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    南水北调 生态补水“增高”北京地下水

    2022-12-07 09:57 [水土治理]  来源于:新京报    作者:冯雨昕
    导读:11月16日,最后一仓水泥浇筑完毕,北京市团城湖至第九水厂输水工程二期输水隧洞主体结构全部完工。据北京市水务局消息,这标志着北京市南水北调地下供水闭环成功,其将在北京市内形成沿北五环、东五环、南五环及西四环的全长约107公里的全封闭地下输水环路。
    11月16日,最后一仓水泥浇筑完毕,北京市团城湖至第九水厂输水工程二期输水隧洞主体结构全部完工。据北京市水务局消息,这标志着北京市南水北调地下供水闭环成功,其将在北京市内形成沿北五环、东五环、南五环及西四环的全长约107公里的全封闭地下输水环路。
    2022年9月,密云水库开始向潮白河生态补水。王奇 摄
    在南水北调地下供水闭环成功背后,是北京市地下水位持续多年的回升。在人们记忆中,北京曾有一段地下水极度匮乏的时期。因人口、工业发展及连年干旱,北京自上世纪八十年代起经历了地下水水位缓慢下降期、急剧下降期,平原地区地下水平均埋深最低时跌到25.75米。
    2014年年底,南水北调工程启动,“南水”引入北京;2015年,北京市地下水正式进入“止跌回升期”。随后几年,在“南水”以及近年降水增多情况下,北京市水务部门启动地下水超采治理,并对永定河、潮白河进行生态补水。
    数据统计,2022年11月末,北京市地下水平均埋深为16.04米,接近2001年的埋深水平;与2015年同期对比,平均回升9.71米,地下水储量增加49.7亿立方米。
    北京的地下水正在回归。
    消失的水
    1994年夏天,在北京市顺义区北小营镇西府村,白国营最后一次下到村前的箭杆河里摸鱼。那条河曾水质清澈,水产丰富,白国营在里面摸出过马口鱼、鲫鱼、黄骨鱼等。现是北京市水文总站地下水科科长的他清楚地记得,上世纪七十年代,河流有二十余米宽;约莫从上世纪八十年代起,河水逐渐变窄、变浅,直到上世纪九十年代中期,河流彻底干涸。
    1986年,郭希良刚进入潮白河管理站工作时,这条北京市第二大河流、“顺义的母亲河”还是水草丰茂。从上世纪九十年代起,潮白河水流量逐年减少,一直到1999年,牛栏山橡胶坝以北的潮白河河道完全干涸。
    尔后的场景被郭希良称为“火星之域”:除了夏天长出少许青草外,潮白河的河道裸露着,一刮大风就黄沙漫天;许多发烧友来此地玩越野摩托,在黄褐色的河床上留下了多条轮胎印;有人在河床放羊、放牛;甚至有剧组在附近取景,拍摄沙漠的戏份。
    “难得下大雨,河道积一些水,但很快就蒸发掉,或是渗到地下去——地下太干了。”郭希良说,这是地下水匮乏的直接表现。
    在农村地区,这种匮乏与人们的生活有着更强的关联。
    多位北京顺义区的居民表示,上世纪七十年代,顺义地区的农村依靠着两米深的井吃水;到上世纪八十年代,这种浅井没有水了,需将一根铁管砸进地下深约15米处,才能用压水机压出水来;再往后,压水机也力所不逮了,村里施行集中供水,往地下打一百米左右才能稳定供水。庄稼的长势也越来越差,发黄、打蔫儿,植物根系从地下汲取的水分不够,村民们不得不增加人工灌溉,挑水、建渠,农业成本上升。
    上世纪九十年代末期,北京门头沟区斜河涧村民王鹏发现,紧随着不远处的永定河断流于1996年,村里的几眼泉水相继干涸了。斜河涧村位于妙峰山脚下,曾经地下暗流极多,在村里有四五处涌出点。斜河涧村的祖辈做饭、饮用、盥洗等,全靠村里的泉水。这种世代相传的生活习惯终结在21世纪到来前,斜河涧村也不得不打下百米深机井为村民们供水。
    根据北京市水文总站提供的数据,1980年,北京市平原区地下水平均埋深约在7米;1990年,该埋深数据下降至10米出头;到1999年,该埋深数据下降至15米左右。随后的16年间,北京市平原区地下水埋深经历了急剧下降期,年均下降0.82米,并于2015年达到25.75米。
    地下水匮乏的背后,是整个北京市的水资源短缺问题。“水资源的循环是环环相扣的。”水文总站的有关专家介绍,“大气降水到地面以后,一部分雨水形成了地表水,一部分雨水渗入地下变为地下水。地表水或蒸发或入海,地下水则沿着地下路径入海;江河湖海的水面蒸发,水又跑到天上去了——这循环之中的一环或者多环出了问题,就是区域性的水资源出了问题。”
    严重的水危机
    北京曾是水资源丰富的水乡之地。有关资料显示,自元代起,北京内外城由水网连接,潮白河、通惠河等都可通船;北京城内及近郊有南淀、北淀、方淀、三角淀等大小九十九淀,今天的海淀区在元朝初年甚至还是一片沼泽地。永定河和潮白河两大河流更催生了两大地下水溢出带,涌出泉水无数,使北京一度到了“掘地成泉”的程度。
    “从气候上讲,北京属于半湿润地区,随着城市化进程加快,人口高度集中,它自身的水资源是供不应求的。”清华大学水利系龙笛教授分析。据中国科学院生态环境研究中心何永等人发表的论文,1949年,北京市常住人口420.1万,城市总用水量10.67百万立方米;1980年,北京市常住人口904.3万,城市总用水量763.42百万立方米——为供应千万人口吃饭、喝水、洗漱、生产,31年间,北京市城市总用水量增长率达7054.83%。
    人口与工业增长的同时,雨水少了。根据北京市水文总站数据,1999年至2007年,北京经历了新中国成立后最为严重的干旱期,年均降水量比常态少了近两成;1999年,北京市的年均降水量仅为321.7毫米,同年,上海年均降水量为1420毫米,广州年均降水量为1577.2毫米。
    为此,北京的用水一度到了极其紧张的地步。统计显示,至2014年当年,北京人均水资源量仅有94立方米左右,为全国平均水平的1/20,远低于国际公认的500立方米极度缺水警戒线。
    为了满足居民日益增长的用水需求,保证居民的日常生活不受影响,北京市不得不于1999年左右开始大规模超采地下水。
    “什么是超采?简单说,降雨少,补水少,但我们开采得却多了,地下水的排大于补,就是超采。”北京市水科院专家杨勇说,1999年后,北京市各区县启用大量居民自备井,且各自来水厂以地下水为水源,怀柔、平谷、昌平、房山更是启用四个地下应急水源地,不间断汲取地下水;至南水北调开始以前,为满足每年30余亿立方米的生活生产用水总量,北京市年均开采地下水近23.6亿立方米。也是在此期间,北京市平原区地下水埋深下降近11.5米;最高峰时,地下水超采面积有6900平方公里,严重超采区有3422平方公里。
    地下水超采区有天然的致命危害——随着地下水水位不断下降,土壤如被挤出水分的海绵一般收缩,导致地表塌陷下降。“这种非均匀沉降,会导致公路、桥梁的形变、位移甚至断裂,在沿海区域,还会出现海水倒灌的现象,对周遭生态系统造成严重破坏。”龙笛介绍。
    2016年,时任首都师范大学副教授陈蜜等学者发表论文指出,由于过度开采地下水,北京部分地区地面沉降日益加剧,其中最大的沉降点位于北京东部地区,2003年至2011年,该地的沉降速率超过了10厘米每年。有统计显示,2000年至2014年,北京市的自来水管道破裂事故有30%以上是由地基沉降引起。
    在龙笛的研究与观察中,地下水超采并非北京一家之症。
    “华北的邯郸、邢台、石家庄、天津等城市,国际上墨西哥城、墨尔本、雅加达、金奈、圣保罗、美国加州中央山谷等,都有严重的地下水下降危机。”他说,“考虑到天然条件和人口密集程度,这是一种严重的城市病,需要系统治理才能够解决。”
    开源节流与“以水治水”
    所幸的是,北京地下水的危机,从降水增多后开始放缓。
    据北京市水文总站数据,2008年至2021年的14年中,北京市有8年的年降水量达到或是超过多年平均降水量,甚至于2021年达到了924毫米,比北京市多年平均降水量的1.5倍还多,更是北京1999年降水量的接近三倍。在一张地下水埋深与年降水量的对比图中,两者呈明显的正向关系。
    龙笛在2020年发表的一篇论文中指出,相对于1999-2007持续干旱时段,自2008年以来的降水增加对地下水储量恢复的贡献为30%。
    据龙笛估算,截至11月初,北京市2022年的年降水量约在450毫米,与去年同期相比减少了一半,“可以说是一个少雨、偏干旱的年份。”而目前北京平原区地下水埋深约为16.3米,较去年同期回升了0.85米——在少雨年份,这样不降反升的数据是很可观的。“这说明,除了难以琢磨的气候之外,水利工程的作用也是非常大的。”
    2014年12月,南水北调中线工程正式通水,长江水从横跨湖北、河南两省的丹江口水库奔走1267公里,通过明渠、渡槽、暗涵、管涵、隧洞、倒虹吸等方式为北京市年均输水10亿立方米。此后,自2015年起,北京市地下水资源进入“止跌回升期”。
    资料显示,南水进京后,结合南干渠工程、大宁调蓄水库、团城湖调节池及各水厂输水工程,直接供水覆盖面积达3247平方公里。
    “南水一下替代了地下水,成了北京市的主力水源了,北京居民的生活用水有70%是南水。”北京市水资源调度管理事务中心副主任王俊文说,输水至今,南水已为北京增加水资源超80亿立方米,比两个密云水库的水量还多。
    开源之后,节流也被提上日程。2015年起,北京市水科院开展地下水超采治理工作,“对地下水控、管、节、调、换、补。”杨勇介绍,比较典型的措施是,在南水北调带来富裕水资源的基础上,将北京13家自来水厂的水源从地下转为地表;同时,大规模地展开自备井置换工作,截至目前,全北京已有1200多个单位的自备井的用水需求被市政自来水替换。
    同时,农业灌溉效率提升和用水量下降。“采用更先进的灌溉技术,比如喷灌、滴灌等;鼓励调整作物的种植结构等降低了农业用水量。”龙笛介绍,北京市农业用水从2003年的14亿立方米下降到2018年的不到5亿立方米。据悉,2015年,北京市地下水开采量约为18亿立方米,低于此前的年均25亿立方米;到2020年,这个数据已经下降至13.5亿立方米。
    开源、节流的同时,“以水治水”的生态补水方案被提上了台面。
    生态补水,即通过向河道输水,改善河流生态环境,回补沿河地下水。仰仗于密云水库、官厅水库的功能,就好比家中有一口水缸,用之不竭时将水存下,待到缺水的时候,再引水出来用。而经过生态补水以后的河流水量多了,河水就会向下渗,能够起到补充地下水的作用,这些措施能促进密云、怀柔等水源地、永定河流域等严重超采区的水源涵养和修复。
    “每年年底,北京市水资源调度管理事务中心会对来年全市水资源做配置计划,何时补水,补多少水。比方说,与水文总站合作,预测来年官厅水库降雨多少,水位多少,可以放多少水。”王俊文说。
    2019年,永定河首次进行试验性生态补水,黄河万家寨、册田和友谊等水库向官厅水库调水2.7亿立方米,尔后,官厅水库以最大40立方米每秒流量向下游补水2.3亿立方米。2020年春季,官厅水库以最大100立方米每秒流量向下游补水1.66亿立方米,最终在水库以下形成248公里连续水路,北京境内的永定河在断流25年后终于再次全线贯通。
    潮白河的生态补水则启动于2021年4月30日。郭希良见证了这一开端:当天早上八点整,密云水库潮河输水洞以每秒10.2立方米流量放水出库;十点整,白河输水洞以每秒10立方米的流量放水出库。三十天后的5月29日,在累计补水2.2亿立方米后,补水水头到达潮白河白庙橡胶坝下,与下游有水河道汇合,这意味着,时隔22年后,潮白河北京段首次全线水流贯通。
    潮白河补水期间,郭希良追随着水流的路径,只见到水头像小蛇一样向前蜿蜒,行动极慢——如同久旱逢甘霖,他发现潮白河的河床“好渴,好渴”,大部分的水流来不及往下游去,就渗入了黄褐色的河床中。
    地下水回来了
    门头沟斜河涧村民王鹏记得,2020年夏季的一场大雨后,村民们忽然奔走相告,“村里一溜三个泉水又出来了。”此前,这些泉眼已干涸二十余年。
    据门头沟水务局数据,自2019年永定河实施生态补水后,门头沟区存在30余眼断流后复涌或流量明显增大的泉眼。而据北京市水务局数据,从2021年至今,北京地区共有81处泉眼复涌。
    在北京东部的顺义区,牛栏山橡胶坝以北的潮白河段水流潺潺;位于潮白河右堤的潮白河供水所的职工们通过观测惊喜地发现,潮白河沿岸的地下水埋深恢复到最浅处地下5米;这个数据一度深达地下45米。
    白国营说,截至2022年11月末,北京市地下水平均埋深为16.04米,接近2001年的埋深水平;与2015年同期对比,平均回升9.71米,地下水储量增加49.7亿立方米。
    “如果2019-2030年的地下水开采量减少到每年15亿立方米,且多年平均降水量在2008-2018年平均水平(偏湿,每年580毫米),北京地下水储量有可能在2030年恢复至上世纪九十年代的水平,即地下水埋深约10米。”龙笛在论文中推测。
    这当然是一个可喜的推测,但水文专家们也有别的考虑:随着地下水的逐渐回升,各地区地下水位可恢复阈值应当被确立。
    “埋深太浅了也不好,极端一点说,可能会泡着房子的地基,或是地下车库、地下垃圾掩埋场,造成地下水污染。”一位不具名的专家表示,若地下水埋深回升到两米左右,则有可能将土壤中的盐分携带提升至地表附近,“太阳一晒,水分蒸发了,只留下盐分,农民的土地就盐碱化了。”
    为此,水文总站正与北京市多部门合作建立全市地下水监测信息共享机制,每日监控记录地下水埋深,并每月一次与其他单位共享、分析数据。另外,结合地形、地貌等因素,北京市平原区地下水位可恢复阈值也被确立下来。
    “综合地基防水问题,地下水埋深应该控制在10至15米;从地下水水质来看,埋深应该控制在10米左右;从防控盐碱化的角度考虑,北京市平原区的地下水埋深应该控制在3米左右。结合目前的北京市地下水水位来看,水位回升的空间还是很大的。”白国营说。
    直到今天,位于北小营镇、陪伴他成长的那条河流仍然没有复流。不过,不远处的潮白河岸边,原有的数个平均深度40米的砂石坑,逐渐被渗出的水灌满了,形成了600多亩的水面,俨然是几片小湖。连带着潮白河两岸绿意盎然,鲫鱼、桂鱼、马口鱼,还有白鹭、白骨顶鸡等也都回来了。
    现在,郭希良再去潮白河边散步,恍惚觉得“像在江南”。这片他曾形容为“火星之域”的地方,重新生出了绿洲。

    (编辑:韩语)

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