水利系研究成果揭示南水北调中线工程对北京地下水位的稳定和恢复发挥重要作用


清华新闻网7月28日电 7月21日,清华大学水利系龙笛研究员、杨文婷博士生、赵建世教授及合作者在国际著名期刊《自然-通讯》(Nature Communications)发表了题为“南水北调使北京地下水位稳定” (South-to-North Water Diversion stabilizing Beijing’s groundwater levels)的研究成果,这是我国水文水资源领域近年来在《自然》子刊发表的为数不多的研究。

绿水青山不仅是金山银山,也是人民群众健康的重要保障。北京作为我国的政治文化中心,每年人均水资源量小于100立方米,仅为全国平均的十二分之一,全球平均的八十分之一。为满足城市的大量用水需求,地下水被过度开采,地下水埋深从2000年的15米下降到2014年的26米,由此造成城市用水短缺、地面沉降加剧等问题,制约了北京乃至京津冀地区的农业和社会经济可持续发展。

为有效缓解我国北方的用水短缺问题,我国从2002年起开始实施南水北调工程,分东、中、西线从长江向北方计划每年调水448亿立方米。其中,南水北调中线一期工程规划每年向华北调水95亿立方米,自2014年12月开始向华北和北京输水,至2019年12月的5年间已向北京输水52亿立方米,北京地下水位从2014年底的25.7米回升至2019年底的22.7米(见下图),平均每年恢复0.6米。南水北调中线工程对缓解北京地下水超采到底发挥了什么样的作用?除了南水北调中线输水之外,还有没有其他因素促进地下水的恢复?这种恢复是否可持续?未来北京地下水储量将如何演变?回答这一系列问题,将对了解特大型水利工程的重要作用、全面评价水利工程的社会经济效益和生态环境影响具有至关重要的意义。

南水北调中、东线示意图和北京1981(2005)‒2019年地下水埋深、地表水及降水变化

水利系龙笛、杨文婷、赵建世及合作者针对上述问题开展了多年系统性的研究。通过分析大量水文、气象和用水数据,尤其是南水北调中线输水进京之后的相关数据,结合所搭建的考虑人类用水对地表和地下水影响的高分辨率水文模型,探明了南水北调中线输水、农业灌溉用水减少、气候波动等因素对地下水恢复的贡献。研究结果表明:南水北调中线输水置换地下水开采对地下水恢复的贡献为40%,由于农业灌溉效率提高等因素导致的灌溉用水减少对地下水恢复的贡献为30%,而降水自2008年以来相对于1999‒2007持续干旱时段的增加,对地下水稳定和恢复的贡献为30%。

在厘清调水、农业灌溉用水减少和气候因素对地下水恢复的贡献的基础上,本研究基于所搭建的高分辨率水文模型CWatM-MODFLOW,并结合区域气候模型模拟的气象驱动数据,对未来十年(2021‒2030) 不同气候和用水情景下的北京地下水储量进行了预测,结果表明:北京地下水位将进一步回升,回升的程度与具体的用水量和气候波动相关。如果2019‒2030年的地下水开采量维持在2018年每年17亿立方米的水平,且多年平均降水量保持在2000‒2018年平均水平(每年540 毫米),北京地下水储量有可能在2030年恢复至2003年的水平,即地下水埋深恢复至约18 米;如果对地下水的开采量进一步减少到每年15亿立方米,且多年平均降水量在2008‒2018年平均水平(每年580 毫米),北京地下水储量有可能在2030年恢复至上世纪九十年代的水平,即地下水埋深约10米。

建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计。南水北调工程是世界上最大的调水工程,生态补水是其重要的功能之一。本研究系统阐述了南水北调工程对北京地下水持续稳定和恢复、增强特大城市用水安全、改善生态环境等方面的正面效益,讨论了南水北调工程对调水区及受水区生态环境和社会经济带来的影响,对南水北调工程后续的实施和运行具有重要参考价值。同时,本研究回答了国际上关于我国南水北调工程的重大关切,讲述了以事实和科学为依据的中国故事,也为全球地下水的治理贡献了中国智慧和中国方案。

论文首页截图

论文第一完成单位为清华大学水利系,第一(通讯)、二、三、四作者分别为清华大学水利系龙笛研究员、杨文婷博士生、美国德州大学布里吉特·斯坎伦(Bridget Scanlon)教授和清华大学赵建世教授,合作者来自国内外相关高校和科研机构。本研究得到国家自然基金委重大研究计划、优秀青年基金、国际合作重点、国家重点研发计划等项目的资助。

论文链接:https://nature.com/articles/s41467-020-17428-6

供稿:水利系

编辑:曲田

2020年07月28日 10:14:32  清华新闻网

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