世界上最大地下水漏斗 華北危機怎解?

——訪“973”項目首席科學家石建省

 李曉明  李凱

2009年12月15日09:15  來源:《科學時報》

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  、UNDP,以及美、德、日、意、荷等國的科學家都在關注,華北平原水危機究竟何去何從,會否對中國的崛起產生影響。中國13億人口的糧安全問題,關系到世界的糧食生產和糧食價格。因此很多研究機構關注中國糧食安全問題,其中華北平原是重點之一。華北如果減產,中國的糧食安全就可能出問題了。

  過去30年,遼闊的華北平原經歷了規模巨大且刻骨銘心的一場自然與社會經濟變革。華北區域已經在全國政治、經濟、文化的格局中佔有舉足輕重的地位,人口約1.2億,佔全國經濟總量的12%,糧食產量佔全國10%。

  支撐區域發展的關鍵自然條件是地下水資源。華北平原水資源僅佔全國1.7%,卻維持了這一地區幾十年的經濟社會高速發展。目前華北平原75%以上的用水需求靠地下水支撐,每年開採量達到206億立方米。

  然而,危機已經悄然逼近這塊發展的熱土。在過去50年中,華北平原大量開採地下水已經使地下水儲存量減少約1300億立方米,因為超採造成的淺層地下水漏斗超過2萬平方公裡,深層地下水漏斗7萬平方公裡,已經成為世界上最大的地下水漏斗。

  地下水環境問題已經成為制約華北平原經濟社會發展的最大瓶頸。日前啟動的“973”項目“華北平原地下水演變與調控”首席科學家、中國地質科學院水文地質環境地質研究所所長石建省就此接受《科學時報》記者的專訪。

  地下水危機的警鐘已經敲響

  《科學時報》:華北地下水危機的字眼近幾年頻頻出現在媒體上,從科學的角度說,如何判定出現了水危機?

  石建省:華北平原已經出現地下水枯竭的現象,人們最明顯的印象就是打井取水比過去難了。我就是河北人,在上世紀70年代,農村取水人工挖到地下十米八米,水就出來了,現在基本上到了40∼50米,有的甚至超過100米才能見水。由於不斷超量開採,地下水水位下降,已經開始影響到人們最起碼的日常生存。所以,人們從直觀上感覺到了危機的存在。

  從嚴謹的科學角度分析,如果地下水的補給項小於排泄項,自然的水均衡條件被打破,就可以說危機發生了。危機的效應包括地下水位持續下降,形成地下漏斗,區域上發生地面沉降,地表干旱沙化,這些已經影響到了人們日常最起碼的生存條件。所以受到了社會各個方面的普遍關注。

  《科學時報》:目前華北地下水危機究竟嚴重到了什麼程度?

  石建省:華北地區是我國資源性缺水比較集中的地區,與經濟總量、人口和社會發展的要求相比,絕對缺水的程度較高,再加上若干年的過量開發,已經出現了一些危機的跡象。它的直接表現就是水位大幅下降,其后果就是造成大范圍的地面沉降,總體上這是一種危害,由於地層壓密,含水層結構發生變化,對水的儲存能力下降,進一步可能失去對水資源的調控能力。在東部平原區,水位下降低於海平面,就會造成海水入侵,地下淡水資源的更新就更加困難。當然,水位下降在局部也可能產生正向效應,比如過去滄州等地區,長期水埋深很淺,鹽漬化土壤較多,現在水位下降了,土壤的質量改善了,農業生產的能力上升了。

  從科學上到底如何判斷華北平原地下水危機的程度,是一個復雜的問題。一般而言,河北西邊的山前地帶的主要含水層是較厚的山前洪積扇堆積地層,含水性和滲透性都較好,有利於地下水更新。以前人們可能大多集中在這一層取水,由於有補給更新,用了較長的時間,但目前在華北平原局部已經發生疏干現象。深部的含水層滲透性較差,出水量要少得多,而且補給更新更困難。開採一旦造成水位大幅下降,就容易出現疏干現象,在局部出現無水可用的局面,危機的出現就無可避免。

  現在一些城鄉集中供水的水井已經打到500米深,開採地質歷史時期形成的地下水,這些水可以說像化石資源一樣,很難更新、循環遲緩,應該當做礦產資源進行嚴格管理,否則后果會很嚴重。

  在河北東部衡水一帶,淺層地下水偏咸,基本以開挖深層水為主,地面沉降越來越嚴重,可能對環境造成不可預料的影響。如果按照現在的利用方式繼續推進下去,很難說能夠維持多久。

  總體上講,華北平原地下水確實是過量開採了,但是具體到局部地區,要進一步評價地下水危機發生在哪個階段,還需要認真研究評價。現在無論從區域上,還是從理論上,都還有大量的科學問題需要認真探討。

  人類活動影響是水危機的主導因素

  《科學時報》:華北地下水危機的出現,有哪些自然變化與人為影響的因素?

  石建省:應當說,華北地下水危機出現的原因是復雜的,既有自然變化的因素,也有人類活動的影響。

  自然因素是在全球變化的大背景下,華北地區最近20年的降水量比歷史時期平均值減少了10%∼15%。受此影響,由於在通常情況下降水入滲佔華北地區地下水補給總量的70%,造成地下水補給資源較大幅度減少。

  相比較而言,人類活動的影響更加顯著。幾十年來,山區大規模建設水利工程,修建水庫1600多座,總庫容300多億方,控制了山區匯水面積的85%以上,直接導致下游華北平原上的主要河流基本上成為季節性河流,甚至全年斷流干涸。水庫的建設也增加了水資源的蒸發。上游地區因城市化經濟發展和人口增長用水量增加,也導致對下游華北平原地下水補給的減少,國際上公認的河流開發程度應控制在30%∼40%左右,現在華北平原主要河流上游控制利用已達70%∼90%,給下游剩余的生態流量嚴重不足。與此同時,平原區農業生產在改革開放前維持在較低水平,而近30年農業的高速發展也加大了地下水的開發利用,改革開放以來有效灌溉面積擴大數倍,糧食產量增長2.5倍以上,持續的旱情也加劇了地下水開採。在上世紀80年代農業用水迅速達到了高峰,最近若干年農業用水基本處於平穩狀態,而工業化、城市化的剛性用水需求還在逐漸增長,尚未達到峰值。

  在可以預見的10∼20年內,華北地區的水資源短缺程度面臨進一步加劇的極大壓力。

  《科學時報》:現在人們常用“有河皆枯,有水皆污”來說明華北平原的水危機,除了地表水,地下水也有不同程度的污染,水文地質環境地質研究所對此還做了專門調查,現在是否有基本的結論?

  石建省:國土資源部、中國地質調查局正在組織開展華北平原地下水污染調查評價,採集了大量樣品,分析正在加緊進行,還沒有完成總體評價報告。但從局部看,問題還是比較嚴重的,包括一些水源地。雖說地下水污染還沒有形成連片成規模、成區域的嚴峻態勢,但總體上顯示出越來越嚴重的趨勢。

  當前尤其值得警惕的是,一些鄉鎮企業,甚至一些較大的工礦企業以污水“零排放”的假象組織生產——確有一些地方有直接將污水用打井的方式灌到地下含水層的現象,這是非常危險的。因為在地表排污還能夠想辦法處理,如果排到地下,后患無窮,想修復都難以下手,時間和成本都難以承受。美國科學家曾經做過典型實驗,在一個空軍基地修復TNT炸藥造成的地下水污染,模擬研究的結果表明,需要20年才能修復到勉強可以接受的水平,還談不上根本治理。

  我們建議政府監管要加強。現在華北地區,許多村裡都有“打旱井”的大標語或者廣告,這不是取水用的,而是往地下排污的。打旱井相對來說在華北地區有一定的規模,如果不加強監管后果不堪設想。

  關鍵在地下水,本質是復雜地質問題

  《科學時報》:這次科技部支持的“973”項目“華北平原地下水演變與調控”在解決地下水危機方面有哪些考慮?

  石建省:“973”面對的是重大國家需求,對這個項目來說,它著眼於更好地解決華北水問題,或者說在現有條件下更科學地利用地下水,繼續對經濟社會發展起到支撐作用。同時,華北平原地下水系統是我國乃至世界沉積盆地地下水系統的典型代表,是國際水文地質界關注的熱點地區,也是最有希望通過科技攻關創建地下水演變與調控基礎理論體系的獨特研究課題。

  這次“973”計劃支持開展華北平原地下水與相關環境問題的研究,對提高我國地下水科學與工程領域的創新能力意義重大,項目的突破將有可能使我國在區域地下水演變研究領域居於世界領先水平。

  華北平原人口密度大,水文地質條件復雜,資源環境問題突出,我們面臨的是前人沒有遇到過、國際上鮮有對比的重大難題,目前亟待解決的關鍵科學問題包括:強烈的人類活動對區域地下水系統的影響﹔含水層系統結構變異與資源—環境效應﹔地下水資源如何與環境、經濟社會協調發展﹔南水北調工程實施后,如何涵養和調控地下水資源。

  《科學時報》:為什麼國際科學界高度關注華北平原的水問題?

  石建省:世行、UNDP,以及美、德、日、意、荷等國的科學家都曾先后到華北平原開展相關研究。從科學上考慮,國際上一些大型盆地與華北平原相比規模較小、地質條件相對簡單,沒有嚴重的環境問題,而華北平原在14萬多平方公裡的區域上,形成了7萬平方公裡的大漏斗,這在已有的人類經驗中是前所未有的。在水資源矛盾如此集中的條件下居然經濟快速發展、農業生產活躍、養活了1億多人口也是前所未有的。因此,出現在華北平原上水資源供需的嚴重勢態,對其他國家科學家來說是一種借鑒。

  一些發達國家科學家也在關注,華北平原水危機究竟何去何從,會否對中國的崛起產生影響。中國13億人口的糧食安全問題,關系到世界的糧食生產和糧食價格。因此很多研究機構關注中國糧食安全問題,其中華北平原是重點之一。華北如果減產,中國的糧食安全就可能出問題了。

  另外一方面,華北平原上正在進行大規模工程建設。比如高速鐵路的建設,就對地基有嚴格要求,如果有不均勻的地面沉降,運行起來就成問題。華北平原的地面沉降問題很有代表性,因此也成了科學家們普遍關注的焦點。

  《科學時報》:作為項目首席科學家,你認為解決華北平原水問題的關鍵是什麼?地下水資源究竟能否支撐華北地區進入工業化時代?

  石建省:應該說華北平原的水問題前人研究成果也非常多,前期研究總體上對華北平原含水層結構的復雜性和探尋地下水演變機制的艱巨性有了較充分的認識。在此基礎上我們認為,要解決華北平原一系列的水問題,關鍵在地下水,本質是復雜地質問題。

  項目著從地質條件的復雜性認識來研究地下水的演變機制,通過地下水的調控來實現水資源的合理利用,進而支撐經濟社會可持續發展。

  目前來看,華北平原農業用水趨於穩定,必須通過節水措施,調整農業產業結構,解決面上農業用水量大的問題。農業節水的空間較大。如果華北平原地區農業灌溉定額能下降到接近以色列的水平,農業用水量將大幅下降,水資源短缺局面會相應緩解。工業化、城市化發展,對水的剛性需求在一定時期內還會逐漸增長,華北平原地下水需求將會在今后10∼20年內達到峰值,但發展到一定程度后,注意提高水的效益和利用率,則有可能逐步減少需水量,通過人為調控形成一個新的水資源平衡狀態。這個過程究竟有多長、是否可以支撐華北地區進入工業化時代,取決於我們的努力。關鍵是在水需求達到峰值前盡可能地節制我們的用水,並盡可能縮短完成工業化的進程。

  南水北調供水之后,雖然很大程度上可以緩解城市供水局面,但並不能從根本上解決北方缺水問題,根本之策還是用好地下水,科學評價、統籌管理、合理利用。問題的解決還有賴於管理創新。將來如果真正實現華北平原地表水、地下水聯合調控,才有望持續、根本地解決華北水危機。

(責任編輯:馬麗)
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