南水北調中線工程對北京地下水位的穩定和恢復有什麼積極作用？

《Nature》子刊報導清華大學水利系研究成果

揭示南水北調中線工程對北京地下水位的穩定和恢復發揮重要作用

來源

清華大學水利系

通訊作者簡介

龍笛，清華大學水利系特別研究員、博士生導師，長期從事遙感水文與水資源研究，擔任Water Resources Research、Journal of Hydrology、Remote Sensing of Environment、《中國科學•技術科學》等國內外著名學術期刊副主編或編委。2014年以國家青年人才計劃從美國德州大學(奧斯汀)引進回國工作，獲2019年美國地球物理聯合會水文青年科學獎、2019年李小文遙感科學獎、清華大學年度教學優秀獎、清華大學優秀博士學位論文指導教師等獎項。先後主持國家自然基金委重點、面上、優青、十三五重點研發計劃課題等項目，聚焦變化環境下水文過程演變、水資源安全、水災害防治等問題，取得的主要學術成果包括：(1)發展了重力衛星地下水儲量變化反演理論和方法、(2)創新了水循環變量多源衛星遙感反演與數據融合方法、(3)提出了無資料流域徑流監測及成分劃分方法。培養的研究生多人次獲國家獎學金、清華大學優秀博士、碩士、本科論文獎等。

全文下載地址

https://doi.org/10.1038/s41467-020-17428-6

---

綠水青山不僅是金山銀山，也是人民群眾健康的重要保障。北京作為我國的政治文化中心，卻是極度缺水的城市，每年人均水資源量小於100立方米，僅為全國平均的十二分之一，全球平均的八十分之一，遠低於人均1700立方米水資源量的國際警戒線水平。為滿足城市的大量用水需求，地下水被長期高強度開採，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、農業生產不可持續、生態環境惡化、地面沉降等問題，制約了北京乃至京津冀地區的社會經濟可持續發展，威脅人民健康和生態系統安全。

為有效緩解我國北方的用水短缺問題，我國從2002年起開始實施南水北調工程，分東、中、西線從長江向北方計劃每年調水448億立方米。其中，南水北調中線工程一期規劃每年向華北調水95億立方米，自2014年12月開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(見下圖)，平均每年恢復0.6米。南水北調中線工程對緩解北京地下水超採到底發揮了什麼樣的作用？除了南水北調中線輸水之外，還有沒有其他因素促進地下水的恢復？這種恢復是否可持續？未來北京地下水儲量將如何演變？回答這一系列問題，將對了解特大型水利工程的重要作用、全面評價水利工程的社會經濟效益和生態環境影響具有至關重要的意義。

南水北調中、東線示意圖和北京1981(2005)‒2019年地下水埋深、地表水及降水變化

清華大學水利系龍笛研究員、楊文婷博士生、趙建世教授及合作者，針對上述問題開展了多年系統性的研究。通過分析大量水文、氣象和用水數據，尤其是南水北調中線輸水進京之後的相關數據，結合所搭建的考慮人類用水對地表和地下水影響的高解析度水文模型，探明了南水北調中線輸水、農業灌溉用水減少、氣候波動等因素對地下水恢復的貢獻。研究結果表明：南水北調中線輸水置換地下水開採對地下水恢復的貢獻為40%，由於農業灌溉效率提高等因素導致的灌溉用水減少對地下水恢復的貢獻為30%，而降水自2008年以來相對於1999‒2007持續乾旱時段的增加，對地下水穩定和恢復的貢獻為30%。

在釐清調水、農業灌溉用水減少和氣候因素對地下水恢復的貢獻的基礎上，本研究基於所搭建的高解析度水文模型CWatM-MODFLOW，並結合區域氣候模型模擬的氣象驅動數據，對未來十年(2021‒2030) 不同氣候和用水情景下的北京地下水儲量進行了預測，結果表明：北京地下水水位將進一步回升，回升的程度與具體的用水量和氣候波動相關。如果2019‒2030年的地下水開採量維持在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平均水平(每年540 毫米)，北京地下水儲量有可能在2030年恢復至2003年的水平，即地下水埋深恢復至約18 米；如果對地下水的開採量進一步減少到每年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)，北京地下水儲量有可能在2030年恢復至上世紀九十年代的水平，即地下水埋深約10米。

建設生態文明是中華民族永續發展的千年大計。南水北調工程是世界上最大的調水工程，生態補水是其重要的功能之一。本研究系統闡述了南水北調工程對北京地下水持續穩定和恢復、增強特大城市用水安全、改善生態環境等方面的正面效益，討論了南水北調工程對調水區及受水區生態環境和社會經濟帶來的各種影響，對南水北調工程後續的實施和運行具有重要參考價值。同時，本研究回答了國際上關於我國南水北調工程的重大關切，講述了以事實和科學為依據的中國故事，也為全球地下水的治理貢獻了中國智慧和中國方案。本研究以研究長文的形式於2020年7月21日在國際著名期刊Nature Communications在線發表，是我國水文水資源領域近年來在Nature子刊發表的為數不多的研究。本研究得到國家自然基金委重大研究計劃、優秀青年基金、國際合作重點、國家重點研發計劃等項目的資助。

論文首頁截圖

---

水利水電技術

水利部《水利水電技術》雜誌是中國水利水電行業的綜合性技術期刊（月刊），為全國中文核心期刊，面向國內外公開發行。本刊以介紹我國水資源的開發、利用、治理、配置、節約和保護，以及水利水電工程的勘測、設計、施工、運行管理和科學研究等方面的技術經驗為主，同時也報導國外的先進技術。期刊主要欄目有:水文水資源、水工建築、工程施工、工程基礎、水力學、機電技術、泥沙研究、水環境與水生態、運行管理、試驗研究、工程地質、金屬結構、水利經濟、水利規劃、防汛抗旱、建設管理、新能源、城市水利、農村水利、水土保持、水庫移民、水利現代化、國際水利等。