像空气一样，水也是生态圈中生命维持系统的一个重要的基本因素。水 维持着所有生命系统中能量转换的基本过程。在单独的有机体中以及在生态 系统中，水既是一种催化剂，也是一种主要成分。就单独的有机体而言，水 把养分带到细胞组织中去，而且又把废物带出来；水在生物界中以及在人类 环境中起着同样的输送作用。
像空气一样，水实际上不会被耗竭，而是不断地再循环。家庭污水通过 下水道排放到大海中去，又通过水循环，很可能再作为被蓄水池截获的纯净 雨水而回到家庭中来。但即使水是一种连续流资源，然而就一个特定地点来 说，如果叫任水分逸散（例如，通过蒸发），或者如果水受到污染，那么水 对生命的维持作用就可能要遭到破坏。
在本章第一节，我们将对美国工业化生活方式所需的庞大水量作粗略估 计，并将这一日益增大的需要量同作为径流的可供应用的固定淡水量作一比 较。接下去的两节将说明水是经哪些途径被浪费掉的——直接地，是通过大 手大脚且慢不经心地使用；间接地，则是通过污染。在第四和第五两节，我 们将介绍一些实用的技术，借以获得更多的水源，节省地用水，以及将用过 的水进行净化处理，以便再次利用。最后一节我们将指出，水的问题也像本 书所谈到的许多其它问题一样，解决方法既是技术性的，也是政策性的。必 须通过法律，地方公民们必须就水的问题进行表决，地方规划当局也必须下 决心改善当地水源管理。
水的消耗及其费用
工业化国家中按人口计算的总用水量，比不发达国家平均每人的用水量 高六至七倍。例如，美国每人每天的用水量大于 2000 加仑。如此巨大的消耗 量与我们在肉类、牛奶和水果方面的高消耗有关，所有这些产品的需水量都 很高；水的消耗也关连着我们的衣橱，其中装满了各种棉布、羊毛、丝绸和 人造纤维的衣服；关连着我们的大楼（私人的和政府的）以及各种商业建筑 物，这些楼房和建筑物都是用木料、钢材和混凝土建造的；关连着千百万辆 用玻璃、钢材和橡胶制成而且还要用石油来开动的各种车辆；也关连着其它 无数的我们向来认为理所当然的日用品。这些浩翰如海的物质财富，乃是一 个国家所谓经济兴旺赖以建立的基础，而这样的物质财富却又直接取决于是 否有着大量的、高质量的水可供应用。
这里所说的水，是指受控制的或人造水系所供应的水。通过人工输送而 用于灌溉的水也算在内；但不包括自然蕴藏于各种木材、草料以及其它非灌 溉作物内部的水分。如果将美国目前平均每人使用的所有森林产品和农产品 内含有的全部水分算进去，那么每人每日的需水量便在 6000 加仑以上。在受控制的用水量中，只有 8%是人们所能见到的家庭用水，主要用于烹调、洗 衣、洗澡及其它日常生活等方面。至于其余的部分，我们就只能通过用水量 很大的生产产品而看到：大约有 57%消耗于工业和蒸汽发电设备的冷却系 统，35%用于灌溉。家庭用水主要是在城市，但农村的非灌溉用水也占了 8
%。水力发电的用水量不包括在内，因为一般不把这种用水看作消耗性的。 仅从 1955 年开始，工业方面就取代农业成为用水最多的部门。这主要是因为 工业用电量迅速增长，因而冷却水的需要量也随之增长。
由于人口和经济活动不断地向城市地区集中，因而在这些地区要做到供 水量充足就愈来愈困难了。各城市之间对现有水源的争夺日益激烈，但这个 问题却很难在地方一级求得解决，其中部分原因也在于过时法律的阻碍。因 此，规划人员不得不把目光移向更远的地区和费用高昂的水源。
供应与不断增长的需求
关于淡水的产生，已在第一章中讨论过。在第一章曾指出，全世界的淡 水供应量虽然不到生态圈中全部水资源的 1%，而数量却已高达 200 万立方 英里以上。如果我们只截取淡水径流，那么总量便可达到每天 20 立方英里（20 万亿加仑）。这些水足够按每人每天 5500 加仑的用量供应全世界的 40 亿人 口。遗憾的是，水的分布并不均衡，而且污染愈来愈严重。正当水的需求量 不断上升的时候，可用水的量却愈来愈少了。
分布不平衡和截取水量很少造成了相当大的损失，而且大量被截取的水 又由于污染而不能使用。直到我们能够为供水而投入更多的资金并牺牲其他 一些环境利益的时候，上述缺点就可以克服了。然而在 21 世纪开始之前，我 们的需水量便会超过能从淡水系统中抽取的量。换言之，2000 年计划的每天9000 亿加仑的用水量是不可能由每天 12500 亿加仑的径流量中取出的。到2020 年，根据 E·E·莫里斯（Morris）的资料，每天 14000 亿加仑的用水量 将超过径流量。
水的成本
从理论上讲，水的成本应该反映出它的可获量。但实际上，在供水成本 与为这一特定资源向用户收取的费用之间几乎并不存在任何逻辑关系。水分 布的不均匀、需求量的波动、以及地方管理中无数莫名其妙的事情，所有这 一切促成了价格结构的不合理。一个城市居民为每一英亩一英尺1的水可能要 付出 150 美元，而这些水的质量与一个沙漠地区的农民用每英亩一英尺 2 美 元购得的水的质量几乎完全一样。真正的价格已为各种津贴和多种用途的拨 款所掩盖，尤其在联邦一级更是如此。目前，联邦政府在以改善供水为目标 的发展工作（其中也包括污水系统）上，每年投资超过 100 亿美元。根据政 府机构的估计，为了到 2000 年时能够恢复水的质量并控制住污染，需要花费 的资金约 400～700 亿美元。随着成本的上涨，这一估计数字当然还要提高，
1 ①英亩-英尺=43560 立方英尺。——译者注
而且对所存在问题的研究也才刚刚开始。
水的直接消耗
充分的供水并不仅仅意味着水量足够大，而是还要求所供应的水必须保 持一定的质量。水的消耗可能有两个主要途径：一是水从人为控制系统中流 失掉了，这叫作直接消耗；一是水变得不适于使用了，这叫作间接消耗。当 然，这两种消耗之间的区别实际上并不总是那么明确的。
就最广义的解释来说，在直接消耗中，也包括降落到地面后不能被人所 控制的 90%的水。说得更有条理一些，也就是在流入河流、湖泊或地下的水 中只有 10%能为人们所利用。生活消耗是指家庭或集体用水的消耗，或在某 种意义上讲，是指向用户供水的系统中的消耗。首要的生活用水，即饮用、 烹调和个人卫生这方面需要的水量不大，但却要求高质量的水；次要的生活 用水，包括如污水的稀释、空气调节、防火、娱乐、以及草坪和公园的维护 等等，这类用水的量很大，在美国每天 355 亿加仑的生活用水中，占绝大部 分。
生活消耗
每人每天的平均生活耗水量在 160 加仑以上。全部生活用水都是按照饮 用和烹调所要求的同一高质量的水来供应的，当我们了解到这一点时，上述 数字就显得格外庞大了。不管水的供应是否短缺，我们每次小便之后，为了 处理那区区一小杯的尿，总是要把 5 加仑的水冲入下水道里。两亿人口每天 小便若干次，这就是一个极其巨大的消耗。亨利·格雷塞（HeryGraeser）曾 经计算过，美国居住着 1.1 亿人口的 85 个最大的标准大城市统计区，每天的 回水量在 11 亿加仑以上。所谓“回水”，是指经一个城市使用之后又流回附 近水体中去的水。这样的水尽管有污物，但仍是具有很大潜力的资源。实际 上，这些排放到河流、湖泊以及我们后院某些海湾里去的污水，完全可以变 成最经济的水源，以便在不久的将来供大多数城市使用。
农业消耗
农业用水量远远超过生活用水量，这是可以预料得到的；因为农业用水 量比生活用水量高五倍多。但由于这些事实，即水费较便宜，且又有政府的 津贴，因而削弱了有效用水所起的经济上的促动作物。据本书著者估计，在 为了灌溉而存储、抽取和使用的全部水量中，有 63%根本没有起到促进作物 生长的作用。城市规划者对这种情况很关切，他们渴望获得这一资源；但负 责保护所谓用水权的法律部门却未必能让这样大量的农业用水转归城市使 用。
从积极的方面来看，应该指出的是，在美国全部农田中占 12%的灌溉地 所生产的作物，按价值计算占全部作物的 31%。这是因为灌溉地大部分都用 来种植高价值的特殊一类作物，其中包括绿叶蔬菜、柑桔类水果以及棉花等等。在大多数城市—工业化国家中，农业必须依靠政府津贴，才能维持在商 业竞争中的生存能力。从这点出发，只有在种植低产作物的地方，或是在地 下水有枯竭危险的地方，取消灌溉津贴方有意义。作为逻辑上必然的替代办 法，是通过诸如滴灌等较高的技术去提高效率。
消耗量的控制以及水的平衡使用，在更大程度上取决于水系统如何组 织，而不取决于用水的方式。就目前而言，工业用水与生活用水往往是共用 同一个水系统。为什么要把农业用水排除在外，似乎也并没有什么充分的理 由。另外值得考虑的是，对于各类不同的用途，并不需要供应同一质量的水； 反之，可以建立平行网络系统，为各类不同的用途供应质量等级不同的水。 有一些先进的地区，如圣彼得斯堡和佛罗里达州，已采用了双重供水系统。 一个系统为人的直接消费和个人卫生供应饮用水；另一个系统则供应冲洗厕 所、浇灌草坪以及其它各种有关用途的生活用水。
工业消耗
工业用水的消耗，远不同于因使用或控制无效而造成的损失。由于工业 用水非常集中，因而回收就成了一个极为重要的问题。这方面的大多数问题 都属于间接消耗的问题，但也有一些是由于漫无节制地使用所引起的直接浪 费。
污染
绝大部分可控制的水损失，是以污染的形式通过间接消耗造成的。按照 美国卫生、教育与福利部门的分类方法，水的污染共分为八大类：（1）污水，（2）传染媒介物，（3）工厂废物，（4）外来有机化学物质，（5）无机化 学物质，（6）沉积物，（7）放射性物质，（8）热。其中的某些类别，尤其 是污水和外来有机化学物质，又可进一步划分为保守性污染物和非保守性污 染物。非保守性污染物是指很容易被细菌分解的有机物质，保守性污染物则 对生物化学分解作用有很大的抗性。后者包括各种重金属和类如 DDT 等许多 结构复杂的合成物。这类物质对水和土地的污染是一个极为严重的问题，因 此，我们将在第十一章中专门予以讨论。大多数的非保守性污染物都是有机 废物；但这种物质在地表淡水中造成的麻烦却更甚于无机物质，因为有机废 物会使水中的氧气含量减少，从而促进传染媒介物的滋生。
保守性污染物是不能用生物降解法来处理的，这就是说，细菌的作用并 不能分解这种污染物质；因此，像通常在污水处理中采用的那种提高水中含 氧量的办法是无济于事的。对于硬性泡沫洗涤剂和像汞这样的毒性重的金 属、以及 DDT 之类的长效杀虫剂，大自然只提供了惟一的一条消除它们的途 径，那就是长时间地慢性作用；这些只存在于生态系统以外的物质，常常出 现在我们的食物中。
空气污染的二次污染效应有时会表现为水污染。例如，欧洲西北部上空，二氧化硫排放量很大，使得这里的降雨也变成了酸性的。其酸性之高，有时 足以使一些小湖和水塘的 pH（反应）值降低到 4（pH 值可在 1 到 14 的范围 内测定；7 为中性，小于 7 表示酸性，大于 7 则为碱性）。这样高的酸性对 鲑鱼有着严重的影响，因为鲑鱼在 pH 值低于 5.5 的水环境中是无法生存下去 的。
保守性污染和非保守性污染
无论保守性污染也好，非保守性污染也好，其程度都反映了整个美国工 业活动的集中程度。即使是有机废物，其来自工业的也常常比来自生活的要 多。仅一家甜菜制糖厂，在一个开工季节排出的有机污染物质，就多于一座50 万人口的城市在一年内的排出量。目前，我们能控制的水有 52%用于工 业；这些水的大部分又回到湖泊与河流中去，不过回水的温度要比出来时高 得多，而且还受到各种酸类和有机物残渣的污染，含氧量也大大降低。在这 种条件下，废水本身甚至连清除非保守性污染物的能力都没有了。
根据国家科学院的估计，到 1980 年，这一污染排放量将大到足以将美国22 条大河的基流中的氧耗尽。由于污染，全国许多最大的地表淡水源，即使 还没有真正进入危险之列，也已经变得无法使用了。日平均流量高达 110 亿 加仑的赫德森河，每天要容纳 4 亿加仑未经处理的污水，其中单是曼哈顿排 出的污水即达 5000 万加仑。正如罗伯特·H·博伊尔（RobertH.Boyle）所说 的，当年兴建纽约城市的时候，如果再向上游挪 50 英里，那么赫德森河到现 在就完全是一条死河了。实际上，美丽的赫德森上游可能很快又要变成为纽 约市提供更多水的另一个水库。
无与伦比的五大湖水系统，其中容纳的水占全世界淡水量的 20%，但如 今几乎已经完全毁掉了。1974 年，联邦法官下令禁止明尼苏达州的锡尔费湾 储备矿业公司向苏必利尔湖中倾倒废石一事，成了报纸上的头条新闻。环境 保护局下属的检查小组断定废石中含有石棉纤维，如果混在饮用水中被人喝 下去，便有致癌的危险。在储备矿业公司倾倒废石的 18 年中，湖的一部分已 变成了蒸发着臭气的乱石滩。但采取类似做法的并非该公司一家。农业和工 业生产中排出的磷，乃是造成污染问题的一个重要因素。美国环境保护局前 领导人威廉·拉克尔肖斯（WilliamRuckelshaus）对伊利湖的富营养化现象 描写道：“仲夏季节，伊利湖湖中飘浮着一片厚达两英尺、面积约为好几百 平方英里的水藻；湖底的含氧量降低到零”。1972 年，伊利湖几乎成了一个 死湖（但还不是完全没有恢复的希望），美国和加拿大终于达成了一项关于 净化五大湖的协议。由于目前已经直接涉及到美、加关系，故也许将要采取 一些措施。
石油污染
水的石油污染是值得单独提出来加以讨论的问题，因为，我们的现代社 会是依靠化石燃料实料作为能源来运转的。实际上，随着近海石油勘探开发 工作的日益开展以及阿拉斯加输油管线的投入使用，石油污染可能要对海洋生态系统构成愈来愈严重的威胁。 泄漏到水环境中的石油是一种极其严重的污染。这种污染可以通过三种方式杀死水生植物和动物：第一，石油污染可能是毒性的；某些石油组分， 例如苯酚，是溶于水的，因而这些成分会迅速地扩散到周围环境中去。第二， 石油可以覆盖在有机体的呼吸表面，从而引起窒息。第三，石油污染还可能 造成某些物种的遗传变化、繁殖力降低、或增高对疾病的易感性，致使某一 特定地区的物种濒于灭绝。长期的石油污染会造成水中氧含量减少，从而导 致生态机能的不平衡。有机废物的自然分解作用将被削弱，以致造成过高的 污染负荷。
1967 年，托里·坎扬（TorreyCannyon）油轮失事，向英国沿岸海域倾 泻了大量石油，从此以后，这类轰动事件接二连三，如今已成为家常便饭。 全世界每年生产的石油，有一半以上要靠船舶来运输。海岸、河口以及附近 内陆水域受影响最大。不幸的是，这些地带正是自然生物生长和人类居住最 理想的环境。
尽管我们未能控制石油污染的起因，但却逐渐学会了同污染现象作斗争 的本领。1974 年，我们利用粗帆布和泡沫聚苯乙烯拦油栅，从漏泄在长岛海 峡的 1.6 万桶石油中捞回了大约 1.5 万桶。其它的努力业已取得了一些程度 不同的成就。在圣巴巴拉海峡的井喷事故中，为了促使石油聚集而使用了去 污剂，结果引起了不良副作用，造成大量有益的微生物死亡。
控制污染的起因也许是最困难的。比如说，偶然性的泄漏一般数量很小， 但就每年的漏油量来说，超级油轮的泄漏量可能要占很大部分。20 万吨或 20 万吨以上的超级油轮比旧式小油轮通常更不容易引起一般性的污染，但这种 油轮的易损性却很高。这种船只由于船身过于巨大，因而在操纵中会引起时 滞，这样在紧急状态下便很容易遭到损坏。
热污染
在所有废物污染中，热污染大概是最隐蔽的一种形式，因为它可以存在 一个时期而不为人们所察觉，而且它的作用主要是长期性的。热污染会削弱 水体的供氧作用，因为热水含溶解氧较少。缺氧会使生态平衡失调，从而影 响到分布在这一环境中的水生动植物、以及微生物的数量和种类。有多种鱼 是在海湾与河口内产卵的。不幸的是，这些地方也正是建立发电站的理想场 所，因为发电设备需要连续不断地用水。在加利福尼亚海岸一座电站中，测 得排水温度高达 80 华氏度。对我们食用的许多鱼类品种来说，适于它们产卵 的理想水温应在 55 华氏度以下。某些在市场上颇受欢迎的鱼种，例如太平洋 鲑鱼，当水温超过 77.5 华氏度时就不能生存，最适于它们生活的温度范围是
52～57 华氏度。
一座发电站用过的冷却水排放地点附近的水温最高可达 66 摄氏度，如果 我们考虑到这座电站只是千万座这样的电站中的一个（其中，许多电站有着 更大的容量，有些还使用了核燃料，而且大多数又都是把废水倾泻在更为狭小的水域中），这样，我们就能更加充分认识到，排放到水环境中去的废热 究竟有多大量。甚至直到现在，美国大多数的电站并未配置适当的设备来处 理排放的热水。其他一些国家则已取得了一些成就。例如，英国对冷却水的 排放管理得比较严格，因而各电站基本都有符合标准的冷却塔，排放的水流 回到河、海中去的温度通常在 60 华氏度或更低。这是为保护海洋与河流生物 所必需的最低限度，尤其在夏季更是如此。
