方舟

水可能是一件比較麻煩的事兒，水太少了，農(nóng)作物會(huì)死亡，工廠會(huì)搬走，電廠也不能正常工作，生態(tài)系統(tǒng)就會(huì)遭殃，人也會(huì)饑渴。水太多了，洪水將毀壞基礎(chǔ)設(shè)施，農(nóng)作物會(huì)遭到破壞，水傳播疾病也會(huì)泛濫，并會(huì)破壞電力和交通等設(shè)施。我們總希望水能在合適的時(shí)間和地點(diǎn)出現(xiàn)，因?yàn)檗D(zhuǎn)移和存儲(chǔ)水源需要耗費(fèi)很多能量。我們也希望水的質(zhì)量和溫度正好合適，如果到處是污水、咸水，那么水處理的費(fèi)用將會(huì)很高。

水的隨意性，是可以控制的，這就需要能源。如果我們有無限的和完美的清潔能源（不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響），我們可以將整個(gè)海洋的海水進(jìn)行淡化，為每個(gè)人提供足夠的飲用水，使清潔水無處不在。如果有無限的能源，我們可以隨意建設(shè)輸水管線，將水從多水區(qū)輸送到缺水區(qū)。我們可以建造足夠多的水衛(wèi)生設(shè)施，這樣未經(jīng)處理的污水就不會(huì)流入淡水生態(tài)系統(tǒng)，造成疾病傳播和水體富營養(yǎng)化的問題。我們可以建設(shè)足夠多的水庫和水塘，豐水時(shí)蓄水，缺水時(shí)引水。

當(dāng)然，這一切都只是想象，我們不可能有無限的能源，能源已成為水管理的一個(gè)制約因素。

正如能源成為制約水資源管理的瓶頸一樣，在許多地區(qū)，水已經(jīng)成為能源供應(yīng)的一個(gè)制約因素。電廠運(yùn)營商有時(shí)得不到充足的水源來進(jìn)行電廠的建設(shè)和運(yùn)行，而且，為了保護(hù)當(dāng)?shù)氐聂~類和生態(tài)系統(tǒng)，當(dāng)?shù)卣畬?duì)電廠冷卻后排放水的溫度也有限制。水在能源提取方面也是一個(gè)制約因素，例如石油和天然氣的生產(chǎn)，可能會(huì)使用大量的水。

水和能源之間的這種相互依存關(guān)系被稱為能量與水的聯(lián)系。雖然這種關(guān)系是可以相互制約的，但它有時(shí)也為人們提供了一個(gè)一舉兩得的機(jī)會(huì)，就是說，人們可以同時(shí)解決能源和水的問題，因?yàn)楸Ｗo(hù)了其中的一個(gè)，也會(huì)相應(yīng)地保護(hù)另一個(gè)。因此，我們管理兩者之間的微妙關(guān)系的方法，將會(huì)對(duì)我們未來是否會(huì)出現(xiàn)能源和水的危機(jī)產(chǎn)生重大影響。

美國趨勢(shì)

在集中供水和機(jī)械化抽水出現(xiàn)之前，美國通常直接從當(dāng)?shù)氐南鳌⒑恿骰蚓锶∷?，即使在城市地區(qū)也是如此。唯一的能量消耗就是簡單的提水和運(yùn)水。在世界許多農(nóng)村或貧困地區(qū)，仍然如此。這種傳統(tǒng)被打破，是19世紀(jì)初的事情，當(dāng)時(shí)美國開始發(fā)展集中式飲用水處理和分配系統(tǒng)，現(xiàn)在美國享有世界上最安全和最豐富的公共供水系統(tǒng)。

由于水需求的不斷增加，依照美國目前的趨勢(shì)發(fā)展，未來美國正朝著能源密集型用水發(fā)展。例如，南加州和佛羅里達(dá)州已經(jīng)開始使用海水淡化技術(shù)，人們從科羅拉多洛磯山和北部大平原地下的深層含水層中抽水，或者進(jìn)行跨流域的調(diào)水，以及在西南沙漠和加州之間建設(shè)調(diào)水工程等。

這些發(fā)展趨勢(shì)向我們提出一個(gè)問題：我們處理、輸送和維護(hù)水源，到底需要多少能量？美國的供水系統(tǒng)會(huì)給世界帶來怎樣的經(jīng)驗(yàn)和啟示？尤其是那些發(fā)展中國家，它們正在努力建設(shè)集中式的供水系統(tǒng)和污水處理系統(tǒng)。

美國《地球雜志》的最近研究已經(jīng)觸及這些問題。研究人員要計(jì)算美國能源領(lǐng)域的用水情況，他們首先計(jì)算抽水和處理水的能源消耗。然后再計(jì)算家庭用水方面的能源消耗，例如燒水、洗澡、做飯等。最后，再加上企業(yè)、公共設(shè)施、電廠等的能源用水。研究人員發(fā)現(xiàn)，每年美國在水方面的能源消耗為12.3萬億BTU（BTU，英國熱量單位），相當(dāng)于能源總消耗量的12.6%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了研究人員的預(yù)期。

美國的能源用水

在美國，12.3萬億BTU的能量，包括水的提取、處理和最終用途的一切能源消耗。大約30%的能量被消耗于住宅和商業(yè)用水的加熱。另外30%被用于工業(yè)水蒸氣的加熱和加壓，例如煉油及化學(xué)制造業(yè)。像洗碗機(jī)、洗衣機(jī)和烘干機(jī)，以及其他加熱水或者空氣的能源使用，只占8%的用水耗能。

實(shí)際上，水處理只使用了相對(duì)較少的能量，只占12.3萬億的BTU的4%，約等于2010年美國能源消費(fèi)總量的0.5%。水處理耗能的多少，取決于處理后水的質(zhì)量和最終用途。地下水的抽取通常比地表水的直接獲得消耗更多的能量，而地下水缺水的耗能又與井深有關(guān)。然而，地表水通常沒有地下水干凈，還需要進(jìn)一步處理，往往需要消耗比抽取地下水更多的能量。經(jīng)過處理后的水，需要通過水泵和輸水管道將其分配到最終用戶，在最終用戶那里，水又可能被加熱、加壓、抽吸或冷卻。

水從處理廠流出以后，大約40%的水通過水渠或者水管的滲漏蒸發(fā)或者跑冒滴漏被流入到環(huán)境中，盡管這個(gè)比例隨位置和季節(jié)有很大的變化。來自廁所或者排水溝的污水，需要被送到污水處理廠進(jìn)行處理，達(dá)到一定的級(jí)別后才能被釋放到環(huán)境中。其中，有一小部分可能被回收利用，主要用于非飲用用途，如澆灌高爾夫球場(chǎng)或用于電廠冷卻等。

區(qū)域性問題區(qū)域性解決

盡管美國水領(lǐng)域的能源使用可以用總體和平均的概念來描述，但是，各地的具體情況卻各不相同。不同的氣候條件所形成的降雨、地表水和地下水的多少也不同，從而影響抽水的深度和輸水的距離。例如在美國南加州，需要長達(dá)幾百公里的調(diào)水系統(tǒng)，經(jīng)過兩組山脈的阻擋，從圣華金三角洲引水到加州中心地區(qū)。水在送達(dá)最終用戶前，大約每1000加侖耗能約11千瓦時(shí)。與此相反，在馬薩諸塞州，因?yàn)橛胸S沛的降雨和蓄水，每1000加侖的水耗能只有約1.5千瓦時(shí)，只有加州的14%。

公共供水和污水處理事業(yè)所消耗的能量目前可能僅占水領(lǐng)域能源消耗的一小部分，但是，全國各地的公共供水系統(tǒng)加起來，就會(huì)成為能源密集型用水行業(yè)，這種用水量在未來有不斷增加的趨勢(shì)。例如美國的加利福尼亞州、佛羅里達(dá)州和得克薩斯州，已經(jīng)建成了海水淡化設(shè)施，這些設(shè)施的耗能比普通的地表水處理大約多出10倍的能量。計(jì)劃之中的長管線輸水項(xiàng)目正在實(shí)施，盡管能夠減輕西部的旱災(zāi)，但是，所消耗的能量和資金也是很高的。

與此同時(shí)，在西部大平原和中西部干旱地區(qū)，人們加強(qiáng)了地下水的抽采力度，造成地下水水位下降，抽水者不得不在更深的水井進(jìn)行抽采。

在美國的水領(lǐng)域，也有一些亮點(diǎn)值得世人學(xué)習(xí)。例如，再生水被用于景觀和高爾夫球場(chǎng)的澆灌、電廠冷卻以及沖廁等。再生水也可用于補(bǔ)給地下含水層，例如在加州的奧蘭治縣，地下含水層水位的下降，使得這里越來越容易受到海水入侵的影響，對(duì)此，科學(xué)家利用再生水在地下制造了一個(gè)屏障，以保護(hù)寶貴的淡水資源免受海水的入侵。

新技術(shù)也能使水需求減少。電廠使用高效的冷卻技術(shù)減少了用水，許多行業(yè)都降低了其生產(chǎn)環(huán)節(jié)的用水強(qiáng)度，可改善其應(yīng)對(duì)缺水的脆弱性。使用更有效的灌溉系統(tǒng)，可以降低流速，減少耗水；種植抗旱的作物，將節(jié)省的水提供給城市。實(shí)踐表明，節(jié)水最大的潛力仍然在農(nóng)業(yè)部門。

步美國后塵？

像美國一樣，其他國家也正向著能源密集型用水轉(zhuǎn)變。例如，中國的南水北調(diào)工程將水從豐水區(qū)輸送到缺水區(qū)。埃及、印度、利比亞和南非，以及其他發(fā)展中國家和發(fā)達(dá)國家，正在規(guī)劃或已經(jīng)建設(shè)了許多大型的供水項(xiàng)目。同樣，印度、科威特、沙特阿拉伯、新加坡和阿拉伯聯(lián)合酋長國已經(jīng)準(zhǔn)備建設(shè)大型的海水淡化工廠，以改善其飲用水的供應(yīng)。但這些項(xiàng)目建設(shè)都非常昂貴，顯然會(huì)增加用水的能量消耗。

能源和水資源之間存在著微妙平衡。大型水利基礎(chǔ)設(shè)施將水輸送到那些無法通過其他方式得到的水地區(qū)，但是，遠(yuǎn)距離輸水也對(duì)能源基礎(chǔ)設(shè)施提出更高的要求。然而，節(jié)水保護(hù)、使用再生水以及使用可再生能源的海水淡化技術(shù)，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)能源、水和氣候保護(hù)的多個(gè)目標(biāo)。例如，沙特阿拉伯正在建設(shè)首個(gè)商業(yè)規(guī)模的太陽能海水反滲透淡化工廠。一旦建設(shè)完成，該工廠預(yù)計(jì)將滿足10萬人的日常用水需要。在美國西南沙漠地帶，人們可以進(jìn)行類似的項(xiàng)目，使用咸水淡化技術(shù)，或者使用可再生風(fēng)能和太陽能資源技術(shù)。

如何從能源的不可再生管理過渡到可持續(xù)管理，構(gòu)成人類21世紀(jì)最大的挑戰(zhàn)之一。■endprint