地下水———缓解地球的饥渴

1. 1 地下水———可持续利用人类的生命和生活都离不开水，对清洁水的需求随着全球人的增长而不断增长。

在很多地区人们赖以生存的可饮用淡水十分缺乏。如果他们想要生存和致富，安全而低成本的供水是必需的。如果没有地下水———所有淡水资源中最大量、最可靠的水源，那么饮用、工业和农业的供水保证将成为空谈。在很多地区饮用水主要依靠地下水，欧洲和俄罗斯的饮用水中有 80% 来自地下水，而北非和中东的比例则更高。与其他自然资源或原材料不同，地下水存在于世界各地。但是由于降水条件、含水层分布 (如岩石、沙层等，地下水就赋存在它们的窄隙之中) 的差别，其开发的可能性各不相同。一般来说地下水只是在每年的部分时段得到补给，但却可能被全年抽取。只要有充足的补给，而且水源不受到污染，地下水就可以不受限制地开采。地下水组成 “水循环”的地下部分，与大气或气候作用、河湖地表水系、泉水和湿地有着密切的联系。所有这些资源都可作为补充，但是情况大不相同，干旱地区几乎没有水，而潮湿的热带地区地表水和雨水均十分丰富。同 “储存”的地下水水量相比，参与当前水循环的地下水的水量很小。

1. 2 地下水组成天然水循环中的地下部分地球的淡水资源主要由冰、雪和地下水组成。河流和湖泊只占全球总淡水量的一小部分。地球的地下淡水资源总量估计为 1000 万立方千米，是雨水所提供的全球年补水量的 200 多倍。这是因为大部分地下水资源都经历了几个世纪，甚至几千年的积累。在一些地方它们见证了过去较为潮湿的气候。这些独特的淡水资源甚至在现代的干旱地区也能找到。全世界年度降水补给量是最主要的淡水资源，而河流在降水的分配方面起着重要作用。在干旱地区通常缺乏可再生的淡水，迫使当地居民使用所有可以利用的地下水。但是由于这种开采是不可持续的，可能引发诸如地面沉降和断裂等地质灾害。所以应当避免这种地下水开采。只有在很少一些地区，当地下水储量同居民人口相比很大的情况下，开采地下水才是可行的。可再生的淡水是根据其流量 (如，立方千米/年或立方米/秒) 来测量的，而不可再生的淡水储量是根据其容积或质量 (立方千米或立方米) 来测量的，所以两者难以做定量对比。

1. 3 地下水和水循环虽然地下水对淡水的贡献不如河流，但它还是对淡水资源起着很大的调控作用。地下水组成天然水循环中的地下部分，其中蒸发、降水、渗漏和排泄是地下水的主要组分。 “看得见的”地下水都受到气候和天气的强烈影响，尽管它们会很快受到污染，但也能很快恢复。相比之下 “看不见的”地下水受污染恢复的要慢得多，但良好的水源也更持久，可持续数年至数千年。所以只要悉心管理，就可以利用这些不同的时间表来建立一个完整的、足以抗击干旱的供水系统。潮湿地区和干旱地区的地下水动态是不同的。在潮湿气候下，由于降水丰富，大量的水渗透到地下水中进入水循环，并在雨水较少的季节里对溪流、泉水和湿地进行补给。在半干旱和干旱气候下，情况就不同了，由于降水极少，入渗量很少，难得穿透厚厚的 (不饱和) 干土层，地表水和地下水动态之间几乎没有交换。在这些地区地下水资源只能得到最低程度的补给，在规划任何区域性的整体水资源管理方案时必须区别对待。科学家要想获得水循环中地下水各构成部分的数字特征，需要进行几十年的测量和观察。

另外对于流动缓慢的地下水和作用于大气及地球表面的淡水循环之间的交换作用还必须作出充分的量化。地下水的多少在各地区差别很大。气候条件特别是降水，决定了地下水补给量的多少。但是可以储存下来的水量大小是由地下岩石的储集性能来控制的。出于当地地质性质和气候史的原因，即使是在气候非常干旱的地区，也能找到地下水。我们只有充分了解水资源的空间范围及其长期变化，才能可持续地利用水资源。但在当前即使在发达地区，有关动态资料和数据也往往缺乏。所以我们的知识和数据库必须不断更新。这可以通过采集数据并编制成图件，用地理信息系统以及通过数学模型来完成。利用模型我们可以了解这些数据并分析不同管理方案的效果。现代水文学提供了可建立水的运移和流动模型的工具，还建立了可对水文作用过程进行模拟的模型。各大陆 (包括南极) 约有30%的面积下伏有相对均质的含水层，拥有重要的地下水储量; 大约 19% 拥有地下水，其中，在一些地质复杂的地区范围更广。陆地的一半地区有地下水少量赋存，仅局限于近地表的松散砾石、沙、岩屑中，但是这些地下水资源仍然足以维持人口少或中等规模的居住区域对水的使用。世界上有 15% 的陆地面积年平均降水量不足 200 毫米 (约200 升 / 平方米) 。在这些雨水少的地区，地下水的补给量很小，用掉的地下水在数百年，甚至数千年里都得不到补给。所以在这些地区抽取地下水无异于 “采空”这一有限的资源，而不是获得持续的供水。岩石的地质条件和水文地质特征是控制地下水数量、质量和水流动态的关键因素。除了石灰岩地区典型的 “岩溶”条件 (岩溶条件下，地下水可以经由隧道和洞穴系统迅速流动) 以外，含水层中的流速是非常缓慢的: 通常只有几毫米/年至几米/年或在几个世纪或几千年的时间内达到几千米。

1. 4 储存巨大，但是可用资源有限据联合国的资料，地球的年平均可更新水量为 43000 立方千米。这大约是地球上所有天然湖泊中淡水容量的 1/2，或者说是所有人工水库库容量的10 倍左右。地下水补给大约为10000 立方千米/年 (大约为所有地下水资源的 0. 1%) 。所以与储存中的水量相比，地下水总储量只有很小的部分能得到补给。有些地下水系统在当前某些气候条件下是不可更新的，因为它们形成于 1000 年或 10000 年前比现今潮湿得多的气候环境下。在世界上的一些干旱地区，这些地下水储集层正不断地被 “开采”。例如在撒哈拉东北部，Nubian 砂岩含水系，位于包括乍得、埃及、利比亚和苏丹在内的 200 多万平方千米的地区之下，拥有大量的地下淡水，据说为目前全球每年水消耗量的 100 倍。人们认为几乎所有的大陆都存在着大型的、补给量有限的地下水矿床，但是却无人知道可以被抽取出来的地下水有多大的量。所以我们需要了解关于地下水的年龄、运行时间及流量，以及它的化学特性、化学作用等方面的信息。

1. 5 在大多数情况下，地下水比地表水清洁为满足以上需要，由联合国教科文组织和世界气象组织发起，实施了两个重要项目: 其中，一个项目由联合国教科文组织国际水文计划领导，会同世界水文地质填图和评价计划执行; 一个项目由联合国教科文组织国际水文计划领导，由国际水文地质学家协会、国际原子能机构、德国联邦地学和自然资源研究所以及国际地下水资源评价中心联合执行。地下水并不会在政治边界处停滞不前。在一个国家抽取地下水会极大地影响另一个国家的用水。面对这种情况，地下水的管理需要国际性合作和建立相应的政府与合法机构。既然地下水的运动遵循物理定律，我们必须对水文地质构造进行总体的调查、勘探和管理。这就意味着调查工作必须超越国界，这对敏感的干旱地区尤为重要。这些地方河流的地表水面积与深部的地下水赋存状况有很大的不同。对于超越政治边界的地下水资源的所有者或管理者来说他们必须对地下水的开发达成一致的、对各方都有利的战略对策。

1. 6 对于避免全球性的水危机，谨慎而可持续的开发是必不可少的要求受到污染的地下水会传播疾病和携带有毒的化学物。这样的水会使人生病，甚而死亡。所以在联合国的 “千年发展目标”中，清洁水是一个十分重要的主题。在大多数情况下，地下水比地表水清洁。地下水通常不会受到地表土壤和上覆岩层的污染，这就是为什么世界上有很多地区的饮用水取自地下水。但是全世界不断增长的人口、土地利用的变化以及快速的工业化进程使得地下水越来越陷于困境。在有些地区地下水可能含有超量的天然物质，所以会限制其用途。例如海水会腐蚀含水层。地下水还可能含有可溶性的天然物质，如砷、氟、硝酸盐或硫酸盐，出于健康方面的考虑，这将限制其被利用，甚至完全不能直接被利用。通常我们可以找到适当的处理方法减少或去除有害物质，但是往往成本很高。所以无论什么情况下，在利用地下水之前或在使用过程中，都必须对地下水水质加以控制。

1. 7 在很多干旱地区对水的管理政策使水资源更加稀缺在世界上很多地方，地下水是可持续发展的有力支撑。由于地下水受到自然保护，是质量好而且可靠的水源，很多国家的饮用水主要来自地下水。所以地下水资源的重要性大大加强。谨慎而可持续的开发地下水不但是为其本身所提出的重要要求，也是为避免全球性的水危机所提出的要求。随着人口、经济活动和农业灌溉的增长，对水的需求不断增大。但是由于过度利用或污染，全球可利用的水资源正在不断减少，供需之间的平衡越来越不稳定。超过 30 个国家饱受严重缺水之苦，而为了解决对水的需求，又加剧了对地下水的利用。农业是世界上最大的用水大户，用水量为 70%，其次是工业，用水量为20%和民用，用水量为10%。我们已经做了很大的努力来减少工业和民用的耗水量。但是在提高农业灌溉的效益方面还有很多工作要做。现在在干旱地区，越来越多地利用不可更新的地下水来灌溉边缘农田，这个问题需要特别予以关注。在世界各地经济发展的水平各有千秋，用水的比例也各不相同。在欧洲和北美，水主要用于工业; 在亚洲和非洲，农业灌溉是水的主要用户。所以在很多半干旱和干旱地区，大约 30%的地下水被开采，以用于灌溉，而且还有增长的趋势。

1. 8 全世界有 20 亿人在利用地下水，使之成为使用率最高的一种自然资源全世界有大约 20 亿人在利用地下水，使之成为使用率最高的一种自然资源。据估算地下水的年开采量在600 ～700 立方千米 (10 亿吨) 之间。作为对比全世界沙石的年消耗量为 180 亿吨，而石油的年消耗量仅为 35 亿吨。在很多国家地下水被认为属于公共财产。在稀缺的地方，它可能被看作经济商品，但在大多数情况下并没有定价。但是地下水的开采、处理和供给成本需要通过收取水费来补偿，以维持可持续的供给。目前全世界都没有报道有关通过向消费者供水而获得财富的具体数字。唯一得到的数据是有关地下水的最有价值的深加工产品，即，饮用水和瓶装水 (表 1) 。表 1 地下水生产与其他自然资源的对比表 (2001 年)关于公开供应、成本回收、农业灌溉、水市场和私人投资自由化的讨论在社会各个阶层都在进行。联合国制定的 “千年发展目标”计划到 2015 年将缺少安全饮用水的人数减少到一半，这一目标需要有相当大的财政投资才能实现。根据用户的不同，水的价格也大不相同，尽管这些产品都是来源于同一个自然资源。用于灌溉的水未经处理，其成本即使要算的话仅为几美分/立方米。由管道供应的家庭饮用水要花 2 欧元/立方米，而瓶装矿泉水或佐餐矿泉水可达 1000 欧元/立方米或更高。如果我们的社会继续使用珍贵的地下水资源而不予补偿或补给，那么水的危机只会日益严重。对地下水可持续使用的策略必须考虑到水循环的所有环节。还要充分保证发挥科学的作用，因为它可以使我们更好地理解地球上这一极其重要但又隐形的地下水资源。

1. 9 关键议题尽管过去几十年，地下水被普遍地用于人畜饮水、灌溉及工业，但是关于地下水资源及其可持续性利用的知识仍然不足，因为水文学还是一门相当新的学科。2005 年，联合国提出了 “水的十年计划”，旨在促进 “千年发展目标”中所提出的关于 “水”这一跨项目问题。毫无疑问地下水问题将在联合国 “十年计划”中被充分重视。作为该计划的一部分，以下行动正在进行:·地下水淡水资源的测绘和计量，包括对多个国家共有的跨境地下水盆地的界定;·调查地下淡水系统的补给、流动及排泄作用，以及它们在供水生态系统中的作用;·通过保护受影响的湿地，防止地下水数量和质量的下降，以及长期监控地下水系统来改善由地下水开采或地下水水体恶化所带来的环境影响;·认识水在不同环境中的价值，实施保护和保障水资源的策略。