Modelación Integrada de Sistemas Socio-ecológicos Complejos: Caso de Estudio la Ecorregión de la Mojana

Integrated modeling of complex socio-ecological systems: case study of the Mojana ecoregion

  • Paula Andrea Villegas Gonzalez Pontificia Universidad Javeriana
  • Maria Juliana Florez Florez Pontificia Universidad Javeriana
  • Nathaly Triviño León Pontificia Universidad Javeriana
  • Jorge Alberto Escobar Pontificia Universidad Javeriana
  • Nelson Obregón Neira Pontificia Universidad Javeriana.
  • Alex Mauricio González Méndez Universidad Católica de Colombia
  • Ramon Eduardo González Salazar Pontificia Universidad Javeriana
Keywords: Agent-based modeling, modeling with stakeholders, socio-ecological system (en_US)
Keywords: modelos basados en agentes, sistemas socio-ecológicos, sistemas complejos, territorio (es_ES)

Abstract (es_ES)

Contexto: Se ha observado que la modelación de sistemas socio-ecológicos complejos a partir de simulaciones basadas en agentes, tienen la ventaja de integrar diferentes procesos, escalas, variables y la posibilidad de generar escenarios con actores en el marco de procesos de modelación participativa.

Método: Se diseña una herramienta computacional para la planificación y apoyo a los procesos de toma de decisión relacionados con la gestión de los recursos hídricos, específicamente para el caso de las inundaciones en la ecorregión de la Mojana (Colombia). Son desarrollados talleres de participación social relacionados con creencias, valores, redes sociales y resiliencia.

Resultados: El modelo tiene dos componentes: el primero representa la hidrodinámica de las inundaciones por medio de la plataforma numérica ISIS 2D; el segundo, en relación con los aspectos sociales de la región, se maneja a través de modelado de sistemas de agentes. Ambos sistemas están integrados  en la plataforma NetLogo.

Conclusiones: La modelación integrada de sistemas socio-ecológicos complejos permite visualizar el comportamiento de la población y los recursos naturales en un territorio, contribuyendo al diseño de políticas y los procesos educativos con la participación de diferentes disciplinas y actores. Trabajos futuros, pueden enfocarse en la modelación regional y el análisis del impacto producido por el uso de estas herramientas.

 

 

Abstract (en_US)

Context: It was observed that the modeling of complex socio-ecological systems based on Agent-Based Simulations has the advantage of allowing the integration of different processes, scales, variables and the possibility to generate scenarios with actors in the context of the modeling with stakeholders.

Method: A computational tool for planning and support of decision-making processes related with water resources management, specifically in the case of floods in the Mojana ecoregion (Colombia) is designed along with social participation workshops related with beliefs, values, social networks and resilience.

Results: The model has two components: the first one represents the hydrodynamic of flooding by means of the numerical platform ISIS 2D. The second one, regarding the social aspects of the region, is handled via agent systems modeling. Both schemes are integrated into the NetLogo platform.

Conclusions: The integrated modeling of complex socio-ecological systems allow us to visualize the behavior of the population and the natural resources in a territory, contributing to the design of policies and educational processes involving different disciplines and actors. Future work will focus on regional modeling and the analysis of the impact produced by the use of these tools.

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Author Biographies

Paula Andrea Villegas Gonzalez, Pontificia Universidad Javeriana

Facultad de Ingeniería. Estudiante Doctorado en Ingeniería Pontificia Universidad Javeriana.

Docente Investigadora Universidad Católica de Colombia.

Magistra en Hidrosistemas Pontificia Universidad Javeriana.

Ingeniera Civil Universidad Nacional de Colombia.

Maria Juliana Florez Florez, Pontificia Universidad Javeriana

Instituto Pensar Pontificia Universidad Javeriana. Docente.

Doctora en Psicología Social. Universitat Autónoma de Barcelona.

Maestría en Psicología Social. Universitat Autónoma de Barcelona.

Especialización en Cooperación y Desarrollo.

Licenciada en Psicología. 

Nathaly Triviño León, Pontificia Universidad Javeriana

Facultad de Ingeniería. Ingeniera Civil Pontificia Universidad Javeriana.

Asesora Cormagdalena.

Jorge Alberto Escobar, Pontificia Universidad Javeriana

Facultad de Ingeniería. Docente. Pontificia Universidad Javeriana.

Doctor Mecánica de Fluidos Computacional University Cornell.

Magister en Métodos Numéricos para el Cálculo y Diseño en Ingeniería en la Universidad Politécnica de Cataluña.

Magister en Hidrosistemas Pontificia Universidad Javeriana.

Magister en Mecánica de Fluidos Ambiental en Cornell University.

Ingeniero Civil Universidad Nacional.

Nelson Obregón Neira, Pontificia Universidad Javeriana.

Facultad de Ingeniería. Docente. Pontificia Universidad Javeriana.

Postdoctorado University of California Santa Barbara.

Doctorado en Hydrologic Sciencies University of California Santa Barbara.

Magister en Ingeniería Civil Universidad de los Andes.

Ingeniero Civil Universidad Francisco de Paula Santander.

Alex Mauricio González Méndez, Universidad Católica de Colombia

Facultad de Ingeniería. Docente Universidad Católica de Colombia.

Estudiante de Doctorado en Ingeniería Pontificia Universidad Javeriana.

Magister en Ingeniería Ambiental Universidad de los Andes.

Ingeniero Civil Universidad de los Andes.

Ramon Eduardo González Salazar, Pontificia Universidad Javeriana

Facultad de Teología Pontificia Universidad Javeriana. Docente.

Maestría en ciencias políticas.

Licenciado en filosofía.

References

L. Parrott, “Hybrid modelling of complex ecological systems for decision support: Recent successes and future perspectives”. Ecological Informatics, 6(1), 2011, pp. 44–49. [En línea] Disponible en: http://doi.org/10.1016/j.ecoinf.2010.07.001

DNP and FAO, Programa de desarrollo sostenible de la región de la Mojana, Colombia. I. G. Comunicaciones, Ed., (Primera ed). Bogotá D.C., 2003.

G. Harris & G. Harris, Seeking sustainability in an age of complexity. Seeking Sustainability in an Age of Complexity, 2007, [En línea] Disponible en: http://doi.org/10.1017/CBO9780511815140

S. A. Levin, (1998). Ecosystems and the Biosphere as Complex Adaptive Systems. Ecosystems, 1(5), 431–436. http://doi.org/10.1007/s100219900037.

L. Parrott, (2002). Complexity and the Limits of Ecological Engineering. American Society of Agricultural Engineers I, 45(5), 1–6.

D. A. Meyer, (1997). Towards the global: complexity, topology and chaos in modelling, simulation and computation 1 Introduction 2 Hierarchical e ciency 3 Topology induces complexity, (September), 0–5.

Dawn C. Parker, Berger Thomas and S. M. M. (2002). Agent-Based Models of Land-Use and Land-Cover Change. LUCC Report Series, (6), 140.

F. Bousquet and C. Le Page, (2004). Multi-agent simulations and ecosystem management: a review. Ecological Modelling, 176(3-4), 313–332. http://doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2004.01.011.

R. B., Matthews, N. G. Gilbert, A. Roach, J. G. Polhill and N. M. Gotts, (N.d.). Agent-based land-use models: a review of applications. LANDSCAPE ECOLOGY. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&db=edswsc&AN=000250632100005&lang=es&site=eds-live.

L. An, (2012). Modeling human decisions in coupled human and natural systems: Review of agent-based models. Ecological Modelling, 229, 25–36. http://doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2011.07.010.

S. Balbi, C. Giupponi, P. Pérez, and M. Alberti, (2013). A spatial agent-based model for assessing strategies of adaptation to climate and tourism demand changes in an alpine tourism destination. Environmental Modelling and Software, 45, 29–51. http://doi.org/10.1016/j.envsoft.2012.10.004.

D. Brown, S. Page, R. Riolo and W. Rand, (2004). Agent-based and analytical modeling to evaluate the effectiveness of greenbelts. Environmental Modelling & Software, 19(12), 1097–1109. http://doi.org/10.1016/j.envsoft.2003.11.012.

O. Barreteau and F. Bousquet, (2000). SHADOC: a multi‐agent model to tackle viability of irrigated systems. Annals of Operations Research, 94(1-4), 139–162.

P. Schreinemachers and T. Berger, “An agent-based simulation model of human-environment interactions in agricultural systems”. Environmental Modelling and Software, 26(7), 2011, pp. 845–859, [En línea] Disponible en: http://doi.org/10.1016/j.envsoft.2011.02.004

S. Balbi, A. Prado, P. Gallejones, C. P. Geevan, G. Pardo, E. Pérez-Miñana and F. Villa, “Modeling trade-offs among ecosystem services in agricultural production systems”. Environmental Modelling & Software, 72, 2015, pp. 314–326, [En línea] Disponible en: http://doi.org/10.1016/j.envsoft.2014.12.017

B. Anselme, F. Bousquet, A. Lyet, M. Etienne, B. Fady, and C. Le Page, Modelling of spatial dynamics and biodiversity conservation on Lure mountain (France). Environmental Modelling & Software, 25(11), 2010, pp. 1385–1398. [En línea] Disponible en: http://doi.org/10.1016/j.envsoft.2009.09.001

P. Kroes, Technical Artefacts: Creations of Mind and Matter: A Philosophy of Engineering Design, Philosophy of Engineering and Technology 6, 2012, pp. 127-161, [En línea] Disponible en: http://doi.org/10.1007/978-94-007-3940-6

H. Arendt, Trabajo. En La condición humana, 2007, pp. 157–191. Editorial: PAIDOS IBERICA. Barcelona.

J. Epstein, “Why model? Journal of Artificial Societies and Social, 11(4), 2008, p. 6. [En línea] Disponible en: http://doi.org/10.1080/01969720490426803

M. Schwaninger, “Model-based management (MBM): a vital prerequisite for organizational viability”. Kybernetes, 43(6), 2010, pp. 1419 - 1428.

G. Restrepo, Aproximación Cultural al Concepto de Territorio. Revista Perspectiva Geográfica, 3, 2010, [En línea] Disponible en: http://datateca.unad.edu.co/contenidos/100007/Leturas_apoyo_Act6/Aproximación_cultural_al_concepto_de_territorio_banrepcultural.org.pdf

R. Barthel, S. Janisch, N. Schwarz, A. Trifkovic, D. Nickel, C. Schulz and W. Mauser, “An integrated modelling framework for simulating regional-scale actor responses to global change in the water domain”. Environmental Modelling & Software, 23(9), 2008, pp. 1095–1121, [En línea] Disponible en: http://doi.org/10.1016/j.envsoft.2008.02.004

CEPAL, Población y Desarrollo. Modelos demográficos para la proyección de la demanda del sector social, 2007. Editorial CEPAL. Santiago de Chile.

M. Schwaninger and M. Janovjak, Institut für Betriebswirtschaft (Eds.), “Model-Based Management: A Systemic Approach from the Pharmaceutical Industry”. Diskussionsbeiträge, 56. St. Gallen, 2008.

R. A. Kelly, A. J. Jakeman, O. Barreteau, M. E. Borsuk, S. ElSawah, S. H. Hamilton and A. A. Voinov, “Selecting among five common modelling approaches for integrated environmental assessment and management”. Environmental Modelling & Software, 47, 2013, pp. 159–181. [En línea] Disponible en: http://doi.org/10.1016/j.envsoft.2013.05.005

A. Voinov and F. Bousquet, “Modelling with stakeholders”. Environmental Modelling & Software, 25(11), 2010, pp. 1268–1281. http://doi.org/10.1016/j.envsoft.2010.03.007

M. A. Max-Neef, Desarrollo a escala humana, 1993. Editorial Nordan-Comunidad. Montevideo, Uruguay.

T. Berger, R. Birner, N. Mccarthy, J. DíAz and H. Wittmer, “Capturing the complexity of water uses and water users within a multi-agent framework”. Water Resources Management, 21(1), 2006, pp. 129–148. [En línea] Disponible en: http://doi.org/10.1007/s11269-006-9045-z

J. C. Refsgaard, J. P., van der Sluijs, A. L., Højberg & P. A. Vanrolleghem, “Uncertainty in the environmental modelling process – A framework and guidance”. Environmental Modelling & Software, 22(11), 2007, pp. 1543–1556. [En línea] Disponible en: http://doi.org/10.1016/j.envsoft.2007.02.004

CORPOICA, El plan de la Mojana: aplicación del nuevo paradigma de desarrollo sostenible. CORPOICA, Vol 2, 1998.

L. Posada, “Si no se concluyen las obras en La Mojana, el desastre será peor”. 2012, UN periódico.

P. A. Villegas, M. Melgarejo, and E. Pérez, MOJANA: Modelo Organizacional Jerárquico de Agentes Naturales del Agua. En proceso de publicación.

Triviño, N., Escobar, J.A., and Villegas, P.A. Modelación numérica bidimensional de escenarios de inundación en el municipio de Nechí Antioquia. Proyecto de grado para optar al título de Ingeniera Civil. Facultad de Ingeniería. Pontificia Universidad Javeriana, 2015.

U. Wilensky, (1998). NetLogo Wealth Distribution model. Center for Connected Learning and Computer-Based Modeling, Northwestern University, Evanston, IL. [En línea] Disponible en: http://ccl.northwestern.edu/NetLogo/models/WealthDistribution

M. Felsen and U. Wilensky, NetLogo Urban Suite - Sprawl Effect model, Center for Connected Learning and Computer-Based Modeling, Northwestern University, Evanston, IL, 2007, [En línea] Disponible en: http://ccl.northwestern.edu/NetLogo/models/UrbanSuite-SprawlEffect

G. Dunham, S. Tisue and U. Wilensky, NetLogo Erosion model. Center for Connected Learning and Computer-Based Modeling, Northwestern University, Evanston, IL, 2004, [En línea] Disponible en: http://ccl.northwestern.edu/NetLogo/models/Erosion

ISIS, User Manual, ISIS 2D Cost effective, integrated software solutions. CHM2HILL, 2014.

D. Wirasaet, E. J Kubatko, C. E Michoski, S. Tanaka, J. J Westerink and C, Dawson. “Discontinuos Galerkin methods whith nodal and hybrid modal/nodal triangular, quadrilateral and polygonal elements for nonlinear shallow water flow”. Computer methods in applied mechanics and engineering, 270, 2014, pp. 113-149.

P. Kundu and L. Cohen, Fluid Mechanics. California, Academic, 1990.

Henderson-Sellers and P. Giorgini, Agent-Oriented Methodologies. Idea group Inc. pp. 406. 2005.

T. Filatova, P. H. Verburg, D. C. Parker, and C. A. Stannard, “Spatial agent-based models for socio-ecological systems: Challenges and prospects”. Environmental Modelling & Software, 45, 2013, pp. 1–7. [En línea] Disponible en: http://doi.org/10.1016/j.envsoft.2013.03.017

O. P. R., Van, M. S. Krol, A. Hoekstra and R. R. Taddei, “Feedback mechanisms between water availability and water use in a semi-arid river basin: A spatially explicit multi-agent simulation approach”. Environmental Modelling & Software, 25, 2010, pp. 433–443.

Z. Sun and D. Müller, “A framework for modeling payments for ecosystem services with agent-based models, Bayesian belief networks and opinion dynamics models”. Environmental Modelling & Software, 45, 2013, pp. 15-28.

USGS, Science for changing world, 2015, [En línea] Disponible en: http://glovis.usgs.gov

G. Remolina, Del “BIG BANG” de las ciencias a su integración en el pensamiento complejo, 2014. Bogotá.

J. A. Amozurrutia, Complejidad y ciencias sociales. Un modelo adaptativo para la investigación interdisciplinaria (Primera ed), 2011, [En línea] Disponible en: http://www.ceiich.unam.mx/0/51LibFic.php?tblLibros_id=449

K. Dopfer, Evolutionary economics: a theoretical framework. The Evolutionary Foundations of Economics, 2005, [En línea] Disponible en: http://doi.org/http://dx.doi.org/10.1017/CBO9780511492297

C. Olaya, “Models that Include Cows: The Significance of Operational Thinking”. 30th International Conference on System Dynamics Society, 2012, pp. 1–19.

M. Aguilera, La Mojana: riqueza natural y potencial económico. Documentos de trabajo sobre economía regional, 2004. Editorial Banco de la República. Cartagena.

A. Serna, Memorias en crisoles propuestas teóricas, metodológicas y estratégicas para los estudios de memoria. IPAZUD, Instituto para la Pedagogía, Bogotá, D.C., Ed. Igarss 2014, [En línea] Disponible en: http://doi.org/10.1007/s13398-014-0173-7.2.

D.T Campbell, Variation and Selective Retention in Sociocultural Evolution in Social Change in Developing Areas: A Reinterpretation of Evolutionary Theory, H.R. Barringer, G.I. Blanksten, and R.W. Mack, Editors. 1965, Schenkman: Cambridge, Mass. p. 19-49.

How to Cite
Villegas Gonzalez, P. A., Florez Florez, M. J., Triviño León, N., Escobar, J. A., Obregón Neira, N., González Méndez, A. M., & González Salazar, R. E. (2016). Integrated modeling of complex socio-ecological systems: case study of the Mojana ecoregion. Ingeniería, 21(3), 391-410. https://doi.org/10.14483/udistrital.jour.reving.2016.3.a09
Published: 2016-10-09
Section
Dossier "Complexity and Engineering"