地下水危機(jī)的警鐘已經(jīng)敲響 華北危機(jī)怎解？
世行、UNDP，以及美、德、日、意、荷等國(guó)的科學(xué)家都在關(guān)注，華北平原水危機(jī)究竟何去何從，會(huì)否對(duì)中國(guó)的崛起產(chǎn)生影響。中國(guó)13億人口的糧食安全問題，關(guān)系到世界的糧食生產(chǎn)和糧食價(jià)格。因此很多研究機(jī)構(gòu)關(guān)注中國(guó)糧食安全問題，其中華北平原是重點(diǎn)之一。華北如果減產(chǎn)，中國(guó)的糧食安全就可能出問題了。
過去30年，遼闊的華北平原經(jīng)歷了規(guī)模巨大且刻骨銘心的一場(chǎng)自然與社會(huì)經(jīng)濟(jì)變革。華北區(qū)域已經(jīng)在全國(guó)政治、經(jīng)濟(jì)、文化的格局中占有舉足輕重的地位，人口約1.2億，占全國(guó)經(jīng)濟(jì)總量的12%，糧食產(chǎn)量占全國(guó)10%。
支撐區(qū)域發(fā)展的關(guān)鍵自然條件是地下水資源。華北平原水資源僅占全國(guó)1.7%，卻維持了這一地區(qū)幾十年的經(jīng)濟(jì)社會(huì)高速發(fā)展。目前華北平原75%以上的用水需求靠地下水支撐，每年開采量達(dá)到206億立方米。
然而，危機(jī)已經(jīng)悄然逼近這塊發(fā)展的熱土。在過去50年中，華北平原大量開采地下水已經(jīng)使地下水儲(chǔ)存量減少約1300億立方米，因?yàn)槌稍斐傻臏\層地下水漏斗超過2萬平方公里，深層地下水漏斗7萬平方公里，已經(jīng)成為世界上最大的地下水漏斗。
地下水環(huán)境問題已經(jīng)成為制約華北平原經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的最大瓶頸。日前啟動(dòng)的“973”項(xiàng)目“華北平原地下水演變與調(diào)控”首席科學(xué)家、中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所所長(zhǎng)石建省就此接受《科學(xué)時(shí)報(bào)》記者的專訪。
地下水危機(jī)的警鐘已經(jīng)敲響
《科學(xué)時(shí)報(bào)》：華北地下水危機(jī)的字眼近幾年頻頻出現(xiàn)在媒體上，從科學(xué)的角度說，如何判定出現(xiàn)了水危機(jī)？
石建省：華北平原已經(jīng)出現(xiàn)地下水枯竭的現(xiàn)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(jì)70年代，農(nóng)村取水人工挖到地下十米八米，水就出來了，現(xiàn)在基本上到了40～50米，有的甚至超過100米才能見水。由于不斷超量開采，地下水水位下降，已經(jīng)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(jī)的存在。
從嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)角度分析，如果地下水的補(bǔ)給項(xiàng)小于排泄項(xiàng)，自然的水均衡條件被打破，就可以說危機(jī)發(fā)生了。危機(jī)的效應(yīng)包括地下水位持續(xù)下降，形成地下漏斗，區(qū)域上發(fā)生地面沉降，地表干旱沙化，這些已經(jīng)影響到了人們?nèi)粘Ｗ钇鸫a的生存條件。所以受到了社會(huì)各個(gè)方面的普遍關(guān)注。
《科學(xué)時(shí)報(bào)》：目前華北地下水危機(jī)究竟嚴(yán)重到了什么程度？
石建。喝A北地區(qū)是我國(guó)資源性缺水比較集中的地區(qū)，與經(jīng)濟(jì)總量、人口和社會(huì)發(fā)展的要求相比，絕對(duì)缺水的程度較高，再加上若干年的過量開發(fā)，已經(jīng)出現(xiàn)了一些危機(jī)的跡象。它的直接表現(xiàn)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，由于地層壓密，含水層結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，對(duì)水的儲(chǔ)存能力下降，進(jìn)一步可能失去對(duì)水資源的調(diào)控能力。在東部平原區(qū)，水位下降低于海平面，就會(huì)造成海水入侵，地下淡水資源的更新就更加困難。當(dāng)然，水位下降在局部也可能產(chǎn)生正向效應(yīng)，比如過去滄州等地區(qū)，長(zhǎng)期水埋深很淺，鹽漬化土壤較多，現(xiàn)在水位下降了，土壤的質(zhì)量改善了，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的能力上升了。
從科學(xué)上到底如何判斷華北平原地下水危機(jī)的程度，是一個(gè)復(fù)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，有利于地下水更新。以前人們可能大多集中在這一層取水，由于有補(bǔ)給更新，用了較長(zhǎng)的時(shí)間，但目前在華北平原局部已經(jīng)發(fā)生疏干現(xiàn)象。深部的含水層滲透性較差，出水量要少得多，而且補(bǔ)給更新更困難。開采一旦造成水位大幅下降，就容易出現(xiàn)疏干現(xiàn)象，在局部出現(xiàn)無水可用的局面，危機(jī)的出現(xiàn)就無可避免。
現(xiàn)在一些城鄉(xiāng)集中供水的水井已經(jīng)打到500米深，開采地質(zhì)歷史時(shí)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(huán)遲緩，應(yīng)該當(dāng)做礦產(chǎn)資源進(jìn)行嚴(yán)格管理，否則后果會(huì)很嚴(yán)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(yán)重，可能對(duì)環(huán)境造成不可預(yù)料的影響。如果按照現(xiàn)在的利用方式繼續(xù)推進(jìn)下去，很難說能夠維持多久。
總體上講，華北平原地下水確實(shí)是過量開采了，但是具體到局部地區(qū)，要進(jìn)一步評(píng)價(jià)地下水危機(jī)發(fā)生在哪個(gè)階段，還需要認(rèn)真研究評(píng)價(jià)，F(xiàn)在無論從區(qū)域上，還是從理論上，都還有大量的科學(xué)問題需要認(rèn)真探討。
人類活動(dòng)影響是水危機(jī)的主導(dǎo)因素
《科學(xué)時(shí)報(bào)》：華北地下水危機(jī)的出現(xiàn)，有哪些自然變化與人為影響的因素？
石建。簯(yīng)當(dāng)說，華北地下水危機(jī)出現(xiàn)的原因是復(fù)雜的，既有自然變化的因素，也有人類活動(dòng)的影響。
自然因素是在全球變化的大背景下，華北地區(qū)最近20年的降水量比歷史時(shí)期平均值減少了10%～15%。受此影響，由于在通常情況下降水入滲占華北地區(qū)地下水補(bǔ)給總量的70%，造成地下水補(bǔ)給資源較大幅度減少。
相比較而言，人類活動(dòng)的影響更加顯著。幾十年來，山區(qū)大規(guī)模建設(shè)水利工程，修建水庫(kù)1600多座，總庫(kù)容300多億方，控制了山區(qū)匯水面積的85%以上，直接導(dǎo)致下游華北平原上的主要河流基本上成為季節(jié)性河流，甚至全年斷流干涸。水庫(kù)的建設(shè)也增加了水資源的蒸發(fā)。上游地區(qū)因城市化經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增長(zhǎng)用水量增加，也導(dǎo)致對(duì)下游華北平原地下水補(bǔ)給的減少，國(guó)際上公認(rèn)的河流開發(fā)程度應(yīng)控制在30%～40%左右，現(xiàn)在華北平原主要河流上游控制利用已達(dá)70%～90%，給下游剩余的生態(tài)流量嚴(yán)重不足。與此同時(shí)，平原區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在改革開放前維持在較低水平，而近30年農(nóng)業(yè)的高速發(fā)展也加大了地下水的開發(fā)利用，改革開放以來有效灌溉面積擴(kuò)大數(shù)倍，糧食產(chǎn)量增長(zhǎng)2.5倍以上，持續(xù)的旱情也加劇了地下水開采。在上世紀(jì)80年代農(nóng)業(yè)用水迅速達(dá)到了高峰，最近若干年農(nóng)業(yè)用水基本處于平穩(wěn)狀態(tài)，而工業(yè)化、城市化的剛性用水需求還在逐漸增長(zhǎng)，尚未達(dá)到峰值。
在可以預(yù)見的10～20年內(nèi)，華北地區(qū)的水資源短缺程度面臨進(jìn)一步加劇的極大壓力。
《科學(xué)時(shí)報(bào)》：現(xiàn)在人們常用“有河皆枯，有水皆污”來說明華北平原的水危機(jī)，除了地表水，地下水也有不同程度的污染，水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所對(duì)此還做了專門調(diào)查，現(xiàn)在是否有基本的結(jié)論？
石建。簢(guó)土資源部、中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局正在組織開展華北平原地下水污染調(diào)查評(píng)價(jià)，采集了大量樣品，分析正在加緊進(jìn)行，還沒有完成總體評(píng)價(jià)報(bào)告。但從局部看，問題還是比較嚴(yán)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(guī)模、成區(qū)域的嚴(yán)峻態(tài)勢(shì)，但總體上顯示出越來越嚴(yán)重的趨勢(shì)。
當(dāng)前尤其值得警惕的是，一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，甚至一些較大的工礦企業(yè)以污水“零排放”的假象組織生產(chǎn)——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(xiàn)象，這是非常危險(xiǎn)的。因?yàn)樵诘乇砼盼圻能夠想辦法處理，如果排到地下，后患無窮，想修復(fù)都難以下手，時(shí)間和成本都難以承受。美國(guó)科學(xué)家曾經(jīng)做過典型實(shí)驗(yàn)，在一個(gè)空軍基地修復(fù)TNT炸藥造成的地下水污染，模擬研究的結(jié)果表明，需要20年才能修復(fù)到勉強(qiáng)可以接受的水平，還談不上根本治理。
我們建議政府監(jiān)管要加強(qiáng)，F(xiàn)在華北地區(qū)，許多村里都有“打旱井”的大標(biāo)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(duì)來說在華北地區(qū)有一定的規(guī)模，如果不加強(qiáng)監(jiān)管后果不堪設(shè)想。
關(guān)鍵在地下水，本質(zhì)是復(fù)雜地質(zhì)問題
《科學(xué)時(shí)報(bào)》：這次科技部支持的“973”項(xiàng)目“華北平原地下水演變與調(diào)控”在解決地下水危機(jī)方面有哪些考慮？
石建。“973”面對(duì)的是重大國(guó)家需求，對(duì)這個(gè)項(xiàng)目來說，它著眼于更好地解決華北水問題，或者說在現(xiàn)有條件下更科學(xué)地利用地下水，繼續(xù)對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展起到支撐作用。同時(shí)，華北平原地下水系統(tǒng)是我國(guó)乃至世界沉積盆地地下水系統(tǒng)的典型代表，是國(guó)際水文地質(zhì)界關(guān)注的熱點(diǎn)地區(qū)，也是最有希望通過科技攻關(guān)創(chuàng)建地下水演變與調(diào)控基礎(chǔ)理論體系的獨(dú)特研究課題。
這次“973”計(jì)劃支持開展華北平原地下水與相關(guān)環(huán)境問題的研究，對(duì)提高我國(guó)地下水科學(xué)與工程領(lǐng)域的創(chuàng)新能力意義重大，項(xiàng)目的突破將有可能使我國(guó)在區(qū)域地下水演變研究領(lǐng)域居于世界領(lǐng)先水平。
華北平原人口密度大，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，資源環(huán)境問題突出，我們面臨的是前人沒有遇到過、國(guó)際上鮮有對(duì)比的重大難題，目前亟待解決的關(guān)鍵科學(xué)問題包括：強(qiáng)烈的人類活動(dòng)對(duì)區(qū)域地下水系統(tǒng)的影響；含水層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變異與資源—環(huán)境效應(yīng)；地下水資源如何與環(huán)境、經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展；南水北調(diào)工程實(shí)施后，如何涵養(yǎng)和調(diào)控地下水資源。
《科學(xué)時(shí)報(bào)》：為什么國(guó)際科學(xué)界高度關(guān)注華北平原的水問題？
石建。菏佬、UNDP，以及美、德、日、意、荷等國(guó)的科學(xué)家都曾先后到華北平原開展相關(guān)研究。從科學(xué)上考慮，國(guó)際上一些大型盆地與華北平原相比規(guī)模較小、地質(zhì)條件相對(duì)簡(jiǎn)單，沒有嚴(yán)重的環(huán)境問題，而華北平原在14萬多平方公里的區(qū)域上，形成了7萬平方公里的大漏斗，這在已有的人類經(jīng)驗(yàn)中是前所未有的。在水資源矛盾如此集中的條件下居然經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活躍、養(yǎng)活了1億多人口也是前所未有的。因此，出現(xiàn)在華北平原上水資源供需的嚴(yán)重勢(shì)態(tài)，對(duì)其他國(guó)家科學(xué)家來說是一種借鑒。
一些發(fā)達(dá)國(guó)家科學(xué)家也在關(guān)注，華北平原水危機(jī)究竟何去何從，會(huì)否對(duì)中國(guó)的崛起產(chǎn)生影響。中國(guó)13億人口的糧食安全問題，關(guān)系到世界的糧食生產(chǎn)和糧食價(jià)格。因此很多研究機(jī)構(gòu)關(guān)注中國(guó)糧食安全問題，其中華北平原是重點(diǎn)之一。華北如果減產(chǎn)，中國(guó)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(jìn)行大規(guī)模工程建設(shè)。比如高速鐵路的建設(shè)，就對(duì)地基有嚴(yán)格要求，如果有不均勻的地面沉降，運(yùn)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(xué)家們普遍關(guān)注的焦點(diǎn)。
《科學(xué)時(shí)報(bào)》：作為項(xiàng)目首席科學(xué)家，你認(rèn)為解決華北平原水問題的關(guān)鍵是什么？地下水資源究竟能否支撐華北地區(qū)進(jìn)入工業(yè)化時(shí)代？
石建。簯(yīng)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(duì)華北平原含水層結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和探尋地下水演變機(jī)制的艱巨性有了較充分的認(rèn)識(shí)。在此基礎(chǔ)上我們認(rèn)為，要解決華北平原一系列的水問題，關(guān)鍵在地下水，本質(zhì)是復(fù)雜地質(zhì)問題。
項(xiàng)目著從地質(zhì)條件的復(fù)雜性認(rèn)識(shí)來研究地下水的演變機(jī)制，通過地下水的調(diào)控來實(shí)現(xiàn)水資源的合理利用，進(jìn)而支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。
目前來看，華北平原農(nóng)業(yè)用水趨于穩(wěn)定，必須通過節(jié)水措施，調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，解決面上農(nóng)業(yè)用水量大的問題。農(nóng)業(yè)節(jié)水的空間較大。如果華北平原地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉定額能下降到接近以色列的水平，農(nóng)業(yè)用水量將大幅下降，水資源短缺局面會(huì)相應(yīng)緩解。工業(yè)化、城市化發(fā)展，對(duì)水的剛性需求在一定時(shí)期內(nèi)還會(huì)逐漸增長(zhǎng)，華北平原地下水需求將會(huì)在今后10～20年內(nèi)達(dá)到峰值，但發(fā)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(diào)控形成一個(gè)新的水資源平衡狀態(tài)。這個(gè)過程究竟有多長(zhǎng)、是否可以支撐華北地區(qū)進(jìn)入工業(yè)化時(shí)代，取決于我們的努力。關(guān)鍵是在水需求達(dá)到峰值前盡可能地節(jié)制我們的用水，并盡可能縮短完成工業(yè)化的進(jìn)程。
南水北調(diào)供水之后，雖然很大程度上可以緩解城市供水局面，但并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(xué)評(píng)價(jià)、統(tǒng)籌管理、合理利用。問題的解決還有賴于管理創(chuàng)新。將來如果真正實(shí)現(xiàn)華北平原地表水、地下水聯(lián)合調(diào)控，才有望持續(xù)、根本地解決華北水危機(jī)。
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