金士博（Wolfgang Kinzelbach），瑞士地下水專家。
但在現實中，地下水問題是看不到的，像環境汙染、空氣汙染，我們馬上能感覺到，但是地下水在哪裡？地不是透明的，我們看不到。
中國缺水嗎
金士博
大家好，我是金士博，我研究的領域是地下水。我最近20年在瑞士蘇黎世聯邦理工學院工作，大部分工作內容就是地下水。
假如一個國家或者地區每年的人均（可再生）水資源量少於1700立方米，我們就說這個地區的水資源緊張。假如少於1000立方米，我們說這個地區水資源短缺。
我們怎麼會需要那麼多水呢？就算我們每天喝2到3升的水，一年也才一個立方米，加上家用的洗澡、洗碗的水，每人每天按160升算，一年也才60個立方米。如果我們再把所有工業用水分到每個人的頭上，每人100立方米，加起來也就161立方米，那麼1700立方米的標準是哪來的？
我跟學生解釋這件事情的時候，我就給他們看這個照片。這是南非的一個酒莊的車，它上面寫著：節約用水，多喝葡萄酒。學生跟你們一樣就笑了，沒意識到這句話完全錯了。因為僅生產一升的葡萄酒，就需要900升的水來養葡萄。
那麼我們可以理解了，在每人每年的1700立方米的水裡面，大部分是為了生產我們的食物而消耗的水。比如生產1公斤的小麥需要1到2個立方米的水去養它，所以可以說糧食就是濃縮的水。
假如我們用糧食去餵養牲畜，那就是第二次濃縮水。一公斤的牛肉在生產過程中大概會消耗10到15立方米的水，總共加起來，我們每年吃的食物裡面耗費的水就有1200到1500立方米，這就是為什麼會消耗1700立方米那麼多的水。
再回到開始的問題，中國缺水嗎？在2016年，中國每人每年的水資源量是2355立方米，正好是一個奧林匹克標準的遊泳池的容量。我們瑞士比你們多，我們每人每年有接近5000立方米的水資源量。但是，像非洲的尼日每人每年只有不到200立方米，很可憐。
所以中國的水資源量雖然低於世界平均值，但它還是高於1700立方米水緊張的紅線，而且遠高於1000立方米短缺的線。那中國到底缺水嗎？
這個其實有點像年輕人開玩笑說的，我們的收入被平均了，其實那2000多立方米的數字是全國一年的平均值。假如我們某個地區春天有旱災夏天有水災，那這個平均值看起來還是很舒服。
所以不能平均，而且在空間內也不能平均。中國每人每年平均有2355立方米的水資源，貴州就比平均數高多了，我們再看華北平原，它每人每年的水資源少於300立方米，算是極度短缺水。
但問題是，儘管如此短缺水，華北平原還是中國的大糧倉，生產超過中國1/4的糧食，用這麼少的水怎麼可能呢？答案可能就是，我們在不可持續地利用水資源。這樣我們能暫時緩解缺水問題，但是不能長期繼續下去。
很多國家都出現了不可持續地用水的問題，兩個問題比較突出，一個是超採地下水，另一個是挪用生態環境需要的水。
我先普及一下地下水的概念，含水層分為飽和層和非飽和層，在飽和層，水能填滿所有的沙子中的空隙，在非飽和層還有空隙在裡面。飽和層和非飽和層的分界就是地下水位。
地下水可以通過降雨或者河流補給，然後隨著重力的作用流到低處。假如我們在一個地區長時間抽出來的水量大於補給的水量，那就是超採，超採的表現就是地下水位在下降。
在全球都出現了超採的問題，特別是在乾旱地區。每年抽出來的1萬億立方米的水裡面，1/4是超採。最早出現超採情況的是在美國的奧加拉拉。在西班牙、南非等地方，多多少少都有一些超採的情況。
兩個最突出的典型案例，一個是印度的幹河谷，另外一個就是華北平原。
我1979年第一次來中國工作的時候，因為地下水位很高，離地面很近，華北平原就有土地內澇和鹽鹼化的問題。（註：水位離地面近到一定距離會引起毛細上升作用，使水位上升到地面上被蒸發，鹽分就殘留在土壤裡。長期下去鹽分容易堆積，造成鹽鹼化。）
80年代中國有超過10億的人口，糧食緊張。農民最開始用地表水灌溉，後來因為生產需求大，地表水不夠就開始抽地下水。由此開始，地下水就以每年0.5到1米的速度在下降。圖中可以看到，水位線從1964年到1993年一直在下降。
現在超採的量甚至大到可以從衛星上監測到它。GRACE是觀測地球重力場變化的衛星。這個圖就是從GRACE衛星得到的。它告訴我們，在2002年到2012年之間，哪裡的重力發生了變化。重力變少了就是藍色的，表示質量變少了。
我們可以理解喜馬拉雅山出現的藍色，是因為冰川的退化，質量減少了。但在華北平原沒有冰川，所以在華北平原出現的藍色就是因為地下水的存儲量減少了，而且可以由此推算出來這幾年每年的淨抽水量大概是83億立方米。
超採帶來的短期好處會給人一種糧食保障的錯覺。假如我們什麼都不做，那地下水位就會一直下降。這就是糧食泡沫，這個泡沫早晚會破裂。在華北平原至少 15% 的小麥生產依靠的是不可持續的超採地下水。
地下水位下降有兩個問題。一個是抽水的成本會越來越高，因為從水位很低的地方抽水上來需要更多的電能，另一個是井的抽水量會越來越少。很容易理解，如果地下水比井底還深的話，那什麼水都抽不上來，最後農民只好不抽水或者少抽地下水，靠天吃飯，就難以維持現在的糧食產量。
但在缺糧之前，超採就會出現很多比較嚴重的後果，包括溼地變幹，河流枯竭，地面沉降，還有海水入侵，這些問題會導致地下水的水質持續惡化。這些現象在河北省就已經非常普遍了，甚至有的地方地面沉降有兩米多。
也許你們會想，這跟我有什麼關係呢？這對基礎設施很不好，它會破壞水管，而且地面下沉後車軌會偏離原先的設計，動車車軌歪了，動車就會從車軌跳出來。（註：所以國內很多鐵路線附近都會專門設置水位監測站，提前預警地面沉降的風險。）
上面圖中這種裂縫在河北有1000多個，其中400個長度超過1公裡，就是那個地沉下去了。
對於超採引起的海水入侵，有的地方海水已經侵入陸地50公裡，那麼這50公裡以內的井就都報廢了，變成鹹水，無法用於灌溉或飲用。所以我們必須採取措施停止超採，而且越快越好。
為什麼我們應該保持現在或者過去的水位呢？還有另外一個主要的原因。就像有時候我們生大病去醫院需要花很多錢，那個時候假如我們的存款很多的話就沒什麼問題。
地下水也是一樣，就是一種存款。乾旱的時候，就可以用地下水灌溉，而且地下水是比地表水庫容量還大的一個地下水庫。所以我們要好好地管理它，它可以幫我們的忙，去應對氣候變化帶來的風險。
怎麼管理它呢？在豐水年和平水年我們應該少抽地下水，然後枯水年就可以抽多一些。當然如果要管理好，還需要制定一些法律，也需要每一個使用者的合作。
我想講一下我最近四年在中國參加的兩個地下水項目，這兩個地下水項目由瑞士的發展與合作署資助，然後與中國水利部和中國科學院合作。這兩個項目，一個位於甘肅的黑河中遊張掖地區，另外一個是在河北省邯鄲的館陶縣。
黑河中遊是一個半沙漠地區，雖然如此，經過河水的灌溉，它變成一個綠洲，農業生產非常豐富。但是它用的灌溉水越來越多，到後來幾乎沒有剩下什麼水給下遊。
在2000年，為了保證東居延海有水、保護胡楊林生態系統，國務院規定要把中遊一半的水傳送到下遊。農民可用的地表水少了，於是很自然地就鑽井取地下水補上缺乏的灌溉用水。有兩個灌區超採，其中一個是駱駝城，他們的超採能從兩個地下水位的漏鬥看出來。
控制地表水很容易，只要一個人開關水閘就可以了。但是地下水不一樣，那些機井成千上萬，怎麼去控制是一個很大的挑戰。你們可能會想，我們跟在家裡一樣安裝一個水錶，然後按照用量計算水費不就行了。但事實不是那麼簡單。
我跟中國的水錶有接觸最早是在80年代。我們在沂蒙山工作，去給那些貧困縣提供自來水。那個時候因為要維持系統的工作，就要求老鄉們必須付一點水費，否則就不能修理水泵之類的。
要按照用量收水費，就需要一個水錶。那個時候的水錶摩擦力很大，必須把水龍頭開得大一些它才開始轉。農民們就想出來一個辦法，他們晚上放一個大水盆在水龍頭下面，然後把水龍頭打開到水錶剛好不轉的位置，用這種方法來偷水。
我們發現後，就安排一個人晚上在村裡監督，去聽哪裡有水在流，就罰哪些人。沒想到農民們就在水龍頭上系一個毛巾，這樣水流下去就沒有聲音了。他們有各種各樣的方法破壞水錶，停水的時候有個人還用打氣筒往裡打氣，讓水錶向後轉。我們怎麼發現的呢，因為每次讀表他的用水量都是負的，過頭了。
所以如果真的要去保護那個水錶，似乎應該在每一個農民後面放一個警察盯著他。但是幾十年後，現在通過高科技，我們是有辦法去代替警察的。
用什麼代替？就是用這種智能水錶。館陶縣的水務局在每一個井上安裝了一個智能表。那些農民在開始灌溉之前按照他的水權去水務局買水，然後得到一個IC卡，他就用刷卡的方式去操作井。每次抽水的量都會從卡上扣出來，卡上沒水就必須停止，不能繼續再抽水。
他們還通過制定水費這樣的經濟措施，使農民重視節水。但這很不容易，因為那些農民不要付水費，他們反抗，示威遊行，然後破壞一些智能表。水務所的幹部就一直跟他們討論，去說服他們，跟他們解釋情況。他們還同意把表調得慢一點，也介紹了一些法律的懲罰措施。
最後農民接受了，他們也知道不能這樣子繼續下去。現在那個系統正在工作，而且已經能看出初步的效果，水位下降的速度變小了，由每年下降0.4米變為0.2米。
我們問了一些農民，你們現在用水有沒有什麼變化。他說以前我是兩個禮拜澆一次地，現在是三個禮拜澆一次地，因為我看著那個錢從我那個IC卡裡流出去。很多農民現在還去申請了補貼搞節水灌溉，他們節水灌溉的最好方法就是膜下滴灌，現在很多人去申請了。
這樣基本上可以解決黑河中遊超採的問題，那為什麼我們不直接把這個方法拿過來在華北平原推廣呢？不行。有兩個原因。在黑河還是有水量大的河流，有地表水。假如我們把地表水分配安排得好，多一點地表水給駱駝城，0.2米每年就能變成0米每年，最後就不再下降。
所以優化地下水和地表水的安排，完全可以解決黑河中遊的問題，但在華北平原不行，因為華北平原地表水少到根本補不上超採的量。另外一個原因是，黑河的那些井抽水量很大，每一個井灌溉的面積很大，所以收上來的水費足夠維持系統正常的運行。
在華北平原，一個人才一畝三分地，井很小，面積小，買智能表就不合算。當然在華北平原還是有一些很好的井，適合安裝智能表，但是大部分井就是這種亂七八糟的小東西，沒有辦法安裝智能表。
但是不管一個井多麼簡單，它抽水還是需要用電，所以都有一個電錶。如果我們知道一度電相當於抽了多少立方米的水，其實你就可以用電錶來監測用水量。
因此我們跟河北工程大學，還有館陶縣的美麗鄉村大學合作，跟他們的學生一起做了很多次抽水試驗，確定電量和水量之間的關係。以後還會更簡單，現在電力公司在每一個井安裝一個電錶，電錶數據是自動傳輸到總部的，他們不出門就可以看到每個井用了多少電，然後乘上那些學生確定的水電轉換係數就知道抽了多少水。
而且我們以後電費和水費可以一起來收，就不需要建立第二個收水費的系統，就比較省錢。但是這樣做是不是就足夠解決超採問題呢？要回答這個問題，我們就要分析一下華北平原缺水的根本原因到底是什麼。
在華北平原，降雨量足夠種一季的糧食。像種夏天的玉米是足夠的，幾乎不需要灌溉。但是因為80年代人口增加，生產糧食的壓力很大，政府就讓農民種兩季糧食，一個是夏天的玉米，一個就是冬小麥。
而冬天春天降雨量很少，冬小麥就是那個時候長的，這樣降雨量不夠又沒有多少地表水，所以就必須把水從地底下抽出來。
收水費是不是足夠呢？那些農民現在抽水已經是要花電費了，所以他一般不是故意地浪費水，他還是儘可能地少用水灌溉。漲水費是不是有潛力再多節約一些水呢？我懷疑這個潛力不大。
想像一下，如果農民的農作物要死了，他肯定是不管水費多高，都要繼續去澆水的。要根本解決超採問題，我覺得要找別的方法。我們收水費是為了控制種植面積，提高節水意識，而不是要把那些已經很窮苦的農民弄得更窮。
再看一下華北平原的情況，河北、河南、山東三個省，它們生產中國56%的小麥和25%的玉米，但水資源量跟這個比就少得可憐，僅佔國家的2.36%，你們看那個差別多大。
我到鄉村很喜歡跟那些農民聊天，每次可以從他們身上學到一點東西。那些農民基本上都是老頭子，他們很辛苦，一年從一畝地，光種小麥得到的收入是一百塊錢，非常少。就是因為這樣，我們可以吃那麼便宜的飯，我們還是佔那些農民的便宜。
我問他們，你們怎麼為了這麼一點錢那麼辛苦呢？他們說我們祖祖輩輩都是種地，我沒有學其他的本事，必須種地，他們是這樣想的。但是他們退休了，他們的孩子都不要在田裡工作，都選擇到城裡打工，誰會給你們飯吃呢？
我在館陶縣碰到的唯一的年輕的農民就是這位先生的兒子，他們種植玉米。他是經過土地流轉，租了一千畝的土地。他用無人飛機噴殺蟲藥，他還用噴灌的節水灌溉方式去灌溉他的田地，全部都是機械化。
這個人是少數的主動願意跟我們合作的農民，因為他一千畝地減少用水量就可以省電，這對他是一個很大的好處，他的兒子就繼承他。他們通過機械化的生產方式，現代化的管理，經營一個大規模的農場。這就是中國農場的未來。這樣也可以比較有效地節省水，比小規模的種植節省水。
我問過那個租地給年輕人的農民，為什麼租給他，他哪裡做得比你好呢？他說他們規模大，都是機械化，他們的效率高多了，可以賺的錢更多。
可能現在中國的農業發展已經是在往大規模農場經營的方向走，但是還是有一些小的障礙，比方說長期的租賃問題還沒有完全解決，租金可能還是太高。這種東西需要調整，但發展的方向就是往大的農場發展。
我們還發明了一個地下水遊戲，跟農民一起玩。那個遊戲有一點像《大富翁》，可以四個人玩。他們可以選擇種什麼農作物，用什麼灌溉方式。然後他們還可以買拖拉機，可以買灌溉設備等等，他們的目的是賺更多的錢。
但是還有一個條件，假如地下水給抽乾了，大家都輸，所以他們非常關心地下水位。地下水位用棋子表示，可以看得到。他們灌溉就拿出來一些棋子，補給的時候就加一些棋子。我們發現地下水很低的時候，他們就會很小心地選擇農作物。
但在現實中，地下水問題是看不到的，像環境汙染、空氣汙染，我們馬上能感覺到，但是地下水在哪裡？地不是透明的，我們看不到。
所以我們在想是不是要在那些村莊安裝一種表達水位的顯示器，然後看水位到底離那個紅線多遠。我們的遊戲也有一個電子版，假如你們有時間可以玩一玩。我們正在測試程序，你們可以提出意見。
▲ 遊戲網址https://savethewater-game.com/game
最後在館陶縣這個地方的問題，總的來講可以解決，但是大的華北平原的問題還是沒有得到解決。要解決那麼大面積的問題，還是要減少糧食的生產，中國必須改變它的糧食政策才行。
我們自己可以做些什麼呢？當然我們可以節約用水，也許也可以少吃一些肉，因為華北平原的玉米大部分都是餵雞餵豬用的，而且絕對不要浪費食物，因為食物就是濃縮的水。但是你們口渴可以隨便喝水，這個完全無所謂。
最後我想感謝瑞士發展與合作署，中國的水利部還有中科院，感謝他們大力地支持我們這個項目，我還要感謝我們的合作單位和合作夥伴的支持，謝謝你們。