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金士博:华北平原地下水超采的问题大到甚至可以从卫星上监测到
最后更新: 2019-02-17 09:02:56很多国家都出现了不可持续地用水的问题,两个问题比较突出,一个是超采地下水,另一个是挪用生态环境需要的水。
我先普及一下地下水的概念。含水层分为饱和层和非饱和层,在饱和层,水能填满所有的沙子中的空隙,在非饱和层还有空隙在里面。饱和层和非饱和层的分界就是地下水位。
地下水可以通过降雨或者河流补给,然后随着重力的作用流到低处。假如我们在一个地区长时间抽出来的水量大于补给的水量,那就是超采,超采的表现就是地下水位在下降。
在全球都出现了超采的问题,特别是在干旱地区。每年抽出来的1万亿立方米的水里面,1/4是超采。最早出现超采情况的是在美国的奥加拉拉。在西班牙、南非等地方,多多少少都有一些超采的情况。
两个最突出的典型案例,一个是印度的干河谷,另外一个就是华北平原。
我1979年第一次来中国工作的时候,因为地下水位很高,离地面很近,华北平原就有土地内涝和盐碱化的问题。(注:水位离地面近到一定距离会引起毛细上升作用,使水位上升到地面上被蒸发,盐分就残留在土壤里。长期下去盐分容易堆积,造成盐碱化。)
80年代中国有超过10亿的人口,粮食紧张。农民最开始用地表水灌溉,后来因为生产需求大,地表水不够就开始抽地下水。由此开始,地下水就以每年0.5到1米的速度在下降。图中可以看到,水位线从1964年到1993年一直在下降。
现在超采的量甚至大到可以从卫星上监测到它。GRACE是观测地球重力场变化的卫星。这个图就是从GRACE卫星得到的。它告诉我们,在2002年到2012年之间,哪里的重力发生了变化。重力变少了就是蓝色的,表示质量变少了。
我们可以理解喜马拉雅山出现的蓝色,是因为冰川的退化,质量减少了。但在华北平原没有冰川,所以在华北平原出现的蓝色就是因为地下水的存储量减少了,而且可以由此推算出来这几年每年的净抽水量大概是83亿立方米。
超采带来的短期好处会给人一种粮食保障的错觉。假如我们什么都不做,那地下水位就会一直下降。这就是粮食泡沫,这个泡沫早晚会破裂。在华北平原至少15%的小麦生产依靠的是不可持续的超采地下水。
地下水位下降有两个问题。一个是抽水的成本会越来越高,因为从水位很低的地方抽水上来需要更多的电能,另一个是井的抽水量会越来越少。很容易理解,如果地下水比井底还深的话,那什么水都抽不上来,最后农民只好不抽水或者少抽地下水,靠天吃饭,就难以维持现在的粮食产量。
但在缺粮之前,超采就会出现很多比较严重的后果,包括湿地变干、河流枯竭、地面沉降,还有海水入侵,这些问题会导致地下水的水质持续恶化。这些现象在河北省就已经非常普遍了,甚至有的地方地面沉降有两米多。
也许你们会想,这跟我有什么关系呢?这对基础设施很不好,它会破坏水管,而且地面下沉后车轨会偏离原先的设计,动车车轨歪了,动车就会从车轨跳出来。(注:所以国内很多铁路线附近都会专门设置水位监测站,提前预警地面沉降的风险。)
上面图中这种裂缝在河北有1000多个,其中400个长度超过1公里,就是那个地沉下去了。
对于超采引起的海水入侵,有的地方海水已经侵入陆地50公里,那么这50公里以内的井就都报废了,变成咸水,无法用于灌溉或饮用。所以我们必须采取措施停止超采,而且越快越好。
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- 责任编辑: 章步庭
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