【专访】中国工程院院士王浩:华北地下水超采历史欠账多,需推进全行业深度节水

2019年04月25日 14:36 A
由于用水量远超水资源承载能力,华北平原是是我国地下水超采最严重的地区。据测算,每年华北地区超采55亿立方米左右,目前华北地区地下水超采累计亏空1800亿立方米左右,是世界上最大的地下水降落漏斗区。

华北平原航拍图。图片来源:视觉中国

记者 | 王学琛

编辑 | 翟瑞民

1

华北平原的地下水超采问题一直引发诸多关注。这里是中国小麦、玉米等粮食作物主产区,同时也是缺水最为严重的地区之一。

由于用水量远超水资源承载能力,华北平原是我国地下水超采最严重的地区。据测算,每年华北地区超采55亿立方米左右,目前华北地区地下水超采累计亏空1800亿立方米左右,是世界上最大的地下水降落漏斗区。

2019年3月,水利部、财政部、国家发改委和农业农村部联合印发了《华北地区地下水超采综合治理行动方案》,将治理重点确定为京津冀地区,大概涉及11个地级市、149个县区,治理面积约8.7万平方公里。这是中国首次提出大区域地下水超采综合治理方案。本次治理能否从根本上缓解华北地下水资源短缺的现状?华北地区未来该如何走上节水发展之路?对此,界面新闻深度专访了中国工程院院士、水文学及水资源学家、中国水利水电科学研究院水资源所名誉所长王浩。

王浩表示,水资源本底条件差,加之人口迅速增长、社会经济快速发展导致用水需求增加,这是华北平原水资源短缺的根本原因。华北平原地下水超采历史欠账多,实现采补平衡及地下水水位回升将是长期的过程,需继续推进全行业深度节水,用好外调水源,实现水资源的可持续利用。

华北地下水超采历史欠账多

界面新闻:中国北方缺水问题有多严重?是否存在用水“危机”?

王浩:对于“中国北方是否缺水”这个问题,一方面我们要客观认识到北方地区水资源紧缺的事实,重视开源、节流与保护等各种措施,另一方面,也不能过分的妖魔化水短缺问题。

我国南方地区与北方地区分界线大体是秦岭-淮河一线,北方地区降水要远小于南方地区。从降水量来看,东南沿海的广东、广西东部、福建、江西和浙江大部等地区年降水量为1500至2000毫米,长江中下游地区为1000至1600毫米。淮河、秦岭一带年降水量为800至1000毫米,而黄河下游、渭河、海河流域以及东北大兴安岭以东大部分地区为500至750毫米,黄河上中游及东北大兴安岭以西地区为200至400毫米,西北内陆地区年降水量为100至200毫米,新疆塔里木盆地、吐鲁番盆地和柴达木盆地不足50毫米,盆地中心不足20毫米。

而随着经济社会发展,不可避免会遇到水资源安全保障问题,比如海河流域人均水资源只有243立方米,其中天津160立方米,北京102立方米,而以色列是290立方米。根据国际标准,低于500立方米就认为出现水危机了。包括京津冀在内的海河流域连以色列还不如,就可以想象有多缺水了。

界面新闻:海河流域的缺水是什么原因造成的?华北地区的地下水超采有哪些历史原因,会造成哪些后果?

王浩:水资源本底条件差,加之人口迅速增长、社会经济快速发展导致用水需求急剧增加,这是造成海河流域整体处于水资源短缺状态的根本原因。

以绝大部分位于海河流域的京津冀地区为例,水资源与经济社会结构严重不匹配。京津冀地区区域总面积21.6万平方公里,占全国2.2%;总人口1.1亿,占全国8.0%;地区生产总值5.7万亿元,占全国11.0%;但是地区水资源量只有241亿立方米,仅占全国的0.9%;人均水资源仅218立方米,不足全国平均1/9。

另一方面,社会用水需求量在不断增加。比如2000年,京津冀地区年用水总量达到275亿立方米,远高于全区域水资源总量,之后用水总量虽然有所下降,也仍高于近年来平均水资源量。

自上世纪80年代以来,水资源衰减也加剧了水供求矛盾,年均地表水资源量由1956至1979年的176.5亿立方米,减少到1980至2000年的116.9亿立方米,减少了33.8%,2001至2016年地表水资源量比1980-2000年又减少了45.7%。

在这样的资源环境背景下,海河流域经济社会发展用水很大程度上以开采地下水、挤占河道内的生态用水来解决。从上世纪70年代以来机井农业灌溉的发展,以及80年代以后城市化进程带来的工业和生活用水的增加,造成海河平原地下水累积亏空量达到1800亿立方米左右,超采区面积达18万平方公里。

地下水超采会导致地面沉降等地质灾害,地下水对河道基流的补给消失,污染的地表水会反向补给地下水造成地下水质恶化,地下水作为抗旱应急水源的作用也会减弱,而且,地下水水位下降还会带来取水成本增加等一系列问题。

界面新闻:也有声音认为,华北平原缺水是因为资源基础被破坏了,对此你怎么看?

王浩:我国北方地区水资源本底条件差是客观存在的,再加上气候变化和人类活动的影响,矛盾就越来越突出。

过去几十年,气候变化和高强度人类活动对降水产流过程产生了很大影响,在同样的降水条件下,产生的径流性水资源减少了,更加剧了水资源矛盾。但是随着人们对生态文明的重视,通过采取深度节水、充分开源、加强保护等一系列措施,总体上遏制了用水总量迅速增加的势头,用水效率显著提升,生态环境恶化的趋势也逐步得以控制。

例如从2014年开始,国家就在河北省开展地下水超采综合治理试点工作。根据我们对三年试点的跟踪评估,同样降水条件,治理前后浅层、深层地下水位变化呈现下降幅度减小、上升幅度增大、止跌回升态势。比如2017年为平水偏枯年份,同样降水条件下,治理前浅层地下水位下降0.72米,当年实际下降0.15米,比治理前少下降0.57米;治理前深层地下水位平均下降4.07米,当年实际下降0.21米,比治理前少下降3.86米。

再例如北京市,由于南水北调中线水利用充足,2017年7月地下水位较2016年同期回升了0.15米,为16年来北京市地下水位首次回升,2018年又较上年回升了1.94米。

但我们必须要认识到,水资源本底条件是无法改变的,通过河北和北京地下水超采治理过程来看,要全面恢复到健康良好的生态环境绝非短期可以完成的,还要继续推进全行业深度节水,进一步用好外调水源,实现水资源的可持续利用。

南水北调让华北地区生态得到休养生息的机会

界面新闻:南水北调是华北地区地下水超采的解决方式吗? 南水北调对河北乃至整个华北具有怎样的意义?

王浩:南水北调对河北乃至整个华北的意义,一言以蔽之,就是区域生存和发展的重要生命线。

华北地区严峻的缺水形势,主要就表现在地下水严重超采以及由此带来的一系列生态问题。京津冀是依靠长期大规模地下水超采,甚至从缺水的黄河流域调水,才勉强支撑了经济社会的正常发展。而南水北调的最终效益也是体现在生态上,最直接的就是地下水超采治理和河湖生态改善上。

南水北调通水前,北京地下水应急水源地本有“采二养三”原则,即备用水源地开采3年后将涵养3年。然而北京水资源太缺乏了,应急水源地不得不每年都在运行。像怀柔应急水源地,自2003年起供水,连续供了12年,只有南北北调中线水进京后,才有机会得到喘息,北京市面临的水资源保障形势之严峻由此可见一斑。

在这种情况下,南水北调是必然之举,也可以说是无奈之举。自从2014年12月南水北调中线工程正式通水以后,截至2019年3月,中线工程累计向北方输水200亿立方米,相当于黄河一年水量的三分之一。其中一个重要意义就是显著提高了沿线城市供水安全性。中线工程通水后,沿线许多城市的供水格局发生了变化,过去以地下水为主的供水方式正在被中线水所替代。

南水北调通水之后,北京市已累计受水43亿立方米,相当于1个密云水库的库容量。中线水已经占到北京城区全部供水的73%,超过5.62亿立方米中线水储存到密云水库、怀柔水库和十三陵水库,对北京市水资源优化调配、丰枯互济起到重要作用;在河北,石家庄、邯郸、保定、衡水主城区,南水北调水供水量占75%以上;在天津,包括中心城区在内的14个行政区居民能喝到南水北调水,南水北调水已成为城镇供水主水源。

此外,通水以来,中线水质一直保持稳定,干渠沿线各断面监测结果均达到或优于地表水二类水质标准。北京市自来水硬度较高的情况大有改善,特别是以中线水为单一水源的水厂供水范围内效果尤为突出,自来水硬度由以前的380毫克每升降为120至130毫克每升。同时,中线水让河北廊坊、沧州一些地区告别了苦咸水和高氟水,对改善当地居民的健康状况同样起到重要作用。

从生态方面来说,南水北调让华北地区的生态得到了一次难得的休养生息的机会。就好比一个人,原本手里的钱仅勉强够糊口度日,维持生计,如今手里的钱多了一点,终于可以拿出点来改善生活、调养身体了。正是因为有了南水北调,各地方开始有条件通过采取限制地下水开采、直接补水、置换挤占的环境用水等措施来修复受损严重的生态环境。

统计数据来看,北京、天津等中线沿线6省市已压减地下水开采量15.23亿立方米;中线一期工程连续两年利用汛期弃水向受水区30条河流实施生态补水,已累计补水8.65亿立方米;北京连续几年开展向密怀顺等地下水源地及河道生态补水,累计补水超过4.44亿立方米。通过实施生态补水,南水北调让北方多地河湖干涸、地下水位快速下降等问题得到了缓解。

界面新闻:今年两会期间,有代表称南水北调中线工程综合效益还远未得到充分发挥,且存在安全隐患,要如何避免这种情况?

王浩:首先需要明确的一点,对于南水北调中线这样大规模、战略性的调水工程,必然要经过相对较长的时期才能充分发挥工程效益。美国加州北水南调工程也一样,其主干线长约1060公里,设计输水能力年调水量近50亿立方米,工程于1973年竣工,1990年才达到设计输水能力。

南水北调中线工程综合效益的发挥是一个受水区不断适应、调度管理不断优化和配套工程不断完善的过程,所以我们一方面要保持足够的耐心,同时也要综合运用经济手段、管理手段、政策手段和工程手段,加速这一过程。

中线水没有得到充分利用很大程度上是价格原因,使用当地水或者引黄水比南水便宜,影响了受水区消纳南水的积极性。所以要运用市场机制,促进外调水高效利用。受水区省市需要统筹考虑南水北调水与当地地表水、地下水等各种水源的供水价格,合理调整水资源费征收标准,运用经济手段推动受水区水资源合理配置。

其次也要优化中线工程的目标功能,提高生态供水的比重。中线工程原规划目标是以城市供水为主,兼顾农业和生态用水。可在保障城市供水安全前提下,充分利用闲置的工程能力,为地下水涵养区和河道进行生态补水,这也相当于加强了当地水资源的战略储备。

另外也要完善配套工程建设。通过水厂、配套管网以及调蓄工程建设,提升南水的接纳能力,其中还包括对雄安新区的输水干渠建设。目前部分地区配套工程建设相对滞后,使得城区地下水压采替代水源置换条件尚不完全具备,也影响了地下水压采工作的顺利开展。

华北已难以挖掘内部供水潜力,需控制不合理开发利用

界面新闻:2019年中国首次提出了整个华北区域地下水超采的综合治理方案,河北近几年也在试点治理地下水超采,试点成效如何?这些措施是否可以使得华北地区地下水达到采补平衡?

王浩:此前,在2014至2016年,财政部、水利部、农业部、原国土资源部联合部署开展了河北省地下水超采综合治理试点,以“节、引、蓄、调、管”措施为着力点来进行地下水超采综合治理工作。评估表明,试点确定的压采任务全部完成,地下水位持续下降趋势也得到显著改善。

2019年,水利部、财政部、国家发改委和农业农村部共同印发《华北地区地下水超采综合治理行动方案》。这是我国首次提出的大区域地下水超采综合治理方案,在全世界也都是首例。

方案目标是,通过强化节水、实施禁采限采、调整农业种植结构、充分利用当地水和外调水置换地下水开采等措施,在正常来水情况下,到2022年,京津冀地区年压采地下水开采量25.7亿立方米,超采区城镇力争全部实现采补平衡。到2035年,通过进一步强化各种措施,力争实现全京津冀区域地下水采补平衡。

不过也应该看到,华北地区地下水超采问题由来已久,早在上世纪70年代就出现地下水超采现象,历史欠账多,要实现采补平衡,再到实现地下水水位的回升将是一个长期的过程。

界面新闻:在华北地区,目前常规的节水、挖掘内部供水潜力的空间有多大?

王浩:受水资源短缺条件倒逼,华北地区水资源利用效率始终处于全国领先水平。以京津冀为例,北京市万元工业增加值用水量分别为8.2立方米,天津市为8.0立方米,河北省为13.3立方米,远远低于国内平均值45.6立方米,在国际上都属于非常领先的水平。

农业用水效率也处于全国领先的水平,北京市农田灌溉水有效利用系数为0.732,天津市为0.703,河北省为0.672,远高于全国平均值0.548。三地的非常规水利用水平也远高于其他地区,其中北京市再生水利用量达到10.5亿立方米,占全市用水量的27%。

从供给侧来看,自2000年以来,除个别年份(2012年)因水资源总量较为丰沛外,水资源开发利用强度均超过100%,远超水资源承载能力。因此,华北地区已经难以进一步挖掘内部供水潜力,而是要控制不合理的开发利用。

从需求侧看,虽然华北地区用水效率已经很高,但与区域严峻的水资源形势仍不相匹配,区域间、行业间用水效率差异较大,仍有一定的节水空间,但需要在常规节水措施实施的基础上,采取一些创新性的节水举措。

界面新闻:可以采取哪些创新性的节水措施?

王浩:首先要强化总量控制措施,不仅仅要控制用水总量,还有控制水资源超载区的城市规模、产业规模和灌溉规模。比如《北京城市总体规划(2016年—2035年)》明确提出,要严格控制城市人口,远期常住人口规模控制在2300万人以内。

其次是种植结构的调整,《华北地区地下水超采综合治理行动方案》也提出,在无地表水替代的深层地下水严重超采区,压减依靠地下水灌溉的冬小麦种植面积,改冬小麦、夏玉米一年两熟制,为种植玉米、棉花、花生、油葵、杂粮等农作物一年一熟制,实现“一季休耕、一季雨养”。

另外,需要充分利用好华北地区雨热同期的特点,培育和发展雨养或少耗水灌溉作物。比如,我们持续开展了东北和华北旱稻种植跟踪调查和试验研究工作,认为推广种植旱稻将是兼顾实现节水压采、保障农民收益和国家粮食安全的重要措施。以东北旱稻为例,在全年降水量500毫米、大于10℃年积温2300至2400℃、日照2600至2800小时、全程无水灌溉的条件下,亩产可达500公斤以上。

还要就是要建立先进的节水技术、设备和产品的推广实施机制。比如构建节水技术信息平台,对节水技术进行及时发布,分区域、分行业、分用户对节水技术资源进行有机整合,进一步完善节水税收优惠支持政策等,以及将非常规水源开发利用基础设施作为城市建设的强制性内容,纳入市政供排水体系。

界面新闻:华北地区也是中国粮食主产地之一,要如何协调华北地区粮食生产和地下水压采目标的关系?

王浩:从河北省的地下水超采综合治理试点来看,2014年试点实施以来,农业用水量持续下降,由2013年的137.6亿立方米下降到2017年的126.1亿立方米。但在农业用水量下降的同时,通过推进农业节水,也实现了农业生产的播种面积减、单位产量增、总产量增的目标,2017年河北省粮食总产量首次突破350亿公斤。

综合来看,要协调好华北地区粮食生产和地下水压采目标,首先要持续推进农业节水,具体包括进一步通过水权制度改革、农业水价综合改革、小型水利工程建管机制改革、农田高效节水灌溉改造等措施,在农业生产用水降低的同时也保证粮食产量稳定增长。

其次也需要研发和培育低耗水、高产出的作物,比如我前面提到的旱稻种植推广,就具有灌溉用水少、化肥施用少、农民投劳少、亩均成本少以及亩均产量多、农民收入多、生态效益多的优势,替代冬小麦、夏玉米一年两熟制潜力巨大。但要实现旱稻大面积推广种植,需要国家高度重视和大力扶持。

海绵城市建设是长期的过程

界面新闻:海水淡化是否可以作为缓解华北水资源短缺的出路?

王浩:前面也提到,华北地区水资源十分短缺,海水淡化利用是水资源增源和有效替代的措施,如果能在在华北地区推动钢铁、电力、石化等高用水行业向沿海布局,节约大量淡水资源,这将是解决水资源短缺问题的有效途径。

海水淡化技术研究起始于20世纪20年代,40年代逐步走向应用,到今天来说,海水淡化在技术上已经有了很大突破。不过,相对大部分城市自来水价格,海水淡化成本仍然偏高,需要大力发展新技术。

世界上绝大多数地区淡化水成本都高于传统供水价格,这就需要建立有利于促进海水淡化产业发展的水价补贴机制,对进入市政管网的淡化水价格进行补贴,提高淡化水的竞争力。 同时要鼓励地方将其作为市政用水的重要组成部分来规划、建设和运营,中央财政需要研究将现有的城镇污水管网以奖代补专项资金优先用于海水淡化项目的配套管网建设等。

推广海水淡化利用,还需要政府全方位扶持和培育,将海水淡化纳入国家水资源战略体系,从国家水资源战略的高度对海水淡化发展统筹考虑。在规划、设计、项目审批、项目水资源论证等环节,新增用水应优先使用海水或海水淡化水。

界面新闻:近几年中国也一直在推动海绵城市建设,海绵城市能否缓解地下水超采?会有哪些难点?

王浩:海绵城市建设是综合运用“渗、滞、蓄、净、用、排”六大类措施,将更多的雨水“自然积存、自然渗透、自然净化”,也就是说,有更多的雨水资源通过海绵城市建设滞留在城市当地,并通过“城市海绵体”在降雨结束后缓释,这对于补给超采的地下水、缓解地面沉降应当说是有一定作用的,特别是在华北地区。不过,这种作用也是长期、缓慢的,因此海绵城市建设对于缓解地下水超采与地面沉降需要系统观测,结合观测数据和大尺度的模拟进行综合评估。

在这方面,主要的难点在于海绵城市设施滞蓄的雨水有一定暴雨冲刷等污染,“海绵体”在自身净化不够完全的情况下补给地下水的话,可能会造成地下水的二次污染,这一点在将来海绵城市发挥相应作用中应予以充分考虑。

界面新闻:目前海绵城市建设的进展效果如何?

王浩:中国自2015年启动了国家级海绵城市建设试点,总体上,从政府推动、项目建设、制度配套等各方面看,海绵城市建设进展是按计划顺利推进的,甚至要比预想的进展更快更全面。两批30个国家级试点城市都已完成海绵城市专项规划,一些省份开展了省级海绵城市试点,一些在建项目也逐步自觉地引入海绵城市理念,开展海绵城市建设。2019年两会政府工作报告确定的70项重大工程中,也明确指出要“推进海绵城市建设”。

目前第一批海绵城市试点已进入到了验收评估阶段,这个工作正在开展,住建部等部委正组织专家分批、分片赴试点城市开展评估验收工作。此外,《海绵城市建设评价标准》这一项国家标准也已经制定,相信不久就会有一个综合的评估结果出来,这将是海绵城市建设上的一件大事,可以起到一个承前启后的作用。

需要明确的是,海绵城市的建设是一个相对长期的过程,其在污染减控、径流控制、生态修复、内涝控制、热岛缓解方面的效果显现也是一个相对缓慢和长期的过程。

在已建设完成的项目中,有一批亮点工程已发挥作用,如厦门海绵城市建设在污染治理方面起到较好的效果,萍乡海绵城市建设试点区的工程对缓解2018年汛期城市内涝发挥了一定的作用,此类例子还有很多。按照国家规定的海绵城市建设目标(到2020年,城市建成区20%以上的面积达到目标要求;到2030年,城市建成区80%以上的面积达到目标要求),将来在海绵城市建设会更完善。

来源:界面新闻

广告等商务合作,请点击这里

未经正式授权严禁转载本文,侵权必究。

展开全文
打开界面新闻,查看更多专业报道

点赞(31)

界面新闻

主页

界面新闻
打开界面新闻,查看更多专业报道

全部评论(14)

打开界面新闻,查看全部评论
下载界面APP 订阅更多品牌栏目

界面新闻

只服务于独立思考的人群

打开APP