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APLICACIÓN DEL PROCESO ANALÍTICO JERÁRQUICO EN LA GESTIÓN DEL
AGUA EN LA SUBCUENCA DEL RÍO GUAYALEJO-TAMESÍ
González Turrubiates, J.G1.; González Turrubiates, D.M.E.
2; Rodríguez Gómez, A.
3; Haces
Zorrilla, M.A.4
BLOQUE TEMÁTICO: Agua (Recursos Hídricos y Cambio Climático)
MODALIDAD: Ponencia Temática.
Resumen
La aplicación de la herramienta matemática denominada Proceso Analítico Jerárquico (PAJ) al caso
del Programa de Gestión del Agua en la Subcuenca del Río Guayalejo-Tamesí, surge de la
necesidad para integrar y jerarquizar los programas de trabajo y proyectos identificados por el
Grupo Especializado de Trabajo del Sistema Lagunario del Río Tamesí (GET-SLRT), en el año
2004, con las acciones y proyectos específicos de la Agenda 2030 de la Comisión Nacional del
Agua. Se identificaron seis ejes rectores de gestión y una lista de dieciocho estudios y proyectos a
desarrollar en la Subcuenca del Río Guayalejo-Tamesí para integrar la jerarquía que posteriormente
se analizó mediante la aplicación del PAJ a través del programa Expert Choice. Asimismo, como
parte integral de este análisis se llevo a cabo un análisis de sensibilidad relacionado con los seis ejes
rectores. Finalmente, para alcanzar el desarrollo de los proyectos se requiere de la participación y
acción coordinada de los tres niveles de gobierno, de los usuarios de agua, de los principales actores
económicos que operan dentro de la cuenca y de la sociedad civil en general.
Palabras clave: Proceso Analítico Jerárquico, Agenda 2030, Subcuenca Guayalejo-Tamesí
1 Maestro en Gestión de la Calidad por la Universidad Autónoma de Tamaulipas. Profesor en la Facultad de
Ingeniería de la Universidad Autónoma de Tamaulipas. Correo Electrónico: [email protected] 2 Doctora en Territorio, Medio Ambiente y Sociedad por la Universidad Autónoma de Madrid. Profesora en la
Facultad de Ingeniería de la Universidad Autónoma de Tamaulipas. Correo Electrónico:
[email protected] 3 Doctor en Educación Internacional por la Universidad Autónoma de Tamaulipas. Profesor en la Facultad de
Ingeniería de la Universidad Autónoma de Tamaulipas. Correo Electrónico: [email protected] 4 Maestro en Ingeniería Hidráulica por la Universidad Autónoma de México. Profesor en la Facultad de
Ingeniería de la Universidad Autónoma de Tamaulipas. Correo Electrónico: [email protected]
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1. Introducción.
El manejo de los recursos hídricos en México es una de las problemáticas que le está produciendo
año tras año costos elevados a la economía nacional. Las regiones más ricas y mayormente activas
económicamente se encuentran en las regiones áridas del noroeste y centro del país, generando el
85% del producto interno bruto y agrupando el 77% de la población total de México, mientras que
las regiones más pobres se encuentran en el sur, donde se tienen abundantes recursos hídricos. Las
aguas superficiales y subterráneas están sobreexplotadas y contaminadas, lo que produce una
insuficiente disponibilidad de agua para apoyar el desarrollo económico y para la sostenibilidad
medioambiental
En este contexto, el manejo de los recursos hídricos en la Subcuenca del Río Guayalejo-Tamesí no
es la excepción.
De acuerdo a las estimaciones de recargas y extracciones y de precipitaciones y escurrimientos, en
la cuenca existe disponibilidad en cada periodo anual, sin embargo, su distribución en el tiempo y
en el espacio es irregular dando lugar a zonas con distintos grados de escasez, sobre todo en épocas
de estiaje. Asimismo, la disponibilidad de aguas subterráneas es muy limitada, circunstancia que se
agrava por la sobreexplotación de los acuíferos más importantes. La alta incidencia ciclónica que
caracteriza a este territorio es la causa de severas inundaciones, la gran dispersión poblacional en
contraste con la concentración de la población en algunas regiones de la cuenca, los altos índices de
marginación y comunidades indígenas que requieren especial dedicación, el rezago de los servicios
acentuado en el medio rural, entre otros problemas, son un reto para cumplir con la premisa de que
los recursos hidráulicos deben contribuir al bienestar social.
Por otra parte, se tiene la amenaza adicional del cambio climático a la seguridad hídrica. Situación
global que ya está afectando los recursos hídricos. A este respecto, Bates et al (2008), registran que
los cambios en los patrones de precipitación e intensidad de la misma, así como los cambios en la
humedad del suelo y en los procesos de escurrimientos, se encuentran relacionados al calentamiento
global. Durante las últimas décadas del siglo XX la precipitación ha disminuido en regiones de
latitudes medias, y ha aumentado en regiones de latitudes altas y sobre todo en el hemisferio norte
(Gay, 2000; Arnell et al, 2001; Trenberth et al, 2003).
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La problemática anterior en manejo de los recursos hídricos exige soluciones integrales planeadas y
consensadas que obtengan la participación de todos los actores involucrados: autoridades -de los
tres órdenes de gobierno-, de los usuarios y de la sociedad en su totalidad.
Finalmente, es en el manejo, la organización y la prioridad de las soluciones aplicables a la anterior
problemática donde precisamente este trabajo de investigación pretende aportar algunos criterios,
considerando para su desarrollo la participación de los principales actores a esta dinámica en
particular.
2. Marco Conceptual
La Toma de Decisiones Multicriterio (Multi Criteria Decision Making, MCDM) es un conjunto de
técnicas que ayudan a enfrentar problemas de toma decisiones complejas. Entre las técnicas más
utilizadas están: el Proceso Analítico Jerárquico (Analytic Hierarchy Process, AHP), Fuzzy AHP,
TOPSIS (Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution), la familia de métodos
ELECTRE (Elimination et choix traduisant la réalité) y PROMÉTHEÉ (Preference Ranking
Organisation Methods for Enrichment), estos últimos conocidos como métodos de
sobreclasificación (outranking), (Triantaphyllou, 2000; Figueira et al, 2005, Doumpos &
Zopounidis, 2002). Asimismo, Gilliams et al, (2005), desarrollan un modelo para decidir dónde,
cuándo y cómo reforestar, llevando a la construcción de un sistema de información geográfica, para
ello compararon tres métodos el AHP, el ELECTRE III y el PROMETHEE II, en el que concluyen
que los métodos PROMETHE II Y EL AHP dan resultados muy aproximados. Noble (2004)
desarrollo un modelo para suministrar energía eléctrica a provincias separadas entre sí
significativamente, donde los factores medioambientales definen la investigación energética y el
desarrollo de políticas en la materia, en Canadá, el modelo hace hincapié en el aumento de energía
renovable, la diversidad de la electricidad y mejorar la tecnología que utiliza combustibles fósiles.
2.1. El Proceso Analítico Jerárquico (PAJ)
El Proceso Analítico Jerárquico (PAJ) desarrollado por Saaty y Vargas (1994), tiene como
finalidad resolver problemas complejos de toma de decisiones multicriterio. El PAJ requiere que el
tomador de decisiones provea juicios de importancia relativa de cada criterio para después
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especificar una preferencia relativa de cada alternativa de decisión usando cada criterio. El resultado
de AHP es una clasificación ordenada de prioridades de las alternativas de decisión, basadas en las
preferencias globales expresadas por el tomador de decisiones.
Figura 1. Representación gráfica de un modelo PAJ.
Fuente: Saaty, 1994.
La metodología del PAJ se puede explicar en los siguientes pasos (Saaty, 1994; Saaty & Vargas,
1994; Bhushan & Rai, 2004).
Paso1: El desarrollo del modelo comienza con elaboración de una representación gráfica en función
de la meta global, a continuación se especifican los criterios usados y las alternativas a evaluar,
como se presenta en la Figura 1.
Paso 2: Se establece la importancia relativa de cada criterio, mediante la comparación por pares de
cada criterio, para ello Saaty (1994) desarrollo una escala fundamental para las comparaciones por
pares, dicha escala se define y explica mediante los valores asignados del 1 al 9. Esta escala se
reproduce en la Tabla 1.
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Tabla 1. Escala fundamental para comparaciones por pares.
Escala Nominal Valor Numérico
Igual
Marginalmente fuerte
Fuerte
Muy fuerte
Extremadamente fuerte
Los valores intermedios reflejan las entradas borrosas
Refleja el predominio de la segunda alternativa con respecto a la
primera.
1
3
5
7
9
2, 4, 6, 8
Recíprocos
Fuente: Saaty, 1994.
Paso 3: Las comparaciones por pares de los diversos criterios generados en el paso 2 se organizan
en una matriz cuadrada, denominada comúnmente como matriz de comparación por pares, como se
presenta en la Tabla 2. Los elementos diagonales de la matriz 1. El criterio en la fila i es mejor que
la columna j es mejor que la fila i. Los (j, i) elementos de la matriz es la inversa del elemento (i, j).
Tabla 2. Matriz de comparación por pares genérica.
C1 C2 C3
C1 1
C2 1
C3 1 Fuente: Saaty, 1994.
Paso 4: El valor propio y el vector propio normalizado de la matriz de comparación por pares da la
importancia relativa de la comparación por pares de los diversos criterios que se comparan. Los
elementos del vector propio normalizado se denominan pesos con respecto a los criterios o
subcriterios y definen su calificación con respecto a las alternativas.
Paso 5: La consistencia de la matriz de orden n es evaluada. Las comparaciones realizadas por este
método son subjetivas, y el PAJ, tolera algo de contradicción a través de la cantidad de redundancia
en el enfoque. Si el índice de consistencia no llega a un nivel adecuado en las comparaciones, las
respuestas se deben reexaminar. El índice de consistencia, IC, se calcula como:
1
n
nIC máx
(1)
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donde máx es el máximo valor propio de la matriz de evaluación por pares. Este IC se puede
comparar con la de la matriz aleatoria, IR. La relación IC/IR, se denomina la razón de consistencia,
RC.T. L. Saaty (1994) sugiere el valor de RC debe ser menor a 0.10. En la Tabla 3 se presentan los
valores del IR (Saaty & Vargas, 1994).
Tabla 3. Índice promedio de consistencia aleatorio (IR)
N Índice de consistencia aleatorio
3 0.52
4 0.89
5 1.11
6 1.25
7 1.35
8 1.40
9 1.45
10 1.49
Fuente: Saaty,1994.
Si no es inferior a 0.10, se revisan los juicios hasta reducir el IC. Una consistencia del 10 por ciento
o menos implica que el ajuste es pequeño en comparación con los valores reales de las entradas del
vector propio (Saaty, 1994). Este paso se repite con cada matriz de comparación por pares, respecto
a cada criterio y alternativa.
Paso 6: Después de evaluar las matrices de comparación por pares para cada criterio, se calculan los
pesos locales. Por último se realiza la síntesis respecto a la meta, obteniendo así los pesos globales,
con ellos clasificamos las alternativas en orden de prioridad.
3. Métodos y Materiales
La aplicación de la herramienta matemática denominada Proceso Analítico Jerárquico (PAJ) al caso
del Programa de Gestión del Agua de la Cuenca del Río Guayalejo-Tamesí, surgió como una
necesidad para complementar los resultados obtenidos de los trabajos realizados en el Grupo
Especializado de Trabajo del Sistema Lagunario del Río Tamesí (GET-SLRT) en Tampico
Tamaulipas, en el año 2004 (CONAGUA, 2004).
Aplicaciones anteriores del PAJ a este tipo de procesos de planeación integral del recurso hidráulico
se han dado. En un primer caso, la aplicación del PAJ permitió jerarquizar en forma eficiente y
consensuada los resultados que se obtuvieron de la aplicación del Método ZOPP en aquella región,
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para establecer el manejo sustentable de los recursos hidráulicos del SLRT. En un segundo caso,
febrero 2007, se aplicó al caso COTAS Huichapan-Tecozautla-Nopala permitiendo nuevamente la
jerarquización de programas específicos, líneas de acción asociadas a cada programa específico, y
proyectos vinculados a cada línea de acción, que en conjunto contribuyen a lograr el manejo
sustentable del acuífero en cuestión (González et al, 2007). Y en un tercer caso, al Manejo
Sustentable del Acuífero Río Verde en el Estado de San Luís Potosí, donde se jerarquizaron 75
proyectos identificados para lograr el objetivo global del manejo sustentable del acuífero de Río
Verde (González et al, 2007).
Los buenos resultados de estos tres casos son antecedentes para que el Consejo de Cuenca del Río
Pánuco y la Gerencia Operativa del Consejo de Cuenca del Río Pánuco de la Comisión Estatal del
Agua de Tamaulipas, se mostraran interesados en replicar la experiencia de aplicar el PAJ a su
proceso de planeación.
El presente trabajo de investigación muestra el proceso de aplicación del PAJ que ahora se hace al
Programa de Gestión del Agua del Río Guayalejo-Tamesí. El objetivo general de esta investigación
fue construir un modelo de PAJ para seleccionar los proyectos de mayor importancia y prioridad
para el Programa de Gestión del Agua en la Subcuenca del Río Guayalejo-Tamesí. Teniendo como
objetivos particulares:
La construcción de la red jerárquica de los proyectos donde se identifican los criterios
relacionados para la selección de proyectos para el Programa de Gestión del Agua de la
Subcuenca del Río Guayalejo-Tamesí.
La agrupación de los proyectos en grupos de áreas similares.
El análisis del modelo construido mediante el uso del software Expert Choice.
Como se mencionó anteriormente, la aplicación del PAJ al caso del Programa de Gestión del Agua
del Río Guayalejo-Tamesí se basa en los resultados obtenidos de la aplicación del mismo al GET-
SLRT) en Tampico Tamaulipas, en el año 2004 (CONAGUA, 2004) en donde se establecieron
cinco programas de trabajo a realizar, y se identificaron 47 proyectos específicos a desarrollar. Los
cinco programas de trabajo fueron:
Saneamiento del Sistema Lagunario del Río Tamesí
Rehabilitación y conservación de infraestructura hidráulica
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Coordinación interinstitucional real
Uso eficiente del agua
Manejo ambiental del Sistema Lagunario del Río Tamesí
Por otra parte, en la integración de la Agenda del Agua 2030 que la CONAGUA (2011) estableció
recientemente, se identificaron cinco ejes temáticos, los cuales son:
Cuencas en equilibrio
Ríos limpios
Cobertura universal
Asentamientos seguros contra inundaciones catastróficas
Inversión y financiamiento
Revisando los proyectos específicos identificados por el GET-SLRT (2004) y las acciones y
proyectos específicos identificados en la Agenda del Agua 2030 de la CONAGUA (2011), se
presenta a continuación la lista preliminar de estudios y proyectos a desarrollar en la subcuenca del
Río Guayalejo-Tamesí que contribuirán a alcanzar los objetivos del GET-SLRT (2004) y de la
Agenda del Agua 2030 de la CONAGUA (2011).
Para facilitar la aplicación del PAJ, se optó por tomar los proyectos específicos y los proyectos
contenidos en la línea de acción de la Coordinación Institucional, obtenida GET-SLR (2004) para
integrar la jerarquía que posteriormente se analizó mediante la aplicación del PAJ a través del
programa Expert Choice.
A cada programa específico de la Agenda 2030 y del GET-SLRT (2004) se le vinculó con
diferentes proyectos, siendo éstos un total de 33 proyectos identificados y 9 líneas de acción para
lograr el objetivo global del Programa de Gestión del Agua de la Subcuenca del Río Guayalejo-
Tamesí. Una vez identificados los proyectos específicos y las líneas de acción se procedió entonces
a integrar una matriz de liga entre programas específicos y líneas de acción. Esta matriz
posteriormente sirvió de base para desarrollar la jerarquía a analizar mediante el PAJ.
Es importante hacer notar que de los programas específicos de la Agenda 2030 surgieron 33
proyectos específicos, sin embargo, de la discusión consensada que se tuvo con los actores
principales (miembros del Consejo de Cuenca y Académicos) se redujeron los proyectos
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específicos a 18, debido principalmente a que muchos de ellos tienen objetivos muy similares entre
sí.
La Figura 2 muestra la jerarquía que se obtuvo de la matriz de liga mencionada anteriormente.
Apreciándose en ella, el objetivo global de este proceso de planeación alcanzar el Programa de
Gestión del Agua de la Cuenca del Río Guayalejo-Tamesí. En el segundo nivel de esta jerarquía se
observan los 6 programas específicos identificados en la Agenda 2030 y en el tercer nivel se
muestran los 18 proyectos agrupados e incorporados finalmente en el modelo del PAJ. Las líneas
trazadas en esta jerarquía indican la vinculación que existe entre los programas específicos y los
proyectos agrupados. Esta jerarquía fue la que posteriormente se incorporó al programa Expert
Choice para aplicación de la metodología de PAJ.
Figura 2. Jerarquía del Programa de Gestión de la Subcuenca del Río Guayalejo-Tamesí.
4. Resultados
De la aplicación del PAJ llevado a cabo los días 8, 13 y 14 de junio del año en curso, en el salón
interactivo de la Nave Experimental de la Facultad de Ingeniería “Arturo Narro Siller”, de la
Universidad Autónoma de Tamaulipas, se obtuvieron los criterios de los miembros del Consejo de
Cuenca y Académicos, vertidos en el modelo PAJ, ponderando las opiniones de los participantes,
quedando el consenso para los diferentes programas específicos que se realizarán para alcanzar el
objetivo común: Programa de Gestión del Agua de la Subcuenca del Río Guayalejo-Tamesí, con la
finalidad de alcanzar su óptima utilización.
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4.1. Comparación por pares
De los seis programas específicos obtenidos de la Agenda 2030 y del GET-SLRT (2004): 1)
cuencas en equilibrio, 2) ríos limpios, 3) cobertura universal, 4) asentamientos seguros contra
inundaciones catastróficas, 5) inversión y financiamiento, y 6) coordinación interinstitucional. La
ponderación obtenida para estos seis programas específicos fue la siguiente: el programa específico
cinco tuvo un peso igual a 0.361 equivalente a 36.1%; el programa específico seis tuvo un peso
igual a 0.199 equivalente a 19.9%; el programa específico uno tuvo un peso igual a 0.185
equivalente a 18.5%; el programa específico dos tuvo un peso igual a 0.102 equivalente a 10.2%; el
programa específico tres tuvo un peso igual a 0.098 equivalente a 9.8%; el programa específico
cuatro tuvo un peso igual a 0.056 equivalente a 5.6%. Estos resultados se presentan en la Figura 3.
Figura 3. Resultados de la ponderación de los cinco programas específicos con respecto al objetivo global.
El significado de los porcentajes indicados expresa la importancia relativa de las acciones globales a
desarrollar en la Subcuenca del Río Guayalejo-Tamesí, es decir, unas respecto de las otras.
Una manera de interpretar estos resultados es equiparar los esfuerzos de inversión para la
realización de los seis programas específicos globales, es decir: para el programa específico uno, se
aplicará el 18.5% de la inversión ejecutada durante los 18 años que dure el programa de gestión;
para el programa específico dos, se aplicará el 10.2% de la inversión ejecutada durante los 18 años
10
que dure el programa de gestión; para el programa específico tres, se aplicará el 9.8% de la
inversión ejecutada durante los 18 años que dure el programa de gestión; para el programa
específico cuatro, se aplicará el 5.6% de la inversión ejecutada durante los 18 años que dure el
programa de gestión; para el programa específico cinco, se aplicará el 36.1% de la inversión durante
los 18 años que dure el programa de gestión, y finalmente para el programa específico seis, se
aplicará el 19.9% de la inversión ejecutada durante los 18 años que dure el programa de gestión.
Figura 4. Resultados de la ponderación global de la jerarquía aplicada en el modelo del PAJ.
Una vez terminado el análisis de comparación por pares, se llevo obtuvo la ponderación global, con
la finalidad de jerarquizar los proyectos respecto a la meta global del Programa de Gestión del Agua
del Río Guayalejo-Tamesí, los resultados generados por el programa Expert Choice, se presentan en
la Figura 4. De la que se puede extraer seis principales proyectos específicos en orden de prioridad:
1. Proyecto 6. Integral de autonomía económica, financiera y de gestión, con un 10.1% de
prioridad.
2. Proyecto 11. Diseño de estrategias y programas de participación pública para crear una
conciencia ciudadana del uso eficiente y conservación de los recursos hídricos en la
subcuenca del río Guayalejo-Tamesí, con un 9.1% de prioridad.
3. Proyecto 10. Revisión y validación del proyecto de la presa “Tamesí”, con un 8.5% de
prioridad global.
4. Proyecto 2. Proyecto integral de estudios de factibilidad técnica-económica de la subcuenca
del río Guayalejo-Tamesí, con un 7.0%.
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5. Proyecto 5. Proyecto integral de escurrimientos en la subcuenca del río Guayalejo-Tamesí,
con un 6.6% de prioridad.
6. Proyecto 13. Estudio para la identificación y localización de todas la fuentes de
contaminación, puntual y difusa, en toda la red de drenaje de la subcuenca del río
Guayalejo-Tamesí, con un 6.1% de prioridad.
Cabe mencionar que estos pesos indican a la vez que los proyectos asociados a dichos proyectos
específicos tienen la misma prioridad, es decir, los proyectos asociados al proyecto específico
Proyecto 6 Integral de autonomía económica, financiera y de gestión (P6) tienen la misma
prioridad de 10.1%. Este mismo criterio se aplicada a los restantes proyectos específicos
ponderados. La Figura 5, muestra la jerarquía que identifica los seis principales proyectos, que
ayudaran a lograr la meta de obtener un Programa de Gestión de la Subcuenca del Río Guayalejo-
Tamesí.
Figura 5. Resultado final de la jerarquización del modelo del Proceso Analítico Jerárquico.
4.2. Análisis de sensibilidad
Después de haber obtenido la síntesis global, se procedió a realizar el análisis de sensibilidad, que
como señala Saaty (1997), se deben realizar cambios en las prioridades de los criterios principales
del modelo, y observar que cambios ocurren por el hecho de la variación en los criterios
importantes. En nuestro caso se analizaron tres cambios a cada una de las ponderaciones de los
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criterios del modelo desarrollado, comenzamos variando las ponderaciones del criterio: cuencas en
equilibrio, ríos limpios, cobertura universal, asentamientos seguros contra inundaciones
catastróficas, inversión y financiamiento, y coordinación interinstitucional. En la figura No. 11, se
presenta la gráfica de sensibilidad dinámica, en el lado izquierdo se aprecian los criterios
jerarquizados y en el lado derecho los proyectos alternativos con su jerarquización global. Los
resultados mostrados nos indican que es más importante la inversión y financiamiento con un
36.1%, la coordinación interinstitucional con 19%, cuencas en equilibrio con 18.5 %, ríos limpios
con un 10.2%, cobertura universal con 9.8%, y con un 5.6% asentamientos seguros contra
inundaciones catastróficas.
Figura 6. Análisis de sensibilidad dinámico.
5. Conclusiones
Al revisar varios posibles escenarios, mediante el análisis de sensibilidad dinámico, se pudo
observar que los cambios no modifican la mayoría de los resultados obtenidos originalmente, sólo
en los casos en el que el criterio analizado se prefiero por sobre los demás, en esas situaciones se
presenta algunas modificaciones en el orden jerárquico, sin embargo, los criterios principales como
inversión y financiamiento y coordinación institucional, transitan del primer lugar al segundo, y del
segundo al tercero. Por lo que, si se presentaran cambios en la forma de pensar de los involucrados
en el problema, el orden jerárquico no cambiaría.
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Referencias
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Triantaphyllou, E. (2000). Multi-criteria decision making methods: A comparative study.
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ANEXO
Temas que pudieran ser objeto de investigación en el contexto de cambio climático:
1. Percepción social de perturbaciones climáticas en comunidades rurales y urbanas.
2. Gestión de la Adaptación de eventos extremos a nivel cuenca.
3. Impactos y Adaptación de las zonas costeras del Golfo de México ante eventos extremos.