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华北的地下水危机

马特•库瑞提出,要解决干旱华北的水危机,首先对至关重要的地下水供应面临的威胁有一个正确认识。

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在华北水源危机的驱动下,一些人类历史上最大的工程项目正在推进,包括:用管道将数十亿立方米的水从南方调往北方,建设海水淡化厂供应东部沿海地区的用水,以及提议中的用水泵抽水到北方最干旱的地方进行煤炭生产。所有这些计划只能说明一件事:这个世界上人口最稠密、经济和农业最发达的地区面临着严重的缺水。

水可能已经成为华北增长和发展的关键制约因素。占到华北全部用水量近一半的地下水,在最近几十年中一直支撑着这里繁荣的粮食生产,并且为数千万、乃至数亿人提供着工业用水。但未来充满了不确定性。

整个华北的含水层形势都十分严峻。许多地区如今已经面临着地下水过度抽取造成的不可挽回的后果,包括:地面沉降,以及沿海含水层的海水渗透。还有一些人提出,为了打出水,井越挖越深,钻井成本不断提高。同时由于农业活动、工业污染和有毒成分的自然过滤,地下水质量问题也层出不穷。

最近,我与他人共同撰写了一篇分析文章,分析同行评论过的科学文献和数据,这些数据报告了整个华北地区地下水水龄、补给系数、水质和水面下降情况等方面的数据。这项研究突出了地下水利用上的主要挑战,并就这一华北地区严重依赖的资源的未来提出了问题。

研究有四项主要发现:

第一,华北许多遭到重度开发的深层含水层里含有数千年甚至数万年前补给的古地下水,当时的气候条件通常与现在的截然不同。

第二,华北含水层的补给率要比开采率低得多。在一些地方,比如西北地区,深层含水层几乎得不到任何现代补给。在华北很多地方,开采和补给之间的巨大差距已经造成了严重的地下水位下降,威胁到了含水层的排水,引发了地面沉降和污染。

第三,由于使用过的灌溉用水成为地下水补给的主要来源,许多含水层的地下水质在不断恶化。这些水的蒸散水平很高,而且混合着大量的农业化学品。许多地下水盆地自然产生的氟化物和砷也引发了严重的健康问题,并且限制了许多地区的地下水作为饮用水的供给。

第四,由于地下水位下降致使无法接触到新鲜的地下水,依赖地下水或者与其相互作用的生态系统面临退化的威胁。同时,一些地区频繁灌溉造成的地下水位上升,将盐分带到地表附近,造成土壤盐化。

华北含水层使气候干旱恶劣地区的农业生产奇迹成为可能。上世纪五六十年代钻探的大量机井深达沉积含水层,使华北地区灌溉农业得到大力拓展。其中包括了西北农业“绿洲”的建设,即在广袤的沙漠个比例开辟出大片的绿色耕地,鼓励人们在此定居。华北平原夏种玉米冬种麦的一年两熟轮作方式也取促进了粮食的大丰收。

灌溉用水的另一个主要来源是用水坝拦截的地表水,主要修在靠近山边的地带。但这样的地区在很多情况下常常也是沉积含水层的自然补给区。大量的水被改道,从这些补给区流向浅沉积的耕地。不幸的是,到达这些浅沉积区之前的水质非常差,在大部分情况下,不透水层也会阻止水更深层含水层的补给。

特别是在西北地区,这种灌溉用水的渗透,伴随着自然的高蒸发率,引起了广泛的盐化问题(包括土壤和浅层地下水两方面),除了那些最耐盐的生态系统,其它生物很难存活。

与此同时,在一些人口密集的城市中心,从上世纪八九十年代直到本世纪,工业对地下水的开采率不断提高,所谓的“沉降锥”迅速形成并扩散。在许多城市(其中最严重的是河北的沧州、保定和衡水),孔隙水压力的迅速下降导致了严重的土地沉降和地面开裂。

在天津和其它环渤海城市,为了农业、饮用水供应和盐业生产而进行的地下水开采,已经引起了海水对内陆数公里的侵蚀,将越来越多的地下水井变咸。

对地下水广泛的过度开采已经引发了地区性和局部性的沉降锥,这表明地下水的抽水率超过了含水层自然补给以及释放水的能力。诚然,从总体上说,如果抽水能够停止,或者下降到补给率之下,含水层的确有能力进行“反弹”。但是由于沉降和海水侵蚀等水质问题,很多情况下含水层结构的物理退化是很难或者不可能逆转的。华北的含水层在某些意义上并没有被当作可再生资源来利用,而是被当做‘水矿’:一旦枯竭,就不可逆转地退化,永远不能再用,至少无法再恢复到之前的水平。

在很大程度上,对含水层的过度开发可以被归因为含水层补给率和水量平衡的估算内在的高难度,以及水质、地下水位下降等公共数据的历史性缺乏。但是,现有的研究(大部分是过去十年中进行的)已经为华北许多重要含水层提供了丰富的信息,能够帮助对现有的开采水平、可持续的抽水率、水质问题以及盐化和污染危险最大的地区等方面进行评估。这个数据应该被作为一个基础,来评估地下水在极度缺水的华北地区的水源供应中的未来作用。

但是,我们完全有理由对华北可持续用水的未来感到乐观。地下水过度开采问题的解决已经有了相当的进展。据英文报纸《中国日报》报道,北京将在未来几年内陆续关闭4万口左右的自有水井,南水北调工程也将投入使用。北京在水循环利用和用水效率等领域实现了大步跨越,另外还将一些(用水大户)产业迁离城区。在上述措施的综合作用下,北京如今的用水量已经比1980年还要低,尽管人口是当年的两倍。

但是,尽管有了来自南水北调的额外供水,用水效率也在不断提高,但北京要满足用水需求,仍然必须进行跨省调水,包括从水源已经高度紧张的黄河调取。这凸显了水务政策、规划和管理面临的严峻挑战。大型工程项目的拥护者们可能会高唱 “引渤入蒙”(即将淡化的渤海水引入内蒙用于煤炭生产)等大型计划,但实际上,在应对现有的水和粮食安全挑战上还存在巨大的障碍。如果要实现这些“白日梦”式的计划,就必须解决这些挑战。

显然,地下含水层是应对这些挑战至关重要的一部分,如果能够得到正确的利用,它就能继续满足灌溉和生活用水需求。但是,首先必须打破过去几十年中的固有心态,在对含水层补给率、储水能力及其对污染的敏感性等问题的科学数据和认识的基础上,形成更加明智的地下水利用和管理方式。

此外,随着决策者寻求在更加可持续的基础上进行水资源利用,对地下水在整体水循环中的地位的正确认识将变得越来越重要。就要对其与地表水的关系、其在支持生态系统中的作用以及维持质量和数量中的潜在策略(比如经过循环的废水来实现含水层补给)等问题有所认识。如果华北要避免地上地下同时被“吸干”,就必须刻不容缓地开始上述进程。

本文作者:马特·库瑞,澳大利亚皇家墨尔本理工大学环境工程讲师,2011年他完成了一项关于山西含水层遭到过度开发地区的水质和数量的博士学位论文调查。 

翻译:奇芳

图片作者:马特·库瑞

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liu.yaqing

越来越严重了

希望看到更多深度文章。

Growing more devastated

I hope to see more in-depth articles.