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如何保护利用地下水,看8位院士专家怎么说

时间:2022-06-17 来源:中国自然资源报

今年3月22日是第三十届“世界水日”,3月22—28日是第三十五届“中国水周”。联合国确定2022年“世界水日”主题为“珍惜地下水,珍视隐藏的资源”。我国纪念2022年“世界水日”“中国水周”活动主题为“推进地下水超采综合治理 复苏河湖生态环境”。中国自然资源报社联合中国地质调查局邀请院士、专家就地下水保护、调查监测、水平衡研究等建言献策,共同探讨地下水保护与利用的平衡之道。

加强水平衡研究 支撑国土空间规划

中国工程院院士 张建云

国土空间规划是国家空间发展的指南、可持续发展的空间蓝图,是各类开发保护建设的基本依据。国土空间规划要按照“以水四定”的原则,统筹考虑水资源、水环境、水生态、水安全、水文化,指导用水结构和空间布局优化调整。水资源短缺和时空分布不均已成为我国经济社会发展的重大制约因素,一些重点流域或区域水资源与生产、生活、生态“三生”空间失衡,产生诸多资源环境问题。随着全球持续变暖,青藏高原雪线上升、冻土范围和特性发生明显变化,“中华水塔”的径流变化,关系到水资源的可持续利用和国家水资源安全。我国北方地区河流径流量整体上呈减少态势,但经济社会快速发展对水资源的刚性需求增加,进一步加剧了水资源的短缺矛盾。华北平原已经成为我国乃至全球地下水漏斗面积最大、地面沉降最严重的地区。东北三江平原农业灌溉用水快速增长,地下水采补失衡问题日益突出。建议各级国土空间规划编制时,要加强水平衡分析研究,基于水平衡关系及水循环要素演化规律,剖析当前国土开发利用与保护中存在的突出问题,强化水土资源适配性,研究适应水土资源条件的国土空间开发利用和生态保护修复策略,实现良性的区域水平衡,以水资源的可持续利用保障经济社会的高质量发展。

关注地下水质量 保障人民健康

中国科学院院士 王焰新

地下水是地球水资源的重要组成部分,是支撑地球生态系统的关键要素。地下水的资源和生态价值不仅取决于其水量大小,而且取决于其水质好坏。优质地下水对人体健康有益,但地下水中的有毒有害物质通过地下水排泄和供水、灌溉、水产养殖等地下水利用方式,进入地表环境,并经饮水和食物链进入人体、动物和生态系统中,危害生命健康与环境健康。受地下水原生环境制约和人类活动影响,地下水质恶化引发的水安全、粮食安全和生态安全问题,成为全球可持续发展面临的重大挑战。我国广泛分布的天然高砷、高氟、高碘等原生劣质地下水,直接威胁约1.2亿人的饮水安全和身体健康;工农业和城市化的快速发展、矿业活动和能源开发导致的地下水污染问题日趋严重,新污染物不断出现,区域性地下水咸化、酸化问题凸显,严重制约我国经济社会可持续发展,严重威胁人民生存环境。建议实施国家地下水水质调查计划,构建流域尺度的空天地一体化“国家地下水监测网”,加强地下水质的时空演化规律与健康效应的调查与研究工作,有效保护地下水资源,满足人民美好生活需要,为服务健康中国战略作出地球科学工作者应有的贡献。

深化岩溶地下水研究 守护绿水青山

中国科学院院士 袁道先

我国是岩溶大国,岩溶区占国土面积的1/3,南方以滇黔桂为中心,北方以山西高原为中心,碳酸盐岩分布面积达340多万平方千米。岩溶地下水具有水量大、分布不均、动态变化大、流动迅速、排泄集中、极易被污染等特点,可以是潜水也可以是承压水。我国岩溶地下水资源量达每年2034亿立方米,约占全国地下水资源量的23%,是岩溶地区重要的战略水资源。西南地区是我国岩溶地貌最发育的地区,岩溶水文地质结构特殊,土壤贫瘠,呈现“土在楼上,水在楼下”“石多土少”等特点。西南地区分布有3000多条岩溶地下河,地下水极易受到污染,初步评估有30%的地下河水质变差,对人民群众身体健康及生态环境安全造成不利影响。岩溶地下水污染具有隐蔽性,治理难度大。受全球气候变化和特殊岩溶地质条件影响,岩溶区干旱缺水、水土流失严重,石漠化面积超过9.2万平方千米。岩溶管道堵塞,洼地排洪能力不足,岩溶内涝成为农村经济发展的制约因素。岩溶水文地质科学对于解决岩溶区生态环境脆弱问题至关重要。近年来,岩溶地区的石漠化和地下水污染治理取得了一些令人欣喜的成果,但还需要进一步加强岩溶水文地质科学研究,围绕岩溶形态成因、岩溶水文地质结构、岩溶生态环境、全球变化与岩溶作用碳循环、岩溶探测技术方法等方面的问题,加大科技攻关力度,为保护绿水青山提供地学支撑。

监测保护地质环境 科学管理地下水

中国工程院院士 卢耀如

地下水是地球上重要的水资源,具有3个特性:一是地下水在水资源循环系统中的贮存与运移具有较大的空间和时间尺度;二是地下水具有调节作用;三是地下水是生态环境的保障条件,人为破坏其自然平衡状态会诱发灾害,如人为过量开采、排水等。目前,我国地下水的开发与保护存在3方面问题:一是过量开采地下水,导致华北地区形成了连片的大面积地下水降落漏斗,并诱发地面沉降、塌陷等灾害,滨海及软土地区地面沉降也较严重;二是在内陆河地区,上游修建的一些水库选址不当,使得中下游地下水失去补给,破坏生态,产生荒漠化、沙化等;三是一些地下工程建设没有顾及周围的环境效应,为减少地下工程水患而大量排水,引起周边地面塌陷及沉降等,危及附近建筑物及居民安全。如何实现地下水更好地管理、开发和可持续利用,唯有加强对地质环境的监测与保护,严格确立开发效益与诱发灾害的权责主体。地质环境包括山水林田湖草沙冰,应特别关注有关水土资源匹配及其相关灾害的防控。南水北调中线工程,应留出足量水源,优先用于回灌地下水,以充填华北平原的地下水降落漏斗。在加强地质环境的监督中,促进实现地下水资源与生态的综合价值。

科学认识地下水与地表水相互转化关系

中国科学院院士 林学钰

地表水与地下水之间具有非常密切的水力联系,其水量、能量和物质交换对水资源合理配置、流域生态系统功能维持、地质环境灾害和水污染防治具有重要意义。一个区域(流域)的总水资源量是当地降水形成的地表水和地下水的产水量,由于地表水和地下水的相互联系和转化,河川径流量中的基流部分是由地下水补给的,地下水补给量中的一部分又来源于地表水的入渗,因此在计算水资源总量时应扣除地表水和地下水相互转化的重复量。当然,也不能将重复量简单地划归地下水或者地表水资源量,否则将加大地下水可采资源量(或地表水可利用资源量)。我国西北和华北地区许多地方的地表水和地下水转化频繁,而且地表水多数是地下水的重要补给来源,甚至是唯一的补给来源。但由于上游过度拦蓄地表水,截断了山前平原区地下水的补给来源,加上地下水过量开采,引起了区域地下水位的持续下降,在华北平原诱发比较严重的地面沉降,在西北内陆河流域导致天然湖泊湿地退缩,以及荒漠化等各类地质环境灾害和生态环境问题。建议在我国水资源管理工作中,进一步提高对地下水与地表水相互转化关系的科学认识,重视地表水与地下水相互转化形成的重复量,正确认识地表水和地下水的差异性和统一性,根据开发利用条件,坚持“宜表则表,宜地则地”,对地表水与地下水实施统筹管理、联合调度,使水资源开发利用更加有利于经济社会发展和生态系统协调健康。

防治矿山地下水灾害 促进资源化利用

中国工程院院士 武强

地下水不仅具有资源、环境、生态、能源、信息等多重属性,还存在灾害这一重要属性。地下水的灾害属性突出表现在各类矿床在采掘过程中所发生的各种突(透)水矿难、地基与隧道开挖和水库等各类工程施工建设过程中地下水的突(渗)出事故。在采掘过程中因扰动破坏含水层(组、带)结构诱发的突(透)水矿难,是地下水灾害属性的典型代表。以煤矿床为例,全国煤矿年矿山排水量近80亿立方米,利用率约75%。因其地下水压高、充水通道复杂和强度大,给煤矿安全开采带来了严重水患威胁,成为了仅次于瓦斯群死群伤事故的煤矿第二大杀手。地下水害矿难不仅容易造成井下作业人员重大伤亡,而且在经济损失、事故抢险救援难度和恢复矿山生产所需时间等方面也比其他矿难更严重。针对严重的地下水突水灾害,建议进一步加强对其灾害属性及防治的研究。一是加强基础理论研究,不断深化对我国矿山水害的基本认识。二是强化井下水害超前探测(放)技术,完善采掘工作面超前定向钻孔探放水技术、井下涌(突)水源快速综合判识技术。三是提升矿山水害预防与治理技术,包括矿井充水三维可视化分析、造孔注浆加固、机械化充填开采、电泵排水等技术研发。四是加强“煤—水”双资源型矿山协调开发理论与技术研究,促进矿区水害由单纯防治向防治与保护优化转变。

重视遥感大数据应用 提升地下水系统演化规律研究水平

首都师范大学原校长 宫辉力

近年来,全球变化背景下,自然系统与人类活动相互作用,深刻影响和改变着区域水循环系统。地下水是区域水循环的重要环节,在快速变化条件下呈现出独特的适应、响应和演化方式。为提升地下水系统演化规律研究水平,地球系统模式云计算平台与遥感大数据的深度结合为监测、识别区域地下水系统的复杂演化提供了新方法。基于共享云平台上遥感大数据、分析工具(人工智能算法及其新进展)等公共资源,耦合监测网小数据集,利用时空分析、数据挖掘等技术,为多尺度地下水循环时空模式识别与归因研究提供了可行性。例如,针对区域地下水循环过程的量化研究,利用GRACE卫星的时变重力场数据和 In-SAR卫星的形变场数据,结合地下水动态长期监测数据,可以实现物理机制驱动的地下水数值模型与大数据驱动的人工智能模型的耦合,能够监测、评估区域地下水储量时空变化,提高地球系统模式的水循环量化监测、评估与预测能力。建议加强遥感大数据、监测网小数据与云平台深度结合,系统构建综合分析平台,创建包含未来气候变化、极端事件变化、区域社会经济发展等情景在内的区域地下水循环演化数据云孪生模式,预测不同情景约束的区域地下水系统演变趋势,提出相应的调控对策和政策建议。

发展生态水文地质 支撑生态文明建设

中国地质大学(北京)副校长 万力

地下水与陆生植被生态间相互作用过程和机制是生态水文地质学研究的主要任务,也是地球系统科学关注的核心问题。阳光、大气、土壤和水是生命存在的基本要素,其中土壤和水对植被生长的影响最大,也是传统水文地质学的主要研究对象。在我国,经几十年的努力已完成多种比例尺的水文地质调查工作,为进一步开展生态水文地质工作奠定了坚实基础。为更好地服务生态文明建设,生态水文地质学应关注以下几个方面的问题研究:一是结合水文地质调查的特点,研究区域尺度陆生植被的时空变化规律及其定量描述,这也是生态水文地质调查的基本任务;二是研究不同尺度地下水系统的补给、径流、排泄条件对植被生态格局的控制及其相互影响,重点关注人类活动条件下的地下水水文过程发生变化对植被生态系统的影响。三是研究包气带水分水质转换机制及其生态效应,包括大气降水补给地下水,地下水通过包气带的蒸发过程和植物蒸腾;四是研究包气带的生物和地表生态对水的净化机制,孔隙介质组成的包气带对渗入水有过滤、吸附、离子交换和生物化学降解的作用;五是研究潜水含水层中地下水各种物理化学过程的生态效应,包括土壤盐碱化、沙漠化和荒漠化的形成机制。


责任编辑:王盛楠