世界地下水資源利用與管理現(xiàn)狀

1、世界地下水資源利用與管理現(xiàn)狀郭孟卓 1 ，趙輝2（1. 水利部辦公廳 ; 2.中國地質大學）一、世界地下水資源開發(fā)利用概況20世紀 80 年代中期，全球地下水開采量約5500 億 m3/a，其中美國、中國、日本、澳大利亞分別為1135 億 m3/a、760億3、138億m /am3/a 和27 億 m 3/a，到 20 世紀末，全球地下水開采量已經(jīng)超過7500億 m3 /a，近 10 多年中，全球地下水開采量以印度和中國的增長量最大。各國開采地下水的主要用途不盡相同，如美國、中國、印度、巴基斯坦用于灌溉的地下水量約占地下水總開采量的 50%以上，而日本和歐共體各國的地下水主要用于居民生活供水。

2、全球絕大部分城市的供水依靠地下水，美國 50%的生活用水取自地下水。全世界地下水資源總量是比較豐富的。如果不包括冰川和長年積雪，儲存和流動的地下水資源量約占全世界淡水資源的2/3，每年有2.5 萬億 m3 可更新的地下水資源，這比目前全世界地下水使用量的3倍還要多。根據(jù)世界糧農(nóng)組織（FAO ）的資料顯示，俄羅斯聯(lián)邦使用的地下水資源量還不到每年9000 億 m3 補給量的 5%；西非不到1%；中國可更新的地下水供水量超過8000 億 m3，但僅使用了1031.49 億m3（ 1997 年）。即使印度已存在嚴重的過量開采問題，但其使用量仍不足其評價的每年4500 億 m 3 補給量的 1/3。從世

3、界范圍來看， 地下水資源開發(fā)利用仍具有一定的潛力。二、世界地下水資源開發(fā)利用中出現(xiàn)的主要問題世界范圍內，地下水的開發(fā)利用存在三個主要問題：超采，由于排水不足或地表水、地下水沒有聯(lián)合利用造成的土地鹽漬化，因農(nóng)業(yè)、工業(yè)和人類活動造成的地下水污染。1、地下水補給平衡受到破壞西亞和南亞的地下水問題較為突出。例如也門的地下水開采所產(chǎn)生的問題已嚴重影響到人民的日常生活，在高平原區(qū)，地下水的開采量已超過補給量的 400%，可能是目前世界上全國范圍內地下水開采量超過補給量的唯一一個國家。墨西哥的含水層幾乎全部處于強過量開采狀態(tài)，一個灌區(qū)的研究表明， 灌區(qū)內 10 個含水層的地下水水位平均下降速度達 1.79

4、3.3m/a。近年來，西亞、西北亞次大陸和巴基斯坦灌溉井的數(shù)量每年增加 100 萬眼，在大面積范圍內，地下水的開采量已超過其年補給量，且這一面積還在逐年增加。在印度南部的基巖山區(qū)，單井出水量在減少，隨著井深的加大，地下水的開發(fā)費用也在增加，由于地下水的開采，含水層的疏干，印度農(nóng)業(yè)收成的1/4 受到嚴重威脅，已影響到該地區(qū)不斷增長的人口對水資源的需求，限制了地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展。在印度的島嶼和西部地區(qū)，包括旁遮普邦、哈里亞納邦和印度的糧食基地，都面臨著地下水過量開采的嚴重問題。該地區(qū)的地下水水位已下降到人力提水設備提不到水的深度，在北古吉拉特邦，30 年前井水位埋深僅 10-15m，但是現(xiàn)在的機井深度

5、已達到400 450m。在城市，人口高度密集，城區(qū)沒有足夠的補給，很難滿足居民對水資源可持續(xù)供給的需求。如印度西部的艾哈邁達巴德和焦特布爾，印度南部的泰米爾納德邦，都支持興旺發(fā)達的私營地下水開發(fā)企業(yè)，這些企業(yè)用管井從近郊開采地下水供給高收入的人群居住區(qū)，造成城區(qū)的地下水水位以 7 10ft/a 的速度下降。 根據(jù)南亞一些國家政府水資源和林業(yè)機構的估計，有 400 多個城市靠地下水供給生活用水；許多沿海城市因過量開采地下水正遭受著海水入侵的威脅。城市工業(yè)化是城區(qū)產(chǎn)生地下水問題的主要原因之一，在韓國的一些城市，工業(yè)對地下水的開采已使地下水水位下降了 10 15m。2、地面沉降地下水超采帶來的另一個

6、環(huán)境問題是地面沉降。在非固結的沉積含水層超采地下水會引起地面下沉，一旦下沉就不會再回復到它原來的標高。由于超采地下水，日本在20 世紀初開始出現(xiàn)地面下沉，地面下沉造成的建筑物毀壞以及洪水和潮水災害引起當時公眾的廣泛關注。第二次世界大戰(zhàn)對日本工業(yè)的破壞減少了地下水的開采，地面下沉也因此而一度停止。然而，到1950 年，工業(yè)復興對地下水的需求又快速增長起來， 有些大城市的地面又開始下沉。東京都1961 年地面下沉量18.9cm， 1963 年為19.5cm，千葉縣1970 年地面下沉量23.2cm，1972 年為20.2cm。地面沉降給日本造成了巨大經(jīng)濟損失，也使日本政府下定決心解決地下水超采問題

7、。3、海水入侵沿海地區(qū)含水層疏干的嚴重后果之一是海水入侵。在孟加拉國沿海地區(qū)，為了灌溉而大量開采地下水，使得含水層發(fā)生海水入侵。在印度西部古吉拉特邦的撒拉薩特海岸，由于私營農(nóng)場在20 世紀 6070 年代之間連續(xù)過量開采地下水，使該地區(qū)早期產(chǎn)生了空前的繁榮，然而海水快速入侵了沿海地區(qū)的含水層，在 10 年內入侵陸地的距離從1km 增加到了 7km，結果使該地區(qū)不可能持續(xù)繁榮的“機井經(jīng)濟”快速崩潰。在韓國濟州島，由于工業(yè)開采地下水，也發(fā)生了海水入侵。4、土地鹽漬化由于地表水和地下水沒有聯(lián)合利用，在印度，土地鹽漬化面積約600 萬 hm2，在 12 個主要的灌溉區(qū)，設計的灌溉面積為1100 萬 h

8、m2，其中有 200 萬 hm2 為積水面積， 100 萬 hm2 的土壤鹽化區(qū)。在巴基斯坦的印度河盆地地下水水位上升和地下水鹽度增加已成為非常重要的問題。5、地下水污染除含水層疏干、土地鹽漬化外，人類活動造成的另一個地下水問題是地下水污染，含水層的點源和非點源污染問題正遍布全世界。在印度的旁遮普邦、哈里亞納邦、西拉賈斯坦邦，其主要問題是地下水的鹽度增加；在古吉拉特邦北部和拉賈斯坦邦南部，地下水已被氯化物污染；在土耳其安納托利亞的Gediz: 盆地，非點源污染物（主要為農(nóng)用化學物質）已造成地下水質惡化，河流下游的狀況更差，如伊茲密爾和種植草莓的農(nóng)場主將不使用河水，而改用地下水。在印度泰米爾納德

9、邦阿爾果德地區(qū)的北部，椰子汁中含有0.2%的殘留鉻。這些鉻來源于制革廠的鉻制革工藝過程，并污染了當?shù)氐牡叵滤?、生態(tài)環(huán)境惡化地下水的無序開采嚴重影響脆弱的生態(tài)環(huán)境。約旦艾茲賴格綠洲的瑞瑪薩爾濕地有 7500hm2，為大量珍稀的本地水生和陸地物種提供了一個良好的棲息地，其綠洲被國際公認為候鳥的主要棲息地，但農(nóng)業(yè)灌溉及安曼城市用水，使用了大量的機井在上游過量開采地下水，使含水層補排平衡遭到破壞。在 20 世紀 80 年代的 10 年內，地下水的過量開采已使淺層地下水水位埋深從 2.5m 增加到 7m，使許多補給綠洲的泉水干枯，其流量從 1981 年的 1000 萬 m3 下降到 1991 年的

10、100萬 m3 ，其結果是整個生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞， 地下水的鹽度從 1200ppm 增加到 3000ppm，綠洲附近的旅游收入明顯下降。三、世界地下水資源管理的主要措施1、技術措施（ 1）調水補給約旦中部的艾茲賴格綠洲，通過聯(lián)合國開發(fā)計劃署扶持的項目，從地下水過剩的開采區(qū)將 150 萬 200 萬 m3 的地下水抽出，輸送到湖泊中心，結合其他大量輔助措施，如泉水的清潔和恢復等，使得艾茲賴格濕地恢復了原始魅力，大量的鳥飛回來了，艾茲賴格的旅游收入明顯回升。美國加州的圣華金河谷區(qū)，隨著農(nóng)業(yè)的發(fā)展，到20 世紀50 年代早期，已有12 億 m3 的地下水被抽出用于灌溉，其灌溉用水的回滲已成為地下水的主

11、要補給來源， 超過了天然補給量的 40 倍，承壓含水層 30 60m 的降深使其地下水的流向發(fā)生改變，許多地區(qū)的抽水揚程增加到了 250m，地面沉降已廣泛分布。 1967 年以后，政府用稅收的方式來管理地下水灌溉，這些稅收可用來從外地調水，地表水灌溉顯著增加。由于地表水灌溉增加了對地下水的補給，同時地下水開采量減少，使地下水水位抬升，埋深已小于 1.5m，部分地區(qū)甚至出現(xiàn)了排水問題。類似的成功案例還有很多，但都在發(fā)達國家。（ 2）雨洪補給全世界的許多地區(qū)，尤其在南亞，已開始加強雨水的就地利用與地下水補給問題的研究。例如在印度，年降水量的大部分都集中在每年暴雨期的100 多個小時內，使得地下水很

12、難獲得補給，補給區(qū)、補給量與可持續(xù)的地下水灌溉程度之間的聯(lián)系正變得越來越重要。印度已開始大規(guī)模地開展集雨和地下水人工補給工作。在20 世紀 90 年代的 10 年中，一個重要的改革就是將工作重點由發(fā)展灌溉的預算分配轉移到集雨和人工補給上來。 在印度南部有 20 萬個池塘， 人們正極力建議將這些池塘用運河水將其充滿，形成地下水的補給池。在安德拉邦的一個灌溉系統(tǒng)中，建了一個包括9 個滲透池和7 個控制壩的試驗性人工補給工程，以增加泉水的停留時間，使雨季后的地下水水位上升了 2.5m。印度中央地下水管理部正在幾個地點開展人工補給試驗。（ 3）流域的植被措施已有研究結果證實，流域匯水區(qū)內的植被狀況對地

13、下水的補給既有益又有害。例如，在南非1000 萬 hm2)的土地上，生長著一些外來的雜草，如金合歡屬類、松屬類、桉屬類、牧豆屬類，這些將消耗 33 億 m3 的水，比本地植物要多消耗掉 7%的全國總徑流量，人們認為雜草的生長對地下水的補給構成了嚴重的威脅。南非政府水資源和林業(yè)部實施了一個特別的長期計劃，即“為了水而行動計劃”，將外來的雜草除掉，每年的高峰時候，所雇傭的人力達到4.2 萬人，但完成此項工作需要20 年或更長的時間。 與此相反， 人們正在全世界范圍內大力推廣種植韋惕蔚草，認為這是減低地表徑流速度、增加地下水補給量的有效的方法。試驗結果表明，這種草種植在斜坡上可降低雨水徑流的 70%

14、，因為這種草不僅能降低大范圍內的徑流流速和徑流的擴展范圍，而且其茂盛的根系能穿過板結的土壤，改善雨水的入滲條件。2、法律措施由于地下水資源的重要性和地下水不合理的開發(fā)利用所導致的問題，世界各國都逐漸意識到通過法律手段加強地下水管理的重要性，紛紛制定了地下水管理相關法律法規(guī)。韓國 1994 年頒布了地下水法。該法明確立法的目的是制定地下水有效開發(fā)、利用、保護和管理等有關事項，促進公共福利的增加和國民經(jīng)濟的發(fā)展，并指出國家的職責是對地下水進行有效的保護和管理，使國民能夠使用良好的地下水。該法對地下水的調查評價和利用規(guī)劃、地下水開發(fā)利用的許可審批等都做出了詳細的規(guī)定。20 世紀初，澳大利亞一些州就有

15、地下水的立法。如新南威爾士州1912 年水法的第五部分自流井部分即規(guī)定了有關含水層管理的條款，包括地下水取用申請許可、 地下水量分配以及違反許可的處罰等內容。20 世紀 70 年代后，有關地下水水質管理和污染防治的法律條款出現(xiàn)在澳大利亞各州制定的有關環(huán)境保護的法律法規(guī)中。為防止地面下沉，日本于1956 年制定了工業(yè)用水法。該法規(guī)定，在劃定地區(qū)內，凡開采地下水供應工礦用水者，必須呈報所屬都道府縣批準。該法還為各地區(qū)規(guī)定了嚴格的指標，如：東京都要從1961年的地面下沉量 18.9cm，到 1991 年不超過 0.8cm；千葉縣要從 1970 年的下沉量 23.2cm，到 1991 年不超過 2.4

16、cm；埼玉縣則要從 1962 年的下沉量 20.8cm，到 1991 年控制在 1.3cm。 1962 年又制定了關于限制建筑工程開采地下水法，該法也劃定一些地區(qū)，要求凡開采地下水供高層建筑物使用時，必須呈報都道府縣批準。為限制農(nóng)業(yè)用水和生活用水開采地下水，在 1981 年 11 月舉行的日本內閣大臣聯(lián)席會議上，制定了預防地面下沉的對策綱要，要求各有關地區(qū)根據(jù)實際情況推行綜合性對策。1985 年 4 月，對濃尾平原和筑后佐賀平原，制定了一份預防地面下沉的對策綱要 （后在 1995 年 9 月作部分修訂），1991 年 11 月又對關東平原北部制定了同樣的綱要。除這兩部法規(guī)以外，為控制對地下水的

17、抽取，還有很多地方政府的法規(guī)在施行。目前世界上已有多個國家針對地下水資源管理頒布了專門的法律，如韓國地下水法（ 1994 年）、以色列水井控制法（ 1955 年）、英國地下水管理條例 （ 1998 年）等，美國聯(lián)邦政府除在水資源清潔法（ Clean Water Act,CWA ）資源保持恢復法（ ResourcesConservation and Recovery等多部法律中對地下水開發(fā)利用和保護做出規(guī)定外，還專門制定了V 類地下回灌井控制導則（1999 年）和地下水規(guī)程 （ 2000 年），對地下水管理問題做出了更明確的規(guī)定。一些國家的地方政府也頒布了專門的地下水管理法規(guī)，如在澳大利亞幾乎各

18、州都有專門的地下水管理法律法規(guī)。地下水管理單獨立法，對于加強地下水資源開發(fā)利用管理和保護，具有重要作用。3、政策與行政措施澳大利亞 20 世紀 90 年代根據(jù)可持續(xù)發(fā)展的理念，通過制定國家水改革框架政策、國家水質管理策略和水資源評價等重大措施，極大地推動了各州對地下水的管理。在地下水資源評價中，應用地下水可持續(xù)開采量的概念，以此作為地下水水量管理的基礎，并提出地下水可持續(xù)開采量與環(huán)境生態(tài)密切相關，確定地下水可持續(xù)開采量時，要考慮保護濕地、植被、水生生物、河流基流、泉水、石灰?guī)r溶洞等依賴地下水而生存的生態(tài)系統(tǒng)。在地下水水質管理中，包括編制地下水易污染性圖、建立水源保護區(qū)等措施。大自流盆地地跨4個

19、州，20世紀 90 年代后期， 建立了統(tǒng)一的協(xié)調咨詢機構， 改變了長期分散管理的狀態(tài)，并已經(jīng)制定和正在實施長期戰(zhàn)略管理計劃，這些措施為大自流盆地這一大區(qū)域的地下水實現(xiàn)可持續(xù)管理創(chuàng)造了良好的開端。與地表水資源的開發(fā)利用相比，世界各國都采取了更加嚴格的地下水管理措施。德國重新修訂的自然保護法中對開采地下水做出了嚴格限制，規(guī)定凡因飲用水供應、灌溉或生產(chǎn)過程中需開采地下水，必須事先向管理部門提供詳細的地質資料、測量數(shù)據(jù)、生態(tài)風險評估報告、施工計劃和補償方案，同時需要證明在現(xiàn)有技術水平下水的消耗與損失已經(jīng)盡可能地達到了最少，并且除了地下水外，沒有地表水、雨水集蓄或其他可替代水源。這樣，地下水開采許可審批

20、時間將會變長，使開采成本增加。法國取用地下水時，水價高于地表水。一般根據(jù)水源狀況、工業(yè)廢水的污染程度、供水時間以及為了提高供水質量而采取的供水工程措施的差別，分區(qū)采用不同的水費標準，取用地下水時水價標準相當于取用地表水水價的兩倍。4、以水文地質單元為基礎進行管理澳大利亞于1998 2000 年進行第四次水資源評價時確定了以地下水管理單元作為評價的基礎。 在原聯(lián)邦水資源理事會劃定的61 個地下水管理區(qū)的基礎上， 根據(jù)自然地理和水文地質條件分析，確定了 538個地下水管理單元，作為評價地下水資源量、地下水的利用和分配的基礎。這比原先的地下水管理區(qū)的劃分更進了一步，為改善地下水管理提供了良好的基礎。美國在 1970 1984 年的“國家水資源概況”項目中，將全國分為21 個水資源區(qū)域和352 個水文地質單元，根據(jù)對含水層的空間分布和形成條件對地下水資源的開發(fā)和管理進行評價。在1978 1995 年的“區(qū)域含水層系統(tǒng)分析計劃”中，把全國分為25 個含水層區(qū)域。分區(qū)有連續(xù)成片（如高平原含水層）和不連續(xù)成片、但條件類似的水文地質