首页 > 环保大家 > 北京沉降:“隐形的”地下水漏斗

北京沉降:“隐形的”地下水漏斗

作者:冯灏

北京部分区域不断下陷,地下水资源过度开采是罪魁祸首,龙笛教授表示。

南水北调工程自2014年12月通水运行以来,为北京提供了12亿立方米的水。

南水北调工程自2014年12月通水运行以来,为北京提供了12亿立方米的水。

北京作为中国首都,聚集了超过2000万人口。它地处干燥的华北地区,天然水资源补给量无法满足城市需求。积累了千万年的地下水资源正由于过度开采而大幅减少,形成地下水漏斗。原本处于水位以下的土层就像干涸的海绵,体积收缩,变得密实,城市的地面随之不断下陷。今年6月,一条“北京每年下沉11厘米”的新闻更是引起世界关注。

清华大学水利水电工程系水文水资源研究所、清华遥感大数据研究中心特聘研究员龙笛告诉中外对话,相较于空气污染,城市中的人们对于脚下的地下水资源的关注还不多。事实上,地下水与人们的日常生活息息相关,而且其恢复耗时更长、也更加困难。

中外对话(以下简称“中”):最近一段时间,国内外媒体关注北京的地面沉降问题。从你们的研究观测来看,北京的地面沉降呈现怎样的趋势?

龙笛(以下简称“龙”):谈北京地面沉降的问题,需要将其放在全球大城市发展和华北平原地下水亏损这两个背景下去分析。城市地面沉降是一种地质灾害,由于地下水的过度开采,世界主要城市都面临类似问题。例如日本东京地面沉降已累计达到2米。美国加州中央谷、意大利威尼斯、泰国曼谷、越南胡志明、印尼雅加达等都曾经或正在发生显著的地面沉陷。

中国华北平原是世界上地下水超采最为严重的地区之一,也是地面沉降最大、沉降覆盖面积最大的地区。随着近30多年来经济的快速发展,城市化进程的加快,地表水资源日益枯竭且污染程度增加,大规模高强度农业灌溉、工业和生活用水等对地下水的需求与日俱增,华北平原地面沉降呈加剧的趋势。我们和首都师范大学潘云副教授研究组对华北平原2005-2013年间131个地面观测井水位数据分析后发现,华北平原地下水漏斗的数量和深度在增加,尤其是以石家庄和天津-北京为核心的区域最为明显(图1)。在此背景下,由于地下水超采,北京部分地区近几年来的地面沉降问题日益凸显。

图1 华北平原地下水自2005年到2013年间的变化 (点击图片查看大图)

图1 华北平原地下水自2005年到2013年间的变化 (点击图片查看大图)

数据来源:清华大学、首都师范大学

中:地面沉降会对普通人的日常生活带来什么影响,普通人有必要担心吗?

龙:严重的地面沉降会造成建筑物墙体、道路、桥梁和地下市政设施(如地铁隧道)的裂缝、裂纹甚至毁坏,受损严重时不得不拆除重建,并影响古建筑和文物的保护;干扰河道排沥,加剧城市内涝。根据地质部门的监测,京津冀地区地面沉降量最大的地区发生在天津,到2012年的累积沉降量达到3.6米,这和我们对地下水位观测数据的分析结果相吻合。

从生态环境的角度,地下水漏斗的危害还包括造成河流、湖泊等地表水与地下水交换的联系被切断,地下水对地表水的补给减少,河流湖泊水量减少造成断流和干涸,对依赖地下水的生态系统造成毁灭性影响。沿海地区还会面临海水入侵风险。

另外,地面沉降是一种累进性的缓变地质灾害,其发展过程是不可逆的,一旦形成便难以恢复。

中:以地下水位监测的研究成果来看,北京市的地下水现状如何?

龙:北京市地下水的现状比较严峻。根据北京水务局发布的信息, 2000-2011年北京地下水埋深下降约9米,平均每年下降0.6-0.75米。2005年初,北京地下水平均埋深为20米,到2011年末,地下水平均埋深24.7米,平均每年下降约0.7米。但从2011年到现今,地下水埋深下降每年约0.3米,地下水埋深下降速率有所减缓。这有自然和人为因素双重影响。自然因素包括从2011-2013年间降水高于多年平均40-100毫米,浅层地下水迅速恢复;人为因素包括南水北调中线工程调水的贡献导致地下水使用量的减少。

中:在北京市水务局的网站上,搜索关键词“地下水”,大多数的水务要闻都指向同一个问题:“地下水长期超采形成的历史欠账”。为什么会存在连年的超采?

龙:北京市的人均水资源量不足100立方米,仅为全国人均水资源量的1/20和世界人均水资源量的1/80,也与国际公认的水资源安全警戒水平——人均1700立方米相去甚远。根据北京市水务局公布的数据,自2006到2011年期间,北京的年均总用水量维持在35亿立方米左右,但北京的年均可更新水资源总量大多在25亿立方米以下,在没有南水北调工程之前,差额的部分就需要开采地下水作为补充,所以北京地下水储量长期处于超负荷开采状态。

中:从水务局的公布数据来看,2015年北京地下水位出现了16年来的首次回升。南水北调工程对于地下水的回补作用究竟如何?

龙:根据北京水务局发布的消息,截至5月9日,南水北调中线一期工程(图2)入京水量累计超过12亿立方米。

图 2 南水北调工程示意图,包括中线工程(浅蓝实线)、东线工程(深蓝线段)和中线调出区丹江口水库及沿线主要城市、郑州、石家庄、北京和天津等。

图 2 南水北调工程示意图,包括中线工程(浅蓝实线)、东线工程(深蓝线段)和中线调出区丹江口水库及沿线主要城市、郑州、石家庄、北京和天津等。

2014年12月南水北调中线工程实施后,北京市地下水位下降趋势明显放缓。我们估算的结果显示:扣除地下水的季节性变化之后,2015年地下水位下降约在0.1-0.3米,比2011年以来每年下降0.3米的速度放缓。同一时期,我们利用重力卫星GRACE观测得到:在2014年降水比多年平均偏少约60毫米,且2015年降水没有增加的情况下,北京市总水储量2015年保持相对稳定,2016年初甚至出现一定程度的回升。

中:针对南水北调工程,国际国内均有诸多争议之声,您如何看待南水北调工程?

龙:我们认为南水北调工程是一项惠及人类、适合城市发展的水利工程。现阶段京津冀地区用水需求远远超过供水是客观存在的问题。人口的增长和聚集,城市化的持续进行,造成了大量的用水缺口,如何解决这个问题?之前的解决方式是开采地下水。减缓人为地面沉降就必须减少甚至停止地下水的开采。治理空气和治理水不一样,深层地下水的形成要成千上万年,就像石油一样,用一点少一点,是不可再生资源。一方面有大量用水缺口需要开采地下水进行补充,另一方面地下水超采带来地面沉降等问题,这个矛盾如何解决?在现有的经济和技术条件下,跨流域调水是解决这一矛盾的有效途径。

以南水北调工程等为代表的大型水利工程,本质上都是为了满足用水基本需求而进行的人为调控,都是为了更好地调配和利用水资源。从卫星和地面观测数据来看,南水北调工程的效益也已经初步显现。目前我们正在进一步深入评估南水北调中线工程的实施对京津冀地区地下水的影响及地下水未来的恢复程度。在可预见的未来,随着调水工程的进一步实施(预计2030年北京年调水入境量将达到18-20亿立方米)和产业结构的进一步调整,北京、天津等大城市地下水亏损及带来的包括地面沉陷、海水入侵等一系列问题将有望得到不同程度缓解。

中:除了工程调水之外,还有哪些措施可以减缓北京的地下水过度消耗?

龙:减少北京地下水过度消耗和地面沉降地质灾害应该说是一个系统工程。除了调水工程外,还有很多的工程和非工程措施,可以从增加地表水供应和减少地下水需求两个方面考虑。增加地表水供应除了调水外,还可以增加地表水存储空间,对城市雨洪资源进行充分的收集和利用;减少地下水的需求可进一步减少依赖地下水灌溉的农业,提高其用水效率。另外,对地下含水层进行更好地补给,如利用调水和丰水期的地表水对地下含水层进行回灌,建立地下水银行,只在干旱期间对平时储备的地下水进行开采等措施也是地下水可持续管理和利用的有效途径。优化产业结构,进行产业升级,减少高耗水企业,进一步提高市民节水意识也是减少北京地下水过度消耗,实现地下水可持续利用的关键。

文章来源:中外对话

原文链接:https://www.chinadialogue.net/article/show/single/ch/9219

本文版权属于有机会(www.yogeev.com)或者相关权利人享有或者共有,未经本公司或作品权利人许可,不得任意转载。转载请以完整链接形式标明出处,商业使用请联系有机会

本网转载文章旨在传播有益信息,如果本文及其素材无意中侵犯了您的版权和/或其它相关知识产权,请及时联系我们,我们在核实后将在第一时间予以删除。

  1. weibo2656227553 09/02/2016
    都来湖南吧,不缺水,环境好。