Пиковая вода — это концепция, которая подчеркивает растущие ограничения на доступность, качество и использование ресурсов пресной воды . Пик воды был определен в 2010 году Питером Глейком и Миной Паланиаппан. [1] Они различают пиковую возобновляемую, пиковую невозобновляемую и пиковую экологическую воду, чтобы продемонстрировать тот факт, что, хотя на планете имеется огромное количество воды, устойчиво управляемой воды становится мало. [2]
Лестер Р. Браун , президент Института политики Земли , написал в 2013 году, что, хотя существует обширная литература о пике нефти , именно пик воды является «настоящей угрозой нашему будущему». [3] Оценка была опубликована в августе 2011 года в журнале Стокгольмского международного института воды . [4] Большая часть воды в мире в подземных водоносных горизонтах [5] и в озерах может быть истощена и, таким образом, напоминает исчерпаемый ресурс. [6] Фраза «пик воды» вызывает дебаты, похожие на дебаты о пике нефти . В 2010 году New York Times выбрала «пик воды» одним из 33 «слов года». [7]
Существуют опасения по поводу надвигающегося пика воды в нескольких регионах мира:
Если существующие тенденции [ какие? ] и далее, к 2025 году 1,8 миллиарда человек будут жить в условиях абсолютной нехватки воды , а две трети населения мира могут испытывать водный дефицит . [8] В конечном счете, пик воды связан не с нехваткой пресной воды, а с достижением физических, экономических и экологических пределов удовлетворения потребностей человека в воде и последующим снижением доступности и использования воды.
Кривая Хабберта стала популярной в научном сообществе для прогнозирования истощения различных природных ресурсов. М. Кинг Хабберт создал это измерительное устройство в 1956 году для различных ограниченных ресурсов, таких как уголь, нефть, природный газ и уран . [9] Кривая Хабберта изначально не применялась к таким ресурсам, как вода, поскольку вода является возобновляемым ресурсом. Однако некоторые формы воды, такие как ископаемая вода , обладают характеристиками, схожими с нефтью, и избыточная откачка (более быстрая, чем скорость естественного пополнения подземных вод) теоретически может привести к пику типа Хабберта. Модифицированная кривая Хабберта применима к любому ресурсу, который можно добыть быстрее, чем заменить. [10] Как и пик нефти, пик воды неизбежен, учитывая скорость добычи в определенных водных системах. Текущий аргумент заключается в том, что рост населения и потребности в воде неизбежно приведут к невозобновляемому использованию водных ресурсов. [11]
Пресная вода является возобновляемым ресурсом, однако мировые поставки чистой пресной воды испытывают растущий спрос в связи с деятельностью человека. [12] По оценкам, в мире имеется 1,34 миллиарда кубических километров воды, но 96,5% из них соленая. [ 13] Почти 70% пресной воды можно найти в ледяных шапках Антарктиды и Гренландии . Менее 1% этой воды на Земле доступно человеку, остальная часть содержится в почвенной влаге или глубоко под землей. Доступная пресная вода находится в озерах, реках, водохранилищах и неглубоких подземных источниках. Дождевая вода и снегопад очень мало помогают пополнить многие подземные источники. [14]
Количество доступной пресной воды в некоторых регионах уменьшается из-за (i) изменения климата , которое вызвало таяние ледников , уменьшение стока рек и рек, а также сокращение озер; (ii) загрязнение воды человеческими и промышленными отходами ; и (iii) чрезмерное использование невозобновляемых водоносных горизонтов подземных вод . Многие водоносные горизонты были перекачаны и не пополняются быстро. Хотя общий запас пресной воды не израсходован, большая ее часть стала загрязненной, засоленной, непригодной или иным образом недоступной для питья , промышленности и сельского хозяйства.
Спрос на воду уже превышает предложение во многих частях мира, и, поскольку население мира продолжает расти, ожидается, что в ближайшем будущем многие другие регионы испытают этот дисбаланс.
На сельское хозяйство приходится 70% использования пресной воды во всем мире. [16]
Сельское хозяйство, индустриализация и урбанизация способствуют увеличению потребления воды.
Наибольшее общее потребление воды приходится на Индию, Китай и США, страны с большим населением, обширным сельскохозяйственным орошением и спросом на продукты питания. См. следующую таблицу:
В Индии проживает 20 процентов населения Земли, но только четыре процента воды. Уровень грунтовых вод быстро падает в некоторых основных сельскохозяйственных районах Индии.
Индия имеет самый большой водозабор из всех стран мира. Восемьдесят шесть процентов этой воды идет на нужды сельского хозяйства. [17] Такое интенсивное употребление во многом продиктовано тем, что люди едят. Люди в Индии потребляют много риса. Фермеры, выращивающие рис в Индии, обычно получают менее половины урожая с единицы площади, используя при этом в десять раз больше воды, чем их китайские коллеги. Экономическое развитие может усугубить ситуацию, поскольку по мере повышения уровня жизни людей они склонны есть больше мяса, для производства которого требуется много воды. Для выращивания тонны зерна требуется 1000 тонн воды; для производства тонны говядины требуется 15 000 тонн. Для приготовления одного гамбургера требуется около 4940 литров (1300 галлонов) воды. [18] Для производства стакана апельсинового сока требуется 850 литров (225 галлонов) пресной воды. [19]
Китай, самая густонаселенная страна в мире, занимает второе место по объему водозабора; 68% поддерживают сельское хозяйство, в то время как его растущая промышленная база потребляет 26%. [17] Китай сталкивается с водным кризисом, когда водные ресурсы перераспределяются, используются неэффективно и сильно загрязняются человеческими и промышленными отходами. Треть населения Китая не имеет доступа к безопасной питьевой воде. Реки и озера мертвы и умирают, водоносные горизонты подземных вод перекачиваются, бесчисленные виды водной жизни находятся на грани исчезновения, а прямое негативное воздействие на здоровье человека и экосистем широко распространено и растет.
В Цинхае на западе Китая , через который протекает основной поток Желтой реки , за последние 20 лет исчезло более 2000 озер. Когда-то здесь было 4077 озер. [20] Глобальное изменение климата стало причиной сокращения стока Желтой реки (Хуанхэ) за последние несколько десятилетий. Исток Желтой реки – Тибетское нагорье Цинхай-Сизан , где ледники резко отступают. [21]
В Хэбэе , окружающем Пекин, ситуация намного хуже. Хэбэй — одна из крупнейших провинций Китая по выращиванию пшеницы и кукурузы. Уровень грунтовых вод быстро падает по всему Хэбэю. Регион потерял 969 из 1052 озер. [20] Около 500 000 человек страдают от нехватки питьевой воды из-за продолжающейся засухи. Это также повлияет на производство гидроэлектроэнергии. [22] Пекин и Тяньцзинь зависят от провинции Хэбэй в снабжении их водой из реки Янцзы . Пекин получает воду через недавно построенный проект переброски воды с юга на север . [23] Река берет свое начало в леднике в восточной части Тибетского нагорья.
В Соединенных Штатах проживает около 5% мирового населения, однако они используют почти столько же воды, сколько Индия (~1/5 мирового населения) или Китай (1/5 мирового населения), поскольку значительные объемы воды используются для выращивания продуктов питания, экспортируемых в США. Остальная часть мира. Сельскохозяйственный сектор США потребляет больше воды, чем промышленный сектор, хотя значительные объемы воды забираются (но не потребляются) для систем охлаждения электростанций . [17] 40 из 50 управляющих водными ресурсами штатов ожидают определенной степени водного стресса в своем штате в ближайшие 10 лет. [24]
Водоносный горизонт Огаллала на южных высоких равнинах ( Техас и Нью-Мексико ) разрабатывается со скоростью, намного превышающей пополнение - классический пример пика невозобновляемой воды. Части водоносного горизонта не будут пополняться естественным путем из-за слоев глины между поверхностью и водоносным пластом, а также из-за того, что количество осадков просто не соответствует скорости забора воды для орошения. [25] Термин «ископаемая вода» иногда используется для описания воды в водоносных горизонтах, которая хранилась на протяжении веков и тысячелетий. Использование этой воды не является устойчивым, если скорость пополнения ниже скорости добычи подземных вод.
В Калифорнии большие объемы грунтовых вод также забираются из водоносных горизонтов Центральной долины . [26] Центральная долина Калифорнии является домом для одной шестой всех орошаемых земель в Соединенных Штатах, и штат лидирует в стране по сельскохозяйственному производству и экспорту. Неспособность поддерживать забор грунтовых вод с течением времени может привести к негативным последствиям для продуктивности сельского хозяйства в регионе.
Проект Центральной Аризоны (CAP) представляет собой канал длиной 336 миль (541 км), который отводит 489 миллиардов галлонов США (1,85 × 10 9 м 3 ) в год из реки Колорадо для орошения более 300 000 акров (1 200 км 2 ) сельскохозяйственные угодья. Проект CAP также обеспечивает питьевой водой Финикс и Тусон . Подсчитано, что озеро Мид , которое образует плотину Колорадо, имеет 50-50 шансов высохнуть к 2021 году. [27]
Река Ипсвич недалеко от Бостона в некоторые годы пересыхает из-за интенсивной откачки грунтовых вод для орошения. Мэриленд, Вирджиния и округ Колумбия ведут борьбу за реку Потомак . В засушливые годы, такие как 1999 или 2003 годы, а также в жаркие летние дни регион потребляет до 85 процентов стока реки. [28]
Туркменистан, Австралия и Гайана используют больше всего воды на душу населения. См. таблицу ниже:
Туркменистан получает большую часть воды из реки Амударья . Каракумский канал представляет собой систему каналов, которая забирает воду из реки Амударья и распределяет ее по пустыне для орошения садовых культур и хлопка. [30] Туркменистан использует больше всего воды на душу населения в мире, поскольку только 55% воды, подаваемой на поля, фактически доходит до посевов. [17] [31]
Две реки, впадающие в Аральское море, были перекрыты дамбами, а воду отвели на орошение пустыни, чтобы можно было выращивать хлопок. В результате вода Аральского моря стала значительно более соленой, а уровень воды в море снизился более чем на 60%. Питьевая вода сейчас загрязнена пестицидами и другими сельскохозяйственными химикатами , а также содержит бактерии и вирусы. Климат в окрестностях стал более суровым. [32]
Саудовская Аравия, Ливия, Йемен и Объединенные Арабские Эмираты достигли пика добычи воды и истощают свои запасы воды. См. таблицу ниже:
По словам Валида А. Абдеррахмана (2001), «Управление спросом на воду в Саудовской Аравии», Саудовская Аравия достигла пика уровня воды в начале 1990-х годов, составив более 30 миллиардов кубических метров в год, а затем снизился. Пик достиг примерно средней точки, как и ожидалось для кривой Хабберта . [35] Сегодня производство воды составляет около половины пикового уровня. Производство продуктов питания в Саудовской Аравии основано на « ископаемой воде » — воде из древних водоносных горизонтов, которая пополняется очень медленно, если вообще пополняется. Как и нефть , ископаемая вода невозобновляема, и когда-нибудь она обязательно закончится. Саудовская Аравия отказалась от самостоятельного производства продуктов питания и теперь импортирует практически все продукты питания. [34] Саудовская Аравия построила опреснительные установки, обеспечивающие около половины пресной воды в стране. Остальное приходится на подземные воды (40%), поверхностные воды (9%) и очищенные сточные воды (1%).
Ливия работает над сетью водопроводов для импорта воды, получившей название « Великая искусственная река» . Он доставляет воду из колодцев, добывающих ископаемую воду в пустыне Сахара , в города Триполи , Бенгази , Сирт и другие. Их вода также поступает из опреснительных установок. [36]
Пик воды произошел в Йемене . [37] [38] Согласно пятилетнему плану правительства по водным ресурсам на 2005–2009 годы, устойчивое развитие в Йемене больше не достижимо. [39] Водоносный горизонт, питающий Сану, столицу Йемена, может быть истощен уже в 2017 году. «В Сане заканчивается вода, и нет плана по ее спасению». Глобальный урбанист. 23 марта 2010 г. Проверено 3 октября 2017 г.В поисках воды в бассейне правительство Йемена пробурило пробные скважины глубиной 2 километра (1,2 мили), глубины, обычно связанные с нефтяной промышленностью, но найти воду не удалось. Вскоре Йемену придется выбирать между переносом города и строительством трубопровода к прибрежным опреснительным установкам. [40] Вариант трубопровода осложняется высотой Саны 2250 м (7380 футов).
По состоянию на 2010 год угроза исчерпания воды считалась более серьезной, чем угроза Аль-Каиды или нестабильности. Были предположения, что йеменцам придется покинуть горные города, включая Сану, и перебраться на побережье. Частично в этом виноваты выращивание ката и плохое регулирование воды со стороны правительства. [41]
Объединенные Арабские Эмираты имеют быстро растущую экономику и очень мало воды для ее поддержания. ОАЭ требуется больше воды, чем доступно в природе, поэтому страна достигла пика воды. Чтобы решить эту проблему, ОАЭ построили опреснительный завод недалеко от Рувайса и отправляют воду по трубопроводу в Абу-Даби . [42]
Нехватка воды может вызвать голод в Пакистане. [43] [44] Пакистан имеет около 35 миллионов акров (140 000 км 2 ) пахотных земель, орошаемых каналами и трубчатыми колодцами, в основном с использованием воды из реки Инд . Плотины были построены в Чашме , Мангла и Тарбеле для питания ирригационной системы. С момента завершения строительства плотины Тарбела в 1976 году никаких новых мощностей не вводилось, несмотря на астрономический рост населения. Общая пропускная способность трех плотин снизилась из-за отложений, продолжающегося процесса. Доступность поверхностных вод для орошения на душу населения в 1951 году составляла 5260 кубических метров в год. В 2006 году этот показатель сократился до всего лишь 1100 кубических метров в год.
Качество питьевой воды имеет решающее значение для здоровья человека. Пиковая нехватка воды приводит к тому, что люди не имеют доступа к безопасной воде для обеспечения элементарной личной гигиены. «Инфекционные заболевания, передающиеся через воду , такие как диарея , брюшной тиф и холера, являются причиной 80 процентов болезней и смертей в развивающихся странах, многие из которых — дети. Один ребенок умирает каждые восемь секунд от болезней, передающихся через воду; 15 миллионов детей в год». [45]
Жизненно важные водоносные горизонты повсеместно загрязняются токсинами. Если водоносный горизонт загрязнен, маловероятно, что он когда-либо сможет восстановиться. Загрязнения с большей вероятностью вызывают хронические последствия для здоровья. Вода может быть загрязнена такими патогенами, как бактерии, вирусы и паразиты. Кроме того, источником загрязнения воды могут быть токсичные органические химикаты. Неорганические загрязнители включают токсичные металлы, такие как мышьяк , барий , хром , свинец, ртуть и серебро. Нитраты являются еще одним источником неорганических загрязнений. Наконец, попадание радиоактивных элементов в воду может привести к ее загрязнению. [46]
Некоторые конфликты будущего могут возникнуть из-за наличия, качества и контроля воды. Вода также использовалась в качестве инструмента в конфликтах или в качестве мишени во время конфликтов, которые начинаются по другим причинам. [47] Нехватка воды вполне может привести к водным конфликтам из-за этого драгоценного ресурса. [48]
В Западной Африке и других местах, таких как Непал , Бангладеш , Индия (например, дельта Ганга ) и Перу , серьезные изменения в реках создают значительный риск насильственных конфликтов в ближайшие годы. Управление и контроль водных ресурсов могут сыграть свою роль в будущих войнах за ресурсы. [49]
Использование пресной воды имеет большой потенциал для лучшего сохранения и управления, поскольку почти повсеместно она используется неэффективно, но до тех пор, пока не возникнет реальный дефицит, люди склонны воспринимать доступ к пресной воде как нечто само собой разумеющееся.
Есть несколько способов сократить потребление воды. [50] Например, большинство ирригационных систем сбрасывают воду; как правило, только от 35% до 50% воды, забираемой для орошаемого земледелия, когда-либо достигает сельскохозяйственных культур. Большая часть впитывается в необлицованные каналы, вытекает из труб или испаряется до попадания на поля (или после нанесения на них). Для сбора и хранения избыточной дождевой воды можно использовать канавы и цистерны .
Воду следует использовать более эффективно в промышленности, где, по возможности, следует использовать замкнутый водный цикл . Кроме того, промышленность должна предотвращать загрязнение воды, чтобы ее можно было вернуть в круговорот воды. По возможности серые сточные воды следует использовать для орошения деревьев или газонов. Воду, забираемую из водоносных горизонтов, следует пополнять путем очистки сточных вод и возврата их в водоносный горизонт. [51]
Воду можно сохранить, не позволяя использовать пресную воду для орошения таких предметов роскоши, как поля для гольфа . Предметы роскоши не должны производиться в районах, где пресная вода истощена. Например, для производства одного компьютера и монитора в среднем используется 1500 литров воды. [52]
В Ладакхе, высокогорном плато за Гималаями, жители деревни с помощью инженера и школьников построили ледяную ступу в качестве хранилища воды, чтобы использовать воду весной, когда отступают естественные ледники. [53]
Устойчивое управление водными ресурсами предполагает научное планирование, разработку, распределение и оптимизацию водных ресурсов в соответствии с определенной водной политикой и правилами. Примеры политики, направленной на улучшение управления водными ресурсами, включают использование технологий для мониторинга эффективности и использования воды, инновационные цены и рынки воды, методы повышения эффективности орошения и многое другое. [54]
Опыт показывает, что более высокие цены на воду приводят к повышению эффективности ее использования – классический аргумент в экономике, ценообразовании и рынках. Например, округ Кларк , штат Невада, повысил тарифы на воду в 2008 году, чтобы стимулировать сохранение окружающей среды. [55] Экономисты предлагают поощрять сохранение путем принятия системы прогрессивного ценообразования, при которой цена за единицу использованной воды сначала будет очень низкой, а затем существенно вырастет за каждую дополнительную единицу использованной воды. Этот подход с многоуровневой ставкой использовался в течение многих лет во многих местах и становится все более распространенным. [56] В колонке «Фрикономика» в газете «Нью-Йорк Таймс» аналогичным образом предполагалось, что люди будут реагировать на повышение цен на воду, используя меньше ее, точно так же, как они реагируют на повышение цен на бензин, используя меньше ее. [57] Газета Christian Science Monitor также сообщила об аргументах в пользу того, что более высокие цены на воду ограничивают количество отходов и потребления. [58]
В своей книге «Окончательный ресурс 2» Джулиан Саймон утверждал, что существует сильная корреляция между коррупцией в правительстве и отсутствием достаточных запасов безопасной и чистой воды. Саймон писал: «Среди экономистов по водным ресурсам существует полное согласие в том, что все, что нужно для обеспечения адекватного снабжения сельского хозяйства, а также домохозяйств в богатых странах, — это наличие рациональной структуры водного законодательства и рыночных цен. Проблема не так уж и велика. освобождение рынков воды навсегда устранило бы практически все проблемы с водой... В бедных странах, испытывающих нехватку воды, проблема с водоснабжением, как и во многих других вопросах, заключается в отсутствии богатства, которое можно было бы создать. По мере того, как эти страны станут богаче, их проблемы с водой станут менее сложными». [59] Однако этот теоретический аргумент игнорирует реальные условия, в том числе сильные барьеры на пути к открытым рынкам воды, трудности перемещения воды из одного региона в другой, неспособность некоторых групп населения платить за воду и крайне несовершенную информацию об использовании воды. . Фактический опыт пиковой нехватки воды в некоторых богатых, но испытывающих нехватку воды странах и регионах по-прежнему свидетельствует о серьезных трудностях в решении проблем, связанных с водой. [ нужна цитата ]
Обширные исследования показали прямую связь между водными ресурсами, гидрологическим циклом и изменением климата. Изменение климата окажет существенное влияние на потребности в воде, характер осадков, частоту и интенсивность штормов, динамику снегопадов и таяния снегов и многое другое. Данные, предоставленные МГЭИК Рабочей группе II, показали, что изменение климата уже оказывает прямое воздействие на животных, растения, водные ресурсы и системы. В докладе Межправительственной группы экспертов по изменению климата за 2007 год подсчитано, что от 75 до 250 миллионов человек по всей Африке могут столкнуться с нехваткой воды к 2020 году. [60] Урожайность сельскохозяйственных культур может увеличиться на 20% в Восточной и Юго-Восточной Азии, но снизиться до 30%. в Центральной и Южной Азии. Сельское хозяйство, питающееся за счет осадков, может упасть на 50% в некоторых африканских странах к 2020 году. [61] На пиковую нехватку воды может повлиять широкий спектр других воздействий.
Утрата биоразнообразия во многом может быть объяснена изъятием земель для агролесомелиорации и последствиями изменения климата . Красный список МСОП 2008 года предупреждает, что длительные засухи и экстремальные погодные условия создают дополнительную нагрузку на ключевые места обитания, и, например, перечисляет 1226 видов птиц, находящихся под угрозой исчезновения, что составляет каждый восьмой из всех видов птиц. [62] [63]
Концепция «резервного» ресурса – это ресурс, который достаточно обилен и устойчив, чтобы заменить невозобновляемые ресурсы. Таким образом, солнечная энергия и другие возобновляемые источники энергии считаются «запасными» энергетическими вариантами неустойчивого ископаемого топлива . Аналогичным образом, Глейк и Паланиаппан определили «резервные источники воды» как те ресурсы, которые могут заменить неустойчивое и невозобновляемое использование воды, хотя обычно и с более высокими затратами. [1] Классическим источником обратного водоснабжения является опреснение морской воды. Если скорость добычи воды недостаточна в одном районе, другой «остановкой» может стать увеличение межбассейновых перебросок, например, трубопроводов для доставки пресной воды из мест, где ее много, в район, где вода необходима. [50] Воду можно завозить в район с помощью водовозов. [50] Самые дорогие и крайние меры по доставке воды населению, такие как опреснение и переброска воды, называются «обратными» источниками воды. [10] Уловители тумана являются наиболее экстремальными методами блокировки обратного хода.
Чтобы произвести эту пресную воду, ее можно получить из океанской воды путем опреснения . [50] В статье The Wall Street Journal от 17 января 2008 года говорилось: «По данным Международной ассоциации опреснения, 13 080 опреснительных установок по всему миру производят более 12 миллиардов галлонов США (45 000 000 м 3 ) воды в день ». [64] В 2005 году Израиль опреснял воду по цене 0,53 доллара США за кубический метр. [65] В 2006 году Сингапур опреснял воду по цене 0,49 доллара США за кубический метр. [66] В 2008 году после опреснения воды в Джубайле , Саудовская Аравия , вода была перекачана на 200 миль (320 км) вглубь страны по трубопроводу в столицу Эр-Рияд . [67]
Однако несколько факторов не позволяют опреснению стать панацеей от нехватки воды: [68]
Тем не менее, некоторые страны, такие как Испания, все больше полагаются на опреснение, поскольку стоимость этой технологии продолжает падать. [69]
В крайнем случае, в некоторых регионах можно собирать воду из тумана с помощью сетей. Вода из сетей капает в трубку. Трубки от нескольких сетей ведут в накопительный резервуар. Используя этот метод, небольшие поселения на окраинах пустынь могут получать воду для питья, работы в саду, принятия душа и стирки одежды. [70] Критики говорят, что улавливатели тумана работают в теории, но на практике не преуспели. Это связано с высокой стоимостью сетей и труб, высокими затратами на техническое обслуживание и низким качеством воды. [71]
Альтернативным подходом является теплица с морской водой , которая опресняет морскую воду внутри теплицы, используя испарение и конденсацию , питаемую солнечной энергией . Были проведены успешные пилотные проекты по выращиванию сельскохозяйственных культур в пустынных местах.
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )В частности, 40 из 50 управляющих водными ресурсами штатов, ответивших на наш опрос 2013 года, ожидали дефицита воды в некоторой части своих штатов при средних условиях в ближайшие 10 лет.
{{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
