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全球水安全挑战与解决方案
工程16(2022)13意见和评论水安全:为什么我们需要全球解决方案Roger A. Falconera加的夫大学工程学院水文环境研究中心,英国加的夫CF24b河海大学长江保护与发展研究院,南京2100241. 介绍水安全在过去的二三十年里,国际社会对全球水安全的关注不断增加,同时需要采取更全面的方法来提供可持续的解决方案,以应对日益增长的水管理挑战。虽然在此期间,发表了一系列关于全球水安全的高知名度报告(例如,参考文献[1]),挑战依然存在,而且变得更加极端。我们的星球拥有有限的淡水资源:全球水资源总量为14亿立方千米,但其中只有3500万立方千米是淡水,而且大部分以冰的形式被锁定。因此,只有105000立方千米的淡水可用作供水,目前所有淡水抽取量的70%用于农业,主要用于粮食生产[2]。以下是与水安全有关的一些挑战,特别是在发展中国家今天,有12亿人无法获得安全饮用水。每年有超过50万5岁以下儿童死于腹泻[3],主要原因是水质差和卫生设施不足。大约20亿人仍然没有基本的卫生设施,如厕所或茅厕。其中,6.73亿人仍然在露天排便,例如在街道排水沟或露天水体中[4]。平均而言,发展中国家的妇女和儿童每天步行5公里,携带20升以上的清洁水给家人。洪水经常造成重大的生命损失,摧毁房屋和企业;例如,2004年印度洋海啸导致14个国家估计有227898人死亡[6]。此外,洪水的后果往往导致水中的粪便细菌水平很高,导致社区和国家的生命损失甚至比洪水本身造成的损失更大[7]。与水安全有关的其他有趣的例子包括以下事实:全球有更多的人可以使用手机而不是厕所[8];据估计,2010年,世界上任何时候都有一半以上如果水和环境工程师要提供可持续的水解决方案,以应对上述挑战,其他人,为了保护他们的同胞,动植物群,生态系统服务等等,那么我们就需要提供全球解决方案来应对洪水,干旱,污染和卫生等挑战除了这些挑战外,国际社会对气候变化的关注也越来越多,目前预计全球气温上升幅度将在1.5至1.5之间。到本世纪末[10]; ②人口增长,目前超过75亿,预计到本世纪末将稳定在115亿左右[11]。如果全球平均气温上升2-5 °C,那么全球将出现重大水资源问题,包括更极端的干旱和洪水,以及海平面显著上升,造成全球灾难性的此外,预计到本世纪末的人口增长将导致对水、食物和能源的需求分别增加30%、50%和50%。水-粮食-能源关系对人类在这个星球上的生存至关重要,水几乎对一切都2. 水循环与虚拟水第一个优先事项是考虑水循环,通过水循环,淡水以降雨和径流的形式提供。在开发其余的降雨被保存在土壤和植被中(称为进入河流、湖泊和含水层的蓝水提供了大量的水,这些水被抽取用于家庭消费,因此受到了公众的最大关注。最后,从河流、地下水和土壤中提取的蓝色和绿色水可用于生产食品和其他商品(通过作物和/或制造过程),如图1所示。这些作物和产品可以提供给国内市场或出口到其他国家,这取决于当地经济。用于生产农作物和产品的水被称为“虚拟水”,并导致水足迹,这是类似于碳足迹。的典型值https://doi.org/10.1016/j.eng.2021.10.0092095-8099/©2021 THE CONDITOR.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)。可在ScienceDirect上获得目录列表工程杂志首页:www.elsevier.com/locate/eng●●●●●R.A. Falconer工程16(2022)1314···Fig. 1. 水的循环,显示绿色和蓝色的水[1]。生产食品和其他商品所消耗的水的总量见参考文献104。[14]第10段。例如,1公斤小麦需要1300升的水,而1公斤牛肉需要15000升的水,也就是说,生产同样重量的牛肉需要10倍以上的水。看看其他商品,生产一杯咖啡需要140升的虚拟水;这些水主要用于一个国家(例如,巴西或肯尼亚),但咖啡可能在另一个国家饮用,如英国。同样,一条棉牛仔裤通常需要73浴水,每浴水含有150升,以生产棉花和染料;这种水资源主要用于印度,乌兹别克斯坦,巴基斯坦,土耳其和埃及等国家,用于向欧洲国家供应棉花产品[15]。必须在全球范围内考虑水安全问题以实现可持续水管理的一个主要原因作为西方国家的一个例子,英国的年度水足迹通常包括38.6Gm3 a-1的内部用水(用于家庭消费、农业和工业),以及63.6 Gm3a-1的典型外部水足迹。因此,联合王国是全球虚拟水最大的进口国之一联合王国在国内不生产棉花作物,因此几乎所有的棉花水足迹都是外部的。这进一步加剧了传统的西方文化,其中一个男人可以穿同样颜色的西装(例如,灰色)和衬衫(例如,在文化上,从事同样工作的妇女在一周的大部分时间里都要穿不同颜色的假设这些服装中有一部分是用棉花制成的,那么一个典型的职业女性在棉花消耗方面的虚拟水足迹就比她的男性同行大得多他们的服装所用的棉花主要来自上述棉花出口大国,许多此类棉花生产商要么不处理受污染的水,要么在将污水排放回流域之前进行微处理。反过来,这种被污染的废水可能导致下游严重的健康风险,特别是对脆弱的婴儿和幼儿。棉花生产导致水生生态系统中一些最严重的有害污染物;世界银行估计,17%虚拟水问题涉及在一个国家购买作物或产品,但对另一个国家的水污染产生影响,解决这一问题的关键挑战之一与定价有关。例如,在英国,家庭消费者每天使用约150 L水,然后通常由当地自来水公司收取约6 USD m-3。然而,虽然这一费用包括分别向家庭和从家庭运送和收集处理过的水和废水,但它不包括虚拟水处理的费用(例如,在作物生产方面),这将是维持其他国家河流流域良好生态状况所需要的例如,在国内生产总值(GDP)较低的国家生产的棉布衣服的成本这就引出了一个问题:产品的消费者(例如,在国内生产总值较高的国家,棉花服装)为其产品支付更多的费用,以确保作物用水图二、高污染农业废水排入流域[17]。R.A. Falconer工程16(2022)1315在国内生产总值较低的国家,生产和服装制造业在排放回流域之前首先进行处理?这不仅会导致在从一个国家到另一个国家的作物和产品贸易中出现更公平的价格,作为一种方式,确保从另一个国家进口虚拟水不会导致生产国的水污染和健康风险增加。这种更公平的定价将大大有助于实现联合国可持续发展目标(SDG)6:“确保可用性和可持续管理为所有人提供水和卫生设施。虽然虚拟水是全球水安全的一个方面,但许多其他非技术方面也值得考虑。这些额外的考虑因素在2018年全球水安全会议上得到了强调,正如玛格丽特·卡特利-卡尔森所倡导的那样,特别是对于科学家和工程师,他们往往专注于讨论和解决技术解决方案。Catley-Carlson提出了一个科学家和工程师经常忘记的现实:只关注技术方面本身很少会产生有效的解决方案。因此,会议观点文件[18]强调了几个非技术方面,如虚拟水,并包括以下声明:①必须重视社会科学,并将其纳入水资源工程设计,研究,决策和政策制定的所有阶段;②跨学科团队对于有效推进技术解决方案至关重要;③所有相关参与者(例如,社区领导人、工业、农业和民选官员)必须参与讨论问题和有效的解决方案;*与拟订工作协调一致的公共政策对于有效应用技术解决方案至关重要。由于这些非技术方面很少完全融入水资源科学和工程,因此在参考文献[18]中提出的七个关键优先事项中的每一个中都强调和讨论了它们:减少食物浪费,增加废水再利用,提高农业弹性和效率,优化灌溉效率并提高作物水分生产率(从而实现3. 工程全球水安全解决方案在应对实现全球水安全和确保实现可持续发展目标6的挑战时,水工程师和科学家在实现这些可交付成果方面发挥着关键作用,并参与了以下部分或全部任务:* 宣传必须在全球范围内解决水安全问题,特别是在主要与气候变化有关的全球水资源日益紧张的* 促进关于水-粮食-能源关系和虚拟水概念的教育购买棉花产品)。促进作物生产和产品制造用水的合理定价,以确保水在排放回水生系统和污染下游河流之前在源头进行处理。促进为农民和工业制定低成本的解决办法,以便在将废水排放回自然水道之前处理灰水;促进基于自然的解决方案(NBS)的广泛使用,以帮助冷却地球并恢复退化的生态系统[19]。推广最先进的解决方案(例如,水培和垂直耕作),其允许粮食生产生产“每滴水生产促进需要多学科团队提供具有成本效益的解决方案,以应对全球水安全的挑战。* 促进需要对水安全的研究和发展进行更多的全球投资,特别是与汽车制造、信息技术等其他行业的高得多的投资相比。全球社会和主要国际机构必须认识到,水是当今地球上最宝贵的资源之一;人们在没有汽车等商品的情况下在我们的星球上生存,但水是地球上生命所必需的。我们需要相应地重视水的价值,并确保水安全成为全球决策和投资的核心。引用[1] 英国皇家工程院全球水安全-工程学视角。次报告. 伦 敦 :皇家工 程 学院; 2010年 4月。[2] Khokhar,T.图表:全球70%的淡水用于农业。华盛顿特区:世界银行集团; 2017年3月22日[引自2021年8月20日]。可查阅:https://blogs.worldbank.org/opendata/chart-globally-70-freshwater-used-agriculture。[3] 联 合 国 儿 童 基 金 会 腹 泻 数 据[ 互 联 网 ] 。 纽 约 市 : 联 合 国 国 际 儿 童 紧急基金会( UNICEF ) ; 2021 年 4 月 [ 引 用 2021 年 8 月 20 日 ] 。 可 从 以 下 网 址 获 得 :https://data.unicef.org/topic/child-health/diarrhoeal-disease/[4] 卫生关键事实[互联网]。日内瓦:世界卫生组织[引用2019年6月14日]。可查阅:https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/sanitation。[5] 世界水日:为了水,你会走多远?[互联网]。波士顿:牛津饥荒救济委员会; 2019年 3 月 21 日 [ 引 用 2021 年 8 月 20 日 ] 。 可 从 以 下 网 址 获 得 : https : //www.oxfamamerica.org/explore/stories/world-water-day-how-far-would-you-walk-water/.[6] 2004年印度洋海啸是什么?[互联网]。圣洛朗:WorldAtlas [引用2021年8月20日 ] 。 可 从 以 下 网 址 获 得 www.worldatlas.com/articles/what-was-the-indian-ocean-tsunami-of-2004:HTML.[7] Kay D,Falconer R.水文流行病学:研究议程的出现。环境流体机械2008;8(5[8] 更多的人拥有手机而不是厕所。泽西市:福布斯; 2013年3月23日[引用2021年8月20 日 ] 。 可 查 阅 : https://www.forbes.com/sites/timworstall/2013/03/23/more-people-have-mobile-phones-than-toilets/?sh=619d611d6569。[9] Falconer RA,Norton MR,《全球水安全:工程未来》。In:FernandoH,Klaic 'Z,McCulley J,editors. 气候变化对国家安全和人类北约科学促进和平与安全系列C:环境安全。斯普林格。p. 261比70[10] Tollefson J.到2100年地球会有多热?Nature2020;580:443-5.[11] 世界人口展望2019年修订版[互联网]。纽约市:联合国; 2019年[引用2021年8月20日]。网址:https://population。un.org/wpp/网站。[12] 海岭湾气候变化:全球温度预测[互联网]。马里兰州银泉:NOAA Climate.gov;2012年3月6日[引用2021年8月20日]。可查阅:https://www.climate.gov/news-features/understanding-climate/climate-change-global-temperature-projects。[13] 黄G,Falconer RA,Boye BA,Lin B.云到海岸:沿海水域粪便有机体的环境暴露、健康影响和风险感知的 综合 评估 。 Int J River Basin Manage 2015;13(1):73-86.[14] HoekstraAY,Chapagain AK,Aldaya MM,Mekonnen MM. 水足迹评估手册:制定全球标准。London:EarthscanPublishing; 2011. p. 224.[15] Hoekstra AY,Chapagain AK.水的全球化:共享地球上的淡水资源。牛津:布莱克威尔出版社; 2008年。p.208.[16] 康德河纺织印染业是环境公害. Nat Sci 2012;4(1):22-6.[17] 水华盛顿特区:世界银行集团; 2018年3月14日[引自2021年8月20日]。可从以下网址获得:https://www. youtube.com/watch? v=X9H1Z37lmzs。[18] Harmel RD,Chaubey I,Ale S,Nejadhashemi AP,Irmak S,DeJonge K,etal. Perspectives on global water security. Trans ASABE 2020;63(1):69[19] [10] GirardinCAJ,Jenkins S,Seddon N,Allen M,Lewis SL,Wheeler CE,et al. 基于自 然 的 解 决 方 案 可 以 帮 助 冷 却 地 球 - 如 果 我 们 现 在 就 采 取 行 动 。Nature2021;593:191-4.●●●●●●●●
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