Kalifornien har inte slut på vatten, " säger Richard Luthy. "Det är slut på billigt vatten. Men staten kan inte fortsätta göra vad den har gjort de senaste 100 åren."

Luthy vet. Som professor i civil- och miljöteknik vid Stanford, samt chef för ett National Science Foundation-center för att återuppfinna urban vattenförsörjning (känd som ReNUWIt), han har ägnat decennier åt att studera statens storstadsområden.

I en ny tidskriftsartikel, han hävdar att städer i Kalifornien inte längre kan förlita sig på sina tre traditionella vattenhanteringsstrategier:överdrag av grundvatten, utarmar vattendrag och importerar vatten från långt håll. Hans analys fokuserar på flera strategier som, tagen tillsammans, kan hjälpa städer att försörja sin växande befolkning med försiktig offentlig politik och investeringar:

Bevara

Bevarande är billigt, säger Luthy. Att ta bort gräsmattor eller ta kortare duschar är beteendeförändringar som inte kräver nya utgifter för infrastruktur.

Vissa städer har redan gjort stora framsteg. Los Angeles, till exempel, ökade 1,1 miljoner invånare mellan 1990 och 2010, men höll den totala vattenförbrukningen oförändrad genom bevarande, eftersom husägare och byggare installerar saker som lågflödes toaletter och högeffektiva tvättmaskiner. Liknande, två dussin städer i San Francisco Bay Area minskade den totala konsumtionen med cirka 23 % mellan 2004 och 2016 trots att deras befolkning ökade med 10 %.

Men bevarande är inte tillräckligt för att matcha befolkningstillväxten. Även om vattentjänstemän i södra Kalifornien nyligen förutspådde att 2040 utökade bevarandeinsatser skulle spara tillräckligt med vatten för att försörja cirka 2,3 miljoner nya invånare, tjänstemän förväntar sig också att befolkningen ska växa med 3,1 miljoner då.

Kalifornien kan göra mer, säger Luthy. Cirka 10 % av vattnet som distribueras i stadsområden går förlorat på grund av läckor. Sedan den senaste torkan, Verktyg i Kalifornien har genomfört vattenförlustrevisioner för att stävja sådant avfall. "Bevarande är viktigt för att möta efterfrågan på vatten i städerna, men vi behöver också andra åtgärder för att öka utbudet, säger Luthy.

Återanvändning som inte är drickbar

Återanvändningen av icke-drickbart vatten för bevattning eller andra ändamål har en lång historia i Kalifornien. För mer än ett sekel sedan, städer som Fresno återanvände avloppsvatten för att bevattna omgivande gårdar. På 1980-talet Irvine Ranch Water District byggde ett dubbeldistributionssystem som nu levererar 25 miljoner gallon per dag av renat icke-drickbart vatten till gårdar och företag.

Städer skulle kunna göra samma sak idag, men att återvinna icke-drickbart vatten, planerare skulle behöva bygga ledningsnät för att separera icke-dricksvatten från dricksvattnet, till en kostnad av mellan 1 miljon dollar och 10 miljoner dollar per mil.

De flesta kortdistansmöjligheter har redan implementerats. Det lämnar fortfarande nya möjligheter för mindre, decentraliserade projekt där avloppsvatten genereras och behövs. Salesforce Tower i San Francisco, till exempel, kommer snart att återvinna ett 30-tal, 000 liter avloppsvatten om dagen för alla ändamål förutom att dricka. Distribuerad återanvändning, som inte dricksbart, slår också fast på tekniska campus i Silicon Valley.

Drickbart återanvändning

Den verkliga framtiden, säger Luthy, är drickbart återanvändning – vilket gör återvunnet vatten rent nog att dricka.

Återanvändning av dricksvatten är en process som börjar med att rena avloppsvatten i reningsverk och sedan mata tillbaka detta rengjorda vatten till reservoarer eller underjordiska akviferer. Vattenverk blandar sedan det återvunna vattnet med nytt, färskvatten för att uppfylla normerna för drickbarhet.

Orange County Water District har varit ledande inom återanvändning av dricksvatten och bruket av "full avancerad behandling" sedan 2004, och många andra städer har planer på att återvinna åtminstone en del högt renat avloppsvatten för att dricka. Till exempel, Los Angeles överväger för närvarande ett ambitiöst projekt för att återvinna praktiskt taget allt avloppsvatten för att så småningom göra det tillgängligt för återanvändning av dricksvatten till 2035 till en kostnad av 8 miljarder dollar. Ett jämförbart projekt för San Francisco Bay Area skulle innebära dyr infrastruktur i förväg, men dessa initiala utgifter kan i slutändan vara värda det eftersom tillgången på vatten som importeras från Sierra minskar på grund av klimatpåverkan och ekosystembehov, och kostnaden stiger, som förväntat, med 60 % under det kommande decenniet.

Fånga

Miljarder liter dagvatten rinner helt enkelt ut i havet årligen. Det måste ändras, säger Luthy. Kaliforniens kuststäder var historiskt konstruerade för att spola ut dagvatten för att minska översvämningar, men idag vill städer fånga så mycket som möjligt och använda det. Los Angeles får redan 10% av sitt vatten från dagvattenavrinning, och hoppas kunna mer än fördubbla det till 2035. Liksom återanvändning av dricksvatten, dock, dagvattenfångst kräver ofta stora investeringar i rör, lagringsplatser och behandlingsanläggningar. Kapitalkostnaderna för sådan infrastruktur varierar kraftigt, beroende på lokala förhållanden. Men medianprojektkostnaden är ofta billigare än kostnaderna för att importera vatten i framtiden, även förutsatt att det kommer att vara tillgängligt, säger Luthy.

Avsalta

Havet har praktiskt taget obegränsat vatten, och vissa samhällen utnyttjar avsaltning för att möta sina behov. San Diego Water Authoritys avsaltningssystem, byggt till en kostnad av 1 miljard dollar, levererar redan 50 miljoner gallon per dag – cirka 8 % av dess behov. Men att avsalta havsvatten är kostsamt och energikrävande, och kan skada livet i havet, det är därför Luthy säger att andra samhällen avsaltar bräckt vatten från flodmynningar där floder möter havet. (Bräckt vatten har en lägre salthalt än havsvatten, vilket gör det lättare och billigare att behandla.)

Alameda County producerar redan cirka 10 miljoner liter dricksvatten per dag genom att avsalta bräckt grundvatten i Newark. Ett partnerskap av fem byråer i Bay Area överväger en anläggning på 200 miljoner dollar som skulle kunna avsalta cirka 20 miljoner liter bräckt vatten per dag från North Bays mynningar för ungefär samma kostnad per gallon som konsumenterna för närvarande betalar för att importera vatten från Hetch Hetchy Reservoar.

Deposition

Det är en gammal historia som klimatförändringar gör allt vanligare:för mycket regn och snö under våta år, och inte tillräckligt i torra. Ett sätt att hantera dessa extremer är att "banka" extra vatten från våta år i underjordiska akviferer. Detta är möjligt eftersom statens stora storstadsområden är sammanlänkade av den 400 mil långa California-akvedukten. Städer i norr kan "deponera" vatten under våta år genom att inte ta uttag från akvedukten och låta det vattnet pumpas ut och lagras istället i Kern County, hjärtat av jordbruksregionen nära slutet av akvedukten. Under torra år, städer i norr kan göra "uttag" genom att ta extra vatten från akvedukten och förlita sig på att vattnet som lagras i Kern County pumpas tillbaka in i akvedukten, för att se till att tillräckligt med vatten fortsätter att rinna till städer i södra Kalifornien.

"Ingen en enda av dessa åtgärder kommer att fungera isolerat, men om vi planerar klokt nu, stadsvatten kommer att finnas tillgängligt när vi behöver det, " säger Luthy.