Libro sobre hidráulica

1. Nota: Las gráficas, diagramas y datos en general de esta presentación han sido
extraídos principalmente de Estadísticas del agua en México 2019, publicación de
acceso libre de la CONAGUA

2. EL HOMBRE Y EL AGUA
El agua es un componente vital de los seres vivos; cada criatura sobre la
Tierra, en mayor o menor medida, la necesita para existir. Sin ella, no
pueden realizarse procesos vitales de las células y cualquier organismo
muere en unos pocos días.
Una persona puede dejar de comer durante más de 15 días, pero no
puede pasar más de 48 a 72 horas sin tomar agua. En los seres humanos
adultos, el agua representa entre el 65 y el 75% de su peso. El embrión
de un ser humano está formado por un 97% de agua, mientras que una
persona mayor de 60 años, tiene poco más del 65% de agua en su cuerpo.
Cuando bebemos, el organismo no sólo se hidrata, sino que repone las
sales minerales que pierde al eliminar líquido por la orina, la
transpiración y la respiración. Se calcula que por medio de la
transpiración y la respiración perdemos hasta un litro de agua
diariamente.

3. EL HOMBRE Y EL AGUA
Por lo anterior, los asentamientos humanos siempre se han establecido en la
proximidad de una fuente de abastecimiento de agua.

4. EL AGUA EN LA NATURALEZA
El agua es la sustancia más abundante en la corteza terrestre.
Se encuentra distribuida en mares, ríos,
lagos, glaciares, en el subsuelo, e
inclusive en los seres vivos.

5. EL AGUA EN EL
MUNDO
La disponibilidad de agua
en el mundo es de
aproximadamente 1,386
millones de km3, de los
cuales el 97.5% es agua
salada y sólo el 2.5%, es
decir 35 millones de km3,
es agua dulce. De esta
cantidad casi el 70% no
está disponible para
consumo humano debido
a que se encuentra en
forma de glaciares, nieve
o hielo.

6. Del agua que técnicamente está
disponible para consumo humano, sólo
una pequeña porción se encuentra en
lagos, ríos, humedad del suelo y
depósitos subterráneos relativamente
poco profundos, cuya renovación es
producto de la infiltración. Mucha de
esta agua teóricamente utilizable se
encuentra lejos de las zonas pobladas,
lo cual dificulta o encarece su
utilización efectiva.
Se estima que solo el 0.77 % del agua
del mundo está disponible para el
consumo humano.
EL AGUA EN EL MUNDO

7. EL CICLO HIDROLÓGICO
El agua renovable en el planeta procede de la precipitación

8. DISTRIBUCIÓN DE PRECIPITACIONES MEDIAS EN EL MUNDO, POR PAÍSES
La precipitación media se define como el volumen total de agua caído en un año
dividido entre la superficie y el tiempo; en este caso se presenta el promedio 2009-
2013. Fuente: Banco Mundial

9. VARIABILIDAD DE LA
PRECIPITACIÓN

10. PRECIPITACIONES MEDIAS EN EL MUNDO, POR PAÍSES
Precipitación media en
mm/año de países
seleccionados; promedio
2009-2013. Fuente: Banco
Mundial
1 Santo Tomé y Príncipe 3200
2 Papua Nueva Guinea 3142
3 Islas Salomón 3028
4 Costa Rica 2926
5 Malasia 2875
6 Brunei Darussalam 2722
7 Indonesia 2702
8 Panamá 2692
9 Bangladesh 2666
10 Colombia 2612
11 Fiji 2592
12 Sierra Leona 2526
13 Singapur 2497
14 Liberia 2391
15 Nicaragua 2391
108 México 752
110 Estados Unidos 715
178 Libia 56
179 Egipto 51

11. ASPECTOS DEMOGRÁFICOS
Población mundial
En 2018 la población mundial era de 7,632 millones de habitantes; se estima que en 2022
llegará a los 8,000 millones. En las últimas décadas el crecimiento de la población ha sido
mayor en los países en vías de desarrollo.

12. ASPECTOS DEMOGRÁFICOS
Población mundial
La ONU-DAES (Departamento de Asuntos Económicos y Sociales) estima que en 2050 población
mundial será cercana a los 10,000 millones y en 2100 de 10,875 millones, con una tasa de
crecimiento a la baja.

13. ASPECTOS DEMOGRÁFICOS
Países más poblados (2018)
En la década pasada México le arrebató el décimo lugar a Japón. Se estima que en 2022 la
población de México es de 133 millones de habitantes.

14. ASPECTOS DEMOGRÁFICOS
Producto interno bruto (PIB): Es el valor monetario
de la producción de bienes y servicios de demanda
final en un país o región en un año.

15. Países con
mayor PIB
total y con
mayor PIB per
cápita (FAO,
2017)

16. AGUA RENOVABLE
Es la cantidad máxima de agua que es factible
explotar anualmente en un país o región sin
alterar el ecosistema y que se renueva por
medio de la lluvia.

17. AGUA
RENOVABLE
Países con más agua
renovable y con más
agua renovable per
cápita.
México cuenta con
452 km3/año de agua
renovable y ocupa el
lugar 93 en agua
renovable per cápita
con 3,620
m3/hab/año (4,263 en
2012).

18. EXTRACCIÓN DE AGUA
Países con mayor extracción de agua y su distribución por uso consuntivo.
México ocupa el 7mo. lugar con 87.84 km3/año (compárese con los 452 km3/año disponibles).
Fuente: FAO, CONAGUA

19. USOS DEL AGUA
USOS CONSUNTIVOS: Se llama así a aquellos en los que el agua
no solamente se usa sino que se consume. Entre estos están: el
riego, el abastecimiento de agua potable y de uso industrial.
USOS NO CONSUNTIVOS: Son aquellos en los que el agua no se
consume y por lo tanto permanece o se regresa a su fuente.
Entre estos están: la hidroelectricidad, la navegación y los
usos recreativos y de turismo. En el caso de la
hidroelectricidad lo que se consume es la energía potencial del
agua.

20. CONTROL DEL AGUA
Independientemente de los usos mencionados, el hombre
requiere de procedimientos y sistemas que le permitan el
control del agua. El drenaje consiste en la remoción y
deposición de la misma, de acuerdo con la siguiente subdivisión:
Drenaje sanitario: Comprende la remoción y deposición de las
aguas residuales urbanas (aguas negras) e industriales.
Drenaje pluvial: Es la remoción de las aguas de lluvia de las
áreas no absorbentes, principalmente áreas urbanas. Cuando el
drenaje sanitario y el pluvial se resuelven con el mismo sistema
se dice que es un sistema combinado.

21. CONTROL DEL AGUA
Drenaje agrícola: El agua proveniente del riego debe retirarse
parcialmente para evitar la salinización de los suelos cultivables.
Drenaje vial: Es el paso del agua a través de vías de
comunicación, como carreteras y ferrocarriles, que de otro
modo actuarían como diques conteniendo el escurrimiento
superficial del terreno.

22. CONTROL DEL AGUA
Por otro lado también se hace necesaria la prevención de daños que
el agua pueda causar a personas, medio ambiente, infraestructura y
otros bienes.
Entre las amenazas naturales vinculadas al agua se pueden
mencionar las tormentas extremas, las grandes avenidas de los
ríos y los tsunamis, que provocan inundaciones. Hay otras causas
que inciden en daños asociados al agua, como por ejemplo la
deforestación, que provoca la erosión del suelo. Los cauces,
márgenes fluviales y costas marítimas, a veces requieren también de
la defensa contra la erosión, en ocasiones inducida por obras
localizadas en estos ambientes.
El término manejo del agua se suele emplear cuando se involucran
el uso y el control al mismo tiempo.

23. PRESAS ESCALONADAS EN EL RÍO GRIJALVA

24. TRÁNSITO DE AVENIDA EN UN VASO

25. EL RIEGO
Es fundamental para la alimentación mundial. De la superficie cultivada, sólo el 19%
(FAO. Aquastat. 2010) tiene infraestructura de riego, sin embargo produce más de una
tercera parte de los cultivos del mundo (FAO. Water and Food Security, 2010). También
es importante mencionar que en los últimos años la agricultura ha utilizado mayor
cantidad de agroquímicos, que han derivado en la contaminación de suelos y
acuíferos.
La agricultura es el principal consumo de agua en el Mundo, 72 % de la extracción
total en promedio.
Fuente: CONAGUA

26. EL RIEGO
Países con mayor infraestructura de riego
Fuente: FAO

27. AGUA PARA USO INDUSTRIAL
La INDUSTRIA es uno de los principales motores de crecimiento y
desarrollo económico. Alrededor del 20% del agua se emplea en la
industria, el equivalente de un consumo de 130 m3/persona/año. De esta
cantidad, más de la mitad se utiliza en las centrales termoeléctricas en
sus procesos de enfriamiento. Entre los mayores consumidores de agua
bajo este rubro se encuentran las plantas petroleras, las industrias
metálica, papelera, maderas, procesamiento e alimentos y la industria
manufacturera.

28. AGUA POTABLE
De acuerdo con la Unicef, en 2017 el 71% de la población mundial utilizaba
servicios de agua potable gestionados de forma segura. Se disponía de
estimaciones nacionales para 117 países y cuatro de las ocho regiones de los ODS
(Objetivos de Desarrollo Sostenible), que representan el 38% de la población
mundial. La cobertura fue menor en las zonas rurales (53 por ciento) que en las
áreas urbanas (86 por ciento), que albergaban a dos de cada tres de los 5 300
millones de personas que utilizan servicios gestionados de forma segura. Para
2017, un total de 80 países habían logrado una cobertura superior al 99% y, por lo
tanto, se clasificaron como con cobertura “casi universal” de al menos servicios de
agua potable (Unicef 2019).
EAM 2019

29. Cobertura a nivel mundial 2000-2017
AGUA POTABLE

30. EL AGUA Y LA ENERGÍA
La ELECTRICIDAD desempeña un papel clave en la reducción de la
pobreza, el fomento de las actividades económicas y la mejora de la
calidad de vida, la salud y de las oportunidades de educación,
especialmente en mujeres y niños. La Agencia Internacional de Energía
considera que prácticamente se ha duplicado la generación de energía en
el periodo de 1973 a 2014, pasando de 6,115 a 13,699 millones de
toneladas equivalentes de petróleo.
El agua interviene en los procesos de
generación de energía eléctrica en dos
formas principales: el enfriamiento de
las centrales termoeléctricas y la
turbinación de las centrales
hidroeléctricas. En 2014, del suministro
total de energía primaria, un 2.5 % era
energía generada mediante
hidroelectricidad, como se observa en la
gráfica de pastel.

31. ¿CÓMO SE OBTIENE ENERGÍA DE UN SALTO DE AGUA?
V
V
z1
z2
HT
T
Se aplica la ecuación de la conservación de la energía al esquema de la
figura
z1 - z2 = HT + Hf
donde HT es la carga de la turbina y Hf son las pérdidas en la tubería

32. ALCANTARILLADO
Unicef señala que en 2017, el 45% de la población mundial (3 400 millones
de personas) utilizó servicios de saneamiento gestionados de forma
segura. Las estimaciones nacionales estaban disponibles para 92 países y
seis de las ocho regiones ODS, que representan el 54% de la población
mundial. La cobertura fue mayor en las áreas urbanas (47 por ciento) que
en las áreas rurales (43 por ciento), y dos tercios de la población que
usaba servicios administrados de manera segura vivían en áreas urbanas.
EAM 2019

33. Cobertura a nivel mundial
ALCANTARILLADO

34. CAMBIO CLIMÁTICO
Las diversas estimaciones coinciden en prever, hacia finales del siglo
XXI, incrementos de la temperatura a nivel mundial, de dos a cuatro
grados centígrados.
Entre los escenarios generados por el Panel Intergubernamental del
Cambio Climático (IPCC, por sus siglas en inglés), se espera que
dicho aumento en la temperatura impacte de manera significativa
el ciclo hidrológico, generando mayor variabilidad en patrones
tradicionales de precipitación, humedad del suelo y escurrimiento,
entre otras afectaciones.

35. CAMBIO CLIMÁTICO
Lo anterior dificultará la actividad de otros sectores económicos que
dependen de la disponibilidad de los recursos hídricos, como la
producción alimentaria, generación de energía y conservación
ambiental, además del suministro de agua potable y saneamiento.
Para encarar esta problemática, es indispensable entonces
desarrollar estrategias de adaptación que consideren el agua como
un eje toral en un enfoque multi-sectorial.

36. FENÓMENOS HIDROMETEOROLÓGICOS EXTREMOS
Los fenómenos hidrometeorológicos extremos, tales como sequías,
inundaciones y huracanes, son eventos naturales que con frecuencia
resultan en desastres con pérdidas humanas y materiales. En el análisis de
los desastres, se encuentra que los daños estimados como porcentajes del
PIB son significativamente mayores en países subdesarrollados, lo que
puede acentuarse de continuar la tendencia global a la concentración de la
población en localidades urbanas.

37. FENÓMENOS HIDROMETEOROLÓGICOS EXTREMOS
Se consideran desastres de origen climático e hidrometeorológico, las
sequías, inseguridad alimenticia, temperaturas extremas, inundaciones,
incendios forestales, infestaciones de insectos, movimientos de tierra
asociados a situaciones de origen hidrológico y las tormentas de viento.
Este tipo de acontecimientos representa una porción significativa de los
daños estimados ocasionados por desastres, lo que representó en 2009
daños por 35,409 millones de dólares, el 85% del total de daños
ocasionados por todo tipo de desastres.
Afectados por desastres
climáticos
e hidrometeorológicos (millones
de habitantes)

38. HUELLA HÍDRICA
Es un indicador integral de la apropiación de agua dulce
por parte de una persona, empresa, producto, negocio,
proceso, comunidad o país, entre otros. Incluye no sólo el
agua consumida directamente sino la necesaria para
obtener los bienes y servicios producidos o consumidos.
El promedio mundial estimado para el periodo 1996-2005
es de 1,385 m3 por persona y por año.
En México es de 1,978 m3 por persona y por año.

39. PRESIÓN SOBRE LOS RECURSOS HÍDRICOS
Se habla de estrés hídrico o presión hídrica cuando la demanda de agua es
más importante que la cantidad disponible durante un periodo determinado
o cuando su uso se ve restringido por su baja calidad.
El indicador más empleado es el porcentaje que representa el agua
empleada en usos consuntivos respecto al agua renovable.
El estrés hídrico provoca un deterioro de los recursos de agua dulce en
términos de cantidad (acuíferos sobreexplotados, ríos secos, etc.) y de
calidad (eutrofización, contaminación de la materia orgánica, intrusión
salina, etc.).
Fuente: PNUMA

40. PRESIÓN SOBRE LOS RECURSOS HÍDRICOS
Países con mayor grado de estrés hídrico en 2018

41. AGUA Y SALUD
Estimaciones de la Organización Mundial de la Salud (OMS)
indican que la mortandad infantil por enfermedades
diarreicas se ha reducido de 1,500,000 muertes en 1990 a
685,000 en 2012, coincidiendo con el incremento en la
cobertura de agua potable y saneamiento.

42. AGUA Y SALUD
Se ha estimado que en promedio las inversiones en
mejoras de agua potable y saneamiento tendrían retornos
de inversión en los rangos de 1 a 7% del PIB, dependiendo
del contexto nacional.

43. AGUA Y SALUD
En algunas regiones, se ha comprobado que las
inversiones en sistemas de abastecimiento de
agua y de saneamiento pueden ser rentables
desde un punto de vista económico, ya que la
disminución de los efectos adversos para la salud
y la consiguiente reducción de los costos de
asistencia sanitaria es superior al costo de las
intervenciones.
(Organización Mundial de la Salud 2006 Guías para la calidad del agua potable)

44. La Asamblea General de las Naciones Unidas aprobó por
unanimidad en 2015 la Agenda 2030 del Desarrollo Sostenible.