Agua / Fuentes, Caracterización, Tecnología Y Gestión Sustentable
- 1a Edición
- México ALFAOMEGA 2017
- 336p Ilustración 17 X 23 CM
Contenido Preliminares Capítulo 1 Hidrosfera 1.1 Objetivos del capítulo ........................... 1 1.2 Introducción .......................................... 1 1.3 Origen del agua y su importancia para la vida ............................. 2 1.4 La hidrosfera en el planeta tierra ........ 3 1.5 Interacción entre los subsistemas del planeta ............................ 4 1.6 Estado natural del agua ....................... 6 1.7 Aguas marinas ...................................... 7 1.7.1 Océanos ...................................... 8 1.7.2 Mares ......................................... 10 1.8 Aguas continentales ............................. 12 1.8.1 Aguas continentales superficiales ......................................... 12 1.8.1.1 Ríos ................................... 12 1.8.1.2 Lagos ................................ 14 1.8.2 Aguas congeladas ...................... 16 1.8.2.1 Glaciares .......................... 16 1.8.2.2 Inventario y distribución de glaciares ................................... 17 1.8.3 Aguas subterráneas o freáticas . 19 Resumen ..................................................... 21 Preguntas de repaso y ejercicios ............... 22 Referencias ................................................. 23 Capítulo 2 Agua y sus propiedades 2.1 Objetivos del capítulo ........................... 27 2.2 Introducción .......................................... 28 2.3 Estructura del agua .............................. 28 2.4 Propiedades físicas del agua pura ...... 32 2.4.1 Calor específico .......................... 32 2.4.2 Cambios de estado .................... 33 2.4.3 Densidad .................................... 36 2.4.4 Viscosidad .................................. 38 2.4.5 Tensión superficial ..................... 40 2.4.6 Transparencia ............................ 45 2.4.7 Comparación de propiedades físicas del agua y otros compuestos de similar peso molecular ................... 46 2.5 Propiedades coligativas de las soluciones acuosas .................................... 47 2.5.1 Poder disolvente del agua ......... 48 2.5.2 Difusión, ósmosis y presión osmótica ................................. 50 2.5.3 Disminución de la presión de vapor .................................. 52 2.5.4 Ascenso del punto de ebullición 53 2.5.5 Descenso del punto de congelación ..................................... 54 2.6 Propiedades químicas del agua pura .. 55 2.6.1 Reacción con ácidos: PH ........... 56 2.6.2 Reacción con óxidos, metales y no metales ......................................... 56 2.6.3 Formación de hidratos ............... 57 2.7 Propiedades de las aguas naturales ... 58 2.7.1 Reacciones del agua en la naturaleza ................................... 58 2.7.2 Características del agua atmosférica ................................. 59 2.7.3 Características de las aguas continentales superficiales .................. 60 2.7.4 Características de las aguas continentales subterráneas ................. 61 2.7.5 Características de las aguas marinas................................................. 63 2.7.6 Características fisicoquímicas distintivas de las aguas marinas ......... 64 2.8 Funciones del agua en los seres vivos 67 2.8.1 Composición de los seres vivos . 67 2.8.2 El agua en organismos unicelulares, plantas y animales ......... 68 2.8.3 El agua en el ser humano .......... 69 2.8.4 Reacciones químicas en las células ....................................... 70 Resumen ..................................................... 71 Preguntas de repaso y ejercicios ............... 73 Referencias ................................................. 75 Capítulo 3 Hidrología 3.1 Objetivos del capítulo ........................... 77 3.2 Introducción .......................................... 77 3.3 Dinámica de la hidrosfera .................... 78 3.3.1 Ciclo hidrológico: Interno y externo .................................. 78 3.3.2 Fases del ciclo hidrológico ......... 78 3.3.3 Alteraciones del ciclo hidrológico ................................... 79 3.3.4 Balance hídrico general ............. 80 3.3.5 Balance hídrico específico ......... 81 3.3.5.1 Almacenamiento de agua en un lago ............................. 83 3.3.6 Modelos para el análisis de sistemas hidrológicos .......................... 86 3.3.6.1 Análisis de sistemas hidrológicos ................... 86 3.3.6.2 Ejemplos de modelos hidrológicos .................... 88 3.4 Medición de variables hidrológicas ..... 91 3.4.1 Precipitaciones .................... 91 3.4.1.1 Cálculo de la precipitación media de una cuenca ............................. 92 3.4.1.2 Ejemplo de cálculo de la precipitación media .... 93 3.4.2 Evaporación ......................... 97 3.4.2.1 Almacenamiento de agua en el suelo ..................... 98 3.4.2.2 Medición de la evaporación ........................ 98 3.4.3 Transpiración ....................... 100 3.4.4 Evapotranspiración ............. 101 3.4.4.1 Medición de la evapotranspiración ................ 101 3.4.5 Infiltración ........................... 106 3.4.5.1 Medición de la infiltración .............................. 108 3.4.5.2 Ecuaciones empíricas para calcular la infiltración .... 110 3.4.6 Escorrentía .......................... 112 3.4.6.1 Aplicación del balance de masas al estudio hidrológico del suelo .............. 113 3.4.6.2 Aplicación del balance hídrico al cálculo de la descarga de un acuífero ........ 115 3.5 Agua atmosférica ................................. 118 3.6 Hidrología continental .......................... 120 3.6.1 Ríos y arroyos ............................. 121 3.6.1.1 Morfología y clasificación de los ríos ...................................... 123 3.6.2 Lagos .......................................... 125 3.6.2.1 Estratificación de los lagos ........................................ 126 3.6.2.2 Productividad biológica de los lagos ................................... 127 3.6.3 Embalses .................................... 130 3.6.4 Glaciares .................................... 133 3.6.4.1 Formación de los glaciares .................................. 133 3.6.4.2 Clasificación de los glaciares .................................. 134 3.6.4.3 Fluctuaciones de los glaciares .................................. 136 3.6.5 Aguas subterráneas ................... 138 3.6.5.1 Origen de las aguas subterráneas ...................... 138 3.6.5.2 Clasificación de los acuíferos .................................. 139 3.6.6 Ecosistemas acuáticos .............. 142 3.6.6.1 Ecosistemas de agua dulce..................................... 143 3.6.6.2 Ecosistemas de aguas salobres .............................. 144 3.7 Hidrología oceánica ............................. 145 3.7.1 Olas............................................. 145 3.7.2 Mareas ....................................... 147 3.7.3 Circulación oceánica .................. 150 3.7.3.1 Componentes de la circulación oceánica ..................... 150 3.7.3.2 Cinta transportadora oceánica ........................................ 151 3.7.3.3 Otros factores que generan o afectan la circulación oceánica . 151 3.7.3.4 Efectos de las corrientes superficiales ................ 154 3.7.3.5 El fenómeno El Niño/La Niña (fenómeno ENOS) .......................... 155 3.7.3.6 Efectos de los océanos sobre el clima ................................ 158 3.7.3.7 Biomas.............................. 158 3.7.3.8 Biomas estuarianos y oceánicos ...................................... 159 Resumen ..................................................... 162 Preguntas de repaso y ejercicios ............... 166 Referencias ................................................. 170 Capítulo 4 Meteorología 4.1 Objetivos del capítulo ........................... 177 4.2 Introducción a la meteorología ............ 178 4.3 Composición y estructura de la atmósfera ........................................... 179 4.4 Radiación solar ..................................... 182 4.5 Variables meteorológicas ..................... 185 4.5.1 Presión atmosférica ................... 185 4.5.2 Temperatura ............................... 190 4.5.3 Agua en la atmósfera .................192 4.5.3.1 Humedad ..........................193 4.5.3.2 Nubes ...............................194 4.5.3.3 Niebla ...............................196 4.5.3.4 Precipitación.....................197 4.5.3.4.1 Precipitación líquida ...................................198 4.5.3.4.2 Medición de la lluvia..................................200 4.5.3.4.3 Precipitación sólida.....................................200 4.5.3.4.4 Medición de la precipitación de nieve........201 4.5.4 Sequía ......................................... 202 4.6 Movimientos del aire ............................ 203 4.6.1 Movimiento vertical .................... 203 4.6.2 Movimientos horizontales .......... 205 4.6.2.1 Viento................................ 205 4.6.2.2 Medición de la velocidad y dirección del viento .................... 206 4.6.3 Frentes ........................................ 209 4.6.3.1 Frente frío ......................... 209 4.6.3.2 Frente cálido .................... 210 4.6.3.3 Frente ocluido .................. 210 4.6.4 Circulaciones .............................. 211 4.6.4.1 Circulaciones locales ....... 211 4.6.4.1.1 Brisas .................. 212 4.6.4.1.2 Monzones ........... 212 4.6.4.2 Circulación general en la atmósfera ............................. 212 4.6.5 Movimientos violentos ............... 214 4.6.5.1 Tormenta .......................... 215 4.6.5.2 Huracán............................ 215 4.6.5.3 Tornado ............................216 4.7 Climatología .......................................... 217 4.7.1 Factores que condicionan el clima ............................ 217 4.7.1.1 Factores ambientales ...... 218 4.7.1.2 Factores geográficos ....... 219 4.7.2 Predicción del tiempo ................ 219 4.7.3 Confección de un climograma ... 220 4.7.4 Tipos de climas .......................... 222 4.7.5 Cambio climático ....................... 226 4.7.5.1 Gases de Efecto invernadero (GEI)............... 228 4.7.5.2 Cambio climático global .. 231 Resumen ..................................................... 235 Preguntas de repaso y ejercicios ............... 242 Referencias ................................................. 243 Capítulo 5 Hidráulica 5.1 Objetivos del capítulo ........................... 245 5.2 Introducción ........................................ 246 5.3 Hidrostática .......................................... 247 5.3.1 Fuerza y empuje ......................... 247 5.3.2 Ley de Pascal ............................. 248 5.3.3 Ley de Stevin .............................. 249 5.3.4 Empuje hidrostático ................... 250 5.4 Hidrodinámica ...................................... 254 5.4.1 Ecuación de continuidad ........... 254 5.4.2 Teorema de Bernoullli................ 256 5.4.3 Singularidades ........................... 258 5.4.3.1 Orificios ............................ 258 5.4.3.2 Vertedores o vertederos .. 262 5.5 Flujo de fluidos en conductos .............. 263 5.5.1 Flujo en tuberías ........................ 263 5.5.2 Flujo en canales ......................... 266 5.5.2.1 Cálculo de flujo en un canal trapezoidal ..................... 266 5.5.2.2 Bases para el diseño de canales de riego y drenaje ...... 270 5.6 Balsas de riego ..................................... 273 5.6.1 Tipos de balsas según su constitución .......................... 274 5.6.2 Etapas previas para la XII | Contenido __________________________________________________ construcción de una balsa impermeabilizada ...................... 275 5.6.2.1 Lugar del emplazamiento.............................. 275 5.6.2.2 Geología, hidrología y demandas de agua ....................... 276 5.6.2.3 Aportes y requerimientos de agua .......................................... 276 5.6.2.4 Formas geométricas de las balsas ................................. 276 5.6.2.5 Componentes de las balsas ......................................277 5.6.2.6 Construcción de las balsas ...................................... 278 5.7 Bombas hidráulicas .............................. 280 5.7.1 Bomba centrífuga ....................... 280 5.7.2 Relaciones entre altura manométrica, caudal y potencia de bombas ............................ 281 5.8 Extracción de aguas subterráneas ...... 286 5.8.1 Prospección de aguas subterráneas ........................................ 286 5.8.2 Captación de aguas subterráneas ........................................ 287 5.8.3 Propiedades hidráulicas de los acuíferos .................................... 289 5.8.3.1 Porosidad del material que forma un acuífero ..................289 5.8.3.2 Permeabilidad ..................292 5.8.3.3 Transmisividad .................292 5.8.3.4 Coeficiente de almacenamiento ...........................293 5.8.4 Ensayo de bombeo .....................293 Resumen .....................................................297 Preguntas de repaso y ejercicios ............... 302 Referencias ................................................. 305 Índice analítico
En el año 2000 más de 1,000 millones de personas carecían de agua potable y en el 2010 los humanos consumimos entre el 70% y 90% del agua disponible; estas cifras dan cuenta de lo fundamental que es adquirir conocimientos, comprender, analizar y aportar soluciones para un mejor uso del líquido.
La presente obra aborda temas de mucha importancia y complejidad como las fuentes desde donde obtiene el agua, los procedimientos para obtener agua potable y la utilización industrial de ésta enmarcada en el desarrollo sustentable.
Los problemas actuales relativos a estos temas precisan de conocimientos y comprensión cabales con los cuales se pueda hacer frente a ellos. Es necesario comprender la problemática referente a la disposición de agua en calidad y cantidad para poder buscar soluciones al abastecimiento actual y futuro de este vital recurso. Este libro contribuye al aumento de propuestas adecuadas para la gestión sustentable del agua.