美堪萨斯高平原蓄水层或将枯竭：关注地下蓄水空间
              杨学祥

   近日刊登于美国《国家科学院院刊》上的一项研究提示，如果目前的灌溉趋势持续下去，那么储存在美国堪萨斯州高平原蓄水层中近70%的水将会在50年内耗尽。

   我在2004年3月30日指出，地下水污染和枯竭一方面说明我国水资源危机的现状，另一方面也表明有巨量地下蓄水空间未被利用。2000年以来，我多次呼吁：利用一切最先进的技术，最大限度地提高地下水位，扩大地表蓄水面积，退田还湖，退田还林，已是刻不容缓的应急对策。这是多数专家的共识，至今收效甚微，关键在于经济政策不到位：抽取地下水受经济利益驱使，明令禁止也无济于事；补充地下水是一种公益事业，国家不出资鼓励，个人无力解决[3-8]。

相关报道：
 
美堪萨斯高平原蓄水层或将枯竭
 
作者：David Steward 来源：PNAS 发布时间：2013-10-8 15:13:18

 
美堪萨斯高平原蓄水层即将枯竭。
 
图片来源：co.water.usgs.gov
 
近日刊登于美国《国家科学院院刊》上的一项研究提示，如果目前的灌溉趋势持续下去，那么储存在美国堪萨斯州高平原蓄水层中近70%的水将会在50年内耗尽。
 
地下水为支持农业生产提供了一个可靠保障，但是持久蓄水层耗竭将威胁未来水资源的可持续性。高平原蓄水层提供了美国30%的灌溉用地下水，其中堪萨斯州的高平原蓄水层占据了重要份额。
 
堪萨斯州立大学土木工程系的David Steward及其同事，使用在观测井测得的地下水位历史数据开发了一个模型，从而预报了堪萨斯州西部地下水的减少情况。他们还评估了地下水开采的减少，可能对玉米和牲畜业生产的影响。研究人员估计，在1960年，这个蓄水层中只有3%的水得到了利用，而到2010年，有30%的水已经被耗尽，另外39%预计将到2060年消失。
 
Steward研究小组报告说，一旦水量耗尽，这个蓄水层可能需要平均500到1300年才能再次完全充满。尽管堪萨斯州西部的地下水开采，将不可避免地在未来15到20年内开始减少，但由于用水效率的不断提高，研究人员预测称，玉米和牲畜的产量很可能增加，而且这种增加会持续到2040年前后。
 
另外，论文作者还评估了几种假定的减少用水的情境，并且提出立即增加节水，能拓展这个蓄水层的可用寿命，并从现在到2110年使得农业净产量增加。“社会目前有机会进行一些对未来可持续发展和宜居性有巨大作用的改变。”Steward表示。（来源：中国科学报 张章）
http://paper.sciencenet.cn/htmlpaper/201310815131848830141.shtm

填补河北两地下漏斗：关注地下蓄水空间
已有 1319 次阅读 2008-4-2 06:40 |个人分类:科技点评

据石家庄新闻网——燕赵晚报报道，河北人均水资源量307立方米，仅为全国平均值的1/7，每年不得不超采地下水。目前，超采面积已逾4万平方公里，分布着21个大小不等的漏斗，其中以沧州漏斗和冀枣衡这两个深层地下水漏斗最严重，程度世界罕见。专家大胆设想，引长江水回注地下漏斗，既节约资金，又可减少地质灾害。两年后，南水北调，30亿立方米长江水将从“天”而降。专家设想，引长江水回注地下漏斗，既可以节约修建调节水库的巨额资金，又可以治理我省的地下漏斗，减少地质灾害[1，2]。

关注地下蓄水空间

我在2004年3月30日指出，地下水污染和枯竭一方面说明我国水资源危机的现状，另一方面也表明有巨量地下蓄水空间未被利用。2000年以来，我多次呼吁：利用一切最先进的技术，最大限度地提高地下水位，扩大地表蓄水面积，退田还湖，退田还林，已是刻不容缓的应急对策。这是多数专家的共识，至今收效甚微，关键在于经济政策不到位：抽取地下水受经济利益驱使，明令禁止也无济于事；补充地下水是一种公益事业，国家不出资鼓励，个人无力解决[3-8]。

由于人口逐年增多，扩大地表蓄水面积的可用空间有限；而地下水位的不断降低，为蓄存地下水开拓了巨量的可用空间。地表水可明确所有权；地下水流动去向不明，所有权难以界定，只能由国家统管。国家在丰水年通过回灌井提高地下水位，以备枯水年急需，企事业单位和个人抽取地下水均需按用水量交纳回灌费，这相对地下水位降低所造成的水井报废而言，既经济又安全。各地根据地形地貌和地下蓄水构造特征，建立蓄水塘和回灌井，在丰水期将水贮存在地下，以备枯水期使用。水存于地下，不易蒸发，比地表蓄水有更高的经济价值。地下水的维护、生产和开发，将形成一个大有发展前途的淡水产业，可将在洪水期白白排入大海的淡水充分应用起来，暂存于地下，使地下水位保持在合理高度之内[3-8]。

自然蓄积地下水的速度太慢，人工蓄积地下水的事业大有前途。它不仅可以避免地下水位降低产生的各种灾害，而且可以扩大大陆的蓄水空间，形成可靠稳定的淡水资源。如此利国利民的绿色产业，必须引起相关部门和有识之士的高度关注[3-8]！

河北水利专家建议，利用南水北调引长江水回补地下漏斗；这一大胆设想是解决河北缺水的良方，我们必须认真对待、充分讨论、缜密设计、科学调度、合理利用和有效管理。这是关系我国水资源合理利用的百年大计。以下问题值得研究。

               自然补水的规模和速度难以满足实际需求

有关部门最新分析数据表明，今年上半年，河北省可供水量持续减少，水资源供需比仅为0.67，缺水51.28亿立方米。其中以唐山市缺水10.77亿立方米为最多，省会石家庄缺水居第二位。为了满足各地对水资源的需求，今春，河北不得不继续超采地下水。石家庄市水利局有关专家曾表示，石家庄浅层地下水正以每年1米的速度下降，个别地点埋深已达50多米。“如不采取有效措施，10～20年内地下100米以上含水层基本抽干。”目前，河北省平原区浅层地下水距地表已达15.7米，2007年地下水蓄存量比上年减少了22.27亿立方米。地下水位下降造成了地面沉降、咸水入侵等问题。目前，河北深层地下水超采面积已逾4万平方公里，分布着21个大小不等的漏斗。据有关统计报告显示，河北平原地区已发现地裂482条，影响到近7个地区的近70个县市。其中以沧州漏斗和冀枣衡这两个深层地下水漏斗为最，严重程度世界罕见。像天津、德州、沧州的地下漏斗，几乎连成了片。因为深层地下水开采过于严重，想要补上很难[1]。

由抗大旱急剧转到抗大涝，由极度缺水突然变为洪水灾难，大自然的恶作剧不仅在考验人类的忍受程度，而且在检验人类的调控能力。旱魔肆虐，天灾还是人祸？

抗旱打井，抗涝排洪，这是人类传统的抵抗自然灾害的方法。其结果是导致地下水和地表水资源的日渐枯竭，全球土地沙漠化不断加剧。

研究表明，差不多30%的热带雨林降水通过林木的根和叶得到再循环，砍伐林木会造成类似引发撒哈拉现象这样的恶性循环。在自然界的旱涝循环中，雨期把大陆变成到处是沼泽湖泊，地下水也得到最大限度的补充。旱期到来的时候，动植物就可以靠丰富的地表水和地下水来维持生存，直到下一个雨期。人到来之后，与淡水争夺生存空间。旱期排水造田减少了陆地蓄水面积，雨期为保护农田则修堤筑坝，让淡水沿江河白白流回大海。久而久之，地表水被排尽，地下水被抽干，它们都得不到自然的补充而失去流动与自净化能力。水草肥美的草原最终变为沙漠。自然界是生涝以备旱，人类是排涝以生旱。违反自然规律必然受到自然的惩罚。不仅撒哈拉地区是这样，中国的沙漠随都城的东迁而东移，埃塞俄比亚首都随土地沙漠化和干旱而八次南迁，都表明人类活动加剧了土地沙漠化。其主要原因是大面积热带雨林、地表水和地下水遭到严重破坏，使植被失去了生存的基础。要恢复自然界的旱涝平衡，就必须给人类生存必需的物质—淡水、空气和其它生物留有足够的存在空间，如中国目前实行的退田还湖、退田还林的措施。变排水工程为蓄水工程，这是水利工程建设在新形势下的必然转变。

中国和世界历史都有关于创世之初发生大洪水的记载，大禹治水是变堵截为疏导而获得成功的典型范例。疏导意味着大量地表水白白地流归大海，他虽然给人类留下了大量陆地空间，但最终导致地表水的流失和沙漠化的逐步发展。在人类的自我保护意识中，排涝保护农田是自身生存的需要，随之而来的沙漠化却同样威胁人类的生存。这样看来，大禹治水的成功恰恰表明人类对沙漠化负有责任。恩格斯曾对人类盲目的实践作过精彩深入的分析：“我们不要过分陶醉于我们对自然的胜利，对于每一次这样的胜利，自然界都报复了我们。每一次胜利，在第一步都确实取得了我们预期的效果，但是在第二步和第三步却有了完全不同的、出乎意料的影响，常常把第一个结果又取消了。美索不达米亚、希腊、小亚细亚、以及其他各地的居民，为了得到耕地，把森林都砍光了，但是他们夢想不到，这些地方今天竟因此成为不毛之地，因为他们使这些地方失去了森林，因而也失去了积聚和贮存水分的中心。”这一精辟的分析同样适用于人类对洪水的胜利。土地沙漠化是自然界对人类破坏地表水资源的惩罚。我们必须改变与水源争地的旧观念，在相互依存中求得发展[4-9]。

地下水的自然补充需要周期性的洪水泛滥和广袤的地表蓄水面积：河流、湖波、沼泽、湿地。人类与蓄水争地的趋势已经不可逆转，要恢复大面积蓄水地表面积已经难以实现，利用地下空间蓄水是唯一可行方案。自然蓄积地下水，是通过地层渗漏，速度慢，时间长。人工地下蓄水可通过深水井回灌，与开采地下水的速度相同。

“地下水库”的蓄水条件利弊分析

首先，利用地下空间蓄水即可涵养地下水源，又可不增加地表蓄水面积，减轻人水争地的矛盾。按照南水北调工程总体规划，两年后，中线工程将全线完成。按照规划，5年内，河北省将调蓄30亿立方米长江水，补充城市生活及工业用水。引水工程惠及18个县级市、70个县城、11个省级以上重点工业区、4个市级重点工业区以及2个农场等112个供水目标。作为地表水体调蓄的主要手段，目前我省现有的地表水库，由于库容有限，并不能完全解决水资源的丰枯调节问题。要迎接30亿立方米的调水量，还需要新建二三十个平原小水库，预算投资需300多亿元。为此，省水利专家河北省水文水资源勘测局总工程师，“河北省利用地下水库调蓄引江水可行性分析报告”课题负责人刘克岩提出了一个大胆设想――利用“地下漏斗”建地下水库调蓄长江水资源。

其次，污水渗透到地下比流到河流湖泊的速度相对减慢，地表水比地下水更容易受到污染。回灌井可人工控制，污染发生时可关闭回灌井，防止污染水进入地下。因此，地下蓄水比地表蓄水更安全。

第三，地表水特别是水库的蒸发量是很大的，相比之下，地下蓄水可避免蒸发损失。

第四，要避免和预防地下河道和漏水层的水量流失。河北省目前已形成面积近4万平方公里的罕见的“地下漏斗群”。这个漏斗群有着几百亿立方米的空间，其中可以用来调蓄水资源的空间有七八十亿立方米。而且，太行山前平原区各河道渗透能力强，地下水含水层疏干后，具备了理想的储水空间和储水地质边界条件，相当于现有大中型水库总库容的4倍。在此基础上建地下水库优势得天独厚。不过，这些疏干的含水层未必是完全是封闭的，特别是古河道直通大海，可能导致地下水的大量流失。因此，在利用地下空间蓄水之前，必须探明地下地层结构，将水蓄存在封闭的地下空间。

第五、要建立完善严格的地下水蓄积、利用和回灌制度，保障用水的可持续性和安全性。

参考文献

1．  清泉。河北两地下漏斗世界罕见 专家设想用长江水填补。2008年03月31日01:29 来源：石家庄新闻网——燕赵晚报。http://news.sohu.com/20080331/n255996648.shtml

2．  清泉。河北两地下漏斗世界罕见 专家设想用长江水填补。2008年03月31日01:29 来源：石家庄新闻网——燕赵晚报。http://news.sohu.com/20080331/n255996648_1.shtml

3．  杨学祥.关注地下蓄水空间 (2004-3-30) .光明网.光明观察。http://www.gmw.com.cn/03pindao/guancha/2004-3/30/1170001.htm

4．  杨学祥. 气候波动周期、沙漠化与人类知识结构. 中国学术期刊文摘, 2000,6（8）：1003-1005

5．  杨学祥. 全球变暖、构造运动与沙漠化. 地壳形变与地震. 2001, 21（1）：15-23

6．  杨学祥. 冷静看待人类对自然界的胜利. <人民政协报>, 2001年9月4日第6版

7．  杨学祥. 土地沙漠化——全球性环境问题. 科学新闻周刊. 2000,（46）：18

8．  杨学祥. 中国北方干旱趋势与水资源开发利用. 科学新闻周刊. 2001, （32）：14

9．  杨学祥，杨冬红。解决中国北方干旱问题的百年机遇。2005-1-31光明网论文发表交流中心。http://www.gmw.cn/03pindao/lunwen/show.asp?id=2917

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