清華新聞網(wǎng)7月28日電 7月21日，清華大學(xué)水利系龍笛研究員、楊文婷博士生、趙建世教授及合作者在國(guó)際著名期刊《自然-通訊》(Nature Communications)發(fā)表了題為“南水北調(diào)使北京地下水位穩(wěn)定” (South-to-North Water Diversion stabilizing Beijing’s groundwater levels)的研究成果，這是我國(guó)水文水資源領(lǐng)域近年來(lái)在《自然》子刊發(fā)表的為數(shù)不多的研究。
綠水青山不僅是金山銀山，也是人民群眾健康的重要保障。北京作為我國(guó)的政治文化中心，每年人均水資源量小于100立方米，僅為全國(guó)平均的十二分之一，全球平均的八十分之一。為滿(mǎn)足城市的大量用水需求，地下水被過(guò)度開(kāi)采，地下水埋深從2000年的15米下降到2014年的26米，由此造成城市用水短缺、地面沉降加劇等問(wèn)題，制約了北京乃至京津冀地區(qū)的農(nóng)業(yè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。
為有效緩解我國(guó)北方的用水短缺問(wèn)題，我國(guó)從2002年起開(kāi)始實(shí)施南水北調(diào)工程，分東、中、西線(xiàn)從長(zhǎng)江向北方計(jì)劃每年調(diào)水448億立方米。其中，南水北調(diào)中線(xiàn)一期工程規(guī)劃每年向華北調(diào)水95億立方米，自2014年12月開(kāi)始向華北和北京輸水，至2019年12月的5年間已向北京輸水52億立方米，北京地下水位從2014年底的25.7米回升至2019年底的22.7米(見(jiàn)下圖)，平均每年恢復(fù)0.6米。南水北調(diào)中線(xiàn)工程對(duì)緩解北京地下水超采到底發(fā)揮了什么樣的作用？除了南水北調(diào)中線(xiàn)輸水之外，還有沒(méi)有其他因素促進(jìn)地下水的恢復(fù)？這種恢復(fù)是否可持續(xù)？未來(lái)北京地下水儲(chǔ)量將如何演變？回答這一系列問(wèn)題，將對(duì)了解特大型水利工程的重要作用、全面評(píng)價(jià)水利工程的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境影響具有至關(guān)重要的意義。
南水北調(diào)中、東線(xiàn)示意圖和北京1981(2005)?2019年地下水埋深、地表水及降水變化
水利系龍笛、楊文婷、趙建世及合作者針對(duì)上述問(wèn)題開(kāi)展了多年系統(tǒng)性的研究。通過(guò)分析大量水文、氣象和用水?dāng)?shù)據(jù)，尤其是南水北調(diào)中線(xiàn)輸水進(jìn)京之后的相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合所搭建的考慮人類(lèi)用水對(duì)地表和地下水影響的高分辨率水文模型，探明了南水北調(diào)中線(xiàn)輸水、農(nóng)業(yè)灌溉用水減少、氣候波動(dòng)等因素對(duì)地下水恢復(fù)的貢獻(xiàn)。研究結(jié)果表明：南水北調(diào)中線(xiàn)輸水置換地下水開(kāi)采對(duì)地下水恢復(fù)的貢獻(xiàn)為40%，由于農(nóng)業(yè)灌溉效率提高等因素導(dǎo)致的灌溉用水減少對(duì)地下水恢復(fù)的貢獻(xiàn)為30%，而降水自2008年以來(lái)相對(duì)于1999?2007持續(xù)干旱時(shí)段的增加，對(duì)地下水穩(wěn)定和恢復(fù)的貢獻(xiàn)為30%。
在厘清調(diào)水、農(nóng)業(yè)灌溉用水減少和氣候因素對(duì)地下水恢復(fù)的貢獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，本研究基于所搭建的高分辨率水文模型CWatM-MODFLOW，并結(jié)合區(qū)域氣候模型模擬的氣象驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)，對(duì)未來(lái)十年(2021?2030) 不同氣候和用水情景下的北京地下水儲(chǔ)量進(jìn)行了預(yù)測(cè)，結(jié)果表明：北京地下水位將進(jìn)一步回升，回升的程度與具體的用水量和氣候波動(dòng)相關(guān)。如果2019?2030年的地下水開(kāi)采量維持在2018年每年17億立方米的水平，且多年平均降水量保持在2000?2018年平均水平(每年540 毫米)，北京地下水儲(chǔ)量有可能在2030年恢復(fù)至2003年的水平，即地下水埋深恢復(fù)至約18 米；如果對(duì)地下水的開(kāi)采量進(jìn)一步減少到每年15億立方米，且多年平均降水量在2008?2018年平均水平(每年580 毫米)，北京地下水儲(chǔ)量有可能在2030年恢復(fù)至上世紀(jì)九十年代的水平，即地下水埋深約10米。
建設(shè)生態(tài)文明是中華民族永續(xù)發(fā)展的千年大計(jì)。南水北調(diào)工程是世界上最大的調(diào)水工程，生態(tài)補(bǔ)水是其重要的功能之一。本研究系統(tǒng)闡述了南水北調(diào)工程對(duì)北京地下水持續(xù)穩(wěn)定和恢復(fù)、增強(qiáng)特大城市用水安全、改善生態(tài)環(huán)境等方面的正面效益，討論了南水北調(diào)工程對(duì)調(diào)水區(qū)及受水區(qū)生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)帶來(lái)的影響，對(duì)南水北調(diào)工程后續(xù)的實(shí)施和運(yùn)行具有重要參考價(jià)值。同時(shí)，本研究回答了國(guó)際上關(guān)于我國(guó)南水北調(diào)工程的重大關(guān)切，講述了以事實(shí)和科學(xué)為依據(jù)的中國(guó)故事，也為全球地下水的治理貢獻(xiàn)了中國(guó)智慧和中國(guó)方案。
論文首頁(yè)截圖
論文第一完成單位為清華大學(xué)水利系，第一(通訊)、二、三、四作者分別為清華大學(xué)水利系龍笛研究員、楊文婷博士生、美國(guó)德州大學(xué)布里吉特·斯坎倫（Bridget Scanlon）教授和清華大學(xué)趙建世教授，合作者來(lái)自國(guó)內(nèi)外相關(guān)高校和科研機(jī)構(gòu)。本研究得到國(guó)家自然基金委重大研究計(jì)劃、優(yōu)秀青年基金、國(guó)際合作重點(diǎn)、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。
論文鏈接：https://nature.com/articles/s41467-020-17428-6
供稿：水利系
編輯：曲田
