La tarcoteca

Vive despacio, muere cuando sea
By Pablo Heraklio & cols. Tarcoteca @ riseup.net

martes, 27 de octubre de 2015

Comparativa Peak water v Peak oil: Los límites máximos del uso y extracción de agua dulce

Presentamos la traducción del trabajo de P. Gleickl para el Pacific Institute de California de 2010 que mediante el análisis del agua como un recurso con una capacidad máxima de extracción, recurso pico, y haciendo una comparación práctica con el petróleo, resume magistralmente los puntos más importantes de su ciclo natural, gestión, consumo y las situaciones derivados.

El artículo disipa posibles dudas sobre la disponibilidad del agua a nivel mundial y regional, y nos da una idea de la magnitud de los problemas que su escasez está acarreando en ciertas zonas del planeta. Tal vez queda escaso en cuanto a las implicaciones políticas y económicas, pero conociendo la dinámico de uso en cuanto a recurso pico se refiere estas pueden ser fácilmente discernidas. Tomad asiento, que es largo.

Piensa globalmente, actúa localmente!
tctca
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Peak water limits to freshwater withdrawal and use

Peter H. Gleick1 and Meena Palaniappan, Pacific Institute, 654 13th Street, Oakland, CA 94612
Contributed by Peter H. Gleick, April 8, 2010 (sent for review February 22, 2010)
Resumen
Concepto de Producción de Recursos Pico
Comparación del pico de producción de Petróleo y de Agua
- Características principales de los recursos renovables y no renovables
- Usos consuntivo Vs. no consuntivo
- La sustituibilidad
- La transportabilidad
Tres Conceptos pico de agua
- Pico del agua renovable
- Pico del agua no renovable
- Pico del Agua Ecológica
- Pico del agua en los Estados Unidos
Conclusiones: Implicaciones del Pico del Agua

Resumen
Los recursos de agua dulce son esenciales para el mantenimiento de la salud humana, la producción agrícola, la actividad económica, así como para mantener las funciones críticas del ecosistema. A la vez que las poblaciones y las economías crecen, aparecen nuevas restricciones en los recursos hídricos. Esto está planteando interrogantes sobre los límites a la disponibilidad de agua. Tales preguntas sobre los recursos no son nuevos. El espectro del "pico del petróleo", un máximo y posterior descenso de producción, ha sido durante mucho tiempo  previsto y debatido. Presentamos aquí una evaluación detallada y la definición de tres conceptos básicos para el estudio del "peak water": pico del agua renovable , pico del agua no renovable y pico ecológico del agua. Estos conceptos pueden ayudar a hidrólogxs, gestores de recursos hídricos, responsables políticos y al público comprender y gestionar diferentes sistemas de agua de manera más eficaz y sostenible.
- Pico Agua renovable se aplica cuando a las restricciones flujo limitan la disponibilidad total de agua en el tiempo.
- Peak Agua no renovable es observable en los sistemas de aguas subterráneas, donde las tasas de extracción superan sustancialmente las tasas de recarga natural y donde el bombeo excesivo o la contaminación conduce a un pico de producción, seguido de un descenso, de forma similar a las curvas del pico del petróleo tradicionales.
- Peak Agua "ecológica" se define como el punto más allá del cual los costos totales de las perturbaciones y daños ecológicos exceden el valor total proporcionado por el uso humano de esa agua.
A pesar de las incertidumbres en la cuantificación de muchos de estos costes y beneficios de forma consistente, más y más cuencas parecen haber superado el punto máximo de producción de agua. La aplicación de estos conceptos puede ayudar a cambiar la forma en que se gestionan los recursos de agua dulce hacia un uso más productivo, equitativo, eficiente y sostenible.

La Tierra tiene sustanciales recursos hídricos, en numerosas formas y calidades, en distintos reservorios y fluye en el ciclo hidrológico. En general, el planeta tiene una capacidad de aproximadamente 1400 millones kilómetros cúbicos de agua, la gran mayoría de los cuales (casi el 97%) es agua salada en los océanos. El mundo tiene unas existencias de agua dulce más limitada que se estiman en unos 35 millones de kilómetros cúbicos. La mayoría del agua fresca, sin embargo, está encerrada en los glaciares de la Antártida y Groenlandia, en la cubierta de nieve permanente en las montañas o las latitudes altas, o en aguas subterráneas profundas inaccesibles a los seres humanos por causas prácticas. Sólo fracciones pequeñas están disponibles para los seres humanos en los flujos de los ríos, lagos y aguas subterráneas superficie accesibles, la humedad del suelo, o la lluvia (1).

La Tabla 1 muestra la distribución de las principales fuentes de agua en el mundo.

La humanidad enfrentan serios desafíos sobre el agua, incluyendo la incapacidad de satisfacer las necesidades de agua potable humana más básica y saneamiento para miles de millones de habitantes, crece la contaminación del agua con desechos humanos e industriales, consecuencias de los fenómenos extremos, como inundaciones y sequías, la alteración ecológica de los ecosistemas acuáticos, que hacen aumentar las preocupaciones sobre la provisión de agua y su escasez, y los crecientes riesgos de cambios climáticos que afectarán a la hidrología regional y la gestión del agua. Teniendo en cuenta el volumen total de agua en la Tierra, sin embargo, el concepto de "quedarse sin" agua a escala mundial es de poca utilidad práctica. Hay enormes volúmenes de muchos miles de veces más agua que lo que los humanos usamos para todos los propósitos juntos. En la década del 2000, el total de extracciones mundiales de agua era de aproximadamente 3.700 km3 al año, una pequeña fracción de las reservas estimadas de agua dulce (2).

Una forma más precisa de evaluar los usos humanos del agua, sin embargo, sería contemplar las capacidades regionales de las poblaciones, los flujos de agua y el impacto de las apropiaciones humanos en diversas escalas a través del uso del agua de lluvia, de las reservas de agua de superficie y subterránea, y la humedad del suelo. Un esfuerzo precoz por evaluar estos usos estima que el sustancial aporte de agua en forma de lluvia y humedad del suelo, de tal vez 11.300 km3/año, es apropiado para la tierra dominada por el hombre, que utiliza como tierras de cultivo, jardinería, para proporcionar forraje a los animales y pastoreo. En términos generales, la evaluación llegó a la conclusión de que los humanos ya se han apropiado de alrededor del 50% del total de las aguas renovables y flujos de agua dulce "accesibles", incluyendo una considerablemente grande fracción de agua que se utiliza como "corriente de dilución" de los desechos humanos e industriales (3). Es importante señalar, sin embargo, que estos flujos son de agua "renovables", como explicaremos a continuación. En teoría, el uso de los flujos renovables puede continuar indefinidamente sin ningún efecto sobre la disponibilidad futura. Sin embargo, aunque muchos flujos de agua son renovables, algunos usos del agua degradarán la calidad al punto de que limitan el tipo de uso posible.

En los últimos años, varias crisis de recursos a propósito del agua, la energía o los alimentos han dado lugar a nuevos debates sobre las definiciones y conceptos en la gestión sostenible de los recursos y el uso. Algunos expertos en energía han propuesto que el mundo se acerca, o incluso ha sobrepasado, el punto de máxima producción de petróleo, o el peak-oi(47). Más recientemente, ha surgido un debate creciente sobre si también estamos acercándonos a un punto comparable para los recursos hídricos, donde los límites naturales limitarán el crecimiento y expansión económica de las poblaciones. En este artículo, definimos el concepto de peak-water y evaluamos las similitudes y diferencias entre el agua y el petróleo, cómo de relevantes es esta idea para afrontar los desafíos hidrológicas y de gestión del agua actuales, y las implicaciones de los límites de disponibilidad de agua dulce para el bienestar de las personas y el ecosistema.

La escasez regional de agua es un problema significativo y creciente. Muchos indicadores posibles se han desarrollado para medir la escasez de agua, incluidos tanto parámetros variables dependientes de un solo factor como medidas ponderadas (8). Las Naciones Unidas ofrecen una definición de estrés hídrico como regiones donde el consumo de agua supera el 10% de los recursos renovables de agua dulce. Otras definiciones se establecen sobre la disponibilidad per cápita para la definición de escasez (9-12). Este tipo de indicadores orientan para la toma de decisiones y ofrecen una visión del progreso para abordar los problemas del agua, pero no hay una sola medida para describir completamente las características de la escasez de agua. A pesar de la falta de medidas claras y específicas sobre la escasez, cada vez es más evidente que algunas regiones están experimentando restricciones en su crecimiento debido a las limitaciones naturales, ecológicas, políticas o económicas del uso del agua.

Concepto de producción de recursos con Pico de extracción
La teoría del pico de producción de recursos se originó en la década de 1950 con el trabajo del geólogo M. King Hubbert & cols que sugiere que la tasa de producción de petróleo parece caracterizarse por seguir varias fases ajustándose a una curva en forma de campana de gauss (13).
- La primera fase es el descubrimiento y el rápido aumento en el crecimiento de la tasa de explotación de petróleo ya que la demanda aumenta, la producción se vuelve más eficiente, y los costos caen.
- En segundo lugar, como reservas de petróleo se consumen y el recurso se agota cada vez más rápido, los costos aumentan y los niveles de producción disminuyen, observandose un pico en el punto conocido ahora como el pico del petróleo.
-Por último, la creciente escasez y crecientes costos conducen a una disminución en la tasa de producción más rápida que el aporte de nuevos suministros encontrados o producidos. Esta última fase también iría típicamente acompañado por la sustitución con alternativas.
La expresión pico del petróleo se refiere al punto en el que aproximadamente la mitad de las existencias de petróleo se ha agotado y la tasa de producción forma un pico  [cuando se expresa mediante una gráfica] (ver Fig. 1). En un artículo ya clásico, Hubbert (1956) predijo que la producción de petróleo en Estados Unidos alcanzaría su punto máximo entre 1965 y 1970 (13). En 1970, la producción de petróleo en los Estados Unidos alcanzó un máximo histórico y comenzó a disminuir (Fig. 2). El concepto de una curva de producción de petróleo más o menos en forma de campana se ha probado para un pozo, un campo petrolífero, una región, y se cree cierto en todo el mundo.

En los últimos años, el concepto de pico del petróleo ha recibido una renovada atención debido a la creciente preocupación por que el mundo en su conjunto se está acercando al punto de producción en declive del petróleo [el pico]. Nadie sabe cuándo la producción mundial de petróleo llegará en realidad su punto máximo, y las predicciones del día abarcan desde principios del siglo XXI hasta después de 2025. Una de las muchas estimaciones recientes sugieren que la producción de petróleo podría haber alcanzado su punto máximo en 2012 con 100 millones de barriles de petróleo por día (15). El pico real de producción sólo estará identificado en retrospectiva, y el momento depende de la demanda y el coste del petróleo, la economía de las tecnologías para su extracción, la tasa de descubrimiento de nuevas reservas en comparación con la tasa de extracción, el costo de la fuentes de energía alternativas, y los factores políticos.

Comparación del pico de producción en Petróleo y Agua
¿La producción o utilización de agua sigue una curva en forma de campana? En la creciente preocupación por la escasez de agua a nivel mundial y local y su escasez, ¿es el concepto pico del agua válido y útil para hidrólogos, planificadores, gerentes y usuarios? En las siguientes secciones, se consideran las diferencias y similitudes entre el petróleo y el agua para evaluar si es posible un pico en la producción de agua y en qué contextos puede ser relevante.

-Características principales de los recursos renovables y no renovables
En cualquier comparación entre recursos, es fundamental distinguir entre recursos renovables y no renovables. La diferencia clave entre estos es que los recursos renovables su flujo o la velocidad limitada; recursos no renovables son de stock [existencias] limitado (16). Los recursos de existencias limitada, especialmente los combustibles fósiles, pueden agotarse sin ser repuesto en una escala de tiempo de interés práctico. Las reservas de petróleo, por ejemplo, se acumulan a lo largo de millones de años; el volumen de las reservas de petróleo es, pues, efectivamente independiente de cualesquiera tasas naturales de reposición por ser tales tasas tan lentas. Por el contrario, los recursos renovables, como la energía solar, son prácticamente inagotables en el tiempo, ya que su uso no disminuye la producción de la próxima unidad. Tales recursos son, sin embargo, limitados por la velocidad de flujo, es decir, la cantidad disponible por unidad de tiempo. Nuestro uso de la energía solar no tiene ningún efecto en la siguiente cantidad producida por el sol, pero nuestra capacidad para captar la energía solar se limita a la velocidad a la que se entrega.

El Agua demuestra características intermedias tanto de los recursos renovables y no renovables. Esta doble característica del agua tiene implicaciones para la aplicabilidad del término "pico del agua" a largo plazo. El agua es mayormente un recurso renovable con flujos rápidos de un reservorio para formar otro, y el uso humano de agua por lo general no tiene ningún efecto sobre las tasas de recarga natural. Pero también hay reservorios fijos o aisladas para los recursos hídricos de las poblaciones locales que se consumen a un ritmo mucho más rápido que las tasas naturales de renovación. La mayor parte de estos recursos no renovables son los acuíferos subterráneos, a menudo llamados acuíferos "fósiles" debido a sus tasas de recarga lenta. Tiwari et al. (17) recientemente calcularon que una fracción importante del agua que se utiliza en la India proviene de las extracciones de aguas subterráneas no renovables, y que el agua termina en los océanos, gradualmente elevando los niveles del mar, pero que sustancialmente agotan las reservas de agua subterránea disponible. Syed et al. (18) encontraron transferencias similares de agua no renovable subterránea para una amplia variedad de cuencas de aguas subterráneas utilizando nuevos datos del satélite GRACE. Algunos de almacenes de agua superficial en forma de lagos o glaciares también se puede utilizar de una manera no renovable, donde las tasas de consumo exceden renovación natural, un problema que puede ser agravada por el cambio climático, como se señala a continuación.

- Usos consuntivo Vs. no consuntivo
Otro factor clave en la evaluación de la utilidad del concepto de 'pico de recurso' es si el uso de recursos es "consuntivo" o "no consuntivo". Cada vez que se usa el petróleo este es consumido "no consuntivo."; una vez que la energía es extraída y se utiliza la calidad del petróleo se degrada. * Casi todos los años, la cantidad de petróleo que se consume coincide con la cantidad de petróleo producido, a veces se consume más de lo que se produce ese año. Así, la curva de la producción de petróleo depende únicamente del acceso al nuevos petróleos.

No todos los usos del agua son de consumo e incluso el agua que se ha "consumido" no se pierde para el ciclo hidrológico ni para su futuro uso ya que se recicla por los sistemas naturales. El uso consuntivo del agua típicamente se refiere a los usos que se hacen del agua disponible para su reutilización inmediata o a corto plazo dentro de la misma cuenca. Tales usos consuntivos incluyen el agua que se ha evaporado, transpirado, incorporado en productos o cultivos, altamente contaminados, o consumidos por seres humanos o animales. Como se discutió en la sección relativa a la renovabilidad de los recursos hídricos, algunas reservas de agua pueden ser consumidas a nivel local, por lo que se consideran como efectivamente no renovables. Cuando lo extraído no se sustituyen en una escala de tiempo de interés para la sociedad, la reserva se agota. El agua en sí permanece en el ciclo hidrológico, en otra bolsa o flujo, pero ya no está disponible para su uso en la región se encuentran en un principio. También hay muchos usos no consuntivos de agua, incluyendo el agua utilizada para el enfriamiento de la producción industrial y la energía y el agua utilizada para el lavado, aspersores, u otros usos residenciales si el agua puede ser recogidos, tratados y reutilizados. Esta agua se recicla en el ciclo hidrológico general y no tiene ningún efecto sobre la disponibilidad de agua en una región posterior.

- La sustituibilidad
Otra característica importante de los debates pico de recursos es su el potencial como sustituta alternativa de fuentes no renovables. A medida que disminuye la producción de petróleo y los precios van en aumento, los sustitutos que ofrecen los mismos beneficios se vuelven cada vez más atractivos. El petróleo tiene funciones particulares en la sociedad industrial que pueden ser satisfechas por otros medios o recursos (gas natural, luz solar, biocombustibles, etc.). En este sentido, cualquier recurso no renovable tales como los combustibles fósiles debe ser considerado como una opción de transición, útil sólo mientras su disponibilidad decae dentro de sus límites económicos y ambientales. Como la energía, el agua se utiliza para una amplia variedad de propósitos. Y al igual que la energía, la eficiencia del uso del agua se puede mejorar en gran medida por los cambios en las tecnologías y procesos. A diferencia del petróleo, sin embargo, el agua dulce es la única sustancia capaz de satisfacer ciertas necesidades. Por lo tanto, aunque otras fuentes de energía pueden sustituir el petróleo, el agua no tiene sustitutos para la mayoría de los usos.

Cuando se alcanzan los límites a la disponibilidad de agua en una región determinada, hay algunas opciones posibles para satisfacer las necesidades adicionales: reducción de la demanda, la sustitución de un uso del agua por otra de mayor valor económico o social, el movimiento físico del agua demanda desde una región donde el agua adicional está disponible; o invertir en una fuente de mayor precio, incluidas las importaciones a granel o transferencias de agua. En este caso, el costo de la nueva oferta, incluyendo el costo de transporte de agua, es un factor limitante.

Un concepto relevante tanto para el pico del agua como para el pico del petróleo, por lo tanto, es la introducción de una tecnología "de apoyo o sustitución" [backstop] cuando el precio del recurso se eleva, un concepto al que dio prominencia Nordhaus (19). Como con el petróleo escala hasta un pico de producción y luego disminuye, el precio del petróleo se elevará según la respuesta económica clásica de  "oferta/demanda". [Salvo manipulación, como rezan las teorías económicas actuales] Los precios seguirán subiendo hasta el punto en que un sustituto, apoyo, para el para el petróleo se vuelva económicamente competitivo, en el que los precios en su pico se estabilizarán en el nuevo precio tope [formando una meseta]. Nordhaus (19) señaló que una alternativa de apoyo es una capaz de satisfacer la demanda y que tiene una base de recursos virtualmente infinita.

Del mismo modo, para el agua, cuando las fuentes más baratas de agua se agotan o relocalizan, fuentes más y más caras deben ser encontrados y llevadas al usuario, ya sean nuevos suministros o la reasignación de agua entre los usuarios existentes. La Fig. 3 representa gráficamente un escenario potencial de producción de agua en una cuenca, donde aumenta la oferta a través de proyectos de abastecimiento de secundarios, por ejemplo, la recolección de las aguas subterráneas, la asignación de flujo de la corriente, y la construcción de embalses, que se superponen unos sobre otros hasta que se llega a la máxima extracción rentable de agua de superficie y se comienza a explotar el agua subterránea.

Fig. 3.
Un potencial escenario de producción de agua (abastecimiento) en una cuenca o región. A medida que aumenta la demanda, los proyectos de suministro incrementales (nuevas presas, embalses, bombeo) aumentarán la disponibilidad de agua. Una vez que se alcanza la máxima extracción rentable de aguas superficiales y subterráneas, hay un cambio final a un suministro de tope de retención mayor costo de agua, tales como transferencias de desalación o de agua.
En última instancia, también se alcanzó el precio tope para el agua. A diferencia del petróleo, sin embargo, que debe ser apoyado/sustituido por una fuente de energía renovable diferentes, el último sustitutivo del agua es más agua, de una fuente potencialmente ilimitada, por ejemplo, la desalinización del agua del océano. La cantidad de agua oceánica que los seres humanos pueden usar sólo está limitado por cuánto estamos dispuestos a pagar para eliminar las sales y transportarla hasta el punto de uso, y por las limitaciones medioambientales de su uso. En algunas regiones, la desalinización es ya una alternativa económicamente competitiva, particularmente donde el agua es escasa en comparación con la demanda, como por ejemplo algunas islas en el Caribe y partes del Golfo Pérsico (20, 21).

- Transportabilidad
El concepto de quedarse sin agua a escala mundial es de poca utilidad práctica. Grandes volúmenes de agua por encima de los volúmenes utilizados por los seres humanos para todos los efectos se distribuyen en todo el mundo entre diversos almacenes. Debido a que en la Tierra nunca se "agotará" el agua dulce, la preocupación por la escasez de agua debe, por tanto, ser el resultado de algo que no provenga del temor de que estamos literalmente consumiendo un recurso limitado. Y, por supuesto, ellos son: los retos del agua son el resultado de una la distribución del agua geográfica tremendamente desigual (debido a factores naturales y humanos), limitaciones económicas y físicas en la extracción de algunos de los mayores volúmenes de agua dulce (como aguas subterráneas profundas y el hielo en la Antártida y Groenlandia), la contaminación humana de las reservas fácilmente disponibles, y los altos costos de mover de el agua.

Este último punto, la "transportabilidad" del agua es particularmente relevante para el concepto de pico de agua. El petróleo es transportado en todo el mundo, ya que tiene un alto valor económico en comparación con el costo de transporte. Por ejemplo, un superpetroleros hoy día lleva pongamos 3,6 millones de barriles de petróleo. A un precio de 70$/ barril, el petróleo transportado valdría 250 millones de dólares, que comparado con el el costo del transporte es ínfimo. Como resultado, los límites regionales sobre la disponibilidad de petróleo pueden ser superados por el petróleo en movimiento desde cualquier punto de la producción a cualquier punto de uso. En contraste, el agua es muy caro de mover a grande distancia, en comparación con su valor. Ese mismo superpetrolero lleno de agua dulce tendría un valor económico de tan sólo alrededor de 500.000 $ † - excesivamente bajo como para costear el envío de larga distancia y las restricciones regionales se convierten así en una preocupación legítima y seria.

Como resultado, la atención de los medios con el concepto pico del agua se ha centrado en la escasez de local y su problemática, por una buena razón. Pero ha habido poca o ninguna investigación académica o el análisis sobre este concepto. En las regiones donde el agua escasea, la naturaleza aparente de las restricciones y de agua, y por lo tanto de algunas de las implicaciones reales de un "pico del agua" en la disponibilidad, son evidentes. Debido a los costos de transporte de agua a granel de un lugar a otro son tan altos, una vez que el uso de agua de una región excede su suministro renovable, comenzará aprovechar los recursos no renovables, como los acuíferos de recarga lenta. Una vez que la extracción de agua supera las tasas naturales de reposición, las únicas opciones a largo plazo son reducir la demanda a niveles sostenibles, mover la demanda a una zona donde el agua está disponible, o para sustituir las fuentes por unas cada vez más caras, como la desalinización o la importaciones de bienes producidos en regiones con suministro de agua adecuado, la transferencia de la llamada agua virtual (22).

Hay muy pocas excepciones a los límites económicos sobre el transporte de agua. El agua embotellada es a veces consumida a enormes distancias de donde se produjo sólo porque manda una prima muy por encima de los costos normales. El crecimiento en el consumo de agua embotellada puede expandirse en ciertos mercados, pero por lo general, el agua a granel no es actualmente un producto de exportación significativo en los mercados comerciales, debido a los límites económicos de transportar y los volúmenes totales trasladados desde cualquier distancia significativa son una pequeña fracción en comparación con las demandas urbanas o agrícolas totales.

Tres Conceptos del pico de agua
La Tabla 2 resume las características del petróleo y el agua discutidas anteriormente. Dadas las características físicas y económicas de los recursos revisados, ¿cómo es de relevante o útil el concepto de un pico en la producción de agua? Ofrecemos aquí tres definiciones donde el concepto de pico es útil en el contexto de los recursos hídricos y la introducimos un término en que es útil cuando se piensa en la maximización de los múltiples servicios que el agua ofrece: "pico ecológico del agua" Estos conceptos del pico del agua deben ayudar a impulsar importantes cambios en el paradigma de cómo se utiliza y administra el agua.

- Pico del agua renovable 
Una fracción significativa, aunque mal cuantificada del uso humano total de agua, viene del agua tomada de los flujos renovables de cuencas lluvias, ríos, arroyos y aguas subterráneas que se recargan en plazos relativamente cortos. Tales sistemas experimentan la estocástica hidrologica, pero el uso de agua no afecta a la capacidad de renovación del recurso en definitiva, al igual que el uso de energía solar. Pero que a una fuente de agua en particular puede ser renovable, sin embargo, no significa que sea ilimitado. De hecho, la primera restricción del pico del agua es el límite en el total del agua que se puede retirar de un sistema. El límite máximo es el flujo renovable al completo.

Como se muestra en la Fig. 4, cuando la producción de agua renovable a partir de una cuenca llega al 100% del suministro renovable, que forma una curva logística clásica, similar a un modelo de capacidad de carga biológica. Cada cuenca solo tiene una cierta cantidad de suministro de agua renovable que se repone todos los años. Si la producción anual de agua renovable a partir de una cuenca comienza a aumentar de forma exponencial, se acercará al límite natural de la oferta total anual renovable de agua (que se muestra como una línea discontinua). Este límite varía, por supuesto, con la variación natural en la hidrología, pero es el límite máximo en términos de captación de suministro de agua renovable. El límite práctico apropiado puede ser sustancialmente menor que esto, como se discute a continuación en el "pico de agua ecológica". Incrementar el uso de agua anual renovable hasta el límite renovable teórico ha demostrado resultar en un tremendo daño ecológico, ambiental y humano.

Teórica curva logística que muestra el aumento de la producción anual de agua renovable a partir de un punto de inflexión. Aumenta la producción de agua renovable anual niveles exponencialmente y luego fuera ya que llega el suministro de agua renovable anual total en la cuenca.
Para una serie de grandes cuencas fluviales ya se han alcanzado los límites del pico del agua renovable ya que la demanda humana consume cerca de toda la oferta anual. El río Colorado en los Estados Unidos, por ejemplo, es compartido por siete estados de Estados Unidos y México, y en un año promedio poco o nada de agua llega al delta (. SeeFig 5). Para esta cuenca, el límite del agua renovable pico es un promedio de alrededor de 18 mil millones de metros cúbicos al año [18 km3], el flujo total medio por año. Otros ríos están llegando cada vez más a sus límites máximos, como el Huang He (río Amarillo) en China, el Nilo en África del Norte, y el Jordán en el Medio Oriente, donde antes fluían ríos perennes ahora a menudo el flujo cae a cero. En otras circunstancias, como se señala más adelante, los sistemas de pico de agua renovable a veces puede convertirse en sistemas no renovables a través de procesos físicos o químicos.



Fig 5. Flujos anuales (en millones de metros cúbicos) de Río Colorado en el delta del 1905-2005 en la estación de Fronteras Internacional Sur. Tenga en cuenta que, en la mayoría de años después de 1960, fluye hacia el delta cayó a cero como retiros totales igualaron total (o pico) suministro renovable. Las excepciones son extremadamente años de alto flujo cuando la escorrentía superó demandas y la capacidad de almacenar agua adicional (datos de la Comisión Internacional de Límites de Aguas de Río Colorado fluye en la Frontera Internacional Sur. Agua de datos de http://www.ibwc.state.gov/ fajo / DDQSIBCO.htm).

- Pico del agua no renovable 
En algunas cuencas, una cantidad sustancial de uso del agua proviene de los reservorios de agua que son efectivamente no renovables, como los acuíferos subterráneos con tasas de recarga muy lenta o sistemas de aguas subterráneas que pierden su capacidad para recargarse cuando sobreexplotados debido a la compactación o de otros cambios físicos en la cuenca. Cuando el uso de agua de un acuífero subterráneo supera la tasa de recarga natural, esta reserva de aguas subterráneas se agotará rápidamente. O cuando los acuíferos subterráneos se contaminan con tóxicos que hacen que el agua sea inservible, un acuífero renovable puede llegar a ser no renovable.

En estas situaciones particulares, el acuífero de agua subterránea se comporta análogamente a un campo de petróleo o regiones productoras de petróleo. La producción continua de agua más allá de las tasas de recarga naturales será cada vez más difícil y costoso ya que los niveles de agua subterránea caen, lo que lleva a un pico de producción, seguido por la disminución de la extracción y uso. Este tipo de uso insostenible del agua subterránea se puede encontrar en el acuífero de Ogallala en las Grandes Llanuras de los Estados Unidos, las llanuras del norte de China, el Valle Central de California, y numerosas cuencas en la India (23). Tiwari et al. (24) estiman el uso un promedio de agua no renovable en la India  de 54 ± 9 km3 por año entre 2002 y 2008, alrededor de un 8% del total de extracción de agua de la India.

Como se muestra en la Fig. 6, incluso cuando la tasa de extracción de un acuífero sobrepasa a la tasa de recarga natural del acuífero (que se muestra como una línea discontinua), la producción de agua del acuífero puede seguir aumentando hasta que una parte significativa de las aguas subterráneas ha sido recolectadas. Después de este punto, se requerirá que los pozos más profundos y un mayor bombeo para extraer la cantidad restante de agua, lo que podría reducir la tasa de producción de agua.
Fig. 6.
Esta curva teórica muestra la progresión de la extracción no sostenible del agua de un acuífero de aguas subterráneas, la hipótesis de una curva de producción de tipo pico de agua después de las tasas de producción superan la tasa de recarga de agua subterránea natural y los costos de producción aumentan. Retiros sostenibles a largo plazo no puede exceder las tasas de recarga natural.
También es posible que la producción de agua del acuífero continúe aumentando hasta que todo el agua subterránea económicamente asequible extraída, después de lo cual la producción de agua cae rápidamente. En ambos estos casos, el punto importante es que la extracción no se caiga a cero, sino a la tasa de recarga renovable donde el bombeo sostenible es posible económicamente y físicamente.

En algunos lugares, el cambio climático afectará a la naturaleza y magnitud  máximo de agua. Cuando las comunidades locales dependen actualmente en la escorrentía de los ríos de deshielo de los glaciares, la pérdida de los glaciares en los próximos años dará lugar a un efecto de "agua no renovable pico": la disminución del suministro de agua a través del tiempo. Comunidades dependientes de la recarga de aguas subterráneas que sufren una disminución de la tasa de recarga también experimentarán un efecto similar al agua de pico. En este caso, el concepto de agua pico es ligeramente diferente: No se ve afectada por la magnitud de uso humano, pero por factores físicos o climáticas que disminuyen la tasa de, o el potencial para, la reposición. Similar al pico del petróleo, sin embargo, cuando la acción se ha ido, las fuentes alternativas tendrán que ser encontrado,.

- Pico del Agua Ecológica
Para muchas cuencas hidrográficas, una preocupación más inmediata y grave que la de quedarse sin agua es el superar un punto de uso del agua que cause daños ecológicos graves o irreversibles. El agua proporciona muchos servicios: no sólo sostener la vida humana, la actividad comercial e industrial, sino que también es fundamental para el sustento de animales, plantas, hábitats y medios de subsistencia que dependen del medio ambiente (25, 26, 27).

Cada nuevo proyecto de abastecimiento que capta agua para uso y consumo humano disminuye la disponibilidad de esa fuente para los ecosistemas y disminuye la capacidad de prestar servicios. El agua tomada de manera temporal o desplazada anteriormente estaba manteniendo hábitats y animales terrestres, aves, plantas y animales acuáticos. Según algunas estimaciones, los humanos ya se han apropiada casi del 50% del total de los flujos de agua dulce renovable y accesibles (28), dando lugar a alteraciones ecológicas significativas. Desde 1900, la mitad de los humedales del mundo han desaparecido (29). El número de especies de agua dulce se ha reducido en un 50% desde 1970, más rápido que la disminución de las especies de tierra o mar. Los deltas de los ríos están cada vez más privados de los flujos debido a desvíos aguas arriba, o por recibir agua muy contaminada con desechos humanos e industriales.

Fig. 7 es un gráfico simplificado del valor que los humanos obtienen de agua producida a través de aumentos incrementales en el suministro (por ejemplo, agua potable y de riego), representado frente a la disminución del valor de los servicios ecológicos (por ejemplo, agua para plantas y animales) que se estaban satisfechos con esta agua. El gráfico asume que los servicios ecológicos disminuyen a medida que aumenta el agua apropiada de las cuencas hidrográficas (aunque en la naturaleza tales descensos pueden ser no lineal). El ritmo o la gravedad de las perturbaciones ecológicas aumenta a medida que extraen cantidades crecientes de agua. Debido a que los servicios ecológicos no son valorados fácilmente en dólares, en el 'eje y' se debe considerar el promedio del valor proporcionado por el agua, (económicos y no económicos).
Fig. 7.
En este gráfico se representa el valor del agua proporcionado por el aumento del suministro con diversas fuentes en una cuenca frente a la pérdida de valor de los servicios ecológicos prestados por que el agua. Al aumentar la extracción de agua por aumento de las necesidades humanas (línea continua), los servicios ecológicos proporcionados por la misma agua están en declive (línea discontinua). En un momento dado, el valor del agua suministrada a través de nuevos proyectos de suministro es igual al valor de los servicios ecológicos. Más allá de este punto, la destrucción ecológica supera los beneficios de una mayor extracción de agua. Llamamos a este punto de agua ecológica pico (ver Fig. 8).

Fig. 8.
Tablas de este gráfico muestra el valor global del agua, una combinación de valor social, económico y ecológico, en cuanto el agua apropiada por los humanos aumenta: El valor del agua aumenta hasta un pico, donde los beneficios para la sociedad y los ecosistemas se maximiza, pero luego disminuye a medida que el aumento de precio conducen a un aumento excesivo costo para el ecosistema y social. Costos y beneficios no monetarios son difíciles de cuantificar, pero se deben incluir para evitar exceder el punto de agua ecológica pico.
En un momento dado, el valor de los servicios ecológicos proporcionados por el agua es equivalente al valor de los servicios humanos satisfechos por el mismo uso de agua. Después de este punto, el aumento de nuevos aportes de agua conducen a destrucciones ecológicos más allá del valor que este aumento de agua proporciona a los seres humanos (la pendiente de la disminución de los servicios ecológicos es mayor que la pendiente de incremento de valor para los humanos). Definimos este punto como pico del agua ecológica, cuando la sociedad maximiza el total de los beneficios ecológicos y humanos proporcionados por agua. Como se muestra en la Fig. 8, el valor total de agua, combinando los beneficios ecológicos y sociales, disminuye a medida que aumenta la apropiación humanos. Los economistas y analistas de recursos han notado desde hace tiempo la dificultad de cuantificar este punto debido a problemas en la asignación de valores a cada unidad de agua o cada unidad de beneficio para los ecosistemas, en cualquier cuenca (30). Pero la suposición errónea de que dichos valores son cero ha llevado a que sean muy rebajados, subestimado o ignorado en las decisiones de políticas sobre el agua del siglo XX.

- Pico de agua en los Estados Unidos
Los datos sobre el consumo total de agua son escasos. Pocos países o regiones recogen estos datos debido a dificultades físicas o políticas para medir con precisión las extracciones de agua de un sinnúmero de fuentes diversas, para satisfacer las necesidades agrícolas, industriales, comerciales y domésticos. Como resultado, será difícil identificar los límites del pico del agua. Sin embargo, hay alguna evidencia sólida de que los Estados Unidos ya haya pasado el punto del pico del agua, incluyendo los de agua renovable, no renovable y ecológico. La Fig. 9 muestra el producto interno bruto (PIB en dólares de 2005) frente a las extracciones totales de agua en los Estados Unidos, a todos los efectos, desde 1900 hasta 2005, con base en datos de las agencias de aguas estatales y federales, compilados en gran medida por las evaluaciones del uso del agua del Servicio Geológico de Estados Unidos (31). Estas dos curvas crecieron exponencialmente, en tandem, a través de los primeros tres cuartos del siglo XX. Después de la década de 1970, sin embargo, las dos curvas se separaron, y las extracciones totales de agua en los Estados Unidos están ahora por debajo de su nivel máximo. Las extracciones de agua per cápita han caído aún más, ya que la población ha seguido creciendo. Algunas de las razones de este cambio dramático incluyen la mejora de la eficiencia del uso del agua, los cambios en la estructura de la economía de Estados Unidos, la aplicación de la Ley de Agua Limpia, que condujo a reducciones en el uso y de descargas de aguas industriales, y restricciones físicas, económicas y ambientales en el acceso a nuevos suministros. Algunas de las razones de este cambio se estudian con más detalle en otras partes (32). Pero el gráfico sugiere que los Estados Unidos bien puede haber superado el punto del pico del agua.
Fig. 9.
Producto Interno Bruto (PIB) en dólares de 2005 desde 1900-2005 (eje izquierdo) comparado con las extracciones totales de agua para todos los fines en kilómetros cúbicos por año (eje derecho). Los datos sobre el PIB proceden de la Oficina de Análisis Económico; los datos sobre el uso del agua provienen del Geological Survey de los EE.UU (31).
Si este cambio es permanente o temporal se desconoce. En teoría, la producción estadounidense de petróleo podría aumentar de nuevo e incluso superar, por un tiempo, el máximo anterior, a pesar de los recursos, restricciones ambientales y económicos lo hagan improbable. Del mismo modo, la extracción total de agua sin duda podría comenzar a aumentar de nuevo, pero muchos factores sugieren que esto es poco probable en el largo plazo. Una significativa expansión de la agricultura de regadío, que los Estados Unidos domina el uso del agua, parece improbable, sobre todo en EE.UU. occidental, donde casi todos los principales ríos y acuíferos ya están intervenidos y explotados más allá de los límites de sus suministros renovables y no renovables. Otro de los principales impulsores del uso de agua dulce de Estados Unidos es la refrigeración de centrales eléctricas, y una expansión significativa de la demanda de refrigeración también parece poco probable debido a las restricciones sobre las extracciones de agua, incluso en regiones relativamente bien irrigadas, y porque los esfuerzos de pasar de centrales térmicas consumo intensivo de agua a plantas con sistemas renovables de menor uso de agua están ganando tracción. Ciertamente, algunas regiones han sobrepasado el punto pico de agua ecológica y los esfuerzos se centran ahora en cómo devolver un poco de agua al medio ambiente, no la forma de extraer más. En resumen, creemos que es posible que los Estados Unidos haya sobrepasado el punto pico de agua y el enfoque de los esfuerzos futuros del uso del agua se orientarán en mejorar la eficiencia de los usos actuales y la reasignación de agua de un usuario existente a otro.

Conclusiones: Implicaciones del Pico del Agua
Mientras el mundo se anticipa un futuro con recursos limitados, el espectro de un pico de petróleo, la superación de un máximo en la producción de petróleo, ha sido predicho. Los límites del agua son de lejos mucho más preocupantes, y mucho más difíciles de evaluar que los límites de recursos no renovables tradicionales como el petróleo. El agua es fundamental para la salud del ecosistema y para la productividad económica, y para muchos usos que no tiene sustitutos. Este documento ofrece tres definiciones distintas de agua pico, para sistemas de agua renovables y no renovables y también introduce el concepto del pico de agua ecológica. También nos planteamos la posibilidad de que Estados Unidos ya haya sobrepasado el punto máximo de extracción de agua.

El concepto pico del agua no significa que nos quedaremos sin agua. El agua es un recurso renovable y no se consume en el sentido global: por lo tanto, los usos del agua dentro de los límites máximos renovables pueden continuar indefinidamente. Pero no todo el uso del agua son renovables; de hecho algunos usos del agua no son renovables ni sostenibles. El uso de aguas subterráneas más allá de las tasas de recarga habituales sigue una curva de similar al del pico del petróleo, con un máximo y posterior disminución de la producción de agua. Tales problemas con el pico de agua no renovables son cada vez más evidentes en las principales cuencas de aguas subterráneas con niveles críticos de sobreextracción, como el Ogallala y el Valle Central de California en los Estados Unidos, el norte de la meseta China, y en numerosos estados de la India, como Andhra Pradesh, Rajastán, y Tamil Nadu. El pico de las aguas ecológica se refiere al punto después del cual el costo de las interrupciones que se producen en los servicios ecológicos que el agua probé supera el valor proporcionado por incrementos del uso del agua por los seres humanos con fines económicos. Definido de esta manera, muchas regiones del mundo ya han superado el pico ecológico del agua - Los humanos usan más agua que la que el ecosistema  puede soportar sin deterioro y degradación significativa.

Los conceptos en torno al pico del agua también son importantes en la conducción de algunos cambios de paradigma en el uso y manejo del agua. Hay crecientes esfuerzos para cuantificar los límites del pico ecológico del agua y desarrollar políticas para restaurar el agua para servicios al ecosistema en cuencas donde ya han sido reconocidos graves perturbaciones ecológicas. Las mejoras en la capacidad de identificar cuencas de aguas subterráneas con extracciones no renovables están aumentando la presión sobre los gestores del agua para reducir tales extracciones hasta niveles más sostenibles, o para integrar mejor la gestión de aguas superficiales y subterráneas. Y la comprensión de que hay límites tipo pico en el uso del agua renovable están obligando a nuevos debates sobre la mejora en la eficiencia del uso del agua y el desarrollo de tecnologías innovadoras para el tratamiento y reutilización del agua como alternativas a la ampliación de los proyectos de abastecimiento tradicionales y promover fuentes de agua renovables. La mala noticia es que estamos llegando cada vez más los límites máximos de agua. La buena noticia es que el reconocimiento y la comprensión de estos límites pueden estimular las innovaciones y conductas que pueden reducir el consumo de agua e incrementar su productividad, cambiando la política del agua hacia un futuro más sostenible.

Agradecimientos
Thanks to our colleagues at the Pacific Institute, including Heather Cooley and Nancy Ross, for comments and feedback as we were preparing this analysis. Thanks also to Professors Robert Glennon and Robert Wilkinson for reviewing the manuscript and offering thoughtful and helpful suggestions for improving it.
Notas al pie
1Para quien debe dirigirse la correspondencia. E-mail: pgleick {at} pipeline.com.
Contribuciones de los autores: P.H.G. investigación diseñado; P.H.G. y M. P. realizado la investigación; P.H.G. y M. P. contribuido nuevos reactivos / herramientas de análisis; P.H.G. y M. P. analizaron los datos; y P.H.G. y M. P. escribió el documento.
Esta contribución es parte de la serie especial de artículos inaugurales por los miembros de la Academia Nacional de Ciencias electos en 2006.
Los autores declaran no tener ningún conflicto de intereses.
* Debido a la ley de conservación de la energía, la energía nunca se consume, simplemente convierte en otra forma. Pero en este caso, el uso de aceite convierte, energía concentrada de alta calidad en baja calidad, el calor residual inutilizable, efectivamente "consumidor" del aceite.
† Suponiendo un precio equivalente a lo que la industria y los usuarios urbanos pagan por suministros municipales confiables de alta calidad.

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