日本开展可持续用水研究

1 概 述

日本科学技术振兴机构(JST)启动了有关水资源利用可持续性的新技术和系统研发计划，这是其“科技进化核心研究”(CREST)总体计划中的最新子计划。基金总额为7 500万美元，已投入3 500 万美元。在未来2 a 内将投入剩余的4 000 万。该计划旨在通过创新型技术和水资源综合管理(IWRM)，协助解决有关大都市水资源的主要问题，因而对该计划投入了大量资金。

水资源研究计划由教育文化体育科技部(MEXT)公开资助。MEXT 负责确定国家创新性研究计划的整体战略区域。所选择的研究领域应有利于社会发展，并应产生重大的社会影响。同时，政府的总体目标是促进战略性优先领域的基础研究，鼓励开发创新型技术，以引领未来科技和新兴产业发展，从而促进社会与经济发展。

日本水资源研究团队投入了大量人力、财力，以解决世界上最为紧迫的水资源问题，通过CREST 可持续用水计划可知，水资源管理方式较为复杂，并非想像的那样简单。

管理者不得不面对的现实是:管理水资源应更多地关注水质，使其在自然水循环中保持平衡;应对气候变化的影响，避免因过度抽取地下水而对蓄水层造成破坏，从而引起地面沉降及其他灾难性后果。同时，还必须面对的现实是，开发和回收废水及污泥中尚未利用的能源。

在日本，该领域有多位著名研究人员纷纷提出建议，并正在寻求方法，以制定研究计划应对这些复杂情况。

有研究人员指出，该计划试图提供一个人类用水的创新性系统，这同处理生态水事务或水环境问题完全相反。其初衷是通过清洁可靠的供水来解决高度城市化区域的水资源短缺问题。事实上，该计划不仅涉及到研究发明新型处理技术，而且准备针对大都市面临的复杂且极具挑战的水资源问题，提供整合的系统化解决方案。

2 资助项目

CREST 资助了7 个水资源研究项目，将持续到2014 年，主要研究领域为膜技术、气候变化、城市和农业。其中包括:

(1)为可持续性城市水代谢研发水及废水新型处理系统;

(2)水资源重复利用技术的研发;

(3)针对气候变化研发水资源均衡利用系统;

(4)世界淡水可持续利用的长期规划;

(5)通过重新造林来增加流域径流量，进而改善江河环境的新技术研发;

(6)智能化卫星系统的集成应用;

(7)农业中分散水资源的回收及循环。

与欧洲相比，亚洲大都市数量正在急速增加。日本科学家力求寻找能够满足经济活动日益增多、生态功能逐渐弱化的亚洲城市用水需求的方法。

有日本学者认为，城市管理者需要学会对有限的水资源进行有效管理。也就是说，必须理性用水，以维护既有的自然环境，保持人和自然之间的平衡关系。因此，需要对水资源实施综合管理。

针对这一主题，京都大学、东京大学和北海道大学分别负责3 个主要研究项目。具体包括:

(1)既定区域内地表水、地下水、雨水及再生水(例如日本荒川流域和越南红河)等各种水资源实际可用量和水质状况。

(2)在气候变化情况下，管理这些资源的最佳方法。

(3)利用“无处不在”的水资源来解决城市用水问题，确保为人口稠密的大都市提供安全可靠的供水方法。

(4)在降低用水负荷、且大都市水资源环境得到保障的前提下，城市用水系统应按从“单一型用水”到“梯级循环用水”的过渡方法设计。

(5)为应对能源需求、复杂运行过程以及跟踪危害水质及健康状况的污染，应研发膜过滤、臭氧化及先进的氧化过程等新型技术。

(6)对自然有机物(NOM)实施标准化测量，并作为判断其性能常规参数的依据。

(7)针对再生水中低浓度病菌和有毒化合物会对健康产生的不利影响，研制评价和量化的准则。

时代要求“低碳足迹”。有日本学者指出，这项计划不提倡为了技术而发展技术，未来可行的水资源技术要求是低碳的，此外还需要降低原料消耗、经济且能够提供可靠安全的水资源。

众所周知，气候变化的影响大多通过水在干旱和洪水等极端天气下得以体现，如果制定适应性措施，就需要了解与水相关的影响将会发生的地点。因此，在东京工业大学的另一个CREST 水资源团队研发出了更精细的数字模拟模型，来预测不同气候变化情景下世界水资源(可用性和需求)的变化及社会经济变化情况。内容涉及气候变化将如何影响粮食生产;哪些城市需要在严重干旱条件下管理水资源;联合国政府间气候变化委员会(IPCC)预测的强降雨事件有可能在何地发生等。

最后来自高知大学、工学院大学和筑波大学的团队获得该项目资助。相关研究问题如下:

(1)为避免非点源性污染扩散，提升耕地的利用价值，在环境、社会和经济可行的条件下，研究农业废水和营养物质被重新利用的可行性。

(2)在化学信息学技术日新月异的今天，结合整合多膜技术，寻求将水分子结构的低污染膜融入到新型水处理系统的方法。

(3)通过增加土壤入渗来提高地下水的补给量，从而降低地表径流量和水土流失率。这种最佳的森林管理实践，是否可使流域内树木遭受滥砍乱伐或森林覆盖过盛的现象得以优化、恢复。

3 未来合作与研究趋势

CREST 研究计划的另一创新点在于注重合作，使不同学术研究机构的研究人员组成团队进行研究，且允许有私营机构参与。有专家指出，项目需要原创性和影响力，专题研究可确保新技术研发能够及时地回馈社会，研究人员有助于新技术创造出新的行业，并能发挥较大的经济增长潜力，这也体现了CREST 计划的目的，即将基本研究转化为全球应用的商业机会。

考虑到全球市场每年与水相关的收入为4 000～5 000 亿美元，且对日本公司寻求市场份额而言，亚洲几个增长较快的市场诱惑巨大。

在第二轮资助项目上，CREST 在水资源可持续性利用计划中寻求拓展研究范围，呼吁对下列问题展开研究:

(1)大城市及人口稠密地区的水资源管理;

(2)地下水新用途及管理方法;

(3)通过水资源和能源综合利用系统，节约自然资源和能源;

(4)废水中有机污泥和无机污泥的有效利用;

(5)与公众健康和人类安全相关的水质评估;

(6)农业有效用水;

(7)缓解人类和自然生态系统用水的冲突;

(8)水资源重复利用和非液体排放等行业的有效用水。

尽管在水文、社会和历史方面存在诸多不利因素，但可以肯定的是，日本已完全有能力建立起亚洲首屈一指的水资源管理体系。值得关注的是，如何将研发投资真正运用于科学创新，以便水利行业在这个极具挑战的时代健康发展。