Apéndice - Modelos regionales

Un modelo es una abstracción y una simplificación de la realidad. Una región puede representarse empleando modelos cada vez más abstractos, como fotografías aéreas, un mapa, un diagrama o una serie de ecuaciones que representen la dinámica del sistema regional. El método que aquí se presenta utiliza una serie de diagramas para enfocar la atención en los elementos y las interacciones claves.

La formulación de modelos requiere una perspectiva macroscópica para eliminar los detalles superfluos. Para ello se siguen varios pasos relativamente simples.

Paso 1. Identificación de los límites del sistema. Todos los ecosistemas tienen límites arbitrarios. Sin embargo, el principio de los niveles de integración indica que para comprender un sistema como un río y su zona de inundación, debe analizarse el siguiente sistema más amplio - la cuenca - para poder comprender las interacciones internas del primero.

En consecuencia, durante el proceso de planificación, los representantes de los distintos sectores deben comprender la forma en que un límite dado afecta su análisis de la totalidad del sistema. Un límite que corta un ecosistema o un distrito de enumeración estadística puede, por supuesto, complicar el análisis, mientras que las consideraciones políticas o de otra naturaleza pueden determinar el establecimiento de otros límites, y las interacciones internas pueden distinguirse de los intercambios con otros ecosistemas.

Paso 2. Definición de escalas. Los requerimientos de la planificación determinan el enfoque del modelo. Si la finalidad es encontrar un lugar para localizar una carretera, ello requiere un modelo muy diferente del que se necesita para cumplir un objetivo general de "optimizar el desarrollo regional". La escala, las unidades de medida, la calidad y otras características de la información, así como los niveles compatibles de detalle del análisis, dependen de las restricciones comunes del tamaño de la región, la disponibilidad de tiempo y los objetivos de financiamiento y planificación.

Paso 3. Identificación de los insumos y productos. Una vez establecidos los límites del sistema (Paso 1), pueden determinarse la energía externa, los materiales y la información que lo afectan. Estos elementos pueden incluir la luz solar, la lluvia, la acción de las mareas, los movimientos tectónicos, los combustibles, los bienes, la tecnología, las finanzas, la infraestructura, la inmigración y las decisiones de política, todos los cuales interactúan con otros componentes del sistema. Los productos incluyen los bienes producidos, la emigración, el agua, los contaminantes, el calor, etc. En una región compleja, las discusiones interdisciplinarias resultan esenciales para identificar los componentes y las interacciones externas.

Paso 4. Identificación de los componentes (subsistemas) e interacciones. Resulta de utilidad entrar en considerable detalle al identificar los componentes y las interacciones en las primeras etapas de la formulación del modelo. Posteriormente, pueden combinarse o eliminarse los componentes que no son críticos para el análisis. Las divisiones básicas de cualquier modelo regional están vinculadas a su relación con respecto al hombre, especialmente el grado de intervención y el subsidio de energía aplicado. Por lo tanto, se consideran los componentes naturales (tanto terrestres como acuáticos), los sistemas manejados como la agricultura y la silvicultura, y los componentes creados por el hombre, como las ciudades, las industrias y las estructuras para el control de las aguas (Cuadro 2). En una etapa posterior pueden agregarse nuevos componentes propuestos como alternativas de desarrollo.

Paso 5. Preparación del diagrama. El Cuadro 3 contiene los símbolos básicos necesarios para la diagramación del sistema. Cada símbolo tiene las características únicas que se describen en el cuadro. Cuando se trazan las líneas que representan flujos de energía o materiales e información con valores energéticos, se obtiene un modelo conceptual del sistema regional. Al cuantificar los flujos y los puntos de almacenamiento, el modelo puede expresarse como una serie de ecuaciones diferenciales no lineales, y simularse mediante computadora para probar los efectos de las diversas estrategias de manejo.

Las Figuras 1 a 4 muestran la secuencia que debe seguirse en la preparación de un diagrama regional. En primer lugar, se muestran los límites del sistema, y las funciones de fuerza o fuentes de energía identificadas en el Paso 3 se ordenan en el sentido de las agujas del reloj, comenzando por la fuente más atenuada, el sol, y terminando con las más concentradas (Figura 1). La respiración total del sistema está indicada por el receptor de calor, y las exportaciones por la flecha hacia la derecha. En segundo lugar, se agregan los principales componentes o subsistemas dentro de los límites del sistema, identificados en el Paso 4 (Figura 2). En tercer lugar, se generalizan las interacciones de los insumos y de las transferencias entre componentes, y se muestran sin entrar en detalles sobre los mecanismos específicos involucrados (Figura 3). Por último, el mismo diagrama de la Figura 3 se traza nuevamente, para mostrar las complejidades de las interacciones internas (Figura 4).

Cuadro 1

ELEMENTOS DEL SISTEMA

CARACTERISTICAS

Insumos del sistema

1. Tecnología, información y políticas

2. Equipos, materiales y suministros

3. Servicios

4. Cantidad y calidad de la energía: combustibles fósiles, energía eléctrica, solar, eólica, etc.

5. Agua: lluvia y flujos de otros sistemas

6. Sedimentos, materia orgánica, productos químicos, etc., provenientes de sistemas situados aguas arriba

7. Dinero: cuando un insumo involucra una transacción económica

8. Inmigrantes

Productos del sistema

1. Productos agrícolas

2. Agua, aire y contaminantes transportados por el aire y el agua, y sedimentos

3. Productos industriales

4. Productos y servicios forestales que afectan a los sistemas situados aguas abajo, como calidad del agua y regulación del período hídrico

5. Emigrantes

6. Gases, sólidos y líquidos reciclados

7. Producción de energía hidroeléctrica

Antecedentes

1. Mapas físicos y políticos

2. Reglamentación o zonificación del uso de la tierra

3. Leyes que rigen la construcción de carreteras, la minería, la canalización, etc.

4. Leyes que regulan la calidad y la cantidad de la descarga de desperdicios al aire, el agua y la tierra

5. Requisitos para permisos de desbroce de tierras, corta de madera, minería

6. Leyes que rigen la pesca y la caza deportiva y comercial

7. Leyes que establecen y protegen parques

8. Requisitos para permisos y licencias

Organismos oficiales y privados que sirven a la zona del proyecto

1. Ministerios o institutos que desempeñan funciones reales o potenciales en materia de manejo ambiental

2. Instituciones de investigación o enseñanza

3. Organizaciones privadas o empresas con intereses en aspectos de manejo ambiental

Cuadro 2

Componentes

1. Subsistemas que contienen componentes y procesos que son predominantemente producidos por el hombre
Industrias - extractivas, de procesamiento, de transformación de energía, etc. Población - características culturales, percepciones culturales e interacciones con el medio ambiente
Ciudades - estructura y función, interacciones con las regiones del interior, interacción entre ciudades Instituciones - estructura y función, papel en relación con todos los subsistemas, capacidad real

2. Subsistemas que combinan componentes y procesos naturales y producidos por el hombre
Granjas y tincas, silvicultura, acuicultura - estructura y función, zonas, localización, características humanas e institucionales

3. Susbsistemas que contienen componentes y procesos que son predominantemente naturales
Terrestres y acuáticos - estructura y función, diversidad, extensión, localización, grado de intervención

Interacciones

1. Producción industrial - interacción de los materiales, la energía, el agua, la mano de obra, etc. Interacción de subproductos como el calor, los productos químicos y materiales formados por partículas, con el hombre, la agricultura y los sistemas naturales

2. Producción agrícola - interacción de la energía solar y fósil, el agua, los productos químicos, minerales de los suelos, equipos y tecnología

3. Sistemas naturales - interacción de la energía solar con el agua e insumos provenientes de otros componentes, como escurrimiento, sedimentos y otros desperdicios. Servicios a la agricultura y al hombre, como regulación del período hídrico, cortavientos, hábitat de depredadores de plagas, recreación, control de la erosión, etc.

Cuadro 3 SIMBOLOS EMPLEADOS EN LA FORMULACION DE MODELOS

Fuente de energía o función de fuerza

Cualquier fuente de energía o materiales e información con contenido energético, externos al sistema que se estudia. El sol y la energía derivada del sol, como el viento y la lluvia, se consideran inextinguibles. Las tasas de flujo son limitadas, y pueden variar de acuerdo con los controles intrínsecos de naturaleza predecible, como las estaciones. Los terremotos y los huracanes tienen frecuencias intrínsecas a determinadas zonas. La otra clase principal de energía es aquella de origen cultural, como los combustibles sólidos, materiales, servicios, migraciones e información (tecnología). Las tasas de insumos están determinadas ya sea por decisiones de políticas externas al sistema, o por la capacidad de atracción que tenga el sistema. Se considera que los flujos son constantes o varían de acuerdo con un programa dado durante un determinado análisis o simulación.

Almacenamiento de energía

El símbolo en forma de tanque representa cualquier almacenamiento de energía, materiales o información dentro de un sistema o de los componentes de un sistema. La escala puede variar desde la biomasa instantánea de una sola planta a la de un bosque, dependiendo del modelo. Los almacenamientos tienen uno o más insumos y productos y la capacidad que les asigne el diseñador del modelo. Los tanques representan estructuras de diversas formas, como edificios, activos de capital de una ciudad, información ordenada conservada en una biblioteca o la experiencia acumulada de un pueblo. Un tanque sin flujo de entrada puede representar recursos no renovables.

Transformación y almacenamiento de energía

Caso particular del anterior símbolo de almacenamiento de energía. La energía que entra (a) a través del triángulo es transformada y almacenada (b) en otra forma. De acuerdo con la segunda ley de termodinámica, parte de la energía que entra debe degradarse (c) en el proceso de transformación. En la figura 8, el petróleo que entra es transformado en parte por el fuego en calor para calentar la casa y, en parte, en calor que sube directamente por la chimenea.

Interruptor

El símbolo del interruptor representa una regulación discontinua sobre un flujo de energía: la acción de conmutación (a) determina si el flujo (b) - (c) se halla conectado o desconectado. Los ejemplos incluyen la iniciación de una migración de peces por algún indicador ambiental, la conexión de un sistema de riego cuando la humedad decrece a un determinado nivel y la activación de un subsidio de cosechas.

Receptor de calor

La flecha hacia abajo representa la degradación de la energía en calor disperso (entropía), asociada con procesos de trabajo en cualquier sistema, determinada por la segunda ley de termodinámica. Cada proceso de desarrollo - la construcción de una estructura en una planta, una granja o una región - supone la pérdida o la depreciación de parte de la energía disponible. A veces esto se denomina "gravamen entrópico". La energía entra constantemente a un sistema, siendo almacenada y transformada. Posteriormente abandona el sistema, ya sea en la forma de calor disperso o de productos que se dirigen a otros sistemas. En una situación constante, las entradas son iguales a las salidas. En la totalidad de la tierra, toda la energía que entra, sale en la forma de calor disperso.

Interacción o válvula

El símbolo de la válvula representa la interacción de dos flujos de energía, en los cuales el flujo (a) posibilita, incrementa o reduce (impacto negativo) el flujo (b), dando como resultado un nuevo flujo (c) a un costo entrópico (d). En una planta, la creación de biomasa a través de la fotosíntesis está representada por una serie de válvulas en que la luz solar interactúa con el agua, el CO₂ y los nutrientes. La agricultura agrega nuevas válvulas para el cultivos, el control de plagas, etc.

Tensión

La válvula hacia abajo, combinada con el símbolo del receptor de calor, representa tensión. Este es un caso especial que se utiliza para indicar un efecto negativo más obvio en un modelo. Las enfermedades constituyen una tensión sobre un organismo, que quita energía para usos útiles, convirtiéndola en calor que se pierde. El exceso de agua o una sequía tienen el mismo efecto sobre los cultivos.

Productor

Este símbolo representa una sola planta o una comunidad que tiene su base en la fotosíntesis. En escala regional, el símbolo se emplea para representar ecosistemas o combinaciones individuales: cultivos, una granja o el sector agrícola.

Consumidor

El símbolo hexagonal representa a un consumidor. Un consumidor puede ser un microbio del suelo, una vaca, una población humana, una ciudad o una industria. Todos presentan en común una fuente externa de energía, la depreciación y la producción de energía en forma de productos tales como minerales, carne, trabajos o tractores.

Transacción económica

En aquellas partes del sistema en las cuales el hombre utiliza el dinero como medio para registrar los flujos de bienes y servicios, el símbolo de la transacción económica representa la tasa de cambio. El dinero siempre fluye en dirección opuesta a la energía.

Procesos no definidos

El rectángulo se emplea cuando no es importante representar el papel preciso que desempeña un componente.

ELEMENTOS DEL SISTEMA	CARACTERISTICAS
Insumos del sistema	1. Tecnología, información y políticas
	2. Equipos, materiales y suministros
	3. Servicios
	4. Cantidad y calidad de la energía: combustibles fósiles, energía eléctrica, solar, eólica, etc.
	5. Agua: lluvia y flujos de otros sistemas
	6. Sedimentos, materia orgánica, productos químicos, etc., provenientes de sistemas situados aguas arriba
	7. Dinero: cuando un insumo involucra una transacción económica
	8. Inmigrantes
Productos del sistema	1. Productos agrícolas
	2. Agua, aire y contaminantes transportados por el aire y el agua, y sedimentos
	3. Productos industriales
	4. Productos y servicios forestales que afectan a los sistemas situados aguas abajo, como calidad del agua y regulación del período hídrico
	5. Emigrantes
	6. Gases, sólidos y líquidos reciclados
	7. Producción de energía hidroeléctrica
Antecedentes	1. Mapas físicos y políticos
	2. Reglamentación o zonificación del uso de la tierra
	3. Leyes que rigen la construcción de carreteras, la minería, la canalización, etc.
	4. Leyes que regulan la calidad y la cantidad de la descarga de desperdicios al aire, el agua y la tierra
	5. Requisitos para permisos de desbroce de tierras, corta de madera, minería
	6. Leyes que rigen la pesca y la caza deportiva y comercial
	7. Leyes que establecen y protegen parques
	8. Requisitos para permisos y licencias
Organismos oficiales y privados que sirven a la zona del proyecto	1. Ministerios o institutos que desempeñan funciones reales o potenciales en materia de manejo ambiental
	2. Instituciones de investigación o enseñanza
	3. Organizaciones privadas o empresas con intereses en aspectos de manejo ambiental

Componentes	1. Subsistemas que contienen componentes y procesos que son predominantemente producidos por el hombre Industrias - extractivas, de procesamiento, de transformación de energía, etc. Población - características culturales, percepciones culturales e interacciones con el medio ambiente Ciudades - estructura y función, interacciones con las regiones del interior, interacción entre ciudades Instituciones - estructura y función, papel en relación con todos los subsistemas, capacidad real
	2. Subsistemas que combinan componentes y procesos naturales y producidos por el hombre Granjas y tincas, silvicultura, acuicultura - estructura y función, zonas, localización, características humanas e institucionales
	3. Susbsistemas que contienen componentes y procesos que son predominantemente naturales Terrestres y acuáticos - estructura y función, diversidad, extensión, localización, grado de intervención
Interacciones	1. Producción industrial - interacción de los materiales, la energía, el agua, la mano de obra, etc. Interacción de subproductos como el calor, los productos químicos y materiales formados por partículas, con el hombre, la agricultura y los sistemas naturales
	2. Producción agrícola - interacción de la energía solar y fósil, el agua, los productos químicos, minerales de los suelos, equipos y tecnología
	3. Sistemas naturales - interacción de la energía solar con el agua e insumos provenientes de otros componentes, como escurrimiento, sedimentos y otros desperdicios. Servicios a la agricultura y al hombre, como regulación del período hídrico, cortavientos, hábitat de depredadores de plagas, recreación, control de la erosión, etc.

Fuente de energía o función de fuerza	Cualquier fuente de energía o materiales e información con contenido energético, externos al sistema que se estudia. El sol y la energía derivada del sol, como el viento y la lluvia, se consideran inextinguibles. Las tasas de flujo son limitadas, y pueden variar de acuerdo con los controles intrínsecos de naturaleza predecible, como las estaciones. Los terremotos y los huracanes tienen frecuencias intrínsecas a determinadas zonas. La otra clase principal de energía es aquella de origen cultural, como los combustibles sólidos, materiales, servicios, migraciones e información (tecnología). Las tasas de insumos están determinadas ya sea por decisiones de políticas externas al sistema, o por la capacidad de atracción que tenga el sistema. Se considera que los flujos son constantes o varían de acuerdo con un programa dado durante un determinado análisis o simulación.
Almacenamiento de energía	El símbolo en forma de tanque representa cualquier almacenamiento de energía, materiales o información dentro de un sistema o de los componentes de un sistema. La escala puede variar desde la biomasa instantánea de una sola planta a la de un bosque, dependiendo del modelo. Los almacenamientos tienen uno o más insumos y productos y la capacidad que les asigne el diseñador del modelo. Los tanques representan estructuras de diversas formas, como edificios, activos de capital de una ciudad, información ordenada conservada en una biblioteca o la experiencia acumulada de un pueblo. Un tanque sin flujo de entrada puede representar recursos no renovables.
Transformación y almacenamiento de energía	Caso particular del anterior símbolo de almacenamiento de energía. La energía que entra (a) a través del triángulo es transformada y almacenada (b) en otra forma. De acuerdo con la segunda ley de termodinámica, parte de la energía que entra debe degradarse (c) en el proceso de transformación. En la figura 8, el petróleo que entra es transformado en parte por el fuego en calor para calentar la casa y, en parte, en calor que sube directamente por la chimenea.
Interruptor	El símbolo del interruptor representa una regulación discontinua sobre un flujo de energía: la acción de conmutación (a) determina si el flujo (b) - (c) se halla conectado o desconectado. Los ejemplos incluyen la iniciación de una migración de peces por algún indicador ambiental, la conexión de un sistema de riego cuando la humedad decrece a un determinado nivel y la activación de un subsidio de cosechas.
Receptor de calor	La flecha hacia abajo representa la degradación de la energía en calor disperso (entropía), asociada con procesos de trabajo en cualquier sistema, determinada por la segunda ley de termodinámica. Cada proceso de desarrollo - la construcción de una estructura en una planta, una granja o una región - supone la pérdida o la depreciación de parte de la energía disponible. A veces esto se denomina "gravamen entrópico". La energía entra constantemente a un sistema, siendo almacenada y transformada. Posteriormente abandona el sistema, ya sea en la forma de calor disperso o de productos que se dirigen a otros sistemas. En una situación constante, las entradas son iguales a las salidas. En la totalidad de la tierra, toda la energía que entra, sale en la forma de calor disperso.
Interacción o válvula	El símbolo de la válvula representa la interacción de dos flujos de energía, en los cuales el flujo (a) posibilita, incrementa o reduce (impacto negativo) el flujo (b), dando como resultado un nuevo flujo (c) a un costo entrópico (d). En una planta, la creación de biomasa a través de la fotosíntesis está representada por una serie de válvulas en que la luz solar interactúa con el agua, el CO₂ y los nutrientes. La agricultura agrega nuevas válvulas para el cultivos, el control de plagas, etc.
Tensión	La válvula hacia abajo, combinada con el símbolo del receptor de calor, representa tensión. Este es un caso especial que se utiliza para indicar un efecto negativo más obvio en un modelo. Las enfermedades constituyen una tensión sobre un organismo, que quita energía para usos útiles, convirtiéndola en calor que se pierde. El exceso de agua o una sequía tienen el mismo efecto sobre los cultivos.
Productor	Este símbolo representa una sola planta o una comunidad que tiene su base en la fotosíntesis. En escala regional, el símbolo se emplea para representar ecosistemas o combinaciones individuales: cultivos, una granja o el sector agrícola.
Consumidor	El símbolo hexagonal representa a un consumidor. Un consumidor puede ser un microbio del suelo, una vaca, una población humana, una ciudad o una industria. Todos presentan en común una fuente externa de energía, la depreciación y la producción de energía en forma de productos tales como minerales, carne, trabajos o tractores.
Transacción económica	En aquellas partes del sistema en las cuales el hombre utiliza el dinero como medio para registrar los flujos de bienes y servicios, el símbolo de la transacción económica representa la tasa de cambio. El dinero siempre fluye en dirección opuesta a la energía.
Procesos no definidos	El rectángulo se emplea cuando no es importante representar el papel preciso que desempeña un componente.