La urbanización y el cambio climático están exacerbando juntos la escasez de agua, donde la demanda de agua supera la disponibilidad, para las ciudades del mundo. Cuantificamos la escasez de agua urbana global en 2016 y 2050 en cuatro escenarios socioeconómicos y de cambio climático, y exploramos posibles soluciones. A continuación, mostramos que se prevé que la población urbana mundial que enfrenta escasez de agua aumente de 933 millones (un tercio de la población urbana mundial) en 2016 a 1.693–2.373 mil millones de personas (un tercio a casi la mitad de la población urbana mundial) en 2050, con las proyecciones de India. verse más severamente afectado en términos de crecimiento de la población urbana con escasez de agua (aumento de 153–422 millones de personas). Se prevé que el número de grandes ciudades expuestas a la escasez de agua aumente de 193 a 193 a 284, incluidas 10 a 20 megaciudades.

El mundo se está urbanizando rápidamente. De 1950 a 2020, la población mundial que vive en ciudades aumentó de 800 millones (29,6%) a 4400 millones (56,2%) y se prevé que alcance los 6700 millones (68,4%) en 2050 https://population.un.org/wup/ (2018)." href="https://www.nature.com/articles/s41467-021-25026-3#ref-CR1" id="ref-link-section-d12766e472">1 . La escasez de agua, donde la demanda excede la disponibilidad, es un determinante clave de la seguridad hídrica y afecta directamente la salud y el bienestar de los residentes urbanos, la calidad ambiental urbana y el desarrollo socioeconómico 2 , 3 , 4 , 5 , 6 . En la actualidad, muchas de las poblaciones urbanas del mundo enfrentan escasez de agua 3. Se espera que el crecimiento de la población, la urbanización y el desarrollo socioeconómico aumenten la demanda de agua industrial y doméstica urbana entre un 50% y un 80% durante las próximas tres décadas 4 , 7 . Paralelamente, el cambio climático afectará la distribución espacial y el momento de la disponibilidad de agua 8 , 9 . Como resultado, es probable que la escasez de agua urbana se vuelva mucho más grave en el futuro 10 , 11 , 12 , lo que podría comprometer el logro de los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de las Naciones Unidas, especialmente el ODS 11 Ciudades y comunidades sostenibles y el ODS 6 Agua limpia y saneamiento 13 , 14 .

Por lo general, la escasez de agua urbana se ha abordado a través de la ingeniería y la infraestructura. Los embalses se utilizan comúnmente para almacenar agua durante períodos de disponibilidad excesiva y suministrar agua continuamente a las ciudades para evitar la escasez de agua durante los períodos secos 15 . Las plantas desaladoras se utilizan cada vez más para solucionar los problemas de déficit hídrico de las ciudades costeras 16 . Para las ciudades donde los recursos hídricos locales no pueden satisfacer la demanda, la transferencia de agua entre cuencas también puede ser una solución eficaz 17 (Tabla complementaria  8 ). Sin embargo, la inversión en infraestructura hídrica es costosa; requiere recursos humanos, energéticos y materiales sustanciales; está limitado por condiciones naturales como la ubicación geográfica y la topografía; y puede tener impactos ambientales muy significativos2 , 3 , 18 . Por lo tanto, se requiere con urgencia una comprensión integral de la escasez de agua y las posibles soluciones para las ciudades del mundo para promover futuros urbanos más sostenibles y habitables 7 , 18 , 19 .

Estudios anteriores han evaluado la escasez de agua urbana 2 , 3 , 7 , 19 (Tabla complementaria  3 ). Sin embargo, estos estudios se han visto limitados de varias formas, entre las que se incluyen: evaluar sólo un subconjunto de la población urbana (p. Ej., Ciudades grandes únicamente o enfoque regional); considerando solo una parte del problema de la escasez de agua (es decir, disponibilidad pero no extracción); o sin una perspectiva de futuro. Por ejemplo, al evaluar la escasez de agua urbana global, Flörke et al. 7 consideraron 482 ciudades (que representan solo el 26% de la población urbana mundial) en un escenario de negocios como siempre, y mientras McDonald et al. 2evaluaron una gama más amplia de ciudades y escenarios, consideraron solo la disponibilidad de agua, no las extracciones. Como resultado, persiste una incertidumbre significativa en las estimaciones de la extensión actual y futura de la escasez de agua urbana, que varía de 0,2 a 1 mil millones de personas afectadas en 2000 y de 0,5 a 4 mil millones en 2050 (Cuadro complementario  4 ). Se necesita una evaluación integral de la escasez de agua urbana mundial para identificar las ciudades en riesgo y proporcionar mejores estimaciones del número de personas afectadas.

Además, aunque muchos estudios han discutido posibles soluciones a la escasez de agua urbana, pocos han investigado la viabilidad de estas soluciones para ciudades con escasez de agua a escala global. Las soluciones propuestas incluyen explotación de aguas subterráneas, desalinización de agua de mar, mayor almacenamiento de agua en embalses, transferencia de agua entre cuencas, mejora de la eficiencia del uso del agua y gestión del paisaje urbano 2 , 3 , 14 , 19 . Sin embargo, la eficacia potencial de estas soluciones para las ciudades con escasez de agua del mundo depende de muchos factores, incluida la gravedad de la escasez de agua, la geografía e hidrogeología urbana y regional, las características socioeconómicas y la capacidad de carga ambiental 7 , 20.. Emparejar la identificación de ciudades con escasez de agua con una evaluación de posibles soluciones es esencial para orientar la inversión en la seguridad hídrica urbana en el futuro.

En este estudio, evaluamos exhaustivamente la escasez de agua urbana global en 2016 y 2050 y la viabilidad de posibles soluciones para ciudades con escasez de agua. Primero cuantificamos los patrones espaciales de la población urbana global para 2016 con una resolución de celda de cuadrícula de 1 km 2mediante la integración de datos de población y uso de suelo urbano espacial. Luego identificamos áreas con escasez de agua en la escala de captación combinando la disponibilidad de recursos hídricos globales y los datos de demanda, y calculamos la población urbana mundial en áreas con escasez de agua en 2016. También cuantificamos la población urbana mundial en áreas con escasez de agua para 2050 en cuatro escenarios socioeconómicos y de cambio climático mediante la combinación de proyecciones modeladas del área urbana mundial, la población y la disponibilidad y demanda de agua. Finalmente, evaluamos la viabilidad de siete soluciones principales para aliviar la escasez de agua en cada ciudad afectada. Discutimos las implicaciones de los resultados para mitigar la escasez de agua urbana global y mejorar la sostenibilidad y la habitabilidad de las ciudades del mundo.

Escasez de agua urbana actual

A nivel mundial, 933 millones (32,5%) de residentes urbanos vivían en regiones con escasez de agua en 2016 (Tabla  1 , Figura  1b ) con 359 millones (12,5%) y 573 millones (20,0%) experimentando escasez de agua perenne y estacional, respectivamente. India (222 millones) y China (159 millones) tenían las poblaciones urbanas más altas que enfrentaban escasez de agua (Tabla  1 , Fig.  1c ).

a Patrones espaciales de las grandes ciudades en áreas con escasez de agua (se etiquetaron las ciudades con una población superior a 10 millones en 2016). b Población urbana con escasez de agua a escala mundial. c Población urbana con escasez de agua a escala nacional (se enumeraron los 10 países con los valores más altos). Consulte los datos suplementarios sobre la escasez de agua urbana en cada cuenca.

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De las 526 grandes ciudades del mundo (es decir, población> 1 millón), 193 (36,7%) estaban ubicadas en regiones con escasez de agua (96 perennes, 97 estacionales) (Fig.  1a ). De las 30 megaciudades (es decir, población> 10 millones), 9 (30,0%) estaban ubicadas en regiones con escasez de agua (Tabla  2 ). Seis de estos, incluidos Los Ángeles, Moscú, Lahore, Delhi, Bangalore y Beijing, estaban ubicados en regiones con escasez de agua perenne y tres (Ciudad de México, Estambul y Karachi) tenían escasez de agua estacionalmente (Figura  1a ).

Escasez de agua urbana en 2050

A escala mundial, se proyectó que la población urbana que enfrenta escasez de agua aumentará rápidamente, llegando a 2.065 (1.693–2.373) mil millones de personas para 2050, un 121.3% (81.5–154.4%) de aumento desde 2016 (Tabla  1 , Fig.  2a ). Se proyectó que 840 (476–905) millones de personas enfrentarán una escasez de agua perenne y 1.225 (0,902–1,647) mil millones de personas enfrentarán una escasez de agua estacional (Tabla  1 ). Se proyectó que el crecimiento de la población urbana de la India en las regiones con escasez de agua será mucho mayor que en otros países (Figura  2b ), aumentando de 222 millones de personas a 550 (376-644) millones de personas en 2050 y representando el 26,7% (19,2% -31,2 %) de la población urbana mundial que enfrenta escasez de agua (Tabla  1 ).

a Cambios en la población urbana con escasez de agua a escala mundial. Las barras presentan los resultados simulados utilizando la media del conjunto de la escorrentía de los GCM, los valores totales (es decir, perennes y estacionales) y los porcentajes están etiquetados. Las cruces (gris / negro) presentan los resultados simulados (total / perenne) usando la escorrentía de cada GCM. b Cambios en la población urbana con escasez de agua a escala nacional (se enumeraron los 10 países con los valores más altos). Las barras presentan los valores totales simulados utilizando la media del conjunto de la escorrentía de los GCM. Las cruces presentan los valores totales simulados usando la escorrentía de cada GCM. Consulte los datos suplementarios sobre la escasez de agua urbana en cada cuenca.

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Se proyectó que casi la mitad de las grandes ciudades del mundo estarán ubicadas en regiones con escasez de agua para el año 2050 (Figura  3 , Figura complementaria  3 ). Se proyectó que el número de grandes ciudades que enfrentan escasez de agua en al menos un escenario aumentará a 292 (55,5%) para 2050. Se proyectó que el número de megaciudades que enfrentan escasez de agua en al menos un escenario aumentará a 19 (63,3%), incluidos 10 nuevas megaciudades (es decir, El Cairo, Dhaka, Yakarta, Lima, Manila, Mumbai, Nueva York, Sao Paulo, Shanghai y Tianjin) (Tabla  2 ).

Solo se enumeran las ciudades con escasez de agua. Las ciudades con una población> 10 millones en 2016 están etiquetadas.

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Factores que influyen en la escasez de agua urbana

El crecimiento de la población urbana y la demanda de agua será el principal factor que contribuya al aumento de la escasez de agua urbana (Fig.  4 ). De 2016 a 2050, se proyectó que el crecimiento de la población, la urbanización y el desarrollo socioeconómico aumentarían la demanda de agua y contribuirían a que 0,990 (0,829-1,135) mil millones de personas adicionales se enfrentaran a la escasez de agua urbana, lo que representa el 87,5% (80,4-91,4%) del total. incremento. Se proyectaba que el cambio climático alteraría la disponibilidad de agua y aumentaría la población urbana sujeta a escasez de agua en 52 (-72-229) millones, lo que representa el 4,6% (-9,0-18,4%) del aumento total.

Las barras presentan los resultados simulados utilizando la media del conjunto de la escorrentía de los GCM, las cruces presentan los resultados simulados utilizando la escorrentía de cada GCM.

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Posibles soluciones a la escasez de agua urbana

La escasez de agua podría aliviarse en 276 (94,5%) ciudades grandes, incluidas 17 (89,5%) megaciudades, mediante las medidas evaluadas (Tabla  3 , Tabla complementaria  5 ). Entre estas, 260 (89,0%) ciudades tienen la opción de implementar dos o más medidas. Por ejemplo, Los Ángeles puede adoptar la desalinización, la explotación de aguas subterráneas, la transferencia de agua entre cuencas y / o el comercio de agua virtual (Tabla  3 ). Sin embargo, 16 grandes ciudades, incluidas dos megaciudades (es decir, Delhi y Lahore) en la India y Pakistán, están restringidas por la geografía y los niveles de desarrollo económico, lo que dificulta la adopción de cualquiera de las posibles soluciones para la escasez de agua (Tabla  3 ).

El comercio doméstico de agua virtual fue la solución más eficaz, que podría aliviar la escasez de agua en 208 (71,2%) ciudades grandes (incluidas 14 (73,7%) megaciudades). La transferencia de agua entre cuencas podría ser eficaz para 200 (68,5%) ciudades grandes (incluidas 14 (73,7%) megaciudades). La explotación de aguas subterráneas podría ser eficaz para 192 (65,8%) grandes ciudades (incluidas 11 (57,9%) megaciudades). La transferencia internacional de agua y el comercio de agua virtual mostraron potencial para 190 (65,1%) grandes ciudades (incluidas 10 (52,6%) megaciudades). La construcción de embalses podría aliviar la escasez de agua en 151 (51,7%) ciudades grandes (incluidas 10 (52,6%) megaciudades). La desalinización de agua de mar tiene el potencial de aliviar la escasez de agua en 146 (50,0%) ciudades grandes (incluidas 12 (63,2%) megaciudades). Además, la escasez de agua en 68 (23,3%) ciudades grandes, incluidas cinco megaciudades (es decir, Nueva York,