Notas
 
Instituto Mexicano del Transporte
Publicación bimestral de divulgación externa

NOTAS núm. 162, SEPTIEMBRE-OCTUBRE 2016, artículo 3
Desarrollo de un modelo de crecimiento urbano dinámico como herramienta para planeación y gestión de la Zona Metropolitana de Querétaro
HERNÁNDEZ Servando y RÍOS Gerardo

 

Introducción

El desarrollo urbano incluye al proceso de urbanización y el crecimiento urbano.  Por un lado, el proceso de urbanización tiene su origen en las modalidades del proceso de producción, de ahí su vínculo con el desarrollo económico (Unikel et. al, 1976), es decir expresa una relación de causalidad en la cual los cambios en las modalidades de producción se reflejarán en la dinámica de crecimiento de las ciudades; mientras que el crecimiento urbano describe los cambios en el área, población y densidad de una ciudad. Derivado de lo anterior, es necesario reflexionar la contribución y comprender el crecimiento urbano de las ciudades para establecer estrategias de planeación que permitan mejorar la calidad de vida de las personas.

Pronosticar la magnitud y localización de la expansión urbana son conceptos claves para la planeación de la ciudad, pues permite cuantificar las necesidades futuras y los costos de diversos servicios públicos, como: salud, educación y vivienda; así como riesgos medioambientales. De la misma manera se enriquecen los espectros de escenarios para accesibilidad de empleos, los cambios en la demanda de transporte y el número de viajes dentro de una zona metropolitana (Suárez y Delgado, 2007).

Por lo anterior surge la necesidad de modelar el crecimiento de la Zona Metropolitana de Querétaro a través de modelos estadísticos espaciales para estimar las necesidades de infraestructura y planear los sistemas de transporte necesarios que satisfagan las demandas futuras, además, el modelo permitirá conocer las variables socioeconómicas y territoriales que expliquen y/o representen el crecimiento urbano con una aproximación de confiabilidad de al menos del 70%. La investigación se apoyará de herramientas tecnológicas como los sistemas de información geográfica y un programa para el análisis estadístico y probabilístico.

El presente trabajo presenta una metodología para desarrollar un modelo de crecimiento urbano dinámico de ciudades, considerando como caso de estudio la Zona Metropolitana de Querétaro.

 

Crecimiento Urbano

El fenómeno de crecimiento de población como de las actividades económicas, de acuerdo con el Instituto Nacional de Estadística y Geografía (2011), ha forzado a las ciudades a rebasar sus límites municipales, dando lugar al surgimiento de las Zonas Metropolitanas (ZM) las cuales se encuentran en la mayoría de las entidades federativas, excepto Baja California Sur, Sinaloa y Campeche. En este mismo contexto Sudhira et. al (2004) expone que el aumento acelerado del crecimiento poblacional, que se presentan en las Zonas Metropolitanas, es preocupante debido a que este se encuentra ligado al fenómeno de expansión urbana.

El índice de natalidad, el índice de mortalidad, los aspectos socioeconómicos, la migración, el relieve terrestre, por mencionar algunos, son elementos que influyen considerablemente al crecimiento urbano, por lo anterior es imperante conocer hacia dónde crece la Zona Metropolitana de Querétaro (ZMQ) y con ello establecer un plan de acción que permita estimar y comprender el crecimiento de la ciudad. Sin embargo entender el crecimiento de la ZMQ es un proceso complejo debido a que los factores que describen este fenómeno dependen, principalmente, de cuestiones sociales, económicas y geográficas.

En sus investigaciones Obregón y Bueno (2015) y Obregón et al. (2015) manifiestan que la expansión urbana representa un serio problema para países en desarrollo, al generar una mayor demanda de recursos (agua potable, energía eléctrica, alcantarillado, pavimentación, entre otros), y de servicios de transporte. Adicionalmente Obregón y Betanzo (2014) afirman que en las grandes ciudades resulta necesario un sistema de transporte eficiente y adecuado que atienda las necesidades de la población, un sistema que posibilite de manera adecuada la movilidad y accesibilidad.

Plata et al. (2010) sugieren, de acuerdo a las evidencias expuestas en su investigación, que donde no se realiza una planeación del crecimiento urbano, el desarrollo descentralizado dominará y el crecimiento urbano ocurrirá de un modo automático y sin control. De acuerdo con estimaciones de las Naciones Unidas, la tasa de crecimiento de la población urbana total mundial es de 1,9 % anual. Esto implica que la constante ampliación de los tejidos urbanos, tanto en densidad poblacional como en extensión territorial, genere el crecimiento en las demandas sobre la infraestructura social para atender las necesidades comunes.

Aguilera (2006) establece que los impactos que se generan debido a la expansión urbana han despertado el interés para identificar los factores que dirigen el crecimiento urbano hacia determinadas zonas. Por otro lado construir modelos para escenarios futuros del crecimiento urbano permite, por medio de las tendencias actuales, predecir el desarrollo territorial y con ello rediseñar o plantear nuevas estrategias y políticas públicas más equilibradas y respetuosas con el entorno. Los análisis que permiten estimar y pronosticar el crecimiento de las ciudades implica un gran esfuerzo debido, principalmente, a la gran diversidad de factores que en su conjunto definen las pautas para el crecimiento urbano, las cuales se han analizado utilizando técnicas estadísticas para el análisis espacial y los Sistemas de Información Geográfica (Plata et al.; 2010).

La ciudad dispersa se define según Muñiz et al. (2006) de la siguiente manera: “Se trata de un modelo de expansión caracterizado por al menos una de las siguientes pautas:

·         Una densidad de población decreciente acompañada de un mayor consumo de suelo.

·         Un mayor crecimiento de las zonas periféricas respecto a las centrales.

·         Una menor concentración de la población en un número limitado de zonas densas y compactas.

·         Una creciente fragmentación del territorio.

 

Sudhira et al. (2004) afirman que la expansión se efectúa en la periferia urbana, es decir, en el borde de un área urbana o a lo largo de las carreteras. En este mismo sentido, la expansión urbana se manifiesta de forma radial, alrededor del centro de la ciudad, o en dirección lineal, a lo largo de las carreteras.

 

De la zona de estudio

La Zona Metropolitana de Querétaro se encuentra constituida por los municipios: El Marqués, Corregidora, Huimilpan y Santiago de Querétaro. La Zona Metropolitana de Querétaro ha tenido un desarrollo económico y demográfico, el cual se puede observar en la Tabla 1. En 20 años se presenta un incremento de la población del 89.2%, pasando de 579,597 habitantes en 1990 a 1’097,025 habitantes en 2010, lo que representa una tasa de crecimiento medio anual 3.2% (Tabla 2). En este mismo contexto se observó un incremento en la superficie urbana del 24.5 %, pasando de 165,000 ha en el año 2000 a 205,340 ha para el año 2010, lo que significa una tasa de crecimiento medio anual del 2.21% en 10 años.

Un estudio realizado por la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico (2006), OCDE por sus siglas, indica que en las zonas metropolitanas se presentan factores que hacen referencia a ventajas, en especial las zonas de mayor tamaño de población y concentración de actividades económicas.

·         La existencia de una correlación positiva entre el tamaño de las zonas metropolitanas y los ingresos que aportan, producto de una importante gama de recursos, servicios e infraestructura especializados.

·         La especialización y diversificación productiva, mismas que se traducen en un importante valor añadido por el acceso a conocimientos y en la concentración de actividades de investigación y desarrollo.

·         Ofrecen mejores niveles de vida por la variedad de empleo y oferta de todos los tipos de servicio.

 

Sin embargo se reconoce que no sólo presentan estos factores positivos, sino también desafíos, como los que se muestran a continuación:

·         La concentración del desempleo, la exclusión            y la pobreza, expresados en las desigualdades socioeconómicas al interior de las zonas metropolitanas y las dificultades de la población con mayores rezagos para incorporarse al sector económico.

·         La congestión vial, la contaminación ambiental, la falta de disponibilidad de infraestructura básica y las diferencias en el acceso a servicios y equipamientos básicos, así como su ubicación diferencial en la estructura de las áreas urbanas.

 

Tabla 1. ZMQ: Población Total por año

Clave

Municipio

Tasa de crecimiento medio anual (%)

1990-1995

1995-2000

2000-2005

2005-2010

36. Zona metropolitana de Querétaro

4.0

2.9

3.1      

2.9

22006

Corregidora

6.5

4.5

6.9

6.5

22008

Huimilpan

2.1

1.7

2.3

1.7

22011

El Marqués

1.9

3.3

2.2

7.9

22014

Santiago de Querétaro

4.1

2.8

2.7

1.8

Fuente: Creación propia con datos de población de INEGI

 

Tabla 2. ZMQ: Tasa de crecimiento medio anual

Fuente: Creación propia con datos de población de INEGI

 

Metodología

En México, desde 1940, la expansión física de varias ciudades sobre el territorio de dos o más estados o municipios ha dado lugar a la formación y crecimiento de zonas metropolitanas, las cuales han jugado un papel central dentro del proceso de urbanización del país. En este mismo sentido, Obregón y Bueno (2015) exponen que dichas transformaciones, que se manifiestan en las Zonas Metropolitanas, conllevan a la teorización de dos modelos de estructura y funcionalidad: el monocéntrico y el policéntrico.

 

INEGI, SEDESOL y CONAPO definen como zona metropolitana al conjunto de dos o más municipios donde se localiza una ciudad de 50 mil o más habitantes, cuya área urbana, funciones y actividades rebasan el límite del municipio que originalmente la contenía. De acuerdo con Obregón y Bueno (2015), en México, la metropolización inició en la década de 1950, sin embargo, fue hasta 1970 cuando oficialmente se establecieron las Zonas Metropolitanas. En la Tabla 3 se muestra la evolución de las zonas metropolitanas en México, así como los criterios de delimitación.

 

Actualmente los criterios para la delimitación de una ZM son determinados por INEGI, SEDESOL y CONAPO (2012), quienes consideran 3 criterios fundamentales, los cuales, se describen a continuación:

 

1.    Municipio central: Corresponde a los municipios donde se localiza la ciudad principal que da origen a la ZM.

2.    Municipios exteriores definidos con base en criterios estadísticos y geo- gráficos: son municipios contiguos a los anteriores, cuyas localidades no están conurbadas a la ciudad principal.

3.    Municipios exteriores definidos con base en criterios de planeación y política urbana. Son municipios que se encuentran reconocidos por los gobiernos, federal y locales, como parte de una zona metropolitana, a través de una serie de instrumentos que regulan su desarrollo urbano y la ordenación de su territorio.

Para el análisis de este estudio, se crearon mapas que, de manera histórica, representan la evolución de la mancha urbana de la Zona Metropolitana de Querétaro. Dada la naturaleza de los datos disponibles se establecen periodos de estudio de 10 años, excepto para el año 2005, en el cual se cuenta con datos de las Áreas Geoestadísticas Básicas (AGEB´s). Lo anterior se realizó para el periodo de 1970 a 2010 empleando el programa ArcMap 10.3, dichos mapas se muestran en la Figura 1.

Tabla 3. Criterios para la delimitación de una Zona Metropolitana en México.

Año

Criterios

Fuente

1970

Nivel de urbanización, la tasa de crecimiento poblacional y la población económicamente activa.

Unikel et al. (1976)

1980

Análisis discriminatorio haciendo uso de variables, como el nivel de urbanización, la tasa de crecimiento poblacional, la elasticidad del crecimiento de la población económicamente activa y la productividad industrial.

Negrete y Salazar (1986, 102)

              

1990

A través de dos ejercicios: el primero gráfico, de contigüidad e interacción de áreas metropolitanas, y el segundo estadístico, aplicando el método de componentes principales con las variables de tasa de crecimiento demográfico, tasa de urbanización, Producto Interno Bruto de la industria manufacturera municipal y la cobertura de los servicios de agua potable.

Sobrino (1993)

2000

Empleando características urbanas y de viajes intermunicipales por motivo de trabajo

Sobrino (2003, 471)

2005

Empleando características urbanas y geográficas.

Sedesol, Conapo e INEGI (2007, 31)

2010

Empleando características urbanas y geográficas.

Sedesol, Conapo e INEGI (2012, 31)

Fuente: Obregón y Bueno (2015). Dispersión urbana e integración funcional al núcleo central. Caso de estudio: Zona Metropolitana de Querétaro, México.

 

A partir de los mapas que incluyen información como la población total, la densidad de población, la población ocupada y la población económicamente activa, se extraerán las superficies urbanizadas. Luego, para medir el grado de influencia de la aglomeración urbana que presentan las ciudades que constituyen la zona de estudio se creará un modelo centrifugador (Zheng y Bohong, 2012).

Dicho modelo establece las relaciones entre las distancias de los centros de origen y los componentes analíticos, tales como la relación de la ocupación de las áreas urbanizadas y las tendencias de ocupación de la distribución espacial de la urbanización. Para esto es necesario establecer un sistema de coordenadas que permita representar las áreas que rodean los centros urbanos en forma de coordenadas, así como identificar los centros de las ciudades que conforman la ZMQ.

 

Figura 1. Evolución de la mancha urbana a partir de 1970 al 2010.

Fuente: Obregón et al. (2015). Impact of Mobility Induced by Urban Sprawl: Case Study of the Querétaro Metropolitan Area.

 

Los centros identificados serán marcados en el mapa y las celdas de la cuadrícula donde se encuentran deben ser tratadas como las celdas del centro de las ciudades, los cuales tomarán como centro el origen de los ejes de coordenadas (Leao et al., 2004).

Para realizar lo anterior es necesario crear un sistema de cuadrícula clásica (McGarigal y Marks, 1995) dónde cada una de las celdas que integran dicho sistema se constituyen mediante un cuadrado que presenta una longitud de 1 km por lado, así pues, para poder cubrir los gráficos precedentes de distribución de las áreas urbanizadas, se considerarán los atributos de las variables mencionadas con anterioridad.

 

Para explicar la relación entre la distribución de las zonas urbanas y las distancias a los centros de las ciudades será necesario estimar la proporción media de las zonas urbanas edificadas mediante la siguiente fórmula (Zheng y Bohong, 2012):

 

 

Donde Pm es la proporción media de las zonas urbanas edificadas dentro del círculo; G (i, j) son las celdas de la cuadrícula que tienen coordenadas (i, j) en el sistema de coordenadas propuesto; m es la distancia desde el origen hasta las coordenadas (i, j) y su unidad es la longitud del lado de una celda de cuadrícula. La predicción de las figuras de curvas centrifugas para los años 1970, 1980, 1990, 2000, 2005, y 2010, permitirá predecir la tendencia de aglomeración de la ZMQ para el año 2015 y 2025. Lo anterior se estimará mediante la fórmula propuesta por Zheng y Bohong (2012) que a continuación se presenta:

 

 

Donde Pd es la predicción de la proporción media de las celdas de la cuadrícula que tiene n distancia entre el centro de origen de la ciudad; n es el número de las unidades de distancia y sólo considera los números naturales; P2010 es la proporción media del último año, que toma valores de 2010; t es el año de predicción, para fines de este documento serán 2015 y 2025; P1970, P1980,…, P2010 son las proporciones medias históricas de los años correspondientes; k es el número de los períodos y H es el efecto centrífugo constante. Debido a que algunas celdas pueden duplicarse en el trayecto del estudio, la metodología utiliza la constante H para de equilibrar esta desviación. Por lo anterior, Zheng y Bohong (2012) mediante estimaciones han determinado que H=0.07 es el valor más adecuado y exacto para equilibrar la desviación mencionada con anterioridad, para efectos de la investigación se tomará dicho valor.

 

Una vez simulada la tendencia general de expansión a través del modelo centrífugo y el modelo de las curvas de expansión dinámica, para describir la expansión espacial de la aglomeración urbana se establecieron doce posibles direcciones para el crecimiento, a 30° y 60° para cada cuadrante. Considerando tres principios propuestos en la metodología establecida en Leao et al. (2004), la distribución de las zonas urbanizadas en las etapas históricas permitirá identificar los puntos de coordenadas para cada eje y conectarlos en curvas, los principios se enuncian a continuación:

1.    Si los bordes de las principales zonas urbanizadas están completas, o sólo pequeños bloques quedan fuera de ellos, la intersección más externa de las principales zonas urbanas y el eje, debe ser el punto de coordenadas.

2.    Si los bordes de las principales zonas urbanizadas son discontinuos, pero con grandes áreas urbanizadas externas cerca, la intersección más alejada de las grandes áreas externas urbanizadas y el eje, deben ser el punto de coordenadas.

3.    Si el borde de la zona principal urbanizada es discontinua y las grandes áreas urbanizadas externas están lejos, la longitud de la zona urbanizada a través del eje se debe medir. La longitud del 50%, debe añadirse a la intersección de la principal zona urbanizada y el eje, y el punto de extensión en el eje se convierte en el punto de coordenadas.

Para medir el alcance de expansión de las áreas urbanizadas en las 12 direcciones y desarrollar la simulación dinámica en tres dimensiones, se emplearán las ecuaciones de crecimiento de dirección determinadas por Zhou et al. (2006), para lo cual es necesario considerar los resultados obtenidos de la predicción de la proporción media de las zonas urbanas edificadas.

 

Donde Ps es la proporción de las áreas urbanas edificadas de las celdas en los años de predicción; Pf es el valor de crecimiento de la proporción de las aglomeraciones urbanas desde el año base hasta el año de predicción; Pk es la proporción de las áreas urbanizadas en el año base y m es la distancia desde el centro hasta a las coordenadas (i, j); con la unidad de longitud de una celda de la cuadrícula. El valor de Pf depende del valor de crecimiento en todas las direcciones.

 

Resultados esperados 

A partir de la metodología empleada y los datos de predicción de las figuras de crecimiento para los años 2015 y 2025, se espera calcular el valor de la proporción de crecimiento de las áreas urbanizadas en todas las direcciones, lo que permitirá describir el proceso de expansión espacial de la aglomeración urbana de la ZMQ, así como simular las futuras tendencias de expansión.

Expresar los valores predichos de las celdas de la cuadricula en forma de una columna tridimensional permitirá describir el valor de la proporción de crecimiento de las áreas urbanizadas. Cuando todas las celdas de la cuadrícula de los años estimados se expresen en forma de columna tridimensional, se establecerán las figuras tridimensionales (Figura 2) de la simulación dinámica que permitan describir claramente el valor de la proporción de crecimiento de las áreas urbanizadas que se presentan en la aglomeración urbana de la ZMQ.

Figura 2. Figura tridimensional de Simulación Dinámica de la aglomeración urbana

Fuente: Zheng (2015). Spatial Structure of the Changsha–Zhuzhou–Xiangtan Urban Agglomeration Based on Dynamic Simulation Analysis.

A través del análisis de simulación dinámica será posible estimar las tendencias de expansión territorial y aglomeración urbana de la ZMQ que permitirán ofrecer, a planeadores y tomadores de decisiones, las herramientas para desarrollar estrategias de planeación y políticas de gestión y con ello proyectar la infraestructura de transporte necesaria para movilizar a personas y bienes de modo seguro, oportuno, confiable y eficiente, pues las exigencias de la movilidad y el diseño de sus posibles soluciones inducen un impacto decisivo sobre la estructura física de las ciudades.

 

Referencias Bibliográficas

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·         Suárez, M., Delgado, J. (2007). “La expansión urbana probable de la Ciudad de México. Un escenario pesimista y dos alternativas para el año 2020”, Estudios Demográficos y Urbanos, Núm. 1.

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HERNÁNDEZ Servando
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RÍOS Gerardo
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