发达国家的人们打开水龙头，就能喝到安全的饮用水，这种显著的健康益处他们往往习以为常。然而，去年密歇根州弗林特市儿童铅中毒检测呈阳性，最终被追溯到自来水，这种自满情绪被彻底打破。但弗林特事件本不该让人感到意外；事实上，水务行业的专业人士多年来一直在发出警告。发达国家的大部分供水基础设施都是在建造过程中就考虑到了这一点。 70到100年前 并且已接近使用寿命的终点。美国自来水厂协会表示，我们已经进入“更换时代”，必须重建“前人留给我们的供水和污水处理系统”。大多数管道的使用寿命为60至95年，具体取决于其材质和所处环境。水处理厂的机械和电气部件的使用寿命为15至25年。如果不及时升级，我们很可能会看到水质恶化，铅或砷中毒、细菌和病毒污染事件增多，以及越来越多的泄漏导致供水中断，并造成代价高昂的紧急维修。

2013年，美国土木工程师学会 美国饮用水系统被评为D级在美国，每年有240,000万条供水管道爆裂，相当于每两分钟就有一条爆裂。每年，全球因管道泄漏损失的净水超过32亿立方米（41亿立方码）——足以供应近400亿人的用水量。 根据世界银行尽管美国的饮用水总体上仍然相当安全，但细菌或病毒污染仍经常导致人们生病。在2011年至2012年期间，美国发生了多起此类事件。 32起与饮用水相关的疾病暴发事件，导致431人患病，14人死亡。根据美国疾病控制与预防中心的数据。

据美国水务协会（AWWA）预测，未来25年，美国超过1.6万英里（1万公里）的饮用水管道以及其他水利基础设施的升级改造，以及为满足不断增长的人口需求而进行的扩建，预计将耗资超过1万亿美元。尽管所需的资金投入令人咋舌，但推迟升级改造可能会导致水质下降（例如管道泄漏或处理设施老化）、服务中断，甚至更高的成本：预防泄漏远比事后修复发霉的建筑物或塌陷的道路等水害要便宜得多。

为了进行有针对性的分诊，传感器、智能水表和数据管理平台等新技术正在帮助水务管理人员就如何分配宝贵资金和提前应对问题做出明智的决定。

我们提倡资产管理，而不是简单地替换资产。 x “每年有百分之几的管道需要更换，”美国水务协会（AWWA）立法主任汤米·霍姆斯说。“对你的供水系统进行分析，选择需要更换的2%的管道，而不是仅仅关注某个地理区域。你应该优先更换那些即将失效的管道。”

技术兵工厂

助力这些战略决策的是水表，而水表本身也在向高科技方向发展。城市开始在居民住宅和商业场所安装智能水表，以计量用水量。智能水解决方案副总裁肯·汤普森表示，由于先进的计量基础设施（业内称为AMI）可以通过无线技术将用水量数据实时传输到中央办公室，因此它“能告诉你的远不止用水量”。 CH2M一家总部位于科罗拉多州的全球工程公司，致力于帮助市政当局规划供水基础设施升级、选择技术并将设备集成到单一管理系统中。汤普森表示，AMI（高级计量基础设施）水表可以通过识别异常用水模式来查找用户房屋内的漏水点。它们还可以精确定位街道下方的管道破裂点，这些破裂点会产生吸力，将水从居民家中吸走。“如果你发现某个区域出现回流问题，那很可能是这条街上的管道破裂了，”汤普森说道。利用这些数据，管理人员可以计算出破裂点的位置，并在其损坏附近房屋和道路之前及时修复。

传感器是现代水利基础设施的另一关键组成部分，用于检测泄漏和污染。水流直接流过传感器，传感器旨在测量水的特定化学特性。传感器装在一个圆柱形外壳内，通常由金属或塑料制成，长度为 8 至 12 英寸，可以直接旋入管道。圆柱体内部还包含用于数据采集和通信的电子元件。汤普森表示，CH2M 的水管理系统通常使用三种类型的传感器。饮用水具有标准的化学成分，因此传感器的设计目的是检测偏差，而不是检测单个污染物。如果传感器检测到异常，就会提醒水务管理人员对水进行检测，以确定变化的原因以及是否对公众健康有害。

汤普森说：“化合物有成千上万种，你不可能全部都研究一遍。”

汤普森说，CH2M客户使用的传感器通常每个价值数千美元。他表示，像为德克萨斯州达拉斯市提供服务的大型公用事业公司可能会使用10到20个传感器，而服务几千人的小型公用事业公司“可能只需要一两个就够了”。

在加拿大安大略省汉密尔顿市的麦克马斯特大学，研究人员正在探索一种不同的水传感器技术——一种成本更低廉的技术。麦克马斯特大学产业联络办公室执行主任盖伊·于伊通表示，该校研究人员正致力于生产成本约为10美元的传感器。

R研究人员通过将传感器小型化（缩小到芝麻粒大小）并使用低成本材料和制造方法，实现了价格的大幅下降。“这 “就像用喷墨打印机制造传感器，而不是采用高度专业化的制造工艺，”余义彤说。“他们正在减少零部件的数量，以便能够低成本地进行大规模生产。”

麦克马斯特大学工程学教授贾马尔·迪恩及其团队（包括工程学院的同事拉贾·戈什和拉维·塞尔瓦加纳帕蒂）已经开发出 能够检测氯和pH值的化学传感器 在饮用水中。除了基本材料外，他们还可以应用不同的化学界面，使传感器能够检测各种污染问题。未来，这项传感器创新可能会使这些技术更容易普及，尤其对小型供水企业而言。在美国，84.5%的社区供水系统服务人口不足3,300人。

由于这些传感器价格低廉且可进行无线通信，因此它们还可以用于帮助确保尚未接入市政水处理系统的偏远小型社区的饮用水安全，例如加拿大北部的原住民社区或印度的农村地区。为了满足全球不断增长的人口需求，需要建设新的供水基础设施，但即便在基础设施建成之前，这些社区也可以从水质检测技术中受益。例如，居住在非自来水管网覆盖区域内的人们可以使用这些传感器来检测湖泊、溪流或水井的水质，以确定是否存在诸如天然砷含量升高或上游地区牛群近期排泄等问题。

系统管理

软件为市政供水基础设施升级的优先级排序提供了另一种技术工具。两大厂商是： 微软的CityNext 与 IBM的智慧城市它会分析来自智能电表、传感器和其他来源的数据，以精确定位新出现的泄漏和污染。

迈阿密-戴德县的公园系统每年用水量超过300亿加仑（1.14亿升），该系统正在使用IBM的平台来检测用水异常情况，并派遣公园管理人员进行检查。“我们节省了数月的时间来查找和处理所需的维修工作，”迈阿密-戴德县公园、娱乐和开放空间部门主管杰克·卡迪斯表示。该部门预计每年可节省7%至12%的水费，而其水费总额为4万美元。

汤普森表示，CH2M还为供水企业提供系统管理平台，帮助运营人员主动解决问题，而不是被动应对。2013年，在获得美国环境保护署的资助后，CH2M在费城、纽约、达拉斯和旧金山安装了监测和响应系统。汤普森说，虽然这些系统最初是为了保护饮用水免受污染而设计的，但这些城市现在也将其用于日常水质管理。他还表示，CH2M已在美国完成了大约十几个大型供水系统项目，并在全球范围内完成了数千个不同规模的系统项目。

数据平台的真正优势在于将以前各自独立的各种信息流（例如水流量、基础设施状况、水质等）汇集到一个地方。

IBM智能水管理销售经理迈克尔·沙利文表示，这类系统本可以更快地识别出弗林特市的铅污染问题。“弗林特市的问题之一在于缺乏有效的预警机制，”他说道，“虽然有一些零星的信息，但直到事态发展到相当严重的阶段，问题才真正显现出来。”

正如苏利文所说，“把公民当作传感器”的做法在发展中国家尤其盛行。IBM 和 CH2M 等数据平台还可以整合其他重要信息，例如特定区域管道的材质和使用年限，以及它们在当地环境下的预计使用寿命。当客户关于特定区域漏水或水质变化的来电数量超过基准阈值时，这些平台还能近乎实时地发出问题警报。

依靠顾客的实地观察并非新鲜事。1993年 隐孢子虫 汤普森说，密尔沃基爆发的疫情导致 400,000 万人患病，最初是因为当地一家药店打电话给公共卫生官员，称他们无法保证易蒙停的库存，才引起了人们的注意。

对于尚未配备智能电表或传感器的系统而言，人为反馈尤为重要。正如苏利文所说，“将公民视为传感器”的做法在发展中国家尤其流行。在南非，人们测试了一款由IBM赞助的应用程序，名为 水资源观察员 苏利文说，这使得他们可以通过手机报告泄漏、污染或溪流阻塞等问题。

资金问题

虽然智能技术可以帮助水务公司更明智地决定如何花费资本投资资金，从而有可能节省整体资金，但美国水务协会预测，在未来25年内，我们需要1万亿美元来修复美国老化的饮用水基础设施，那么这个问题仍然存在。

在美国，联邦、州和地方政府的支出 水利基础设施投资109亿美元 根据国会预算办公室的数据，2014年，包括供水和污水处理设施以及饮用水处理和输送在内的各项支出中，只有三分之一（约36亿美元）用于新建管道或升级饮用水处理设施等资本投资。

这些资金主要来自地方水费、免税市政债券以及美国环保署的清洁水州循环基金，该基金已拨付用于此用途。 $ 863万美元的赠款 2016 财年，国会向各州拨款用于饮用水设施建设。国会于 2014 年设立了一项新的低息贷款计划，但尚未为此拨款。

这些资金池远远不够。要实现1万亿美元的投资目标，美国平均每年需要投入400亿美元。而36亿美元的资本投资远远不够。

最终，用户可能不得不支付更高的水费，这样公用事业公司才能有资金来更换老化的基础设施。 据这家跨国专业服务公司称，通过公私合营模式进行私人投资，可能是陷入困境的市政当局寻求出路的途径。 EY尽管面临两大障碍，但水利基础设施投资的趋势仍在推进。首先，由于水务行业监管严格且对变革持保守态度，因为事关民众健康，企业通常对水利基础设施投资持谨慎态度。其次，人权活动人士长期以来一直担心，企业参与供水会导致水价过高，贫困人口难以承受，而水是生命之源，这种情况是不可接受的。然而，3月22日世界水日当天，白宫水务峰会宣布，超过150家公司承诺投入40亿美元私人资金用于改善美国水利基础设施，这标志着水利基础设施私人投资的趋势向前迈进了一步。

最终，客户可能不得不 水费要贵。 这样一来，公用事业公司就有了更换老旧基础设施所需的资金。据美国自来水协会（AWWA）称，大多数美国人每1,000加仑自来水的支付价格不到3.75美元。AWWA立法主任汤米·霍姆斯表示，这大大低估了安全饮用水的价值。“人们认为水是自然界从天而降的东西，所以不应该很贵，”他说。“但大自然不会收集水、处理水并通过管道输送。这些都是人做的，他们理应获得报酬。”