华北地下水超采亟待控制
当前，我国华北平原地下水超采问题引发各方关注，亟待解决。中国和瑞士两国在这方面开展了相关合作，特别是在河北省馆陶县开展了合作项目，取得了一定的进展。本报记者特采访项目参与专家金士博，对地下水超采问题进行深入探讨。
对话人：中瑞合作项目“应对气候变化地下水含水层超采治理与管理战略”主持者金士博
金士博（WolfgangKinzelbach）教授，获得德国卡尔斯鲁厄大学环境工程博士学位。曾在德国卡塞尔大学和海德堡大学分别担任水力学与水文学教授和环境物理学教授，在瑞士苏黎世联邦理工学院担任流体力学学与地下水专业教授。自2014年起，主持并领导中瑞合作项目“应对气候变化地下水含水层超采治理与管理战略”。致力于水流与溶质运移过程的基础研究及在水资源管理、污染控制修复与核废料隔离方面的应用研究，已出版学术著作5部。
采访人：本报记者刘蔚
对解决华北平原地下水超采问题有什么建议？
■减少小麦种植面积，采取滴灌节水措施等。
中国环境报：当前，我国华北平原的地下水超采问题亟待解决。您是这方面的专家，对此有何建议？
金士博：中国华北平原地下水超采问题是由于20世纪70年代实行的集约化农业生产造成的。在此之前，这个地区主要种植一年一季作物，年降雨量约600毫米，足够满足一季粮食作物的生长需求。由于中国人口不断增长，为了保证粮食安全，当地开始采用冬小麦和夏玉米的两季种植。自然降雨量不能满足两季作物的用水需求。同时，灌溉季节期间大部分的地表水被上游抽取，河流来水少。为了满足灌溉需求，当地的农业唯有诉诸于地下水灌溉。地下水虽然可以通过部分降雨的入渗而得到自然补给，但是在开采量持续增加的情况下补给量无法跟上开采量，这就造成了地下水过度开采，即所谓的超采。
要解决地下水超采问题，只有通过缩小补给量与开采量的差值，即减少超采量来寻求解决方案。对于华北平原地区，我认为可以采取如下4种方法来实现这个目标：
第一，减少冬小麦种植面积，让耕地在冬天休耕。这是最有效的措施，因为冬小麦的种植期降雨稀少，这就不可避免的需要使用地下水来灌溉，而休耕可以有效杜绝地下水的开采。
第二，可以通过滴灌节水措施减少灌溉用水。过去50年以来，华北平原的农民在灌溉节水方面成就可观，但还存在节水潜力。通过运用一些经济刺激，如合理地征收水费，我们可以进一步地强化农民的节水意识。
第三，引入更多的地表水。比如利用南水北调工程或从黄河引水。
第四，进行地下水人工补给。在非灌溉期，河流的上游来水可以引至入渗坑塘和沟渠，让其渗入地下水体。总而言之，解决地下水超采问题没有万灵药，需要联合运用各种措施。解决地下水的超采问题将是一个需要持续十余年的痛苦过程。
更加复杂的情况是地下水含水层有两层，即深层和浅层。深层地下水的补给极少且很难恢复，必须立即停止用于灌溉的开采。深层地下水的水质很好，可以允许用做饮用水的水源。相对的，浅层地下水则不适合饮用。一些地方浅层水的含盐量过高以至于无法用于灌溉，导致这些地方的农民目前不得不使用深层水稀释过咸的浅层水。这些群体应该获得地表水的优先使用权。
近年来，降雨量的增加有助于减缓地下水水位的下降。2016年降雨量非常大，水位甚至会因此升高。但我们不能因为2016年的好形势而盲目乐观。未来还会经历下一次的干旱期，那时地下水水位会再次下降。
实际上，地下水资源使用的最优方案是使地下水水位的上下波动保持在某个可接受的范围内。地下水资源相当于一个地下水库，它应该在枯水年发挥作用，而在平水年和丰水年休养恢复。如此一来，地下水资源可以作为一个保障机制来防止干旱期的粮食减产，就好像银行账户里的存款可以让我们应对日常生活中的意外。
馆陶县地下水超采研究采用了哪些方法？
■用模型分析超采情况，监测开采量，建立地下水观测点。
中国环境报：中国和瑞士两国在位于华北平原的馆陶县开展了地下水超采相关研究项目，请您谈谈项目具体开展了哪些工作？发现了哪些问题？
金士博：我们的项目是中国水利部和瑞士发展合作署的合作项目。在这个项目中，研究位于华北平原的馆陶县地下水超采问题，并提出了控制超采的方法。
一是利用地下水模型分析馆陶地下水的过度开采情况。我们发现，过去10年的开采量较上世纪80年代相对减少，每年灌溉用水需求量约为7000万立方米。而补给量与开采量之差，即超采量的多年平均值约为每年1000万立方米。我们认为，这个差距可以在10年内消除。可以想象，地表水的水库很容易控制，一个人就可以打开或关闭闸门，而地下水这个水库则受制于成千上万的农用开采井。如果要停止过度开采，就必须采取有效的措施控制这些井的使用。
为此，我们为农民提供节约用水的经济刺激。我们建议通过机电井的用电量配额来控制灌溉水的使用。农民的灌溉水权被转换成一定量的用电定额，如果用电量超过了这个定额，那超出部分的用水将收取水费，并与电费一起支付。最近馆陶县提出每立方米超额用水收取0.1元水费，这个标准还比较低，但它仍可以起到增强节水意识的作用。今后在适当的时间还可以提高这个标准，进一步鼓励农民节水，实现减少开采的目标。
二是用经济有效的方法监测开采量。常用的方法是为每一眼井安装流量计，但在实践中发现这种方法成本高且不易维护。我们提出的方法是在提供灌溉用电的变压器上安装智能电表，通过跟踪用电量的方式间接监测开采量。这既降低了安装和维护成本，又能够了解农民的实时用水情况。目前我们已经在100台变压器上安装了智能电表。另一方面，我们与河北工程大学的学生一起进行了上百次的抽水试验，定量地建立起各个开采井的用水量与用电量的关系。
此外，还建立了地下水观测点来自动记录水位的变化。进行了入渗试验，确定了地表水在入渗坑塘的下渗能力，并评估了用非灌溉期的地表水人工补给地下水的效果。最终获得的所有信息都将被输入到地下水模型，预测未来地下水水位的实时变化。通过各种措施的联合运用，我们提出最有效的方案来减少地下水补给量与开采量的差距。方案的最终成效将首先体现在监测的变压器供电量的减少，然后反映在地下水水位的变化上。我们还设计了一个地下水用水游戏，帮助农民提高对水资源短缺的认识，培养水资源可持续利用的观念。
当然，项目中也遇到一些问题，大部分出现在监测设备的实际运行中。比如，2016年7月的大雨导致河道水位大幅度抬升，地下水水位监测也受到了影响，有些河道附近的监测设备无法正常运行。当然还有一些人为因素导致的问题，比如在抽水井上试验性地安装计量设备时，农民由于用水时的操作难度增加或者担心首先从自己家收取水费而不愿意合作。
从积极的角度来看，这些问题为今后管理措施的推行提供了经验和教训，就是我们的措施需要做到公平公正并易于操作才能得到农民的支持。此外，还存在数据共享方面的问题。与中国不同，瑞士的数据共享渠道比较完善，我们也因此希望中国的数据共享工作可以进一步改善。但是在中方合作伙伴的帮助下，我们解决了大部分出现的问题，并且对项目的前景充满信心。
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瑞士地下水保护有哪些经验借鉴？
瑞士地下水资源丰富。与地表水不同的是，地下水通常被厚厚的土壤层保护，并且受土壤层过滤，这使地下水成为理想的饮用水源。瑞士80％的饮用水来自地下水，且地下水资源量远远超过饮用水的需求量。尽管地下水的水质通常能达到饮用水标准，但这并不意味着可以高枕无忧，反而必须认真地采取行动来保护地下水。
按照瑞士有关法律规定，地下水饮用水源需要设定保护区来预防细菌污染等卫生问题：在水源井的周边区域内，禁止所有可能导致致病细菌污染水源的活动。尽管如此，依然需要面对其它可能的污染问题，比如农业地区的硝酸盐污染和城市工业区的有机物污染。为了预防或解决这些问题，需要采取进一步的管理和修复措施。
在应对农业污染方面，农民如果采取减少化肥使用等绿色的生产方式，就可以获得补贴；水厂会在取水井的集水区内购买农业用地，并将其作为自然草地管理，以避免化肥的使用。
在工业污染方面，严格遵守“污染者自付”的原则。比如位于瑞士北部的克利肯镇，原来埋在地下的有害化工废料造成了地下水污染。在随后的地下水修复工程中，受污染的土壤被挖出后以安全的方式将污染物去除，整个治理工程耗费污染者约5000万瑞郎。
瑞士的地下水资源由监测网络密切监测，监测内容不仅有地下水水位和泉流量，还包括大量潜在污染物。同时，密切跟踪新的可疑污染物，包括医疗产品和农药。这些污染物目前以非常小的浓度出现，但可能在将来对地下水造成污染。这可以保证及早对相关问题作出反应，例如禁止使用某些具有潜在危害的产品等。
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