La Zona Metropolitana del Valle de México, una zona metropolitana con más de 19 millones de habitantes, incluida la capital de México(Distrito Federal o DF) con más de 9 millones de habitantes, se enfrenta a enormes retos en relación con el agua. Entre estos, se incluyen la sobreexplotación del agua subterránea, el hundimiento de tierra, el riesgo de grandes inundaciones, el impacto de la crecienteurbanización, la baja calidad del agua, el uso ineficiente del agua, un índice bajo de tratamiento de aguas residuales, problemas de sanidad sobre la reutilización de aguas residuales en agricultura y la recuperación limitada de costos.
Superar estos retos se complica con las responsabilidades fragmentadas para el manejo del agua en la Zona Metropolitana del Valle de México:
* El Gobierno Federal del presidente Felipe Calderón del Partido Acción Nacional (PAN) está a cargo de regular el uso de los recursos hídricos, lo que contribuye al financiamiento de inversiones y el abastecimiento de agua en grandes cantidades procedente de otras cuencas a través de la Comisión Nacional del Agua CONAGUA;

* El Estado de México, cuyo gobernador es Enrique Peña Nieto del Partido Revolucionario Institucional (PRI), suministra agua en grandes cantidades, trata las aguas residuales y ayuda a las municipalidades a proporcionar servicios de abastecimiento de agua y saneamiento en su parte de la Zona Metropolitana del Valle de México;* 59 gobiernos municipales en la parte de la Zona Metropolitana del Valle de México ubicados en el Estado de México y una municipalidad en el Estado de Hidalgo están a cargo de la distribución de agua y el saneamiento para las partes constituyentes;
* El Jefe del Gobierno del Distrito Federal, Marcelo Ebrard, del PRD suministra servicios de abastecimiento de agua y saneamiento a sus partes constituyentes a través de su departamento de recursos hídricos; y
* Dos distritos de riego del Estado de Hidalgo se responsabilizan del riego con aguas residuales de la Zona Metropolitana del Valle de México.
Dados el tamaño y la importancia política de la Zona Metropolitana del Valle de México, una gran inundación o una interrupción prolongada del abastecimiento de agua supondría una crisis política nacional que posiblemente amenazaría la estabilidad del gobierno federal. Por lo tanto, la seguridad del abastecimiento de agua y el funcionamiento del drenaje de aguas pluviales de la zona metropolitana son preocupaciones importantes de los gobiernos locales, estatales, distritales y federales.
En respuesta a los retos indicados interiormente, el Gobierno Federal, el Estado de México y el Distrito Federal iniciaron un programa de sostenibilidad del agua de 2.800 millones US$ en 2007. De forma paralela, el gobierno del Distrito Federal inició un plan medioambiental que incluía la conservación del agua como objetivo principal. Entre las inversiones previstas bajo ambos planes, se encuentran un aumento del tratamiento de aguasresiduales, la importación de aguas superficiales de las superficies irrigadas al norte de la ciudad donde se ha producido un aumento de la cantidad de aguas superficiales debido al riego con aguas residuales, la construcción de un nuevo gran túnel de drenaje de aguas pluviales, el aumento de importaciones de agua a partir de la expansión del sistema Cutzamala, con un alto consumo energético, que bombea agua para elevarla más de 1000 metros, y la reducción del agua no rentable del 36% al 25%. Una de las dificultades de la reducción del agua no rentable es la capacidad limitada del departamento de recursos hídricos del Distrito Federal después de no haber renovado cuatro contratos de servicio con empresas del sector privado que han tenido un aumento de medición considerable.

[editar]Geografía y clima

Popocatépetl, el pico más alto de las montañas que rodean la Ciudad de México.
El clima del Valle de México abarca desde una zona semiárida en el norte hasta una franja tropical en el sur. El valle tiene unas precipitaciones anuales de 700 millimeter (27,55905509 in), que se concentran en los meses de junio a septiembre/octubre y durante el resto del año son escasas o nulas. En la actualidad, apenas hay ríos permanentes; por lo tanto, las aguas subterráneas son el principal recurso hídrico del valle.
El valle no cuenta con ninguna salida de drenaje natural para las aguas que provienen de las laderas, lo cual hace que la ciudad sea vulnerable a las inundaciones. Éste se abrió artificialmente mediante el uso decanales y túneles (las obras comenzaron en el siglo XVII) y se drenó por completo lo que solía ser el lago de Texcoco.
La parte rural del sur del Distrito Federal y el Valle de México, en especial la Sierra del Chichinautzin es la zona de recarga natural más importante del acuífero de la Ciudad de México debido a los niveles relativamente altos de precipitaciones y la alta permeabilidad de su basalto.1

Responsabilidades del sector
Artículo principal: Gestión de recursos hídricos en México
Manejo de recursos hídricos. La Comisión Nacional del Agua (CONAGUA) se responsabiliza del manejo de los recursos hídricos en México, incluida la concesión de la extracción de agua y los permisos de descarga de de aguas residuales.
Artículo principal: Agua potable y saneamiento en México
Abastecimiento de agua y saneamiento. La Comisión Nacional del Agua también abastece agua en grandes cantidades al Distrito Federal y a partes del Estado de México a través de los sistemas Cutzamala y Lerma.
En el Estado de México, la Comisión Estatal del Agua compra agua en grandes cantidades de CONAGUA, la transmite mediante su propia infraestructura para agua en grandes cantidades y la vende a 57 municipalidades, con 4 millones de habitantes. La Comisión Estatal del Agua también supervisa la calidad del agua, proporciona asistencia técnica a las municipalidades para la desinfección del agua y la limpieza de alcantarillas, opera estaciones de bombeo de aguas residuales y cinco plantas detratamiento de aguas residuales, vacía fosas sépticas y abastece agua en camiones cisterna en situaciones de emergencia. También proporciona formación y ayuda a las municipalidades en el establecimiento de servicios públicos municipales (organismos operadores).2 Cada una de las 59 municipalidades del Estado de México y la municipalidad del Estado de Hidalgo que forman parte de la Zona Metropolitana del Valle de México se encargan del abastecimiento de agua y el saneamiento.
El servicio público municipal de abastecimiento de agua de la Ciudad de México, Sistema de Aguas de la Ciudad de México (SACM), se encarga del suministro de agua y el saneamiento en el Distrito Federal. Su director es nombrado por el gobierno del distrito.
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Infraestructura

Vista de la Ciudad de México con el Paseo de la Reforma y la Torre Mayor.
La infraestructura hídrica de la Zona Metropolitana del Valle de México está formada por infraestructura para el abastecimiento de agua en grandes cantidades y la distribución de agua (abastecimiento de agua), la recolección de aguas residuales, la recolección de aguas pluviales y el tratamiento de aguas residuales (saneamiento), y el riego principalmente con aguas residuales.
[editar]Abastecimiento de agua
Artículo principal: Sistema Cutzamala
El Distrito Federal y el Estado de México juntos contaban con 1.089 pozos registrados con una profundidad de 70 a 200 metros en 1994. En estos, no se incluyen los pozos puestos en marcha por la ComisiónNacional del Agua, que son más profundos. También hay una gran cantidad de pozos no registrados, muchos de los cuales se encuentran en el Estado de México. En general, los pozos están ubicados en cuatros campos de pozos distintos. Estos se etiquetan como campos de pozos del Sur (o Xochimilco), Metropolitano, Este (o región de Texcoco) y Norte.1
Aparte de estos campos de pozos, la infraestructura de abastecimiento de agua en grandes cantidades de la Ciudad de México está formada por dos sistemas: Lerma y Cutzamala. El sistema Lerma, construido en los años 40, trasvasa 4 m3/s de agua (6% del abastecimiento de agua total para la Zona Metropolitana del Valle de México) provenientes de campos de pozos de la cuenca superior del río Lerma al oeste de la Ciudad de México. El sistema Cutzamala se construyó por etapas desde finales de los años 70 hasta finales de los años 90 para trasvasar 14 m3/s (19% del abastecimiento total) de agua del río Cutzamala en la cuenca de Balsas, al suroeste de la Zona Metropolitana de la Ciudad de México, para su uso como agua potable, para lo cual la eleva más de 1000 metros. Utiliza 7 estanques, un acueducto de 127 km de largo con 21 km de túneles, 7 km de canales abiertos y una planta de tratamiento de agua. Su costo fue de 1,300 millones US$.3Aunque proporciona a la Ciudad de México más del 20% de su agua, el sistema Cutzamala actualmente funciona sólo al 47% de su capacidad total.4 Ambos sistemas son puestos en marcha por la Comisión Nacional de Aguas.
El sistema de distribución deagua del Distrito Federal incorporó casi 11.000 kilómetros de líneas de distribución y 243 depósitos de almacenamiento con una capacidad de 1,5 millones de metros cúbicos en 1994. El agua de las distintas fuentes se añade a los sistemas de distribución comunes. El Distrito Federal también ha puesto en funcionamiento una línea de transmisión de agua (el Acueducto Periférico) que transporta el agua del sistema Cutzamala (ingresando al sistema de distribución desde el oeste) a la parte suroeste y este del distrito. El sistema del Estado de México cuenta con casi 800 kilómetros de líneas de distribución y 32 depósitos de almacenamiento con una capacidad de 440.000 metros cúbicos. El Estado de México pone en funcionamiento los 49 kilómetros de líneas de distribución de agua (elMacrocircuito) para transportar agua proveniente del lado oeste del área de servicio (incluida el agua importada del sistema Cutzamala-Lerma) al lado este. Esta línea de transmisión se está actualizando para aumentar el volumen de agua tomada del sistema Cutzamala-Lerma a 7 cm y proporcionar servicio al área del este. La Comisión Estatal del Agua pone en servicio el Macrocircuito.1
Sistema de alcantarillado combinado
La Zona Metropolitana del Valle de México se abastece mediante un sistema unificado de alcantarillado combinado que recolecta aguas residuales municipales, aguas residuales industriales y aguas pluviales. Éste incluye 11.8 km (7.4 millas) de conductos,5 68 estaciones de bombeo, numerosas presas, lagunas y depósitos reguladores delcontrol de flujo, 111 kilómetros de canales abiertos, 42 kilómetros de ríos utilizados principalmente para el drenaje y 118 kilómetros de túneles y colectores subterráneos (interceptores y emisores).1 Los tres interceptores son los siguientes:
* El interceptor del oeste (Interceptor del Poniente) desemboca en el canal de Nochistongo, que finalmente se une al emisor central;
* El Interceptor Central desemboca en el Emisor Central (Drenaje Profundo) y después en el río Salto del Estado de Hidalgo, próximo a la presa Requena, desde donde fluye hasta el Valle del Mezquital; y
* El interceptor del este (Interceptor del Oriente) desemboca en el Gran Canal, después pasa por los túneles antiguos y nuevos deTequixquiac y, por último, desemboca en el río Salado.6
El caudal de estiaje total de la Zona Metropolitana del Valle de México, que se compone principalmente de aguas residuales municipales sin tratar, se estimó en 44 m3/s en 1993. Durante la temporada de lluvias, la región experimenta muchas tormentas de gran intensidad y corta duración. Una sola tormenta puede producir hasta 70 milímetros (unas 3 pulgadas) de precipitaciones, lo cual representa un 10 por ciento de las precipitaciones anuales totales. Teniendo en cuenta este patrón de precipitaciones, el sistema de drenaje general se diseñó para transportar 200 m3/s durante un período de 45 horas. 1
Hasta 1910, el Gran Canal funcionó puramente por gravedad con una inclinación de 19 cm por km. Durante las siguientes cinco décadas, su inclinación se redujo a 10cm por km debido al hundimiento de tierra de 7 metros. Se instalaron algunas bombas grandes en un intento por mantener su capacidad.6 7 Después de las grandes inundaciones de 1950 y 1951, quedó claro que el Gran Canal no podía seguir protegiendo la ciudad contra inundaciones y se propuso por primera vez la creación de un sistema de drenaje profundo. En 1959 comenzaron los estudios sobre el sistema; su construcción comenzó en 1967 y se completó en 1975. Consiste en un túnel profundo, elEmisor Central, con una longitud de 68 km y una profundidad de hasta 250 m. Hoy en día constituye con creces el elemento más importante del sistema de drenaje de la Ciudad de México. El sistema se diseñó para un flujo de 170 m3/s. Sin embargo, debido al asentamiento adicional de tierra, la inclinación del Gran Canal pasó a ser nula en 1990 y negativa en 2000. A pesar de la instalación de bombas complementarias, la capacidad del Gran Canal descendió de 80 m3/s en 1975 a 15 m3/s en 2008. Esto afectó a su vez al Emisor Central, que se había diseñado para estar cerrado durante la temporada seca para su mantenimiento. Debido al asentamiento del Gran Canal, elEmisor Central se fue llenando continuamente de agua, haciendo imposible inspeccionarlo para comprobar si había problemas o mantenerlo, por lo que no se pudo realizar el mantenimiento entre 1995 y 2008. El túnel se ha deteriorado por el exceso de carga y la corrosión de sus paredes de 65.62m (20 pies) de diámetro5 y su capacidad se ha visto reducida a 120 m3/s. En 2008, se realizó sumantenimiento por primera vez en más de 12 años.
En total, la capacidad combinada de descarga del sistema ha descendido de 280 m3/s en 1975 a 165 m3/s en 2008. El canal de Nochistongo es el único elemento del sistema cuya capacidad permanece sin disminución a 30 m3/s.
Tratamiento de aguas residuales
Apenas cerca del 15% de las aguas residuales recolectadas en la Zona Metropolitana de la Ciudad de México se trató en 2008, principalmente en las plantas de tratamiento de aguas residuales del Estado de México.6 Las aguas residuales tratadas se destinan a proyectos locales de reutilización como la recarga de aguas subterráneas y el riego agrícola y de jardines urbanos. Había 13 plantas de tratamiento de aguas residuales en el Distrito Federal y 14 en el área de servicio del Estado de México en 1994 que trataban un flujo total de 2 y 1,69 m3/s respectivamente.1 La parte no tratada de las aguas residuales se descarga al sistema de drenaje, desde donde se descargaba hacia el norte, lugar donde se reutilizaba para la agricultura de regadío.
[editar]Reutilización para la agricultura de regadío
Artículo principal: Riego en Mexico

El cultivo de pasto Alfalfa es el principal cultivo que se riega con aguas residuales de la Ciudad de México.
La infraestructura de riego a gran escala se construyó en el Estado de Hidalgo para distribuir aguas pluviales y residuales de la Ciudad de México para el riego de alfalfa como cultivo principal, así como cebada, trigo y maíz. Gracias a los nutrientes de las aguas residuales, laproducción de alfalfa por hectárea supera las 100 toneladas, en comparación con el promedio nacional de 68 a 74 toneladas. La alfalfa se planta todo el año, proporciona de 9 a 10 cosechas por plantación y se vende para actividades ganaderas en otros estados.8 La infraestructura se pone en servicio y se mantiene por los distritos de riego ns 3, Tula, y ns 100, Alfajayucan, en el Valle del Mezquital. CONAGUA era la encargada de operarla, pero se transfirió a las asociaciones civiles de usuarios durante los años 90.
La superficie agrícola es de 83.000 hectáreas, aproximadamente la mitad del tamaño del estado norteamericano de Rhode Island. Las aguas residuales se han utilizado de esta forma desde 1912. Los agricultores valoran enormemente las aguas residuales, ya sean sin tratar, tratadas parcialmente o mezcladas con aguas pluviales, debido a su capacidad para mejorar la calidad del suelo y por su carga de nutrientes, que permite aumentar la productividad. No obstante, las aguas residuales están contaminadas con organismos patógenos y productos químicos tóxicos que constituyen un riesgo para la salud tanto de los agricultores como de los consumidores de productos agrícolas.9
Reutilización para otros fines
Las actividades de reutilización del agua de la Zona Metropolitana del Valle de México se iniciaron oficialmente en 1984 bajo el programa nacional para el uso eficiente del agua, entre las que se incluyen la recarga de los acuíferos con aguas pluviales y aguas residuales municipales reclamadas, así como el uso deaguas residuales reclamadas en los sectores industriales y de servicios. Este programa nacional incluyó la creación de nuevas regulaciones de descarga de aguas residuales por parte del Distrito Federal y, en 1990, se establecieron unas disposiciones para un programa de pretratamiento industrial, un importante requisito previo para cualquier reclamación y actividad de reutilización. Sin embargo, hay escasa información disponible sobre el alcance y el éxito de los programas de pretratamiento industrial.
Dentro del área de servicio del Distrito Federal, los 2 m3/s de aguas residuales tratadas reutilizadas se distribuyen de la siguiente manera:
* 83 por ciento para el riego de jardines urbanos y embalses recreativos,
* 10 por ciento para usos industriales,
* 5 por ciento para el riego agrícola, y
* 2 por ciento para usos comerciales como el lavado de coches
Las industrias reciclan y reutilizan las aguas residuales generadas por ellas mismas o las municipalidades. Por ejemplo, 26 empresas privadas en la zona de Vallejo iniciaron un programa de reutilización en 1989 con el establecimiento de una empresa con ánimo de lucros: Aguas Industriales de Vallejo. La empresa rehabilitó una antigua planta de tratamiento de aguas residuales municipal y comenzó a distribuir agua reclamada a sus empresas accionistas a tres cuartos del costo del agua potable abastecida por el gobierno.
Existen en el lago de Texcoco una importante reclamación de aguas residuales y un proyecto de reutilización junto con otros programasde control de inundaciones y eliminación del polvo. Entre las inundaciones, el fondo salino poco profundo del lago podría secarse y producir fuertes tormentas de polvo. En respuesta a este problema, en 1971 se estableció el plan de Texcoco. La solución fue crear estanques más pequeños permanentes dentro del extenso e intermitente fondo del lago y rehabilitar las zonas problemáticas para lograr una mayor expansión urbana y agrícola mediante cortavientos, revegetación, riego agrícola y mejoras en el drenaje. Los lagos artificiales y de mayor permanencia se crearon aplicando los conocimientos extraídos del problema del hundimiento. Las altas tasas de bombeo permitieron que las arcillas se consolidaran y que el antiguo fondo del lago descendiera unos 4 metros en algunas partes. El componente de reutilización de los planes de Texcoco incluye la construcción de un sistema de tratamiento de aguas residuales mediante laguna facultativa y la reclamación de las aguas pluviales recolectadas para el riego agrícola. Por lo tanto, se sustituirá el agua potable actualmente utilizada con este fin.
El Distrito Federal construyó dos plantas de tratamiento piloto en 1983 con el fin de estudiar su potencial para el tratamiento avanzado de las aguas residuales de efluentes secundarios para la reutilización potable y analizar el potencial para tratar el agua subterránea contaminada. Basándose en los resultados de las plantas experimentales de tratamiento, se construyeron nuevas instalaciones de tratamiento con una capacidad de 0 m3/s y sediseñaron para el tratamiento de aguas subterráneas y la reutilización potable directa. El objetivo fijado del proyecto de reutilización fue mezclar el agua residual reclamada con el agua subterránea tratada e introducir la mezcla directamente en el sistema de distribución. En la actualidad, el agua residual reclamada se está utilizando para fines no potables.1
Recarga artificial de agua subterránea
Actualmente se está realizando la recarga artificial de agua subterránea en la Zona Metropolitana del Valle de México utilizando agua de inundación y aguas residuales tratadas.
La recarga artificial de agua de inundación lleva realizándose en la zona desde 1943 como método para mitigar las inundaciones más que como método para recargar el agua subterránea. Los proyectos iniciales implicaban la retención de escorrentía y la dispersión en la superficie, la modificación de canales y los pozos de infiltración. Muchos de estos proyectos se llevaron a cabo en el basalto de alta permeabilidad de las tierras altas y se alcanzaron tasas muy altas de infiltración durante los períodos de lluvias torrenciales. La recarga artificial de agua de inundación mediante pozos de inyección se desarrolló primero en el Distrito Federal alrededor del año 1953. No obstante, la mitad de los pozos se cerraron posteriormente debido a problemas operativos. En 1970, se desarrolló una serie aproximada de 56 pozos con el objetivo de desechar las aguas pluviales. Estos pozos podían contener en conjunto hasta 35 m3/s de agua. Aunque los pozos nose diseñaron con fines de recarga, las aguas pluviales posiblemente alcanzaron el acuífero.
El proyecto de Texcoco mencionado anteriormente ha llevado a cabo estudios sobre la reutilización potable indirecta de las aguas residuales reclamadas mediante la recarga artificial del acuífero utilizando el tratamiento secundario y avanzado de las aguas residuales municipales. El efluente final se puede utilizar en estanques de infiltración o pozos de inyección. En un programa independiente realizado por el Distrito Federal, una planta piloto inyectó agua tratada con procesos avanzados directamente en el acuífero a una tasa de hasta 0,05 m3/s. Los pozos de monitoreo se utilizaron para evaluar los cambios de la calidad del agua y los niveles de presión.1
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Retos del agua
Entre estos, se incluyen la sobreexplotación de agua subterránea, el hundimiento de tierra, el riesgo de grandes inundaciones, el impacto de la creciente urbanización, la baja calidad del agua y el suministro intermitente, el uso ineficiente del agua, un índice bajo de tratamiento de aguas residuales, problemas de sanidad sobre la reutilización de aguas residuales para riego y la recuperación limitada de costos para el agua. La cobertura de la infraestructura en términos de acceso a una conexión de conductos de agua o al saneamiento, la cual se utiliza para supervisar los Objetivos de Desarrollo del Milenio para el abastecimiento de agua y el saneamiento, es casi universal en la Zona Metropolitana delValle de México y como tal no constituye un reto.
[editar]Sobreexplotación de agua subterránea
El crecimiento exponencial de la población de la Zona Metropolitana de la Ciudad de México ha agotado sus recursos de agua subterránea. La recarga del acuífero es de unos 31 m3/s que, al compararla con la extracción de 59,5 m3/s, da lugar a un consumo excesivo de 28 m3/s.10 En 1983, se inició la supervisión sistemática de los niveles de agua del acuífero. Desde ese momento, el promedio anual de descensos de los niveles de agua subterránea varían de 0 a 1,5 metros por año en distintas zonas. Teniendo en cuenta la tasa actual de agotamiento, se ha calculado que el volumen estimado de almacenamiento corresponde a entre 200 y 350 veces la extracción anual. Sin embargo, con un enfoque simplista del balance de agua se están obviando otras realidades. Por ejemplo, el acuífero es vulnerable a los problemas de calidad del agua inducidos geológicamente con el aumento de consolidación y profundidad del acuífero y la fragmentación de las capas de arcilla. Además, es posible que el volumen real disponible del acuífero principal fuera menor que el estimado debido a la probable reducción de porosidad con el aumento de profundidad. También existen limitaciones prácticas y económicas a la profundidad de bombeo.11
Lo que sigue es el balance de agua de la Zona Metropolitana del Valle de México:
| Water sources |
Groundwater | 59.5 m3/s |
Import from Lerma basin | 4.8 m3/s |
Import Cutzamala system | 14.9 m3/s |
Rivers and springs| 2.7 m3/s |
Total | 81.9 m3/s |

| Water use |
Municipal use | 64.7 m3/s |
Industrial use | 4.6 m3/s |
Agricultural use | 12.6 m3/s |
Total | 81.9 m3/s |
Archivo:Gwcitysubsidence.jpg
Hundimiento de la Ciudad de México.
[editar]Hundimiento de tierra
La ciudad descansa sobre la arcilla altamente saturada del antiguo lago de Texcoco. Esta base blanda se está desplomando a causa de la sobreextracción de agua subterránea. El hundimiento de tierra de la Ciudad de México provocado por la sobreexplotación de agua subterránea durante los últimos cien años ha sido de hasta 9 metros y, como consecuencia, se han producido daños en edificios, calles, aceras, alcantarillas, drenajes de agua pluvial y otras infraestructuras.
[editar]Inundación
La inundación es habitual en la Ciudad de México y empantana carreteras y aceras. En los barrios de baja altitud como Iztapalapa, los residentes están tan acostumbrados a ver la crecida de un mar fétido de aguas residuales en las calles que han construido pequeños diques delante de sus casas.5 Las inundaciones se provocan por el hundimiento conjunto y el aumento de impermeabilidad del suelo a causa de la urbanización. Según muestra el modelado, si el Emisor Central fallara durante la temporada de lluvias, se produciría una gran inundación que anegaría el centro histórico, el Aeropuerto Internacional de la Ciudad de México y los distritos del este de la Ciudad de México.12
Aumento de la urbanización
El crecimiento urbano reduce la permeabilidad del suelo en laszonas de recarga de agua subterránea y aumenta el riesgo de inundaciones. Se estima que la zona metropolitana crece de forma anual de 200 a 300 hectáreas en las zonas de recarga. Por cada metro cuadrado que se edifica, se pierde un promedio de 170 litros de recarga al año. De esta manera, por cada hectárea que se edifica, se pierde el agua para 500 familias y aumenta de forma adicional la presión del agua subterránea.13 Entre 1989 y 1994, el Distrito Federal declaró seis zonas de protección ambiental, principalmente en los bosques y las laderas, con una superficie total de casi 5.000 hectáreas con el fin de protegerlas de la urbanización.14
Calidad del agua y abastecimiento intermitente
La baja calidad del agua es una preocupación en cuanto a la fuente y al punto de uso. Al principio, se creía que el agua subterránea de la Ciudad de México estaba protegida de la contaminación por una gruesa capa impermeable. Sin embargo, esta capa se ha fragmentado a causa del hundimiento de tierra. Asimismo, el flujo natural ascendente del agua en el Pozo artesiano ahora se ha invertido a causa del agotamiento del agua subterránea. De esta manera, se cree que el agua subterránea de la Ciudad de México se hará cada vez más vulnerable a los contaminantes de los vertederos y los emplazamientos industriales que se filtran en el acuífero. Además, el profundo sistema de drenaje penetra en la arcilla (acuitardo) en algunos lugares del acuífero principal. Durante los períodos de lluvias torrenciales, las aguas residuales se filtranfuera de los túneles profundos hacia el subsuelo de alrededor y producen la contaminación del acuífero.15
Las fugas del sistema de distribución son uno de los principales motivos de preocupación de la calidad del agua potable. Cuando las aguas residuales penetran en el suelo desde alcantarillas con fugas u otras fuentes, cuando la presión es baja los conductos con fugas se infiltran con agua contaminada. Según el Laboratorio de Calidad del Agua del Distrito Federal, los barrios que experimentan interrupciones más frecuentes del servicio tienen agua de peor calidad que los barrios con suministro constante. El porcentaje de muestras de agua corriente de los hogares en cumplimiento con el estándar de cloro residual (0,2 miligramos/litro) fue del 87 al 100 por ciento de las pruebas realizadas en 1993 y resultó notablemente bajo en las delegaciones del sureste (Iztapalapa, Tláhuac y Xochimilco). Los depósitos de almacenamiento de agua de los hogares o tinacos son habituales en casi todas las azoteas de las casas y suelen almacenar agua cuando la presión de agua del sistema es inadecuada. En muchos casos, los depósitos están abiertos y no se limpian con regularidad, lo cual hace que el cloro residual se disipe y propicie el crecimiento de microorganismos. Los niveles estándar de cloro (0 miligramos/litro) mantenidos en el sistema de distribución al llegar al grifo del cliente no son suficientes para eliminar los microorganismos que hayan podido penetrar en los conductos.15
El abastecimiento de agua en muchas partes de la ZonaMetropolitana del Valle de México es intermitente y la presión suele ser insuficiente. Así, los usuarios tienen que complementar su abastecimiento de agua con agua comprada de camiones cisterna o pipas. De forma ocasional, el abastecimiento de agua incluso se interrumpe durante varios días, como sucedió en enero de 2009 cuando el suministro de agua del sistema Cutzamala tuvo que reducirse cortando el agua a 5 millones de personas durante tres días.16 A este incidente le siguió un segundo corte del suministro en marzo de 2009 y, más recientemente, una tercera interrupción en abril de 2009. Esta tercera interrupción se realizó en respuesta a los niveles alarmantemente bajos de las reservas de agua de la ciudad y a la realización de reparaciones en el sistema Cutzamala. Ésta duró 36 horas y dejó a más de cinco millones de residentes de la ciudad sin servicios de agua. En respuesta, el gobierno de la Ciudad de México ha tenido que implementar un programa de respuesta de suministro de emergencia, mediante el cual se proporciona agua en camiones cisterna y botellas a los residentes de las comunidades afectadas.17
Tratamiento limitado de aguas residuales y preocupaciones sobre la reutilización para riego
Como se ha mencionado anteriormente, únicamente el 15% de las aguas residuales de la Zona Metropolitana del Valle de México recibe tratamiento en la actualidad. El agua pluvial, las aguas residuales municipales sin tratar y las aguas residuales industriales parcialmente tratadas se mezclan entre sí y se reutilizanpara riego a gran escala.
Existen preocupaciones sobre el impacto sobre la salud y el medio ambiente de la reutilización para riego de aguas residuales sin tratar de la Ciudad de México. Los cultivos que crecen con aguas residuales se limitan a los cultivos que no se comen crudos, pero estas limitaciones son difíciles de imponer y los agricultores también cultivan verduras utilizando aguas residuales. Según un estudio del Instituto Internacional del Manejo del Agua (IWMI), estos riesgos se deben considerar con detenimiento, pero también debe tenerse en cuenta la importancia de esta práctica para los medios de vida de innumerables minifundistas.18 Los estudios acerca de suelos regados con aguas residuales sin tratar durante 50 años revelan una acumulación de metales pesados en el suelo, pero también que se acumulan en menor grado en las plantas.19 De acuerdo con otro estudio, se ha encontrado contaminación bacteriana en el agua de los canales utilizada para baño y en el agua subterránea utilizada para abastecimiento de agua potable de las zonas de regadío en las que se han reutilizado aguas residuales, lo que ha dado lugar a una alta incidencia de diarrea e irritaciones de la piel.20
Ineficiencia en el uso urbano del agua
El Distrito Federal tiene un nivel de agua no rentable del 40%, próximo a la media nacional, lo que implica que únicamente el 60% del agua bombeada en el sistema se factura realmente. Un gran porcentaje del agua no rentable no se debe a las fugas, sino a las conexiones ilegales. Además, elSACM, el departamento de aguas del distrito, tiene con creces la eficiencia de cobro más baja entre las 25 municipalidades principales, ya que sólo recibe el pago del 40% de todas sus boletas. Por lo tanto, sólo el 24% (el 60% se factura, el 40% de las boletas se paga) del agua bombeada en el sistema se paga. El nivel de agua no rentable en el Estado de México es inferior, de modo que el nivel medio de la zona metropolitana es del 36%.
Las cifras en cuanto al uso de agua per cápita son difíciles de comparar a lo largo del tiempo, ya que las fuentes normalmente no indican si las pérdidas de agua están incluidas en las cifras o no. El Instituto Nacional de Estadística y Geografía estableció el uso de agua del Distrito Federal en 223 litros/día en 1999 (probablemente tras las pérdidas), incluidos 164 litros de uso residencial y 59 litros para usos industriales y comerciales. Esto es sólo un tercio del uso de agua en Estados Unidos promedio, que es de 603 litros/persona/día. Sin embargo, sigue siendo un tercio mayor que el uso de agua en Francia, que sólo es de 165 litros/persona/día.21 Otra fuente establece el uso medio de agua per cápita en 1994 entre 364 y 230 litros al día para el Distrito Federal y el Estado de México respectivamente (probablemente antes de las pérdidas). Las autoridades atribuyen el aumento del uso per cápita en el Distrito Federal al hecho de que este tiene un mayor desarrollo y cuenta con mayor actividad comercial e industrial que el Estado de México.1 No obstante, las tarifas y la medición másbajas en el Distrito Federal también pueden influir en el mayor uso de agua.
[editar]Recuperación limitada de costos
Existe una enorme brecha entre el costo del abastecimiento de agua, un cuarto de lo que se importa mediante trasvases intercuencas de las cuencas del Lerma y el Balsas, y lo que se recupera de los usuarios. Entre los motivos de la baja recuperación de costos, se encuentran las conexiones ilegales de agua, las bajas tarifas y el bajo nivel de cobro de boletas, en concreto en el Distrito Federal.
La recuperación de costos en el Estado de México es mucho mayor que en el Distrito Federal. Por ejemplo, la ciudad de Toluca en el Estado de México cobra a los usuarios residenciales 9,5 pesos (0,72 US$)/m3 por un consumo de 30 m3, incluido un recargo por el saneamiento, la sexta tasa más alta entre las 25 municipalidades principales del país.22 Esto sigue siendo insuficiente en relación con el costo del agua en grandes cantidades del sistema Cutzamala, a casi 10 pesos (0,78 US$)/m3, sin tener en cuenta el costo de la distribución de agua y el saneamiento.
En 2004, el Distrito Federal cobró a los usuarios residenciales 3,3 pesos (0,26 US$)/m3 por el mismo consumo sin ningún recargo por el saneamiento, la cuarta tasa más baja entre las mismas municipalidades.22 El resto se subsidia de forma eficaz a través de los gobiernos municipales y federales. En agosto de 2007, surgió un conflicto entre CONAGUA y el Distrito Federal cuando CONAGUA aumentó la tarifa del agua abastecida a través del sistema Cutzamala y elDistrito rechazó el aumento.

Respuesta a los retos
A raíz de estos retos, se han creado dos programas principales. La Comisión Nacional del Agua inició un programa de sostenibilidad del agua de 2.800 millones US$ en 2007 para el abastecimiento de agua en grandes cantidades, drenaje y tratamiento de aguas residuales durante el período de 2007 a 2012. De forma paralela, el gobierno del Distrito Federal inició un plan medioambiental de 15 años que también incluía el drenaje y el tratamiento de aguas residuales. De forma adicional, hace hincapié en la conservación y la reutilización del agua mediante la recarga de los acuíferos. Ambos planes tienen como objetivo reducir el agua no rentable.
[editar]Programa de sostenibilidad del agua
En noviembre de 2007, el presidente Felipe Calderón inició un programa de sostenibilidad del agua de 2.800 millones US$ para el Valle de México (Programa para la Sustentabilidad Hídrica de la Cuenca del Valle de México) hasta 2012. El programa amplía el anterior programa para el saneamiento del Valle de México. Sus objetivos son evitar las grandes inundaciones, como la inundación de Tabasco de 2007, tratar todas las aguas residuales recolectadas y reducir la sobreexplotación de agua subterránea.23
Abastecimiento de agua e intercambio. Se transportarán 14 m3/s más de agua de varias fuentes. La mayor de estas importaciones (5 m3/s) estará formada por agua subterránea del valle de Tula al norte de la Zona Metropolitana del Valle de México,donde la cantidad de aguas residuales ha aumentado después de muchos años de riego con aguas residuales sin tratar, a un costo de 255 millones US$. La segunda mayor fuente de agua adicional se movilizará mediante un intercambio de aguas residuales tratadas para agua limpia que en la actualidad se utiliza para riego en la zona del Vaso de Cristo (4m3/s), a un costo de 140 millones. Como parte de la 'rehabilitación' de las fuentes existentes, se espera ampliar en 3 m3/s el sistema Cutzamala, a un costo de 275 millones US$. Por último, 2 m3/s de la presa de Guadalupe en el Estado de México estarán disponibles a un costo de 40 millones US$.
Drenaje de agua pluvial y tratamiento de aguas residuales. El programa prevé la construcción del Emisor Oriente de manera paralela al Emisor Central. En febrero de 2009, CONAGUA supervisó la adquisición de la primera de las tres tuneladoras de la empresa alemana Herrenknecht. La nueva tuneladora se ha utilizado para comenzar las excavaciones del túnel en abril de 2009. Se espera que todas las obras del sistema de túneles se completen en septiembre de 2012, a un costo previsto de 13.000 millones MXP (aprox. 1.000 millones US$).24
Aparte de la descarga del Emisor Oriental, se tratarían 23 m3/s en una planta de tratamiento de aguas residuales planificada en El Salto en el Estado de Hidalgo para abastecer agua al distrito de riego de Tula.12 Casi la mitad de la inversión (1.280 millones US$) se destinará a la construcción de 6 plantas de tratamiento de aguas residuales, de las cuales laplanta de El Salto será la mayor con diferencia.12
El logro del objetivo del programa de abastecer agua a una población en crecimiento y reducir la presión del acuífero se basa en el supuesto de que la fuga se reduzca del 36% en 2005 al 25% en 2030.
Financiamiento. El programa se está financiando a partir de las siguientes fuentes:
* Sector privado: se espera que las plantas de tratamiento de aguas residuales se financien por los sectores privados como proyectos de Construcción-Operación-Transferencia (COT)
* Gobierno Federal: el Gobierno Feder

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Hidráulica

Hidráulica e hidrostática ilustrada.
La hidráulica es una rama de la física y la ingeniería que se encarga del estudio de las propiedades mecánicas de los fluidos. Todo esto depende de las fuerzas que se interponen con la masa (fuerza) y empuje de la misma
Contenido [ocultar] * 1 Etimología * 2 Historia * 2.1 Egipto y Grecia * 2.2 Los romanos * 2.3 La generación de energía * 2.4 La rueda hidráulica * 2.5 La hidráulica en los países árabes * 3 Ciencias de la tierra relacionadas con la hidráulica * 4 Producción de energía * 4.1 Ventajas sobre otras fuentes de energía * 4.2 Inconvenientes * 5 Véase también |
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Etimología
La palabra hidráulica viene del griego ᜑδϱαυλικός (hydraulikós) que, a su vez, viene de tubo de agua', palabra compuesta por ᜕δωϱ (agua) y αᜐλός (tubo). Aplicación de la mecánica defluidos en ingeniería, usan dispositivos que funcionan con líquidos, por lo general agua o aceite.

Historia
Egipto y Grecia
Las civilizaciones más antiguas se desarrollan a lo largo de los ríos más importantes de la Tierra, como el Tigris e Indo. La experiencia y la intuición guiaron a estas comunidades en la solución de los problemas relacionados con las numerosas obras hidráulicas necesarias para ladefensa ribereña, el drenaje de zonas pantanosas, el uso de los recursos hídricos, la navegación.
En las civilizaciones de la antigüedad, estos conocimientos se convirtieron en privilegio de una casta sacerdotal. En el antiguo Egipto los sacerdotes se transmitían, de generación en generación, las observaciones y registros, mantenidos en secreto, respecto a las inundacionesdel río, y estaban en condiciones, con base en éstos, de hacer previsiones que podrían ser interpretadas fácilmente a través de adivinaciones transmitidas por los dioses. Fue en Egipto donde nació la más antigua de las ciencias exactas, la geometría que, según el historiador griegoHeródoto, surgió a raíz de exigencias catastrales relacionadas con las inundaciones del río Nilo.
Con los griegos la ciencia y la técnica pasan por un proceso de desacralización, a pesar de que algunas veces se relegan al terreno de la mitología.
Tales de Mileto, de padre griego y madre fenicia, atribuyó al agua el origen de todas las cosas. La teoría de Tales de Mileto, al igual que la teoría de los filósofosgriegos subsecuentes del período jónico, encontrarían una sistematización de sus principios en la física de Aristóteles. Física que, como se sabe, está basada en los cuatro elementos naturales, sobre su ubicación, sobre el movimiento natural, es decir hacia sus respectivas esferas, diferenciado del movimiento violento. La física antigua se basa en el sentido común, es capaz de dar una descripción cualitativa de los principales fenómenos, pero es absolutamente inadecuada para la descripción cuantitativa de los mismos.
Las primeras bases del conocimiento científico cuantitativo se establecieron en el siglo III a. C. en los territorios en los que fue dividido el imperio de Alejandro Magno, y fue Alejandría el epicentro del saber científico. Euclides recogió, en los Elementos, el conocimiento precedente acerca de la geometría. Se trata de una obra única en la que, a partir de pocas definiciones y axiomas, se deducen una infinidad de teoremas. Los Elementos de Euclides constituirán, por más de dos mil años, un modelo de ciencia deductiva de un insuperable rigor lógico. Arquímedes de Siracusa estuvo en contacto epistolar con los científicos de Alejandría.
Arquímedes realizó una gran cantidad de descubrimientos excepcionales. Uno de ellos empezó cuando Cerón reinaba en Siracusa. Quiso ofrecer a un santuario una corona de oro, en agradecimiento por los éxitos alcanzados. Contrató a un artista con el que pactó el precio de la obra y además le entregó la cantidad de oro requerida para la obra. La corona terminada fue entregadaal rey, con la plena satisfacción de éste, y el peso también coincidía con el peso de oro entregado. Un tiempo después, sin embargo, Cerón tuvo motivos para desconfiar de que el artista lo había engañado sustituyendo una parte del oro con plomo, manteniendo el mismo peso. Indignado por el engaño, pero no encontrando la forma de demostrarlo, solicitó a Arquímedes que estudiara la cuestión. Absorto por la solución de este problema, Arquímedes observó un día, mientras tomaba un baño en una tina, que cuando él se sumergía en el agua, ésta se derramaba hacia el suelo. Esta observación le dio la solución del problema. Saltó fuera de la tina y, emocionado, corrió desnudo a su casa, gritando: “Eureka! Eureka!” (que, en griego, significa: 'tLo encontré, lo encontré!').
Arquímedes fue el fundador de la hidrostática, y también el precursor del cálculo diferencial: recuérdese su célebre demostración del volumen de la esfera, y en conjunto con los científicos de Alejandría no desdeñó las aplicaciones a la ingeniería de los descubrimientos científicos, tentando disminuir la brecha entre ciencia y tecnología, típica de la sociedad de la antigüedad clásica, sociedad que, como es bien sabido, estaba basada en la esclavitud.
En el campo de la hidráulica él fue el inventor de la espiral sin fin, la que, al hacerla girar al interior de un cilindro, es usada aun hoy para elevar líquidos.
Véase también el capítulo referente al tornillo de Arquímedes
Los romanos
Los antiguos romanos, que difundieron, en todo el Mediterráneo, lavida urbana, basaron el bienestar, el vivir bien, especialmente en la disponibilidad de abundante cantidad de agua. Se considera que los acueductos suministraban más de un millón de m³ de agua al día a laRoma Imperial, la mayor parte distribuida a viviendas privadas por medio de tubos de plomo. Llegaban a Roma por lo menos una docena deacueductos unidos a una vasta red subterránea.

Pont du Gard a Nimes.
Para construir el acueducto Claudio, se requirieron, por 14 años consecutivos más de 40 mil carros de tufo por año.
En las provincias romanas los acueductos atravesaron con frecuencia profundos valles, como en Nimes, donde el “Pont du Gard” de 175 m de longitud tiene una altura máxima de 49 m, y en Segovia, en España, donde el puente-acueducto de 805 m de longitud todavía funciona.
Los romanos excavaron también canales para mejorar el drenaje de los ríos en toda Europa y, menos frecuentemente para la navegación, como es el caso del canal Rin-Mosa de 37 km de longitud. Pero sin duda en este campo la obra prima de la ingeniería del Imperio romano es el drenaje del lago Fucino, a través de una galeríade 5 km por debajo de la montaña. Esta galería solo fue superada en el 1870 con la galería ferroviaria del Moncenisio. El “Portus Romanus, completamente artificial, se construyó después del de Ostia, en el tiempo de los primeros emperadores romanos. Su bahía interna, hexagonal, tenía una profundidad de 4 a 5 m, un ancho de 800 m, muelle de ladrillo y mortero, y un fondo de bloques de piedra para facilitar su dragado.La generación de energía

Rueda hidráulica.
La principal fuente no viviente de energía de la antigüedad fue el llamado “molino” griego, constituido por un eje de madera vertical, en cuya parte inferior había una serie de paletas sumergidas en el agua. Este tipo de molino fue usado principalmente para moler los granos, el eje pasaba a través de la máquina inferior y hacía girar la máquina superior, a la cual estaba unido. Molinos de este tipo requerían una corriente veloz, y seguramente se originaron en las regiones colinares del Medio Oriente, a pesar de que Plinio el Viejo atribuye la creación de los molinos de agua para moler granos al norte de Italia. Estos molinos generalmente eran pequeños y más bien lentos, la piedra de moler giraba a la misma velocidad que la rueda, tenían por lo tanto una pequeña capacidad de molienda, y su uso era puramente local. Sin embargo pueden ser considerados los precursores de la turbina hidráulica, y su uso se extendió por más de tres mil años.
El tipo de molino hidráulico con eje horizontal y rueda vertical se comenzó a construir en el siglo I a. C. por el ingeniero militar Marco Vitruvio Polione. Su inspiración puede haber sido la rueda persa o “saqíya”, un dispositivo para elevar el agua, que estaba formado por una serie de recipientes dispuestos en la circunferencia de la rueda que se hace girar con fuerza humana o animal. Esta rueda fue usada en Egipto (Siglo IV a. C.). La rueda hidráulica vitruviana, o rueda de tazas, es básicamente una rueda que funciona en el sentidocontrario. Diseñada para moler grano, la rueda estaban conectadas a la máquina móvil por medio de engranajes de madera que daban una reducción de aproximadamente 5:1. Los primeros molinos de este tipo eran del tipo en los que el agua pasa por debajo.
Más tarde se observó que una rueda alimentada desde arriba era más eficiente, al aprovechar también la diferencia de peso entre las tazas llenas y las vacías. Este tipo de rueda, significativamente más eficiente requieren una instalación adicional considerable para asegurar el suministro de agua: generalmente se represaba un curso de agua, de manera a formar un embalse, desde el cual un canal llevaba un flujo regularizado de agua a la rueda.
Este tipo de molino fue una fuente de energía mayor a la que se disponía anteriormente, y no solo revolucionó la molienda de granos, sino que abrió el camino a la mecanización de muchas otras operaciones industriales. Un molino de la época romana del tipo alimentado por debajo, en Venafro, con una rueda de 2 m de diámetro podía moler aproximadamente 180 kg de granos en una hora, lo que corresponde aproximadamente a 3 caballos vapor, en comparación, un molino movido por un asno, o por dos hombres podía apenas moler 4,5 kg de grano por hora.
Desde el siglo IV d. C. en el Imperio romano se instalaron molinos de notables dimensiones. En Barbegal, en las proximidades de Arlés, en el 310, se usaron para moler granos 16 ruedas alimentadas desde arriba, que tenían un diámetro de hasta 2 m cada una. Cada una de ellas accionaba, medianteengranajes de madera dos máquinas: La capacidad llegaba a 3 toneladas por hora, suficientes para abastecer la demanda de una población de 80 mil habitantes, la población d Arles en aquella época no sobrepasaba las 10 mil personas, es por lo tanto claro que abastecía a una vasta zona.
Es sorprendente que el molino de Vitruvio no se popularizara, en el Imperio romano hasta el tercero o cuarto siglo. Siendo disponible en la época los esclavos y otra mano de obra a bajo precio, no había un gran incentivo para promover una actividad que requería la utilización de capital, se dice además que el emperador Vespasiano (69 – 79 d. C.) se habría opuesto al uso de la energía hidráulica porque esta habría provocado la desocupación.
[editar]La rueda hidráulica

Ruedas de agua en Hama - Siria.
En la Edad Media, la rueda hidráulica fue ampliamente utilizada en Europa para una gran variedad de usos industriales El Domesday Book, el catastro inglés elaborado en el 1086, por ejemplo reporta 5.624 molinos de agua, todos del tipo vitruviano. Estos molinos fueron usados para accionar aserraderos, molinos de cereales y para minerales, molinos con martillos para trabajar el metal o para batanes, para accionar fuelles de fundiciones y para una variedad de otras aplicaciones. De este modo tuvieron también un papel importante en la redistribución territorial de la actividad industrial.
Otra forma de energía desarrollada en la Edad Media fue el molino de viento. Desarrollado originalmente en Persia en el siglo VII, parece que tuvo su origen enlas antiguas ruedas de oraciones accionadas por el viento utilizadas en Asia central. Otra hipótesis plausible pero no demostrada, es la de que el molino de viento se derivaría de las velas de los navíos. Durante el siglo X estos molinos eólicos fueron ampliamente utilizados en Persia, para bombear agua. Los molinos persas estaban constituidos por edificios de dos pisos, en el piso inferior se encontraba una rueda horizontal accionada por 10 a 12 alas adaptadas para captar el viento, conectadas a un eje vertical que transmitía el movimiento a la máquina situada en el piso superior, con una disposición que recuerda los molinos de agua griegos. Los molinos de viento de ejes horizontales se desarrollaron en Europa del norte entorno al siglo XIII.
[editar]La hidráulica en los países árabes
En la Edad Media el islam contribuyó en forma importante al desarrollo de la hidráulica. En el área geográfica donde se ubica el primer desarrollo de lacivilización islámica se realizaron importantes obras hidráulicas, como por ejemplo canales para la distribución de agua, con un uso frecuente de sifones, casi desconocidos anteriormente, pero lo que tiene más significado, el Islam aseguró la continuidad del conocimiento con las civilizaciones antiguas, particularmente con la alejandrina. Cuando en el Renacimiento se redescubrió la civilización clásica y su ciencia, en realidad se disponía de técnicas mucho más evolucionadas que en la antigüedad y de instrumentos matemáticos mucho más versátiles, como la numeración árabe y el álgebra,también de origen árabe.
Entre los numerosos “arquitectos” que actuaban en el Renacimiento, el más significativo fue Leonardo Da Vinci (1452 – 1519). A Leonardo se debe la primera versión de la conservación de la masa en un curso de agua, en el cual el producto entre la velocidad media del agua en una sección y el área de la misma sección es constante, mientras que, siempre Leonardo observa, la velocidad del agua es máxima en el centro del río y mínima sobre los bordes. En tiempos recientes se ha reconducido el estudio de la turbulencia al de los sistemas dinámicos que conducen al caos. Actualmente la verdadera naturaleza del movimiento turbulento no está del todo clara, y el enfoque probabilístico parecería no ser el simple reflejo de nuestra ignorancia, sino que reflejaría la esencia misma del fenómeno, como en otras ramas de la física.
Se puede concluir que “es más fácil estudiar el movimiento de cuerpos celestes infinitamente lejanos que el de un arroyito que corre a nuestros pies” (Galileo Galilei): “Discurso sobre dos ciencias nuevas”
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Ciencias de la tierra relacionadas con la hidráulica
Se relacionan íntimamente con la hidráulica las siguientes ramas de la ciencias de la tierra:
* Mecánica de fluidos.mecánica de medios continuos que describe el movimiento de fluidos (gases y líquidos), sin tener en cuenta las causas que lo provocan (cinemática) o teniéndolas en cuenta (dinámica);
* Hidrología, que analiza el comportamiento del agua en lanaturaleza, en las diversas fases del ciclo hidrológico;
* Hidrogeología, que se ocupa de las aguas subterráneas;
* Hidrografía, que se ocupa de la descripción y estudio sistemático de los diferentes cuerpos de agua planetarios;
* Oceanografía, que estudia todos los procesos físicos, químicos y biológicos que se dan en el mar y en los océanos.

Producción de energía
El funcionamiento básico consiste en aprovechar la energía cinética del agua almacenada, de modo que accione las turbinas hidráulicas.
Para aprovechar mejor el agua llevada por los ríos, se construyen presas para regular el caudal en función de la época del año. La presa sirve también para aumentar el salto y así mejorar su aprovechamiento.
[editar]Ventajas sobre otras fuentes de energía
* Disponibilidad: El ciclo del agua lo convierte en un recurso inagotable.
* Energía limpia: No emite gases 'invernadero', ni provoca lluvia ácida, ni produce emisiones tóxicas.
* Energía barata: Sus costes de explotación son bajos, y su mejora tecnológica hace que se aproveche de manera eficiente los recursos hidráulicos disponibles.
* Trabaja a temperatura ambiente: No son necesarios sistemas de refrigeración o calderas, que consumen energía y, en muchos casos, contaminan.
* El almacenamiento de agua permite el suministro para regadíos o la realización de actividades de recreo.
* La regulación del caudal controla el riesgo de inundaciones.
[editar]Inconvenientes
* Su construccióny puesta en marcha requiere inversiones importantes. Además, los emplazamientos en donde se pueden construir centrales hidroeléctricas en buenas condiciones económicas son limitados.
* Las presas se convierten en obstáculos insalvables para especies como los salmones, que tienen que remontar los ríos para desovar. Por su parte, los embalses afectan a los cauces, provocan erosión, e inciden en general sobre el ecosistema del lugar.
* Empobrecimiento del agua: El agua embalsada no tiene las condiciones de salinidad, gases disueltos, temperatura, nutrientes, y demás propiedades del agua que fluye por el río. Los sedimentos se acumulan en el embalse, por lo que el resto del río hasta la desembocadura acaba empobreciéndose de nutrientes. Asimismo, puede dejar sin caudal mínimo el tramo final de los ríos, especialmente en épocas secas.
* Los emplazamientos hidráulicos suelen estar lejos de las grandes poblaciones, por lo que es necesario transportar la energía eléctrica producida a través de costosas redes.

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Acueducto

El acueducto de Segovia.
El acueducto es un sistema o conjunto de sistemas de irrigación que permite transportaragua en forma de flujo continuo desde un lugar en el que ésta accesible en la naturaleza, hasta un punto de consumo distante.
Cualquier asentamiento humano, por pequeño que sea, necesita disponer de un sistema de aprovisionamiento de agua que satisfaga sus necesidades vitales. La solución más elemental consiste en establecer elpoblamiento en las proximidades de un río o manantial, desde donde se acarrea el agua a los puntos de consumo. Otra solución consiste en excavar pozos dentro o fuera de la zona habitada o construir aljibes. Pero cuando el poblamiento alcanza la categoría de auténtica ciudad, se hacen necesarios sistemas de conducción que obtengan el agua en los puntos más adecuados del entorno y la aproximen al lugar donde se ha establecido la población.
Incluso cuando la población estaba a orillas de un río, la construcción de conducciones era la mejor forma de garantizar el suministro, en vez de extraer el agua del río que, aunque estuviera muy cerca, generalmente tenía un nivel más bajo que el poblado. En otras ocasiones se hacía el acueducto porque el agua era de mejor calidad que la del río. Para cubrir esta necesidad se emprenden obras de gran envergadura que puedan asegurar un suministro de agua.
Aunque existían precedentes en las civilizaciones antiguas del Próximo Oriente y los ingenieros griegos habían construido conducciones eficientes, los ingenieros romanos, gracias fundamentalmente a su uso del hormigón, fueron los que pusieron a punto técnicas que se pudieron generalizar por todas las ciudades del Mediterráneo. Con todo, los factores técnicos no fueron los únicos que contribuyeron a difundir este tipo de obras, hizo falta también la unidad política del Imperio y la existencia de un sistema económico fuerte que creara las condiciones para el desarrollo urbanístico.
La mayor parte del recorrido se hacía por canales, engeneral cubiertos, que se construían por las laderas de los montes, siguiendo la línea de pendiente deseada (generalmente pequeña, del orden del 0,004%), y se situaban cada cierto tiempo cajas de agua o arcas de agua, pequeños depósitos que servían para regular el caudal o decantar los sólidos, normalmente arena, que las aguas pudieran arrastrar.
Cuando se debía salvar un camino, a un nivel un poco más bajo que el del acueducto, se usaban sifones, en los que el agua pasaba bajo el obstáculo y volvía a subir al nivel anterior. A menudo debían salvar desniveles más grandes y en ellos adoptaban la forma de puente, puesto que hacer conducciones en sifón capaces de resistir altas presiones era más caro. Como los puentes son la parte más visible de la obra, ha quedado la costumbre de llamar Acueducto al propio puente.
En muchas ocasiones, estos acueductos continuaron en uso durante la Edad Media e incluso en tiempos modernos, gracias a arreglos y restauraciones.
Las soluciones aplicadas a los acueductos romanos se siguieron usando sin modificaciones sustanciales hasta el siglo XIX. En el siglo XX, los progresos en la producción de cementos, el armado del hormigón con acero, los nuevos materiales y técnicas en la construcción de tubos y la posibilidad de construir potentes estaciones de bombeo revolucionaron las conducciones de agua y simplificaron su adaptación al terreno.
Contenido [ocultar] * 1 Historia * 1.1 El Acueducto en la historia * 1.2 Principales Puentes-Acueductos en la península Ibérica *1.3 Posteriormente * 2 Software de simulación * 2.1 Software de uso libre * 2.2 Software de uso comercial * 3 Enlaces externos |
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Historia
El Acueducto en la historia

Pont du Gard, Francia.
Los romanos construyeron los acueductos más importantes en tamaño, así como en mayor cantidad, en todos sus territorios.
Un acueducto arranca en un sistema de captación de agua. El agua pasa de forma controlada a la conducción desde un depósito de cabecera (caput aquae). también conocida como R.F o acue (diminutivo de acueducto)
La construcción de un acueducto exige el estudio minucioso del terreno que permitirá escoger el trazado más económico para permitir una pendiente suave y sostenida sin alargar demasiado el recorrido de la obra.
Se usan canales (riui) abiertos siempre que es posible y únicamente en ocasiones contadas se recurre a la conducción bajo presión.
El canal se acomoda al terreno por distintos procedimientos. Siempre que es posible, transcurre sobre el suelo apoyado en un muro(substructio) en el que se practican alcantarillas para facilitar el tránsito normal de las aguas de superficie. Si el terreno se eleva, el canal queda soterrado (riuus subterraneus) y forma una galería subterránea (specus) excavada directamente en la roca o construida dentro de una zanja. Cuando se ha de vencer una fuerte depresión, se recurre a la construcción de complicados sistemas de arquerías (arcuationes) que sostienen el canal y lo mantienen al nivel adecuado.En todo caso, siempre que el agua se destina al consumo humano, el canal está cubierto por bóvedas, falsas bóvedas, placas de piedra otégulas.
Si se interpone en el trazado de la conducción un monte que no es posible rodear, se recurre a la construcción de un túnel que lo perfora. Solamente se usa este procedimiento si es inevitable. Los túneles plantean grandes problemas técnicos. Normalmente se comienzan por ambos extremos, lo que exige una gran precisión en las labores para que los dos ramales se encuentren en el punto previsto. La estrechez de las zonas de corte exige que en cada tajo trabajen sólo uno o dos hombres, por lo que la obra progresa con gran lentitud.
Las conducciones subterráneas por canal suelen estar comunicadas con la superficie por medio de pozos (putei) dispuestos a intervalos regulares. Por ellos se puede acceder al acueducto para su limpieza y mantenimiento. En el caso de los túneles servían también para extraer escombros e introducir materiales durante la construcción, así como para asegurar el correcto trazado y profundidad de la excavación.
Los canales, salvo que estuvieran directamente excavados en roca impermeable, se revestían con un mortero impermeable compuesto de cal y pequeños fragmentos de cerámica triturada (opus signinum). Los ángulos interiores se protegían con un cordón convexo del mismo material.

Puente del Acueducto de Segovia.
Aunque los técnicos romanos usaban también conducciones bajo presión por tubos de plomo(fistulae) o de cerámica (tubuli fictiles), sólo lo hacíanrara vez, ya que la deficiente tecnología de la que disponían para la construcción de tubos los hacía costosos y poco seguros. Los de cerámica eran baratos y fáciles de fabricar a pie de obra, pero eran demasiado frágiles. Los de plomo, aparte del coste del material, exigían un transporte muy laborioso, dado su peso.
Existían también rudimentarias tuberías de piedra, formadas por grandes sillares horadados que se ensamblaban entre sí gracias a un machihembrado que se sellaba con mortero de cal. Este procedimiento se usaba para transportar el agua por parajes llanos en los que era imposible mantener una pendiente adecuada para la conducción por canal libre. En ocasiones parecen haberse empleado asimismo tubos y canales de madera.
Se utilizaban sifones para superar depresiones no muy pronunciadas difíciles de salvar por otros sistemas. El agua conducida por el canal del acueducto se recogía en un depósito de cabecera del que salía bajo presión a través de los tubos del ramal descendente, que buscaba el fondo de la depresión. Cuando el desnivel a salvar era importante, la presión del agua podía reventar la tubería, por lo que era más económico salvar el barranco mediante una arquería. Tras ella se iniciaba el ramal ascendente que, una vez superada la depresión, vertía las aguas en un depósito de salida, del que el agua volvía a salir por canal libre. Los ángulos que formaban los tubos eran lastrados con gruesas piedras para evitar roturas en las juntas a causa de la presión que las aguas ejercían sobre ellas.
Endistintos puntos de las conducciones se intercalaban dispositivos cuya finalidad era remansar la corriente del agua para permitir que los arrastres sólidos se decantaran, cajas de agua o arcas de agua. Todos tienen en común estar constituidos por receptáculos intermedios con el fondo a un nivel inferior que el de los canales de entrada y salida del agua. Los arrastres se precipitan y caen al fondo, de donde se podían extraer periódicamente. El tipo más simple es un simple pocillo practicado en el fondo del canal. Los ejemplares de mayor envergadura son pequeños depósitos de obra (piscinae limariae) revestidos de opus signinum.
Cuando la conducción llega a las murallas de la ciudad, su caudal se recoge en una cisterna terminal, que sirve para regular el suministro. Desde ella se suministra el agua a los ciudadanos por un sistema de distribución.
Según Frontino los romanos se conformaron durante mucho tiempo con el agua que extraían del Tíber, los pozos y los manantiales. La cosas fueron así durante los primeros 441 años desde la fundación de la ciudad. Su primer acueducto fue subterráneo, el Aqua Apia, que se extendía unos 16 km, construido por iniciativa del censor Apio Claudio Craso en el año 312 a. C. Luego, el primero que construyeron que llevaba agua sobre la superficie fue el Aqua Marcia, en Roma, que recorría unos 90 km (144 a. C.). En época de Frontino, que escribe su tratado sobre los acueductos de Roma en el 97 o muy poco después, la conducción es subterránea en la mayor parte de su trazado, pero tiene a su llegadaa las proximidades de la ciudad un breve tramo que discurre en superficie sobre muro y arquerías.
La conducción del Anión Viejo, construida en el 273 a. C., aunque transita en superficie durante un trecho no muy largo, carece de arquerías, según la descripción de Frontino. Todas las demás conducciones de Roma poseen tramos importantes de arquerías, que, en general, son tanto más largos cuanto más modernos son. El acueducto que alimentaba Cartago, en el actual Túnez, del siglo II, recorría una distancia de 132 km desde Zaguán, de los cuales 17 km eran en arquería.

Acueducto de Segovia.
Es, pues, un hecho que los más antiguos acueductos de la urbe tienden a preferir la conducción subterránea siempre que es posible. Se sabe también por Frontino que en ocasiones, con el paso del tiempo, se fueron sustituyendo en algunas de las conducciones los rodeos que exigía el trazado subterráneo por trazados más cortos sobre arquerías. La preferencia por los trazados subterráneos en los acueductos más antiguos obedece, más que a limitaciones técnicas, al interés por proteger las conducciones de sabotajes en periodos de guerra o a la vieja experiencia romana en la construcción de drenajes y cloacas.
Pero no es menos cierto que en los dos acueductos mencionados se suman los principales sistemas de conducción usados en todas las épocas: conducción subterránea, en túnel, sobre muro y sobre arquería. Por si esto fuera poco, el trazado del acueducto del Anión Viejo incluye un sifón, lo que completa bastante el repertorio de solucionestécnicas.
Vitruvio, que escribe sus De architectura libri decem probablemente poco antes del 27 a. C., menciona ya todos los sistemas de conducción citados en este artículo, con excepción de las tuberías de piedra, que no aparecen en ningún tratado, y los tubos y canales de madera, que deben de ser de uso muy tardío. De hecho Faventino, que sigue prácticamente a Vitruvio en todo, es el único teórico que los menciona, con lo que se aparta de su fuente. Y téngase en cuenta que muy probablemente escribió su obra a fines del siglo IV.
Por tanto, hay que pensar que todos los recursos técnicos de que dispusieron los romanos para conducir el agua estuvieron al alcance de su mano desde los primeros momentos.


Bibliografía
* MATAIX, Claudio. Turbomáquinas Hidráulicas.
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* Hidráulica de los Canales Abiertos. Ven Te Chow. Editorial Diana, México, 1983. ISBN 968-13-1327-5