Predicción del cambio de uso y cobertura del suelo para la sostenibilidad del agua subterránea en la cuenca del Muvattupuzha usando CA-Markov (2033–2050)

Por qué importa el cambio del suelo para el agua oculta

En muchas regiones tropicales, millones de personas obtienen su agua potable del subsuelo. Sin embargo, la forma en que construimos ciudades, despejamos bosques y cultivamos la tierra remodela silenciosamente este recurso oculto. Este estudio examina la cuenca del río Muvattupuzha en Kerala, al sur de la India, para plantear una pregunta urgente: a medida que el paisaje se urbaniza, ¿qué ocurre con la calidad y la fiabilidad del agua subterránea de la que dependen los habitantes?

Una cuenca fluvial bajo rápida transformación humana

La cuenca del Muvattupuzha se extiende desde empinadas colinas boscosas en los Ghats Occidentales hasta campos de arroz bajos y marismas cercanas al mar Arábigo. Utilizando imágenes satelitales de 2003, 2013 y 2023, los investigadores rastrearon cómo cambió el uso y la cobertura del suelo durante dos décadas. Antes predominaban el bosque y las tierras agrícolas, pero las áreas urbanizadas —pueblos, aldeas, carreteras y otras superficies pavimentadas— se expandieron de forma drástica. La superficie urbanizada creció desde aproximadamente el 12% del área de la cuenca en 2003 hasta más del 44% en 2023, mayormente sustituyendo terrenos agrícolas y partes del paisaje vegetado. Al mismo tiempo, la cantidad de terrenos realmente vacíos o baldíos se redujo, y los cuerpos de agua y humedales mostraron solo cambios menores en conjunto, a pesar de la ocupación y recuperación locales.

Mirando bajo tierra: cómo cambia la química del agua

Para ver cómo estos cambios superficiales afectan lo que ocurre bajo tierra, el equipo analizó datos de agua subterránea procedentes de pozos en toda la cuenca para tres años de referencia: 2003, 2013 y 2023. Midieron propiedades básicas como la conductividad eléctrica (un indicio de cuán salina o mineralizada está el agua), sólidos disueltos, minerales disueltos principales como calcio, magnesio y sodio, y nitrato, que a menudo proviene de fertilizantes y aguas residuales. Con el tiempo, muchos pozos mostraron un aumento sostenido de los minerales disueltos y la dureza, lo que apunta a una creciente mineralización del acuífero. Los niveles de nitrato también subieron en varias ubicaciones, especialmente cerca de áreas urbanas y agrícolas intensivas, señalando una influencia creciente de residuos humanos y productos químicos agrícolas. Aunque muchos pozos todavía cumplían las guías para agua potable, emergió un patrón de deterioro gradual de la calidad global.

De mapas y estadísticas a escenarios futuros

Entender las tendencias no es suficiente; los planificadores necesitan saber qué podría suceder a continuación. Los investigadores usaron una técnica llamada modelado CA-Markov para proyectar cómo podría evolucionar el uso del suelo entre 2023 y 2050, basándose en los cambios observados y en limitaciones físicas como pendiente, elevación, suelos y distancia a carreteras y ríos. Sus simulaciones sugieren que las áreas urbanizadas seguirán expandiéndose hasta 2033 y 2043 antes de que el crecimiento se desacelere hacia 2050, mientras que las tierras agrícolas y las superficies de agua enfrentan una presión continua. En paralelo, el equipo aplicó estadísticas multivariantes a los datos de agua subterránea para desentrañar dos fuerzas principales que moldean la calidad del agua: procesos naturales que disuelven minerales de las rocas y actividades humanas que añaden contaminantes en la superficie. Este análisis mostró que el agua salina y rica en minerales y la contaminación por nitratos a menudo siguieron patrones diferentes, lo que sugiere causas subyacentes distintas.

Aprendizaje automático para desentrañar riesgos invisibles

El estudio fue un paso más allá al utilizar algoritmos de aprendizaje automático para ver si el nitrato —un contaminante de relevancia para la salud— podía predecirse a partir de otras propiedades del agua más fáciles de medir. Modelos como Random Forest, Support Vector Regression y XGBoost se entrenaron con los datos de pozos, y una herramienta de “IA explicable” llamada SHAP se usó para revelar qué factores importaban más. Los modelos apuntaron al magnesio, calcio y alcalinidad como influencias clave sobre los niveles de nitrato, probablemente reflejando cómo las reacciones de amortiguamiento naturales y las condiciones de oxígeno en el acuífero fomentan o inhiben la acumulación de nitratos. Al mismo tiempo, la predictibilidad limitada del nitrato a partir de la sola química general del agua subrayó que los usos locales del suelo, el saneamiento y las prácticas agrícolas siguen siendo impulsores cruciales que deben monitorearse directamente.

Qué significa esto para la gente y la planificación

Para residentes y responsables de decisiones, el mensaje es claro: el uso del suelo en la cuenca del Muvattupuzha condiciona de forma notable la calidad del agua subterránea debajo. El rápido crecimiento urbano, junto con cambios en la agricultura, ya ha incrementado el contenido mineral y los nitratos en muchos pozos, y las tendencias proyectadas de uso del suelo sugieren una presión sostenida si los patrones actuales persisten. Al combinar mapas terrestres basados en satélite, mediciones de campo y herramientas de aprendizaje automático transparentes, el estudio ofrece un marco práctico para detectar “puntos calientes” emergentes del agua subterránea, orientar dónde proteger las áreas de recarga, mejorar la gestión de aguas residuales y fertilizantes, y dirigir el desarrollo futuro. En términos sencillos, una planificación inteligente del uso del suelo hoy puede ayudar a que los pozos de mañana sean más limpios, seguros y fiables.

Cita: K, A., Gautam, S., Prince Arulraj, G. et al. Forecasting land-use and land-cover change for groundwater sustainability in the Muvattupuzha basin using CA-Markov (2033–2050). Sci Rep 16, 7462 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38961-2

Palabras clave: agua subterránea, urbanización, cambio de uso del suelo, contaminación por nitratos, Kerala