2007年，京杭大运河采样，船家河道中取水，河道中排水。这或许是人和自然取水排水的原生态。但是，在如今的城市化时代下，人们对于水的理解还停留在一个水龙头、一个下水道的阶段，水是如何和自然联通？我们与水链接有什么问题？我们未来将接受的挑战在哪里？

2015年，柴静出品了纪录片穹顶之下，探讨了雾霾是什么？雾霾从哪里来？我们该如何应对？在春节期间，拉起了国人对环境问题的觉醒。事实上，除了空气之外，与人类息息相关的水问题比空气的压力丝毫不逊色。如果空气污染问题是穹顶之下，那么在穹底之下的地表之上还有水的问题，带给我们新的问题和挑战。

穹顶之下探讨了国家在政治、经济、管理在哪个环节发生了问题，造成了雾霾这样的一个结果，箭头直指能源结构、排放标准、公众参与等众多政治和社会问题。然而，我觉得除了上述的角度外，要解答好，空气问题和水问题等此类问题的成因。必须先了解透彻，这些问题从哪里来，他的历史是什么？然后，我们沿着历史的脉络，找到问题沿革，进而找到未来的问题。

我们将分成：人们如何从自然中取水，形成自己的供水系统；人类又如何面对污染，被迫将污染的水排放到自然界，也就是我们的排水系统；接着我们探讨，在今天问题越来越复杂的情况下，一个城市的水如何循环，循环中的问题何在；最后我们讨论未来的水问题可能是什么？

我始终觉得，我们不急于用政策、标准、制度来给出答案，我们首先需要正确的了解历史，这可能是解决问题的开始。

一、 供水系统

随着城镇化的进程，人们逐步远离了自然，远离了山川，进入了城市中，和人类一同远离的也包括了河流。公元前700年前，伊拉克北部的埃尔比勒就通过挖隧道的方式将20公里外的泉水送到了特洛伊和雅典。

真正将供水系统推进到一个更高层次的，应当是罗马人，因为罗马的城市当时人口已经增长到了50万人。一部分罗马人不仅饮用水，而且要洗浴，浇花，复杂的用水需求，产生了更多的用水量。在当时，罗马的输水系统是通过水渠来完成的，也就是输水的渠道加上盖板等，这样输水系统就隐藏在了人们的视线之外，当然，维护起来的成本也是高昂的，这些费用都由罗马皇帝拨款和私人捐赠来承担了。

罗马饮水工程，还有一个壮举就是它完全是依靠自身的重力来完成的。这听起来很简单，但实际操作中，要解决很多细节，比如如何经过陡峭的山坡，如何防治水压导致地表变形，如何防治水道过渡侵蚀。而且，更为精巧的是，罗马工程师，通过建造虹吸管，来解决翻越山谷的问题，以及通过改变水槽宽度，解决雨水中夹杂泥沙沉淀的问题。在其他地方，18世纪的伦敦开始尝试修建新河来满足日益增长的用水需求，并在霍乱爆发时期强制在所有取水口安装了滤水系统。拿破仑批准修建乌尔克运河，成功兼顾了航运与用水的需求。

解决了水的来源，水的清洁是人们关注的另一个问题。为了获得更清洁的饮用水来防止瘟疫等疾病，在古代就有通过煮沸银器的方式来消除水中的病原体，但造价昂贵。19世纪80年代起，一种廉价的方法使得自来水到达水龙头前杀死微生物成为可能——向水中添加氯气。由于一系列复杂的化学作用，加之氯气消毒本身会产生对人体有害的副产物。1990起，采用臭氧消毒处理方式逐渐普及，但其副产物溴酸盐仍具有致癌性。这也许需要一次自来水厂的系统性升级。

二、 排水系统

在过去的三个世纪，城市排水系统可能仅仅是一个用以移除城市不需要的水的权宜之计，在暴雨时节，为了让城市免于水涝，要将街道上的雨水及时排走，这对世界上第一批城市建设者来说是显而易见的，大部分早期的排水系统只是一些简单的水沟，在美索不达米亚、希腊和中国都有发现。随着城市规模的不断扩大，这些管道不断扩大，并有了顶盖，便形成了排污管道。罗马人的排水系统已经相当复杂，譬如使用碎石层来更好的排水，将路面抬高使得行人免受淌水之苦。

一般来讲，早期的导致城市散发恶臭主要来源于人畜排泄物，罗马人通过在排水沟上开口导入这些排泄物以此保持城市洁净、中国和日本则通过设计粪便收集系统作为肥料获得成功，这在当时世界各地发展成为一种产业链。随着其他来源的肥料发现和推广，这种原始粪便收集系统随之失去了经济价值，但是早期将人类粪便从街道清除以及寻找未受污染的水源的实践，为我们现代城市路面下错综复杂的给排水系统发展确定了方向。

日益增长的人口密度带来的一系列问题使得人们开始水利基础设施的实践。在经历了一些权宜之计后，由于土壤能够去除大部分污染物，增加土地养分，巴黎的官员开始试验用污水灌溉农场，到19世纪，污水农田的面积增加了5倍，使得巴黎所有的废水都能重复利用。这样，污水农田成为了原始型的污水处理系统。但这样的方法对于政府而言并不切实际，它需要占用大量土地，一些城市比如芝加哥也通过将污水问题转嫁别处，由于河流的自净作用，污水中散发的恶臭在大约绵延80公里后即可消失。

尽管有一些政治家如西奥多·罗斯福在早在1909年就意识到污水问题，但显然污水问题与其他政治问题相比在当时显得微不足道。20世纪初前20年，全欧洲和北美都建了初级污水处理系统，尽管该系统只是权宜之计，不能解决污水排放问题，但能减少排入地表水的耗氧有机颗粒物。一些沿海城市利用深海排污的初级处理方法，至今才开始被逐步淘汰。污水农场孕育了现代污水处理工艺的灵感，如生物滤池与活性污泥法，他们与沉降池、英霍夫氏沉淀池是19世纪80年代到第二次世界大战在污水处理领域受到越来越大的欢迎。

直到第二次世界大战，当环境问题变得越来越难以被忽视时，公众对于污水处理的需求更为迫切。在美国，政府通过颁布法律、投入资金、行政干预等手段促使地方政府投资兴建污水处理厂从而使全国的水质有了明显改善。建立污水处理厂的目的是解决晴天时生活污水和工业污水排入地表水的问题。负责设计第一代污水处理厂的工程师们认为不值得为了每年几场暴雨引发的溢流现象而去花费额外几百万美元的资金。

20世纪，各大城市的排水工程师们开始意识到具有双重功能的合流制下水道会带来新的问题，如汛期污水量会剧增，导致污水处理厂没有足够能力处理直接排放河流。这又引发了关于合流制与分流制的一系列问题，如何尽可能减少暴雨高峰期进入下水道的水量，随着美国低影响开发、欧洲可持续城市排水系统、澳大利亚水敏感城市设计等的提出与应用，得到了一定程度的解决。

三、 城市水循环

随着人口的不断增长，水质来源差、水资源缺乏与污水处理、水污染都成为困扰。现代水系统已被各种与人员、管道、能源和污染相关的费用逼到了绝境，并且可以肯定，这些费用带来的压力，其中的全部或大部分仍将继续。对于即将到来的、更加昂贵的水未来的认识，可以作为警示提醒我们，我们需要的不只是对老化的水利基础设施的修修补补，而是重塑城市水系统——一种能提供更可靠水源，并能同时保护我们健康和环境的新型水系统。

3R原则是我们在意识到随着人口增长旧有的消费方式带来的种种问题后提出来的，节约用水的等能使我们在节水措施上达到极致，而中水回用于园林绿化和农业、工厂等非饮用水的用途，最早应用的是旧金山，1919年使用未经处理的污水灌溉金门公园的园林系统。

在美国，第一个饮用水回收利用项目在堪萨斯州的查纽特市遭遇1956年严重干旱时运行了两年。包括将城镇的废水导流进入饮用水水库以及在饮用水处理厂增加氯气和明矾的使用。最高约占城市饮用水处理厂一半的用水。最成功的水循环项目应该是橙郡水区，他们采用了一套复杂谨慎的公共沟通策略和现代化的处理技术，使得推动循环水利用的力量势不可挡。但是由于成本高等因素，它的未来依然是个未知数。

通过新的途径获取饮用水也是开源的方法，海水淡化是20世纪末的兴起的获取饮用水方法，在过去的几十年间海水淡化技术取得了较大的进步，其中以色列的做法很值得借鉴。他们把重点放在提高能源效率，并将海水淡化厂合理纳入国家现有水基础设施中，这样做的好处是能够大幅度降低成本，据统计，海水淡化为以色列提供了大约17%的供水，到2020年这一比例将达30%左右。

未来会有更多的海水淡化厂建厂计划正在推进。从这个前沿性项目的尝试和和挫折来看，很显然，淡化水可能成为“水4.0”的一部分。海水淡化是一个成熟可靠的技术，但如果一个国家或者地区无法采用类似于以色列集权式规划模式，近期内走海水淡化路线相较于其他获取淡水的方法将会是一个昂贵的选择。

四、 未来的水问题

自从罗马人开创了“水1.0”，“集中化”已成为城市供水系统的重要理念。事实上，这个原始设计的原则性是如此强大，以至于后续每一次系统升级都是建立在此基础上。从水分配的出端加过滤和氯消毒处理，即“水2.0”；到下水道末端安装生物污水处理设备，即“水3.0”；再到以后每次升级更新，古罗马式的水渠和下水道的原始蓝图始终在指导着现代的水利基础设施。

集中式的城市水系统目前正面临来自各方面的压力。人口密度的增加，降水分布的改变、对水资源的竞争，以及需要把更多的水留在小溪、河流中以保护水生态环境，等等。这些都正驱动着一个变革，即以前无法使用的水源，例如海水和污水等，正成为今后饮用水供水工程的对象。与此同时，对氯消毒副产品、内分泌干扰物及与营养盐相关的地表水污染等问题的担忧，导致我们重新思考许多与水和废水处理相关的想法和做法。对雨水径流造成的损害的深刻认识，使得城市排水系统成为一个新的关注焦点。不过，在那些长期被我们忽视的管网及在污水处理厂即将达到设计使用寿命的同时，要筹集资金用以扩充各种水源、提高水处理效率和修复城市排水系统，可不是一件容易的事。因此，水费的快速增长和更频繁激烈的涉及用水的争议在大多数地方正日趋普遍。在不久的将来可能使我们做出一些艰难的选择。

为了解决集中式供水系统模式和所有与之相关的问题，我们可能只需要找到一种方法，在人口密度较高的地方采用分散式供水和处理水。在人口最稠密的城市的市中心，我们很可能永远无法摆脱集中式供水和排污系统，但是具备了最先进创新的社会，包括信息技术、生物技术和材料科学，应该能够将水井、化粪池和沟渠这些在20世纪期间以及很好应用于边缘社区的系统提升起来。

低影响开发对环境的影响、制定有助于径流二次污染最少化的政策等手段，可以降低城市径流污染。随着保持街道干净和污水处理系统相关的投资，加上对土地开发和化学品使用的警惕，城市地表径流可能有一天也会成为饮用水供应的一个重要组成部分。

2012年纳特尔市长与环境保护署签署了一项协议。根据该协议，费城将用25年时间来更换城市三分之一不透水地表面，采用包括绿色屋顶、雨水花园、透水路面，以及其他具有低影响开发特性的措施来截留最初的2.5厘米降水。如果一切按计划行事，费城将会在城市和私人房地产上投资将近25亿美元以减少径流。如果纳特尔计划成功费城将获得不只是底下污水管网。低影响开发模式承诺提供低能耗，创造具有吸引力的绿色空间，以及让市民重新参与到水循环中。

水的未来是什么，也许只有时间能告诉我们答案。