CH2M和IBM有一个修复我们的供水系统灾难
这篇文章首次发表于Ensia。
发达国家的人们打开水龙头，就能得到安全的饮用水，他们往往认为这是一种显著的健康益处。去年，密歇根州弗林特市的儿童铅中毒检测呈阳性，源头被查出来自自来水，这种自满情绪被戏剧性地打破了。
但是弗林特不应该出其不意地袭击任何人;事实上，水务行业的专业人士多年来一直在发出警告。
发达国家的许多水利基础设施已经建成70〜100年前并接近其使用寿命结束。美国水工程协会说，我们已经进入“置换时代”中，我们必须重建“由前几代遗留给我们的供水和污水处理系统。”多数管道，这取决于他们的材料，并在其居住环境，有60到95年的使用期限。处理厂的机械和电气部件可以用于15至25年。如不及时升级，我们很可能会看到水质恶化，有铅或砷中毒及细菌和病毒污染更多的事件，并增加泄漏中断供水服务的数量，并导致代价高昂的紧急维修。
在2013土木工程师的美国社会给美国饮用水系统打了D级。全美每年有240,000条总水管爆裂，或者说大约每两分钟就有一条。每年，全世界有超过410亿立方码的处理水因为泄漏而流失——这些水足够供应近4亿人，根据世界银行的数据。虽然在美国的饮用水仍然相当安全的整体，与细菌或病毒污染定期使人生病。在2011- 2012年，全国锯32例与饮用水有关的疾病暴发，造成431例疾病和14例死亡美国疾病控制和预防中心(Centers for Disease Control and Prevention)的数据显示，美国人的健康状况不太好。
正如沙利文所说的那样，“把公民当作传感器”在发展中国家尤其流行。
根据AWWA的预测，在未来的25年里，升级美国超过100万英里的饮用水管道和其他供水基础设施，并扩大供水系统以满足日益增长的人口的需求，预计将花费超过1万亿美元。尽管需要的财政投资令人难以置信，推迟升级可能意味着水管漏水或处理设施过时导致水质下降，服务中断，甚至更高的成本:在发霉的建筑物或弯曲的道路上，防止漏水比修复水损坏要便宜得多。
为了进行有针对性的分类，新技术——传感器、智能电表和数据管理平台——正在帮助水资源管理者就如何分配宝贵的资金和领先于问题做出明智的决定。
“我们鼓吹资产管理。不要一年只更换百分之x的管道，”美国管道协会立法主任汤米·霍姆斯说。“对你的系统做一个分析，选择哪2%的管道需要被替换，而不是只关注一个地理区域。你首先要更换濒临失败的管道。”
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帮助做出这些战略决策的是水表，它正在走向高科技。
城市已经开始在客户的房屋和企业安装智能电表测量水的使用。由于先进的计量基础设施（在业务AMI已知的），可通过无线技术消耗的实时中心局水传输数据，它可以“告诉你的不仅仅是水的用量较多，”肯·汤普森，智能副主任水解决方案美国总部设在科罗拉多州的一个全球性的工程公司，帮助城市规划升级水利基础设施，选择技术和设备集成到一个单一的管理体系。
汤普森说，AMI电表可以通过发现不寻常的使用模式来发现客户财产上的漏洞。他们还可以瞄准街道下面的管道破裂，因为管道破裂会产生吸力，把水从居民的房子里抽出来。汤普森说:“如果你看到一个有回流问题的集群，可能是那条街上的管道破裂了。”利用这些数据，管理人员可以计算出裂缝的位置，并在它损坏附近的房屋和道路之前及时进行修复。
传感器是现代水基础设施的另一个关键组成部分，用于检测泄漏和污染。水直接通过传感器，传感器是用来测量水的特定化学特性的。传感器装在一个圆柱形盒子里，通常由金属或塑料制成，8到12英寸长，可以直接拧入管道。圆柱体还包含用于数据收集和通信的电子设备。
对于其水管理系统，CH2M通常使用三种类型的传感器，Thompson说。饮用水有一个标准的化学成分，所以传感器被设计用来发现偏差，而不是测试个别污染物。如果传感器显示出异常，就会提醒水质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。
“有化合物的几十万，”汤普森说。“你可以不看一切。”
汤普森说，CH2M客户使用的传感器每台通常要花费几千美元。他说，服务于德克萨斯州达拉斯的大型公用事业公司可能会使用10到20个传感器，而服务于几千人的小型公用事业公司“可能只使用一到两个”。
在安大略省汉密尔顿的麦克马斯特大学的研究人员正在研究一种不同的方法对水的传感器技术 - 一个是大为低廉。盖伊Yuyitung，麦克马斯特产业联络处的执行董事表示，大学的研究人员正在制造的传感器，成本大约$ 10
最终，消费者可能将不得不支付更多的水费，从而使公用事业公司有资金来替换老化的基础设施。
研究人员正通过将传感器小型化(大约芝麻籽大小)以及使用低成本材料和制造方法来实现这一大幅降价。“这就像用喷墨打印机制造传感器，而不是高度专业化的制造，”Yuyitung说。“他们正在减少零部件，以便廉价地大规模生产。”
麦克马斯特大学的工程学教授Jamal Deen和他的团队，包括工程系的同事Raja Ghosh和Ravi Selvaganapathy，已经研制成功可以检测氯和pH值的化学传感器在饮用水。在基础材料上，他们可以申请不同的化学接口，因此传感器可以测试各种污染问题。在未来，这种创新的传感器可能使这些技术更容易达到，特别是对小型供水设施。在美国，社区水系统的84.5％的发球只有不到3300人。
由于传感器价格低廉且可以无线通讯，它们还可以用于确保尚未接入城市水处理系统的偏远小社区的安全饮用水，比如加拿大北部的第一民族社区或印度的乡村。
新的水利基础设施建设需要，以满足全球日益增长的人口的需求，但它的建成之前，甚至，社区可以从衡量其水质的技术中获益。生活过水格的人可能会使用传感器来测试他们的湖泊，河流或井，以确定是否，比方说，天然产生的砷在他们的供水尖或奶牛近期有浴室休息上游。
系统管理
软件为优先升级市政供水基础设施提供了另一种技术工具。两大玩家是微软的CityNext和IBM的智慧城市，其分析从智能仪表，传感器和其他来源的数据，以查明出现泄漏和污染。
迈阿密戴德县的公园系统，每年使用超过3亿加仑的水，正在使用IBM的平台来检测水资源消耗的不规律，并派遣公园管理人员来检查它们。迈阿密戴德县公园、娱乐和开放空间部门的主管杰克·卡迪斯说:“在寻找和应对需要的修缮方面，我们节省了几个月的时间。”该部门预计将在每年400万美元的水费上节省7%到12%。
CH2M还提供水公用事业系统管理平台，可以帮助运营商在解决问题的积极主动，而不是被动的，汤普森说。在2013年，与美国环境保护署的资助，CH2M安装监测和应对系统在费城，纽约，达拉斯和旧金山。尽管这些系统是为了保护饮用水的犯规动作，在城市使用他们司空见惯的水质管理，汤普森说。CH2M已完成有关在美国数十家大型供水系统和成千上万的世界各地的各种大小的系统，他说。
数据平台的真正优势在于将以前筒仓式的各种信息流——水流量、基础设施状况、水质——汇集到一个地方。
IBM智能水资源管理公司的销售经理迈克尔·沙利文说，这样的系统可以更快地识别出弗林特的主要危险。“弗林特的部分问题是没有真正的能见度，”他说。“有大量的信息，但直到很久以后，问题才真正进入人们的视野。”
数据平台如IBM与CH2M的可以结合其他重要信息，以及，如在一定区域内的材料和管道的年龄和在本地环境中的预期寿命。他们还可以近乎实时地标志问题时，有关泄漏或在特定区域改变水质广大客户来电超过基线的阈值。
依托客户的目光在地面上并不新鲜。1993年隐孢子虫汤普森说，密尔沃基爆发的易蒙停疫情最初引起了40万人生病，当时当地一家药店打电话给公共卫生官员，说他们无法储备易蒙停。
对于那些还没有智能电表或传感器的系统来说，人工反馈尤为重要。正如沙利文所说，“把公民当作传感器”在发展中国家尤其流行。在南非，人们测试了ibm赞助的一款叫做WaterWatchers沙利文说，这使他们能够通过手机报告泄漏、污染或水流阻塞等问题。
资金问题
虽然智能技术可以帮助水务更精明的决定花费资本投资美元,可能攒钱总的来说,还有哪里有问题的1万亿美元美国自来水厂协会(AWWA预计我们需要解决饮用水境况不佳的美国基础设施在未来25年。
在美国美国联邦、州和地方政府支出对水基础设施$ 109十亿（PDF）(包括供水和污水处理设施，以及饮用水处理和交付)，根据国会预算办公室的数据。其中只有三分之一——大约360亿美元——用于资本投资，如新管道或更新饮用水处理设施。
这些资金主要来自当地的水费、免税的市政债券和环境保护署的国家清洁水循环基金8.63亿元拨款(PDF)在2016财政年度向各州提供饮用水设施。国会在2014年制定了一项新的低息贷款计划，但还没有为此拨款。
这些钱库是不够的。为了达到投资1万亿$，美国将需要花费400十亿$平均每年。数十亿资本投资$ 36相差甚远。
这家跨国专业服务公司表示，通过公私合作方式进行私人投资，可能是陷入困境的市政当局的出路EY（PDF），在战胜两场显著障碍。企业一般都回避了水利基础设施投资了，因为水务部门的严格管制和保守态度的变化，因为人们的健康受到威胁。和人权活动家长一直担心卷入水中分娩企业将导致价格过高，穷人，一个无法维持的局面时，水是生命的关键。
尽管如此，在3月22日的世界水日，当白宫水峰会宣布150多家公司承诺投入40亿美元的私人资金来改善美国的水基础设施时，私人投资供水的趋势又向前迈进了一步。
最终，消费者可能不得不这么做为水付出更多因此，公用事业公司反过来有资金来取代老化的基础设施。根据AWWA的数据，大多数美国人为每1000加仑的水支付不到3.75美元。美国水协会立法主任汤米·霍姆斯说，这大大低估了安全饮用水的价值。他说:“人们认为，因为水是一种自然存在的东西，从天上掉下来，所以不应该太贵。”“但大自然母亲并不收集水，处理它，并通过管道输送。人们这样做了，他们需要得到报酬。”
