黄河流域水源亏损分项计算——《制度性干旱》附文一

一、浅层地下水

　　（一）水位变化

　　1、80年代中期以前浅层地下水位确定

　　80年代中期以前黄河流域的浅层地下水位平均埋深的数据，未见准确数据。但根据一般的生活经历、取水机具使用情况、特殊历史事件推算，黄河流域的浅层地下水位平均埋深当在2.0～4.0米间，取平均数为3.0米。

　　说2.0米，是因为经常“掘墓见水”。

　　说4.0米，其一是因为平原农村生活取水多用“钩担”“摆”水，“钩担”担长1.5米，两链钩每个长0.4米，加人体手臂下探0.5米，总计2.80米。其二是因为农业最常见的井用灌溉设备是6-8吋“离心泵”；“离心泵”的理论吸程为10.30米，扣除地面以上轴高和因密封、摩擦带来的减程，实际吸程不超过9.0米。6-8吋泵出水量大，抽水机连续工作后井内还将产生3-4米的“井壁水位降”，若浅层水的静埋深超过5米，6-8吋离心式水泵就不能连续工作。

　　1974年3月，临潼西杨村社员抗旱掘井时发现了秦始皇兵马俑。人力临时开挖无壁水井，深度不超过5米。

　　以下资料也可佐证此观点。

　　“新乡市人大常委会”的调研报告[01]说 ：“据新乡县部分乡村的调查，上世纪末，井水离地面仅3—4米，用离心泵就行了，浇1亩地一次4元钱的电费，而现在水泵扬程需要20米，要改用深井泵，浇1亩地一次需要电费10多元。”

　　笔者对“上世纪末”的时限是持怀疑态度的，但至少可以说明直到90年代，在一些海拔较低的平原盆地，仍保持着3～4米的水位。

　　姜文来等人对内流域区水位的研究[02]认为：民勤盆地的地下水埋深由1979年的0.5—8米左右，下降到2000年的12.8 ～20.3米左右，地下水位下降了4～17ｍ。

　　2、2005年流域浅层地下水位确定

　　2005年流域浅层地下水平均深埋，根据下统计表计算得出。

2005年黄河流域主要平原（盆地）区浅层地下水动态统计表[03]

 

　　设统计表“合计”项内18个平原区片的面积分别为S1、S2……S18；年末平均地下水埋深分别为H1、H2……H18；加权平均为：

　　H平均=（H1×S1+H2×S2……+H18×S18）÷（S1+S2……+S18）≈17.0（米）

　　3、水位变化值

　　由3.0米到17.0米，也就是说，水位平均下降了14米。

　　2005年关中平原的平均水位是27米，下降了22米以上。

　　（二）黄河流域平原平均重力释水系数的计算
　　
　　设统计表中13个“上升区”、13个“下降区”、18个“相对稳区”，共计44个监测单元的储量变量分别为Q1、Q2……Q44；水位平均变幅的绝对值分别为H1、H2……H44；各单元的面积分别为S1、S2……S44；加权平均得“黄河流域平原平均重力释水系数”：

　　η=（Q1+Q2……+Q44）÷[（S1×H1）+（S2×H2）……（S44×H44）]≈0.063

　　“η=0.063”的含义为“水位每下降1米可释放63mm深的重力水”。

　　（三）黄河流域含浅层地下水的平原面积

　　据2002～2004年全国水资源综合规划的调查成果[04]：在黄河79.5万平方公里流域面积中，含矿化度≤2克/公升优良淡水的平原（包括沿河谷地、山间盆地、沙地、台塬）面积1985年为16.70万平方公里，2004年减少为15.25万平方公里。

　　（四）1985-2004黄河流域平原浅层优良淡水储量亏损

　　根据以上水位变化数值、计算面积、平均重力释水系数：

　　Q=η×S×H=0.063×16.7万平方公里×14米≈1470亿m3

二、深层地下水储量透支计算

　　根据“水规总院水利规划与战略研究中心”援引的1994～1998年水资源公报资料，“黄河流域深层地下水的年均开采量为47亿m3[05]”推算，1986–2007年21年间，黄河流域的深层地下水开采总量为1030亿立方米。

　　关于深层地下水的再生性问题，目前存在着两种不同的观点。传统的观点认为：深层地下水的补给量极小，在以千年计的周期中才具有意义，因此深层地下水的开采即为超采；即补给率接近于0。但张光辉等人认为[06]：在海河流域每年开采的深层地下水中，有13亿立方米可以获得补给。再根据“1998-2005海河水资源公报”计算，海河流域深层地下水年均（1998-2005）开采量为70亿m3，补给13亿m3，补给率为18.6%。移植到黄河流域，本文采取“折中偏保守”态度将黄河流域深层地下水的补给率取为10%，以此计算20多年来的超采总量：

　　Q=1030×90%≈930亿立方米

三、土壤水亏损计算

　　土壤水是指存于包气带孔隙中的吸湿水、薄膜水、悬着水、毛管水等。

包气带水分示意图

 

　　在包气带里，“耕作带”的水分变化是最为活跃的；但以较长的周期观察，它的平均含水量又是基本不变的。耕作带的平均含水量取决于作物的水属性，通过大气降水、灌溉和排涝得到保持。

　　“毛管水带”因下垫潜水浸润将一直保持恒定的含水量。

　　土壤水分的损失主要是“过渡带”水分的损失。在过渡带形成之初或补足时，含水量相当于“田间持水量”。由于壤中空气与地表大气存在着微弱的交换，壤中水分会向地表缓慢蒸发；树木等深根系植被的吸取，同样导致过渡带含水量的下降。树木的根系长度和树高大体相当，根系体积10倍以上于树冠体积。

　　过渡带补充水分的主要方式是耕作带的水分下渗，但只有耕作带含水量超过“田间持水量”才会下渗。以黄河流域最普遍的重壤土为例，以重壤土的田间持水量为24%，土壤容重为1.3计，假如在土壤含水量14%（田间含水量的60-65%）时进行灌溉，需水130mm才能渗透1米的土层，超过了100mm/日的大暴雨标准；130mm水深，相当于87m3/亩，也超出了50m3/亩的灌溉常量。

　　黄河流域的年均降水量不足450mm，即使用灌溉补足全年作物需水量也只有980mm[07],这些水要分十几次补给耕作带，用于地表蒸发和作物腾发，下渗超过1米的机会不多。就算偶尔在局部地区发生超过250mm/日的特大暴雨，也因土壤的渗透能力不足，大部分只能形成地表径流泛滥、冲毁农田。

　　因此，在缺乏地表稳定水体的情况下，过渡带是很难得到充分渗补的。

　　中国水利水电科学研究院杨贵羽等人的研究表明：黄河流域土壤水分的亏损总量为1370亿m3[08]

　　对于这1370亿立方米的土壤水亏损，本文虽不敢放言都是近20年造成的，但土壤水分可能亏损的只能是过渡带水分。在前面的计算中，80年代以前黄河流域平原的过渡带平均厚度为0米（潜水位3米），除了水位大埋深的黄土峁外，不存在土壤水的亏损问题；2005年过渡带增厚为14米（潜水位17米），这应是土壤水亏损的主要部分。

　　本文保守地采取1000亿m3，作为近20年来黄河流域平原土壤过渡带水分损失。

附文一注释：

[01]“新乡市人大常委会”调研报告《关于我市统筹利用水资源情况的调查报告》，参见http://www.xxrd.gov.cn/ArticleShow.asp?ArticleID=1271

[02]《民勤盆地水资源可持续利用多方案研究》，中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，姜文来、唐曲、陶陶、罗其友，参见http://www.jwater.cn/luenw/minqin.htm

[03]水利部黄河水利委员会《2005年黄河水资源公报》，参见http://www.yellowriver.gov.cn/other/hhgb/

[04]《黄河流域平原区地下水可开采量分析》，《人民黄河》2005年09期，黄委会水文局研究所潘启民等

[05]《黄河水资源情势分析》，水规总院水利规划与战略研究中心《中国水情分析研究报告》2000年第7期，中国水利水电科学研究院水资源所贺伟程教授，参见http://www.hwcc.com.cn/tech/static/zhongguoshuiqingfenxibaogao/200007.htm

[06]《海河流域中东部平原区深层地下水补给与释水机制探讨—兼谈深层地下水资源可利用性》，《水文》2002年22卷3期，国土资源部水文地质工程地质研究所张光辉等，参见http://www.cqvip.com/content/citation.dll?id=6396726&SUID=29A9FD2423E8801FC440CA6B0166F924

[07]《21世纪我国粮食安全保障与灌溉需水预测》，《中国水利》2004年1期，36-38页，廖永松（中国水利水电科学研究院水利所助理研究员）、黄季煜（*国科学院中国农业政策研究中心研究员），http://www.cqvip.com/qk/90820X/200401/9008776.html

[08]《土壤水资源评价原理及其在黄河流域的应用》，中国水利水电科学研究院，杨贵羽、王浩、贾仰文、秦大庸、王建华，参见http://www.iwhr.com/special/05jlh/thesis/w2.doc