| 華北漏斗區(qū)深層水失不再得 |
沈彥俊
新聞背景
上周，河北省水利廳副廳長(zhǎng)張鐵龍表示，因長(zhǎng)期超采地下水，河北省平原區(qū)已形成世界最大的復(fù)合型地下水漏斗區(qū)，已引發(fā)地面沉降、海水倒灌、地陷地裂等地質(zhì)災(zāi)害問題，河北省的濕地面積也比上世紀(jì)50年代減少70%以上。
什么是地下水漏斗區(qū)？該如何防范地質(zhì)災(zāi)害？本版特邀中國(guó)科學(xué)院遺傳發(fā)育所農(nóng)業(yè)資源研究中心研究員，為讀者答疑解惑。
地下水漏斗是一個(gè)形象比喻
地下水是指賦存于地下土壤孔隙或巖石裂隙中的水。能夠產(chǎn)出一定量水的巖石單元或者松散沉積層稱為含水層。地下含水層的飽和水面高程叫做地下水位，飽和水面到地表面的距離稱作地下水埋深。
地下水的形成和分布受地質(zhì)條件、基巖結(jié)構(gòu)和地形的控制。京津冀地區(qū)的地下水，主要埋藏于平原區(qū)松散的第四紀(jì)巨厚沉積層中，太行山和燕山地區(qū)也有大量的巖溶地下水與基巖地下水分布。
地下水由于比地表水更廉價(jià)、取水更便利和不容易受到污染等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛地開采使用。世界很多國(guó)家和地區(qū)的水資源供應(yīng)都是更主要依賴于地下水。京津冀地區(qū)的城市供水曾經(jīng)主要依賴地下水，目前各大城市所在地區(qū)由于都形成較大的地下水漏斗，基本上已改為以地表水供水為主，而中小城市則仍以地下水為主。農(nóng)業(yè)灌溉是所有產(chǎn)業(yè)中用水量最大的部門，京津冀地區(qū)約80%以上的農(nóng)業(yè)用水來(lái)源于地下水。
地下水漏斗實(shí)際上是對(duì)地下水超采造成地下水位下降現(xiàn)象的一個(gè)形象比喻，由于集中開采地下水，導(dǎo)致集中開采區(qū)的地下水位下降，從而使周邊地下水流場(chǎng)發(fā)生改變，周邊的地下水向集中開采區(qū)流動(dòng)，形成區(qū)域性漏斗狀的地下水凹面。當(dāng)從水井抽水的時(shí)候，會(huì)形成一個(gè)比周圍地下水面低的圓錐形下降水面，當(dāng)抽水停止后，周圍水分滲流回補(bǔ)一般會(huì)達(dá)到新的平衡水面，如果長(zhǎng)期超采地下水，地下水的補(bǔ)給速率小于開采速率就會(huì)形成地下水漏斗，需要開鑿更深的井才能繼續(xù)抽取地下水，地下水超采區(qū)和漏斗區(qū)的范圍就會(huì)越來(lái)越大。地下水漏斗區(qū)的水位明顯低于周圍地區(qū)。
京津冀漏斗區(qū)分深淺兩類
京津冀平原區(qū)在上世紀(jì)40年代地下水埋深普遍在1至2米左右，河流、湖泊和濕地廣泛分布，許多村鎮(zhèn)，甚至包括北京市內(nèi)的很多地名曾經(jīng)都與水有關(guān)。在1950年前后，區(qū)域內(nèi)湖泊和濕地面積曾經(jīng)達(dá)到1萬(wàn)平方公里，目前僅有不到1000平方公里，90%的濕地都已經(jīng)消失，許多大型湖泊洼淀，如寧晉泊、大陸澤、永年洼、文安洼、團(tuán)泊洼等都已經(jīng)干涸。河流和濕地的干涸主要原因，都與長(zhǎng)期超采地下水造成地下水位的下降有關(guān)。
自上世紀(jì)70年代以來(lái)，大量開鑿機(jī)井發(fā)展工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，農(nóng)業(yè)灌溉率的快速提升使糧食產(chǎn)量獲得空前的增長(zhǎng)，地下水位迅速下降；城市人口的增多和工業(yè)的發(fā)展，導(dǎo)致在城市地區(qū)首先形成地下水漏斗。
中東部地區(qū)深層地下水漏斗區(qū)
中東部地區(qū)的天津、滄州、衡水、德州等城市由于缺少地表水和淺層淡水，城市供水主要依賴開采深層地下水而率先形成地下水漏斗，且隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的加速而不斷變深。如滄州深層地下水漏斗中心的地下水埋深在1973年時(shí)為32.65米，1980年降到69.87米，2004年為101米。
西部和北部地區(qū)的
淺層地下水漏斗區(qū)
在京津冀平原大地上，由沖洪積扇組成的西部和北部的太行山前平原和燕山山前平原區(qū)，地下水賦存條件好，地下水交換暢通，水質(zhì)良好，淺層地下水可供工農(nóng)業(yè)和生活使用，由于農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)用水和城鄉(xiāng)居民生活用水的開采，也已經(jīng)形成多個(gè)淺層地下水漏斗區(qū)。
深層地下水一旦失去就是永別
地下水超采形成地下水漏斗會(huì)帶來(lái)一系列的危害，最常見的就是造成地面沉降。地面沉降是由于地下水面下降形成地下水降落漏斗，使包氣帶增大，曾經(jīng)的含水砂土層因失水在重力作用下沉降壓縮，產(chǎn)生地面沉降。在巖溶地層發(fā)育地區(qū)還會(huì)產(chǎn)生塌陷。
地面沉降是一種地質(zhì)災(zāi)害，會(huì)造成建筑物、道路、橋梁和地下市政設(shè)施的破壞。根據(jù)地質(zhì)部門監(jiān)測(cè)，京津冀地面沉降量最大的地區(qū)發(fā)生在天津，至2012年的累計(jì)沉降量已達(dá)3.6米；滄州市中心的累計(jì)沉降量也超過(guò)3米之多。據(jù)測(cè)算，天津市每發(fā)生1毫米的地面沉降量，可以引起1.4億元的經(jīng)濟(jì)損失。
地下水漏斗的危害還包括造成河流、湖泊水量減少形成斷流和干涸；減少泉水流量，使古建筑和文物保護(hù)產(chǎn)生危害；引起水井枯竭，造成水井報(bào)廢或掉泵，增加用水成本；對(duì)依賴地下水的生態(tài)系統(tǒng)造成毀滅性影響，如濕地干涸、植被枯死等；也可以引起地下水水質(zhì)的惡化等。
京津冀地區(qū)的淺層地下水由于可以頻繁接受降水的補(bǔ)給，其年齡在一年到幾十年不等，可以參與地表水循環(huán)，基本上可以在短期內(nèi)獲得更新和補(bǔ)給。而深層地下水的年齡一般都在幾千年到幾萬(wàn)年不等，根據(jù)碳14測(cè)年結(jié)果，采自衡水市深州600米深處的地下水年齡在1.2萬(wàn)年左右，而通常該地區(qū)使用的100米深度地下水年齡也在5000年以上，這些地下水難以在短期內(nèi)獲得更新，因此也被稱為“化石水”，一旦用完就會(huì)徹底枯竭。
河北農(nóng)業(yè)耗水大戶何去何從？
目前，在河北平原由于長(zhǎng)期超采已經(jīng)形成總面積約9萬(wàn)平方公里的地下水漏斗區(qū)，主要原因是由于用水量逐年增大，其中農(nóng)業(yè)用水占70%以上。筆者曾估算，河北平原用于糧食生產(chǎn)的地下水超采量在上世紀(jì)80年代約為8.3億立方米，90年代迅速增加到61.7億立方米，2001至2010年平均為77.5億立方米，主要用于冬小麥的灌溉。而最近十年由于農(nóng)業(yè)效益的降低，保定北部、廊坊和京津地區(qū)的冬小麥播種面積顯著減少，明顯地減緩了地下水位的下降速率。
京津冀地區(qū)由于年降水量?jī)H500毫米左右，冬小麥－夏玉米兩作農(nóng)田的年耗水量在720毫米左右，梨果等的耗水量更高達(dá)750至780毫米，長(zhǎng)期的農(nóng)業(yè)灌溉超采是引起地下水漏斗形成的最主要原因之一。農(nóng)業(yè)耗水量大，是區(qū)域水資源經(jīng)濟(jì)效率不高的主要原因，水資源短缺和地下水危機(jī)已成為制約京津冀協(xié)同發(fā)展的最主要因素。
如果要支撐區(qū)域整體經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，必然需要壓縮農(nóng)業(yè)用水量，而使有限的水資源分配到工業(yè)企業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)等部門使用，因此，根本出路在于調(diào)整區(qū)域的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式。而河北省作為我國(guó)第三大口糧生產(chǎn)大省，在糧食安全體系中的定位也需要重新考慮，其未來(lái)定位是繼續(xù)為全國(guó)提供糧食產(chǎn)品，還是僅生產(chǎn)足夠京津冀本地區(qū)人口消費(fèi)的糧食即可？需要國(guó)家決策層在宏觀層面上綜合把握。進(jìn)行跨流域調(diào)水，充分開發(fā)雨水、污水和微咸水進(jìn)行灌溉，替代地下淡水的使用，將會(huì)對(duì)改善地下水漏斗和保障糧食安全起到積極作用。
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