooperar
no hagan las inversiones necesarias para reducir la contaminación.
- 172.445 - 5.446 - 26.670
- 161.368 - 4.754 - 23.655
- 151.004 - 4.151 - 20.860
- 141.341 - 3.624 - 18.280
- 132.351 - 3.165 - 15.907
- 124.001 - 2.764 - 13.733
2010 - 6.143 945 -937
2011 - 5.938 849 -858
2012 - 5.728 762 -779
2013 - 5.518 683 -703
2014 - 5.309 611 -628
2015 - 5.104 546 -556
37
6. Conclusiones y recomendaciones.
El crecimiento económico y el aumento de la población generan presiones sobre los
recursos hídricos en el departamento del Valle del Cauca. A pesar de la riqueza hídrica
de la región que es objeto de estudio en este ensayo, la excesiva contaminación genera
restricciones en el uso del líquido para los usuarios residenciales y del comercio en la
ciudad de Cali. Los diversos usos del rio Cauca y sus afluentes, en la parte alta, han
llevado a aumentos en los niveles de contaminación que afectan el uso del agua con
fines recreativos y de pesca, a la vez que reduce su capacidad natural de diluir
sustancias contaminantes, disminuyendo así la salud de los ecosistemas acuáticos.
Abordar el problema de la contaminación persistente de los recursos hídricos desde la
teoría de juegos, permite modelar el comportamiento de los agentes que compiten por el
agua desde la perspectiva de un juego de estrategia, donde los jugadores pueden decidir
entre invertir en reducir la contaminación o pagar la tasa retributiva y seguir
contaminando. La simulación de juegos cooperativos y no cooperativos permite
analizar las opciones que tienen y los resultados que generan las estrategias elegidas.
En tal sentido, simular un juego no cooperativo permite analizar lo que desearía hacer el
jugador y como lo haría, mientras que el juego cooperativo muestra lo que se debería
hacer y cómo hacerlo, dadas las situaciones de interacción con grupos de interés con
estrategia y objetivos diferentes los cuales pueden entrar en conflicto.
En este ensayo se han tomado tres grupos interés representativos dentro del conjunto
heterogéneo de usuarios del agua en la cuenca alta del rio Cauca, con el fin de ilustrar la
problemática ambiental derivada de la alta contaminación de los recursos hídricos en el
Departamento del Valle del Cauca. Con base en los datos sobre descargas de DBO5 por
parte de los usuarios domestico, industrial y agrícola se estiman diferentes modelos para
determinar el comportamiento de las variables y calcular las funciones de pago basada
en la cantidad de sustancias contaminante vertida o reducida por cada jugador. A pesar
de las políticas económicas y de comando y control que se aplican en la región desde
1976, el problema de la contaminación del agua es persistente y sistemático. Por tanto,
la pregunta central que motivó este ensayo es: ¿Qué políticas y herramientas se
requieren para logra una efectiva disminución de la contaminación en la región objeto
38
de este ensayo? .Adicionalmente, se plantea otro interrogante y es ¿cómo lograr que los
agentes que compiten por el uso del agua en la zona y generan impactos ambientales
con las distintas sustancias contaminante que descargan sobre los cuerpos de agua,
reduzcan la contaminación?
Políticas económicas o incentivos monetarios establecidos mediante el el pago de tasas
o impuesto por contaminar y así como las herramientas de comando y control, son los
más populares, han logrado reducir solo parcialmente la contaminación en sectores
como el industrial, pero sigue siendo insuficientes para que todos los municipios que
usan el agua en la cuenca alta del rio cauca como sumidero de diferentes sustancias
contaminantes, realice las inversiones necesarias para reducir la descarga de
contaminantes. De igual forma, los clásicos problemas a los que se enfrentan el
regulador a la hora de controlar las emisiones de contaminación de fuentes difusas,
hacen que se plantean algunas opciones de política para buscar solucionar el problema
del deterioro de la calidad del agua en el Valle del Cauca.
En primer lugar, la construcción de nueva infraestructura para tratamiento de agua
residuales en los municipios, debe considerarse un bien público que debe ser provisto
por el estado, dado que los agentes que generan más contaminación como son los
hogares y el comercio, no tendrán incentivos para invertir en una infraestructura con
unos costos iniciales y hundidos excesivamente altos. El suministro de agua potable y
saneamiento básico deben ser un espacio para la intervención y acción del estado, dado
que el sector privado que gestiona algunas empresas de servicios públicos en el área de
estudio, no encuentra rentable invertir en infraestructura y nuevas tecnologías para
reducir la contaminación cuando ofrece los servicios de agua y saneamiento por un
tiempo definido bajo la figura de concesión. Su opción preferida es no invertir en
descontaminación ni pagar por la contaminación generada, dada la búsqueda de rentas
con la que operan los inversionistas privados.
Dado que las fuentes de contaminación difusa son igualmente importantes en la
generación de contaminación, es necesario el diseño de mecanismos de control de este
tipo este tipo de fuente. El cobro de un impuesto general y de cuantía variable de
acuerdo con los niveles de contaminación encontrados en diferentes secciones del rio,
39
podría llevar a que quienes contaminan las fuentes de agua por medio de fertilizantes,
herbicidas, extracción de materiales de arrastre, minería y ganadería, igual asuman parte
del costo que generan con sus actividades.
El cobro de las tasas retributivas debe abarcar aspectos más amplios que los que viene
aplicando. De esta manera podría usar las tasas de forma discriminada por tipo de
contaminante, de acuerdo con el grado con de toxicidad y daño ambiental potencial
sobre los ecosistemas acuáticos y la salud humana. Así mismo, diferenciando por tipo
de usuario cobrando una mayor tasa a quienes incumplan con los niveles de descarga
establecidos de acuerdo con los estándares de calidad del agua. De igual forma las
subvenciones y subsidios para los sectores que reduzcan mas la contaminación, como
mecanismo de incentivar ese tipo de comportamiento.
Finalmente, el manejo administrativo y de gestión de los recursos económicos por parte
de las autoridades ambientales en la zona de estudio es un área donde se requiere mayor
control y eficiencia. El manejo de los recursos económicos recibidos del cobro de las
tasas retributivas, no siempre corresponde a inversiones que permitan el manejo de los
recursos hídricos de forma eficiente. Igualmente la gestión de la información sobre
vertimientos, concesiones de agua y pago de tasas retributivas deben ser transparente y
de carácter público, para que los ciudadanos nos puedan tener insumos disponibles para
evaluar y conocer el manejo de los recursos hídricos y la forma como se inviertes los
recursos económicos que generan los cobros por contaminación.
En la agenda de investigación relacionada con este ensayo, en este momento se avanza
en el diseño y la evaluación de diferentes escenarios para tener en cuenta los riesgos y la
incertidumbre futura. Adicionalmente se espera poder contar con nueva información
para intentar evaluar los efectos de la contaminación difusa en esta zona y plantear
algunas opciones de política para el manejo de la contaminación de este tipo. Dado el
deterioro de la calidad del agua del rio Cauca y sus principales tributarios, es pertinente
seguir investigando sobre las fuentes de contaminación y la forma de abordar este
problema de forma integral, de tal forma que se incluya la mayor cantidad de grupos de
interés en las negociaciones de los niveles de contaminación y manejo de los recursos
hídricos en la cuenca alta del rio Cauca.
40
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47
Anexos.
Figura 1. Esquema de usos del agua del rio Cauca en la parte alta.
48
Fuente: Tomado de Polanía (2014)
49
Cuadro 1. Factores determinantes de la calidad del agua en la cuenta alta del Río Cauca.
Rio Tributario
Fuentes de contaminación
Rio Ovejas
Descargas de aguas residuales domesticas. Vertimientos de las industrias
procesadoras de almidón de yuca y de las explotaciones de bauxita.
Rio Timba
Descarga de aguas residuales domesticas y de las explotaciones carboníferas.
En la parte alta presenta problemas de erosión y deforestación.
Rio Quinamayó
Rio La Teta
Descargas de aguas residuales domesticas y de las industrias del procesamiento
de almidón de yuca. Explotación carbonífera en las riveras de las cuencas.
Rio La Quebrada
Descargas de aguas residuales domésticas. Vertimientos generados por las
explotaciones carboníferas.
Rio Palo
Descargas de aguas residuales domésticas y de las industrias procesadoras de
almidón de yuca. Contaminación por extracción de material de arrastre.
Vertimiento de las aguas provenientes del beneficio del café.
Rio Claro
Descargas de aguas residuales domesticas y de efluentes provenientes de la
explotación de bauxita y carbón. Además el río presenta alteración del lecho por
extracción de material de arrastre.
Rio Jamundí
Descarga de aguas residuales de Tecnoquímicas S.A, descargas del Municipio
de Jamundí, incontrolada aplicación de agroquímicos en arrozales y cañaduzales
en la ribera del río, Descargas de las minas de carbón.
Rio Desbaratado
Descarga de parte de las aguas residuales de los municipios de Florida, Miranda
y Puerto Tejada. Vertimiento de aguas residuales de la explotación de mármol.
Presencia de contaminación por agroquímicos. Alteración del lecho del río por
extracción de material de arrastre.
Rio Cali
Descargas de aguas residuales industriales de Cartones América S.A.,
Fabrisedas S.A., Industria de Licores del Valle. Descargas de aguas domesticas,
presencia de basuras y escombros. Vertimiento de efluentes producto de las
extracciones de carbón, agregados de petróleo y calcáreas.
Rio Arroyohondo
Descargas de aguas residuales industriales de Química Acerquím Ltda.,
Unipapel S.A. Vertimiento de aguas residuales procedentes de la extracción de
agregados de petróleo y calcáreos. Descargas de basuras.
Rio Yumbo
Descargas del Municipio de Yumbo. Vertimiento de las aguas efluentes de las
minas de calcita, calizas, diatomitas, sílice y carbón. Descargas de basuras y de
aguas residuales industriales.
Rio Guachal Descargas provenientes de los ríos tributarios Frayle, Párraga y Bolo, que a su
vez reciben las descargas de aguas residuales provenientes de 4 municipios.
También los ríos tributarios reciben vertimientos de industrias azucareras,
lácteos, conservas y una destilería. Además los ríos tributarios tienen problemas
de erosión en las riveras por el desarrollo de actividades como la ganadería.
Rio Amaime
Descargas de la industria Manuelita S.A. Vertimiento de aguas residuales
domésticas del corregimiento el Placer y Amaime. Presenta alteración del lecho
del río por extracción de material de arrastre.
Rio Vijes
Descarga de aguas residuales de la zona rural. Erosión de la cuenca por la
explotación de caliza.
50
Rio Cerrito Descargas del municipio de Cerrito. Vertimiento de Aguas residuales de
Curtidos Las Cebra y Curtipieles Ltda.
Rio Sabaletas
Descargas del municipio de El Cerrito y zonas rurales del municipio de Ginebra.
Vertimientos de aguas mieles del beneficio del café, descargas de curtiembres.
Escorrentía de agroquímicos y pesticidas. Presenta alteración del lecho del río
por extracción de material de arrastre.
Rio Guabas
Descargas del Municipio de Guacarí. Recibe aguas mieles del beneficio del café,
residuos de pesticidas y agroquímicos generados por la explotación agrícola..
Contaminación por residuos de cianuro y mercurio debido a la explotación
minera. Erosión lateral por extracción de material para construcción.
Rio Sonso
Descargas de aguas residuales del Ingenio Pichichi S.A y los desechos
industriales de explotaciones agropecuarias. Aguas residuales del municipio de
Guacarí y los asentamientos urbanos de Sonso.
Rio Yotoco
Descargas del Municipio de Yotoco. Vertimiento de aguas residuales
industriales de Carpak S.A. Desechos industriales de explotaciones
agropecuarias, principalmente por el cultivo de caña y por la ganadería.
Rio Mediacanoa
Excesiva tala del bosque y el uso de suelos para ganadería intensiva. Recibe las
descargas de aguas residuales del corregimiento de Mediacanoa.
Rio Guadalajara
Descargas del Municipio de Buga y las aguas residuales de Colombiana de
Moldeados S.A. y Conalvidrios S.A. Vertimiento de aguas residuales de la
explotación de oro. Presencia de alteración del lecho del río por extracción de
material de arrastre.
Rio Piedras
Descargas de aguas residuales de los balnearios ubicados en la cuenca media.
Recibe las aguas residuales domesticas de caseríos en el municipio de Riofrío.
Rio Riofrío
Descargas de aguas residuales de los Municipios de Riofrío y Trujillo.
Rio Tuluá
Descargas del municipio de Tuluá. Deforestación, quemas y ganadería
extensiva. Vertimientos por explotaciones de minerales como el oro, la plata,
yeso y caolín. Descargas de aguas mieles del beneficio del café, escorrentías de
pesticidas y agroquímicos de los cultivos de caña, alteración del lecho del río
por extracción de material de arrastre.
Rio Morales
En la parte alta de la cuenca predominan los cultivos de café y caña de azúcar y
la ganadería extensiva. En la parte media y baja el río recibe las descargas de
aguas residuales del Municipio de Andalucía. También recibe las descargas de
una parte del municipio de Tuluá y de su matadero.
Rio Bugalagrande
Vertimiento de aguas domesticas del Municipio de Bugalagrande y descargas de
la empresa productora de alimentos Nestlé de Colombia S.A.
Rio La Paila
Vertimiento de aguas residuales del Ingenio Río Paila S.A. y Colombina S.A.
Descarga de aguas mieles del municipio de Sevilla.
Rio La Vieja
Descargas de aguas residuales del Municipio de Cartago. Presencia de aguas
residuales domesticas y aguas mieles provenientes de los municipios de
Quindio, Valle del Cauca y Risaralda. Alteración del lecho del río por extracción
de material de arrastre.
Alto Cauca
Descargas de las aguas residuales de la ciudad de Cali. Contaminación por
erosión y extracción gravas y arenas del lecho del río. Vertimientos de las aguas
residuales de la industria. Escorrentía de los fertilizantes y pesticidas utilizados
en los cultivos de caña de azúcar, arroz, soja y café
Fuente: CVC (200b).
51
Cuadro 2. Parámetros críticos en los Ríos Tributarios del Río Cauca.
Parámetro
Limitación
Río Tributario
Oxigeno Disuelto
Para uso recreativo por contacto
primario y secundario.
Preservación de fauna y flora.
Guachal, Jamundí, Cali, Yumbo, Cerrito, Tuluá,
Morales y La Paila.
Coliformes Fecales y
Coliformes Totales
Para consumo humano y uso
doméstico.
Para uso recreativo por contacto
primario y secundario.
Todos los ríos tributarios.
Color
Para consumo humano y uso
doméstico.
Ovejas, Timba, La Teta, Quinamayó, La Quebrada,
Claro, Palo, Jamundí, Desbaratado, Cali, Guachal,
Arroyohondo, Yumbo, Vijes, Amaime, Cerrito,
Zabaletas, Guabas, Sonso, Yotoco, Mediacanoa,
Piedras, Riofrío, Tuluá, Morales, Bugalagrande,
Paila, La Vieja.
Turbiedad
Para consumo humano y uso
doméstico.
Ovejas, Timba, La Teta, Quinamayó, La Quebrada,
Claro, Palo, Jamundí, Desbaratado, Cali,
Arroyohondo, Yumbo, Guachal, Vijes, Amaime,
Cerrito, Zabaletas, Guabas, Sonso, Yotoco,
Mediacanoa, Guadalajara, Piedras, Riofrío, Tuluá,
Morales, Bugalagrande, Paila, La Vieja.
Cloruros
Para consumo humano y uso
doméstico.
Cerrito, Guachal, Arroyohondo, Yumbo.
Nitratos
Para consumo humano y uso
doméstico.
Cali, Guachal, Cerrito, Yumbo, Bugalagrande,
Quinamayó, Amaime y La Vieja.
Fosfatos
Para consumo humano y uso
doméstico.
Sonso, Tuluá, Yumbo.
Hierro total
Para uso agrícola.
Ovejas, Timba, La Teta, Quinamayó, La Quebrada,
Claro, Palo, Jamundí, Desbaratado, Cali,
Arroyohondo, Yumbo, Guachal, Vijes, Amaime,
Cerrito, Guabas, Sonso, Yotoco, Mediacanoa,
Guadalajara, Riofrío, Tuluá, Morales,
Bugalagrande, Paila, La Vieja.
Manganeso total
Para uso agrícola.
Ovejas, Timba, La Teta, Quinamayó, La Quebrada,
Claro, Palo, Jamundí, Desbaratado, Cali,
Arroyohondo, Yumbo, Guachal, Vijes, Amaime,
Cerrito, Guabas, Sonso, Yotoco, Mediacanoa,
Guadalajara, Piedras, Riofrío, Tuluá, Morales,
Bugalagrande, Paila, La Vieja.
Zinc
Para uso agrícola
Quinamayó
Cobre total
Para uso agrícola
Sabaletas
Cadmio total
Para consumo humano y uso
domestico, agrícola y pecuario
Ovejas, Timba, La Teta, Quinamayó, La Quebrada,
Claro, Palo, Jamundí, Desbaratado, Cali,
Arroyohondo, Yumbo, Guachal, Vijes, Amaime,
Cerrito, Guabas, Mediacanoa, Piedras, Tuluá, Paila,
La Vieja.
52
Cromo total
Para consumo humano y uso
domestico, agrícola.
Ovejas, Timba, La Teta, Quinamayó, La Quebrada,
Claro, Palo, Jamundí, Desbaratado, Cali,
Arroyohondo, Yumbo, Guachal, Vijes, Amaime,
Cerrito, Zabaletas, Guabas, Sonso, Yotoco,
Mediacanoa, Piedras, Riofrío, Tuluá, Morales,
Bugalagrande, Paila, La Vieja.
Plomo total
Para consumo humano y uso
doméstico.
Quinamayó, La Quebrada, Claro, Palo, Jamundí,
Desbaratado, Cali, Arroyohondo, Yumbo, Guachal,
Vijes, Amaime, Cerrito, Zabaletas, Guabas, Sonso,
Yotoco, Mediacanoa, Piedras, Riofrío, Tuluá,
Morales, Bugalagrande, Paila, La Vieja.
Fuente: CVC (2000b)
53
Gráfica 3. Comportamiento del oxígeno disuelto (OD) en el río Cauca durante las
condiciones estacionales: invierno, transición y verano.
Invierno
Transición
Verano
Fuente: CVC- Universidad del Valle (2007) Cap. 7 Calidad del rio Cauca y los tributarios
54
Grafica 4. Comportamiento de diferentes parámetros de calidad del agua en el rio Cauca.
Fuente: Polanía (2012)
55
Gráfica 5. Variación de los nitratos en el río Cauca en el tramo Salvajina – La Virginia.
Condiciones estacionales: invierno, transición y verano Período 1998 – 2003.
Fuente: CVC – Universidad del Valle (2007).
Gráfica 5. Variación de los fosfatos en el río Cauca en el tramo Salvajina – La Virginia
Condiciones estacionales: invierno, transición y verano. Período: 1998-2003
Fuente: CVC – Universidad del Valle (2007).
56
Gráfica 6. Suspensión de la captación de agua del río Cauca por contaminación.
Planta de potabilización de Puerto Mallarino - EMCALI -
Fuente: Empresas Municipales de Cali - EMCALI -
10
18
13 12
16 19
26
32
18
26
22 23
37
41
2 0 1 1
5
0 0
6 8
16
2 5
8 9
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
Nú
mro
de
cort
es
Años
Carga Organica Turbiedad
57
Cuadro 3. Comportamiento de los índices de calidad y escasez del agua de los
tributarios del Rio Cauca.
Rio
Caudal (m3/s)
Índice de Escasez
ICA_2006
ICA_2013
Ovejas 2,2 11 n.d n.d
Timba 22 21 n.d n.d
La Teta 9,4 68 n.d n.d
Quinamayó 7,4 117 n.d n.d
La Quebrada 2,1 136 n.d n.d
Claro 7,1 27 68,83 67,50
Palo 36 31 n.d n.d
Jamundí 11 46 66,70 63,20
Desbaratado 3,5 73 58,04 63,18
Cali 3,8 24 55,86 46,71
Arroyohondo 0,8 127 71,25 66,83
Yumbo 0,2 274 58,63 53,88
Guachal 12 30 36,45 40,08
Amaine 7,8 89 61,40 63,71
Vijes 0,3 503 65,67 61,34
Cerrito 0,2 355 55,70 52,10
Sabaletas 1,4 169 n.d n.d
Guabas 2,7 108 64,80 64,36
Sonso 1,1 48 51,60 52,83
Mediacanoa 0,9 24 63,17 55,67
Guadalajara 2,5 64 56,42 67,25
Piedras 1,0 81 71,38 65,88
Riofrío 9,7 31 64,92 62,58
Tuluá 16 31 40,80 48,40
Morales 1,3 65 53,75 55,75
Bugalagrande 15 38 58,50 66,10
Pescador 0,5 119 n.d n.d
La Paila 4,9 47 50,63 49,13
Obando 0,4 587 n.d n.d
La Vieja 95 31 48,36 53,86
Fuente: Cálculos propios basados en datos de la CVC.
Nota: n.d no se tienen datos.
Nota: ICA. Índice de Calidad del Agua.
58
59
Tabla 3. Índice promedio de la calidad del agua del rio Cauca (2006-2013)
Año
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
Estación
Monitoreo
I
II
III
IV
I
II
III
IV
I
II
III
IV
I
II
III
IV
I
II
III
IV
I
II
III
IV
I
II
III
IV
II
III
IV
Suárez
76 78 74 45
49 72 70 37
51 53 52 44
47 42 45 34
42 29 39 33
30 31 37 26
37 40 53 30
43 41 54 32
75 65 56 71
48 58 63 54
48 57 55 43
35 38 40 38
26 30 33 36
30 27 35 30
40 35 38 39
39 37 42 39
78 79 73 76
45 62 50 48
44 56 45 50
36 44 40 45
40 35 30 40
30 29 37 40
38 42 38 40
38 39 41 40
75 77 74 50
59 72 63 61
40 47 59 48
49 46 45 40
35 30 29 25
30 37 34 30
38 35 43 37
35 50 49 45
65 66 65 52
70 59 60 56
39 46 42 35
46 41 37 31
27 31 35 26
31 35 30 27
44 20 45 35
64 30 39 30
58 60 66 57
50 57 58 51
42 50 40 50
33 40 36 44
34 30 35 43
30 32 33 41
35 36 40 39
35 37 40 35
67 71 58 49
53 61 72 50
43 50 47 42
37 42 45 35
35 25 23 24
30 36 28 26
36 47 48 35
37 47 53 40
74 53 71
67 64 48
54 50 44
46 47 36
35 23 31
40 34 33
40 37 36
48 43 39
La Balsa
Hormiguero
Juanchito
Paso de la Torre
Mediacanoa
Guayabal
Anacaro
Fuente: Datos tomados de la CVC
