可持续水资源管理与未来城市

水工工程的准备和创新

我们的总部位于太平洋西北部:每年我们办公室窗外的降雨量为60英寸。也许是我们潮湿的雨伞和泥泞的鞋子让我们考虑未来城市发展中的水资源管理。

或者也许它是从邻居城市的奇怪新闻故事，伯爵 - 其中洪水导致的污水井试图吞下一辆公共汽车和一个错误的引导最终造成了六位数的水损失。

乍一看，这些事件很有趣。然而，它们说明了水资源管理的区域规划的困难。城市环境必须以可持续的、节能的方式管理径流、处理和清洁水的供应。然后，用项目经理的话说，他们必须同时管理已知-未知和未知-未知的风险。

洪水造成的天坑属于第一类。他们会来的，但会有什么影响呢?伯纳比的助理工程总监詹姆斯·洛塔(James Lota)承认，山洪暴发造成了混乱。“每次我们预计会有大雨，我们的工作人员就会出去进行洪水监测。山洪灾害对基础设施造成的破坏最为严重。”丢失的靴子造成了近100万美元的溢出损失属于第二类。这是一个未知的、未知的、有点混乱的情况，需要在事后进行管理。

如今，水资源管理已成为当务之急。水系统在许多方面受到挑战。气候变化正在导致更多的洪水和干旱事件。濒危物种和鱼类需要栖息地保护。能源效率对于降低水处理的大量碳足迹是必要的。日益增长的城市化在密集的、不透水的硬景观中产生了对水的需求。作为回应，北美各地的土木工程师都在创新。标准实践正在创造性地发生变化。为了预防和缓解紧急情况，现代工程师正在重新创造环境自己的解决方案。

尽管有天坑和乱穿的靴子，伯纳比还是有全面的雨水管理计划。由于“像往常的业务”模型，它建立了处理降雨量增加的能力。如果什么都没有变化，但气候，城市将能够管理吗？必须建设什么公差？需要什么升级？

创新是可持续性的关键。为此，加拿大工程协会的未来城2020比赛是敢于挑战下一代的梦想。这个竞赛要求小学生设计一个清洁的水系统，记录它，并用回收材料建造一个模型。

他们现在可能会受到北美的创新的启发。

洪水:应急准备

根据全国人大的说法，洪水是“最致命、最昂贵和最常见的自然灾害在美国。NCSL承认预测洪水是一件困难的事情，并提出了建立弹性的建议。大体上，它概述了三种主要的方法来减少或减轻洪水灾害。这些都是:

• 洪水转移和储存
• 河漫滩及河流修复
• 绿色基础设施和低影响发展

这些策略旨在防止水在人类空间聚集和泛滥。一些策略依靠传统工程来涵养和疏导水。

引水和蓄水经常使用古老的工程技术。堤防、防洪闸、堤坝和排水管道都是管理洪水的众所周知的方法。含水层储存和回收系统是相对较新的工具。它们在上个世纪得到了发展，创造了注入和抽取井来储存和获取地下水位的水。

相比之下，洪泛区和溪流的恢复利用工程来创建或支持通常洪水泛滥地区自然产生的生态系统。泛滥平原和河流是主要的类别，但恢复或重建泥沼和沼泽属于这一类。

绿色基础设施和低影响发展是为了让城市更容易渗水。混凝土和沥青形成了汇集和径流。在水文方面，绿色基础设施的设计是为了鼓励更高的截流和渗透率。

• 水拦截发生在土壤和植物吸收或支持通过蒸发或蒸腾返回空气中的水分时。
• 水渗透描述水透过地表的速度。当水进入一个系统的速度比渗透速度快时，它就会聚集、泛滥、流失。入渗受土壤类型、压实和有机质存在的影响。植物的大小和成熟程度也会影响渗透。植物的根在土壤中形成了通道。

全国各地的一些特殊项目表明，这些方法不仅可以创造紧急依赖，而且还可以全面提高生活质量。

密尔沃基市

密尔沃基市在其“以水为中心的城市”倡议中发展了一个广泛的项目。它为自己设定了雄心勃勃的目标。它计划到2035年每次下雨都能收集7.4亿加仑的水，成为全球可持续水资源开发的领导者。密尔沃基的成功来自于多管齐下的洪水管理方法。

密尔沃基的方法在城市的表面上产生孔隙度。即使在城市，雨水也流过土壤来充电地下含水层。这 ”Greenseams“程序在浓度缓解的频繁填充区域中创建开放空间，转型空地，郡里的空地，以及其他开放空间划分为洪水管理区域。一个有趣和创新的想法被称为“BaseTern”项目。当一个废弃的或被取消赎回权的房子被拆除时，地下室会完好无损地保留下来，以容纳雨水。可持续发展办公室主任埃里克Shambarger这表明这是一种“管理大量雨水的划算方法”。

Bioswales本土植物和防洪树木也很重要。它们可以战略性地放置，以帮助吸收和处理水。

为了创造分布式渗透，城市正在用透水的摊铺机和工程土取代不透水的硬质景观和严重压实的土壤。土壤和植物在补充地下水时过滤污染物。

密尔沃基还为安装绿色屋顶的企业提供了补贴。在公共建筑改造或建设计划中，绿色屋顶技术也是优先考虑的。80万美元的拨款给罗克韦尔自动化帮助完成了一个绿色屋顶130万加仑的水每年。绿色屋顶有助于建筑的气候控制和屋顶的寿命，以及捕捉水。所有捕获的水都被阻止进入和淹没下水道系统。

洪水平原设计-华盛顿州

创新的公私伙伴关系，冲积平原的设计在华盛顿州开展了一项非常大规模的工作，以帮助恢复或创建洪水平原。Puyallup, Washington是他们展示这种方法力量的项目之一。历史上，定居者重新设计了许多当地的河流，以创造耕地和方便灌溉。河流被拉直，疏浚，并被堤防和堤坝包围。这些工作为社会创造了重要的利益;它还增加了洪水的风险。随着越来越多的人使用这片土地，该地区的水资源管理能力下降了。鲑鱼和其他野生动物也受到了严重影响。

“设计泛滥平原”并没有重新创造原来的泛滥平原，但它确实试图重新设计一些管理水位上升和下降的景观。通过在河流的重要弯道周围开放空间，系统的整体容量得到了提高。这项工作是与生活和工作在这条河附近的人们协商完成的。一些曾经用于耕种的土地被购买并归还给自然水系。

恢复后的泛滥平原地区提供的不仅仅是水资源管理。作为开放的自然栖息地，它们是绝佳的娱乐场所，也吸引了野生动物，并支持当地的鱼类和贝类种群。

标准实践的创新

标准水工程监督少数日常城市需求。最重要的是，一个城市需要不间断地供应干净的饮用水。污水基础设施也至关重要，对灰色和黑色水进行治疗，防止疾病传播通过水源。雨水管理也是至关重要的，通过创建风暴下水道系统来迅速移动水来防止溢流。本行业的创新可能是令人惊讶和鼓舞人心的。

格塞姆的净零能源废水处理

格雷欣是俄勒冈州的一个郊区城市，人口刚刚超过10万，位于波特兰的东部。该地区以灵感和创新而闻名的不仅仅是波特兰的城市。2007年，伦敦金融城为自己设定了减少政府温室气体排放的实质性目标。在达到这些目标的过程中，格雷欣的废水工程师们发挥了创造性和开拓性的作用处理工厂这产生的能量比消耗的要多。这是一个不小的成就:格雷欣每年将节省50万美元的电费。

团队的高级工程师和净零的可能性倡导者，艾伦约翰逊一开始，他们想办法让工厂减少能源需求。一个文章在生物环引用他的话说:“永远，最重要的是，节约能源。这对你来说是最划算的。在我们开始FOG接收和热电联产项目之前，我们做了三个能效项目——低能量涡轮鼓风机、曝气池中的细气泡扩散器和消化池中的线性运动搅拌机——使工厂的总能源使用量降低了17%。”

不管电厂有多高效，它仍然需要电力。为了产生这种能量，格雷欣安装了两个以沼气为燃料的联合发电机。

燃料是现场制造的。厌氧消化器吸收当地餐馆的脂肪、油和油脂，产生沼气。商业搬运工已经和当地的食品服务机构建立了关系:大多数人都在收集油脂，然后向私人公司支付小费，让他们回收垃圾。把废油运到城市稍微减少了他们的小费费用这就变成了整个系统的双赢。

这种创新和安装并非没有成本，但节省下来的成本预计将在7年内收回投资。

奥兰治县水区

即使在干旱条件下，南加州仍然缺乏充足的本地水。大多数南加州县都从北加州获得了大部分水。

然而，橙县不同。进口量计入其使用的25％，但并非全部。一个大地下水盆地给橙县一个含水层，传统上由圣安娜河喂养。补充和监测盆地的水已经是橙县水战略的一部分多年。近年来，奥兰治县已突飞融化和再利用技术。为了保持地下水补充，他们创造了一种备受高度处理过的废水的系统，用微滤，反渗透，紫外线和过氧化氢净化它，然后将该水返回到水工作台被动重复使用。它们每天生产1亿加仑，完全干净，可饮用的淡水水，在大多数其他系统中，将被清空到海洋中。

在发达国家，人们经常发现废水处理和再利用令人不快。对于缺水的地区来说，将淡水倒入大海是一种疯狂的行为，但它缓解了潜在的黑水污染(“从厕所到水龙头”)的担忧。它还消除了人们对可能存在其他工业或化学废水的担忧。当然，把处理过的灰色和黑色的水送进海洋只是把它加入了地球的水循环。生态和天气系统创造了一个巨大的过滤过程，将灰色和黑色的水变成干净的新鲜雨水。污水厂也有同样的魔力，变黑变清，只是时间上快得多。

对黑色水的恐惧往往会使人们饮酒瓶装水 - 虽然讽刺意味着，大部分水都是从加利福尼亚州的含水层收获的水。在美国每年的瓶装水上花费了130亿美元，即使在众所周知的自来水完全安全的地方，也是如此。

因此，奥兰治县地下水再利用工作的成功很大一部分是他们的沟通策略。人们对水污染的担忧来自于大肠杆菌和霍乱等疾病;这些疾病是在污水中传播的。很多关于水再利用的信息使用了“污水流”这样的术语。在什么情况下，一些危险的东西会变得像干净的水一样安全?

自然水循环，大大，分开这两个想法。水过滤做了相同的工作，但非常迅速，一切都是一次。人们可疑是无法完成的。通过巨大沟通改变文化是水保和管理中最大的挑战之一。

2018年，美国环保工程师和科学家院士在橙县水域赋予了两项奖项，以便在水中工作。他们接受了纯化技术研究的荣誉。但他们最大的成就？沟通的大奖奖。

WSP加拿大水处理

这不仅仅是参与水处理的公共机构。私人工程公司还提供创新的解决方案。

在加拿大，土着社区已经挣扎 - 有时候几十年开水警告．目前有61个这样的警告。偏远地区和被忽视的基础设施共同产生了影响居民健康和生活质量的根深蒂固的问题。

WSP加拿大去年，他们获得了副州长卓越软工程奖，以表彰他们在创建生物离子交换工厂以净化公元前北部的Tl 'azt 'en国家的水，结束了长达14年的煮沸水的建议。

的生物过程在植物中使用自然生长的微生物来消耗有机物。与传统的水处理系统相比，WSP创新减少了对化学品和其他投入的依赖，并且需要更少的监测，使工厂在偏远社区更具有可持续性。

水的重要性

水的管理不仅仅是关于径流、洪水风险缓解和清洁饮用水供应。水也是景观中重要的人文元素。

从海洋小屋到公共喷泉，人们被水吸引。建筑师和城市规划者包括室外空间的水景他知道，波光粼粼的水声和景象会让人平静下来，并创造出一个焦点。

我们也喜欢水上娱乐活动。运河邀请划船，湖泊游泳:可靠的桶卷从海洋可以吸引来自世界各地的冲浪者。水可以是好玩的、平静的、淬火的和冷却的，因此在选址中起着核心作用。

在一个被咸水覆盖的星球上，淡水系统的维护和支持对我们的健康和福祉至关重要。许多管理洪水和支持日常系统的创新也有助于这一福祉元素。修复后的河流旁的自然小径是人们寻找宁静和休息的地方。当泛滥平原沉入一个狭窄的沟壑时，狂暴的急流提供了一种非常不同的乐趣!

保持我们水的健康是每个人的关注。教导我们更有效和有效地教导我们的创新者和工程师将帮助我们为后代维护这种资源。