節水
1960年のアメリカ合衆国の水資源保護を訴える郵便切手

水資源保全は、淡水という天然資源を持続的に管理し、水圏を保護し、現在および将来の人類の需要を満たすことを目的としています。水資源保全は水不足の回避を可能にします。水資源保全は、これらの目標を達成するためのあらゆる政策、戦略、活動を網羅しています。人口、世帯規模、成長、そして豊かさはすべて、水の使用量に影響を与えます。

「水効率」と「節水」という用語は互換的に使用されますが、これらは同じではありません。水効率とは、水の使用効率と削減に役立つ新技術などの改善を指します。一方、節水とは、水を節約する行為です。つまり、水効率とは、水をより効率的に使用するための開発や革新に関連し、節水とは水を節約または保全する行為を指します。[ 1 ]

気候変動やその他の要因により、天然水資源への圧力が高まっています。これは特に製造業や農業用灌漑において顕著です。[ 2 ]多くの国が節水政策を効果的に実施しています。[ 3 ]節水にはいくつかの重要な活動があります。一つは、水の損失、使用、資源の浪費を効果的に削減することです。[ 4 ]もう一つは、水質への悪影響を回避することです。三つ目は、水の使用量を削減するか、水の有益な利用を促進する水管理慣行を改善することです。[ 5 ] [ 6 ]

水の使用量と損失を削減するための、家庭用、商業用、農業用など、様々な用途に対応した技術的ソリューションが存在します。社会的なソリューションに関わる節水プログラムは、通常、地方自治体の水道事業者または地方自治体によって地域レベルで開始されます。

水効率の目標

節水とは、水資源を節約する行為です。節水は人々が取り組んできた取り組みでしたが、様々な理由から主流となりました。その要因としては、供給不足、インフラコストの高騰、州および連邦の法規制、「グリーン」であることへの国民の願望、そして節水がもはや収益につながらないことなどが挙げられます。[ 7 ]再生可能な資源であるはずの供給不足こそが、節水技術を用いる際に多くの人が狙うものです。[ 8 ]

戦略

節水を改善するための戦略には、水の損失や使用、資源の浪費を効果的に削減し、水質へのダメージを防ぎ、水の使用量を削減したり、水の有益な使用を強化する水管理慣行を改善するなど、同様の特徴があります。

節水戦略の一つに雨水の収集があります。[ 9 ]池、湖、運河を掘ったり、貯水池を拡張したり、家庭に雨水集水管やろ過システムを設置したりすることで、雨水を収集することができます。多くの国では、多くの人が清潔な容器に雨水を貯めて煮沸し、飲料水として利用しており、困窮者への水供給に役立っています。[ 9 ]収集・ろ過された雨水は、トイレ、家庭菜園、芝生の灌漑、小規模農業などに利用できます。[ 9 ]

水資源保全におけるもう一つの戦略は、地下水資源の保護である。降雨があると、その一部は土壌に浸透して地下に流れ込む。[ 10 ]この飽和帯の水は地下水と呼ばれる。[ 10 ]地下水が汚染されると、地下水供給は淡水飲料水源として使用できなくなり、汚染された地下水の自然再生には何年もかかる可能性がある。[ 11 ]地下水汚染の潜在的な発生源の例としては、貯水タンク、浄化槽、管理されていない有害廃棄物、埋立地、大気汚染物質、化学物質、道路の塩分などが挙げられる。[ 11 ]地下水汚染は利用可能な淡水の補充を減少させるため、地下水資源を汚染から保護するための予防措置を講じることは、水資源保全の重要な側面である。[ 9 ]

水資源保全のためのもう1つの戦略は、持続可能な地下水資源の利用方法を実践することです。[ 9 ]地下水は重力によって流れ、最終的には川に流れ込みます。[ 10 ]地下水の過剰な汲み上げは地下水位の低下につながり、それが続けば資源が枯渇する可能性があります。[ 9 ]地下水と表層水はつながっており、地下水の過剰使用は湖、川、小川への水供給を減少させ、極端な例では消滅させる可能性があります。[ 11 ]沿岸地域では、地下水の過剰汲み上げにより塩水の浸入が増加し、地下水供給の汚染につながる可能性があります。[ 11 ]地下水の持続可能な利用は、水資源保全に不可欠です。

水資源保全戦略の基本的な要素は、様々な水資源プログラムのコミュニケーションと教育普及です。[ 12 ]土地管理者、政策立案者、農家、一般市民に科学を教育するコミュニケーションを開発することは、水資源保全で活用されるもう1つの重要な戦略です。[ 12 ]水システムの仕組みに関する科学的コミュニケーションは、そのシステムを保全するための管理計画を作成する際に重要な側面であり、適切な管理計画が実行されるようにするためによく使用されます。[ 12 ]

野生生物の生息地を保護するためには、水の保全が極めて重要です。温帯地域には、水不足の影響を受ける生物が数多く存在します。[ 13 ]さらに、多くの淡水生物は、水質汚染による生態系の破壊の影響をますます強く受けています。[ 13 ]

「世界水の日」は3月22日に祝われます。[ 14 ]

社会的な解決策

ニューメキシコ州の点滴灌漑システム

社会的解決策を伴う水資源保全プログラムは、通常、地方自治体の水道事業体または地方自治体によって地方レベルで開始されます。一般的な戦略には、広報キャンペーン、[ 15 ]、段階的な水道料金（水使用量の増加に応じて段階的に高い料金を請求する）、芝生の水やりや洗車など屋外での水使用の制限などがあります。[ 16 ]乾燥気候の都市では、新築住宅で屋外の水使用量を減らすために、ゼリスケープや自然景観の設置が義務付けられたり、奨励されたりすることがよくあります。[ 17 ]カリフォルニア州の都市部における屋外での水使用の大部分は住宅地であり、[ 18 ]家庭だけでなく企業への広報活動が必要な理由を示しています。

基本的な節水目標の一つは、水道メーターの普遍化である。住宅における水道メーターの普及率は世界的に大きく異なっている。最近の調査では、英国の世帯の30%未満で水道メーターが設置されていると推定されている。[ 19 ]個人用の井戸がある住宅や集合住宅では、個別の水道メーターは実用的ではないと考えられることが多いが、米国環境保護庁は、メーター設置だけで消費量を20～40%削減できると推定している。[ 20 ]メーター設置は、消費者の水使用に対する意識を高めるだけでなく、漏水を特定してその場所を特定する重要な方法でもある。水道メーター設置は、水の無駄遣いを避けるための経済的インセンティブを提供することで、社会に利益をもたらす可能性がある。[ 21 ]

一部の研究者は、世界の淡水使用量の70%が農作物の灌漑に使用されているという事実を踏まえ、水資源保全の取り組みは主に農家に向けられるべきだと提言している。[ 22 ]ほとんどの国において農業部門は経済的にも政治的にも重要であり、水資源への補助金は一般的である。水資源保全の支持者たちは、農家がより水効率の高い作物を栽培し、無駄の少ない灌漑技術を採用するよう促すため、すべての補助金を撤廃するよう求めている。[ 23 ]

新しい技術は消費者にいくつかの新たな選択肢をもたらしています。トイレ使用時のフルフラッシュとハーフフラッシュといった機能は、水の消費量と無駄を削減しようとしています。また、水を段階的に使用／「汚染」することも可能で（水洗トイレでの使用は最後に）、これにより同じサイクル内で（再び浄化が必要になる前に、これも現場で行うことができます）、様々な用途に水をより多く利用できるようになります。アースシップでは、このような仕組みがよく使用されています。

節水効果のある最新式のシャワーヘッドも販売されています。古いシャワーヘッドは1分あたり5～10ガロン（約2.5～3.5リットル）の水を消費すると言われていますが、新しいシャワーヘッドは1分あたり2.5ガロン（約1.2リットル） の水を消費し、均等な水量を提供します。 [ 24 ]もう一つの方法は、ポンプとフィルターを備えた半密閉式システムを用いてシャワーの水を直接リサイクルすることです。このようなシステム（「水リサイクルシャワー」と呼ばれます）は、VIRTUe LINQでも採用されています。このシステムは、水をリサイクルするだけでなく、本来であれば失われるはずだった水の熱も再利用します。[ 25 ] [ 26 ]

水を節約する最も効果的な方法は、水を使用する行動を抑制すること（例えば、シャワーの時間を短くすること）であるという一般的な見解とは対照的に、[ 27 ]専門家は、最も効率的な方法はトイレを交換し、洗濯機を改造することであると示唆しています。これは、米国で行われた2つの家庭用最終用途伐採調査によって実証されています。 [ 28 ] [ 29 ]

家庭で利用される節水技術には、省エネ型ウォーターヘッド、コンポストトイレ、デュアルフラッシュトイレ、蛇口エアレーション装置、雨水収集、天候ベースの灌漑コントローラー、ガーデンホースノズル、自動蛇口などがあります。

スマート水道メーターも、家庭での水道使用量を削減する有望な技術です。スペインのバレンシアで実施された研究では、スマートメーターによる水使用量のフィードバックが家庭での節水に有効であることが示されています。調査結果によると、スマート水道メーターを設置した家庭では節水効果が高まったことがわかりました。この技術は、家庭でどれだけの水を使用しているかを人々に示し、節水方法を提案し、物理的な報酬によって節水を促す仕組みです。[ 30 ]

アプリケーション

家庭で役立つ節水機器（節水トイレなど）の多くは、事業所の節水にも役立ちます。事業所向けのその他の節水技術としては、無水小便器、無水洗車機、足踏み式水栓、加圧式水ほうき、冷却塔、節水蒸気殺菌装置、雨水利用、霧利用、水対水熱交換器などがあります。赤外線式水栓や足踏み式水栓は、キッチンや浴室のすすぎに短時間の水噴射を利用することで節水できます。事業所以外にも、節水蒸気殺菌装置は病院や医療施設でも活用されています。

革新的ではないものの、節水に役立つ技術として、節水を促す外部からのメッセージがあります。例えば、2014年に実施された研究では、節水に関するメッセージに触れると、節水行動を起こす傾向があることが示されました。[ 31 ] 2016年に実施された、節水行動を起こす可能性について尋ねた調査の結果、節水に関する教育が、その決定に大きな役割を果たしていることがわかりました。[ 32 ]

工業および商業用途において、節水につながる変更を実施することを検討することが重要である。高所得国では水の約 59% を工業用に使用しており、低所得国では 8% を工業用に使用していることが判明している。[ 33 ]工業および商業企業が実施できる大きな変更の 1 つは、給水システムの評価とメンテナンスの改善である。[ 34 ]水効率の高いアプリケーションを追加するのは簡単だが、長期的な変化をもたらすのは適切なメンテナンスと検査である。従業員と会社の両方に対してさまざまな目標とベンチマークを追加することを含め、節水計画を作成することができる。[ 34 ]工業および商業企業が実施できるもう 1 つの変更は、定期的に水消費システムに漏れや問題がないかチェックすることです。[ 34 ]これを行うことで、不必要に水が失われることがなく、光熱費に余分なお金がかからないようにすることができます。工業および商業企業が実施できる 3 つ目の変更は、降雨センサーを設置することである。このセンサーは、降雨を検知し、通常であれば土地に灌漑を行うプログラムを停止します。雨が止むと、センサーはプログラムを再開し、通常の灌漑サイクルを再開します。[ 35 ]

農業用途

オーバーヘッド灌漑、センターピボット設計

水は灌漑に不可欠な要素です。植物は常に大量の地下水を必要とするため、地下水の補充が必要です。農業には青水と緑水の2種類の水があります。青水は地表と地下に存在する液体の水であり、緑水は天水農業で直接利用され蒸発する水です。[ 36 ]どちらも再生可能と考えられていますが、評価されるのは青水のみです。[ 37 ]

作物の灌漑にとって、最適な水効率とは、蒸発、流出、または地下排水による損失を最小限に抑えながら、生産を最大化することを意味します。 [ 38 ]蒸発皿を特定の作物補正係数と組み合わせて使用​​すると、植物の必要量を満たすために必要な水の量を決定することができます。最も古く最も一般的なタイプの湛水灌漑では、畑の一部に他の部分に十分な量を供給するために余分な水が供給されるため、分配が非常に不均一になることがよくあります。センターピボットまたは横方向に移動するスプリンクラーを使用する頭上灌漑では、はるかに均等で制御された分配パターンを実現できます。点滴灌漑は最も高価で最も使用されていないタイプですが、損失を最小限に抑えて植物の根に水を供給することができます。ただし、点滴灌漑は、特に家庭菜園で、水道料金が上昇していることを考えると、ますます手頃な価格になってきています。点滴灌漑法を使用すると、あらゆる方向に水を散布する灌漑システムを置き換えることで、年間最大3万ガロンの水を節約できます。[ 39 ]また、点滴灌漑に似た安価で効果的な方法もあり、例えば、蒸発を防ぐために培地に浸すこともできる浸漬ホースの使用などがあります。

灌漑システムの変更は費用のかかる事業となる可能性があるため、保全活動は既存のシステムの効率を最大化することに重点を置くことが多い。これには、固まった土壌の削り取り、流出を防ぐための畝間堤の設置、土壌水分および降雨量センサーを用いた灌漑スケジュールの最適化などが含まれる。[ 20 ]通常、既存の灌漑システムの測定とより効果的な管理によって、大幅な効率向上が可能となる。2011年のUNEPグリーン経済報告書では、「緑肥の使用、マルチング、作物残渣および動物堆肥のリサイクルによる土壌有機物の改善は、土壌の保水能力と豪雨時の吸水能力を高める」と述べられており[ 40 ] 、これは季節の乾期における降雨と灌漑の利用を最適化する方法である。

中国で見られるように、プラスチックマルチは農業において節水効果を発揮する可能性があります。「マルチ」とは、実際には土壌の上に敷く薄いプラスチックシートのことです。プラスチックには植物が成長するための穴が開いています。いくつかの研究では、プラスチックマルチは土壌水分の蒸発を抑えることで節水効果があることが示されていますが、この方法によって実際にどの程度の節水効果が得られるかを判断するための応用研究はまだ十分に行われていません。[ 41 ]

水の再利用

水不足はますます管理が困難な問題となっています。世界人口の40%以上が、水需要が供給を上回る地域に住んでいます。需要と供給の不均衡に加え、気候変動や人口増加といった根深い問題により、水の再利用は節水のための不可欠な手段となっています。[ 42 ]廃水処理には、食用作物の灌漑や飲料水への安全な利用を確保するために、 様々な方法が用いられています。

海水淡水化は淡水淡水化よりも多くのエネルギーを必要とします。それにもかかわらず、世界中の水不足に対応するため、多くの海水淡水化プラントが建設されてきました。そのため、海水淡水化の影響を評価し、淡水化技術の改善策を模索することが必要となっています。現在、実験を用いて、最も効果的でエネルギー消費量が最も少ない淡水化方法を特定するための研究が行われています。[ 43 ] [ 44 ] [ 45 ]

砂ろ過は水処理に用いられるもう一つの方法です。最近の研究では、砂ろ過にはさらなる改良の余地があることが示されていますが、水から病原体を除去する効果は最適化に近づいています。[ 46 ] [ 47 ]砂ろ過は原生動物や細菌の除去には非常に効果的ですが、ウイルスの除去には苦労しています。[ 48 ]大規模な砂ろ過施設には、それらを収容するための広い表面積も必要です。

廃水には常にヒトに感染する病原体が含まれているため、再生水からの病原体除去は最優先事項です。再生水がヒト集団に脅威を与えないようにするには、病原性ウイルスのレベルを一定レベルまで低減させる必要があります。処理済み廃水中の病原性ウイルスのレベルをより正確に評価する方法を確立するためには、さらなる研究が必要です。[ 49 ]

水の再利用に関する人々の意見

2014年に実施された水不足に関する国民の認識に関する調査の回答によると、人々は恐怖心から再生水を飲用に利用する可能性が低いことが示されました。[ 32 ]しかし、節水についてより知識のある人は、再生水を使用するという「可能性が高い」選択肢を選びました。[ 50 ] 2021年に行われた別の調査では、感染や病気への恐怖から選択しないことを選択した人もいたことが示されました。[ 51 ]研究者たちは、人々が「環境に優しい」選択肢を選びたかったため、中立的な選択肢を選んだと考えています。[ 52 ]

問題

水の無駄遣い

水漏れする庭用ホースのよだれかけ

水の浪費は節水とは裏腹であり、家庭用途においては、実用上の目的もなく水を排出したり、排出を許したりすることを意味します。非効率的な水の使用もまた、無駄遣いとみなされます。EPA （環境保護庁）の推計によると、米国では家庭からの漏水により、年間約9000億ガロン（34億立方メートル）の水が全国で浪費されている可能性があります。[ 53 ]一般的に、水管理機関は、水の浪費という比較的曖昧な概念に具体的な定義を与えることに消極的、あるいは消極的です。[ 54 ]

しかし、水の浪費の定義は、多くの場合、地方の干ばつ緊急条例で定められています。一例では、故意か過失かを問わず、「蛇口、ホース、水栓、パイプ、スプリンクラー、池、プール、水路、噴水、ノズルから、側溝、衛生下水道、水路、公共または私設の雨水排水路、または隣接する土地に水を漏らしたり、排出したり、流したり、無駄に流したりする」行為または不作為を指します。[ 55 ]この例では、市の条例で「洗浄の場合、『排出する』、『流す』、『無駄に流す』とは、自動車、歩道、駐車場などの汚れた物体や埃っぽい物体を洗浄、湿らせ、または清掃するために必要な量を超える水が無駄に流されることを意味する」とも明確にされています。

水道事業者（およびその他のメディア）は、しばしば水の無駄な使用方法のリストと、その使用の禁止事項を提供しています。例としては、テキサス州サンアントニオの水道事業者[ 56 ]、ネバダ州ラスベガス[ 57 ] 、カリフォルニア州のカリフォルニア・ウォーター・サービス[ 58 ] 、カリフォルニア州サンディエゴ市[ 59 ]などが挙げられます。カリフォルニア州パロアルト市は、漏水、流出、降雨時および降雨直後の灌漑、飲料水以外の水があるにもかかわらず飲料水を使用するといった無駄な行為に対して、恒久的な水使用制限を実施しています。[ 60 ]オーストラリアのビクトリア州でも同様の制限が実施されています。[ 61 ]イングランド、スコットランド、ウェールズ、北アイルランドでは、一時的な水使用禁止（「ホースパイプ禁止」とも呼ばれる）が実施されています。[ 62 ]

厳密に言えば、下水道に排出されたり、環境に直接排出されたりした水は、無駄になったり、失われたりすることはありません。水は水循環の中に留まり、降水として地表や表層水域に戻ります。しかし、多くの場合、水源は戻り地点からかなり離れており、異なる集水域にある場合もあります。取水地点と戻り地点の分離は、水路や河川帯における重大な環境悪化を意味する可能性があります。「無駄」になっているのは、地域社会が確保し、取水、貯蔵、輸送、そして飲料水基準を満たすように処理された水です。水を効率的に使用することで、給水費用を節約し、湖、河川、帯水層により多くの淡水を残し、他の利用者や生態系を支えることができます。例えば、トイレをゴミ箱のように扱うべきではありません。タバコの吸い殻やティッシュペーパーをトイレに流すと、何ガロンもの水を無駄にしていることになります。なぜなら、水のリサイクルプロセスが機能しないからです。[ 63 ]

水の浪費と密接に関連する概念に「水利用効率」があります。同じ使用目的をより少ない水で達成できる場合、水の使用は非効率的であるとみなされます。技術的効率は工学の実践に由来し、通常は出力と投入の比率を表すために使用され、様々な製品やプロセスを比較する際に役立ちます。[ 64 ]例えば、あるシャワーヘッドは、同じ目的（つまり、シャワーを浴びる）をより少ない水量、あるいは他の投入量（例えば、水圧を下げる）で達成できる場合、他のシャワーヘッドよりも効率的であるとみなされます。技術的効率の概念は、投入量と出力量が価値で測定されない限り、節水対策への資金（または資源）投資の決定には役立ちません。この効率の表現は経済効率と呼ばれ、節水の概念に組み込まれています。

参照

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