水資源は、飲料水や灌漑用水などの水源として、人類にとって潜在的に有用な天然の水資源です。これらの資源には、天然の水源からの淡水、または再生水（廃水）や淡水化水（海水）など他の水源から人工的に生産された水があります。地球上の水の97％は塩水で、淡水はわずか3％です。このうち3分の2強は氷河や極地の氷床に凍っています。[ 2 ]残りの凍結していない淡水は主に地下水として存在し、地上または空気中にはわずかな部分しか存在しません。[ 3 ]天然の淡水源には、凍った水、地下水、表層水、河川流下などがあります。人々は水資源を農業、家庭、工業活動に利用しています。
水資源は、水不足、水質汚染、水紛争、そして気候変動といった様々な問題によって脅威にさらされています。淡水は原則として再生可能な資源です。しかしながら、世界の地下水供給量は着実に減少しています。地下水の枯渇（あるいは過剰汲み上げ）は、例えばアジア、南米、北米で発生しています。
天然の淡水源
淡水の自然水源には、地表水、河川流水、地下水、凍った水などがあります。
地表水
地表水とは、河川、湖沼、淡水湿地の水のことです。地表水は降水によって自然に補充され、海洋への排出、蒸発、蒸発散、地下水涵養によって自然に失われます。あらゆる地表水系への唯一の自然な流入は、その流域内の降水量です。ある時点におけるその系内の水の総量は、他の多くの要因にも左右されます。これらの要因には、湖沼、湿地、人工貯水池の貯水容量、これらの貯水池直下の土壌の透水性、流域内の土地の流出特性、降水時期、局所的な蒸発速度などが含まれます。これらの要因はすべて、水損失の割合にも影響を与えます。
人間はしばしば貯水池を建設することで貯水容量を増やし、湿地を排水することで貯水容量を減少させます。また、舗装や河川の流路変更によって流出量と流速を増加させることもあります。
運河やパイプラインを通じて別の流域から表層水を輸入することで、自然の表層水を増やすことができます。
ブラジルは世界で最も多くの淡水資源を有していると推定されており、次いでロシアとカナダが続いている。[ 4 ]
自然湿地のパノラマ（シンクレア湿地、ニュージーランド）
氷河からの水
氷河からの流出水は表層水とみなされます。「世界の屋根」と呼ばれることが多いヒマラヤ山脈には、地球上で最も広大で険しい高地がいくつかあり、極地以外では最大の氷河と永久凍土の面積を誇ります。アジア最大の河川のうち10本がそこから流れ出ており、10億人以上の人々の生活を支えています。さらに複雑なことに、ヒマラヤ山脈の気温は世界平均よりも急速に上昇しています。ネパールでは過去10年間で気温が0.6℃上昇しましたが、地球全体では過去100年間で約0.7℃温暖化しています。[ 5 ]
地下水
地下水は、地球の表面下の岩石や土壌の空隙、および岩石層の亀裂に存在する水です。世界中で容易に利用できる淡水の約 30 % は地下水です。 [ 6 ]岩石または未固結の堆積物は、使用可能な量の水を産出できる場合、帯水層と呼ばれます。土壌の空隙や岩石の亀裂や空隙が水で完全に飽和する深さは、地下水位と呼ばれます。地下水は地表から涵養され、泉や湧出水として自然に地表から排出され、オアシスや湿地を形成することがあります。また、農業、都市、工業用に、抽出井戸を建設して稼働させることによって汲み上げられることも多いです。地下水の分布と移動を研究する研究は、水文地質学、または地下水水文学と呼ばれます。
通常、地下水は浅い帯水層を流れる水と考えられていますが、厳密には、土壌水分、永久凍土（凍土）、透水性の極めて低い岩盤中の不動水、深部地熱水や石油層水も地下水に含まれることがあります。地下水は潤滑作用を発揮し、断層の動きに影響を与える可能性があると考えられています。地球の地下の大部分には水が含まれており、場合によっては他の流体と混ざっている 可能性があります。
河川流下
河川全体を通して、下流に運ばれる水の総量は、目に見える自由水流と、河川とその氾濫原の下にある岩石や堆積物を流れるかなりの量の水（河床下層）を合わせたものであることが多いです。大きな谷にある多くの河川では、この目に見えない流量が目に見える流量を大幅に上回ることがあります。河床下層は、しばしば地表水と帯水層からの地下水との間の動的な界面を形成し、河川と帯水層の間で、完全に涵養されているか枯渇しているかを問わず、水の流れを交換します。これは、ポットホールや地下河川が一般的である カルスト地域では特に重要です
利用可能な水の人工源
淡水を得るための人工的な水源はいくつかあります。一つは処理済み下水（再生水）です。もう一つは大気水生成装置です。[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]淡水化海水も重要な水源です。これらの技術の経済的および環境的副作用を考慮することが重要です。[ 10 ]
廃水の再利用
水の再生とは、都市廃水、下水、産業廃水を様々な用途に再利用できる水に変換するプロセスです。廃水の再利用、水の再利用、水のリサイクルとも呼ばれます。再利用には多くの種類があります。都市ではこのように水を再利用したり、農業では灌漑に再利用したりできます。その他の再利用の種類には、環境再利用、産業再利用、そして計画的かどうかに関わらず飲料水への再利用があります。再利用には、庭や農地の灌漑、地表水や地下水の補充が含まれる場合があります。後者は地下水涵養とも呼ばれます。再利用された水は、トイレの水洗など、家庭、企業、産業におけるさまざまなニーズにも応えています。廃水を処理して飲料水基準を満たすことも可能です。再生水を給水システムに注入することは、直接飲料水再利用と呼ばれます。飲料水として再利用することは一般的ではありません。[ 11 ]処理済みの都市廃水を灌漑に再利用することは、古くから行われてきました。これは特に乾燥国でよく見られます持続可能な水管理の一環として廃水を再利用することで、水を人間の活動のための代替水源として確保することができます。これにより水不足を軽減することができます。また、地下水やその他の天然水域への圧力も軽減されます。[ 12 ]
廃水を再利用するために処理する技術はいくつかあります。これらの技術を組み合わせることで、厳格な処理基準を満たし、処理された水が衛生的に安全であること、つまり病原菌が含まれていないことを保証できます。代表的な技術としては、オゾン処理、限外濾過、好気性処理（膜分離活性汚泥法）、正浸透、逆浸透、高度酸化[ 13 ]、または活性炭[ 14 ]などが挙げられます。水を必要とする活動の中には、高品質の水を必要としないものもあります。この場合、廃水はほとんど、あるいは全く処理せずに再利用できます。
淡水化
淡水化とは、塩水（一般的には海水）を淡水に変換する人工的なプロセスです。より一般的には、淡水化とは物質から塩分やミネラルを除去することです。[ 15 ]塩水、特に海水を 淡水化して、人間の消費や灌漑用の水を生産することが可能であり、副産物として塩水が生成されます。 [ 16 ]
淡水化への関心は、主に人間の利用のための淡水を費用対効果の高い方法で供給することに集中しています。リサイクルされた廃水とともに、淡水化は降雨に依存しない数少ない水資源の一つです。[ 17 ] 淡水需要への圧力が世界的に強まるにつれ、淡水化は世界の水安全保障戦略の重要な部分となっています。2019年にScience of the Total Environmentに掲載されたレビューによると、世界では1日あたり約9,500万立方メートルの淡水が生産されており、世界の水供給ギャップを解消するために、淡水化水の需要は大幅に増加すると予想されています。
他の選択肢の調査
研究者らは、現在、そして特に将来の水不足/水不安に対処するために、「海上の湿った空気を捕獲することで淡水を大幅に増加させる」海上空気捕獲を提案した。 [ 19 ] [ 18 ]
2021年の研究では、仮想的な携帯型太陽光発電式大気水採取装置が提案されました。しかし、このようなオフグリッド発電は、他の問題の中でも特に「恒久的な配管インフラの整備に向けた取り組みを損なう」可能性があるとされています。[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]
水の用途
特定の時点で利用可能な水の総量は重要な考慮事項です。水利用者の中には、断続的に水を必要とする人もいます。例えば、多くの農場では春には大量の水を必要としますが、冬には全く水を必要としません。一方、冷却用の水を必要とする発電所のように、継続的に水を必要とする人もいます。長期的には、流域内の平均降水量は、その流域の天然表層水の平均消費量の上限となります。
農業およびその他の灌漑
灌漑は、作物、景観植物、芝生の栽培を助けるために、制御された量の水を土地に供給する慣行です。灌漑は5,000年以上にわたって農業の重要な側面であり、世界中の多くの文化によって発展してきました。灌漑は、乾燥地域や平均降雨量を下回る時期に、作物の栽培、景観の維持、および乱れた土壌の再生に役立ちます。これらの用途に加えて、灌漑は作物を霜から保護し、[ 23 ]穀物畑の雑草の成長を抑制し、土壌の圧密を防ぐためにも使用されます。また、家畜の冷却、ほこりの軽減、下水の処理、鉱業の支援にも使用されます。特定の場所から表層水と地下水を除去する排水は、灌漑と併せて研究されることがよくあります。
灌漑方法にはいくつか種類があり、植物への水の供給方法が異なります。表面灌漑は重力灌漑とも呼ばれ、最も古い灌漑形式で、何千年もの間使用されてきました。スプリンクラー灌漑では、水はパイプで圃場内の 1 か所以上の中央地点に送られ、頭上の高圧水装置によって分配されます。マイクロ灌漑は、パイプ網を通して低圧の水を分配し、各植物に少量ずつ散水するシステムです。マイクロ灌漑では、スプリンクラー灌漑よりも圧力と水流が少なくて済みます。点滴灌漑は、植物の根域に直接水を供給します。地下灌漑は、地下水位の高い地域で長年、畑作物に使用されてきました。これは、地下水位を人工的に上昇させて、植物の根域の下の土壌を湿らせることを伴います。
産業
世界中の水の22%が産業で使用されていると推定されています。[ 24 ] 主要な産業用水の使用者には、冷却に水を使用する水力発電ダム、火力発電所、化学プロセスで水を使用する鉱石および石油精製所、溶媒として水を使用する製造工場などがあります。特定の産業では取水量が非常に多くなる場合がありますが、消費量は一般的に農業よりもはるかに少なくなります
水は再生可能発電に利用されています。水力発電は、下流に流れる水の力を利用して、発電機に接続されたタービンを回転させます。この水力発電は、低コストで汚染のない再生可能エネルギー源です。重要な点として、水力発電は、断続的なほとんどの再生可能エネルギー源とは異なり、負荷追従型としても利用できます。水力発電所のエネルギーは、最終的には太陽から供給されます。太陽熱によって水が蒸発し、高地で雨として凝縮して下流に流れます。また、揚水式水力発電所も存在し、需要が低いときには電力網の電力を利用して水を汲み上げ、需要が高いときには貯水した水で発電します。
冷却塔を使用する火力発電所では、取水量とほぼ同量の水消費量が発生します。これは、取水された水の大部分が冷却プロセスの一環として蒸発するためです。しかし、取水量は貫流冷却システムよりも少なくなります。
水は、火力発電、石油精製、肥料製造、その他の化学プラント、シェール岩からの天然ガス採掘など、多くの大規模な産業プロセスにも使用されています。産業用途から未処理の水を排出することは汚染です。汚染には、排出された溶質と水温の上昇（熱汚染）が含まれます。
飲料水および家庭用水（世帯）
世界中の水使用量の8%は生活用水であると推定されています。[ 24 ]これらには、飲料水、入浴、調理、トイレの水洗、掃除、洗濯、ガーデニングが含まれます。ピーター・グレイクは、基本的な生活用水の必要量を、庭用の水を除いて、1人1日あたり約50リットルと 推定しています
飲料水とは、即時または長期的な危害のリスクなしに飲用または使用できるほど十分に高品質な水です。このような水は一般的に飲用水と呼ばれます。ほとんどの先進国では、家庭、商業、産業に供給される水はすべて飲料水基準を満たしていますが、実際に消費または調理に利用されるのはごくわずかです。
2017年には、8億4400万人が依然として基本的な飲料水サービスさえ受けられていない。[ 25 ] : 3 そのうち、世界中で1億5900万人が湖や小川などの地表水源から直接水を飲んでいる。[ 25 ] : 3 世界の8人に1人は安全な水を入手できない。[ 26 ] [ 27 ]世界銀行によると、安全でない飲料水は年間120万人の死につながっている。[ 28 ]
課題と脅威
水不足
水不足（水ストレスや水危機と密接に関連）とは、ある地域の標準的な水需要を満たすための、地元または経済的に実行可能な輸送可能な淡水資源源がまったくないことです。水不足には2つの種類があります。1つは物理的な水不足です。もう1つは経済的な水不足です。[ 29 ] : 560 物理的な水不足は、すべての需要を満たすのに十分な水がない状態です。これには、生態系が機能するために必要な水も含まれます。砂漠気候の地域では、物理的な水不足に直面することがよくあります。[ 30 ]中央アジア、西アジア、北アフリカは乾燥地域の例です。経済的な水不足は、河川、帯水層、またはその他の水源から水を汲み上げるためのインフラや技術への投資不足から生じます。また、水需要を満たす人的能力が弱いことにも起因します。[ 29 ] : 560 サハラ以南のアフリカでは、多くの人々が経済的な水不足の中で暮らしています。[ 31 ] : 11
水質汚染
水質汚染（または水質汚染）とは、水域が汚染され、その利用に悪影響を及ぼすことです。[ 32 ]：6 通常、人間の活動が原因です。水域には、湖、河川、海洋、帯水層、貯水池、地下水が含まれます。水質汚染は、汚染物質がこれらの水域に混ざることで発生します。汚染物質は、主に4つの発生源のいずれかから発生します。下水排出、産業活動、農業活動、雨水を含む都市流出水です。[ 33 ]水質汚染は、表層水または地下水のいずれかに影響を与える可能性があります。この形態の汚染は多くの問題を引き起こす可能性があります。1つは水生生態系の劣化です。もう1つは、人々が汚染された水を飲料水や灌漑に使用することで、水系感染症が蔓延することです。[ 34 ]水質汚染は、水資源によって提供される 飲料水などの生態系サービスも低下させます
水紛争
水紛争とは、通常、水資源へのアクセスや管理をめぐる暴力や紛争、あるいは水や水系を武器や紛争の犠牲者として使用することを指します。水戦争という用語は、メディアでは水をめぐる一部の紛争を指すために口語的に使用され、多くの場合、水資源へのアクセス権をめぐる国、州、またはグループ間の紛争の説明に限定されます。[ 36 ] [ 37 ]国連は、水紛争は水利用者（公的または私的）の対立する利益から生じると認識しています。[ 38 ]歴史を通じてさまざまな水紛争が発生していますが、水だけをめぐる伝統的な戦争であることはめったにありません。[ 39 ]それどころか、水は長い間緊張の源であり、紛争の原因の1つでした。水紛争は、領土紛争、資源の争い、戦略的優位性など、いくつかの理由で発生します。[ 40 ]
気候変動
地下水の過剰汲み上げ
世界の地下水供給量は着実に減少しています。地下水の枯渇（または過剰汲み上げ）は、例えばアジア、南米、北アメリカで発生しています。自然再生がどの程度この使用量を相殺しているのか、そして生態系が脅かされているかどうかはまだ明らかではありません。[ 45 ]
過剰汲み上げとは、帯水層の平衡揚水量を超えて地下水を汲み上げるプロセスです。地下水は淡水の最大の供給源の一つであり、地下に存在します。地下水枯渇の主な原因は、地下帯水層からの過剰な地下水の汲み上げです。涵養不足は枯渇につながり、帯水層の人間にとっての有用性が低下します。また、枯渇は、土壌の圧縮や地盤沈下、地域の気候変動、土壌化学の変化、その他の地域環境の悪化など、帯水層周辺の環境にも影響を及ぼす可能性があります。
水資源管理
水資源管理とは、水資源の最適な利用を計画、開発、配分、管理する活動であり、水循環管理の一側面です。水資源管理分野は、水資源の配分をめぐる現在および将来の課題に適応し続けなければなりません。地球規模の気候変動の不確実性の高まりと過去の管理活動の長期的な影響により、この意思決定はさらに困難になるでしょう。進行中の気候変動は、これまで経験したことのない状況をもたらす可能性が高いです。その結果、参加型アプローチや適応能力といった代替的な管理戦略が、水に関する意思決定を強化するためにますます活用されるようになっています。
理想的には、水資源管理計画は、競合する水需要をすべて考慮し、あらゆる用途と需要を満たすよう公平な水配分を目指します。しかし、他の資源管理と同様に、実際にはこれがほとんど不可能であるため、意思決定者は、持続可能性、公平性、そして要素最適化（この順番で！）という課題を優先し、許容できる結果を達成する必要があります。将来の水資源に関する最大の懸念事項の一つは、現在および将来の水資源配分の 持続可能性です。
持続可能な開発目標6には、水資源管理に関するターゲットがある。「ターゲット6.5：2030年までに、適切な場合には国境を越えた協力も含め、あらゆるレベルで統合的な水資源管理を実施する。」[ 47 ] [ 48 ]
持続可能な水管理
現在、世界の淡水のうち、利用可能な水は約0.08%に過ぎません。飲料水、製造業、レジャー、農業など、水需要は増加の一途を辿っています。利用可能な水の量が少ないため、天然資源から得られる残された淡水を最大限に活用することが、世界中でますます大きな課題となっています。
水資源管理における多くの努力は、水の利用を最適化し、水利用による自然環境への影響を最小限に抑えることに向けられています。水を生態系の不可欠な一部と捉える考え方は、 1992年のダブリン原則（下記参照） に基づく統合水資源管理に基づいています。
持続可能な水管理には、1992年のダブリン会議（1月）とリオ会議（7月）で初めて提唱された統合水資源管理の原則に基づく包括的なアプローチが必要です。ダブリン宣言で公布された4つのダブリン原則は以下のとおりです。
- 淡水は有限かつ脆弱な資源であり、生命、発展、環境を維持するために不可欠です。
- 水の開発と管理は、あらゆるレベルの利用者、計画者、政策立案者を巻き込んだ参加型アプローチに基づくべきである。
- 女性は水の供給、管理、保護において中心的な役割を果たしています。
- 水はあらゆる用途において経済的価値を持ち、経済財として認識されるべきです。
これらの原則の実施は、1992 年以来、世界中で国家水管理法の改革を導いてきました。
持続可能かつ公平な水資源管理に対するさらなる課題として、多くの水域が国境を越えて共有されていること（水紛争を参照）や国内（マレー・ダーリング流域を参照）が挙げられます。
統合水資源管理
統合水資源管理（IWRM）は、世界水パートナーシップ（GWP）によって、「重要な生態系の持続可能性を損なうことなく、結果として得られる経済的および社会的福祉を公平な方法で最大化するために、水、土地および関連資源の協調的な開発と管理を促進するプロセス」と定義されています。[ 49 ]
一部の学者は、水安全保障は目標または目的地であるのに対し、IWRMはその目標を達成するために必要なプロセスであるため、IWRMは水安全保障を補完するものであると主張している。 [ 50 ]
参加型水管理制度は何世紀にもわたって存在してきたが、IWRMは1900年代後半から2000年代初頭にかけての国際会議で生まれたパラダイムである。[ 51 ]水資源を総合的に管理する方法に関する議論は、1977年の国連水会議に至るまで、1950年代にすでに始まっていた。[ 52 ] IWRMの開発は、1992年の国際水と環境会議における閣僚の最終声明（ダブリン声明として知られる）で特に推奨された。この概念は、水資源管理の改善に不可欠だと考えられる慣行の変化を促進することを目的としている。IWRMは第2回世界水フォーラムの議題であり、以前の会議よりも多様な利害関係者が出席し、GWPの創設に貢献した。[ 51 ]
国際水協会の定義では、IWRMは全体的な枠組みとして機能する3つの原則に基づいています。[ 53 ]
- 社会的公平性: 人間の幸福を維持するために必要な十分な量と質の水に、すべてのユーザー（特に社会的に疎外された貧しいユーザーグループ）が平等にアクセスできるようにする。
- 経済効率: 利用可能な資金と水資源を活用して、可能な限り最大数のユーザーに最大の利益をもたらします。
- 生態学的持続可能性:水生生態系を利用者として認識し、その自然な機能を維持するために適切な割り当てを行うことを要求します。
2002年、ヨハネスブルグで開催された持続可能な開発に関する世界サミットでIWRMの発展が議論され、世界レベルでのIWRMの実施を促進することを目指しました。[ 54 ]第3回世界水フォーラムではIWRMが推奨され、情報共有、利害関係者の参加、ジェンダーと階級の力学について議論されました。[ 51 ]
運用面では、IWRMアプローチは、様々な分野の知識と多様なステークホルダーの洞察を適用し、水と開発の問題に対する効率的、公平かつ持続可能な解決策を考案・実施することを伴う。したがって、IWRMは、社会的ニーズと経済的ニーズのバランスを取り、将来の世代のために生態系を保護する方法で水資源を管理・開発するための包括的で参加型の計画および実施ツールである。さらに、持続可能な開発目標（SDGs）の達成に貢献するという観点から、[ 55 ] IWRMは、部門横断的な水資源管理であるネクサスアプローチを考慮し、より持続可能なアプローチへと進化している。ネクサスアプローチは、「水、エネルギー、食料は、地球規模および地域的な水、炭素、エネルギーの循環または連鎖を通じて密接に結びついている」という認識に基づいている。
IWRMアプローチは、以下の側面を考慮することで、水資源管理における断片的なアプローチを回避することを目的としています。すなわち、促進環境、機関の役割、管理手段です。IWRMを実施する際に考慮すべき重要な横断的条件としては、政治的意思とコミットメント、能力開発、適切な投資、財政の安定性と持続可能な費用回収、モニタリングと評価などが挙げられます。唯一の正しい管理モデルというものは存在しません。IWRMの真髄は、与えられた状況に応じてこれらのツールを適切に選択、調整、適用することです。IWRMの実践は状況に依存し、運用レベルでは、合意された原則を具体的な行動に移すことが課題となります。
都市部における水の管理
統合都市水管理（IUWM）は、流域全体の管理計画の構成要素として淡水、廃水、雨水を管理する実践である。これは、流域全体の範囲内で都市水管理を組み込むことにより、都市居住地内の既存の水供給と衛生の考慮事項に基づいている。 [ 56 ] IUWMは、水に配慮した都市設計の目標を達成するための戦略として一般的に認識されている。IUWMは、都市水循環全体を管理することで、資源のより効率的な使用を達成でき、経済的利益だけでなく社会的および環境的成果も改善できるという前提に基づいて、都市開発が自然の水循環に与える影響を変えようとしている。1つのアプローチは、再利用戦略の実装を通じて都市内の水循環ループを確立することです。この都市水循環ループを開発するには、開発前の自然の水収支と開発後の水収支の両方を理解する必要がある。開発前後のシステムの流れを考慮することは、都市が自然の水循環に与える影響を制限するための重要なステップである。[ 57 ]
都市水システム内のIUWMは、給水、廃水、雨水サブシステムを含む水システムコンポーネントの統合が有利になる持続可能性型のものを含むさまざまなシステム要素と基準を網羅する総合的なアプローチを開発することにより、あらゆる新しい介入戦略のパフォーマンス評価によっても実施できます。[ 58 ]都市水システムにおける代謝型フローのシミュレーションは、IUWMの都市水循環のプロセスを分析するのにも役立ちます。[ 58 ] [ 59 ]
国別
水資源の管理とガバナンスは、国によって異なる方法で行われています。例えば、アメリカ合衆国では、米国地質調査所（USGS）とそのパートナーが水資源を監視し、研究を行い、地下水質について国民に情報を提供しています。[ 60 ]特定の国の水資源については、以下で説明します
参照
- 淡水取水量別主権国家一覧
- 再生可能な水資源の総量による国別リスト
- 社会水文学 – 水と人間の動的な相互作用を研究する学際的な分野
- 仮想水 – 取引商品に隠された水の概念
- 水資源法 – 水資源に関する法律および規制
- 水利権 – 水源から水を使用する権利リダイレクト先の簡単な説明を表示するページ
- 貯水 – 様々な方法による水の貯留
参考文献
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- ^ 「地球の水分布」アメリカ地質調査所。2009年5月13日閲覧。
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