中國有多缺水？用衛星觀察，發現問題很嚴重！

日前，水利部、財政部、國家發展改革委、農業農村部聯合印發了《華北地區地下水超采綜合治理行動方案》。中國水科院副院長王建華認為，該方案是我國乃至全世界首次提出的大區域地下水超采綜合治理方案，一方面將有力保障相關舉措在整個華北地區的落地實施，最終實現地下水采補平衡目標；另一方面還將為全球地下水超采治理提供中國樣本。

此方案提出的背景，正是我國，尤其是華北地區地下水超采現狀嚴重。那么，究竟有多嚴重？在治理方面遇到哪些困境？庫叔分享瑞士地下水專家金士博的演講文章，以饗庫友們。

中國缺水嗎？

大家好，我是金士博，我研究的領域是地下水。我最近20年在瑞士蘇黎世聯邦理工學院工作，大部分工作內容就是地下水。

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

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。因為僅生產一升的葡萄酒，就需要900升的水來養葡萄。

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

假如我們用糧食去喂養牲畜，那就是第二次濃縮水。一公斤的牛肉在生產過程中大概會消耗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。我們瑞士比你們多，我們每人每年有接近5000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多立方米的數字是全國一年的平均值。假如我們某個地區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，但是不能長期繼續下去。

很多國家都出現了不可持續地用水的問題，兩個問題比較突出，一個是超采地下水，另一個是挪用生態環境需要的水。

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，超采的表現就是地下水位在下降。

在全球都出現了超采的問題，特別是在干旱地區。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，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。農民最開始用地表水灌溉，后來因為生產需求大，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。

現在超采的量甚至大到可以從衛星上監測到它。GRACE是觀測地球重力場變化的衛星。這個圖就是從GRACE衛星得到的。它告訴我們，在2002年到2012年之間，哪里的重力發生了變化。重力變少了就是藍色的，表示質量變少了。

我們可以理解喜馬拉雅山出現的藍色，是因為冰川的退化，質量減少了。但在華北平原沒有冰川，所以在華北平原出現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% 的小麥生產依靠的是不可持續的超采地下水。

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，最后農民只好不抽水或者少抽地下水，靠天吃飯，就難以維持現在的糧食產量。

但在缺糧之前，超采就會出現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持續惡化。這些現象在河北省就已經非常普遍了，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：所以國內很多鐵路線附近都會專門設置水位監測站，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，有的地方海水已經侵入陸地50公里，那么這50公里以內的井就都報廢了，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，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，雖然如此，經過河水的灌溉，它變成一個綠洲，農業生產非常豐富。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、保護胡楊林生態系統，國務院規定要把中游一半的水傳送到下游。農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。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的工作，就要求老鄉們必須付一點水費，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。

我們發現后，就安排一個人晚上在村里監督，去聽哪里有水在流，就罰哪些人。沒想到農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。我們怎么發現的呢，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民后面放一個警察盯著他。但是幾十年后，現在通過高科技，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，不能繼續再抽水。

他們還通過制定水費這樣的經濟措施，使農民重視節水。但這很不容易，因為那些農民不要付水費，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。他們還同意把表調得慢一點，也介紹了一些法律的懲罰措施。

最后農民接受了，他們也知道不能這樣子繼續下去。現在那個系統正在工作，而且已經能看出初步的效果，水位下降的速度變小了，由每年下降0.4米變為0.2米。

我們問了一些農民，你們現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。很多農民現在還去申請了補貼搞節水灌溉，他們節水灌溉的最好方法就是膜下滴灌，現在很多人去申請了。

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測用水量。

因此我們跟河北工程大學，還有館陶縣的美麗鄉村大學合作，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，現在電力公司在每一個井安裝一個電表，電表數據是自動傳輸到總部的，他們不出門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，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，生產糧食的壓力很大，政府就讓農民種兩季糧食，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？那些農民現在抽水已經是要花電費了，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約一些水呢？我懷疑這個潛力不大。

想象一下，如果農民的農作物要死了，他肯定是不管水費多高，都要繼續去澆水的。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，提高節水意識，而不是要把那些已經很窮苦的農民弄得更窮。

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。

我到鄉村很喜歡跟那些農民聊天，每次可以從他們身上學到一點東西。那些農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非常少。就是因為這樣，我們可以吃那么便宜的飯。

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民就是這位先生的兒子，他們種植玉米。他是經過土地流轉，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。

這個人是少數的主動愿意跟我們合作的農民，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方式，現代化的管理，經營一個大規模的農場。這就是中國農場的未來。這樣也可以比較有效地節省水，比小規模的種植節省水。

我問過那個租地給年輕人的農民，為什么租給他，他哪里做得比你好呢？他說他們規模大，都是機械化，他們的效率高多了，可以賺的錢更多。

可能現在中國的農業發展已經是在往大規模農場經營的方向走，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。這種東西需要調整，但發展的方向就是往大的農場發展。

我們還發明了一個地下水游戲，跟農民一起玩。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。我們發現地下水很低的時候，他們就會很小心地選擇農作物。

但在現實中，地下水問題是看不到的，像環境污染、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。 

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，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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