华北成为全球空气污染最严重地区成因：大风和缺水

                                            杨学祥，杨冬红

据新华社电 昨日（3月12日）是第35个植树节，河北称今年将完成义务植树1亿株，全年完成造林绿化420万亩。这被认为是这个在地理位置上环绕首都北京和直辖市天津的省份，在净化环境、应对雾霾天气方面的最新举措。在这之前的两个月里，包括河北省在内的京津冀区域出现了本世纪以来最严重的持续空气污染事件，据中国科学院大气物理研究所监测数据统计，今年1月份京津冀共发生5次强霾污染。北京大学环境科学与工程学院有关专家表示，华北地区已是全球空气污染最严重的地区之一。河北省长张庆伟透露，京津冀正在加紧完善大气污染联防联控新机制，三地将携手应对重雾霾天气。他说，河北省正在采取产业结构调整、能源结构调整以及加强绿化等措施防治大气污染[1]。

京津冀发生强霾污染的关键在缺水，干旱、地面沉降、沙尘暴、雾霾等灾害是水资源短缺的必然结果，这是严重雾霾出现在北方缺水区而不是南方多水区的根本原因。

美国国家航空航天局（NASA）2010年9月公布了一张全球空气质量地图，专门展示世界各地PM2.5的密度。加拿大达尔豪斯大学的两位研究人员根据NASA的两台卫星监测仪的监测结果，绘制了一张显示出2001年至2006年PM 2.5平均值的地图。在这张图上红色（即PM2.5密度最高)，出现在北非、东亚和中国。中国华北、华东和华中PM2.5的密度，指数甚至接近每立方米80微克，甚至超过了撒哈拉沙漠。在这张2001-2006年间平均全球空气污染形势图上，全球PM2.5最高的地区在北非和中国的华北、华东、华中全部。世界卫生组织(WHO)认为，PM2.5小于10是安全值，而中国的这些地区全部高于50接近80，比撒哈拉沙漠还要高很多。

PM2.5高密度地区的全球分布有四大特征：其一、集中在陆半球，而不是水半球；其二、集中在连成一片的内陆地区；其三、集中在北纬30度线附近，特别是以北纬30°线以北地区的污染物浓度最大，全球PM2.5最高的地区在北非和中国的华北、华东、华中全部；其四、全球PM2.5最高的地区伴随最大的陆地地震带——欧亚地震带走向分布，而最大的环太平洋地震带因为频临海洋，所以PM2.5浓度增大不显著。2001-2006年间平均全球空气污染形势图显示，PM2.5高密度地区分布北半球的北纬14°~ 40°之间内陆地区，表明高温干旱是重要因素[2]。

地球排气是地热释放和雾霾形成的自然原因，污染和浪费水资源是雾霾形成的人为因素。

    维持大城市的物质消耗随着现代化的需求而成几何级数增长，城市用水短缺仅仅是最敏感的问题之一。交通拥挤、用地紧张、服务设施配套等等，迫使城市不断扩大。如不及时限制，后果不堪设想。即使大城市保持现有的人口规模，随着生活条件和居住条件的改善，私人轿车的增加，淡水的需求量也会成倍增加。

　　水利部门的资料显示，拒马河流域目前是河北省严重缺水的地区之一，而河北省也已成为全中国最缺水的地区之一。全省多年平均水资源量为203亿立方米，人均水资源占有量为311立方米，是全国平均值的1/7，不及国际上公认的人均1000立方米缺水标准的1/3，甚至比不上以干旱缺水著称的中东和北非地区。同属海河流域的北京和天津情况更糟，目前北京人均占有用水量不足300立方米，仅为全国平均水平的1／8。

　　目前，整个海河流域的水资源形势相当严峻。据统计，全流域水资源总量372亿立方米，在全国七大流域中，海河流域人均水资源量最低，仅305立方米。因为地下水超采，目前华北已经形成世界上最大的漏斗群。整个河北省已形成21个漏斗区，总面积达4万平方公里左右。

20年来，北京人口由800万增至近1400万，国内生产总值从300多亿元增长到近3000亿元，地表水资源严重匮乏导致地下水严重超采。截至目前，全市地下水累计超采60亿立方米，可供开采的地下水已经十分有限。自1997年以来，河北省连续7年大旱，水资源持续减少。目前河北全省年用水量平均达230亿立方米，供水量只有170亿立方米，之间的缺口只能靠超采地下水来补充。有专家估计，如果没有外调水的情况下，河北2005年和2010年仍将缺水57.3亿立方米和61.8亿立方米。海委会一位官员坦承，由于水资源的紧张，北京、天津、河北三地之间都出现了规模不等的水事纠纷[3]。

据中国工程院院士、中国矿业大学教授卢耀如介绍，由于过量开采地下水，河北省现在形成的20多个地下水漏斗区已基本连成一个特大的地下水降落区。地下水下降导致地面沉降，进而造成地下水污染。记者从河北省水利厅了解到，河北省地下水漏斗区面积约4万多平方公里，属严重的资源型缺水省份，全省人均水资源量307立方米，为全国平均值的七分之一。全省年水资源可利用量不足170亿立方米，而目前总用水量在200亿立方米左右[4]。

　　华北地区最严重的沉降地区包括河北省沧州市和衡水市、山东省德州市、天津、北京以及河南省部分城市，这些地区最近十几年内沉降高度有的甚至超过了3米。从上世纪八十年代开始，整个华北平原上的河道里几乎都没有水。从1980年和2010年的华北平原卫星地图上可以看到，华北地区所有的河道几乎都显示为白色，即为干涸[5]。

水资源短缺与强雾霾有很好的对应关系，不解决水资源短缺，治理雾霾就是一句空话。

参考文献

1. 专家称华北成为全球空气污染最严重地区之一。来源：新京报 发布时间：2013-3-13 13:29:36 http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2013/3/275606.shtm

2. 杨学祥，杨冬红。全球空气质量地图揭示的PM2.5自然因素。2013-2-11 10:44 |科学网。http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-661113.html

3. 杨学祥。北方严重旱灾为大城市发展亮起了红灯！ 2009-2-17 15:46 科学网。 |http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-215584.html

4. 杨学祥。抽取地下水会引发灾难性地震和河北20余个地下水漏斗区。2012-10-23 13:37 科学网。http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-625377.html

5. 周彤。华北地区地面沉降连成一片。发布时间：2012-11-20。《地球》2012，01-02（189-190）http://kjxxweb.hebgt.gov.cn/index.do?id=2816&templet=content&cid=88

相关资料：

华北地区地面沉降连成一片 

(浏览次数：65 发布时间：2012-11-20 )

华北地区地面沉降连成一片

周彤

    华北地区最严重的沉降地区包括河北省沧州市和衡水市、山东省德州市、天津、北京以及河南省部分城市，这些地区最近十几年内沉降高度有的甚至超过了3米。从上世纪八十年代开始，整个华北平原上的河道里几乎都没有水。从1980年和2010年的华北平原卫星地图上可以看到，华北地区所有的河道几乎都显示为白色，即为干涸。

河北省：灾害最重

    现在，河北省几乎每个城市都有地面沉降的问题，只是程度不同，其中最严重的是沧州，其次是衡水。

    河北省地面沉降始于上世纪70年代大打机井。几十年前的河北，并不是一个缺水的省份，地下水水位也很浅。上世纪50年代，河北省水浇地只有1100万亩，现在已达7000多万亩。此外，还有气候变化、人口增长、经济发展等多方面的因素，造成全省用水量激增。

    与上世纪50年代相比，全省平均气温上升1．4摄氏度，年均降雨量减少120毫米。上世纪50年代，河北省用水量是40亿立方米，1998年达到229亿立方米，现在一般为年200亿立方米。上世纪50年代河北省人均水资源量是1000多立方米，但现在只有不到200立方米。目前河北省的机井数量达80多万眼，这些打在大地上的“抽血管”直接造成地下水水位下降，最后形成“漏斗区”和地面沉降区。

    河北省东部平原由于长期大量超采地下水，地下水位普遍下降四十至六十米，已经形成了沧州、青县、黄骅、任丘、廊坊、霸州、冀(县)枣(强)衡(水)等七个地下水位降落漏斗区，漏斗总面积达四万三千九百一十五平方公里。

    如今的河北，形成了沧州、泊头、任丘、河间、献县、冀枣衡、饶阳、唐海、廊坊等9个地面沉降中心。地裂缝重点分布在沧州、衡水、廊坊等地的古、现代河道和农灌区及地面沉降边缘地带，矿山采空区周围也会不同程度地发生地裂缝。

京津地区：态势不容乐观

    由于人口压力，长期过量开采地下水，京津地区地下水位大幅度下降，引起地面沉降。

    目前北京市平原地区已形成大小不等的5个沉降区，最严重的地方地表每年下沉20至30毫米，已经影响到城市建设的布局与规划。截止到1999年，北京市累计地面沉降量大于50毫米的地区达到2815平方公里，其中1826平方公里的地区累计沉降量超过了100毫米，104平方公里范围的累计沉降量甚至超过了500毫米，最严重处，地面累计下沉了约722毫米。

    北京地区发生地面沉降的区域主要在东南北三个方向，西郊不存在下沉情况。这主要因为西郊的地层中大的软砾石比较多。这种颗粒没有压缩性，有压缩性的地层是下沉的关键，所以这种层位的水最好不要抽取，只要人为控制这些层面的地下水开采，就会使下沉的速度减慢。

    北京市主要沉降中心为东八里庄一大郊亭、通州区、朝阳区来广营、场合沙河—八仙庄、顺义平各庄、大兴区，最大累计沉降量分别为0．75米、0．487米、0．608米、0．798米、0．41米、0．791米。

    多年来，天津市区持续沉降，主要沉降地区为塘沽，汉沽，市区，武清等区，最大累计沉降量也达到了三米以上；已形成河北大街、北站外、河东大王庄和大直沽-陈塘庄四个沉降中心，至1985年四个沉降中心累计沉降量分别为2．39米、2．34米、2．37米和2．25米，年沉降速率平均约100毫米。

    至1998年，累计沉降量最大的地区为北运河、子牙河及新开河交汇地区，累计沉降量大于2．5米的面积为3．2平方公里，中环线内累计沉降值已大于1．5米。1985年～2005年，天津累计地面沉降量最大达2．93米，累计地面沉降量超过1000毫米的面积达623．88平方公里，占总面积的30．37％。沉降速率为29．99mm／a。近年来，外环线以外地带沉降量呈增大趋势，其中西青区98年平均沉降值69毫米，最大后桑园沉降103毫米。

    为治理地面沉降，天津市政府自1986年始至1997年实施四期三年控沉计划。1998年为第五期实施计划的第一年，在一定程度上遏制了地下水开采，但仍不能完全防治沉降。

河南、山东：若不控制必成大患

    由多名专家评审通过的“河南省主要城市环境地质调查评价”结果显示，地下水开发利用造成河南省11个主要城市地面沉降，降落漏斗总面积达1247．17平方公里。

    调查发现，河南省多数城市地下水资源短缺，水质型缺水区分布面积接近50％。据采集的466组地下水样分析，未污染占32．4％、轻微污染占37．56％、中等污染占14．16％、严重污染占15．88％；盆地型城市洛阳、济源、登封等城市污染较轻，山前及平原型城市污染严重。由于水资源短缺和水污染问题，河南省大量开采地下水，引发了一系列地质环境问题，14个城市中11个城市存在降落漏斗，总面积达1247．18平方公里。

    同样为我国农业大省的山东省，沉降灾害也不容小觑。由于近几年的沉降灾害已从单独现象发展为区域灾害，山东北部也出现了不同程度的地面沉降，山东省德州地区最大累计沉降量也达到了0．936米。

75％用水需地下水支撑

    地面沉降的原因包括人为因素和自然因素，自然因素因区域不同表现出不同的特点。目前华北平原75％以上的用水需求靠地下水支撑，每年开采量达206亿立方米。华北地区一直存在一个20～30年的干旱周期，上世纪90年代时期，整个华北经历了一个枯水期。这也会导致地下水位的降低。

    但更重要的还是人为因素。随着人口增长、城市化发展，工农业用水增加，地下水开采量随之增长。1900年石家庄不过是几个大村庄的联合体，1950年人口不过30万，但到了2011年，石家庄的总人口已暴增至1000万，城市用水量陡然升高。此外，过多的建设项目也使地下水资源遭到破坏。

    高尔夫球场一直被人称作“抽水机”，一个标准18洞的球场，平均每天耗水至少2000立方米。渤海新区是华北地区发展的重点地区，庞大的用水量也同样地困扰着这一地区。许多企业在园区里打井，这些自备井抢走了大量的地下水资源。而偌大的渤海新区只有一个日产淡水3万吨的海水淡化项目，这对于庞大的产业园来说，少得可怜。

    华北地区对于地下水的掠夺不仅仅于此，农业疯狂的利用地下水进行灌溉也成为了地下水资源的“致命伤”。据研究，华北平原的农业一年耗水量高达870毫米，而多年平均降雨量只有500毫米左右，这多出来的370毫米，都依赖地下水的补足。

    数据显示，在华北平原，农业用水占到地下水开采量的70％以上。由于水资源的日益紧缺，尽管华北的粮食绝对产量仍在增长，但已接近增长的天花板。在其它地区粮食产量大增的情况下，华北的粮食产量在全国粮食总产量中所占份额却在下降。在上世纪七八十年代，黄淮海平原的粮食产量曾占全国粮食总产量的30％，到近年下降到约22％，已经下降了10％。

    以上种种因素，华北平原由过去的个别地方沉降，发展到现在的河北大部分地区、京津地区、河南以及山东北部呈整体下沉的趋势。

《地球》2012，01-02（189-190）

http://kjxxweb.hebgt.gov.cn/index.do?id=2816&templet=content&cid=88