坎儿井是历史上一些干旱缺水地区保护性开发水资源的集水输水建筑物,由竖井(开凿和维护时出土和通风)、暗渠、明渠和涝坝(出水口蓄水)组成,主要功能是从山麓、冲积扇缘地带引水到绿洲,兼收集暗渠潜流增加水量,被称为地下输水工程或地下暗河。据报道,新疆坎儿井的总长度达到过5000多公里,分布上占多数的吐鲁番地区,多年来重视坎儿井的掏捞、加固、改造、延伸等保护工作,使其使用功能历久弥新,至今仍在向绿洲输送灌溉农田果园和群众生活用水,并有1/3的余水进入艾比湖。“吐鲁番坎儿井农业系统”已荣登我国重要农业文化遗产名录,成为当地民生、经济、生态、文化上一张响亮名片。
坎儿井之所以有生命力,最大特点在于其水行地下,巧用地面阻隔尽可能减少水的蒸发损耗,相应也就增加了水的可使用量,是深具节水和生态保护效益的水资源开发模式。吐鲁番盆地干旱少雨,年均降水量只有16毫米,水面蒸发量却高达3000毫米,素有“火洲”之称,如果按通常做法在水源地天山脚下或半山腰修建水库拦蓄冰雪融水,再衬砌明渠输水到几十公里外的绿洲,不仅破坏地下水系统,明水面历经高温蒸发、风吹沙埋,最后到达用户的水恐怕就所剩无几了。坎儿井减少水蒸发,在吐鲁番“火洲”里滋养“绿洲”勃勃生机,为人类适应干旱缺水环境提供了重要借鉴,有重大可持续发展意义和当代价值。
现在,世界性“水资源正处于重重危机之中”。《2023联合国世界水发展报告》指出,当前全球20亿至30亿人每年至少有一个月会遇到缺水问题,预计未来几十年全球面临缺水问题的城市人口,将从2016年的9.3亿增长到2050年的17亿至24亿。我国干旱半干旱地区水资源也越来越紧缺,过度开发水资源的情况比比皆是,导致一些河流断流水生生物失去家园,一些地下水位下降形成漏斗区,取用水困难,植被退化土地沙化。国家加强用水节水管理,实施南水北调等重大工程,不断改善干旱缺水地区用水紧张状况,加快复苏河湖生态系统,《黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要》更要求“把水资源作为最大的刚性约束,坚持以水定城、以水定地、以水定人、以水定产”等,无不反映了水问题的严重性。
水资源主要通过云雨天气形成降水自然更新,各地水的丰度由天不由人。坚持“四水四定”,在改善生态环境质量基础上进一步提升经济社会发展的水资源保障能力,是干旱缺水地区相比湿润多水地区面临着的棘手难题,千方百计推动水资源开发和用水方式由粗放低效向节约集约转变,是这些地方最繁重的任务。可持续水资源管理需要不断注入新的活力,如果干旱地区水资源开发中能积极借鉴新疆吐鲁番坎儿井的价值取向,把减少水蒸发作为必不可少的目标纳入考虑,拓展新的节约水、保护水、供好水途径,现实意义很大。
我国西北、华北内陆河流域和黄河、海河流域的干旱半干旱地方,大多跟吐鲁番一样降水少,又气候干燥蒸发量很大。如有关观测研究显示,甘肃河西走廊常年降水量39~395mm,而水面蒸发量均在2000mm以上,民勤县年均降水量113.2mm,蒸发量2675.6mm。内蒙古河套灌区年降水量130~220mm,蒸发量2000~2400mm。河北张家口地区年均降水量440mm,蒸发量均在1000mm以上,整个华北平原也都入不敷出。蒸发虽然是正常的水文循环,但干旱地区气候条件并不能使蒸发的水汽都变为降水回到原地,多为净损失。如年蒸发量约3000mm的内蒙古额济纳地区,30mm左右降雨不等落到地面,大多就蒸发不见了。
鉴此,在水资源开发中如能减少水蒸发,无疑对缓解水资源紧缺矛盾大有裨益。就蒸发看,地表水直接暴露在阳光下,显然比通过土壤和植物才能蒸发的地下水快很多,地表静止的水面大量蓄积热量,又比流动中散热的河水更容易蒸发。沙漠地区少有地表水,但地下水相对丰富,不是降水多,而是降水能快速入渗地下,覆盖沙土后水的蒸发少了。其实,自然生态过程原本就有保护降水免于过度蒸发的机制,地表水和地下水多是贯通的,其中流域性集水、沟通上下游的河流起到重要作用,有学者介绍全球地下水相当于河流水总量的1万倍。同时,地下水历史上也一直是干旱缺水地区的主要水源,《2022年联合国世界水发展报告》报告指出,地下水水质相对优良,无需复杂处理即可安全使用。
但是,现在水资源开发一般都采用了在河流上梯级修建水库拦蓄的形式,改变了整条河流水文模式,有的水库库底、输水渠道衬砌,甚至河流也衬砌,地表水和地下水活跃的交换关系被破坏,看不见的地下水少了,能看见的地表水面多了,结果便是促进水蒸发。如水面30平方公里的石羊河下游红崖山水库,以蒸发量2600毫米粗算,水库一年蒸发掉7800万立方米水,所在地民勤县引黄工程年调水量6000万立方米,还不够红崖山水库蒸发的。另据调查,全国近10万座水库水面336.84万公顷,干旱半干旱地区保守按1/10水库水面、1米蒸发量计算,年蒸发损失水量就高达33亿多立方米,接近黄河年可用水量的1/10。
干旱缺水地区重视坎儿井的当代价值,在水资源开发中切实减少水蒸发,首先要从减少地表水人为大水面、重视地下水的功能并积极恢复河流对地下水的自然补给做起。
一是严格控制新建水库。干旱地区河流多为小水量,但大小河流能建水库的差不多都建了,有的密度、库容都很大,河流活水多变为加快蒸发的死水,已经没有多少水可以补充地下水减少蒸发,复苏河流生态系统难度很大。因此,再上新的水库项目除非有“雪中送炭”的急需,一般都应该抱持更加谨慎保守的态度,一慢二看三或不通过,可上可不上的坚决不上。这不仅为了控制水库面积减少水蒸发,也是保护河流生物多样性的需要,全球现存超亿年历史的物种基本都是水生动物,经济物种更是重要的食物来源,足见保护价值之大。一些生态恢复、水景观项目等,也必须与干旱缺水的自然背景相符合,防止加大水蒸发。
二是尽可能退出一批老水库。绝大部分水库都是上世纪五六十年代修建的,那时候主要是开发,缺乏河流是生态系统的概念,更谈不上保护,对上下游关系、地表水地下水关系的重视和关照可能也很不够,以致水库布局、数量不一定都很合理,但只要是水库就要蓄水,蒸发仍然不可避免,还有安全问题,有关部门一直在加固病险水库。几十年来,环境与发展形势已经发生很大变化,有些修建时有重要功能的,现在不一定那么重要甚至成为生态环境问题根源所在,很有必要基于可持续水资源管理进行实事求是的评估,作用不大能退库还河的尽快退出一批,以利减少水库蒸发,恢复河流生态藏水于地下。
三是倡导水库最低蓄水量。干旱地区地势多开阔,众多水库设计上的大库容,相对河流的小水量,是名副其实的僧多粥少,有些实际蓄水受河流来水限制,可能永远也达不到设计标准。不过水资源的开发不是一锤子买卖,满足用水需要前提下,完全没有必要总是满蓄水,河流水资源更新很快,虽然自然降水年际有差异,但年年总有降水,超当期利用需要过多蓄水,除了看着水面很大外并无其它实际效益,相反加大水环境风险,扩大静水面增加水蒸发,也减少河流水量影响对地下水的补充。从一些断流河流恢复过流的水来自上游水库放水,一些河流尾闾靠水库放水维持生态平衡看,河水不一定都要经过水库调蓄再人工放水,直接流淌更有利于河流自然系统,有利于以自然模式补充地下水,有利于减少水蒸发。
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