解锁全球雨水收集潜力：为实现安全饮用水普遍获取提供新路径

《Nature Communications》：Unlocking global rainwater harvesting potential for safe drinking water access

本刊推荐：针对全球22亿人缺乏安全管理的饮用水(SMDW)这一严峻挑战，研究人员开展了全球雨水收集(RWH)潜力评估研究。通过构建参数化框架量化RWH对可持续发展目标(SDG)6.1的贡献潜力，发现优化RWH可提升SMDW覆盖率5.6-26.0%，惠及0.45-2.08亿人。该研究为通过分布式水处理方案加速实现全球水安全目标提供了科学依据。

　　

在全球水资源危机日益严峻的背景下，联合国提出的可持续发展目标(SDG)6.1要求到2030年实现人人享有安全管理的饮用水(SMDW)，然而现实却令人担忧——目前仍有22亿人无法获得这一基本服务。更令人深思的是，这些缺水人群中有88.5%居住在年降雨量超过500毫米的雨水相对丰富地区，但仅有1.26%的人口将雨水作为饮用水源。这种资源丰富与利用不足之间的鲜明对比，揭示了一个全球性的水资源管理悖论。

传统集中式供水系统在低收入国家面临巨大的资金壁垒，每年需要376亿美元的基础设施和运营成本，这使得创新性、可持续的替代方案变得尤为迫切。雨水收集(RWH)作为一种分布广泛、污染风险相对较低的饮用水供应方式，被联合国认定为改进的水源(IWS)，但其全球潜力一直未被系统评估。先前的研究多局限于区域尺度，缺乏统一的全球评估方法，难以将RWH潜力与SDG6.1指标有效衔接。

针对这一研究空白，由Qingke Yuan、Yanfeng Liu、Yukang Qie等研究人员组成的团队在《Nature Communications》上发表了最新研究成果。他们开发了一个增强的参数化方法，综合环境和社会经济指标，首次对全球雨水收集促进安全饮用水获取的潜力进行了系统量化。

研究团队运用地理信息系统(GIS)框架，整合了年降水量、降雨变异系数、土壤排水性、干旱指数、水量风险和土地覆盖等六个关键因子，计算出了全球雨水收集潜力系数(RWHPC)。该方法突破了人口密度限制，确保了在不同地理和气候条件下的适用性。同时，研究引入了最大季节性存储潜力(MSSP)概念，考虑了3个月(家庭雨水桶)、6个月(社区蓄水池)和12个月(大型水库)三种存储时长，以及从改进水源到安全管理的饮用水的转换比率，构建了四个渐进式情景来模拟RWH对SDG6.1的潜在贡献。

研究发现，全球RWH潜力分布呈现明显的地域差异，较高的RWHPC值集中在赤道附近区域，而热带沙漠和温带大陆性气候区域系数较低。纬度分析显示，RWHPC随远离赤道而递减，随降雨深度增加而增加，在南北纬15°附近达到峰值，这与亚热带高压带的位置相符。

更重要的是，模拟结果显示RWH可以显著提升全球SMDW覆盖率，潜在贡献范围在20升/人/天条件下为5.6-26.0%，在40升/人/天条件下为4.2-24.3%。存储容量强烈影响这一潜力：当MSSP从3个月延长至12个月时，RWH的贡献潜力从5.6%扩大至16.4%(情景I)和从9.5%扩大至26.0%(情景IV)。转换比率的改善也显著增强了贡献潜力：从当前水平提升至0.9，可使潜力在3个月MSSP下从5.6%增至9.5%，在12个月MSSP下从16.4%增至26.0%。

区域分析揭示了不同的模式。在3个月MSSP下，区域B(撒哈拉以南非洲国家、也门和苏丹)显示出最低的初始潜力但最宽的贡献范围(6.0%-19.5%)，而区域A(大多数拉丁美洲和加勒比国家)和区域C(大多数亚洲国家和太平洋岛国)保持相对稳定的范围。当MSSP从3个月延长至12个月时，所有区域潜力增强，但改善幅度显著不同。区域B对MSSP增加的反应最为明显，贡献从6.0%-19.5%急剧扩大至20.3%-61.7%，表明该区域对季节性降雨变异性的高度脆弱性以及从增强存储容量中获得的实质性好处。

社会经济交互分析揭示了RWH与多个SDGs的协同效益。研究发现，水生产率(水资源利用效率衡量指标)与RWH对SMDW覆盖率的潜在影响之间存在显著的负相关关系。人均GDP与RWH对SDG6.1的潜在贡献也呈现强负相关，在人均GDP低于1000美元的国家，RWH实施可使SMDW覆盖率提高至少50%。农村人口比率较高和人口增长率较大的区域也显示出RWH更强的贡献。

从社会视角看，粮食不安全指标和性别不平等指数与RWH的潜在贡献呈正相关，表明RWH通过提供可靠的饮用水获取，可能减轻家庭生产力限制，减轻妇女的取水负担，并为经济发展创造机会。气候变化风险指数与RWH潜在贡献的正相关关系，则提示了RWH在气候适应策略中的潜在作用。

公共卫生方面的分析尤为引人关注。对健康指标和评估研究所的全球疾病负担数据进行分析表明，腹泻相关死亡率较高的区域往往表现出RWH对SMDW获取的更大潜力。通过比较风险评估方法，研究估计通过RWH实施增强SMDW覆盖率，可在情景IV下将全球腹泻相关死亡减少91.0%，其中区域A减少64.5%，区域B减少86.5%，区域C减少95.5%。

基于这些发现，研究提出了一个逐步实施的路线图，围绕两个协同路径展开：延长最大季节性存储潜力和提高转换比率。存储容量的扩展从部署3个月的家庭雨水桶到6个月的社区规模设施或蓄水池，再到更大的12个月集水池塘或水库。而提高转换比率的策略则侧重于全面质量管理，包括使用初雨分流系统丢弃初始污染径流，以及采用太阳能消毒、重力驱动膜过滤、生物沙或陶瓷过滤器等低成本的净化方法。

不同区域需要量身定制的策略组合。在季节性变异区域如撒哈拉以南非洲，投资于6个月MSSP结合生物沙过滤可大幅增加SMDW获取；南亚地区则受益于以质量为重点的干预措施如太阳能消毒或陶瓷过滤器；干旱区域应优先考虑通过遮荫蓄水池的MSSP配合经济实惠的净化。

该研究的创新之处在于首次建立了全球尺度的雨水收集潜力与SDG6.1指标之间的定量联系，揭示了资源丰富与利用不足之间的全球悖论，并提出了具有可操作性的实施路径。研究表明，通过优化雨水收集实践，可以显著加速实现人人享有安全饮用水的全球目标，同时为粮食安全、性别平等、气候韧性和公共卫生改善等多个可持续发展目标做出贡献。

然而，作者也强调雨水收集并非万能药，有效的水安全战略需要将RWH与常规供水(如管道网络和地下水)整合，创建多样化且有韧性的组合方案。在特定背景下，这一组合还可通过纳入非常规水源如海水淡化、太阳能蒸馏或大气水收集而进一步增强。

这项研究为政策制定者将雨水收集纳入综合饮用水安全框架提供了可靠科学证据，对缓解SDG6.1的压力和确保公平获取安全饮用水至关重要。随着全球水危机日益严峻，这种基于自然、分布式的解决方案可能成为实现水安全目标的关键一环。