華北地下水超采亟待控制
當(dāng)前，我國華北平原地下水超采問題引發(fā)各方關(guān)注，亟待解決。中國和瑞士兩國在這方面開展了相關(guān)合作，特別是在河北省館陶縣開展了合作項(xiàng)目，取得了一定的進(jìn)展。本報(bào)記者特采訪項(xiàng)目參與專家金士博，對(duì)地下水超采問題進(jìn)行深入探討。
對(duì)話人：中瑞合作項(xiàng)目“應(yīng)對(duì)氣候變化地下水含水層超采治理與管理戰(zhàn)略”主持者金士博
金士博（WolfgangKinzelbach）教授，獲得德國卡爾斯魯厄大學(xué)環(huán)境工程博士學(xué)位。曾在德國卡塞爾大學(xué)和海德堡大學(xué)分別擔(dān)任水力學(xué)與水文學(xué)教授和環(huán)境物理學(xué)教授，在瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院擔(dān)任流體力學(xué)學(xué)與地下水專業(yè)教授。自2014年起，主持并領(lǐng)導(dǎo)中瑞合作項(xiàng)目“應(yīng)對(duì)氣候變化地下水含水層超采治理與管理戰(zhàn)略”。致力于水流與溶質(zhì)運(yùn)移過程的基礎(chǔ)研究及在水資源管理、污染控制修復(fù)與核廢料隔離方面的應(yīng)用研究，已出版學(xué)術(shù)著作5部。
采訪人：本報(bào)記者劉蔚
對(duì)解決華北平原地下水超采問題有什么建議？
■減少小麥種植面積，采取滴灌節(jié)水措施等。
中國環(huán)境報(bào)：當(dāng)前，我國華北平原的地下水超采問題亟待解決。您是這方面的專家，對(duì)此有何建議？
金士博：中國華北平原地下水超采問題是由于20世紀(jì)70年代實(shí)行的集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成的。在此之前，這個(gè)地區(qū)主要種植一年一季作物，年降雨量約600毫米，足夠滿足一季糧食作物的生長需求。由于中國人口不斷增長，為了保證糧食安全，當(dāng)?shù)亻_始采用冬小麥和夏玉米的兩季種植。自然降雨量不能滿足兩季作物的用水需求。同時(shí)，灌溉季節(jié)期間大部分的地表水被上游抽取，河流來水少。為了滿足灌溉需求，當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)唯有訴諸于地下水灌溉。地下水雖然可以通過部分降雨的入滲而得到自然補(bǔ)給，但是在開采量持續(xù)增加的情況下補(bǔ)給量無法跟上開采量，這就造成了地下水過度開采，即所謂的超采。
要解決地下水超采問題，只有通過縮小補(bǔ)給量與開采量的差值，即減少超采量來尋求解決方案。對(duì)于華北平原地區(qū)，我認(rèn)為可以采取如下4種方法來實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)：
第一，減少冬小麥種植面積，讓耕地在冬天休耕。這是最有效的措施，因?yàn)槎←湹姆N植期降雨稀少，這就不可避免的需要使用地下水來灌溉，而休耕可以有效杜絕地下水的開采。
第二，可以通過滴灌節(jié)水措施減少灌溉用水。過去50年以來，華北平原的農(nóng)民在灌溉節(jié)水方面成就可觀，但還存在節(jié)水潛力。通過運(yùn)用一些經(jīng)濟(jì)刺激，如合理地征收水費(fèi)，我們可以進(jìn)一步地強(qiáng)化農(nóng)民的節(jié)水意識(shí)。
第三，引入更多的地表水。比如利用南水北調(diào)工程或從黃河引水。
第四，進(jìn)行地下水人工補(bǔ)給。在非灌溉期，河流的上游來水可以引至入滲坑塘和溝渠，讓其滲入地下水體？偠灾，解決地下水超采問題沒有萬靈藥，需要聯(lián)合運(yùn)用各種措施。解決地下水的超采問題將是一個(gè)需要持續(xù)十余年的痛苦過程。
更加復(fù)雜的情況是地下水含水層有兩層，即深層和淺層。深層地下水的補(bǔ)給極少且很難恢復(fù)，必須立即停止用于灌溉的開采。深層地下水的水質(zhì)很好，可以允許用做飲用水的水源。相對(duì)的，淺層地下水則不適合飲用。一些地方淺層水的含鹽量過高以至于無法用于灌溉，導(dǎo)致這些地方的農(nóng)民目前不得不使用深層水稀釋過咸的淺層水。這些群體應(yīng)該獲得地表水的優(yōu)先使用權(quán)。
近年來，降雨量的增加有助于減緩地下水水位的下降。2016年降雨量非常大，水位甚至?xí)虼松。但我們不能因(yàn)?016年的好形勢(shì)而盲目樂觀。未來還會(huì)經(jīng)歷下一次的干旱期，那時(shí)地下水水位會(huì)再次下降。
實(shí)際上，地下水資源使用的最優(yōu)方案是使地下水水位的上下波動(dòng)保持在某個(gè)可接受的范圍內(nèi)。地下水資源相當(dāng)于一個(gè)地下水庫，它應(yīng)該在枯水年發(fā)揮作用，而在平水年和豐水年休養(yǎng)恢復(fù)。如此一來，地下水資源可以作為一個(gè)保障機(jī)制來防止干旱期的糧食減產(chǎn)，就好像銀行賬戶里的存款可以讓我們應(yīng)對(duì)日常生活中的意外。
館陶縣地下水超采研究采用了哪些方法？
■用模型分析超采情況，監(jiān)測(cè)開采量，建立地下水觀測(cè)點(diǎn)。
中國環(huán)境報(bào)：中國和瑞士兩國在位于華北平原的館陶縣開展了地下水超采相關(guān)研究項(xiàng)目，請(qǐng)您談?wù)勴?xiàng)目具體開展了哪些工作？發(fā)現(xiàn)了哪些問題？
金士博：我們的項(xiàng)目是中國水利部和瑞士發(fā)展合作署的合作項(xiàng)目。在這個(gè)項(xiàng)目中，研究位于華北平原的館陶縣地下水超采問題，并提出了控制超采的方法。
一是利用地下水模型分析館陶地下水的過度開采情況。我們發(fā)現(xiàn)，過去10年的開采量較上世紀(jì)80年代相對(duì)減少，每年灌溉用水需求量約為7000萬立方米。而補(bǔ)給量與開采量之差，即超采量的多年平均值約為每年1000萬立方米。我們認(rèn)為，這個(gè)差距可以在10年內(nèi)消除？梢韵胂，地表水的水庫很容易控制，一個(gè)人就可以打開或關(guān)閉閘門，而地下水這個(gè)水庫則受制于成千上萬的農(nóng)用開采井。如果要停止過度開采，就必須采取有效的措施控制這些井的使用。
為此，我們?yōu)檗r(nóng)民提供節(jié)約用水的經(jīng)濟(jì)刺激。我們建議通過機(jī)電井的用電量配額來控制灌溉水的使用。農(nóng)民的灌溉水權(quán)被轉(zhuǎn)換成一定量的用電定額，如果用電量超過了這個(gè)定額，那超出部分的用水將收取水費(fèi)，并與電費(fèi)一起支付。最近館陶縣提出每立方米超額用水收取0.1元水費(fèi)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)還比較低，但它仍可以起到增強(qiáng)節(jié)水意識(shí)的作用。今后在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間還可以提高這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步鼓勵(lì)農(nóng)民節(jié)水，實(shí)現(xiàn)減少開采的目標(biāo)。
二是用經(jīng)濟(jì)有效的方法監(jiān)測(cè)開采量。常用的方法是為每一眼井安裝流量計(jì)，但在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)這種方法成本高且不易維護(hù)。我們提出的方法是在提供灌溉用電的變壓器上安裝智能電表，通過跟蹤用電量的方式間接監(jiān)測(cè)開采量。這既降低了安裝和維護(hù)成本，又能夠了解農(nóng)民的實(shí)時(shí)用水情況。目前我們已經(jīng)在100臺(tái)變壓器上安裝了智能電表。另一方面，我們與河北工程大學(xué)的學(xué)生一起進(jìn)行了上百次的抽水試驗(yàn)，定量地建立起各個(gè)開采井的用水量與用電量的關(guān)系。
此外，還建立了地下水觀測(cè)點(diǎn)來自動(dòng)記錄水位的變化。進(jìn)行了入滲試驗(yàn)，確定了地表水在入滲坑塘的下滲能力，并評(píng)估了用非灌溉期的地表水人工補(bǔ)給地下水的效果。最終獲得的所有信息都將被輸入到地下水模型，預(yù)測(cè)未來地下水水位的實(shí)時(shí)變化。通過各種措施的聯(lián)合運(yùn)用，我們提出最有效的方案來減少地下水補(bǔ)給量與開采量的差距。方案的最終成效將首先體現(xiàn)在監(jiān)測(cè)的變壓器供電量的減少，然后反映在地下水水位的變化上。我們還設(shè)計(jì)了一個(gè)地下水用水游戲，幫助農(nóng)民提高對(duì)水資源短缺的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)水資源可持續(xù)利用的觀念。
當(dāng)然，項(xiàng)目中也遇到一些問題，大部分出現(xiàn)在監(jiān)測(cè)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行中。比如，2016年7月的大雨導(dǎo)致河道水位大幅度抬升，地下水水位監(jiān)測(cè)也受到了影響，有些河道附近的監(jiān)測(cè)設(shè)備無法正常運(yùn)行。當(dāng)然還有一些人為因素導(dǎo)致的問題，比如在抽水井上試驗(yàn)性地安裝計(jì)量設(shè)備時(shí)，農(nóng)民由于用水時(shí)的操作難度增加或者擔(dān)心首先從自己家收取水費(fèi)而不愿意合作。
從積極的角度來看，這些問題為今后管理措施的推行提供了經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，就是我們的措施需要做到公平公正并易于操作才能得到農(nóng)民的支持。此外，還存在數(shù)據(jù)共享方面的問題。與中國不同，瑞士的數(shù)據(jù)共享渠道比較完善，我們也因此希望中國的數(shù)據(jù)共享工作可以進(jìn)一步改善。但是在中方合作伙伴的幫助下，我們解決了大部分出現(xiàn)的問題，并且對(duì)項(xiàng)目的前景充滿信心。
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瑞士地下水保護(hù)有哪些經(jīng)驗(yàn)借鑒？
瑞士地下水資源豐富。與地表水不同的是，地下水通常被厚厚的土壤層保護(hù)，并且受土壤層過濾，這使地下水成為理想的飲用水源。瑞士80％的飲用水來自地下水，且地下水資源量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過飲用水的需求量。盡管地下水的水質(zhì)通常能達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)，但這并不意味著可以高枕無憂，反而必須認(rèn)真地采取行動(dòng)來保護(hù)地下水。
按照瑞士有關(guān)法律規(guī)定，地下水飲用水源需要設(shè)定保護(hù)區(qū)來預(yù)防細(xì)菌污染等衛(wèi)生問題：在水源井的周邊區(qū)域內(nèi)，禁止所有可能導(dǎo)致致病細(xì)菌污染水源的活動(dòng)。盡管如此，依然需要面對(duì)其它可能的污染問題，比如農(nóng)業(yè)地區(qū)的硝酸鹽污染和城市工業(yè)區(qū)的有機(jī)物污染。為了預(yù)防或解決這些問題，需要采取進(jìn)一步的管理和修復(fù)措施。
在應(yīng)對(duì)農(nóng)業(yè)污染方面，農(nóng)民如果采取減少化肥使用等綠色的生產(chǎn)方式，就可以獲得補(bǔ)貼；水廠會(huì)在取水井的集水區(qū)內(nèi)購買農(nóng)業(yè)用地，并將其作為自然草地管理，以避免化肥的使用。
在工業(yè)污染方面，嚴(yán)格遵守“污染者自付”的原則。比如位于瑞士北部的克利肯鎮(zhèn)，原來埋在地下的有害化工廢料造成了地下水污染。在隨后的地下水修復(fù)工程中，受污染的土壤被挖出后以安全的方式將污染物去除，整個(gè)治理工程耗費(fèi)污染者約5000萬瑞郎。
瑞士的地下水資源由監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)密切監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)內(nèi)容不僅有地下水水位和泉流量，還包括大量潛在污染物。同時(shí)，密切跟蹤新的可疑污染物，包括醫(yī)療產(chǎn)品和農(nóng)藥。這些污染物目前以非常小的濃度出現(xiàn)，但可能在將來對(duì)地下水造成污染。這可以保證及早對(duì)相關(guān)問題作出反應(yīng)，例如禁止使用某些具有潛在危害的產(chǎn)品等。
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