Сохранение водных ресурсов направлено на устойчивое управление природными ресурсами пресной воды , защиту гидросферы и удовлетворение текущих и будущих потребностей человека . Сохранение водных ресурсов позволяет избежать дефицита воды . Оно охватывает все политики, стратегии и действия для достижения этих целей. Население, размер домохозяйства, рост и достаток влияют на то, сколько воды используется.
Изменение климата и другие факторы увеличили давление на природные водные ресурсы . Это особенно касается производства и сельскохозяйственного орошения . [1] Многие страны успешно внедрили политику по сохранению и экономии воды. [2] Существует несколько ключевых мероприятий по сохранению воды. Одним из них является полезное сокращение потерь воды , использования и растраты ресурсов. [3] Другим является предотвращение любого ущерба качеству воды . Третьим является улучшение практики управления водными ресурсами , которая сокращает использование или увеличивает полезное использование воды. [4] [5]
Существуют технологические решения для бытовых, коммерческих и сельскохозяйственных нужд, позволяющие сократить . Программы по экономии воды, связанные с социальными решениями, обычно инициируются на местном уровне либо муниципальными службами водоснабжения , либо региональными органами власти.
Цели усилий по сохранению водных ресурсов включают в себя:
Основными мероприятиями по экономии воды являются:
Одной из стратегий сохранения воды является сбор дождевой воды . [8] Рытье прудов, озер, каналов, расширение водохранилищ и установка водосборных желобов и систем фильтрации в домах — это различные методы сбора дождевой воды. Многие люди во многих странах держат чистые емкости, чтобы кипятить ее и пить, что полезно для снабжения водой нуждающихся. [8] Собранную и отфильтрованную дождевую воду можно использовать для туалетов, домашнего садоводства, полива газонов и мелкого сельского хозяйства . [8]
Другая стратегия сохранения воды — защита ресурсов грунтовых вод . Когда выпадают осадки, часть из них просачивается в почву и уходит под землю. [ 9] Вода в этой зоне насыщения называется грунтовыми водами. [9] Загрязнение грунтовых вод приводит к тому, что запасы грунтовых вод не могут использоваться в качестве источника пресной питьевой воды, а естественная регенерация загрязненных грунтовых вод может занять годы. [10] Некоторые примеры потенциальных источников загрязнения грунтовых вод включают резервуары для хранения, септики , неконтролируемые опасные отходы , свалки , атмосферные загрязнители , химикаты и дорожные соли . [10] Загрязнение грунтовых вод снижает пополнение доступной пресной воды, поэтому принятие превентивных мер по защите ресурсов грунтовых вод от загрязнения является важным аспектом сохранения воды. [8]
Дополнительной стратегией сохранения водных ресурсов является применение устойчивых методов использования ресурсов грунтовых вод. [8] Грунтовые воды текут под действием силы тяжести и в конечном итоге сбрасываются в ручьи. [9] Избыточная откачка грунтовых вод приводит к снижению уровня грунтовых вод, и если продолжать, то это может истощить ресурс. [8] Грунтовые и поверхностные воды связаны, и чрезмерное использование грунтовых вод может сократить и, в крайних случаях, уменьшить водоснабжение озер, рек и ручьев. [10] В прибрежных районах чрезмерная откачка грунтовых вод может увеличить проникновение соленой воды , что приводит к загрязнению водоснабжения грунтовых вод. [10] Устойчивое использование грунтовых вод имеет важное значение для сохранения водных ресурсов.
Основополагающим компонентом стратегии сохранения водных ресурсов является коммуникация и образовательная деятельность в рамках различных программ по водным ресурсам. [11] Развитие коммуникации, которая обучает науке управляющих земельными ресурсами, политиков, фермеров и широкую общественность, является еще одной важной стратегией, используемой в сохранении водных ресурсов. [11] Информирование о науке о том, как работают водные системы, является важным аспектом при создании плана управления для сохранения этой системы и часто используется для обеспечения реализации правильного плана управления. [11]
Сохранение воды чрезвычайно важно для сохранения среды обитания диких животных. В умеренных регионах есть много организмов, которые страдают от нехватки воды. [12] Кроме того, многие пресноводные организмы все больше ощущают воздействие загрязнения воды, поскольку оно нарушает экосистему. [12]
« Всемирный день водных ресурсов » отмечается 22 марта. [13]
Программы по экономии воды, связанные с социальными решениями, обычно инициируются на местном уровне муниципальными службами водоснабжения или региональными органами власти. Обычные стратегии включают кампании по информированию общественности, [14] многоуровневые тарифы на воду (взимание более высоких цен по мере увеличения потребления воды) или ограничения на использование воды на открытом воздухе, например, для полива газонов и мытья автомобилей. [15] Города в сухом климате часто требуют или поощряют установку ксерискейпинга или естественного озеленения в новых домах для сокращения использования воды на открытом воздухе. [16] Большая часть использования воды на открытом воздухе в городах Калифорнии приходится на жилые помещения, [17] что иллюстрирует причину охвата как домохозяйств, так и предприятий.
Одной из основных целей сохранения является всеобщий учет воды . Распространенность учета воды в жилых домах значительно различается по всему миру. Недавние исследования показали, что потребление воды измеряется менее чем в 30% домохозяйств Великобритании. [18] Хотя индивидуальные счетчики воды часто считались непрактичными в домах с частными колодцами или в многоквартирных домах, Агентство по охране окружающей среды США подсчитало, что только измерение может сократить потребление на 20–40 процентов. [19] Помимо повышения осведомленности потребителей об их использовании воды, измерение также является важным способом выявления и локализации утечек воды . Учет воды может принести пользу обществу, предоставляя финансовый стимул для предотвращения расточительства при использовании воды. [20]
Некоторые исследователи предположили, что усилия по сохранению водных ресурсов должны быть в первую очередь направлены на фермеров, учитывая тот факт, что орошение сельскохозяйственных культур составляет 70% мирового потребления пресной воды. [21] Сельскохозяйственный сектор большинства стран важен как экономически, так и политически, и субсидии на воду являются обычным явлением. Сторонники сохранения водных ресурсов настоятельно призывают отменить все субсидии, чтобы заставить фермеров выращивать более водосберегающие культуры и применять менее расточительные методы орошения. [22]
Новые технологии предлагают потребителям несколько новых опций, такие функции, как полный и половинный смыв при использовании туалета, пытаются изменить потребление воды и отходы. Также возможно использовать/"загрязнять" воду поэтапно (оставляя использование в туалетах со смывом напоследок), тем самым позволяя больше использовать воду для различных задач в одном цикле (прежде чем ее снова нужно будет очистить, что также можно сделать на месте). Earthships часто используют такую установку.
Также доступны современные душевые головки , которые помогают сократить потери воды: старые душевые головки, как говорят, используют 5-10 галлонов в минуту, в то время как новые доступные приспособления используют 2,5 галлона в минуту и обеспечивают равное покрытие водой. [23] Другой метод заключается в прямой рециркуляции воды душа с помощью полузакрытой системы, которая включает насос и фильтр. Такая установка (называемая « душ с рециркуляцией воды ») также использовалась в доме VIRTUe LINQ. Помимо рециркуляции воды, она также повторно использует тепло воды (которое в противном случае было бы потеряно). [24] [25]
Вопреки распространенному мнению, что наиболее эффективным способом экономии воды является сокращение ее потребления (например, более короткий прием душа), [26] эксперты полагают, что наиболее эффективным способом является замена туалетов и модернизация стиральных машин; это продемонстрировали два исследования по регистрации конечного использования воды в домохозяйствах в США. [27] [28]
Водосберегающие технологии для дома включают в себя:
Умные счетчики воды также являются перспективной технологией для сокращения потребления воды в домохозяйствах. Исследование, проведенное в Валенсии, Испания, показывает потенциал, который имеет обратная связь по потреблению воды на основе умных счетчиков для экономии воды в домохозяйствах. Результаты показали, что домохозяйства, которые были оснащены умными счетчиками воды, увеличили свою экономию воды. Эта технология работает, чтобы показать людям, сколько воды они используют в своем домохозяйстве, предложить способы, которыми они могут сократить потребление воды, и стимулировать экономию воды с помощью физических вознаграждений. [29]
Многие водосберегающие устройства (например, туалеты с низким смывом), которые полезны в домах, также могут быть полезны для экономии воды в бизнесе. Другие водосберегающие технологии для бизнеса включают:
Важно рассмотреть возможность внедрения водосберегающих изменений в промышленное и коммерческое использование. Было обнаружено, что страны с высоким уровнем дохода используют примерно 59% своей воды для промышленного использования, в то время как страны с низким уровнем дохода используют 8% для промышленного использования. [30] Одно большое изменение, которое могут реализовать промышленные и коммерческие компании, — это улучшение оценки и обслуживания систем водоснабжения. [31] Легко добавлять водосберегающие приложения, но именно надлежащее обслуживание и проверка приведут к долгосрочным изменениям. Можно создать план по экономии воды, включая добавление различных целей и контрольных показателей как для сотрудников, так и для компании. [31] Другое изменение, которое могут внести промышленные и коммерческие компании, — это регулярная проверка систем потребления воды на предмет утечек или проблем. [31] Делая это, вы гарантируете, что вода не будет теряться без необходимости, и не будет лишних денег, потраченных на счета за коммунальные услуги. Третье изменение, которое могут внедрить промышленные и коммерческие компании, — это установка датчика дождя . Этот датчик должен быть в состоянии определить, когда выпадают осадки , и остановить программу, которая обычно орошает землю. После окончания дождя датчик должен снова включить программу и возобновить нормальный цикл полива. [32]
Вода является неотъемлемой частью орошения. Растения всегда забирают много грунтовых вод, поэтому грунтовые воды следует пополнять. Для орошения сельскохозяйственных культур оптимальная эффективность использования воды означает минимизацию потерь из-за испарения , стока или подземного дренажа при максимизации производства. [33] Испарительный поддон в сочетании с определенными поправочными коэффициентами для сельскохозяйственных культур можно использовать для определения того, сколько воды необходимо для удовлетворения потребностей растений. Орошение затоплением , самый старый и распространенный тип, часто очень неравномерно в распределении, так как части поля могут получать избыточное количество воды для того, чтобы доставить достаточное количество в другие части. Верхнее орошение , использующее центрально-поворотные или боковые разбрызгиватели, имеет потенциал для гораздо более равномерной и контролируемой схемы распределения. Капельное орошение является самым дорогим и наименее используемым типом, но дает возможность доставлять воду к корням растений с минимальными потерями. Однако капельное орошение становится все более доступным, особенно для домашних садоводов и в свете растущих цен на воду. Использование методов капельного орошения может сэкономить до 30 000 галлонов воды в год при замене систем орошения, распыляющих воду во всех направлениях. [34] Существуют также недорогие эффективные методы, похожие на капельное орошение, такие как использование замачивающих шлангов, которые можно даже погружать в среду выращивания, чтобы исключить испарение.
Поскольку изменение систем орошения может быть дорогостоящим мероприятием, усилия по сохранению часто концентрируются на максимизации эффективности существующей системы. Это может включать в себя долбление уплотненных почв, создание бороздчатых дамб для предотвращения стока и использование датчиков влажности почвы и осадков для оптимизации графиков орошения. [19] Обычно большой прирост эффективности возможен за счет измерения и более эффективного управления существующей системой орошения. В отчете ЮНЕП по зеленой экономике за 2011 год отмечается, что «улучшение органического вещества почвы за счет использования зеленых удобрений, мульчирования и переработки остатков сельскохозяйственных культур и навоза увеличивает водоудерживающую способность почв и их способность поглощать воду во время проливных дождей», [35], что является способом оптимизации использования осадков и орошения в засушливые периоды сезона.
Как видно из опыта Китая, пластиковая мульча также может экономить воду в сельскохозяйственных практиках. «Мульча» на самом деле представляет собой тонкий лист пластика, который помещается на почву. В пластике есть отверстия, через которые прорастают растения. Некоторые исследования показали, что пластиковая мульча экономит воду, уменьшая испарение почвенной влаги, однако не было достаточно прикладных исследований, чтобы определить общую экономию воды, которую может принести эта практика. [36]
Нехватка воды становится все более сложной проблемой для управления. Более 40% населения мира живет в регионе, где спрос на воду превышает ее предложение. Дисбаланс между спросом и предложением, наряду с такими сохраняющимися проблемами, как изменение климата и рост населения , сделали повторное использование воды необходимым методом ее сохранения. [37] Существует множество методов, используемых при очистке сточных вод , чтобы гарантировать их безопасность для орошения продовольственных культур и/или питьевого водоснабжения.
Опреснение морской воды требует больше энергии, чем опреснение пресной воды. Несмотря на это, в ответ на нехватку воды по всему миру было построено много установок по опреснению морской воды. Это делает необходимым оценить последствия опреснения морской воды и найти способы улучшения технологии опреснения. Текущие исследования включают использование экспериментов для определения наиболее эффективных и наименее энергоемких методов опреснения. [38] [39] [40]
Песчаная фильтрация — еще один метод очистки воды. Недавние исследования показывают, что песочная фильтрация нуждается в дальнейшем совершенствовании, но она приближается к оптимизации по своей эффективности удаления патогенов из воды. [41] [42] Песчаная фильтрация очень эффективна для удаления простейших и бактерий, но с трудом удаляет вирусы. [43] Крупномасштабные сооружения песочной фильтрации также требуют больших площадей поверхности для размещения.
Удаление патогенов из переработанной воды имеет первостепенное значение, поскольку сточные воды всегда содержат патогены, способные инфицировать людей. Уровни патогенных вирусов должны быть снижены до определенного уровня, чтобы переработанная вода не представляла угрозы для населения. Необходимы дальнейшие исследования для определения более точных методов оценки уровня патогенных вирусов в очищенных сточных водах. [44]
Растрачивание воды является обратной стороной экономии воды, и в бытовых целях это означает, что происходит или допускается сброс воды без какой-либо практической цели. Неэффективное использование воды также считается расточительным. По оценкам Агентства по охране окружающей среды , бытовые утечки в США могут ежегодно приводить к растрате приблизительно 900 миллиардов галлонов (3,4 миллиарда кубических метров) воды по всей стране. [45] Как правило, агентства по управлению водными ресурсами неохотно или не желают давать конкретное определение относительно расплывчатому понятию « расточительная трата воды» . [46]
Однако определение отходов воды часто приводится в местных чрезвычайных постановлениях о засухе. Один из примеров относится к любым действиям или бездействию, будь то преднамеренные или небрежные, которые «вызывают или допускают утечку, слив, течение или сток воды в отходы в любой желоб, канализацию, водоток или общественную или частную ливневую канализацию, или на любую прилегающую собственность, из любого крана, шланга, крана, трубы, разбрызгивателя, пруда, бассейна, водного пути, фонтана или насадки». [47] В этом примере городской кодекс также разъясняет, что «в случае мытья «слив», «поток» или «сброс в отходы» означает, что вода сверх необходимого для мытья, смачивания или очистки грязного или пыльного объекта, такого как автомобиль, тротуар или парковка, стекает в отходы.
Водоканалы (и другие источники СМИ) часто предоставляют списки нерациональных методов водопользования и запреты на нерациональное использование воды. Примерами являются коммунальные службы в Сан-Антонио, штат Техас. [48] Лас-Вегас, штат Невада, [49] Калифорнийская компания водоснабжения в Калифорнии, [50] и город Сан-Диего, штат Калифорния. [51] Город Пало-Альто в Калифорнии вводит постоянные ограничения на водопользование в отношении нерациональных методов, таких как утечки, стоки, орошение во время и сразу после дождя, а также использование питьевой воды при наличии непитьевой воды. [52] Аналогичные ограничения действуют в штате Виктория, Австралия. [53] Временные запреты на водопользование (также известные как «запреты на шланги») применяются в Англии, Шотландии, Уэльсе и Северной Ирландии. [54]
Строго говоря, вода, которая сбрасывается в канализацию или напрямую в окружающую среду, не тратится и не теряется. Она остается в гидрологическом цикле и возвращается на поверхность земли и в поверхностные водоемы в виде осадков. Однако во многих случаях источник воды находится на значительном расстоянии от точки возврата и может находиться в другом водосборе. Разделение между точкой забора и точкой возврата может представлять собой значительную экологическую деградацию в водотоке и прибрежной полосе. То, что «тратится впустую», — это запас воды для сообщества, который был собран, сохранен, транспортирован и очищен до стандартов качества питьевой воды. Эффективное использование воды экономит расходы на водоснабжение и оставляет больше пресной воды в озерах, реках и водоносных горизонтах для других пользователей, а также для поддержания экосистем. Например, мы не должны относиться к туалету как к мусорному ведру. Если мы смываем в него окурки или салфетки, мы тратим галлоны воды. Потому что процесс переработки воды не может быть завершен. [55]
Понятие, тесно связанное с тратой воды, — «эффективность использования воды». Использование воды считается неэффективным , если та же цель ее использования может быть достигнута с меньшим количеством воды. Техническая эффективность происходит из инженерной практики, где она обычно используется для описания соотношения выхода к входу и полезна при сравнении различных продуктов и процессов. [56] Например, одна душевая головка будет считаться более эффективной, чем другая, если она может достичь той же цели (т. е. принятия душа) с использованием меньшего количества воды или других входов (например, более низкого давления воды). Концепция технической эффективности бесполезна при принятии решений об инвестировании денег (или ресурсов) в меры по экономии воды, если только входы и выходы не измеряются в стоимостном выражении. Это выражение эффективности называется экономической эффективностью и включено в концепцию экономии воды.
Первыми шагами стало введение учета расхода воды, чтобы дать пользователям финансовый стимул экономить воду.