1.9: Використання води

Дивно, для чого використовується вода і скільки використовується щодня. Ми, як правило, не замислюємося про всі повсякденні дії, які ми робимо, що вимагає використання води. Включаємо кран вранці, не даючи йому багато замислюватися. Ми промиваємо унітаз, варимо каву та приймаємо душ без урахування того, де і як вода виходить з нашого крана. Якщо ми думаємо про просте і очевидне використання води, ми можемо перерахувати миття обличчя та рук, прийняття душу або ванни, чищення зубів, приготування кави, кип'ятіння макаронних виробів, миття посуду та одягу, промивання туалетів. Однак перелік водокористування йде далі і далі. На додаток до очевидних застосувань (тобто пиття, ванна, зрошення тощо) мільйони галонів використовуються у виробництві та обробці всього, від напівпровідників до пива та всього, що між ними. Вода є життєво важливим ресурсом для охорони здоров'я та безпеки населення і відіграє значну роль у нашій економіці. Одним з найбільших водокористування в Каліфорнії є сільське господарство. Згідно з доповіддю Тихоокеанського інституту 2009 під назвою «Підтримка сільського господарства Каліфорнії в невизначеному майбутньому», приблизно 17,2 мільйона акрів води використовується для сільського господарства щорічно. Крім того, значна частина державного водопостачання є нерозвиненою і використовується в екологічних цілях.

Водокористування можна розділити на кілька різних категорій: географічне, соціально-економічне, доступність, надійність та якість. Географічно, де води багато, дуже мало використовується для зрошення на відкритому повітрі, а іноді використання навіть не відстежується. На відміну від цього, в районах світу, де опадів мало, а води мало, вона обробляється по-різному і дуже мало використовується для поливу на відкритому повітрі. У бідніших районах земної кулі вода є життєво важливим ресурсом для виживання. Приблизно одному (1) мільярду людей не вистачає безпечної та достатньої води. У цих регіонах люди не стурбовані тим, щоб зберегти газон зеленим водою. Вони турбуються про те, щоб вижити. Доступність, надійність та якість води також відіграють важливу роль у способах використання. Промислово розвинених країн, як правило, є вода легко доступна, з надійною інфраструктурою та високої якості. Однак, як ми бачили в останні роки, в певних районах, таких як Австралія та Каліфорнія, можуть виникати тривалі посухи, що ставить під загрозу доступність води, надійність та якість. Сенс цього вступу полягає не в запам'ятовуванні фактів і цифр, а в тому, щоб проілюструвати величезну кількість використання води та мінливість поставок у всьому світі. Решта цієї глави буде присвячена загальному використанню води в основному в Каліфорнії. Як вже говорилося вище, вода відіграє важливу роль у виготовленні предметів. Наступна таблиця - приклад того, скільки води потрібно для приготування тих чи інших предметів.

ПРЕДМЕТ	ГАЛОНИ ВОДИ
Пара джинсів	1 800
Бавовняна футболка	400
Бочка пива (32 галонів)	1 500
Одинарна дошка з пиломатеріалів	5.4
Галон фарби	13
Індивідуальна пластикова пляшка води	1,85

Одиниці води

Щоразу, коли ми обговорюємо воду, ми говоримо в обсягах. Однак існують різні одиниці вимірювання обсягів води. Кожна одиниця має своє призначення і зазвичай міняються між собою. Нижче наведено частковий перелік одиниць і загальне використання для звітності.

ВИКОРИСТАННЯ	ОДИНИЦЯ
Лічильник Читає	Кубічні фути (cf) Сто кубічних футів (HCF/CCF)
Підземні води свердловини	Галонів в хвилину (gpm)
Щоденне виробництво	Мільйон галонів на день (MGD)
Річне виробництво	Акр-футів на рік (AFY)
На людину	Галонів на душу населення на день (GPCD)

Розуміння термінології та одиниць, що використовуються в будь-якій галузі, дуже важливо. Водна промисловість використовує безліч різних агрегатів і має багато термінів, які не використовуються в жодній іншій галузі. Коли ви почнете брати більше занять у цій галузі та почнете свою кар'єру у воді, ви познайомитеся з «мовою» галузі.

Як показано у наведеній вище таблиці, загальною одиницею вимірювання для відстеження використання води на людину є «gpcd», що становить галони на душу населення (на людину) на добу. Це кількість води, що вживається однією людиною в день. Зазвичай він розраховується, взявши загальну потребу (використання) води за рік та розділивши її на загальну кількість обслуговуваного населення. Це дасть вам кількість води, яку використовує кожна людина протягом одного року. Розділення його на 365 (кількість днів у році) дасть gpcd, галони на людину (на душу населення) на добу. Це число і одиниця використовувалися не дуже часто в галузі до 2009 року. У 2009 році губернатор Каліфорнії прийняв законодавство щодо збереження води, і одним із параметрів, що використовуються для вимірювання необхідної кількості збереження, необхідної постачальникам води, є gpcd. Сенатський законопроект X7-7 вимагає, щоб постачальники води зберігали щонайменше 20% своєї потреби у воді до 2020 року. Отже, законопроект зазвичай називають 20х2020 (20 до 2020 року).

Для економії води важливо визначити використання води. Де використовується вода? Це може здатися очевидним твердженням, але можливість визначити, де використовується найбільше води, може допомогти орієнтуватися на конкретні райони для збереження. Наприклад, gpcd включає як внутрішнє, так і зовнішнє використання води від побутових клієнтів. Як було зазначено раніше, це просто загальна кількість використовуваної води, розділена на загальну чисельність населення. Однак він не розрізняє використання води в приміщенні або на відкритому повітрі. Він також не розрізняє інші види використання, такі як бізнес або промисловість (вони будуть розглянуті далі в тексті). У наступному розділі ми проаналізуємо і припустимо, що все населення перших кількох прикладів є житловим співтовариством. Таким чином, gpcd буде для всіх побутових водокористування як всередині, так і зовні будинку.

GPCD

Використання води варіюється від людини до людини, міста до міста, штату до штату, і, що більш важливо, клімату до клімату. Географія та соціально-економічний статус також відіграє важливу роль з водокористуванням. У районах з великою кількістю опадів потрібно мало зрошувальної води. Однак іноді в районах з дуже невеликою кількістю опадів мало використовується для зрошення на відкритому повітрі теж. Наприклад, gpcd для когось, хто живе в районі, де багато щорічних опадів, швидше за все, матиме нижчий gpcd, ніж у порівнянні з кимось, хто живе в теплішому кліматі. Соціально-економічний статус також вплине на водокористування та gpcd. Одна людина, яка живе одна в маленькій квартирі, ймовірно, матиме нижчий gpcd, ніж хтось, хто живе в особняку Беверлі-Хіллз з великим двором. Хтось із високоефективними приладами, туалетами та змішувачами з низьким потоком, як правило, має нижчий gpcd, ніж хтось із доступом до цих типів речей. Нижче наведено приклад відмінностей між географічними регіонами та відповідними значеннями gpcd.

Середньодобове споживання води на душу населення в декількох великих містах США
Столична область	GPCD
Фенікс, AZ	115
Нью-Йорк, Нью-Йорк	78
Сіетл, штат Вашингтон	52
Сакраменто, Каліфорнія	280
Сан-Дієго, Каліфорнія	143

Перш ніж навіть дивитися на фактичні значення gpcd у наведеній вище таблиці, ви, ймовірно, могли б здогадатися, яке місто буде мати нижчий, а який матиме вищі середні значення gpcd. Єдине місто, яке, можливо, обдурив кількох людей, може бути Фенікс, штат Арізона. Фенікс - дуже жарке і посушливе місто, і можна було б очікувати дуже високого gpcd. Однак значення gpcd значно нижче до аналогічно гарячої та посушливої громади Сакраменто. Чому це? Якщо ви коли-небудь подорожували в Фенікс і Сакраменто, різниця між більшістю будинків у Сакраменто в порівнянні з Фенікс є типом озеленення в середньорозмірному будинку однієї сім'ї. У Феніксі багато будинків мають «рідний» або природний озеленення, такий як скелі та кактуси. На відміну від цього, у багатьох будинках Сакраменто є трава (дерн) для озеленення. Є й інші причини, чому Сакраменто має вищий gpcd, ніж Фенікс, але це одна з найбільш очевидних причин. Використання води залежить від доступності, надійності та якості.

Давайте тепер поглянемо на гіпотетичний розрахунок галона на душу населення на день (gpcd) для

працювати з як приклад для виявлення використання води. Зазвичай, коли обчислюється gpcd, це не робиться на основі індивідуального використання води. Зазвичай він розраховується на основі загального річного споживання, поділеного на загальну кількість обслуговуваного населення. Припустімо, що населення 5,000 чоловік використовує 1,120 акр-футів води в один рік. Що було б gpcd для цієї гіпотетичної спільноти? Використовуючи формулу «загальні галони, розділені на загальну кількість населення», перетворюється на gpcd приблизно 200 (див. Нижче).

1 AF = 325,829 галонів

1,120 AFY х 325,829 галонів = 364,928 480 галонів на рік

364 928 480 галонів/5000 чоловік = 72 986 галонів на людину на рік

72 986 галонів на людину на рік/365 днів = 200 gpcd

Цей тип розрахунку буде більш детально розглянуто в курсі математики Water 031 Advanced Waterworks. Тому від вас не буде потрібно виконувати цей вид розрахунку в даному курсі. Він використовується як приклад та допомагає пояснити, як розраховується та ідентифікується використання води. Тепер, коли у нас є приклад gpcd, давайте розбиваємо фактичне використання.

Каліфорнія

Серед усіх країн світу США мають найвищий середньодобове споживання води на людину. Фактично, в середньому США використовують приблизно 410 мільярдів галонів води на добу. Більшість цього використання води відбувається з поверхневих запасів; близько 80%, а решта 20% надходить із ґрунтових вод. Термоелектрична енергія відповідає приблизно за половину всієї потреби у воді в США. Іригація (сільське господарство) і громадське водопостачання становлять майже все, що залишилося.

Використання води в Каліфорнії сильно залежить від середземноморського клімату на всій території штату. Однак у Каліфорнії також є дуже високі гірські хребти з субарктичними умовами. Нижні рівнинні райони Каліфорнії складаються з довгого сухого літа, прохолодних вечорів та м'якої дощової зими. Ось чому так багато людей стікаються до районів Південної Каліфорнії. Літній день в Санта-Моніці або Сан-Дієго - це майже ідеальний кліматичний стан; теплі (не спекотні) дні і прохолодні вечори. Багато гірських районів по всій державі відчувають більш традиційний чотирисезонний рік зі снігом, що триває з листопада по квітень. Однак оскільки Каліфорнія - прибережна держава, клімат також залежить від умов Тихого океану. Це означає, що можуть бути часи значної посухи, а також великої кількості опадів під час таких погодних умов, як Ель-Ніньо.

Через унікальні розміри та розташування Каліфорнії є чотири (4) основні кліматичні регіони; Центральне узбережжя, Гора, Центральна долина та Імперська долина. Ці чотири (4) регіони мають дуже різноманітні кліматичні умови. Центральне узбережжя має більш м'яке, ніж спекотне літо, і більш м'яке, ніж холодна зима. Подумайте про Сан-Франциско як приклад. Літо в Сан-Франциско, як правило, не надто спекотне, а зими не надзвичайно холодні. Гірські регіони Каліфорнії також мають типово м'яке літо. Однак, навпаки, зими можуть бути дуже холодними з великою кількістю дощу та снігу. Центральні долини зазвичай відчувають дуже спекотне літо і прохолодну зиму. Наприклад, долина Сан-Хоакін може мати літні температури, які перевищують 100F, а також взимку бачать трохи снігу. Імперська долина (наприклад, Палм-Спрінгс) влітку дуже спекотна і суха, а зима, як правило, дуже м'яка, з невеликою кількістю опадів або без опадів.

Велика частина дощу і снігу припадає на східну і північну частини Каліфорнії. У той час як велика частина народу проживає уздовж узбережжя і південних частин штату. Це являє собою унікальну проблему розподілу для професіоналів з водних ресурсів. Принесення води з того місця, де більшість людей є те, що Каліфорнія робить досить добре. Однак в роки посухи здатність розподіляти воду по всій державі може бути дорогим і складним. Більшу частину часу є достатні запаси води в Каліфорнії для всіх різних цілей. У надзвичайно вологі роки іноді занадто багато води і недостатньо сховища, і багато постачання закінчується в Тихому океані.

Використання води в приміщенні

У цьому розділі ми проаналізуємо деяке потенційне використання води в житлових приміщеннях та порівняємо його з 200 gpcd, які ми розрахували в попередньому розділі. Якщо внутрішнє та зовнішнє використання не вимірюється окремо, доведеться зробити певні припущення, щоб розрізнити дві основні сфери використання. Багато досліджень і досліджень пішли і продовжуються щодо використання води. У січні 2010 року Каліфорнійський фонд домобудівництва опублікував документ під назвою «Використання води в житловому будинку Каліфорнії». Багато кошторисів, які використовуються в цьому розділі, були зібрані з цього документа. Однак важливо зазначити, що це «текуча» тема (каламбур призначений), і правила та політика постійно змінюються, коли мова йде про використання та збереження води.

Тепер, коли ми створили 200 gpcd для цього прикладу спільноти, ми знаємо, скільки води кожна людина вживає в середньому на день. Існує ряд змінних, що впливають на фактичне використання для кожної людини, але це фактичне середнє значення gpcd для цього прикладу. Після обчислення середнього gpcd ви можете розбити використання. По-перше, давайте визначимо типові види використання в приміщенні. Існує ряд різних видів використання води в приміщенні. Наприклад, промивання туалетів, чищення зубів, купання, миття рук, приготування їжі, чищення посуду, чищення одягу. Крім цих загальних застосувань певна кількість води може втрачатися через протікання в сантехнічній системі. Є очевидні витоки, такі як зламана труба або кріплення. Однак деякі витоки можуть залишатися непоміченими протягом декількох днів або, можливо, довше. Туалети, ймовірно, деякі з найбільш поширених місць, де протікають протікання. Найменша маленька складка або тріщина в гумовому ущільнювачі в бачку унітазу може призвести до того, що вода повільно капає в чашу, не помічаючи. Це лише один із прикладів витоків, які можуть становити високий відсоток використання води як у приміщенні, так і на відкритому повітрі. Список використання води в приміщенні може бути більше, але це хороший початок. Подивіться на таблицю нижче для деяких орієнтовних обсягів і обсягів використання води в приміщенні.

ВИКОРИСТАННЯ	СУМА (%)	Обсяг за використання	Час/кількість використання	ВСЬОГО на основі 200 gpcd
Купання	8%	2,5 галлонів в хвилину	8 хв	16 гал
туалети	3%	1,6 г/пф	4	6.4 гал
Змішувачі (для готування/миття)	6%	2,2 галлонів в хвилину	5,5 хв	12,1 гал
Пральна машина для одягу	2%	1 навантаження на тиждень	25,5 за навантаження	3,6 гал
Інше/Витоки	8%			16 гал
Загальна кількість галонів на день				54,1 фунтів на добу

Виходячи з інформації в наведеній вище таблиці, використання в приміщенні становитиме приблизно 27% використання людини з 200 gpcd. Це означає, що 54,1 галонів використання води в приміщенні розділене на загальне споживання води 200 gpcd дорівнює приблизно 27%. Якщо 27% визначено як використання води в приміщенні, то зовнішнє (або зрошення) використання становитиме приблизно 73% або 145,9 галонів на день.

У наведеному нижче просторі складіть список різних видів використання в приміщенні та оцініть, скільки води ви використовуєте на день у своєму будинку.

Використовуйте гучність часу або частоти

Зовнішнє використання води

Дотримуючись того ж прикладу 200 gpcd, середнє використання води на відкритому повітрі дорівнює приблизно 73% або 146 gpcd. У Каліфорнії середнє використання води на відкритому повітрі коливається приблизно в межах 60 - 75%. Більша частина цієї води використовується для збереження газонів зеленими. Об'їжджайте будь-яку односімейну житлову громаду в Каліфорнії, і ви побачите акри та акри дерну. Цей зелений пишний ландшафтний дизайн вимагає значної кількості води, щоб зберегти його зеленим, особливо в деяких сухих напівпосушливих внутрішніх громадах по всій державі. Однак у 2015 році Державна рада з контролю за водними ресурсами (SWRCB) прийняла правила збереження води, що зобов'язують міських постачальників води зменшити споживання води в середньому на 25%. Крім того, нові стандарти будівництва будинку стають більш суворими, що робить його практично неможливим встановити траву як звичайний фокусний пункт спереду та на задніх дворах по всій Каліфорнії. У міру зміни моделей використання все ще залишаються мільйони будинків з передніми та задніми дворами, покритими травою. Отже, скільки води використовується для зрошення газону. Нові ефективні системи крапельного, мікророзпилення та зрошення виходять щодня, але багато зовнішніх систем зрошення використовують стандартні «спринклерні головки». Кількість води, що розпорошується з розпилювальної головки, змінюється, але середня форсунка виробляє приблизно чотири (4) галони води на хвилину. Давайте розглянемо гіпотетичний приклад.

Припущення:

• 1 спринклерна головка виробляє чотири (4) галони на хвилину
• 7 спринклерних головок на поливну станцію
• 5 поливних станцій
• Кожна станція працює по 10 хвилин на добу

Виходячи з наведених вище припущень, розрахуємо, скільки води виробляє ця система поливу за один день.

7 спринклерних головок x 4 галонів на хвилину на голову = 28 галонів на хвилину

28 галонів в хвилину х 10 хвилин = 280 галонів на станцію

280 галонів на станцію х 5 станцій = 1400 галонів на день

Ви можете побачити на цьому прикладі, кількість води, що використовується для поливу на відкритому повітрі, може скласти в поспіху. Насправді, на основі прикладу 200 gpcd, який ми використовували у наведеному вище прикладі, це буде прирівнюватися до набагато вищого gpcd. Ще одна річ повинна бути згадана щодо 200 gpcd. Пам'ятайте, це для однієї людини. Хтось із системою зрошення, яка використовується в наведеному вище прикладі, може бути з дому сім'ї. Отже, припустимо, система поливу з сім'ї з чотирьох (4) і поливати їх не щодня. Припустимо, що вони поливають три (3) дні на тиждень. Як це виглядає з точки зору gpcd?

Спочатку візьміть 200 gpcd і помножте його на сім'ю з чотирьох (4).

200 gpcd x 4 = 800 gpcd для цього будинку

Далі візьміть 1400 галонів на день, помножте його на три (3) дні на тиждень, а потім розділіть його на сім (7) днів на тиждень, щоб отримати кількість на день.

1400 gpd x 3 дні = 4200 галонів на тиждень

4200 gpw/7 днів на тиждень = 600 галонів на день

600 галонів використання води на відкритому повітрі призначено для всієї родини з чотирьох осіб. У процентному співвідношенні це дорівнює приблизно 75%, що узгоджується з прикладом, наведеним вище.

Тепер розділіть це на чотири (4) для сім'ї.

600 галонів на день/4 людини = 150 галонів на людину в день

Тому в цьому прикладі одна (1) людина використовує 200 галонів на день, 150 надходять від зовнішнього використання та 50 від внутрішнього використання. Якщо ви пам'ятаєте, що використання в приміщенні, розраховане в попередньому прикладі, воно становило 54,1 галонів, подібно до результатів цієї вправи. Зверніть увагу, що це лише один приклад у дуже складному та різноманітному світі, але він повинен ілюструвати точку того, як можна оцінити використання в приміщенні та на відкритому повітрі.

Інші види використання води

Цей розділ буде присвячений іншим видам використання в Каліфорнії. Каліфорнійський департамент води

Ресурси (DWR) розбиває загальне використання води Каліфорнії на три (3) основні широкі категорії: міське, сільськогосподарське та екологічне використання. Міське використання включає побутове житлове використання, як описано раніше. Крім того, міське водокористування включає комерційне, промислове та інституційне використання. Ці три (3) категорії складають компонент використання води в Каліфорнії та у всьому світі. У Каліфорнії ці категорії використання визначаються DWR.

• Комерційні: Користувачі води, які надають або поширюють послугу.
• Промислові: Будь-які споживачі води, які в основному є виробниками або переробниками матеріалів, визначених Кодексом стандартних промислових класифікацій (SIC).
• Інституційні: Будь-які заклади, що використовують воду, присвячені державній службі. Сюди входять школи, суди, церкви, лікарні та державні установи.

Як ви можете собі уявити, відсоток використання цих трьох (3) категорій може сильно варіюватися залежно від площі. Наприклад, обсяг комерційного, промислового та інституційного використання води в невеликій «спальній» громаді був би досить низьким. Однак в такому місті, як Сан-Педро, штат Каліфорнія, де є безліч галузей промисловості, цей компонент використання може бути досить високим. У Каліфорнії на ці категорії припадає лише невеликий відсоток усього міського водокористування.

Сільськогосподарське та екологічне водокористування

У Каліфорнії, за підрахунками, на сільське господарство припадає приблизно в чотири (4) рази більше споживання води, ніж всі міські водоспоживання. Це не дивно, оскільки унікальна географія Каліфорнії та середземноморський клімат дозволили державі стати одним з найпродуктивніших сільськогосподарських регіонів світу. Каліфорнія виробляє понад 250 різних культур і лідирує в країні у виробництві 75 товарів. Каліфорнійське сільське господарство зрошує приблизно 9,6 мільйона акрів землі. Екологічні види використання ідентифікуються як похідні від розвинених та нерозвинених джерел води. Розвинене водопостачання - це той, який контролюється і управляється кимось. Наприклад, Державний водний проект - це розроблене водопостачання, яке контролюється та експлуатується DWR. Він походить від природного стоку від опадів та стоку танення снігу, але він був розроблений в запас для конкретних цілей. На відміну від цього, нерозвиненою пропозицією буде «вільний» потік або річка, яка не використовується для конкретних цілей. Обидва ці витратні матеріали використовуються для та навколишнього середовища. Крім усього іншого, розвинені потоки необхідні, щоб підтримувати рівень солоності нижче в районі дельти затоки Сакраменто та допомогти зберегти холодну чисту воду, необхідну для міграції та нересту лосося. За даними DWR, приблизно 52 відсотки використовуються для сільського господарства, 14 відсотків для міських та 33 відсотків для екологічних цілей.