世界上最大地下水漏斗 华北危机怎解?

——访“973”项目首席科学家石建省

 李晓明  李凯

2009年12月15日09:15  来源:《科学时报》

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  、UNDP,以及美、德、日、意、荷等国的科学家都在关注,华北平原水危机究竟何去何从,会否对中国的崛起产生影响。中国13亿人口的粮安全问题,关系到世界的粮食生产和粮食价格。因此很多研究机构关注中国粮食安全问题,其中华北平原是重点之一。华北如果减产,中国的粮食安全就可能出问题了。

  过去30年,辽阔的华北平原经历了规模巨大且刻骨铭心的一场自然与社会经济变革。华北区域已经在全国政治、经济、文化的格局中占有举足轻重的地位,人口约1.2亿,占全国经济总量的12%,粮食产量占全国10%。

  支撑区域发展的关键自然条件是地下水资源。华北平原水资源仅占全国1.7%,却维持了这一地区几十年的经济社会高速发展。目前华北平原75%以上的用水需求靠地下水支撑,每年开采量达到206亿立方米。

  然而,危机已经悄然逼近这块发展的热土。在过去50年中,华北平原大量开采地下水已经使地下水储存量减少约1300亿立方米,因为超采造成的浅层地下水漏斗超过2万平方公里,深层地下水漏斗7万平方公里,已经成为世界上最大的地下水漏斗。

  地下水环境问题已经成为制约华北平原经济社会发展的最大瓶颈。日前启动的“973”项目“华北平原地下水演变与调控”首席科学家、中国地质科学院水文地质环境地质研究所所长石建省就此接受《科学时报》记者的专访。

  地下水危机的警钟已经敲响

  《科学时报》:华北地下水危机的字眼近几年频频出现在媒体上,从科学的角度说,如何判定出现了水危机?

  石建省:华北平原已经出现地下水枯竭的现象,人们最明显的印象就是打井取水比过去难了。我就是河北人,在上世纪70年代,农村取水人工挖到地下十米八米,水就出来了,现在基本上到了40~50米,有的甚至超过100米才能见水。由于不断超量开采,地下水水位下降,已经开始影响到人们最起码的日常生存。所以,人们从直观上感觉到了危机的存在。

  从严谨的科学角度分析,如果地下水的补给项小于排泄项,自然的水均衡条件被打破,就可以说危机发生了。危机的效应包括地下水位持续下降,形成地下漏斗,区域上发生地面沉降,地表干旱沙化,这些已经影响到了人们日常最起码的生存条件。所以受到了社会各个方面的普遍关注。

  《科学时报》:目前华北地下水危机究竟严重到了什么程度?

  石建省:华北地区是我国资源性缺水比较集中的地区,与经济总量、人口和社会发展的要求相比,绝对缺水的程度较高,再加上若干年的过量开发,已经出现了一些危机的迹象。它的直接表现就是水位大幅下降,其后果就是造成大范围的地面沉降,总体上这是一种危害,由于地层压密,含水层结构发生变化,对水的储存能力下降,进一步可能失去对水资源的调控能力。在东部平原区,水位下降低于海平面,就会造成海水入侵,地下淡水资源的更新就更加困难。当然,水位下降在局部也可能产生正向效应,比如过去沧州等地区,长期水埋深很浅,盐渍化土壤较多,现在水位下降了,土壤的质量改善了,农业生产的能力上升了。

  从科学上到底如何判断华北平原地下水危机的程度,是一个复杂的问题。一般而言,河北西边的山前地带的主要含水层是较厚的山前洪积扇堆积地层,含水性和渗透性都较好,有利于地下水更新。以前人们可能大多集中在这一层取水,由于有补给更新,用了较长的时间,但目前在华北平原局部已经发生疏干现象。深部的含水层渗透性较差,出水量要少得多,而且补给更新更困难。开采一旦造成水位大幅下降,就容易出现疏干现象,在局部出现无水可用的局面,危机的出现就无可避免。

  现在一些城乡集中供水的水井已经打到500米深,开采地质历史时期形成的地下水,这些水可以说像化石资源一样,很难更新、循环迟缓,应该当做矿产资源进行严格管理,否则后果会很严重。

  在河北东部衡水一带,浅层地下水偏咸,基本以开挖深层水为主,地面沉降越来越严重,可能对环境造成不可预料的影响。如果按照现在的利用方式继续推进下去,很难说能够维持多久。

  总体上讲,华北平原地下水确实是过量开采了,但是具体到局部地区,要进一步评价地下水危机发生在哪个阶段,还需要认真研究评价。现在无论从区域上,还是从理论上,都还有大量的科学问题需要认真探讨。

  人类活动影响是水危机的主导因素

  《科学时报》:华北地下水危机的出现,有哪些自然变化与人为影响的因素?

  石建省:应当说,华北地下水危机出现的原因是复杂的,既有自然变化的因素,也有人类活动的影响。

  自然因素是在全球变化的大背景下,华北地区最近20年的降水量比历史时期平均值减少了10%~15%。受此影响,由于在通常情况下降水入渗占华北地区地下水补给总量的70%,造成地下水补给资源较大幅度减少。

  相比较而言,人类活动的影响更加显著。几十年来,山区大规模建设水利工程,修建水库1600多座,总库容300多亿方,控制了山区汇水面积的85%以上,直接导致下游华北平原上的主要河流基本上成为季节性河流,甚至全年断流干涸。水库的建设也增加了水资源的蒸发。上游地区因城市化经济发展和人口增长用水量增加,也导致对下游华北平原地下水补给的减少,国际上公认的河流开发程度应控制在30%~40%左右,现在华北平原主要河流上游控制利用已达70%~90%,给下游剩余的生态流量严重不足。与此同时,平原区农业生产在改革开放前维持在较低水平,而近30年农业的高速发展也加大了地下水的开发利用,改革开放以来有效灌溉面积扩大数倍,粮食产量增长2.5倍以上,持续的旱情也加剧了地下水开采。在上世纪80年代农业用水迅速达到了高峰,最近若干年农业用水基本处于平稳状态,而工业化、城市化的刚性用水需求还在逐渐增长,尚未达到峰值。

  在可以预见的10~20年内,华北地区的水资源短缺程度面临进一步加剧的极大压力。

  《科学时报》:现在人们常用“有河皆枯,有水皆污”来说明华北平原的水危机,除了地表水,地下水也有不同程度的污染,水文地质环境地质研究所对此还做了专门调查,现在是否有基本的结论?

  石建省:国土资源部、中国地质调查局正在组织开展华北平原地下水污染调查评价,采集了大量样品,分析正在加紧进行,还没有完成总体评价报告。但从局部看,问题还是比较严重的,包括一些水源地。虽说地下水污染还没有形成连片成规模、成区域的严峻态势,但总体上显示出越来越严重的趋势。

  当前尤其值得警惕的是,一些乡镇企业,甚至一些较大的工矿企业以污水“零排放”的假象组织生产——确有一些地方有直接将污水用打井的方式灌到地下含水层的现象,这是非常危险的。因为在地表排污还能够想办法处理,如果排到地下,后患无穷,想修复都难以下手,时间和成本都难以承受。美国科学家曾经做过典型实验,在一个空军基地修复TNT炸药造成的地下水污染,模拟研究的结果表明,需要20年才能修复到勉强可以接受的水平,还谈不上根本治理。

  我们建议政府监管要加强。现在华北地区,许多村里都有“打旱井”的大标语或者广告,这不是取水用的,而是往地下排污的。打旱井相对来说在华北地区有一定的规模,如果不加强监管后果不堪设想。

  关键在地下水,本质是复杂地质问题

  《科学时报》:这次科技部支持的“973”项目“华北平原地下水演变与调控”在解决地下水危机方面有哪些考虑?

  石建省:“973”面对的是重大国家需求,对这个项目来说,它着眼于更好地解决华北水问题,或者说在现有条件下更科学地利用地下水,继续对经济社会发展起到支撑作用。同时,华北平原地下水系统是我国乃至世界沉积盆地地下水系统的典型代表,是国际水文地质界关注的热点地区,也是最有希望通过科技攻关创建地下水演变与调控基础理论体系的独特研究课题。

  这次“973”计划支持开展华北平原地下水与相关环境问题的研究,对提高我国地下水科学与工程领域的创新能力意义重大,项目的突破将有可能使我国在区域地下水演变研究领域居于世界领先水平。

  华北平原人口密度大,水文地质条件复杂,资源环境问题突出,我们面临的是前人没有遇到过、国际上鲜有对比的重大难题,目前亟待解决的关键科学问题包括:强烈的人类活动对区域地下水系统的影响;含水层系统结构变异与资源—环境效应;地下水资源如何与环境、经济社会协调发展;南水北调工程实施后,如何涵养和调控地下水资源。

  《科学时报》:为什么国际科学界高度关注华北平原的水问题?

  石建省:世行、UNDP,以及美、德、日、意、荷等国的科学家都曾先后到华北平原开展相关研究。从科学上考虑,国际上一些大型盆地与华北平原相比规模较小、地质条件相对简单,没有严重的环境问题,而华北平原在14万多平方公里的区域上,形成了7万平方公里的大漏斗,这在已有的人类经验中是前所未有的。在水资源矛盾如此集中的条件下居然经济快速发展、农业生产活跃、养活了1亿多人口也是前所未有的。因此,出现在华北平原上水资源供需的严重势态,对其他国家科学家来说是一种借鉴。

  一些发达国家科学家也在关注,华北平原水危机究竟何去何从,会否对中国的崛起产生影响。中国13亿人口的粮食安全问题,关系到世界的粮食生产和粮食价格。因此很多研究机构关注中国粮食安全问题,其中华北平原是重点之一。华北如果减产,中国的粮食安全就可能出问题了。

  另外一方面,华北平原上正在进行大规模工程建设。比如高速铁路的建设,就对地基有严格要求,如果有不均匀的地面沉降,运行起来就成问题。华北平原的地面沉降问题很有代表性,因此也成了科学家们普遍关注的焦点。

  《科学时报》:作为项目首席科学家,你认为解决华北平原水问题的关键是什么?地下水资源究竟能否支撑华北地区进入工业化时代?

  石建省:应该说华北平原的水问题前人研究成果也非常多,前期研究总体上对华北平原含水层结构的复杂性和探寻地下水演变机制的艰巨性有了较充分的认识。在此基础上我们认为,要解决华北平原一系列的水问题,关键在地下水,本质是复杂地质问题。

  项目着从地质条件的复杂性认识来研究地下水的演变机制,通过地下水的调控来实现水资源的合理利用,进而支撑经济社会可持续发展。

  目前来看,华北平原农业用水趋于稳定,必须通过节水措施,调整农业产业结构,解决面上农业用水量大的问题。农业节水的空间较大。如果华北平原地区农业灌溉定额能下降到接近以色列的水平,农业用水量将大幅下降,水资源短缺局面会相应缓解。工业化、城市化发展,对水的刚性需求在一定时期内还会逐渐增长,华北平原地下水需求将会在今后10~20年内达到峰值,但发展到一定程度后,注意提高水的效益和利用率,则有可能逐步减少需水量,通过人为调控形成一个新的水资源平衡状态。这个过程究竟有多长、是否可以支撑华北地区进入工业化时代,取决于我们的努力。关键是在水需求达到峰值前尽可能地节制我们的用水,并尽可能缩短完成工业化的进程。

  南水北调供水之后,虽然很大程度上可以缓解城市供水局面,但并不能从根本上解决北方缺水问题,根本之策还是用好地下水,科学评价、统筹管理、合理利用。问题的解决还有赖于管理创新。将来如果真正实现华北平原地表水、地下水联合调控,才有望持续、根本地解决华北水危机。

(责任编辑:马丽)
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