發(fā)揮南水北調(diào)的生態(tài)效益　修復(fù)華北平原地下水

1、發(fā)揮南水北調(diào)的生態(tài)效益修復(fù)華北平原地下水 摘要該文闡述了南水北調(diào)工程對(duì)修復(fù)華北平原地下水枯竭的潛在生態(tài)效應(yīng)。華北平原是我國(guó)最大的沖積平原之一，由于城市與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，華北平原的地下水被大量超采，使地區(qū)的地下水位每年平均下降0.51.0 m，并導(dǎo)致了一系列的生態(tài)、環(huán)境問(wèn)題，諸如干化缺水、地面下沉、海水入侵等。為了挽救地下水資源和修復(fù)生態(tài)，筆者認(rèn)為調(diào)水實(shí)現(xiàn)后可望利用南水北調(diào)中線與東線長(zhǎng)期向北方輸水的效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地下水的回補(bǔ),并提出了技術(shù)與體制的框架。 關(guān)鍵詞華北平原 水資源短缺 南水北調(diào) 地下水修復(fù) 華北平原（黃淮海平原）位于中國(guó)東部沿海，北緯3240，東經(jīng)100200之間，是中國(guó)政治、經(jīng)

2、濟(jì)、文化的中心地帶。其工業(yè)總產(chǎn)值約占全國(guó)的1/5，糧食產(chǎn)量約占全國(guó)產(chǎn)量的1/7，人口密集，約占全國(guó)總?cè)丝诘?/10。華北平原地處半干旱、半濕潤(rùn)氣候帶，由于受大陸性季風(fēng)氣候的影響，水資源較為緊缺。年降水量從南部的800 mm向北部的500 mm過(guò)渡，且主要集中在夏季。華北平原人均水資源量只有450 m3，是中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中受水資源制約最嚴(yán)重的地區(qū)之一。華北平原水資源的一個(gè)主要特征是:地下水較為豐富，80的降水入滲地下成為地下水，不論是農(nóng)田灌溉或城市供水，地下水均占主要地位。自20世紀(jì)60年代以來(lái)，由于大力開(kāi)發(fā)地下水，許多農(nóng)田實(shí)現(xiàn)井、渠雙保險(xiǎn)，對(duì)抗旱保收、促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)，發(fā)揮了重要作用。地下水作為

3、城市主要供水水源，對(duì)促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)和城市建設(shè)，也發(fā)揮了積極作用。但是強(qiáng)烈的超采地下水造成大面積的降落漏斗，導(dǎo)致水資源枯竭，誘發(fā)一系列嚴(yán)重的生態(tài)、環(huán)境問(wèn)題，實(shí)質(zhì)是危機(jī)。1 地下水資源量分布及其開(kāi)發(fā)利用狀況華北平原總的地下水淡水可開(kāi)采量為191.61108 m3/a，(表11)。但據(jù)1990年統(tǒng)計(jì)，實(shí)際地下水開(kāi)采量要大很多，表2是華北平原地下水主要開(kāi)采區(qū)北京、天津及河北平原的可開(kāi)采資源量與實(shí)際開(kāi)采量的對(duì)比結(jié)果。地下水灌溉是確保華北平原農(nóng)業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)的關(guān)鍵所在。灌溉面積的擴(kuò)大和城市化的迅速擴(kuò)展導(dǎo)致了地下水資源的大量開(kāi)采。在河北平原，淺層地下水年平均開(kāi)采量由20世紀(jì)60年代的388.5 萬(wàn)m2增加到

4、70年代的791.3萬(wàn)m3，19801997年的平均值更是猛增到1 057.9 萬(wàn)m3。自20世紀(jì)70年代以來(lái)，河北平原的東部地區(qū)開(kāi)始過(guò)量開(kāi)采深層地下水，據(jù)統(tǒng)計(jì)，從1980到1998年，累計(jì)過(guò)量開(kāi)采深層地下水29.8 萬(wàn)m3。這一現(xiàn)象在華北平原的其它地方同樣存在。到1993年，華北平原大部分地區(qū)的地下水開(kāi)采率已經(jīng)接近150，部分地區(qū)已經(jīng)超過(guò)150，這種情況還在日益加劇。根據(jù)華北平原主要地區(qū)（河北、山東、河南、內(nèi)蒙古、北京、天津）近5年（19972001年）供水量變化分析，地下水占總供水的比重由1997年的53.9提高到2001年的58.9，以每年1的速度遞增?？梢灶A(yù)見(jiàn)，如果氣候持續(xù)干旱和地表水

5、繼續(xù)減少，地下水的開(kāi)采占總供水的比重會(huì)持續(xù)增加，華北地下水危機(jī)將會(huì)面臨更加嚴(yán)峻形勢(shì)。 2 超采地下水的負(fù)效應(yīng)由于超采引發(fā)的地下水環(huán)境的改變，導(dǎo)致了一系列環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題，如地面沉降、地面塌陷、咸水及海水侵入淡水含水層以及地下水水質(zhì)惡化等。以地面沉陷為例，河北平原中東部地區(qū)，自20世紀(jì)70年代以來(lái)，因深層淡水的大規(guī)模開(kāi)采，已導(dǎo)致大面積的地面沉降。據(jù)1995年統(tǒng)計(jì)，沉降量大于0.2 m的面積為42 120 km2，沉降大于0.5 m的面積為6 340 km2, 沉降大于1.0 m的面積為755 km21。北京東郊、天津、滄州、冀棗衡、德州等地漏斗已連成一片，造成了北京、天津、滄州等城市地面沉降。天津市

6、尤為嚴(yán)重，累計(jì)沉降大于1.5 m的面積已達(dá)112 km2，市區(qū)漏斗中心沉降已達(dá)2.69 m。由此可見(jiàn)，地下水環(huán)境的負(fù)面演化對(duì)人類生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展都會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。長(zhǎng)期持續(xù)的地下水過(guò)量開(kāi)采，導(dǎo)致了華北平原淺層和深層地下水位的下降。過(guò)去30年間，華北地區(qū)山前平原的大部分農(nóng)村地區(qū)甚至沖、洪積扇的平原部分地區(qū)，地下水位下降超過(guò)了15 m。在城市和井灌區(qū)，地下水位的下降幅度大于其他地區(qū)。華北平原地下水枯竭地區(qū)分布非常廣泛。地下水開(kāi)采量的迅猛增加，不僅造成了地下水位的下降，也使地下水流場(chǎng)發(fā)生了巨大變化。華北平原（河北）開(kāi)采的是第、含水組的淺層淡水和第含水組的深層淡水。據(jù)華北平原（河北）長(zhǎng)期觀測(cè)

7、資料分析，地下水流場(chǎng)已發(fā)生不利的變化。19751995年間，河北平原區(qū)域地下水位急劇下降，其中淺層地下水位由平均5.88 m降至11.88 m，深層地下水位由平均7.37 m降至30.25 m。形成了石家莊漏斗、冀棗衡漏斗、滄州漏斗等十余個(gè)大小不等的淺、深層漏斗，或淺、深層疊置的地下水位降落漏斗，漏斗面積占河北平原總面積的20。由于人類的過(guò)量超采地下水，加劇了地下水系統(tǒng)的水分循環(huán)，人為環(huán)境物質(zhì)通過(guò)大氣土壤地表水系統(tǒng)對(duì)地下水環(huán)境的輸入，使地下水（特別是淺層地下水）容易遭受有毒、有害物質(zhì)的污染；同時(shí)，隨著城市污水、工業(yè)廢水的排放及污水灌溉，造成了地下水水質(zhì)污染。據(jù)最新統(tǒng)計(jì)，大約50的地下水含水層遭

8、受了不同程度的污染。華北平原的沿海地帶，由于過(guò)量開(kāi)采地下水導(dǎo)致的地下水位的下降，使得咸、淡水界面向陸地推進(jìn)。20世紀(jì)70年代以來(lái)，華北地區(qū)膠東出現(xiàn)海水入侵，以后逐漸加劇，80年代達(dá)到高峰。3 南水北調(diào)重大生態(tài)效益之一在于對(duì)地下水回灌的作用從1970年開(kāi)始，我國(guó)就已開(kāi)始進(jìn)行人工回補(bǔ)地下水的試驗(yàn)。華北平原古河道十分發(fā)育，有巨大的地下蓄水庫(kù)容或場(chǎng)所。適用的地下水回補(bǔ)技術(shù)主要包括地面入滲、回補(bǔ)池、回補(bǔ)渠，泄洪和鉆孔注水等，可用的回補(bǔ)水源包括河川徑流、洪水徑流。但是苦于華北平原的河川徑流、洪水徑流非常少，巨大的地下蓄水庫(kù)容無(wú)水可裝。按“有河則干”與“有水則污”的說(shuō)法，即使有水也是污水，不可用于回灌。南水

9、北調(diào)實(shí)施后，將為華北地區(qū)提供大量的水源，不僅為城市、工業(yè)供水，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展，而且還為地下水的回灌提供了條件。根據(jù)南水北調(diào)規(guī)劃設(shè)計(jì)確定的調(diào)水規(guī)模，東線工程與中線工程分別從長(zhǎng)江下游和長(zhǎng)江中游漢江引水，它們的最終規(guī)模分別是148億m3和130億m3，共計(jì)278億m3，相當(dāng)于海河片現(xiàn)狀供水量的40左右，相對(duì)而言，新增供水的數(shù)量將不算少?？紤]到南水北調(diào)工程完工以后，長(zhǎng)期向華北輸水的作用，干渠沿岸與沿渠的引水區(qū)，地下水將會(huì)得到滲水的回補(bǔ)。雖每年滲水?dāng)?shù)量不大，但年復(fù)一年地長(zhǎng)期回補(bǔ)能使原來(lái)被超采的地下含水層逐漸恢復(fù)。這是一個(gè)自然而漫長(zhǎng)的過(guò)程，其潛在效應(yīng)不可忽視。應(yīng)當(dāng)計(jì)入南水北調(diào)工程的生態(tài)、環(huán)境效應(yīng)中?，F(xiàn)

10、行的南水北調(diào)工程供水對(duì)象主要是城市與工業(yè)。但值得提出的是，城市生活與工業(yè)生產(chǎn)用水相對(duì)農(nóng)業(yè)灌溉用水來(lái)說(shuō)，對(duì)水量的消耗是非常低的。城市工業(yè)的廢污水?dāng)?shù)量一般要占?。ㄐ拢┧康?0左右。按東、中線最終調(diào)水的規(guī)模計(jì)算，將來(lái)廢污水的排放量估計(jì)可以達(dá)到120億m3左右。這一可觀數(shù)量廢污水必將要預(yù)處理回收，可作為再生水加以利用：一部分用作城市的雜用水和工業(yè)的回收重復(fù)利用；另一部分用于回灌地下水，恢復(fù)地下水位，增強(qiáng)地下水循環(huán)的可再生性。借鑒美國(guó)加州的地下水回灌經(jīng)驗(yàn)，調(diào)水與當(dāng)?shù)厮?、地表水與地下水統(tǒng)一調(diào)度管理，實(shí)行聯(lián)合利用。從體制上發(fā)展了“水銀行（Water Bank）”的方式。水銀行是與調(diào)水有關(guān)的一種機(jī)制。水銀行

11、與金融中的銀行類似，可以存貯與提取。建立起水的市場(chǎng)型轉(zhuǎn)化，州政府向水的自愿出售者買(mǎi)水，并配給城市與農(nóng)村用戶的急需、魚(yú)類與野生生物的需求。實(shí)行地下水人工回灌與地表水、地下水聯(lián)合利用。例如洛杉磯大都市的西部流域城市水資源區(qū)（West Basin Municipal Water District）為恢復(fù)地下水，并防止海岸區(qū)海水向內(nèi)陸的入侵，發(fā)展了人工地下水的回灌，回灌的水源包括引水與利用污水處理廠回收處理好的水?；毓喾绞绞抢蒙?、礫石河道（開(kāi)渠）引滲，同時(shí)利用入滲井把污水處理廠加收處理后的水進(jìn)行灌注。在區(qū)內(nèi)回灌注入井共布設(shè)25眼。由于選擇了較清潔的水與向砂、礫層注水，入滲的效率可達(dá)到每天2 743.

12、2 mm左右。效果很好，每年可回灌1 233萬(wàn)m3。注水的成本大約0.32美元1 m3。4 結(jié)語(yǔ)在華北平原地區(qū)地表水資源短缺，地下水在經(jīng)濟(jì)、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展中具有舉足輕重的作用。由于長(zhǎng)期持續(xù)的地下水過(guò)量開(kāi)采，已經(jīng)導(dǎo)致了地下水位大幅下降、地下水流場(chǎng)發(fā)生變異、地下水位降落漏斗、地面沉陷、海水入侵淡水含水層、地下水質(zhì)污染等環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害。目前，華北平原大部分地區(qū)的地下水位仍以每年1 m的速度下降，地下水資源面臨無(wú)以為繼和枯竭的危險(xiǎn)，為此，應(yīng)采取強(qiáng)有力的措施，遏制地下水的過(guò)量開(kāi)采，實(shí)現(xiàn)地下水資源的持續(xù)利用，支持經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。南水北調(diào)的實(shí)施將為華北地下水的修復(fù)創(chuàng)造條件。因此該文提到南水北調(diào)工程這一重

13、要的潛在生態(tài)效益的發(fā)揮，似可作為今后工程的參考。此外還必須指出，調(diào)水工程應(yīng)與大力推行節(jié)水相結(jié)合。通過(guò)節(jié)水減少井灌區(qū)地下水的開(kāi)采，實(shí)際是節(jié)水與調(diào)水異曲同工。在河北省科技廳支持下，開(kāi)展的該節(jié)水項(xiàng)目（49890330）已展示了節(jié)水的巨大潛力。在欒城的示范區(qū)，通過(guò)農(nóng)藝節(jié)水，可望減少開(kāi)采100 mm的地下水并獲取高產(chǎn)1 000 kg的糧食，稱其為“節(jié)100打1 000”?？傊?，筆者堅(jiān)信：按照中央“三先三后”的調(diào)水方針，充分發(fā)揮南水北調(diào)工程的生態(tài)效益，長(zhǎng)期發(fā)展地下水的回灌，同時(shí)大力推行農(nóng)藝節(jié)水，那么目前所面臨的水危機(jī)問(wèn)題將會(huì)得到最終的解決。參考文獻(xiàn)1 張宗祜，沈照理，薛禹群，等.華北平原地下水環(huán)境演化M. 北京:地質(zhì)出版社，2000.賈金生，劉昌明華北平原地下水動(dòng)態(tài)及其對(duì)不同農(nóng)業(yè)開(kāi)采量響應(yīng)的計(jì)算J地理學(xué)報(bào)， 2002,（2）：201209.Liu