我们的水系统是一场灾难-我们如何改变？

本文最初出现在Ensia。

发达国家的人们打开水龙头和安全饮用水，这是他们通常认为理所当然的巨大健康益处。

去年，密歇根州弗林特市的儿童开始检测出铅中毒呈阳性，而铅中毒的源头是自来水，这种自满情绪被极大地打乱了。但弗林特不应该让任何人感到意外；事实上，水行业的专业人士多年来一直在发出警报。

许多发达国家的水利基础设施建70到100年前它的使用寿命已接近尾声。美国水务协会表示，我们已经进入了“替代时代”，在这个时代，我们必须重建“前几代遗留给我们的水和废水系统”。

大多数管道的使用寿命为60至95年，这取决于它们的材质和所处的环境。处理厂的机械和电气部件可使用15至25年。如果不及时升级，我们很可能看到水质恶化，更多的铅或砷中毒事件以及细菌和病毒污染，越来越多的泄漏破坏了供水服务，导致昂贵的紧急维修。

2013年美国土木工程师学会给美国饮用水系统的评级是D。在美国，每年有24万条水管爆裂，或者说每两分钟就有一条。每年，全世界有超过410亿立方码的处理过的水因为渗漏而流失，这些水足以供应近4亿人，根据世界银行(PDF)。

人们有这样的想法，因为水是自然产生的东西，从天上掉下来，它不应该是昂贵的。但是大自然母亲不会收集水，处理水，然后通过管道输送。

尽管美国的饮用水总体上还是很安全的，但是细菌或病毒的污染经常会让人生病。2011-2012年，美国32起与饮用水有关的疾病暴发，造成431起病例和14人死亡美国疾病控制与预防中心(Centers for Disease Control and Prevention)的数据显示，

AWWA预计，在未来25年里，升级美国超过100万英里的饮用水管道——以及其他水基础设施——和扩展系统以满足不断增长的人口的需求，将花费超过1万亿美元。

Although the financial investment required is mind-boggling, putting off upgrades can mean degraded water quality from leaky pipes or outdated treatment facilities, service interruptions and even higher costs: It’s much cheaper to prevent a leak than to fix water damage afterward in moldy buildings or buckled roads.

为了进行有针对性的分类，新技术——传感器、智能仪表和数据管理平台——正在帮助水资源管理者就如何分配宝贵的资金和保持领先地位作出明智的决定。

“我们宣扬资产管理。不要只是每年更换百分之X的管道，”AWWA的立法主任Tommy Holmes说。“对你的系统进行分析，选择哪2%的管道需要更换，而不是仅仅关注一个地理区域。”你首先要做的是更换处于故障边缘的管道。”

技术武器库

帮助做出这些战略决策的是水表，水表正在向高科技方向发展。城市开始在客户家和企业安装智能水表来测量用水。

由于先进的水表基础设施（在企业中称为AMI）可以通过无线技术将用水数据实时传输到中央办公室，它可以“告诉你的不仅仅是用水量，”智能水解决方案的副主任Ken Thompson说美国一家总部位于科罗拉多州的全球性工程公司，帮助市政当局规划水基础设施的升级，选择技术，并将设备集成到一个单一的管理系统中。

汤普森说，AMI meters可以通过发现不寻常的使用模式来发现客户财产上的漏洞。他们还可以把注意力集中在街道下的管道破裂上，这会产生吸力，并从居民家中抽取水。

汤普森说：“如果你看到一个有回流问题的集群，那条街上很可能有管道破裂。利用这些数据，管理人员可以计算出断裂的位置，并在断裂损坏附近的房屋和道路之前及时修复。

传感器是现代水基础设施的另一个关键组成部分，用于检测泄漏和污染。水直接通过传感器，传感器被设计用来测量水的特定化学特性。传感器装在一个圆柱形的盒子里，通常由金属或塑料制成，8到12英寸长，可以直接拧入管道。

圆柱体还包含用于数据收集和通信的电子设备。汤普森说，CH2M的水管理系统通常使用三种类型的传感器。饮用水具有标准的化学成分，因此传感器的设计是为了发现偏差，而不是检测单个污染物。如果传感器显示出异常，就会提醒供水管理人员对水进行检测，以确定变化的原因以及是否对公众健康有害。

“有几十万种化合物，”汤普森说你不能什么都看。”

汤普森说，CH2M的客户使用的传感器通常每台要花费几千美元。他说，一个更大的公用事业公司，比如德克萨斯州达拉斯市的公用事业公司，可能会使用10到20个传感器，而一个真正为几千人服务的小型公用事业公司“可能会逃脱一两个传感器的惩罚”

在安大略省汉密尔顿市的麦克马斯特大学，研究人员正在研究一种不同的水传感器技术——一种非常便宜的技术。麦克马斯特工业联络办公室执行主任盖伊·尤伊东（Gay Yuyitung）表示，大学研究人员正在努力生产成本约为10美元的传感器。

R研究人员通过将传感器小型化(缩小到芝麻大小)，并使用低成本的材料和制造方法，实现了这一戏剧性的价格削减。“这是就像用喷墨打印机制造传感器，而不是高度专业化的制造他们正在减少零部件，以便廉价批量生产。”

麦克马斯特学院的工程学教授贾马尔·迪恩和他的团队，包括工程学院的同事拉贾·高希和拉维·塞尔瓦甘纳帕蒂，已经取得了进展能够检测氯和pH值的化学传感器在饮用水中。在基本材料的基础上，他们可以应用不同的化学界面，这样传感器就可以测试各种污染问题。在未来，传感器的这种创新可能会使这些技术更容易获得，特别是对于小型水务公司。在美国，84.5%的社区供水系统服务于不到3300人。

由于传感器价格低廉，并且可以无线通信，它们还可以用于帮助确保尚未连接到市政水处理系统的偏远小社区的安全饮用水，例如加拿大北部的原住民社区或印度的农村村庄。

新的水基础设施需要满足全世界不断增长的人口的需要，但即使在建成之前，社区也可以受益于测量其水质的技术。生活在水网之外的人们可能会使用这些传感器来测试他们的湖泊、溪流或水井，以确定是否，比如说，他们的供水中自然产生的砷，或者奶牛最近在上游的浴室休息。

系统管理

软件提供了另一种技术工具，用于优先升级市政供水基础设施。两大玩家是微软的CityNext和IBM的智慧城市，它分析来自智能仪表、传感器和其他来源的数据，以查明正在出现的泄漏和污染。

迈阿密 - 戴德县的公园系统，每年使用的水超过3亿加仑采用IBM的平台，以检测用水量和调度公园管理人员违规检查出来。

迈阿密戴德县公园、娱乐和开放空间局局长杰克·卡戴斯说：“我们确实节省了几个月的时间来寻找和应对那些需要的维修工作。”。该部门预计每年400万美元的水费将节省7%至12%。

汤普森说，CH2M还为水务公司提供了一个系统管理平台，帮助运营商主动解决问题，而不是被动应对。2013年，在美国环境保护署的资助下，CH2M在费城、纽约、达拉斯和旧金山安装了监测和响应系统。

汤普森说，尽管这些系统是为了保护饮用水不受污染而设计的，但城市却把它们用于日常的水质管理。他说，CH2M已经在美国建成了大约12个大型供水系统，在世界各地建成了数千个不同规模的供水系统。

传感器是现代水基础设施的另一个关键组成部分，用于检测泄漏和污染。

数据平台的真正优势是将以前孤立的各种信息流（水流量、基础设施状况、水质）汇集在一个位置。

IBM智能水管理公司的销售经理迈克尔·沙利文说，这样的系统可以更快地识别弗林特的铅危害。他说:“弗林特的部分问题在于没有真正的能见度。”“有很多信息，但直到很久以后，这个问题才真正显现出来。”

IBM和CH2M这样的数据平台还可以包含其他重要信息，例如某个区域管道的材料和使用年限，以及它们在本地环境中的预期寿命。当客户打电话询问某个特定区域的漏水或水质变化超过基线阈值时，它们还可以近乎实时地标记出问题。

依靠顾客的眼睛看地面并不是什么新鲜事。1993年微小隐孢子虫汤普森说，密尔沃基的一家当地药店打电话给公共卫生官员，称无法保证伊莫迪的库存，这一疫情最初被标记为40万人患病。

人的反馈是对于还没有智能仪表或传感器的系统尤其重要。“治公民如传感器”，因为沙利文的说法，是在发展中国家特别受欢迎。在南非，人们测试称为IBM赞助的应用水表沙利文说，这使得他们能够通过手机报告诸如泄漏、污染或水流障碍等问题。

资金问题

尽管智能技术可以帮助水务公司更明智地决定在哪里花费资本投资美元，从而整体上可能节省资金，但仍存在着一个问题，即从哪里获得AWWA预测的1万亿美元，我们将需要在下一个25年内修复陷入困境的美国饮用水基础设施。

在美国，联邦，州和地方政府花对水基础设施$ 109十亿（PDF）据国会预算办公室（Congressional Budget Office）称，2014年（包括供水和污水处理设施以及饮用水处理和输送）。其中只有三分之一——约360亿美元——用于新管道或更新的饮用水处理设施等资本投资。

这些资金主要来自地方水费、免税市政债券和环保署的清洁水务国家循环基金，该基金拨款8.63亿美元赠款（PDF）在2016财政年度向各州提供饮用水设施。国会在2014年制定了一项新的低息贷款计划，但尚未拨款。

这些资金是不够的。要达到所需的1万亿美元以上的投资，美国每年平均需要支出400亿美元。在水务设施每年360亿美元的资本投资中，不到一半(180亿美元)可能用于饮用水，其余用于废水处理、雨水控制和新供应。

根据这家跨国专业服务公司的说法，通过公私伙伴关系进行私人投资可能是陷入困境的市政当局的一条道路EY（PDF）尽管有两大障碍。企业通常会回避水基础设施投资，因为水行业受到严格监管，对变革持保守态度，因为人们的健康受到威胁。

长期以来，人权活动人士一直担心，让企业参与供水将导致穷人的价格过高，在水对生命至关重要的情况下，这种情况是站不住脚的。尽管如此，私人投资供水的趋势还是向前迈进了一步，3月22日是世界水日，白宫水事峰会宣布，150多家公司承诺提供40亿美元的私人资金，用于改善美国的水基础设施。

最终，客户可能不得不多花钱买水因此，公用事业反过来也有资金来替代老化的基础设施。根据美国自来水协会(AWWA)的数据，大多数美国人每1000加仑的自来水花费不到3.75美元。AWWA的立法主任汤米·霍姆斯(Tommy Holmes)说，这大大低估了安全饮用水的价值。

他说：“人们有这样的想法，因为水是从天上掉下来的一种自然现象，所以它不应该很贵。”但是大自然不会收集水，处理水，然后通过管道输送。人们这样做，他们需要得到报酬。”