Stadsvattensystem i Kalifornien och på andra håll står inför en tid av beräkning, varnar Richard Luthy, professor i civil- och miljöteknik vid Stanford.

Grundvattenakviferer håller på att utarmas och floder torkar ut, även om efterfrågan på vatten fortsätter att klättra. Ändå kan städer inte längre möta samhällets törst genom att importera mer vatten från långt håll. Luthy, dock, är optimistisk. Som chef för National Science Foundations ReNUWIt-satsning – en förkortning för Re-Inventing the Nation's Urban Water Infrastructure – hjälper han till att utveckla alternativa källor genom återvinning av avloppsvatten, dagvattenfångst och avsaltning.

"Vi måste göra stora investeringar, precis som vi var tvungna att göra stora investeringar för ett sekel sedan i dammar och akvedukter, " säger han. "Men med bra beslut, vi borde vara i bra form."

Vi satte oss ner med honom för att få hans syn på helheten.

Går Kalifornien in i en era av vattenbrist?

Ja. Vi har fler människor, fler jobb och mer välstånd, och med allt vi behöver mer vatten. När statens befolkning var mindre, att vatten skulle kunna tillföras någon annanstans. Men av många skäl, import av vatten kan inte möta 2000-talets krav.

Vi påverkas också av klimatförändringarna. Mer nederbörd i Sierras faller som regn snarare än snö, och det kommer att förändra hur vi använder dammar och reservoarer. Historiskt sett, vi använde vårt vattensystem både för att kontrollera översvämningar och för att lagra vatten, och dessa behov brukade förekomma vid olika tidpunkter. Under de kraftiga regnen i början av vintern, vi skulle kunna använda systemet för översvämningskontroll. När snön smälte i slutet av våren, vi skulle kunna byta fokus till lagring. Men om vi får mer regn och mindre snö, det gör tidpunkten svår när vi försöker hantera systemet för att möta dessa olika behov av översvämningskontroll och vattenlagring. Också, Klimatförändringarna tycks medföra större extremer – torrare torrperioder som avbryts av ett mycket blött år.

Hur är det med grundvattenutarmning och avvattning av floder?

På 1900-talet pumpade vi mer grundvatten än vad som ersattes, särskilt i jordbruksområdena. De dagarna är över. The Sustainable Groundwater Management Act från 2014 kräver att vi hanterar våra akviferer på ett hållbart sätt. Tänk på det som ett bankkonto - du gör insättningar och uttag, men du kan inte gå i underskott. Olika regioner i staten måste komma med lokala hållbarhetsplaner senast 2022 och uppnå hållbarhet 2040 eller 2042.

Stora storstadsområden som Santa Clara County, Orange County och Los Angeles har redan planer, men jordbruksområdena gör det inte. Jag tror att lagen kommer att upprätthållas, och att staten kommer att göra jobbet om lokala distrikt inte gör det. Det här är en stor sak.

Miljömässig hållbarhet innebär också att lämna tillräckligt med vatten i floder, strömmar, sjöar och myrar. Om du avleder för mycket vatten, floden rinner torr och kan inte stödja fisk och vilda djur.

Är det vad folk menar med att "ge fisken en röst"?

Kalifornien har en långvarig "Public Trust Doctrine, "som hävdar att vi måste skydda det "gemensamma arvet" av bäckar, sjöar, floder och träskmarker. Efter ett fall 1983 om hur Los Angeles avledde vatten från Mono Lake, Kaliforniens högsta domstol slog fast att "gemensamt arv" innebar att skydda rekreation, estetiska värden och ekologin. Beslutet innebar att människor var tvungna att lämna mer vatten till ekosystem och till fiskar.

Lägg ihop allt detta, och det betyder att vi måste avsätta mer grundvatten för våra akviferer och mer ytvatten för våra floder, vattendrag och sjöar — trots att statens befolkning och ekonomi fortfarande växer. Det här är inte bara utmaningar för Kalifornien. Samma problem uppstår i sydväst, i Texas, i delar av Florida och i Atlanta. Vi upplever det först, men vi är knappast ensamma.

Hur kan vi klara oss?

Ett viktigt sätt är att återanvända vatten. Det finns två typer av system för återanvändning av vatten:drickbart och icke-drickbart. Låt oss börja med den enklare uppgiften.

Här på Stanford campus, vi studerar energieffektiva sätt att återvinna vatten, som sedan skulle löpa genom separata rör och tjäna icke-drickbart bruk såsom bevattning. Vi hämtar vårt dricksvatten från Hetch Hetchy Reservoir, och den är idealisk för återanvändning och bevattning. Återvinning av vatten för att göra det fullt drickbart är möjligt men det kräver extra steg. En spännande möjlighet är genom indirekt återanvändning av dricksvatten. Staten gör detta nu i Orange County. Vi tar använt vatten och behandlar det till en punkt där det nästan går att dricka. Sedan lägger vi den tillbaka i marken, där den stannar en tid och blandar sig med det befintliga grundvattnet. Därifrån, vattnet tar en indirekt väg till din kran. Redwood City överväger denna idé om avancerad vattenrening för indirekt återanvändning av dricksvatten. Santa Clara Valley Water District funderar på samma sak. San Jose, Palo Alto och Sunnyvale har sina egna idéer.

Vi kan lära av alla dessa ansträngningar, men vi bör också tänka på regionala lösningar. På 2000-talet, vi kommer helt enkelt inte att kunna importera allt vatten vi vill ha från andra ställen. Vi måste utöka vattnet vi får från reservoarer som Hetch Hetchy med återvinning, dagvattenfångst, avsaltning och andra strategier.

Mycket av ditt arbete handlar om ledning och planering – hur man integrerar olika system. Kan du prata om det?

Vi måste göra investeringar, precis som vi var tvungna att göra stora investeringar för ett sekel sedan i dammar och akvedukter. Men vi måste göra saker annorlunda. Vi kan återvinna vatten där vattnet behövs. Om du återanvänder vatten, du kan göra det i en decentraliserad anläggning som är mer kompakt och mer energieffektiv. Men för att göra investeringar i en skala av hundratals miljoner dollar, vi måste ta reda på det mest kostnadseffektiva sättet. Städer och vattendistrikt måste inse att det är avgörande att arbeta tillsammans. Jag hjälper Bay Area vattenleverantörer att börja lägga planerna för en pålitlig regional vattenförsörjning. En utmaning är att komma på hur man gör investeringar som fungerar för alla olika grupper. Jag är optimist, men vårt tänkande måste bli mer regionalt och mindre kyrkligt.