1、地下水评价与管理 全球化的机遇和挑战地下水评价与管理：全球化的机遇和挑战Karen G. Villholth 魏国强 译；冯翠娥、李烨 校译在当前和未来一段时间内，人类对淡水资源的需求量将增加，淡水资源对人类生活的重要性达到了空前的高度，无计划用水和水资源衰竭带来了一系列问题，在发展中国家尤其如此，这就需要加大工作力度，以解决水资源的不平衡问题。但是，在发展中国家，政府对此很少干涉。在这些国家和国际机构中，缺乏对地下水资源及其管理方面的知识、意识和理解。本文重点介绍了水资源问题比较突出地区的联系和发展趋势，例如水污染、城市化及地下水管理中的社会经济因素等。全球化为促进必要知识的获得及其应用提供
2、了良好的机遇，应该进行进一步的研究和发展。这样做的益处包括：理念和方法的集中增长；知识的共享；地区交互式网络的形成。国际发展与研究机构居于很有利的位置，他们可以促进全球化的进程，应当与“当地”任务联合进行，例如局域网建设、野外调查、能力建设及倡议活动。一、概 述地下水的分布特点、规模及其自然特性在全球范围内变化很大，因此在不同的地区，地下水对人类和自然界的重要性也就不尽相同。如果将全球看作一个整体，在不同的气候带、在经济发展水平不同的国家和地区，地下水在为人类活动供水方面起着重要的作用（Shah 2004）。世界水评估计划（WWAP）在世界水资源发展报告中指出：“19501975年间在很多工业
3、化国家，及19701990年间在发展中国家的很多地区，地下水开采规模迅速扩大。要系统地统计开采量和用水量是不可能的，据估计，全球地下水所提供的水量占当前饮用水的50%，占工业用水的40%，占灌溉用水的20%。地下水的社会意义不能单纯用开采量来衡量。与地表水相比，地下水带来的经济效益更大，这是因为地下水开采比较方便、安全程度较高、而且水质较好，几乎不需要处理”（UN/WWAP2003）。地下水约占全球用水量的四分之一（Shah 2004）。印度在发展中国家中是个特例，它的人口占世界总人口的15%，但养活这些人的水资源量和土地面积分别只占全球总量的6%和2.5%（Zektser and Evere
4、tt 2004）。在农村地区，地下水占生活用水的80%。此外，现在估计每年有19002600万口机井和管井抽出约244km3的地下水用于灌溉（相当于全球地下水每年开采量估计值的四分之一）（Burke and Moench 2000; Foster et al.2000）。Shah等人（2003）估计，5560%的印度人（约6.2亿）直接或间接的依靠地下水生活。在过去的50年里，农民的地下水投资约为120亿美元，而公共部门用于地表水灌溉的投资为200亿美元。前者所产生的经济效益远远大于后者（Shah et al. 2003）。地下水的过量开采和衰竭所带来一系列问题，包括水位下降、水井干枯（季节性
5、的）、抽水成本提高、地面沉降、湿地减少、泉及河流流量降低、咸水入侵、土地盐渍化、自然毒素（例如氟化物和砷）以及点源和非点源人类排放废弃物的淋滤引起的地下水水质恶化（Moench and Dixit 2004; Richardson et al. 2004; FAO2003; Llamas and Custodio 2003; Moench et al. 2003; Morris et al. 2003; Burke and Moench 2000; Shah et al. 2000）。虽然人们对这方面的认识越来越多，在理解全球地下水资源及其应用和全球范围内水资源管理的重要性方面仍然存在大片的空
6、白（Moench et al. 2003）。一般而言，发展中国家面临的问题明显比工业化国家要严重，因为发展中国家地下水开发的速率较快，而其经济、技术及制度能力有限，不足以控制地下水资源的开发，因此，他们在法规调整和应急处理方面还缺乏广泛的政治认可和社会支持。本文的目的是总结地下水利用和管理方面的发展趋势和相关问题，尤其关注发展中国家。本文试图找到实现全球地下水长期可持续利用和管理的障碍以及实现途径和方法。提出应发挥国际水资源研究机构的作用，国际组织应通过有秩序的共同努力，实现全球水资源的可持续利用。二、地下水应用的全球化趋势及相关问题1、“可持续利用”与“过量开采”世界上的地下水资源储存总量很
7、大，大约98%的液态淡水储存在地下含水层中（UN/WWAP 2003）。但在全球范围内，特别是在局部地区范围内，已知可利用的地下水量很少，可开采量更少。随着水资源变得越来越贫乏，这个问题也变得越来越明朗了，因此，管理者们希望根据某些标准来定义和实现“可持续利用”，而避免“过量开采”。现实情况是，由于地下水系统的复杂性、隐蔽性和各向异性，要精确绘制出全球范围内的地下水资源分布图是不可能的。无论如何，企图开采利用所有的地下水资源也是行不通的，反而会带来很多不可修复的问题：大量的海水入侵，淡水湖泊、河流和泉水位的下降，大范围的污染和（或者）地层固结及地面沉降。据估计，每年有8.2%的可恢复性地下水被
8、人类开采利用（Shah 2004），虽然这个数据看上去不算大，但它涵盖了全球地下水的补给变化，基本反映了降雨量和含水层之间的差值。问题是：在某一个具体的地区，长期（例如一代或两代人）可行的地下水可持续的开采量是多少？这里需要注意的主要问题是：地下水的开采总是会影响到水均衡，进而影响到水循环经过地区的水资源可用性；地下水开采将会降低地下水位，从而影响可利用资源，使流入量在半稳定状态、长期过程中，与流出量达到平衡。仅根据可利用地下水资源的定量评价及其补给速率，是不能回答这个问题的，还需要广泛分析各种用水需求，权衡某一开采方案的积极和消极影响（技术、社会经济及环境方面）。因此，“可持续利用”和“过量
9、开采”的概念并不适用于提出确切的界限值超过某个值的地下水利用为非持续性的（Custodio 2002）。合理的地下水管理应该是多学科的协调作用，这就增加了问题的复杂性。也不能完全抛弃“可持续利用”和“地下水过量开采”这两个概念，虽然它们缺乏先进性，但是它们却向公众和政府传达了清晰的信息，或许可以促进交流，以便于明确地下水紧张形势给社会带来的负面影响。2、地下水发展的类型和趋势发展中国家的地下水开发很可能会继续增长。这主要是因为发展中国家相对较高的人口增长速率以及缓慢进步的工业化进程和社会福利，最终导致了人均用水量的提高。最主要的耗水产业是农业、城市及工业用水的增长，现在是这样，将来也如此。这里
10、总结的普遍性可能不一定完全正确，因为各个发展中国家和地区的具体情况存在着差别。其中，差别最大的地区可能是亚洲与非洲，亚洲（特别是印度和中国东北部的华北平原）的发展速度较快，而非洲，尤其是撒哈拉沙漠以南的非洲地区发展速度较慢，其资源、人口或经济条件限制了当地的发展。不过，后面的分析可能有缺陷，存在不确定性，这是由于缺乏全面的数据和资料造成的（Giordano，出版中）。当前，很多发展中国家的地下水利用都存在不协调开发和分配不合理问题：农村和城市用水者之间、小型和大型用水者之间、工业和农业用水者之间。部分原因是由水资源本身的特性所决定的。地下水分布广泛而且在时间和空间上比较稳定，这使得地下水成为一
11、种可靠且易获得的资源，容易为个人、各地按需开采。然而，地下水的“公用存储区”特点也使其形势和协调控制变得更加复杂（Custodio 2002）。地下水利用量的急剧增长主要受到市场的调控和经济的驱动，因为地下水的开采成本比较合理，而且大多数国家都掌握了所需要的技术。在发展中国家，地下水开发过程中另一个显著的问题是：主要利用地下水资源来发展小型的灌溉农业，大部分低收入人群的生活因此得以保证，而地下水衰竭和管理措施的缺乏对贫困人口造成了严重问题（Mukherji and Shah 2002）。原因在于，当水井干枯或者遭到污染时，富裕的地下水用户有能力找到替代水源，而贫困的地下水用户则对此无能为力。3
12、、地下水管理中缺少的环节地下水管理中有四个重要的环节。在地下水发展的低级阶段，这四个环节还不很明显，但是随着对地下水的利用和依赖性增强，这些环节显得越来越清晰，在实际的分析和管理过程中不能将其割裂开来。第一个环节是地下水和地表水之间的关系。在世界上大多数地区，早期的地下水开采都与地表水有重要联系，即地表水和地下水可以互相转换，例如，通过沼泽、泉、河流、湖泊等互相转变。因为地下水集中利用的主要影响经常以地表水和地下水联系的减少导致生态系统恶化为表征，这一环节才被发现。然而，在发展中国家，这一认知必须转化为管理政策（Sophocleous 2003; Llamas 1998）。很多发达国家有相关法
13、律保护河流流量有时称为环境流量，该法律具有限制地下水开采和强制对地表水和地下水进行联合管理的作用。第二个环节是地下水水量和水质之间的关系。尽管造成地下水污染的主要原因是不良用地、集约耕作、工业及生活垃圾处理不当和随意排放，但人们也逐渐认识到，地下水流量和水位的改变在本质上会改变地下水的化学组成，当地下水用于某一特定用途时会产生有害影响。诸如此类的例子包括：在滨海含水层集中开采地下水引起海水入侵、因为地下水位降低导致氧气进入本来厌氧的环境，致使某些有害物质（锰、铁、硒、硫化物）释放出来（Morris et al. 2003）。此外，地下水系统中的很多污染问题并不是直接造成的，而是来源于地下水的二
14、次污染。例如，当含水层受到有机污染后（来自垃圾填埋场、地表垃圾的淋滤或废水灌溉），其污染羽根据不同的氧化还原环境释放出可溶性有毒、有害成分，例如砷、铁和锰（Morris et al. 2003）。有意或无意的释放到含水层环境中的某些化学成分，例如杀虫剂和汽油产品，在含水层中可能会变化、降解，其产物对环境和人类健康的危害比其初始成分更严重（Morris et al. 2003）。这些相关因素和过程很复杂，虽然普遍的机理和因果效应方面的知识已为人类所知，但是，了解特殊的现场情况和特殊的化学物质的性质仍然是必要的。这个领域需要认真研究，因为有很多东西还不清楚，人们还不能根据含水层的特性、流量和地下水
15、位的变化及污染源情况来预测和防止对地下水质的影响，即便在发展中国家，有毒化学物质的种类也很多。同时，需要将研究结果公诸于众，发达地区可以将其训练和能力建设方面的经验传授给欠发达地区，因为这两种地区在地下水污染和防治方面的知识相差甚远。第三个环节是农村和城市之间的关系。城市的人口增长速度比农村快，两者之间的相互影响和相互依赖也更加明显。例如，中国一些大城市的家庭用水和工业用水迫切需要优先满足，而这会影响到附近、上游农村地区及城市周围地区的农业用水。因为城市人口比较集中，城市用水的一个特点就是单位面积需水量较大，另一个特点是消耗性用水较少，大量的城市用水可以通过某些途径回归到地下水系统中，但在发展
16、中国家的大多数城市中，这部分水都用于对水质要求不高的其它用途了。城市的扩大必然导致需水量增加，无论是地表水还是地下水，这就需要从附近的地下水源地或者远处的地表水库进行调水，而这些水量本来是用于农村地区的。结果，城市周围地区或下游的农村地区得到的水都是废水，其成本和收益情况很模糊，因为那时农村需要解决水质问题和供水问题。不同规模的灌溉农业都依赖于水资源，在世界范围内都不可忽视，而且需要关注农村城市、地表水地下水、水量水质之间错综复杂的关系（Foster and Chilton 2004; Morris et al. 2003）。总之，城市的地下水问题非常复杂，而且因发展阶段、可用水资源量和地下环
17、境的不同而各不相同。下面的例子可以证明这一点：大城市的地下水位总体来说可能是下降的，同时因为过量开采可能导致地下水污染和地面沉降，但在其它城市这种趋势可能完全相反，因为它们不再利用当地的地下水而是从别的地区引入地表水，在输水过程中水量流失进入含水层，使地下水位升高（Morris et al. 2003; Foster et al. 1998）。第四个环节是地下水资源的物理特性过程与社会经济因素之间的关系，后者可以支配人类的决策：如何充分利用地下水资源并最终克服过量开采和资源退化带来的负面影响。要认识到人为（制度）因素和物理因素之间的关系，其实际的和潜在的驱动力可以指导人们开发地下水资源。科学家
18、和社会经济实体应该合作开发共同语言、综合工具和方法、专门的多学科工程和数据库。三、全球化及其对地下水管理的影响这里所说的全球化是指：全球链接、信息交流的扩大，市场的综合，技术和社会生活的全球化以及全球意识的增长，最终实现全世界人类社会的巩固。总体来说，地下水的发展历史略滞后于地表水（发展中国家在过去的半个世纪里发展迅速，主要是因为开采技术的进步），地下水的管理方式及相关问题的处理方式也与地表水不同。与地表水相比，可能包括下列几个方面：地下水问题的解决方式在全球范围内更加趋于一致，但不一定相似；会有越来越多的人关注地下水问题，决策者在解决问题时将面临更大的压力；地下水问题的提出更加敏感和紧迫；国
19、际团体（这里指国际组织，像联合国（UN）、国际研究与咨询机构、国际发展银行等机构）的合作，在制定可行性协作方案过程中将发挥重要的作用。全球化的一般特征是，可以提高信息交流的数量和速度，为世界问题和焦点地区提供建议（贫穷、饥饿、营养不良、气候变化、世界贸易的不公正、对基本供水缺乏安全感），促进不同地区间的网络联系与合作。地下水利用及其相关的问题已经纳入到全球化进程之中。其影响表现在全球环境倡议组织的增加和对世界地下水问题解决的促进。这些倡议组织包括：世界银行和全球水伙伴下辖的地下水管理咨询小组（GW-MATE），成立于2000年；由联合国教科文组织（UNESCO）和世界气象组织（WMO）联合资助
20、的国际地下水资源评估中心（IGRAC），成立于2003年初；与联合国教科文组织和国际水文地质学家协会（IAH，成立于1956年）有关的各种工作组和财团。这些倡议组织活动的目的就是对全球范围内的水文地质条件和含水层特征、地下水资源的状态和开发、地下水评价与管理的手段和方法、合理利用和管理地下水的约束条件和潜力等方面的数据和资料加以收集和传播。此外，这些倡议组织也是全球范围内的研究者、实践者、利益主体、及其它利益相关者之间的网络核心。毫无疑问，它们所有的工作都是通过全球媒体终端（互联网）进行的。IGRAC的宗旨是“促进地下水知识在全球范围内的交流，以增强地下水资源的评价、开发和管理”，它建立了很多
21、由各国专家组成的工作组，为地下水可开采资源评价制定方针及监测地下水动态。IGRAC同时也开发了一个全球地下水信息系统（GGIS），适用于各种类型的利益主体。该系统是在互联网上进入地下水信息和知识页面的交互式的、清晰的入口（IGRAC 2005）。GW-MATE的目的是：a）在国家或地区范围内，支持和加强世界银行和全球水伙伴（GWP）的地下水项目；b）在工程鉴定时提出管理和保护建议（包括关键的管理功能和政策选择权的规定）；c）促进管理体系的落实（至少在领导者层次上），包括动员利益主体进行地下水资源管理和保护；d）考虑到水文地质和社会经济的多样性，对全球经验进行总结和评价。GW-MATE也涉及到意
22、识培养和能力建设方面的问题，针对地下水的各方面问题制作了一系列简单易懂的宣传材料（World Bank 2004）。GW-MATE也有助于水文地质期刊中地下水发展与管理的进步（Kemper 2004）。UNESCO是全球地下水资源编图工程联盟，即世界范围水文地质编图及评价计划（WHYMAP）（BGR 2004）的一份子。UNESCO也成立了工作组，共制定了九条地下水指标，具体内容见于世界水资源开发报告（WWDR）第二版，定于2006年出版（UNESCO 2003）。其它过渡型的倡议组织活动还包括农业方面地下水管理的综合评价，这是一项国际性研究，能力建设和知识共享计划从2000年持续到2005年
23、，由国际农业研究咨询小组（CGIAR）赞助，由国际水资源管理中心（IWMI）主持。因为农业，尤其是灌溉农业是世界水资源的主要用户估计69%的人类用水都用于农业（FAO 2002），随着农业对地下水利用量的增加，经过全面评价所得出的分析结果表明，这种发展趋势的结果是显而易见的。这套丛书中的其中一卷专门用于讨论农业利用地下水的问题，包括利用用途、经济和社会影响、管理过程中的约束和可能性等，尤其注意高度依赖地下水的发展中国家（Villholth 2005）。全球化的一个表现是遥感技术的出现和发展，遥感技术主要是利用卫星技术获得空间信息，但其覆盖面积较大，只能从地球和大气层的尺度上收集数据和信息。据估
24、计，到2010年主要由45颗卫星组成的卫星系统每天可以发送520亿幅遥感图像，涵盖陆地、海洋和大气，比2000年增长了4个数量级（UN/WWAP 2003）。遥感的应用潜力很大，从用地类型的勘查和规划到气候变化的研究，该方法尤其适用于发展中国家，其数据的获得比较困难。在过去的20年里，主要致力于将遥感用于环境和水资源的研究和管理（Bastiaanssen 1998），其中包括地下水（Schultz and Engman 2000）。联合国机构组织了一个专家组来评估上述所有可能有用的数据的相关性（UN/WWAP 2003）。四、地下水管理的障碍1、问题的提出将不同国家或地区对地下水的依赖程度和对
25、资源开采的控制程度加以对比，就会发现对地下水的依赖程度与地下水的利用之间并不存在直接关系，决定性因素与制度上的、人为的、经济能力及资源有关，国家由此可以面对各种问题和地下水中潜在的焦点和既定优先权问题。发展中国家在地下水管理方面遇到的挑战普遍较大，地下水管理落后于地下水开发，而且在开采地下水资源的过程中几乎很少加以控制。相关问题是：问题真正的范围是什么？为什么现在能做的工作很有限？要改变这种情况，实现地下水资源的合理、可持续利用和管理，需要采取什么措施？要发现问题并找出明智的解决方法，就必须认真分析当前的障碍。只有明确了这些障碍，才可能做出重大改革。2、当前阻碍地下水保护的方针政策阻碍发展中国
26、家合理管理地下水的主要因素，或者说基本因素在于其根深蒂固的优惠政策：一方面是为了消除贫困，另一方面是为了维持农业部门作为本国粮食需求的基础。只要地下水仍然是维持大多数人口生计的主要因素，为当地人的生存提供稳定的作物产量，那么，很难直接停止其发展，特别是在可选水源几乎耗尽或者发展成本日益提高且倍受争议的情况下，例如大型的跨区域河流网络和调水方案。其它阻碍地下水有效管理的因素包括法律和规章框架的缺乏或无效、技术和制度能力较差、资源数据总体上比较短缺。对地下水的依赖会导致地下水的衰竭，因此必须打破这个恶性循环。这一观点可能是在当前政策下形成的，有些人认为（Morris et al.2003），目前的
27、经济发展水平无力保护地下水，必须牺牲一部分环境利益来发展经济，这样发展中国家才能脱离贫困，但同时要面对环境退化所带来的问题。五、实现地下水可持续利用和管理的要求对当前地下水可持续利用和管理的限制条件进行分析，其结果可以归结为以下四个必要条件，可以改变目前令人沮丧的局面：1、大量的国家经济盈余可以提高总体生活水平，为地下水相关的活动、组织和系统提供经济支持，以提高国家地下水资源管理协调能力和责任；2、合理管理地下水资源的方法和选择权方面的知识和信息；3、面对问题时，国家的政治意志、义务和韧性；4、重大的、有害的、影响面广的地下水事件（涉及各个部门和不同的用水者）可以推动地下水保护和地下水开发平衡
28、观点的形成。对于第1点，中国是个很好的例子。在过去的几十年里国民收入大幅度提高，地下水开采的管理和审批制度也随之建立起来（Shah et al. 2004）。时间将会证明这些制度能否坚持执行。对于第4点，可以曼谷为例，在20世纪80年代中期，该市地下水位持续下降，从而引起了海水入侵和地面沉降，这促使政府部门对生活和工业供水进行有效的控制。另一个例子是以色列，由于1986年和19911992年间的严重干旱，该国政府通过游说强大的农场主，成功的将农业用水暂时转为工业用水（Morris et al. 2003）。第4点虽然不能预先规划，但它偶尔可以作为迅速反应的直接动机和催化剂。前3点受到第4点的影
29、响，可以为地下水可持续管理过程培养意识、动机、能力和责任。六、全球化回顾：如何从中获益？1、全球化的可能性对上一节提出的4条先决条件进行修订，同时参考国际水研究机构的观点，就会发现，国际研究机构的主要作用与上述的第2条联系密切，即关于知识和信息的收集、传播、应用和共享。第1条和第3条可能比较重要，至少是不能忽略。它们要求对全球的市场机制、政策、更广泛意义上的自然资源、国内福利分配规则进行分析，这部分内容不属于本文的范围。例如，水资源开发和管理中的伦理规则问题日益引起人们的注意，阻碍了水资源的可持续利用、公平分配（Llamas 2004; FCIHS 2002）。要求在全球或地方范围内强化地下水
30、信息交流与当前全球化的特征是一致的，实际上，目前的趋势恰好反映了这种一致性。这个过程正在慢慢进行，这里需要特别强调的是，地下水管理的全球化还有很大的利用空间。某些工作可以与全球化相结合，共同促进地下水方面的知识在全球范围内的进一步发展和共享，且可以依靠全球化的促进力而获益，包括下列内容：（1）在全球范围内论证、共享和传播当前地下水环境和趋势方面的知识；（2）比较、分析和总结全球地下水管理过程中的方法和经验，既包含发展中国家也包含发达国家；（3）不同用水者、机构、不同尺度在地下水方面的意识、能力建设、责任和规范的提高；（4）促进利益主体、研究者、专家、决策者和供给者之间的对话、交流与合作；（5）
31、促进国际及国内地下水评价和管理中的监测系统、数据库、指标体系及方针政策的发展；（6）地下水问题的学科间（多学科）的科学协作、专有名词、方法和技术的促进；（7）遥感及动态模拟工具的开发和运用，在各种适宜范围和复杂情况下解决某些多目标问题；（8）完善和支持国际组织对全球地下淡水资源现状进行评估和论证；（9）促进大范围甚至全球范围内的开发进度和地下水利用及过量开采的影响评价（例如：食物安全和环境），在该过程中对传统参数的考虑较少，例如实际水量、因为地下水枯竭导致的灌溉和作物类型的改变、世界贸易政策等。针对上面的第3点，CGIAR粮食和水挑战计划正在发起题为“亚洲地下水管理：通过在印度恒河与中国黄河流
32、域的实践研究进行能力建设”的大型工程。该工程由IWMI牵头，主要研究这两个面积广大、人口众多、主要利用地下水的亚洲地区在当前制度下的能力建设和网络，所采用的方法主要是创新性的、交互式的传播技术。通过直接对管理者或决策者进行培训，我们发现研究结果和知识的领会、传播效率得到了提高。该项工程的前提，是采用下列方法：a)科学研究更贴近地下水管理的要求；b)对于新观点和体制的理解，“从实践中学习”比单纯的讲座效果更好；c)在专业人士之间，地下水管理者比职业的研究者更有利于推广先进的管理理念；d)能力建设与研究互相联系，互相促进。目前正在布置相关的研究工作，以解决地下水管理中的多学科问题（物理与技术、社会经济、政策与体制）及亚洲不同地区间的地下水管理问题。我们期望这种多学科、交叉地区的方法能够：a)促进交叉学科和交叉地区的学习交流，同时可以进行政策比较研究；b)培养视野更广阔的未来领导者；c)在该工程结束之后，仍然可以促进交叉地区和学科间在地下水管理方面的合作交流。该工程也利用了媒体的力量，因为地下水意识的宣传是合理利用地下水资源的主要条件。受到国际研究和发展机构支助的地下水能力建设和相关研究，一般都
