水利工程論文-發(fā)揮南水北調(diào)的生態(tài)效益修復(fù)華北平原地下水摘要：該文闡述了南水北調(diào)工程對修復(fù)華北平原地下水枯竭的潛在生態(tài)效應(yīng)。華北平原是我國最大的沖積平原之一，由于城市與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，華北平原的地下水被大量超采，使地區(qū)的地下水位每年平均下降0.51.0m，并導(dǎo)致了一系列的生態(tài)、環(huán)境問題，諸如干化缺水、地面下沉、海水入侵等。為了挽救地下水資源和修復(fù)生態(tài)，筆者認(rèn)為調(diào)水實現(xiàn)后可望利用南水北調(diào)中線與東線長期向北方輸水的效應(yīng)，實現(xiàn)對地下水的回補,并提出了技術(shù)與體制的框架。關(guān)鍵詞：華北平原水資源短缺南水北調(diào)地下水修復(fù)華北平原（黃淮海平原）位于中國東部沿海，北緯3240，東經(jīng)100200之間，是中國政治、經(jīng)濟(jì)、文化的中心地帶。其工業(yè)總產(chǎn)值約占全國的1/5，糧食產(chǎn)量約占全國產(chǎn)量的1/7，人口密集，約占全國總?cè)丝诘?/10。華北平原地處半干旱、半濕潤氣候帶，由于受大陸性季風(fēng)氣候的影響，水資源較為緊缺。年降水量從南部的800mm向北部的500mm過渡，且主要集中在夏季。華北平原人均水資源量只有450m3，是中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中受水資源制約最嚴(yán)重的地區(qū)之一。華北平原水資源的一個主要特征是:地下水較為豐富，80的降水入滲地下成為地下水，不論是農(nóng)田灌溉或城市供水，地下水均占主要地位。自20世紀(jì)60年代以來，由于大力開發(fā)地下水，許多農(nóng)田實現(xiàn)井、渠雙保險，對抗旱保收、促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)，發(fā)揮了重要作用。地下水作為城市主要供水水源，對促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)和城市建設(shè)，也發(fā)揮了積極作用。但是強(qiáng)烈的超采地下水造成大面積的降落漏斗，導(dǎo)致水資源枯竭，誘發(fā)一系列嚴(yán)重的生態(tài)、環(huán)境問題，實質(zhì)是危機(jī)。1地下水資源量分布及其開發(fā)利用狀況華北平原總的地下水淡水可開采量為191.61108m3/a，(表11)。但據(jù)1990年統(tǒng)計，實際地下水開采量要大很多，表2是華北平原地下水主要開采區(qū)北京、天津及河北平原的可開采資源量與實際開采量的對比結(jié)果。華北平原大規(guī)模開采地下水始于20世紀(jì)60年代。機(jī)電井的數(shù)目由20世紀(jì)60年代的1800眼猛增至1997年的700000眼。與此同時，淺層地下水年開采量由20世紀(jì)60年代的388.5萬m3上升到20世紀(jì)70年代的791.3萬m3和1985年到1997年多年平均的1057.9萬m3。持續(xù)的地下水過量開采導(dǎo)致了華北平原地下水位的下降。根據(jù)河北平原600眼淺層地下水觀測井的資料分析，地下水位的平均埋深由1983年的7.23m下降到1993年的11.52m，年平均下降0.43m2，3。地下水灌溉是確保華北平原農(nóng)業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)的關(guān)鍵所在。灌溉面積的擴(kuò)大和城市化的迅速擴(kuò)展導(dǎo)致了地下水資源的大量開采。在河北平原，淺層地下水年平均開采量由20世紀(jì)60年代的388.5萬m2增加到70年代的791.3萬m3，19801997年的平均值更是猛增到1057.9萬m3。自20世紀(jì)70年代以來，河北平原的東部地區(qū)開始過量開采深層地下水，據(jù)統(tǒng)計，從1980到1998年，累計過量開采深層地下水29.8萬m3。這一現(xiàn)象在華北平原的其它地方同樣存在。到1993年，華北平原大部分地區(qū)的地下水開采率已經(jīng)接近150，部分地區(qū)已經(jīng)超過150，這種情況還在日益加劇。根據(jù)華北平原主要地區(qū)（河北、山東、河南、內(nèi)蒙古、北京、天津）近5年（19972001年）供水量變化分析，地下水占總供水的比重由1997年的53.9提高到2001年的58.9，以每年1的速度遞增?？梢灶A(yù)見，如果氣候持續(xù)干旱和地表水繼續(xù)減少，地下水的開采占總供水的比重會持續(xù)增加，華北地下水危機(jī)將會面臨更加嚴(yán)峻形勢。2超采地下水的負(fù)效應(yīng)由于超采引發(fā)的地下水環(huán)境的改變，導(dǎo)致了一系列環(huán)境地質(zhì)問題，如地面沉降、地面塌陷、咸水及海水侵入淡水含水層以及地下水水質(zhì)惡化等。以地面沉陷為例，河北平原中東部地區(qū)，自20世紀(jì)70年代以來，因深層淡水的大規(guī)模開采，已導(dǎo)致大面積的地面沉降。據(jù)1995年統(tǒng)計，沉降量大于0.2m的面積為42120km2，沉降大于0.5m的面積為6340km2,沉降大于1.0m的面積為755km21。北京東郊、天津、滄州、冀棗衡、德州等地漏斗已連成一片，造成了北京、天津、滄州等城市地面沉降。天津市尤為嚴(yán)重，累計沉降大于1.5m的面積已達(dá)112km2，市區(qū)漏斗中心沉降已達(dá)2.69m。由此可見，地下水環(huán)境的負(fù)面演化對人類生態(tài)環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展都會產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。長期持續(xù)的地下水過量開采，導(dǎo)致了華北平原淺層和深層地下水位的下降。過去30年間，華北地區(qū)山前平原的大部分農(nóng)村地區(qū)甚至沖、洪積扇的平原部分地區(qū)，地下水位下降超過了15m。在城市和井灌區(qū)，地下水位的下降幅度大于其他地區(qū)。華北平原地下水枯竭地區(qū)分布非常廣泛。地下水開采量的迅猛增加，不僅造成了地下水位的下降，也使地下水流場發(fā)生了巨大變化。華北平原（河北）開采的是第、含水組的淺層淡水和第含水組的深層淡水。據(jù)華北平原（河北）長期觀測資料分析，地下水流場已發(fā)生不利的變化。19751995年間，河北平原區(qū)域地下水位急劇下降，其中淺層地下水位由平均5.88m降至11.88m，深層地下水位由平均7.37m降至30.25m。形成了石家莊漏斗、冀棗衡漏斗、滄州漏斗等十余個大小不等的淺、深層漏斗，或淺、深層疊置的地下水位降落漏斗，漏斗面積占河北平原總面積的20。由于人類的過量超采地下水，加劇了地下水系統(tǒng)的水分循環(huán)，人為環(huán)境物質(zhì)通過大氣土壤地表水系統(tǒng)對地下水環(huán)境的輸入，使地下水（特別是淺層地下水）容易遭受有毒、有害物質(zhì)的污染；同時，隨著城市污水、工業(yè)廢水的排放及污水灌溉，造成了地下水水質(zhì)污染。據(jù)最新統(tǒng)計，大約50的地下水含水層遭受了不同程度的污染。華北平原的沿海地帶，由于過量開采地下水導(dǎo)致的地下水位的下降，使得咸、淡水界面向陸地推進(jìn)。20世紀(jì)70年代以來，華北地區(qū)膠東出現(xiàn)海水入侵，以后逐漸加劇，80年代達(dá)到高峰。3南水北調(diào)重大生態(tài)效益之一在于對地下水回灌的作用從1970年開始，我國就已開始進(jìn)行人工回補地下水的試驗。華北平原古河道十分發(fā)育，有巨大的地下蓄水庫容或場所。適用的地下水回補技術(shù)主要包括地面入滲、回補池、回補渠，泄洪和鉆孔注水等，可用的回補水源包括河川徑流、洪水徑流。但是苦于華北平原的河川徑流、洪水徑流非常少，巨大的地下蓄水庫容無水可裝。按“有河則干”與“有水則污”的說法，即使有水也是污水，不可用于回灌。南水北調(diào)實施后，將為華北地區(qū)提供大量的水源，不僅為城市、工業(yè)供水，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展，而且還為地下水的回灌提供了條件。根據(jù)南水北調(diào)規(guī)劃設(shè)計5確定的調(diào)水規(guī)模，東線工程與中線工程分別從長江下游和長江中游漢江引水，它們的最終規(guī)模分別是148億m3和130億m3，共計278億m3，相當(dāng)于海河片現(xiàn)狀供水量的40左右，相對而言，新增供水的數(shù)量將不算少?？紤]到南水北調(diào)工程完工以后，長期向華北輸水的作用，干渠沿岸與沿渠的引水區(qū)，地下水將會得到滲水的回補。雖每年滲水?dāng)?shù)量不大，但年復(fù)一年地長期回補能使原來被超采的地下含水層逐漸恢復(fù)。這是一個自然而漫長的過程，其潛在效應(yīng)不可忽視。應(yīng)當(dāng)計入南水北調(diào)工程的生態(tài)、環(huán)境效應(yīng)中?，F(xiàn)行的南水北調(diào)工程供水對象主要是城市與工業(yè)。但值得提出的是，城市生活與工業(yè)生產(chǎn)用水相對農(nóng)業(yè)灌溉用水來說，對水量的消耗是非常低的。城市工業(yè)的廢污水?dāng)?shù)量一般要占?。ㄐ拢┧康?0左右。按東、中線最終調(diào)水的規(guī)模計算，將來廢污水的排放量估計可以達(dá)到120億m3左右。這一可觀數(shù)量廢污水必將要預(yù)處理回收，可作為再生水加以利用：一部分用作城市的雜用水和工業(yè)的回收重復(fù)利用；另一部分用于回灌地下水