水是地球生命起源的重要先决条件。人类和地球上其他物种一样都需要洁净的水源来维持生命。虽然海洋覆盖了地球表面的71%，但是蓄水层、湖泊、河流、冰川中的淡水资源仅占到地球总水量的3%。形象的说，假如地球上所有的水变成一个巨大的球形水滴，它的直径为1,391公里（864英里），而所有的淡水组成的水滴直径只有不到203公里（127英里）^[1]。

庆幸的是，淡水是一种可再生资源，因为水循环可生成淡水。但是，水循环生成的淡水并不总是能在人类需要的时间送到指定地方，适用的淡水在世界上很多地方都非常稀缺。

工业革命之后世界人口指数式增长，现在这个数字已经达到了这个星球的资源能够承载的极限^[2]。很多地方，水成为制约社会和经济体发展到更高程度的核心资源。随着工业化进程和人们生活水平提高，世界范围内对淡水资源的需求量也不断增加。虽然在绝大多数的发达国家人均用水量未增加甚至出现下降，发展中国家的人口增长和城市化进程并未因当地有限的可利用水资源和涉水基础设施而有所减缓。因此，相关问题并非全球性的，而是具有区域性。本世纪内，这一趋势还会持续，并且预计会导致更加广泛的缺水问题。

额外的挑战来自于污染。20世纪中叶，污染导致很多淡水河道不再符合人畜使用的要求。从此，废水处理工厂开始兴起，一些过去被用作城市和工业排污通道的河流（像德国的莱茵河、埃姆舍河）开始进行复原工作，污染情况在最近几十年有了改善。可是在全球范围内，这种改善并不明显。雪上加霜的是，具有生物活性的化学品、对抗菌剂产生耐药性的微生物、微塑料等化学制品或材料都会带来新的污染。

气候变化已经在全球很多地方影响了水循环系统。比如，最近发生在加利福尼亚州、澳洲和中国部分地区的重度干旱就是缺水的例子中的三个典型。这些或许只是初演，可能很快会蔓延到更多的地区。在另外一些地方，会发生相反的问题，比如海洋温度升高会增加强风暴的出现频率，导致类似2015年秋季发生在法国南部的洪灾。在这些案例中，现有的涉水基础设施可能无法应对这些不可预测的水资源可利用量的突然变化。

人类活动也会导致极端厄尔尼诺现象出现，当前的厄尔尼诺现象已经媲美1997至1998年间记录在案的强度。这种反常气候会影响世界范围内的降水模式。印度尼西亚已经遭遇了严重干旱和丛林大火。干燥的气候条件已经影响了印度、越南、澳洲、南非以及智利的局部地区。特别是南亚地区的粮食减产有可能导致像1990年发生在东非的萨赫勒地区干旱那样的人道主义危机^[3]。

为了保护自己的水资源，各族群常起冲突，这也会对自然生态系统造成重大损失。比如，美索不达米亚平原的幼发拉底河和底格里斯河流经好几个国家，土耳其考虑建设的大坝会威胁到下游伊拉克人民的用水安全，这甚至高于该地区主要的政治和军事冲突带来的威胁。

未来十年的一个重要难点就是在气候变化、地区族冲突和对地球系统的其他人为破坏等的不断干扰的形势下，为日益增加的人口提供越来越多的淡水。第二个难点是想办法通过减轻并治理污染和盐碱化，确保淡水供应的质量。第三个难点是从以前使用过的水体（包括闭合和半闭合的水循环）中提取能源和有价值的化学产品，提供满足不同用途的、社会可接受和经济可行的淡水来源。

城市涉水基础设施应该被设计或改造成连接有水处理设施、自然水源和可靠供给机制的可持续发展的水循环系统，使其能够支持解决上述难点。

来源：德鲁维斯等^[4]

 

化学可为处理和缓解这些问题提供很大帮助：通过研究新方法对含盐水和海水进行脱盐作用，通过先进的纯化技术对废水提纯，可在保障淡水数量、淡水质量和水资源再利用方面提供全新的或改进的解决方案；发展先进的分析和检测水中污染物的手段，达到满足保护人类健康和环境的需求的水平；提供新的物化、生化工艺过程，改善和提供可持续的循环使用水；发展可从废水中提取能源和有价值化学品的化工产品和工艺。

与20世纪的形势相比，化学在解决水资源问题中扮演的角色更加重要，水资源问题越来越需要以化学为支撑的多学科解决方案。废水处理就是一个典型，过去普遍使用生物学方法，然而，在当前设计的废水处理设备中，愈加需要以化学为基础的废水处理方法来进行产品回收。

通过这些方式，化学有助于保障安全的清洁水供应，保护水资源安全。所谓“水资源安全”联合国的定义是，“一个族群获取维持生计、保证人民福祉和社会经济发展所需的足够数量和合格质量水的能力，保护人民免受水源污染和与水相关的灾害发生的能力，维持生态平衡使社会处于和平与稳定的氛围中的能力” (UN-Water, 2013) ^[5]。

2015年9月在德国莱比锡城召开了第6届CS3研讨会，与会者主要在以下4个方面探讨了上述问题：

1）水、人类健康和环境

2）污染物监测

3）水处理和废水处理技术

4）资源回收

本白皮书对该研讨会的讨论内容作了总结，并记录下对可持续水资源管理具有指导意义的调查研究和政策改进方面的推荐举措。