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


清華新聞網7月28日電 7月21日,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在國際著名期刊《自然-通訊》(Nature Communications)發表了題為“南水北調使北京地下水位穩定” (South-to-North Water Diversion stabilizing Beijing’s groundwater levels)的研究成果,這是我國水文水資源領域近年來在《自然》子刊發表的為數不多的研究。

綠水青山不僅是金山銀山,也是人民羣眾健康的重要保障。北京作為我國的政治文化中心,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。為滿足城市的大量用水需求,地下水被過度開採,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、地面沉降加劇等問題,制約了北京乃至京津冀地區的農業和社會經濟可持續發展。

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,南水北調中線一期工程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

水利系龍笛、楊文婷、趙建世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分辨率水文模型,探明瞭南水北調中線輸水、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分辨率水文模型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年平均水平(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。

論文首頁截圖

論文第一完成單位為清華大學水利系,第一(通訊)、二、三、四作者分別為清華大學水利系龍笛研究員、楊文婷博士生、美國德州大學布里吉特·斯坎倫(Bridget Scanlon)教授和清華大學趙建世教授,合作者來自國內外相關高校和科研機構。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。

論文鏈接://nature.com/articles/s41467-020-17428-6

供稿:水利系

編輯:曲田

2020年07月28日 10:14:32  清華新聞網

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