互动科普

2008年6月，美国佛罗里达州政府作出了一个不同寻常的决定——起诉美国陆军工程兵团，理由是该军团计划减少从佐治亚州的水库注入阿巴拉契科拉河的水量——这条河沿着佐治亚和亚拉巴马的边界流入佛罗里达。佛罗里达州的理由是，限制流量将威胁一些濒临灭绝的物种。与此同时，亚拉巴马州也反对该计划，他们的担心来自亚拉巴马州多森附近的法利核电站：核电厂需要从河道中大量取水用于反应堆的冷却，减少河道的水量甚至可能导致核电站关闭。

然而，佐治亚州却有充分理由将宝贵的水留在自己境内：一年前，该州遭受旱灾侵袭，多条河流水量急速下降，核电厂不得不关闭几个星期。形势非常糟糕，以至于2008年1月，该州某位立法者引用1818年一份错误的勘界报告，提议将佐治亚州北部边界扩展1.6千米，以吞并田纳西州的一个淡水资源地。整个2008年，佐治亚州、亚拉巴马州和佛罗里达州一直在为宝贵的水资源争吵不休，而由议会授权管理水资源的陆军工程兵团则被夹在中间。干旱缺水只是矛盾激化的原因之一。快速增长的人口，尤其是亚特兰大地区的人口爆炸，以及水资源过度开发和缺乏合理规划，正在使该地区的河流日渐干涸。

水和能源是现代文明最根本的两大要素。没有水，人类就会死亡；没有能源，就无法种植粮食、运行计算机，不能给家庭、学校、办公楼供电。随着世界人口及富裕程度的持续增长，对这两种资源的需求也比过去任何时候增长得都快。

被严重低估的还有这样一个事实：我们对这两种宝贵日常资源中任意一种的使用，都可能快速消耗另一种资源。发电消耗大量的水，同时我们又大量耗电以获得干净的水。许多人都在担心石油峰值（peak oil）带来的危机，即廉价成品油耗尽；也有少数人在呼吁应该关注水峰值（peak water）。但几乎没有人注意到两者的紧张关系：水资源短缺限制了更多能源的提供，而能源问题，尤其是不断上涨的价格，减少了洁净水的供给。

这种矛盾正在不断加剧。2008年1月，美国北卡罗来纳州夏洛特附近的诺曼湖水位下降至28.56米，比杜克能源公司麦圭尔核电站所能允许的最低水位只高了不到0.3米。而在拉斯韦加斯，由科罗拉多河供水的米德湖，经常比历史水位低30米左右。如果水位再下降15米的话，该市将不得不限制用水定额，那时胡佛大坝中的大型水力发电涡轮机将很难或根本不能发电，这座蓬勃发展的沙漠城市或许将陷入一片黑暗。

2008年6月，美国地质勘探局的科学家格雷戈里·Ｊ·麦凯布（Gregory J. McCabe ）向美国国会重申了这一观点。他指出，如果美国西南地区的气温平均上升0.83℃，就将危及科罗拉多河向内华达州和其他6个州以及胡佛水库的供水能力。2008年初，加利福尼亚州斯克里普斯海洋研究所（Scripps Institution of Oceanography）的科学家宣布，如果全球气候按预测中的趋势变化，对用水又不加以限制，米德湖将在2021年干涸。

圣迭戈是一个迫切需要饮用水的地区。该市计划沿海岸线建一座海水淡化厂，却由于将消耗大量能源而遭到当地激进分子的反对——因为当地电力供应能力非常弱；出于相同的原因，英国伦敦市长也在2006年否决了一个拟建海水淡化厂的提案，只是他的继任者后来又撤销了这一否决；乌拉圭的许多城市不得不作出艰难抉择：是将水库中的水喝掉，还是用来发电；沙特阿拉伯则在犹豫，究竟是把石油和天然气以创纪录的高价卖掉，还是用这些资源来生产自己最缺少的东西——百姓生活和城市发展必需的淡水。

在没有充分认识到电厂对淡水供给影响的前提下，我们不能建造更多的发电厂。而我们也无法在不提高能源需求量的情况下，建造更多的供水和净水系统。解决这一难题，需要有新的国家政策对水和电能进行综合考虑，还要发展一种新的技术，在提高一种资源供应量的同时不至于耗尽另一种资源。

恶性循环

地球上拥有约0.35亿立方千米的淡水资源——是人类年均消耗量的数万倍。不幸的是，这些水大多蓄存在深层地下、永久冰川和雪山中，只有极少量存在于可被人类利用且不断被补充的河流湖泊中。

此外，现有的淡水往往不清洁，或离人口居住中心较远。例如，美国菲尼克斯市很大一部分的淡水供应，是通过一条长达540千米的输水管道从科罗拉多河运来的。城市供水往往还会受到工业、农业和废水排放的污染。根据世界卫生组织的报告，全球约有24亿人口生活在用水高度紧张的地区。两种主要的解决方案——长距离运水或处理附近的不洁水源，都要消耗大量能源，而能源的价格正不断飞涨。

从美国全国范围来看，最大的两个淡水用户是农业和发电厂。消耗煤炭、石油、天然气或铀的火电厂，满足了90%以上的美国电力需求，但它们耗水量巨大，仅仅是电厂的冷却用水就影响了其他所有淡水供应。虽然有相当一部分水最终被排放回来（另一些则被蒸发），但这些废水具有不同的温度，还包含有不同的化学组成，会对环境构成威胁。在是否应对废水进行处理的问题上仍有争议，美国最高法院将听取美国环境保护署作出的个案分析，可能要求电厂改造它们的系统，以尽量减少对当地的水源和水生生物的影响。

与此同时，我们还耗用大量能源来运输和处理水，有时运水路线会跨越相当长的距离。横跨两座山脉向缺水的沿海城市运送融雪水的加利福尼亚水道（California Aqueduct），是该州最大的电力消耗部门。方便开发利用的水资源渐渐枯竭，供应商不得不挖得更深，寻找更远的水源。除此之外，当地还必须净化来水和处理排水，总计消耗州电力资源的3%左右。卫生标准通常会变得越来越严格，因此，每升用水所消耗的能源必然会越来越多。

拥有大量人口而水源有限的国家，则正在考虑艰巨的超大规模工程，例如中国计划从三个水资源丰富的南方地区输水到缺水的北方地区，路程达数千千米，要消耗大量的能源。老一代投资者，如曾通过投资石油和天然气赚了几十亿美元的T·布恩·皮肯斯（T. Boone Pickens），现在转而投资水资源，包括一个在得克萨斯州铺设管道的项目。以美国埃尔帕索为代表的很多城市，也在试图发展建在地下咸水（brackish water）层上的脱盐处理厂——这要花费大量的能源和金钱。

从进口石油到国内水资源

两种资源间的紧张关系还体现在局部的艰难选择——尤其是在地域封闭和水资源短缺的美国西南干旱地区。对缺水城市而言，究竟是直接进口淡水好，还是输入电能，淡化深层地下咸水好？或者，干脆将居民迁移到水资源丰富的地区去？如果有无限的能源，我们总有办法得到淡水。但是即使一个国家的能源是无限的，决策者仍然面临着限制二氧化碳排放的压力。气候变化可能改变干旱、洪水和暴雨的周期，燃烧更多的能量以获得水资源的方案可能有双重危险。这些挑战将变得更加艰巨，因为美国现在终于认清，解决能源和安全问题的最好方法是打破对进口石油的依赖。由于运输部门是最主要的石油消费和二氧化碳排放主体，它已成为政策制定者、革新者和企业家改革的基本突破口。当前两种最流行的汽油替代品似乎是可以驱动交通工具的电力和生物燃料。两种方式各有优点，但都比我们现行的汽油汽车更耗水。

电动汽车特别有吸引力，因为管理全美国1,500座热电厂的排放，显然比管理数以亿计的汽车排气管更容易。电力基础设施已经就位，但电力部门会大量耗水。得克萨斯大学奥斯汀分校的一项研究表明，生产一辆汽车行驶一千米所耗燃油的耗水量，是生产油电复合动力车和全电动车行驶一千米所需电量耗水量的10倍；电动车行驶时的耗水量也是汽车的3倍。

生物燃料则更糟。最近的分析表明：从对农场上生长的作物进行灌溉，到把生物燃料灌进汽车，生物燃料的整个生产周期所耗水量，要比生产让汽车跑同样距离的汽油多20倍以上。考虑到美国人年均旅行里程高达4.35万亿千米，水很有可能会成为限制因素。如何平衡供水和生物燃料企业不断增长的用水需求，已经让许多市政当局头痛不已。伊利诺伊州小镇尚佩恩和厄班纳的市民，最近否决了当地一家乙醇企业提出的申请，他们打算每天从地下取水757万升，以便每年生产3.78亿升乙醇。随着农场水井干涸加剧，这种抵制情绪必然越来越强。

无论这些方案的提出者有没有意识到，任何将汽油消耗转换为电力或生物燃料的战略决策，都会将我们对外国石油的依赖转化为对本土水资源的依赖。尽管这些“替代能源”看起来比降低能耗更有吸引力，我们仍应理智，首先查明我们是否拥有足够多的水资源。

我们也需要新的心态

无论是哪种能源在支撑全世界，水都比油更重要，因为它对维持生命更关键，而且不可取代。我们似乎正在接近“水峰值”，廉价的水资源将变得越来越少。这应该已经算是危机了，但公众却缺乏紧迫感。

石油峰值的风险思想确实更加深入人心。因为石油峰值会带来各种各样的后果——从大规模饥荒和资源战争到复杂的体系（能产生新技术来扭转乾坤的市场）。但石油供应短缺和价格暴涨正在逐步增强那些“替代能源”支持者的信心。政策杠杆和市场力量也在发挥作用，寻找廉价石油的替代品。

我们要付出什么代价，才能应对正在逼近的水峰值，或者说更进一步，同时解决水和能源的危机呢？石油产量下降的预期和用水需求的增长叠加在一起，会让风险变得更大。因为水的生产正日益成为能源密集型产业：我们常常依赖化石燃料从深层地下取水或长距离输水。任何石油峰值都必将带来水峰值。缺少石油或许会使一些人生活不便，但缺水将带来更严重的后果：每年已有上百万人死于淡水供应不足，这一数字可能会增加一个数量级。

或许下列标志性事件能够唤醒我们的集体意识：美国堪萨斯州刚刚在一场州际用水官司中输给了密苏里州，堪萨斯州的农民将不得不重新考虑他们的作物种植方式和种植结构。用水配给制度肯定会给社会发出一个警告，而这才刚刚是个开始。我的家乡、得克萨斯州的奥斯汀市正在实行严格的草坪浇水限制。由于遭遇历史降雪新低，加利福尼亚州已经在全境要求市政当局节约用水，实行用水定额分配——这让人想起20世纪70年代美国的汽油管制制度。

有一天，我们或许会用一种怀旧与好奇的眼光，回头看看曾经肆意挥霍浪费的日子——主妇们在草坪上喷洒“液体黄金”使草儿生长，只是为了让我们能在周末点燃“黑色黄金”来割草。我们的子孙后代或许会百思不得其解：他们当初为什么这样愚蠢？

强制解决方案

水和能源间日益加剧的紧张关系令人不安，但它也给我们提供了一个机会。我们能够解决这个问题。首先就是要整合美国的决策制定进程。虽然两种资源高度依存，但能源和水资源管理机构却分开运作，它们有不同的资金流、问责机制以及政府监督和立法委员会。水资源的规划者以为他们可以得到需要的所有能源，而能源规划者却以为水的供应不成问题，我们必须让他们坐在一起共同商讨对策。

美国联邦政府长期以来一直就有能源部，却没有水资源管理部门。美国环境保护署负责监测水质，地质勘探局负责采集数据和监测供水，但没有一个联邦机构致力于确保水资源的有效利用。美国国会应对水资源实行单一监管，可以由内政部（由于水资源环境的重要性）或商务部（因为水资源在经济中的重要作用）负责。目前，水资源的监管责任大部分被下推给了州和市一级政府，部分原因在于，历史上水量多是当地自产。当地下含水层、河流和流域跨越多个城市或州时，地方性政策就很容易失败。想想另一个城市截流了你的水会发生什么事情？

联邦能源局和水管理机构应制定一项综合决策规划。现在，电厂业主在某一地址申请修建电站的建筑许可时，他们必须证明新设施能够达到美国环境保护署发布的空气质量标准。新的机构也应该提出类似要求，使电站能够达到用水量的标准。在发放用水许可的讨论会上，能源规划人员也应在场，以加强对项目地区电力需求量增加的关注。在对发电厂进行选址及申请许可时，水资源专家也应在场，以综合考虑资源稀缺的潜在风险。这些互动都可以通过简单合作的形式来完成。

这些交叉讨论也应该告知那些为气候变化立法的机构。2008年5月，城市水务局协会（Association of Metropolitan Water Agencies）副执行官迈克尔·阿西诺（Michael Arceneaux） 就单枪匹马地出面警告美国国会，那些正在考虑的、引起公众广泛关注的法案，特别是碳限额交易体系，会对水供应造成严重的影响，而且这个问题从来没有被考虑过。

就像美国的政策制定过程可以更协调一样，技术创新也可以减少社会对淡水的提取和消耗。农业是第一个着眼点。滴灌需水更少（不像田间喷水那样会造成大量蒸发），而且可以直达作物根部。美国科罗拉多河东部高原的农民几乎都从奥加拉拉地下蓄水层 （美国最大的地下蓄水层）取水，使蓄水层以每年115亿立米的速度枯竭，远远超过了当地降雨、径流所能实现的地下水回补速度。整个区域开采的地下水94%都用于农业灌溉。为了自身利益着想，他们应改用滴灌。

把水冷系统转换为气冷系统或水气混合冷却技术，可以大量降低发电厂的耗水量。虽然气冷系统价格昂贵，操作效率相对低，但它们几乎不用取水。

生活污水和工业废水的循环利用，同样可以节约供水，并减少输水过程的能源消耗。虽然很多人一想到“从马桶到水龙头”这种把废水处理成饮用水的循环过程就浑身起鸡皮疙瘩，但空间站上的宇航员和新加坡居民却已经在每天饮用处理过的废水，而且没有任何不良反应。即使这一方案让很多消费者不爽，市政当局还可以把再生水用于农业和工业，甚至用作电厂的冷却水。

技术上的突破也可能使水处理不再成为“能源密集型”企业。比如，纽约石溪的石溪净水公司正在研发先进的薄膜技术，以便更有效地处理污水和淡化咸水。不论是谁，只要发明一种技术，能够用最少的能量完成水的净化，都可以成为世界上最富有的人，并名垂千古。

智能监控可以减少生活和商业上的用水浪费。洒水装置在炎热的下午（一天中蒸发量最高和灌溉效率最低的时段）全力喷洒草坪或者在下大雨时洒水的情况并不少见。一些公司，如奥斯汀的Accuwater公司，结合了传感器、智能软件和网络实时气象资料，能够很好地对这些系统进行控制。

推广太阳能热水器，居民就可以省下烧热水的能量。这一简单的技术方便、可靠，经得起时间的检验，很快就能收回成本。但可能因为这项技术不够前沿，没有得到美国联邦政府的大力支持，市场占有率仍然偏低。

我们也将不得不作出对社会有利的选择，节约能源和水意味着我们可能要放弃对玉米制造的酒精燃料的青睐。

我们应该认识到，水的价值超过世上的任何东西。我们必须摆脱长期以来形成的、认为“水应该免费或廉价”的思想，给水制定一个现实的价格。否则就会给人们留下一个错误的讯号——“水资源可以随便浪费”。

一旦制定了真实的水价，美国或许就可以更进一步，让消费者和监管机构了解到水价对能源价格上涨的影响，以及能源价格对水价上涨的影响。这两项指标可以促使我们直面这一两难困境，节约资源，并最终找到有效的解决方法。