Distribución de los recursos de agua dulce por tipo [1]
Los recursos hídricos son recursos naturales de agua que son potencialmente útiles para los seres humanos, por ejemplo, como fuente de suministro de agua potable o agua de riego . Estos recursos pueden ser agua dulce de fuentes naturales o agua producida artificialmente a partir de otras fuentes, como agua recuperada ( aguas residuales ) o agua desalinizada ( agua de mar ). El 97% del agua de la Tierra es agua salada y solo el tres por ciento es agua dulce ; un poco más de dos tercios de esta está congelada en glaciares y casquetes polares . [2] El agua dulce no congelada restante se encuentra principalmente como agua subterránea, con solo una pequeña fracción presente sobre el suelo o en el aire. [3] Las fuentes naturales de agua dulce incluyen el agua superficial , el agua subterránea, el agua subterránea y el agua congelada . Las personas utilizan los recursos hídricos para actividades agrícolas , industriales y domésticas .
Los recursos hídricos se encuentran amenazados por múltiples problemas: escasez de agua , contaminación hídrica , conflictos relacionados con el agua y cambio climático . El agua dulce es, en principio, un recurso renovable . Sin embargo, la oferta mundial de agua subterránea está disminuyendo constantemente. El agotamiento de las aguas subterráneas (o sobreexplotación ) está ocurriendo, por ejemplo, en Asia, América del Sur y América del Norte.
Las fuentes naturales de agua dulce incluyen el agua superficial , el agua subterránea, el agua congelada y el agua subterránea .
El agua superficial es el agua que se encuentra en un río, lago o humedal de agua dulce . El agua superficial se repone naturalmente por la precipitación y se pierde naturalmente a través de la descarga a los océanos , la evaporación , la evapotranspiración y la recarga de las aguas subterráneas . La única entrada natural a cualquier sistema de agua superficial es la precipitación dentro de su cuenca hidrográfica . La cantidad total de agua en ese sistema en un momento dado también depende de muchos otros factores. Estos factores incluyen la capacidad de almacenamiento en lagos, humedales y embalses artificiales , la permeabilidad del suelo debajo de estos cuerpos de almacenamiento, las características de escorrentía de la tierra en la cuenca hidrográfica, el momento de la precipitación y las tasas de evaporación locales. Todos estos factores también afectan las proporciones de pérdida de agua.
Los seres humanos suelen aumentar la capacidad de almacenamiento mediante la construcción de embalses y reducirla mediante el drenaje de humedales. Los seres humanos suelen aumentar las cantidades y velocidades de escorrentía pavimentando áreas y canalizando el flujo de los arroyos.
El agua superficial natural se puede aumentar importando agua superficial de otra cuenca hidrográfica a través de un canal o tubería .
Se estima que Brasil tiene el mayor suministro de agua dulce del mundo, seguido de Rusia y Canadá . [4]
El agua de escorrentía de los glaciares se considera agua superficial. El Himalaya, que suele llamarse "el techo del mundo", contiene algunas de las zonas de gran altitud más extensas y accidentadas de la Tierra, así como la mayor superficie de glaciares y permafrost fuera de los polos. Diez de los ríos más grandes de Asia fluyen desde allí, y de ellos depende el sustento de más de mil millones de personas. Para complicar las cosas, las temperaturas allí están aumentando más rápidamente que el promedio mundial. En Nepal, la temperatura ha aumentado 0,6 grados Celsius durante la última década, mientras que a nivel mundial, la Tierra se ha calentado aproximadamente 0,7 grados Celsius durante los últimos cien años. [5]
El agua subterránea es el agua presente debajo de la superficie de la Tierra en los espacios porosos de las rocas y el suelo y en las fracturas de las formaciones rocosas . Alrededor del 30 por ciento de toda el agua dulce fácilmente disponible en el mundo es agua subterránea. [6] Una unidad de roca o un depósito no consolidado se llama acuífero cuando puede producir una cantidad utilizable de agua. La profundidad a la que los espacios porosos del suelo o las fracturas y huecos en la roca se saturan completamente con agua se llama nivel freático . El agua subterránea se recarga desde la superficie; puede descargarse desde la superficie de forma natural en manantiales y filtraciones , y puede formar oasis o humedales . El agua subterránea también se extrae a menudo para uso agrícola , municipal e industrial mediante la construcción y operación de pozos de extracción . El estudio de la distribución y el movimiento del agua subterránea es la hidrogeología , también llamada hidrología de las aguas subterráneas .
Por lo general, se considera que el agua subterránea es el agua que fluye a través de acuíferos poco profundos , pero, en el sentido técnico, también puede contener humedad del suelo , permafrost (suelo congelado), agua inmóvil en lechos rocosos de muy baja permeabilidad y agua de formación geotérmica o petrolífera profunda . Se plantea la hipótesis de que el agua subterránea proporciona lubricación que posiblemente pueda influir en el movimiento de las fallas . Es probable que gran parte del subsuelo de la Tierra contenga algo de agua, que puede estar mezclada con otros fluidos en algunos casos.A lo largo del curso de un río, el volumen total de agua transportada río abajo será a menudo una combinación del flujo de agua libre visible junto con una contribución sustancial que fluye a través de rocas y sedimentos que se encuentran debajo del río y su llanura de inundación, llamada zona hiporreica . En muchos ríos de valles grandes, este componente invisible del flujo puede superar en gran medida el flujo visible. La zona hiporreica a menudo forma una interfaz dinámica entre el agua superficial y el agua subterránea de los acuíferos, intercambiando el flujo entre ríos y acuíferos que pueden estar completamente cargados o agotados. Esto es especialmente significativo en áreas kársticas donde los baches y los ríos subterráneos son comunes.
Existen varias fuentes artificiales de agua dulce. Una de ellas son las aguas residuales tratadas ( agua regenerada ). Otra son los generadores de agua atmosféricos . [7] [8] [9] El agua de mar desalinizada es otra fuente importante. Es importante considerar los efectos secundarios económicos y ambientales de estas tecnologías. [10]
La recuperación de agua es el proceso de convertir las aguas residuales municipales o cloacales y las aguas residuales industriales en agua que se puede reutilizar para diversos fines. También se denomina reutilización de aguas residuales, reutilización de agua o reciclaje de agua. Hay muchos tipos de reutilización. Es posible reutilizar el agua de esta manera en las ciudades o para el riego en la agricultura. Otros tipos de reutilización son la reutilización ambiental, la reutilización industrial y la reutilización para agua potable, ya sea planificada o no. La reutilización puede incluir el riego de jardines y campos agrícolas o la reposición de aguas superficiales y subterráneas . Esto último también se conoce como recarga de aguas subterráneas . El agua reutilizada también satisface diversas necesidades en residencias, como la descarga de inodoros , negocios e industrias. Es posible tratar las aguas residuales para alcanzar los estándares de agua potable . La inyección de agua recuperada en el sistema de distribución de suministro de agua se conoce como reutilización potable directa. Beber agua recuperada no es típico. [11] La reutilización de aguas residuales municipales tratadas para riego es una práctica establecida desde hace mucho tiempo. Esto es especialmente así en los países áridos . La reutilización de aguas residuales como parte de la gestión sostenible del agua permite que el agua siga siendo una fuente alternativa para las actividades humanas, lo que puede reducir la escasez y también alivia las presiones sobre las aguas subterráneas y otros cuerpos de agua naturales. [12]
Existen varias tecnologías que se utilizan para tratar las aguas residuales para su reutilización. Una combinación de estas tecnologías puede cumplir con estrictos estándares de tratamiento y garantizar que el agua procesada sea higiénicamente segura, es decir, libre de patógenos . Las siguientes son algunas de las tecnologías típicas: ozonización , ultrafiltración , tratamiento aeróbico ( biorreactor de membrana ), ósmosis directa , ósmosis inversa y oxidación avanzada , [13] o carbón activado . [14] Algunas actividades que demandan agua no requieren agua de alta calidad. En este caso, las aguas residuales se pueden reutilizar con poco o ningún tratamiento.La desalinización es un proceso que elimina los componentes minerales del agua salada . En términos más generales, la desalinización es la eliminación de sales y minerales de una sustancia. [15] Un ejemplo es la desalinización del suelo . Esto es importante para la agricultura. Es posible desalinizar agua salada, especialmente agua de mar , para producir agua para consumo humano o riego. El subproducto del proceso de desalinización es la salmuera . [16] Muchos barcos y submarinos utilizan la desalinización. El interés moderno en la desalinización se centra principalmente en el suministro rentable de agua dulce para uso humano. Junto con las aguas residuales recicladas , es uno de los pocos recursos hídricos independientes de las precipitaciones. [17]
Debido a su consumo de energía, la desalinización del agua de mar es generalmente más costosa que la del agua dulce proveniente de aguas superficiales o subterráneas , el reciclaje del agua y la conservación del agua ; sin embargo, estas alternativas no siempre están disponibles y el agotamiento de las reservas es un problema crítico en todo el mundo. [18] [19] [20] Los procesos de desalinización utilizan métodos térmicos (en el caso de la destilación ) o métodos basados en membranas (por ejemplo, en el caso de la ósmosis inversa ). [21] [22] : 24
Los investigadores propusieron la captura de aire sobre los océanos, lo que "aumentaría significativamente el agua dulce mediante la captura de aire húmedo sobre los océanos" para abordar la escasez/inseguridad hídrica actual y, especialmente, futura. [24] [23]
Un estudio de 2021 propuso hipotéticos dispositivos portátiles de recolección de agua atmosférica alimentados con energía solar . Sin embargo, esa generación fuera de la red a veces puede "socavar los esfuerzos por desarrollar una infraestructura de tuberías permanente ", entre otros problemas. [25] [26] [27]
La cantidad total de agua disponible en un momento dado es un factor importante a tener en cuenta. Algunos usuarios de agua tienen una necesidad intermitente de agua. Por ejemplo, muchas granjas necesitan grandes cantidades de agua en primavera y nada de agua en invierno. Otros usuarios tienen una necesidad continua de agua, como una central eléctrica que la necesita para enfriarse. A largo plazo, la tasa media de precipitaciones dentro de una cuenca hidrográfica es el límite superior del consumo medio de agua superficial natural de esa cuenca.
El riego (también conocido como riego de plantas) es la práctica de aplicar cantidades controladas de agua a la tierra para ayudar a que crezcan los cultivos , las plantas ornamentales y el césped . El riego ha sido un aspecto clave de la agricultura durante más de 5000 años y ha sido desarrollado por muchas culturas en todo el mundo. El riego ayuda a cultivar cultivos, mantener los paisajes y revegetar suelos perturbados en áreas secas y durante épocas de precipitaciones inferiores a la media. Además de estos usos, el riego también se emplea para proteger los cultivos de las heladas , [28] suprimir el crecimiento de malezas en los campos de cereales y prevenir la consolidación del suelo . También se utiliza para enfriar el ganado , reducir el polvo , eliminar las aguas residuales y apoyar las operaciones mineras . El drenaje , que implica la eliminación de agua superficial y subterránea de una ubicación determinada, a menudo se estudia junto con el riego.
Existen varios métodos de riego que difieren en la forma en que se suministra agua a las plantas. El riego superficial , también conocido como riego por gravedad, es la forma más antigua de riego y se ha utilizado durante miles de años. En el riego por aspersión , el agua se canaliza a una o más ubicaciones centrales dentro del campo y se distribuye mediante dispositivos de agua de alta presión en la parte superior. El microrriego es un sistema que distribuye agua a baja presión a través de una red de tuberías y la aplica como una pequeña descarga a cada planta. El microrriego utiliza menos presión y flujo de agua que el riego por aspersión. El riego por goteo suministra agua directamente a la zona de raíces de las plantas. El subriego se ha utilizado en cultivos de campo en áreas con niveles freáticos altos durante muchos años. Implica elevar artificialmente el nivel freático para humedecer el suelo debajo de la zona de raíces de las plantas.
El agua de riego puede proceder de aguas subterráneas (extraídas de manantiales o mediante pozos ), de aguas superficiales (extraídas de ríos , lagos o embalses ) o de fuentes no convencionales como aguas residuales tratadas , agua desalinizada , agua de drenaje o recolección de niebla . El riego puede ser complementario a las precipitaciones , lo que es común en muchas partes del mundo como la agricultura de secano , o puede ser riego completo, donde los cultivos rara vez dependen de algún aporte de las precipitaciones. El riego completo es menos común y solo ocurre en paisajes áridos con precipitaciones muy bajas o cuando los cultivos se cultivan en áreas semiáridas fuera de las estaciones lluviosas.Se estima que el 22% del agua mundial se utiliza en la industria . [29] Los principales usuarios industriales incluyen represas hidroeléctricas , plantas de energía termoeléctrica , que utilizan agua para refrigeración , refinerías de minerales y petróleo , que utilizan agua en procesos químicos , y plantas de fabricación, que utilizan agua como disolvente . La extracción de agua puede ser muy alta para ciertas industrias, pero el consumo es generalmente mucho menor que el de la agricultura.
El agua se utiliza en la generación de energía renovable . La energía hidroeléctrica obtiene energía de la fuerza del agua que fluye cuesta abajo, impulsando una turbina conectada a un generador. Esta hidroelectricidad es una fuente de energía renovable, no contaminante y de bajo costo. Significativamente, la energía hidroeléctrica también se puede utilizar para el seguimiento de la carga, a diferencia de la mayoría de las fuentes de energía renovables que son intermitentes . En última instancia, la energía en una planta de energía hidroeléctrica es suministrada por el sol. El calor del sol evapora el agua, que se condensa como lluvia en altitudes mayores y fluye cuesta abajo. También existen plantas hidroeléctricas de almacenamiento por bombeo , que utilizan la electricidad de la red para bombear agua cuesta arriba cuando la demanda es baja, y utilizan el agua almacenada para producir electricidad cuando la demanda es alta.
Las centrales termoeléctricas que utilizan torres de refrigeración tienen un consumo elevado, casi igual a su extracción, ya que la mayor parte del agua extraída se evapora como parte del proceso de refrigeración. Sin embargo, la extracción es menor que en los sistemas de refrigeración de paso único .
El agua también se utiliza en muchos procesos industriales a gran escala, como la producción de energía termoeléctrica, la refinación de petróleo, la producción de fertilizantes y otros usos en plantas químicas , y la extracción de gas natural de la roca de esquisto . El vertido de agua no tratada procedente de usos industriales es contaminación . La contaminación incluye solutos vertidos y aumento de la temperatura del agua ( contaminación térmica ).
Se estima que el 8% del agua que se utiliza en todo el mundo se destina a fines domésticos. [29] Estos incluyen el agua potable , el baño , la cocina , el inodoro , la limpieza, la lavandería y la jardinería . Peter Gleick ha estimado que las necesidades básicas de agua doméstica son de unos 50 litros por persona por día, sin incluir el agua para los jardines.
El agua potable es aquella que tiene una calidad suficientemente alta como para que pueda consumirse o utilizarse sin riesgo de daño inmediato o a largo plazo. Esta agua se denomina comúnmente agua potable. En la mayoría de los países desarrollados, el agua que se suministra a los hogares, al comercio y a la industria es en su totalidad agua potable, aunque sólo una proporción muy pequeña se consume o se utiliza en la preparación de alimentos.
En 2017, 844 millones de personas aún carecían de un servicio básico de agua potable. [30] : 3 De ellas, 159 millones de personas en todo el mundo beben agua directamente de fuentes de agua superficial, como lagos y arroyos. [30] : 3 Una de cada ocho personas en el mundo no tiene acceso a agua potable. [31] [32]
La disponibilidad mundial de agua subterránea está disminuyendo de manera constante. En Asia, América del Sur y América del Norte, por ejemplo, se está produciendo un agotamiento de las aguas subterráneas . Aún no está claro en qué medida la renovación natural equilibra este uso y si los ecosistemas están amenazados. [49]
La gestión de los recursos hídricos es la actividad de planificación, desarrollo, distribución y gestión del uso óptimo de los recursos hídricos. Es un aspecto de la gestión del ciclo del agua . El campo de la gestión de los recursos hídricos tendrá que seguir adaptándose a los problemas actuales y futuros que enfrenta la asignación del agua. Con las crecientes incertidumbres del cambio climático global y los impactos a largo plazo de las acciones de gestión pasadas, esta toma de decisiones será aún más difícil. Es probable que el cambio climático en curso conduzca a situaciones que no se han encontrado hasta ahora. Como resultado, se están utilizando cada vez más estrategias de gestión alternativas, incluidos los enfoques participativos y la capacidad de adaptación para fortalecer la toma de decisiones sobre el agua.
Lo ideal es que la planificación de la gestión de los recursos hídricos tenga en cuenta todas las demandas en pugna por el agua y busque asignarla de manera equitativa para satisfacer todos los usos y demandas. Al igual que con la gestión de otros recursos , esto rara vez es posible en la práctica, por lo que los encargados de la toma de decisiones deben priorizar las cuestiones de sostenibilidad, equidad y optimización de factores (¡en ese orden!) para lograr resultados aceptables. Una de las mayores preocupaciones en relación con los recursos hídricos en el futuro es la sostenibilidad de la asignación actual y futura de los recursos hídricos.
El Objetivo de Desarrollo Sostenible 6 tiene una meta relacionada con la gestión de los recursos hídricos: “Meta 6.5: De aquí a 2030, implementar la gestión integrada de los recursos hídricos a todos los niveles, incluso mediante la cooperación transfronteriza, según proceda”. [51] [52]
En la actualidad, sólo alrededor del 0,08 por ciento de toda el agua dulce del mundo es accesible, y la demanda de agua potable , manufactura , ocio y agricultura es cada vez mayor . Debido al pequeño porcentaje de agua disponible, optimizar el agua dulce que nos queda de los recursos naturales ha sido un desafío cada vez mayor en todo el mundo.
En la gestión de los recursos hídricos se dedican muchos esfuerzos a optimizar el uso del agua y a minimizar el impacto ambiental del uso del agua sobre el medio ambiente natural. La consideración del agua como parte integrante del ecosistema se basa en la gestión integrada de los recursos hídricos , basada en los Principios de Dublín de 1992 (véase más adelante).
La gestión sostenible del agua requiere un enfoque holístico basado en los principios de la Gestión Integrada de los Recursos Hídricos , articulados originalmente en 1992 en las conferencias de Dublín (enero) y Río (julio). Los cuatro Principios de Dublín, promulgados en la Declaración de Dublín , son:
La implementación de estos principios ha guiado la reforma de las leyes nacionales de gestión del agua en todo el mundo desde 1992.
Otros desafíos para la gestión sostenible y equitativa de los recursos hídricos incluyen el hecho de que muchos cuerpos de agua se comparten a través de fronteras que pueden ser internacionales (véase conflicto por el agua ) o intranacionales (véase cuenca Murray-Darling ).
La gestión integrada de los recursos hídricos (GIRH) ha sido definida por la Asociación Mundial del Agua (GWP) como "un proceso que promueve el desarrollo y la gestión coordinados del agua, la tierra y los recursos relacionados, con el fin de maximizar el bienestar económico y social resultante de una manera equitativa sin comprometer la sostenibilidad de los ecosistemas vitales ". [53]
Algunos académicos sostienen que la GIRH es complementaria a la seguridad hídrica porque la seguridad hídrica es un objetivo o destino, mientras que la GIRH es el proceso necesario para alcanzar ese objetivo. [54]
La GIRH es un paradigma que surgió en conferencias internacionales a fines del siglo XX y principios del siglo XXI, aunque las instituciones de gestión participativa del agua han existido durante siglos. [55] Los debates sobre una forma holística de gestionar los recursos hídricos comenzaron ya en la década de 1950, antes de la Conferencia del Agua de las Naciones Unidas de 1977. [56] El desarrollo de la GIRH fue particularmente recomendado en la declaración final de los ministros en la Conferencia Internacional sobre el Agua y el Medio Ambiente en 1992, conocida como la Declaración de Dublín . Este concepto tiene como objetivo promover cambios en las prácticas que se consideran fundamentales para mejorar la gestión de los recursos hídricos . La GIRH fue un tema del segundo Foro Mundial del Agua , al que asistió un grupo más variado de partes interesadas que las conferencias anteriores y contribuyó a la creación del GWP. [55]
En la definición de la Asociación Internacional del Agua , la GIRH se basa en tres principios que juntos actúan como marco general: [57]
En 2002, el desarrollo de la GIRH se debatió en la Cumbre Mundial sobre Desarrollo Sostenible celebrada en Johannesburgo, cuyo objetivo era fomentar la aplicación de la GIRH a nivel mundial. [58] El tercer Foro Mundial del Agua recomendó la GIRH y debatió sobre el intercambio de información, la participación de las partes interesadas y la dinámica de género y de clase. [55]
En términos operativos, los enfoques de la GIRH implican la aplicación de conocimientos de diversas disciplinas, así como de las perspectivas de diversas partes interesadas para idear e implementar soluciones eficientes, equitativas y sostenibles a los problemas del agua y el desarrollo. Como tal, la GIRH es una herramienta integral y participativa de planificación e implementación para gestionar y desarrollar los recursos hídricos de una manera que equilibre las necesidades sociales y económicas, y que garantice la protección de los ecosistemas para las generaciones futuras. Además, en vista de contribuir al logro de los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) , [59] la GIRH ha ido evolucionando hacia un enfoque más sostenible al considerar el enfoque Nexus, que es una gestión intersectorial de los recursos hídricos. El enfoque Nexus se basa en el reconocimiento de que "el agua, la energía y los alimentos están estrechamente vinculados a través de los ciclos o cadenas globales y locales del agua, el carbono y la energía".
Un enfoque de GIRH tiene como objetivo evitar un enfoque fragmentado de la gestión de los recursos hídricos al considerar los siguientes aspectos: entorno propicio, funciones de las instituciones, instrumentos de gestión. Algunas de las condiciones transversales que también es importante considerar al implementar la GIRH son: voluntad y compromiso político, desarrollo de capacidades, inversión adecuada, estabilidad financiera y recuperación sostenible de costos, monitoreo y evaluación. No existe un modelo administrativo correcto. El arte de la GIRH radica en seleccionar, ajustar y aplicar la combinación correcta de estas herramientas para una situación dada. Las prácticas de GIRH dependen del contexto; a nivel operativo, el desafío es traducir los principios acordados en acciones concretas.
La gestión integrada del agua urbana (GIAU) es la práctica de gestionar el agua dulce , las aguas residuales y las aguas pluviales como componentes de un plan de gestión de toda la cuenca . Se basa en consideraciones existentes sobre el suministro de agua y el saneamiento dentro de un asentamiento urbano al incorporar la gestión del agua urbana dentro del alcance de toda la cuenca fluvial. [60] La GAU se considera comúnmente como una estrategia para lograr los objetivos del diseño urbano sensible al agua . La GAU busca cambiar el impacto del desarrollo urbano en el ciclo natural del agua , basándose en la premisa de que al gestionar el ciclo urbano del agua en su conjunto, se puede lograr un uso más eficiente de los recursos que proporcione no solo beneficios económicos sino también mejores resultados sociales y ambientales. Un enfoque es establecer un ciclo interno del agua urbana a través de la implementación de estrategias de reutilización. El desarrollo de este ciclo del agua urbana requiere una comprensión tanto del balance hídrico natural, previo al desarrollo, como del balance hídrico posterior al desarrollo. La contabilización de los flujos en los sistemas previos y posteriores al desarrollo es un paso importante para limitar los impactos urbanos en el ciclo natural del agua. [61]
La gestión de los recursos hídricos urbanos en un sistema de agua urbano también puede llevarse a cabo mediante la evaluación del desempeño de cualquier nueva estrategia de intervención mediante el desarrollo de un enfoque holístico que abarque varios elementos y criterios del sistema, incluidos los de tipo sostenible , en los que la integración de los componentes del sistema de agua, incluidos los subsistemas de suministro de agua , aguas residuales y aguas pluviales, sería ventajosa. [62] La simulación de flujos de tipo metabólico en el sistema de agua urbano también puede ser útil para analizar los procesos en el ciclo del agua urbana de la gestión de los recursos hídricos urbanos. [62] [63]La gestión y gobernanza de los recursos hídricos se gestiona de forma diferente en los distintos países. Por ejemplo, en los Estados Unidos , el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS) y sus socios controlan los recursos hídricos, realizan investigaciones e informan al público sobre la calidad de las aguas subterráneas. [64] A continuación se describen los recursos hídricos en países específicos:
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