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El crecimiento urbano y la demanda de agua en las ciudades ya se puede pronosticar

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Un software creado por investigadores de la Universidad Eafit de Medellín que pronostica los niveles de consumo de agua y la futura demanda de servicios públicos en las ciudades es usado por entidades como EPM para mejorar los procesos de crecimiento e inversión en infraestructura física.

El crecimiento urbano y la demanda de agua en las ciudades ya se puede pronosticar
El software creado por investigadores de la Universidad Eafit de Medellín pronostica los niveles de consumo de agua y la futura demanda de servicios públicos en las ciudades. Foto: Medellín

Se puede ver el futuro y no es ciencia ficción. Científicos de la Universidad Eafit de Medellín ya saben cuáles serán algunas características del Valle de Aburrá (conurbación de los 10 principales municipios incluido Medellín) en los próximos años y decir, por ejemplo, cuál será el consumo de agua de sus ciudades. ¿A quién le conviene saber ese dato? A entidades como Empresas Públicas de Medellín (EPM) que se interesó en el modelo de crecimiento urbano creado por los investigadores para proyectar cómo serán las demandas del recurso natural.

El desarrollo —en el que participan investigadores de los grupos de investigación eafitenses Research in Spatial Economics (Rise) y Estudios en Economía y Empresa— se compone de dos productos: el software Urban Pixel, un algoritmo que pronostica el crecimiento de las ciudades y su población; y el módulo Newton, que toma los datos de crecimiento y los usa para calcular la demanda de agua en las distintas áreas geográficas. Estos se complementan con Pascal, un proyecto que EPM utiliza desde 2013 y que fue actualizado.

“Resulta que el espacio como el Valle de Aburrá es muy heterogéneo, es decir, el número de personas por vivienda, la densidad de residencias y poblacional cambia en el espacio. Entonces las dinámicas de consumo de agua también cambian. EPM tiene unos tanques que son los que abastecen de agua a sectores de la ciudad. Como no tenían desagregados esos consumos futuros por circuitos, o sea, a nivel espacial, entonces había muchas cosas de planificación que no podía resolver”, afirma Juan Carlos Duque Cardona, investigador de Rise.

A partir de los pronósticos de los modelos, EPM podrá evidenciar con suficiente tiempo de antelación cuándo potencialmente hay un exceso de demanda sobre oferta, de acuerdo con la disponibilidad de agua en los tanques de abastecimiento en los circuitos. Para esto se diseña un esquema de alertas tempranas.

“EPM visita los espacios geográficos donde potencialmente, según el modelo, hay exceso de demanda sobre la oferta, para construir un tanque de abastecimiento o interconectar los tubos necesarios para abastecer dicha zona. Porque así no se van a quedar las personas, sean de sector residencial, industrial o comercios, sin agua. Esto tiene impacto desde el punto de vista económico y de bienestar, pues el servicio de acueducto es fundamental”, señala Andrés Ramírez Hassan, doctor en Ciencias Estadísticas e investigador del grupo Estudios en Economía y Empresa de Eafit, encargado de hacer los pronósticos de agua desagregados.

“Este tipo de sinergias donde la empresa aporta las necesidades y los datos, y nosotros como investigadores el desarrollo metodológico aplicando cosas que ya existen o desarrollando por completo las metodologías es muy beneficioso, en general, para la sociedad”, complementa el investigador.

Alcances de la investigación

A partir de la aplicación de estos modelos, manifiestan los investigadores eafitenses, se podrá mejorar la inversión en infraestructura en los distintos espacios geográficos, así como proyectar cómo será la demanda espacio-temporal de agua en mercados a los que se quiera llegar con servicios públicos por parte de EPM.

El crecimiento urbano y la demanda de agua en las ciudades ya se puede pronosticar
“Una vez se tiene cómo va a crecer la ciudad en la mancha urbana y cómo va a hacer la distribución de población, que son las dos variables que pronostica Urban Pixel, se calcula la demanda de agua”, explica Juan Carlos Duque (Izq), científico de Eafit. Foto: Eafit

En el futuro se lanzarán nuevos módulos como Newton, que, al conectarse con herramientas como Urban Pixel, permitirán realizar cálculos de la demanda de energía, concreto, hierro y, en general, todos los recursos necesarios para garantizar el crecimiento sostenible de las ciudades.

“El panorama de posibilidades es grande porque Urban Pixel, el modelo de crecimiento urbano, trabaja con información que es gratuita y para cualquier parte del mundo. En principio, es totalmente replicable. Una vez se tiene cómo va a crecer la ciudad en la mancha urbana y cómo va a hacer la distribución de población, que son las dos variables que pronostica Urban Pixel, se calcula la demanda de agua. También se puede calcular la demanda de concreto, acero o cualquier tipo de demanda que conlleva al crecimiento de ciudad”, afirma Juan Carlos Duque Cardona, doctor en Estudios Empresariales.

Newton y las ciudades sostenibles 

Newton es un modelo matemático y estadístico diseñado para el pronóstico de la demanda de agua a nivel desagregado dentro del Valle de Aburrá, así como cualquier otra ciudad que lo necesite. “Pascal es muy poderoso y un modelo muy bueno para pronosticar el crecimiento urbano, pero que requería información tan especializada que realmente no podíamos usarlo en otras ciudades”, dice el investigador Juan Carlos Duque.

En el marco del Programa Peak, financiado por Reino Unido para generar nuevas investigaciones relacionadas al futuro de las urbes del Sur Global, uno de los proyectos acerca del reto de las ciudades en rápido crecimiento fue el desarrollo de este modelo para pronosticar la mancha urbana, esta vez con un requerimiento de información no tan exigente como el de Pascal.

“El modelo que desarrollamos en Peak usaba imágenes satelitales disponibles gratuitamente para cualquier parte del mundo. Con unas cuantas imágenes satelitales se entrenó un modelo de redes neuronales o aprendizaje de máquina, una tecnología completamente diferente a la usada en Pascal. Con esa información el modelo empezaba a pronosticar hacia futuro cómo iba a crecer esa mancha urbana”, señala Juan Carlos Duque.

El crecimiento urbano y la demanda de agua en las ciudades ya se puede pronosticar
A partir de los pronósticos de los modelos, EPM evidencia con suficiente tiempo de antelación cuándo potencialmente hay un exceso de demanda sobre oferta, de acuerdo con la disponibilidad de agua en los tanques de abastecimiento en los circuitos. Foto: EPM

En la actualidad, nuevos desarrollos derivados de este producto se adelantan con investigadores del programa Peak, en el que participa EAFIT junto a integrantes de centros académicos como el Instituto Indio de Asentamientos Urbanos (India), la Universidad de Pekín (China) y la Universidad de Oxford (Inglaterra).

Así mismo, en colaboración con el Banco Mundial, los investigadores de Rise aplican el modelo de crecimiento urbano para una investigación que busca identificar dónde y cuándo van a surgir nuevas áreas metropolitanas en Latinoamérica.

Modelos econométricos basados en el análisis masivo de estos datos, el caso de las herramientas Pascal y Newton son relevantes para la formulación de políticas públicas y estrategias de planificación en el acceso a servicios públicos por parte de EPM. El uso de estos modelos, además de proyectar la demanda de un producto, en economía habitualmente se aplican para predecir asuntos como la tasa de crecimiento del PIB, determinar el efecto del gasto público o evaluar el impacto de un subsidio.

“Consideramos que estos modelos de crecimiento urbano son una herramienta importante para que las autoridades puedan tener una mejor idea sobre hacia dónde van sus ciudades y puedan tener más tiempo para planificar y diseñar las acciones necesarias para anticiparse a ese crecimiento”, concluye Juan Carlos Duque, profesor del Departamento de Ciencias Matemática de Eafit.

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