清華新聞網(wǎng)8月11日電 華北地下水超采治理是全球范圍內(nèi)首個(gè)人類(lèi)主動(dòng)干預(yù)下，在超過(guò)十萬(wàn)平方公里尺度逆轉(zhuǎn)地下水虧損趨勢(shì)的范例。華北平原在歷經(jīng)數(shù)十年地下水水位持續(xù)下降后，2019年達(dá)到最低，年末淺層地下水平均埋深達(dá)到14米，漏斗區(qū)最大埋深在50米左右。通過(guò)“開(kāi)源、節(jié)流、增效”并舉的系統(tǒng)性治理，地下水水位自2020年起以每年0.7米的速度顯著回升，至2024年底已整體恢復(fù)至2005年水平，平均埋深11米，標(biāo)志著華北地下水超采治理取得突破性進(jìn)展。
地下水超采威脅區(qū)域水安全，誘發(fā)地面沉降，破壞河湖生態(tài)，已成為全球性挑戰(zhàn)。華北平原是我國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)之一，水資源嚴(yán)重短缺，人均水資源量不足500立方米。20世紀(jì)70年代開(kāi)始，華北地區(qū)大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用地下水，最高年份（2002年）達(dá)到270億立方米，是世界上地下水開(kāi)采范圍最廣、規(guī)模最大、強(qiáng)度最高的地區(qū)。由于經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展長(zhǎng)期依賴(lài)開(kāi)采地下水，華北平原地下水儲(chǔ)量嚴(yán)重虧空，亟需進(jìn)行綜合治理。2019年，《華北地區(qū)地下水超采綜合治理行動(dòng)方案》發(fā)布，開(kāi)始系統(tǒng)推進(jìn)華北地區(qū)地下水超采治理。截至目前，“一減、一增”綜合治理措施已取得明顯成效。放眼全球，在超過(guò)十萬(wàn)平方公里的空間尺度成功實(shí)現(xiàn)含水層系統(tǒng)由“虧”轉(zhuǎn)“盈”，這項(xiàng)成就仍屬首例。近日，清華大學(xué)水利系龍笛教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)內(nèi)外研究團(tuán)隊(duì)，以翔實(shí)的觀(guān)測(cè)證據(jù)揭示并量化評(píng)估了華北（本研究指海河流域）地下水超采綜合治理下實(shí)現(xiàn)的大范圍含水層恢復(fù)成效。
龍笛教授團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期聚焦華北地下水演變規(guī)律與保護(hù)修復(fù)，綜合衛(wèi)星遙感、地面觀(guān)測(cè)和數(shù)值模型，對(duì)華北水循環(huán)和取-用-耗水過(guò)程開(kāi)展了系統(tǒng)性研究。本研究集成了迄今為止最翔實(shí)的長(zhǎng)時(shí)序地下水埋深實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，覆蓋過(guò)去20年超2000眼監(jiān)測(cè)井，約19萬(wàn)份埋深記錄，以及重力衛(wèi)星觀(guān)測(cè)技術(shù)，全面刻畫(huà)了華北地下水由長(zhǎng)期虧損走向逐步恢復(fù)的關(guān)鍵過(guò)程與驅(qū)動(dòng)機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，華北各地均呈現(xiàn)顯著的地下水水位回升，其中，山前平原區(qū)2020~2024年期間的回升速率達(dá)到1.5m/a以上（圖1）。
圖1.華北平原及南水北調(diào)中線(xiàn)位置圖（a）、典型監(jiān)測(cè)井埋深序列（b-l）和2020~2024年各監(jiān)測(cè)井地下水水位（水頭）變化速率（m）
地下水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存在時(shí)空不連續(xù)、不一致的問(wèn)題。本研究以迄今為止最翔實(shí)的觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建了華北平原地下水平均埋深變化的高可信度序列。盡管2018年建成的國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)工程顯著提升了數(shù)據(jù)質(zhì)量，但新舊監(jiān)測(cè)井在位置與監(jiān)測(cè)層位上存在系統(tǒng)性差異，加之同期為《華北地區(qū)地下水超采綜合治理行動(dòng)方案》編制實(shí)施的治理拐點(diǎn)，使得科學(xué)評(píng)估該時(shí)段埋深變化至關(guān)重要。研究團(tuán)隊(duì)提出了基于埋深相對(duì)變化的數(shù)據(jù)整合與可靠性評(píng)估方法，實(shí)現(xiàn)了從“點(diǎn)狀”離散監(jiān)測(cè)到“面狀”整體評(píng)價(jià)的躍升。結(jié)果顯示，華北平原平均潛水水位與承壓水水頭均自2020年起顯著回升，至2024年底分別累計(jì)回升約3米和4米（圖2）。
圖2.華北平原平均潛水水位和承壓水水頭距平（a）、典型城市（北京、保定、衡水、唐山）平均潛水水位距平（b）和不同埋深變化趨勢(shì)的潛水與承壓水監(jiān)測(cè)井?dāng)?shù)量占比（c）
作為區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵支撐，華北含水層修復(fù)對(duì)提升水資源韌性、保障水安全具有重要意義。本研究基于扎實(shí)的地面和衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，系統(tǒng)闡明了南水北調(diào)、引黃、再生水循環(huán)利用以及河湖生態(tài)補(bǔ)水等重大工程，與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、水資源稅改革、農(nóng)業(yè)節(jié)水和種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化等管理舉措，如何協(xié)同促成了地下水水位的歷史性回升。
此外，團(tuán)隊(duì)根據(jù)研發(fā)的地表水和地下水耦合模型，證實(shí)人類(lèi)干預(yù)是含水層恢復(fù)的決定性因素。即使保持多年平均降水水平（低于近年），地下水持續(xù)虧損態(tài)勢(shì)仍于2021年前后實(shí)現(xiàn)根本性逆轉(zhuǎn)。反之，若無(wú)系統(tǒng)性干預(yù)，即便有2021年強(qiáng)降水回補(bǔ)，地下水位仍將長(zhǎng)期下降。定量歸因分析表明，外調(diào)水及其生態(tài)補(bǔ)水、降水增加和工農(nóng)業(yè)節(jié)水的貢獻(xiàn)占比分別約40%、35%和25%。本研究不僅實(shí)證了人類(lèi)主動(dòng)干預(yù)下實(shí)現(xiàn)大范圍含水層恢復(fù)的可行性，也以可量化、可復(fù)制的治理范式，為全球其他含水層枯竭的危機(jī)應(yīng)對(duì)提供了科學(xué)可靠的中國(guó)方案。
相關(guān)研究成果以“人類(lèi)干預(yù)下前所未有的大范圍含水層恢復(fù)”（Unprecedented large-scale aquifer recovery through human intervention）為題，于8月7日發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）。
清華大學(xué)水利系教授龍笛為論文通訊作者，博士生胥元程和崔英杰博士為論文共同第一作者。中國(guó)工程院王浩院士和美國(guó)國(guó)家工程院布里奇特·斯坎?。˙ridget Scanlon）院士對(duì)論文進(jìn)行了指導(dǎo)。研究得到“十四五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等的支持。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-025-62719-5
供稿：水利系
編輯：李華山
審核：郭玲
