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中国地下水超采严重

中国大困局(专题)系列文章(5-3):

《人口困局》作者  李尚勇 

【导读】8月27日至9月1日是“世界水周”,谨以“水资源专题(上中下)”献给我们这个星球的唯一人类——智人。

越来越多的地区需要越来越多地依靠地下水,这是资源过载、透支的最直接表现。

 

由于地表水严重短缺且已被高度开发以及严重污染,人们转而大量开采地下水。

一、越来越多的地区依赖地下水

20世纪60年代以前,中国地下水开采较少。20世纪60年代中期到70年代末,随着人口迅速从7亿增长到近10亿,中国开始大规模开发利用地下水资源。 [1]

20世纪70年代中国地下水常规开采(即在不超过地下水可开采量范围内开采)数量为年均536亿立方米;80年代开采量(包含超采量)为710亿立方米(超采100亿立方米);1999年开采量增长到1044亿立方米;2009年为1095亿立方米,其中有228亿立方米的超采量;2011—2015年5年平均开采量为1111亿立方米。[2]

所谓“超采”是指地下水的实际开采量大于地下水可开采量,而可开采量是地下水可持续利用的开采量。

地下水开采量=地下水可开采量+地下水超采量。

由于各地缺水程度不同、地下水资源拥有量不同,所以对地下水的开发利用程度也很不同。在总体上,北方地区,尤其是海河、淮河、黄河、松花江和辽河流域,地下水的开发利用程度很高。(见图5-4)

资料来源:王小军等人的《我国地下水开发利用现状与保护对策》(图1)。

实际上,20世纪80年代以来,中国有越来越多的地区和城市越来越需要高度依赖地下水。

1999—2003年,国土资源部组织了第二轮全国地下水普查评价,普查数据显示,“在城市用水总量中,地下水占30%。北方城市以开采地下水为主,华北、西北城市利用地下水的比例分别高达72%和66%” [3] 。在华北平原,地下水开采量占总供水量70%以上的城市有,北京、石家庄、邢台、邯郸、保定、衡水、廊坊、唐山等 [4]

上述地下水普查的具体数据显示,1999年,全国地下水开采程度为30.1%,其中,开采程度超过100%的省市有4个,分别是天津222.9%、河北150.2%、山东107.6%和北京103.1%;开采程度60%~100%的省市有6个,分别是上海91.2%、河南83.2%、山西78.1、辽宁74.9%、甘肃61.9%、陕西61.2%。(见图5-5)

资料来源:《中国地下水资源——新一轮全国地下水资源评价成果》(表9)。

地下水开采程度超过100%,意味着除了开采质量标准为“矿化度小于1克/升”的地下水(淡水)外,还开采了一些微咸水(矿化度1~3克/升)和半咸水(矿化度3~5克/升)。有些地方虽然总体上地下水(淡水)开采程度还没有超过100%,但因为地区内结构性缺水,实际上也开采了一部分微咸水或半咸水,如内蒙古、甘肃、陕西、宁夏和浙江等省区。 [5]

国家环保部的数据显示,“北方地区65%的生活用水、50%的工业用水和33%的农业灌溉用水来自地下水。全国655个城市中,400多个以地下水为饮用水源,约占城市总数的61%” [6]

国家统计局的数据显示,2010年,地下水供水量占总供水量的比重超过30%的省区市有10个,依次为河北81%、北京60%、河南60%、山西54%、内蒙古49%、辽宁47%、黑龙江45%、山东41%、陕西40%、吉林37%;2015年大致也是如此,只不过各地排位略有不同。 [7]

可见,越来越多的地区需要越来越多地依靠地下水,这是资源过载、透支的最直接表现。

二、全国地下水资源量锐减、水质下降

鉴于地下水在中国供水中的重要地位,国家资源和地质部门分别于20世纪80年代初和世纪之交(1999—2003年)开展了两轮全国地下水资源评价(普查)工作。

与第一轮评价结果相比,第二轮评价结果出现了两个重大变化:

(1)全国(包括港澳台在内)适宜开采的地下水(淡水)资源总量从2940亿立方米增加到3528亿立方米,即增加了588亿立方米。不过,这并不是“资源”真正增加了,而是“资源数据”增加了。

地下水“资源数据”增加主要有两方面原因,一是第二轮地下水可开采资源的(调查)评价面积扩大了,即从第一轮380万平方公里增加到810万平方公里(占中国国土总面积的84.38%),比第一轮增加了近430万平方公里,这是地下水资源(评价)总量增加的主要原因;二是地下水可开采资源结构发生了变化,即南方和山区地下水资源量有所增加,但北方、平原地区地下水资源量减少。

地下水可开采资源结构变化的原因有二,一是中国区域降水量发生变化,如总体上华北地区、辽宁、吉林、广西北部、四川中部、贵州、云南东部、陕西、甘肃、宁夏等地区的降水量呈减少趋势,其他地区呈增加趋势;二是人类工程活动使地下水补给量减少,如北方、平原地区,由于山区修建多级水库,层层拦截地表径流,使下游河道断流,河流对地下水的入渗补给量大幅度减少,另外,农业灌溉用水减少(城市、工业用水挤占农业用水)也对地下水的回渗补给不利。

(2)全国单位面积土地可开采的地下水资源量锐减。全国适宜开采地下水地区的平均地下水开采模数(即每年每平方公里可开采的地下水资源量)已由1984年的15万立方米减少到2002年的6万立方米,锐减了60%。其中,在南方平原区为17.8万立方米,山区为6.4万立方米;在北方平原区为6.6万立方米,山区不足2.5万立方米。

地下水资源量“锐减60%”,这是大自然对人类相当严重的“警告”,人类非理性、肆意掠夺自然的活动是这一严重后果的主要原因。

此外,新一轮全国地下水资源评价还摸清了全国地下水质量状况。

按全国地下水资源分布面积(810万平方公里)统计,有63%的地下水资源可供直接饮用,17%需经适当处理后才可饮用,12%不宜饮用(但可作为工农业供水水源),约8%不能直接利用。

在南方地区,“可饮用地下水分布面积占各省地下水分布面积的90%以上,但一部分平原地区的浅层地下水污染比较严重”;在北方地区,“丘陵山区及山前平原地区水质较好,中部平原区较差,滨海地区水质最差”。 [8]

以上是中国最近一次全国性地下水资源评价(普查)数据。10多年过去了,无论是地下水的回渗补给、可开采水资源量,还是水质状况,都没有好转迹象,而是越来越令人失望、担忧,尤其是水污染形势完全不容乐观。(详见第7、8章)

地下水资源量锐减加上地下水污染,使得高度依赖地下水的缺水地区面临越来越严峻的水资源短缺形势。

三、缺水地区地下水超采严重

1980年以来,由于总人口迅速膨胀(从10亿到13亿以上),以及社会经济超常规增长,“全国用水量急剧增长,地下水开采量平均以每年25亿立方米的速度增加” [9] ,另一方面,全国相当多地区,包括整个北方和南方山区,地下水的可开采资源量呈锐减趋势,于是,20世纪80、90年代,各缺水地区相继超采地下水,甚至超采深层地下水。有些地区超采地下水的时间更早,如上海、太原和天津等地。

蒋高明总结说,“超采地下水,从干旱区、半干旱区开始,在温带地区动作最大,现在扩大到了湿润的亚热带、热带地区” [10]

2006年4月,北京本地媒体“欣喜”地报道称,“北京市在云岗地区打穿华北最深的水井”(即打穿了距今5亿年的奥陶纪岩层,深度分别为1800米和1543米 [11] )。北京理工大学教授对此深感担忧,他认为,北京开始饮用化石水,是一个非常危险的信号,“北京和生态危机赛跑,到底谁跑在前面,这个就不好说了” [12]

深层地下水是指在地质历史时期形成、现代补给来源很少、恢复更新速度极其缓慢的地下水。深层地下水多数是承压的,所以有时又称为深层承压水。所谓“深层”主要针对地下水有无补给或补给快慢而言。深层地下水通常埋藏于地下深部,但深度不是区分深层地下水与浅层地下水的绝对标准。

有关专家介绍说,深层地下水的年龄一般在数千年以上,相对于人类利用的时间尺度而言,深层地下水基本上可以看作是一种不可再生资源,它的开采主要是消耗储存量。目前中国20多个省区市都在不同程度地开采深层地下水,而且,华北平原、苏锡常地区、杭嘉湖平原等地区的累计开采量已经很可观了。 [13]

缺水最严重的黄淮海流域也是地下水超采最严重的地区。

国家水利部门2003年的数据显示,黄淮海流域地下水累计超采量超过900亿立方米,每年超采量约为70亿立方米,其中海河流域超过50亿立方米;超采区主要分布在海河南系平原区、河南濮清南地区、山西忻州和大同盆地、山东莘县夏津等地,此外,淮河流域的山东半岛、黄河流域的汾渭河流域等局部地区也存在地下水超采现象。 [14]

中国工程院项目组的报告指出,“地下水超采最严重的是沧州、衡水和津浦铁路沿线地区,该区的浅层地下水绝大部分为难以利用的咸水和微咸水,多年来超采的是很难再生的含氟的深层地下水”。 [15]

在海河流域,1985—1998年累计消耗地下水储量896亿立方米,其中浅层和深层地下水分别占52.6%和47.4%,年平均超采量50.2亿立方米。全流域地下水超采面积近9万平方公里,占流域内平原面积的69%。“水资源最为缺乏的海河南系平原,最大的深层地下水漏斗中心埋深已达105米;河北山前平原部分地区地下水含水层疏干,深度达10~35米”。 [16] 在海河流域的平原地区,“深、浅层地下水位分别下降了90米和50米” [17]

全国地下水资源普查评价数据显示,北方已有相当一部分地区地下水处于超采状态,其中河北省整体超采,北京、天津、呼和浩特、沈阳、哈尔滨、济南、太原、郑州等一些大中城市地下水已超采或严重超采; [18] 华北平原地下水开采程度高达93.2%(其地下水天然资源量为227.4亿立方米/年,2000年开采量达212亿立方米/年),其中,浅层和深层地下水开采量分别占总开采量的84.2%和15.8%;河北、北京等地近30年来浅层地下水位普遍下降了20~40米。 [19]

广东雷州半岛属热带气候,年平均降水量1400~1700毫米,属于雨量丰沛地区,但由于降雨过于集中于5~10月,且过度依赖台风登陆,所以,有明显的干、湿两季。半岛地表水缺乏,河流短少,在干旱季节,往往需要地下水补充用水缺口。多年以来,雷州半岛过度抽取地下水,并挥霍无度,致使地下水资源逐渐耗竭。曾经位居全省前列的地下淡水、热矿水、矿泉水资源已成往事。到2006年,雷州半岛的浅层、中层地下水已经严重盐碱化,需要打深井至2000米才能勉强见到淡水。 [20]

四、超采地下水引发的一系列问题

地下水超采引发了严重的地质、生态和环境问题,如河湖干涸、河口淤积、湿地减少、土地沙化、地面沉陷以及海水入侵等等问题。

1、地下水位大面积持续下降致使地面沉陷

在地理上,一般把太行山以东、燕山以南、黄河以北这片14万平方公里的土地称为狭义的华北平原;若将南界划到大别山(以北),则称为广义的华北平原,又称黄淮海平原,面积有30万平方公里。这是中国人口密度最高的地区。

就狭义华北平原来说,“从1980年代开始,整个华北平原上的所有河道里几乎都没有水”;在1980、2010年的卫星地图上,华北平原“所有的河道都显示为白色,即为干涸”。为什么会如此?主要原因有三,一是人口过度膨胀,尤其是城市人口暴增(如1950年石家庄人口仅30万,如今过千万);二是所有河流上游都修建了水库,“华北平原上共有大大小小的水库2000多座”(这主要是为了满足城市和工业用水);三是经济发展、生活改善导致各类用水量大大增加。

河道干涸的解决方案就是开采地下水。所有缺乏地表水的地区都以地下水作为生产生活的主要水源,其中,农业用水被迫转入地下,其用水比例“占到地下水开采量的70%以上”。

整个华北地区大规模开采地下水始于1966年(其时中国总人口7.24亿人)。随着开采量的增加,地下水位越来越低,于是井便越打越深。在沧州地区,“大部分都是深井,最深的打到500多米”(前面说过,北京的水井打到了1800米的深度)。 [21]

深层地下水位下降的直接后果便是大规模地面沉降。

有关专家解释说,在非固结的沉积含水层超采深层地下水会引起地面下沉。这等于把夹心饼干的第N层夹心给抽薄抽空了,上面的粘土层下压,自然形成地面的大面积沉降。而且,地面沉降不可修复。即使深层地下水的水位恢复了,下沉的地面也不会再回复到它原来的标高。

到2003年,“全国有50多个城市发生了地面沉降和地裂缝灾害”,“形成长江三角洲、华北平原和汾渭盆地等地面沉降严重区”。其中,长江三角洲地区累积沉降超过200毫米的面积占区域总面积的1/3;上海市、江苏省的苏锡常、浙江省的嘉兴等沉积中心区的最大累积沉降量分别达到2.63、2.80、0.82米,并出现了地裂缝灾害。华北平原是中国地面沉降和地裂缝灾害严重的地区之一,在天津、沧州和北京东北郊形成了三个地面沉降中心,天津塘沽最大沉降量已经超过3.1米,沿海一带已出现负标高地区20平方公里,风暴潮灾害严重。沧州地区地面沉降累计已达2.25米,受基底断块差异影响,出现了20多条地裂缝,最长达4公里。

在隐伏岩溶区,由于大量或大强度开采地下水引起地面塌陷,造成楼房开裂倒塌、人员伤亡、铁路减速或中断。全国有50%的省份发生地面塌陷,尤以广西岩溶区地面塌陷最为突出。 [22]

在黄河以北、南水北调东线供水区,“大部分河流已经干涸,可利用的地表水日益减少。由于长期超采深层地下水,引发了水质恶化、地面沉降等多种地质灾害”。 [23]

在海河流域,因大量超采地下水造成地下水位大面积持续下降而引发的地面沉降、地裂和塌陷等环境地质灾害,“已到了令人堪忧的地步” [24]

2009年12月,中国地质环境监测院官方数据显示,“华北平原京津唐—沧州、衡水一带广大地区自上世纪50年代以来持续发生大面积地面沉降,局部累计最大沉降量达到3.18米,最大年沉降量达到100毫米以上”。 [25]

国土资源部2011的数据显示,“我国在19个省份中超过50个城市发生了不同程度的地面沉降,累计沉降量超过200毫米的总面积超过7.9万平方公里。主要在中东部地区”,重灾区还是在长江三角洲、华北平原和汾渭盆地这三个区域。 [26]

最近20年,因为一些重点城市(如长三角各大城市)开始控制地下水的开采,城市的地面沉降有所减缓,但是,中小城市和农村地区的地下水开采量呈大幅度增加的趋势,因而地面沉降已经从城市扩展到农村,并在区域上连片发展,呈现此消彼长的特点。 [27]

2、造成大面积地下水降落漏斗

20世纪90年代,在太行山麓的京广铁路沿线,由于城市和工业大量抽取地下水,已经造成浅层地下水的大面积区域性漏斗,“许多地方有河无水,有水皆污,洼淀枯竭” [28]

2003年,全国地下水降落漏斗已达180多个,总面积约19万平方公里。沧州、德州深层地下水漏斗区的最大水位埋深超过100米。 [29]

2009年,国家环保部共监测到全国地下水降落漏斗240个,这比6年前增加了1/3,其中浅层和深层地下水降落漏斗分别占52.1%和47.9%。部分城市地下水水位累计下降达30~50米,局部地区累计水位下降超过100米。 [30]

2008年11月发布的《国家粮食安全中长期规划纲要》,描述了水资源短缺对中国粮食生产的影响:目前,中国每年农业生产缺水200多亿立方米,且水资源分布极不均衡、很不匹配;东北和黄淮海地区粮食产量占全国的53%,商品粮占全国的66%,但黑龙江三江平原和华北平原很多地区靠超采地下水灌溉,三江平原近10年来地下水位平均下降2~3米,部分区域下降3~5米;华北平原已形成9万多平方公里的世界上最大的地下水降落漏斗区(有近7万平方公里面积的地下水位低于海平面 [31] )。 [32]

2011年10月,中央电视台报道了华北地区因过度开采地下水致华北平原形成大面积地面沉降的消息。该消息转述中国地质环境监测院官员的话说,沉降的主要原因之一,“就是过量开采地下水资源”;“华北平原地下水的开采量,占整个供水量的75%~80%”;“华北平原目前已经超采地下水1000多亿立方米,如果依靠自然循环来补充这些地下水,至少需要上万年”。 [33]

3、海水入侵

第二轮全国地下水资源评价的数据资料显示(只有这类全国性数据才能比较准确地描述“全景图像”),辽宁、河北、山东、广西、海南等沿海地区发生的海水入侵,已经呈现由点状向面状发展的趋势;海水入侵导致地下水水质恶化,造成民众饮水困难,土地盐渍化,农田减产或绝收。其中,环渤海地区海水入侵发展最为迅速,20世纪80年代末以来,平均每年增加62平方公里。

在华北平原,由于过度开采,深层地下水位持续下降,全区深层地下水位低于海平面的范围已占平原区总面积的55%(并有逐年扩大的趋势)。 [34]

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这里的历史和自然逻辑显而易见:人口过度增长导致地表水过度开发,人们转而开采地下水,人口进一步膨胀以及地表水和浅层地下水污染迫使人们超采深层地下水,然而,超采地下水所带来的一系列严重后果远远超出了人类的能力极限,因而极有可能葬送掉这些地区人类可持续发展的基础,从而也为人类今天的生存和发展敲响了警钟。

  

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《中国大困局(专题)系列文章(0-1):引言和说明》

中国大困局(专题)系列文章第5单元:水资源

中国水资源高度稀缺

中国水资源过度开发利用

◎中国地下水超采严重

 

中国大困局(专题)系列文章第6单元:近海渔业资源

◎难以想象的过度捕捞



参考文献(略)

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