食物主權按：華北平原水資源極度短缺。但是在中國農(nóng)業(yè)布局中，華北平原承擔糧食安全的重任!而水資源豐富的東南地區(qū)卻放開工業(yè)化，成為糧食主銷區(qū)。代價是，華北平原地下水的長期超采已經(jīng)引起的地面沉降，使得華北平原成為全世界面積最大的地下復合漏斗區(qū)，使未來的糧食生產(chǎn)難以為繼。

　　編輯|水滴  候雷

　　作者|金士博(Wolfgang Kinzelbach)，地下水專家，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院教授。自2014年起，主持并領導中瑞合作項目“應對氣候變化地下水含水層超采治理與管理戰(zhàn)略”。致力于水流與溶質(zhì)運移過程的基礎研究及在水資源管理、污染控制修復與核廢料隔離方面的應用研究。

　　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(lián)邦理工學院工作，大部分工作內(nèi)容就是地下水。

　　假如一個國家或者地區(qū)每年的人均(可再生)水資源量少于1700立方米，我們就說這個地區(qū)的水資源緊張。假如少于1000立方米，我們說這個地區(qū)水資源短缺。

　　我們怎么會需要那么多水呢?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(yè)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，那么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(jié)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(chǎn)一升的葡萄酒，就需要900升的水來養(yǎng)葡萄。

　　那么我們可以理解了，在每人每年的1700立方米的水里面，大部分是為了生產(chǎn)我們的食物而消耗的水。比如生產(chǎn)1公斤的小麥需要1到2個立方米的水去養(yǎng)它，所以可以說糧食就是濃縮的水。

　　假如我們用糧食去喂養(yǎng)牲畜，那就是第二次濃縮水。一公斤的牛肉在生產(chǎn)過程中大概會消耗10到15立方米的水，總共加起來，我們每年吃的食物里面耗費的水就有1200到1500立方米，這就是為什么會消耗1700立方米那么多的水。

　　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游泳池的容量。我們?nèi)鹗勘饶銈兌啵覀兠咳嗣磕暧薪咏?000立方米的水資源量。但是，像非洲的尼日爾每人每年只有不到200立方米，很可憐。

　　所以中國的水資源量雖然低于世界平均值，但它還是高于1700立方米水緊張的紅線，而且遠高于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(shù)字是全國一年的平均值。假如我們某個地區(qū)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(nèi)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(shù)高多了，我們再看華北平原，它每人每年的水資源少于300立方米，算是極度短缺水。

　　但問題是，盡管如此短缺水，華北平原還是中國的大糧倉，生產(chǎn)超過中國1/4的糧食，用這么少的水怎么可能呢?答案可能就是，我們在不可持續(xù)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(xù)下去。

　　很多國家都出現(xiàn)了不可持續(xù)地用水的問題，兩個問題比較突出，一個是超采地下水，另一個是挪用生態(tài)環(huán)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里面。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，然后隨著重力的作用流到低處。假如我們在一個地區(qū)長時間抽出來的水量大于補給的水量，那就是超采，超采的表現(xiàn)就是地下水位在下降。

　　在全球都出現(xiàn)了超采的問題，特別是在干旱地區(qū)。每年抽出來的1萬億立方米的水里面，1/4是超采。最早出現(xiàn)超采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采的情況。

　　兩個最突出的典型案例，一個是印度的干河谷，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(nèi)澇和鹽堿化的問題。(注：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(fā)，鹽分就殘留在土壤里。長期下去鹽分容易堆積，造成鹽堿化。)

　　80年代中國有超過10億的人口，糧食緊張。農(nóng)民最開始用地表水灌溉，后來因為生產(chǎn)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(xiàn)在超采的量甚至大到可以從衛(wèi)星上監(jiān)測到它。GRACE是觀測地球重力場變化的衛(wèi)星。這個圖就是從GRACE衛(wèi)星得到的。它告訴我們，在2002年到2012年之間，哪里的重力發(fā)生了變化。重力變少了就是藍色的，表示質(zhì)量變少了。

　　我們可以理解喜馬拉雅山出現(xiàn)的藍色，是因為冰川的退化，質(zhì)量減少了。但在華北平原沒有冰川，所以在華北平原出現(xiàn)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凈抽水量大概是83億立方米。

　　超采帶來的短期好處會給人一種糧食保障的錯覺。假如我們什么都不做，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(chǎn)依靠的是不可持續(xù)的超采地下水。

　　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，那什么水都抽不上來，最后農(nóng)民只好不抽水或者少抽地下水，靠天吃飯，就難以維持現(xiàn)在的糧食產(chǎn)量。

　　但在缺糧之前，超采就會出現(xiàn)很多比較嚴重的后果，包括濕地變干，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(zhì)持續(xù)惡化。這些現(xiàn)象在河北省就已經(jīng)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，這跟我有什么關系呢?這對基礎設施很不好，它會破壞水管，而且地面下沉后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。(注：所以國內(nèi)很多鐵路線附近都會專門設置水位監(jiān)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公里，就是那個地沉下去了。

　　對于超采引起的海水入侵，有的地方海水已經(jīng)侵入陸地50公里，那么這50公里以內(nèi)的井就都報廢了，變成咸水，無法用于灌溉或飲用。所以我們必須采取措施停止超采，而且越快越好。

　　為什么我們應該保持現(xiàn)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(yī)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么問題。

　　地下水也是一樣，就是一種存款。干旱的時候，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。

　　怎么管理它呢?在豐水年和平水年我們應該少抽地下水，然后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(fā)展與合作署資助，然后與中國水利部和中國科學院合作。這兩個項目，一個位于甘肅的黑河中游張掖地區(qū)，另外一個是在河北省邯鄲的館陶縣。

　　黑河中游是一個半沙漠地區(qū)，雖然如此，經(jīng)過河水的灌溉，它變成一個綠洲，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)非常豐富。但是它用的灌溉水越來越多，到后來幾乎沒有剩下什么水給下游。

　　在2000年，為了保證東居延海有水、保護胡楊林生態(tài)系統(tǒng)，國務院規(guī)定要把中游一半的水傳送到下游。農(nóng)民可用的地表水少了，于是很自然地就鉆井取地下水補上缺乏的灌溉用水。有兩個灌區(qū)超采，其中一個是駱駝城，他們的超采能從兩個地下水位的漏斗看出來。

　　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，怎么去控制是一個很大的挑戰(zhàn)。你們可能會想，我們跟在家里一樣安裝一個水表，然后按照用量計算水費不就行了。但事實不是那么簡單。

　　我跟中國的水表有接觸最早是在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(tǒng)的工作，就要求老鄉(xiāng)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，就需要一個水表。那個時候的水表摩擦力很大，必須把水龍頭開得大一些它才開始轉。農(nóng)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，然后把水龍頭打開到水表剛好不轉的位置，用這種方法來偷水。

　　我們發(fā)現(xiàn)后，就安排一個人晚上在村里監(jiān)督，去聽哪里有水在流，就罰哪些人。沒想到農(nóng)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表，停水的時候有個人還用打氣筒往里打氣，讓水表向后轉。我們怎么發(fā)現(xiàn)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表，似乎應該在每一個農(nóng)民后面放一個警察盯著他。但是幾十年后，現(xiàn)在通過高科技，我們是有辦法去代替警察的。

　　用什么代替?就是用這種智能水表。館陶縣的水務局在每一個井上安裝了一個智能表。那些農(nóng)民在開始灌溉之前按照他的水權去水務局買水，然后得到一個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(xù)再抽水。

　　他們還通過制定水費這樣的經(jīng)濟措施，使農(nóng)民重視節(jié)水。但這很不容易，因為那些農(nóng)民不要付水費，他們反抗，示威游行，然后破壞一些智能表。水務所的干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(diào)得慢一點，也介紹了一些法律的懲罰措施。

　　最后農(nóng)民接受了，他們也知道不能這樣子繼續(xù)下去。現(xiàn)在那個系統(tǒng)正在工作，而且已經(jīng)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?yōu)?.2米。

　　我們問了一些農(nóng)民，你們現(xiàn)在用水有沒有什么變化。他說以前我是兩個禮拜澆一次地，現(xiàn)在是三個禮拜澆一次地，因為我看著那個錢從我那個IC卡里流出去。很多農(nóng)民現(xiàn)在還去申請了補貼搞節(jié)水灌溉，他們節(jié)水灌溉的最好方法就是膜下滴灌，現(xiàn)在很多人去申請了。

　　這樣基本上可以解決黑河中游超采的問題，那為什么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，最后就不再下降。

　　所以優(yōu)化地下水和地表水的安排，完全可以解決黑河中游的問題，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采的量。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(tǒng)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。

　　但是不管一個井多么簡單，它抽水還是需要用電，所以都有一個電表。如果我們知道一度電相當于抽了多少立方米的水，其實你就可以用電表來監(jiān)測用水量。

　　因此我們跟河北工程大學，還有館陶縣的美麗鄉(xiāng)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系。以后還會更簡單，現(xiàn)在電力公司在每一個井安裝一個電表，電表數(shù)據(jù)是自動傳輸?shù)娇偛康模麄儾怀鲩T就可以看到每個井用了多少電，然后乘上那些學生確定的水電轉換系數(shù)就知道抽了多少水。

　　而且我們以后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(tǒng)，就比較省錢。但是這樣做是不是就足夠解決超采問題呢?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么。

　　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(chǎn)糧食的壓力很大，政府就讓農(nóng)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(nóng)民現(xiàn)在抽水已經(jīng)是要花電費了，所以他一般不是故意地浪費水，他還是盡可能地少用水灌溉。漲水費是不是有潛力再多節(jié)約一些水呢?我懷疑這個潛力不大。

　　想象一下，如果農(nóng)民的農(nóng)作物要死了，他肯定是不管水費多高，都要繼續(xù)去澆水的。要根本解決超采問題，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(jié)水意識，而不是要把那些已經(jīng)很窮苦的農(nóng)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(chǎn)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，僅占國家的2.36%，你們看那個差別多大。

　　我到鄉(xiāng)村很喜歡跟那些農(nóng)民聊天，每次可以從他們身上學到一點東西。那些農(nóng)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，我們可以吃那么便宜的飯，我們還是占那些農(nóng)民的便宜。

　　我問他們，你們怎么為了這么一點錢那么辛苦呢?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里工作，都選擇到城里打工，誰會給你們飯吃呢?

　　我在館陶縣碰到的唯一的年輕的農(nóng)民就是這位先生的兒子，他們種植玉米。他是經(jīng)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(jié)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(shù)的主動愿意跟我們合作的農(nóng)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(chǎn)方式，現(xiàn)代化的管理，經(jīng)營一個大規(guī)模的農(nóng)場。這就是中國農(nóng)場的未來。這樣也可以比較有效地節(jié)省水，比小規(guī)模的種植節(jié)省水。

　　我問過那個租地給年輕人的農(nóng)民，為什么租給他，他哪里做得比你好呢?他說他們規(guī)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(xiàn)在中國的農(nóng)業(yè)發(fā)展已經(jīng)是在往大規(guī)模農(nóng)場經(jīng)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(diào)整，但發(fā)展的方向就是往大的農(nóng)場發(fā)展。

　　我們還發(fā)明了一個地下水游戲，跟農(nóng)民一起玩。那個游戲有一點像《大富翁》，可以四個人玩。他們可以選擇種什么農(nóng)作物，用什么灌溉方式。然后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，假如地下水給抽干了，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(fā)現(xiàn)地下水很低的時候，他們就會很小心地選擇農(nóng)作物。

　　但在現(xiàn)實中，地下水問題是看不到的，像環(huán)境污染、空氣污染，我們馬上能感覺到，但是地下水在哪里?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，然后看水位到底離那個紅線多遠。我們的游戲也有一個電子版，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。

▲ 游戲網(wǎng)址https://savethewater-game.com/game

　　最后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。要解決那么大面積的問題，還是要減少糧食的生產(chǎn)，中國必須改變它的糧食政策才行。

　　我們自己可以做些什么呢?當然我們可以節(jié)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喂雞喂豬用的，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。

　　最后我想感謝瑞士發(fā)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伙伴的支持，謝謝你們。

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