金士博（Wolfgang Kinzelbach），瑞士地下水專(zhuān)家。
但在現(xiàn)實(shí)中，地下水問(wèn)題是看不到的，像環(huán)境污染、空氣污染，我們馬上能感覺(jué)到，但是地下水在哪里？地不是透明的，我們看不到。
中國(guó)缺水嗎
金士博
大家好，我是金士博，我研究的領(lǐng)域是地下水。我最近20年在瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院工作，大部分工作內(nèi)容就是地下水。
假如一個(gè)國(guó)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(shuō)這個(gè)地區(qū)的水資源緊張。假如少于1000立方米，我們說(shuō)這個(gè)地區(qū)水資源短缺。
我們?cè)趺磿?huì)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(gè)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(gè)立方米。如果我們?cè)侔阉泄I(yè)用水分到每個(gè)人的頭上，每人100立方米，加起來(lái)也就161立方米，那么1700立方米的標(biāo)準(zhǔn)是哪來(lái)的？
我跟學(xué)生解釋這件事情的時(shí)候，我就給他們看這個(gè)照片。這是南非的一個(gè)酒莊的車(chē)，它上面寫(xiě)著：節(jié)約用水，多喝葡萄酒。學(xué)生跟你們一樣就笑了，沒(méi)意識(shí)到這句話完全錯(cuò)了。因?yàn)閮H生產(chǎn)一升的葡萄酒，就需要900升的水來(lái)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(gè)立方米的水去養(yǎng)它，所以可以說(shuō)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(guò)程中大概會(huì)消耗10到15立方米的水，總共加起來(lái)，我們每年吃的食物里面耗費(fèi)的水就有1200到1500立方米，這就是為什么會(huì)消耗1700立方米那么多的水。
再回到開(kāi)始的問(wèn)題，中國(guó)缺水嗎？在2016年，中國(guó)每人每年的水資源量是2355立方米，正好是一個(gè)奧林匹克標(biāo)準(zhǔn)的游泳池的容量。我們?nèi)鹗勘饶銈兌?，我們每人每年有接?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(guó)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(yuǎn)高于1000立方米短缺的線。那中國(guó)到底缺水嗎？
這個(gè)其實(shí)有點(diǎn)像年輕人開(kāi)玩笑說(shuō)的，我們的收入被平均了，其實(shí)那2000多立方米的數(shù)字是全國(guó)一年的平均值。假如我們某個(gè)地區(qū)春天有旱災(zāi)夏天有水災(zāi)，那這個(gè)平均值看起來(lái)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(guó)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?cè)倏慈A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(wèn)題是，盡管如此短缺水，華北平原還是中國(guó)的大糧倉(cāng)，生產(chǎn)超過(guò)中國(guó)1/4的糧食，用這么少的水怎么可能呢？答案可能就是，我們?cè)诓豢沙掷m(xù)地利用水資源。這樣我們能暫時(shí)緩解缺水問(wèn)題，但是不能長(zhǎng)期繼續(xù)下去。
很多國(guó)家都出現(xiàn)了不可持續(xù)地用水的問(wèn)題，兩個(gè)問(wèn)題比較突出，一個(gè)是超采地下水，另一個(gè)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(guò)降雨或者河流補(bǔ)給，然后隨著重力的作用流到低處。假如我們?cè)谝粋€(gè)地區(qū)長(zhǎng)時(shí)間抽出來(lái)的水量大于補(bǔ)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(wèn)題，特別是在干旱地區(qū)。每年抽出來(lái)的1萬(wàn)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(guó)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(gè)最突出的典型案例，一個(gè)是印度的干河谷，另外一個(gè)就是華北平原。
我1979年第一次來(lái)中國(guó)工作的時(shí)候，因?yàn)榈叵滤缓芨?，離地面很近，華北平原就有土地內(nèi)澇和鹽堿化的問(wèn)題。（注：水位離地面近到一定距離會(huì)引起毛細(xì)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(zhǎng)期下去鹽分容易堆積，造成鹽堿化。）
80年代中國(guó)有超過(guò)10億的人口，糧食緊張。農(nóng)民最開(kāi)始用地表水灌溉，后來(lái)因?yàn)樯a(chǎn)需求大，地表水不夠就開(kāi)始抽地下水。由此開(kāi)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(cè)到它。GRACE是觀測(cè)地球重力場(chǎng)變化的衛(wèi)星。這個(gè)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(lán)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(lán)色，是因?yàn)楸ǖ耐嘶?，質(zhì)量減少了。但在華北平原沒(méi)有冰川，所以在華北平原出現(xiàn)的藍(lán)色就是因?yàn)榈叵滤拇鎯?chǔ)量減少了，而且可以由此推算出來(lái)這幾年每年的凈抽水量大概是83億立方米。
超采帶來(lái)的短期好處會(huì)給人一種糧食保障的錯(cuò)覺(jué)。假如我們什么都不做，那地下水位就會(huì)一直下降。這就是糧食泡沫，這個(gè)泡沫早晚會(huì)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(gè)問(wèn)題。一個(gè)是抽水的成本會(huì)越來(lái)越高，因?yàn)閺乃缓艿偷牡胤匠樗蟻?lái)需要更多的電能，另一個(gè)是井的抽水量會(huì)越來(lái)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(lái)，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(huì)出現(xiàn)很多比較嚴(yán)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(wèn)題會(huì)導(dǎo)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(huì)想，這跟我有什么關(guān)系呢？這對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施很不好，它會(huì)破壞水管，而且地面下沉后車(chē)軌會(huì)偏離原先的設(shè)計(jì)，動(dòng)車(chē)車(chē)軌歪了，動(dòng)車(chē)就會(huì)從車(chē)軌跳出來(lái)。（注：所以國(guó)內(nèi)很多鐵路線附近都會(huì)專(zhuān)門(mén)設(shè)置水位監(jiān)測(cè)站，提前預(yù)警地面沉降的風(fēng)險(xiǎn)。）
上面圖中這種裂縫在河北有1000多個(gè)，其中400個(gè)長(zhǎng)度超過(guò)1公里，就是那個(gè)地沉下去了。
對(duì)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?xún)?nèi)的井就都報(bào)廢了，變成咸水，無(wú)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(yīng)該保持現(xiàn)在或者過(guò)去的水位呢？還有另外一個(gè)主要的原因。就像有時(shí)候我們生大病去醫(yī)院需要花很多錢(qián)，那個(gè)時(shí)候假如我們的存款很多的話就沒(méi)什么問(wèn)題。
地下水也是一樣，就是一種存款。干旱的時(shí)候，就可以用地下水灌溉，而且地下水是比地表水庫(kù)容量還大的一個(gè)地下水庫(kù)。所以我們要好好地管理它，它可以幫我們的忙，去應(yīng)對(duì)氣候變化帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。
怎么管理它呢？在豐水年和平水年我們應(yīng)該少抽地下水，然后枯水年就可以抽多一些。當(dāng)然如果要管理好，還需要制定一些法律，也需要每一個(gè)使用者的合作。
我想講一下我最近四年在中國(guó)參加的兩個(gè)地下水項(xiàng)目，這兩個(gè)地下水項(xiàng)目由瑞士的發(fā)展與合作署資助，然后與中國(guó)水利部和中國(guó)科學(xué)院合作。這兩個(gè)項(xiàng)目，一個(gè)位于甘肅的黑河中游張掖地區(qū)，另外一個(gè)是在河北省邯鄲的館陶縣。
黑河中游是一個(gè)半沙漠地區(qū)，雖然如此，經(jīng)過(guò)河水的灌溉，它變成一個(gè)綠洲，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)非常豐富。但是它用的灌溉水越來(lái)越多，到后來(lái)幾乎沒(méi)有剩下什么水給下游。
在2000年，為了保證東居延海有水、保護(hù)胡楊林生態(tài)系統(tǒng)，國(guó)務(wù)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(bǔ)上缺乏的灌溉用水。有兩個(gè)灌區(qū)超采，其中一個(gè)是駱駝城，他們的超采能從兩個(gè)地下水位的漏斗看出來(lái)。
控制地表水很容易，只要一個(gè)人開(kāi)關(guān)水閘就可以了。但是地下水不一樣，那些機(jī)井成千上萬(wàn)，怎么去控制是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。你們可能會(huì)想，我們跟在家里一樣安裝一個(gè)水表，然后按照用量計(jì)算水費(fèi)不就行了。但事實(shí)不是那么簡(jiǎn)單。
我跟中國(guó)的水表有接觸最早是在80年代。我們?cè)谝拭缮焦ぷ?，去給那些貧困縣提供自來(lái)水。那個(gè)時(shí)候因?yàn)橐S持系統(tǒng)的工作，就要求老鄉(xiāng)們必須付一點(diǎn)水費(fèi)，否則就不能修理水泵之類(lèi)的。
要按照用量收水費(fèi)，就需要一個(gè)水表。那個(gè)時(shí)候的水表摩擦力很大，必須把水龍頭開(kāi)得大一些它才開(kāi)始轉(zhuǎn)。農(nóng)民們就想出來(lái)一個(gè)辦法，他們晚上放一個(gè)大水盆在水龍頭下面，然后把水龍頭打開(kāi)到水表剛好不轉(zhuǎn)的位置，用這種方法來(lái)偷水。
我們發(fā)現(xiàn)后，就安排一個(gè)人晚上在村里監(jiān)督，去聽(tīng)哪里有水在流，就罰哪些人。沒(méi)想到農(nóng)民們就在水龍頭上系一個(gè)毛巾，這樣水流下去就沒(méi)有聲音了。他們有各種各樣的方法破壞水表，停水的時(shí)候有個(gè)人還用打氣筒往里打氣，讓水表向后轉(zhuǎn)。我們?cè)趺窗l(fā)現(xiàn)的呢，因?yàn)槊看巫x表他的用水量都是負(fù)的，過(guò)頭了。
所以如果真的要去保護(hù)那個(gè)水表，似乎應(yīng)該在每一個(gè)農(nóng)民后面放一個(gè)警察盯著他。但是幾十年后，現(xiàn)在通過(guò)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(wù)局在每一個(gè)井上安裝了一個(gè)智能表。那些農(nóng)民在開(kāi)始灌溉之前按照他的水權(quán)去水務(wù)局買(mǎi)水，然后得到一個(gè)IC卡，他就用刷卡的方式去操作井。每次抽水的量都會(huì)從卡上扣出來(lái)，卡上沒(méi)水就必須停止，不能繼續(xù)再抽水。
他們還通過(guò)制定水費(fèi)這樣的經(jīng)濟(jì)措施，使農(nóng)民重視節(jié)水。但這很不容易，因?yàn)槟切┺r(nóng)民不要付水費(fèi)，他們反抗，示威游行，然后破壞一些智能表。水務(wù)所的干部就一直跟他們討論，去說(shuō)服他們，跟他們解釋情況。他們還同意把表調(diào)得慢一點(diǎn)，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?，F(xiàn)在那個(gè)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(wèn)了一些農(nóng)民，你們現(xiàn)在用水有沒(méi)有什么變化。他說(shuō)以前我是兩個(gè)禮拜澆一次地，現(xiàn)在是三個(gè)禮拜澆一次地，因?yàn)槲铱粗莻€(gè)錢(qián)從我那個(gè)IC卡里流出去。很多農(nóng)民現(xiàn)在還去申請(qǐng)了補(bǔ)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(qǐng)了。
這樣基本上可以解決黑河中游超采的問(wèn)題，那為什么我們不直接把這個(gè)方法拿過(guò)來(lái)在華北平原推廣呢？不行。有兩個(gè)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(diǎn)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?xún)?yōu)化地下水和地表水的安排，完全可以解決黑河中游的問(wèn)題，但在華北平原不行，因?yàn)槿A北平原地表水少到根本補(bǔ)不上超采的量。另外一個(gè)原因是，黑河的那些井抽水量很大，每一個(gè)井灌溉的面積很大，所以收上來(lái)的水費(fèi)足夠維持系統(tǒng)正常的運(yùn)行。
在華北平原，一個(gè)人才一畝三分地，井很小，面積小，買(mǎi)智能表就不合算。當(dāng)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(méi)有辦法安裝智能表。
但是不管一個(gè)井多么簡(jiǎn)單，它抽水還是需要用電，所以都有一個(gè)電表。如果我們知道一度電相當(dāng)于抽了多少立方米的水，其實(shí)你就可以用電表來(lái)監(jiān)測(cè)用水量。
因此我們跟河北工程大學(xué)，還有館陶縣的美麗鄉(xiāng)村大學(xué)合作，跟他們的學(xué)生一起做了很多次抽水試驗(yàn)，確定電量和水量之間的關(guān)系。以后還會(huì)更簡(jiǎn)單，現(xiàn)在電力公司在每一個(gè)井安裝一個(gè)電表，電表數(shù)據(jù)是自動(dòng)傳輸?shù)娇偛康?，他們不出門(mén)就可以看到每個(gè)井用了多少電，然后乘上那些學(xué)生確定的水電轉(zhuǎn)換系數(shù)就知道抽了多少水。
而且我們以后電費(fèi)和水費(fèi)可以一起來(lái)收，就不需要建立第二個(gè)收水費(fèi)的系統(tǒng)，就比較省錢(qián)。但是這樣做是不是就足夠解決超采問(wèn)題呢？要回答這個(gè)問(wèn)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?yàn)?0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(gè)是夏天的玉米，一個(gè)就是冬小麥。
而冬天春天降雨量很少，冬小麥就是那個(gè)時(shí)候長(zhǎng)的，這樣降雨量不夠又沒(méi)有多少地表水，所以就必須把水從地底下抽出來(lái)。
收水費(fèi)是不是足夠呢？那些農(nóng)民現(xiàn)在抽水已經(jīng)是要花電費(fèi)了，所以他一般不是故意地浪費(fèi)水，他還是盡可能地少用水灌溉。漲水費(fèi)是不是有潛力再多節(jié)約一些水呢？我懷疑這個(gè)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(fèi)多高，都要繼續(xù)去澆水的。要根本解決超采問(wèn)題，我覺(jué)得要找別的方法。我們收水費(fèi)是為了控制種植面積，提高節(jié)水意識(shí)，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(gè)省，它們生產(chǎn)中國(guó)56%的小麥和25%的玉米，但水資源量跟這個(gè)比就少得可憐，僅占國(guó)家的2.36%，你們看那個(gè)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(xué)到一點(diǎn)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(qián)，非常少。就是因?yàn)檫@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(wèn)他們，你們?cè)趺礊榱诉@么一點(diǎn)錢(qián)那么辛苦呢？他們說(shuō)我們祖祖輩輩都是種地，我沒(méi)有學(xué)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(shuí)會(huì)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(guò)土地流轉(zhuǎn)，租了一千畝的土地。他用無(wú)人飛機(jī)噴殺蟲(chóng)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(jī)械化。
這個(gè)人是少數(shù)的主動(dòng)愿意跟我們合作的農(nóng)民，因?yàn)樗磺М€地減少用水量就可以省電，這對(duì)他是一個(gè)很大的好處，他的兒子就繼承他。他們通過(guò)機(jī)械化的生產(chǎn)方式，現(xiàn)代化的管理，經(jīng)營(yíng)一個(gè)大規(guī)模的農(nóng)場(chǎng)。這就是中國(guó)農(nóng)場(chǎng)的未來(lái)。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(wèn)過(guò)那個(gè)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(shuō)他們規(guī)模大，都是機(jī)械化，他們的效率高多了，可以賺的錢(qián)更多。
可能現(xiàn)在中國(guó)的農(nóng)業(yè)發(fā)展已經(jīng)是在往大規(guī)模農(nóng)場(chǎng)經(jīng)營(yíng)的方向走，但是還是有一些小的障礙，比方說(shuō)長(zhǎng)期的租賃問(wèn)題還沒(méi)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(chǎng)發(fā)展。
我們還發(fā)明了一個(gè)地下水游戲，跟農(nóng)民一起玩。那個(gè)游戲有一點(diǎn)像《大富翁》，可以四個(gè)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(mǎi)拖拉機(jī)，可以買(mǎi)灌溉設(shè)備等等，他們的目的是賺更多的錢(qián)。
但是還有一個(gè)條件，假如地下水給抽干了，大家都輸，所以他們非常關(guān)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(lái)一些棋子，補(bǔ)給的時(shí)候就加一些棋子。我們發(fā)現(xiàn)地下水很低的時(shí)候，他們就會(huì)很小心地選擇農(nóng)作物。
但在現(xiàn)實(shí)中，地下水問(wèn)題是看不到的，像環(huán)境污染、空氣污染，我們馬上能感覺(jué)到，但是地下水在哪里？地不是透明的，我們看不到。
所以我們?cè)谙胧遣皇且谀切┐迩f安裝一種表達(dá)水位的顯示器，然后看水位到底離那個(gè)紅線多遠(yuǎn)。我們的游戲也有一個(gè)電子版，假如你們有時(shí)間可以玩一玩。我們正在測(cè)試程序，你們可以提出意見(jiàn)。
▲ 游戲網(wǎng)址 https://savethewater-game.com/game
最后在館陶縣這個(gè)地方的問(wèn)題，總的來(lái)講可以解決，但是大的華北平原的問(wèn)題還是沒(méi)有得到解決。要解決那么大面積的問(wèn)題，還是要減少糧食的生產(chǎn)，中國(guó)必須改變它的糧食政策才行。
我們自己可以做些什么呢？當(dāng)然我們可以節(jié)約用水，也許也可以少吃一些肉，因?yàn)槿A北平原的玉米大部分都是喂雞喂豬用的，而且絕對(duì)不要浪費(fèi)食物，因?yàn)槭澄锞褪菨饪s的水。但是你們口渴可以隨便喝水，這個(gè)完全無(wú)所謂。
最后我想感謝瑞士發(fā)展與合作署，中國(guó)的水利部還有中科院，感謝他們大力地支持我們這個(gè)項(xiàng)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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