我们的水系统是一个灾难 - 我们怎样才能改变这种状况？

这篇文章最初出现在Ensia。

发达国家的人们打开水龙头，就能得到安全的饮用水，他们往往认为这是一种显著的健康益处。

去年，密歇根州弗林特市的儿童铅中毒检测呈阳性，源头被查出来自自来水，这种自满情绪被戏剧性地打破了。但是弗林特不应该出其不意地袭击任何人;事实上，水务行业的专业人士多年来一直在发出警告。

发达国家的许多水利基础设施已经建成70〜100年前并且正接近其使用寿命的尽头。美国水利工程协会(American Water Works Association)表示，我们已经进入了“替代时代”，在这个时代，我们必须重建“前几代人遗留给我们的供水和废水处理系统”。

根据材料和环境的不同，大多数管道的使用寿命为60 - 95年。处理厂的机械和电子部件可以使用15到25年。如果不及时升级，我们可能会看到水质恶化，出现更多的铅或砷中毒、细菌和病毒污染事件，以及越来越多的破坏供水系统的泄漏，并导致昂贵的紧急维修。

在2013土木工程师的美国社会给美国的饮用水系统打了D级。全美每年有24万水管爆裂，大约每两分钟就有一次。每年，全世界有超过410亿立方码的处理水因为泄漏而流失——这些水足够供应近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。但大自然母亲并不收集水，处理它，并通过管道输送。

虽然在美国的饮用水仍然相当安全的整体，与细菌或病毒污染定期使人生病。在2011- 2012年，全国锯32例与饮用水有关的疾病暴发，造成431例疾病和14例死亡美国疾病控制和预防中心(Centers for Disease Control and Prevention)的数据显示，美国人的健康状况不太好。

根据AWWA的预测，在未来的25年里，升级美国超过100万英里的饮用水管道和其他供水基础设施，并扩大供水系统以满足日益增长的人口的需求，预计将花费超过1万亿美元。

尽管需要的财政投资令人难以置信，推迟升级可能意味着水管漏水或处理设施过时导致水质下降，服务中断，甚至更高的成本:在发霉的建筑物或弯曲的道路上，防止漏水比修复水损坏要便宜得多。

要进行有针对性的分流，新的技术 - 传感器，智能电表和数据管理平台 - 正在帮助水管理人员就如何分配宝贵的资金和保持领先地位的问题，明智的决策。

“我们鼓吹资产管理。不要一年只更换百分之X的管道，”美国管道协会立法主任汤米·霍姆斯说。“对你的系统进行分析，选择哪2%的管道需要更换，而不是只关注一个地理区域。你首先要更换濒临失败的管道。”

科技阿森纳

有助于使这些战略决策是水表，它们将以高科技。城市已经开始在客户的房屋和企业安装智能电表测量水的使用。

由于先进的水表基础设施(在业界被称为AMI)可以通过无线技术实时地将用水量的数据传输到中央办公室，它可以“告诉你更多的东西，而不仅仅是用水量。美国总部设在科罗拉多州的一个全球性的工程公司，帮助城市规划升级水利基础设施，选择技术和设备集成到一个单一的管理体系。

汤普森说，AMI米，可通过发现异常的使用模式，找到客户的财产泄漏。它们还可以在街上下的管道破裂，从而产生吸力和打水了居民住宅的零。

“如果你看到一个集群回流问题，有可能是对街道管线破裂，”汤普森说。利用这些数据，管理人员可以计算出断裂的位置和之前及时修复损坏邻近的房屋和道路。

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，传感器是用来测量水的特定化学特性的。传感器装在一个圆柱形盒子里，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。对于其水管理系统，CH2M通常使用三种类型的传感器，Thompson说。饮用水有一个标准的化学成分，所以传感器被设计用来发现偏差，而不是测试个别污染物。如果传感器显示出异常，就会提醒水质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。

“有化合物的几十万，”汤普森说。“你可以不看一切。”

CH2M公司的客户通常使用的传感器花费一对夫妇的每一千元，汤普森说。更大的效用比如提供德克萨斯州达拉斯市的一个，可以使用10至20个传感器，他一边说，一边一个非常小的一个服务几千人“可能会逃脱与一个或两个。”

在安大略省汉密尔顿的麦克马斯特大学的研究人员正在研究一种不同的方法对水的传感器技术 - 一个是大为低廉。盖伊Yuyitung，麦克马斯特产业联络处的执行董事表示，大学的研究人员正在制造的传感器，成本大约$ 10

R研究人员正通过将传感器小型化(大约芝麻籽大小)以及使用低成本材料和制造方法来实现这一大幅降价。“这是像制作使用喷墨打印机的传感器，而不是高度专业化制造，” Yuyitung说，‘他们正在减少的部件，以便它可以大量廉价地制造。’

麦克马斯特大学的工程学教授Jamal Deen和他的团队，包括工程系的同事Raja Ghosh和Ravi Selvaganapathy，已经研制成功可以检测氯和pH值的化学传感器在饮用水。在基础材料上，他们可以申请不同的化学接口，因此传感器可以测试各种污染问题。在未来，这种创新的传感器可能使这些技术更容易达到，特别是对小型供水设施。在美国，社区水系统的84.5％的发球只有不到3300人。

由于传感器价格低廉且可以无线通讯，它们还可以用于确保尚未接入城市水处理系统的偏远小社区的安全饮用水，比如加拿大北部的第一民族社区或印度的乡村。

新的水利基础设施建设需要，以满足全球日益增长的人口的需求，但它的建成之前，甚至，社区可以从衡量其水质的技术中获益。生活过水格的人可能会使用传感器来测试他们的湖泊，河流或井，以确定是否，比方说，天然产生的砷在他们的供水尖或奶牛近期有浴室休息上游。

系统管理

软件为优先升级市政供水基础设施提供了另一种技术工具。两大玩家是微软的CityNext和IBM的智慧城市，其分析从智能仪表，传感器和其他来源的数据，以查明出现泄漏和污染。

迈阿密戴德县的公园系统，每年使用超过3亿加仑的水，正在使用IBM的平台来检测水资源消耗的不规律，并派遣公园管理人员来检查它们。

“我们从字面上节省几个月发现和反应需要那些修理，”杰克Kardys，迈阿密 - 戴德县公园，康乐及休憩用地部主任说。该部门预计它每年$ 4万水费7〜12％的节省。

CH2M还为水务公司提供系统管理平台，帮助运营商主动解决问题，而不是被动应对，Thompson说。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，尽管这些系统的设计初衷是为了保护饮用水不受污染，但这些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在于将以前筒仓式的各种信息流——水流量、基础设施状况、水质——汇集到一个地方。

IBM智能水资源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出弗林特的主要危险。“弗林特的部分问题是没有真正的能见度，”他说。“有大量的信息，但直到很久以后，问题才真正进入人们的视野。”

数据平台如IBM与CH2M的可以结合其他重要信息，以及，如在一定区域内的材料和管道的年龄和在本地环境中的预期寿命。他们还可以近乎实时地标志问题时，有关泄漏或在特定区域改变水质广大客户来电超过基线的阈值。

依托客户的目光在地面上并不新鲜。1993年隐孢子虫汤普森说，密尔沃基爆发的易蒙停疫情最初引起了40万人的生病，当时当地一家药店打电话给公共卫生官员，称无法储备易蒙停。

对于那些还没有智能电表或传感器的系统来说，人工反馈尤为重要。正如沙利文所说，“把公民当作传感器”在发展中国家尤其流行。在南非，人们测试了ibm赞助的一款叫做WaterWatchers沙利文说，这使他们能够通过手机报告泄漏、污染或水流阻塞等问题。

资金问题

虽然智能技术可以帮助水务更精明的决定花费资本投资美元,可能攒钱总的来说,还有哪里有问题的1万亿美元美国自来水厂协会(AWWA预计我们需要解决饮用水境况不佳的美国基础设施在未来25年。

在美国美国联邦、州和地方政府支出投资1,090亿元兴建水务基建(PDF)(包括供水和污水处理设施，以及饮用水处理和交付)，根据国会预算办公室的数据。其中只有三分之一——大约360亿美元——用于资本投资，如新管道或更新饮用水处理设施。

这些美元从当地水资源费，免税市政债券来主要是和EPA的州立净水循环基金，其分配$ 863万美元的赠款（PDF）在2016财政年度向各州提供饮用水设施。2014年，国会制定了一项新的低息贷款计划，但尚未为此拨款。

这些钱是不够的。要达到所需的1万亿美元以上的投资，美国每年平均需要花费400亿美元。在水务公司每年用于资本投资的360亿美元中，不到一半(180亿美元)可能用于饮用水，其余的用于废水处理、雨水控制和新供水。

这家跨国专业服务公司表示，通过公私合作方式进行私人投资，可能是陷入困境的市政当局的出路莎莉(PDF)尽管存在两大障碍。企业通常回避对水基础设施的投资，因为水部门受到严格监管，而且由于人们的健康受到威胁，因此对变化持保守态度。

人权活动人士长期以来一直担心，让企业参与供水将导致对穷人来说水价格过高，当水对生命至关重要时，这是一种无法维持的局面。尽管如此，在3月22日世界水日，当白宫水峰会宣布150多家公司承诺提供40亿美元的私人资金来改善美国的水基础设施时，私人投资供水的趋势又向前迈进了一步。

最终，消费者可能不得不这么做为水付出更多因此，公用事业公司反过来有资金来取代老化的基础设施。根据AWWA的数据，大多数美国人为每1000加仑的水支付不到3.75美元。美国水协会立法主任汤米·霍姆斯说，这大大低估了安全饮用水的价值。

他说:“人们认为，因为水是一种自然存在的东西，从天上掉下来，所以不应该很贵。”“但大自然母亲并不收集水，处理它，并通过管道输送。人们这样做了，他们需要得到报酬。”