张宏仁，高级工程师。江苏镇江人。1952年加入中国共产党。1959年毕业于苏联第聂伯彼得罗夫斯克矿业学院地质系。历任云南省地质厅地质队技术负责，地质部地质矿产司副主任工程师，北京市地质局水文地质工程地质大队副队长、副局长、高级工程师，地质矿产部水文地质工程地质司司长、部总工程师，地质矿产部副部长。

中文名：张宏仁

国籍：中国

出生地：江苏丹阳

出生日期：1934年9月29日

职业：高级工程师

毕业院校：苏联第聂伯彼得罗夫斯克矿业学院

基本资料

学历(北京地质学院 北京俄语专修学院 诺伏节尔卡斯克工学院等)

工作简历(云南省地质厅 地质矿产部地矿司 北京市地质局 地质矿产部水文司 地质矿产部)

学术或专业团体任职(中国地质学会 中国地质灾害研究会)

研究或管理成就(建立不规则六边形网格及相应的三向叠代算法 建立不规则网络R-R电模拟方法 北京地下水资源评价工作 长江三峡链子崖--黄腊石地质灾害防治工程)

著作

人物履历

相关新闻(张宏仁：碳减排技术领域蕴藏巨大商机 认识地球 保护环境)

科研论文

基本资料

姓名：张宏仁

性别：男

出生年月：1934年9月29日

技术职称：教授

出生地点：江苏 丹阳

外语：英语，俄语

政府主管部门：地质矿产部

专业：地球科学

专业领域：地质，水文地质

学历

北京地质学院

时 间: 1952.9-1953.11

学 校: 北京地质学院

国 别: 中国

北京俄语专修学院

时 间: 1953.11-1954.6

学 校: 北京俄语专修学院

国 别: 中国

诺伏节尔卡斯克工学院等

时 间: 1954.9-1959.6

学 校: 诺伏节尔卡斯克工学院; 第聂伯尔彼得罗斯克矿业学院

所获学位: 学士

国 别: 苏联

工作简历

云南省地质厅

时 间: 1959.10-1962.6

工作单位: 云南省地质厅

职 务: 队技术负责

国 别: 中国

地质矿产部地矿司

时 间: 1962.6-1970.1

工作单位: 地质矿产部地矿司

职 务: 主任工程师

国 别: 中国

北京市地质局

时 间: 1970.1-1982.7

工作单位: 北京市地质局

职 务: 副队长; 副局长

国 别: 中国

地质矿产部水文司

时 间: 1982.7-1986.7

工作单位: 地质矿产部水文司

职 务: 司长

国 别: 中国

地质矿产部

时 间: 1986.7-

工作单位: 地质矿产部

职 务: 总工程师; 副部长

学术或专业团体任职

中国地质学会

国 别: 中国

时 间: 1992-

机 构: 中国地质学会

职 务: 理事长

国 别: 中国

中国地质灾害研究会

时 间: 1992-

机 构: 中国地质灾害研究会

职 务: 理事长

国 别: 中国

研究或管理成就

张宏仁在矿产地质勘查、地下水评价、地质灾害治理、地质科技管理和重大工程指导方面成绩突出。20世纪60年代在云南主持了一系列重要矿产地质勘查；20世纪70年代以来在工程技术及基础理论研究方面成果突出。共发表学术文章十余篇。在内蒙砷中毒防治、长江三峡链子崖、黄腊石地质灾害防治中成绩突出。

建立不规则六边形网格及相应的三向叠代算法

时 间: 1970-1980

成果或成就: 建立了不规则六边形网格及相应的三向叠代算法

参与的程度: 主持

建立不规则网络R-R电模拟方法

时 间: 1970-1980

成果或成就: 建立了不规则网络R-R电模拟方法

参与的程度: 主持

北京地下水资源评价工作

时 间: 1970-1980

成果或成就: 北京地下水资源评价工作

参与的程度: 主持

长江三峡链子崖--黄腊石地质灾害防治工程

时 间: 1993-

成果或成就: 长江三峡链子崖--黄腊石地质灾害防治工程

参与的程度: 主持

著作

出版或发表时间: 1994.3

著作或论文名称: 偏微分方程数值解法在地学应用中的对比分析

出版机构或刊物: 中国地质

国 别: 中国

出版或发表时间: 1984.4

著作或论文名称: 解渗流问题数值方法对比

出版机构或刊物: 水文地质与工程地质

国 别: 中国

人物履历

张宏仁，1934年生，1952年上海格致中学高中毕业；后到北京地质学院、北京俄语专修学校二部学习。1954年起进入苏联诺伏切尔卡斯克理工学院、第聂伯尔彼得罗夫斯克矿业学院地质系学习。1959年毕业回国后，在云南省地质厅21地质队任技术员、11地质大队任技术负责人；1962年起在地质部地质矿产司任技术员、工程师、副主任工程师；又在北京水文地质大队任生产组长、副队长。1978年赴莫桑比克任专家组长；1982年在地矿部水文地质工程地质司任司长；1984年起任地矿部总工程师；1986年在地矿部任副部长。1993-1997年兼任中国地质学会理事长，1996年任第三十届国际地质大会秘书长。现任全国人大环境资源委员会委员，中国国际减灾十年委员会委员，国际地质大会指导委员会委员，国际地质科学联合会主席、地球科学EPISODES（SCI）杂志主编，中国徐霞客研究会、中国计算机用户协会名誉理事长等社会兼职。张宏仁教授是我国著名的水资源等领域的专家，撰有论文《解渗流问题数值方法对比》等数十篇。

相关新闻

张宏仁：碳减排技术领域蕴藏巨大商机

“哥本哈根气候谈判之后，留给世界最大的一个启示就是，人们再也不能继续通过简单地遵循全球金融危机之前常用的、旧的模式来发展了。”国际地质科学联合会前主席、原地矿部副部长、著名地质学家张宏仁在接受《科学时报》记者专访时表示，中国发展的核心问题是解决好能源问题。

中国要想创造新的发展模式，必须解决好当前面临的发展与环境的问题，张宏仁表示，这其实是一个问题——能源供应问题的两个侧面。

一方面，张宏仁认为，中国当前所处的发展阶段决定了能源需求会持续增长。所有的发达国家，早在很久之前，都已度过了工业化阶段。中国错失了18世纪和19世纪的工业化浪潮的机遇。作为一个后来者，中国今天依旧处在工业化的进程中。根据发达国家的历史来看，这个时期的能源消费增长速率最快。工业化是从原始的手工业向机械化大规模生产转变的过程，这需要除人力以外其他能源的驱动。到现在，在中国很多农村地区手工劳动依旧是一种普遍现象，要想改变这种情况，未来对能源需求的增长是不可避免的。

另一方面，传统化石燃料如煤炭、石油和天然气消费的增长导致了污染的增加，例如石油化工和煤化工工业导致的大气污染、酸雨、水污染，还有二氧化碳的排放。传统能源的利用是一柄双刃剑，既是发展的动力，又是污染的主要来源。

“解决这一矛盾需要大智慧。”张宏仁表示，国家已经开始付出巨大的努力、尝试各种可能的方向以寻求解决之道。

首先，国家已经加大努力节约能耗同时提高能效。在过去的30年里，人均GDP能源消费每年降低4%。

其次，国家正在以极大的热情发展低碳能源。水力发电装机容量达到172GW，占世界第一位。在建的核能发电装机容量也为世界之最。太阳能热水器总面积也是如此。过去3年里，风能发电装机容量每年以两倍的速度增长。唯一在中国发展不很迅速的是生物燃料，原因很明显：中国人均耕地面积只有世界平均水平的1/3。这些土地必须首先保证粮食生产以满足世界最庞大人口的需要。根据计划，到2020年非化石能源将占主要能源消耗的15%左右。

不过，张宏仁同时认为，尽管采取了所有以上措施，对化石能源的需求，特别是煤的需求，在可预见的未来仍将会继续增加。

“在前不久闭幕的哥本哈根会议上，中国政府承诺，到2020年，中国的单位GDP二氧化碳排放强度相比2005年下降40%～45%。这是需要付出巨大努力才能达到的目标。”张宏仁说。

在碳减排问题上，张宏仁表示，发展清洁能源已经成为趋势，其中在减排技术领域蕴藏巨大商机。他特别提到碳捕获和储存（CCS）对中国的重要性。

张宏仁表示，煤炭在中国能源构成中处于主导地位，并且在可预见的未来不会有实质性的改变。与世界大约60%的能源供应为石油与天然气相比，中国初级能源消费中煤炭约占70%，石油和天然气只占23%。并且，产出单位能源，煤炭燃烧产生比天然气和石油更多的二氧化碳。

发展CCS，从现有的技术水平看，难度并不大。张宏仁表示，挪威国家石油公司位于北海的Sleipner油气田实施的CCS项目就是国际上公认的成功案例之一。迄今项目安全运行已经有13年的时间，现在每天捕集、储存的二氧化碳达2800吨，迄今累计减排1000万吨。其次，向地下灌注二氧化碳风险并没有人们之前想象的那么大，在石油工业中很早就已经利用二氧化碳驱油驱气以提高采收率。第三，从技术上讲，石油工业早就具备打深井和回灌的能力。因此，CCS谈不上是什么难题，真正的难题在于二氧化碳的捕获。现在大量的二氧化碳是燃烧后排放，如电厂、汽车等，从烟道里捕获难度非常大，成本也高。

“从地质封存的角度说，中国发展CCS的一个实际困难在于地层不是很好。”张宏仁介绍，好的储层孔隙率较大、渗透性较好，中国在这方面有点吃亏。国外的大型油气田基本上以储层较好的海相盆地居多，中国大陆在1亿多年前早已上升为陆地，而陆相沉积盆地的储层规模一般较小，孔隙率、渗透系数相对较差。不过他同时表示，中国国土面积广大，尽管地下储层较差，发展CCS总能找到一些适用的盆地。

为了解决发电厂捕获二氧化碳的问题，张宏仁认为整体煤气化联合循环（IGCC）是一个新的、很有希望的方向。“IGCC可以大大提高发电厂的能源利用效率，同时还可以解决二氧化碳分离的问题。目前看来，CCS技术与其他清洁煤技术的结合，是唯一可以期望在将来不向大气排放过量二氧化碳的前提下使用更多煤炭的技术。”

认识地球 保护环境

国际地科联主席张宏仁认为，地质学发展的关键是社会需求，现在许多国家正在探索新的出路。矿业的需求、环境的需求对地质学的发展都很重要，其中环境是很有意义的一个方面。

张宏仁说，许多人认为，地质学是研究固体地球的，与大气层没有多大关系，这其实是一个误解。过去的大气层已经不留痕迹地被现代的大气层全部代替，而有关地球大气层历史的信息却被“固化”在地壳中。正是地质学的研究向人们揭示了第四纪的气候史，特别是“冰期”和“间冰期”的细节。也正是地质学的研究，证实了塞尔维亚数学家米兰科维奇推论的气候循环的存在。米兰科维奇1920年根据理论计算提出，每22000年地球转动的摆动有轻微的变化，每隔100000年地球围绕太阳的轨道有变化，近乎圆形的轨道变得更椭圆了，使地球离太阳更远。米兰科维奇还发现，每41000年地球的自转轴倾角变化，使得南半球或者北半球离太阳更远。半个多世纪，他的假说一直没被当回事。直到后来人们研究洋底沉积物钻探岩心中反映海水表面温度的放射虫类型和有孔虫石灰质壳氧同位素反映的古冰盖消长时，才为米兰科维奇的假说找到了证据。人们把米兰科维奇周期与近几百万年的冰期联系起来。这个问题至今仍有争论。它涉及今后地球气候的大趋势究竟是变暖，还是变冷，答案仍然要地质学提供。

国际上关注的温室效应研究，也离不开地质学。地质学家发现，在地球诞生的初期，大气层的二氧化碳含量也很高。大气环境不适合多数生物的发展。后来，早期的生物把大气层中绝大部分碳“固化”进碳酸盐岩（主要是石灰岩和白云岩）。人类活动对环境影响最大的当数化石燃料的燃烧。化石燃料实质上是地质历史上几千万年乃至上亿年大自然积累的太阳能和固化的碳。人类在几百年内把它开发释放出来，不能不对环境产生严重的影响。其中，有一个问题比较难解决，那就是二氧化碳排放。近年来，人们开始关注“封存”二氧化碳技术的研究，其中以将二氧化碳灌注到地下较有前景。挪威1991年在世界上首开先例，向大量排放二氧化碳的企业（如燃煤电厂）征收联邦税，每吨二氧化碳收55美元，以后又扩大到海上石油天然气生产排放的二氧化碳。从1996年起，挪威国家石油公司每年向地下灌注约100万吨二氧化碳，每年节约税金支出5500万元。二氧化碳的地下灌注涉及的地质研究包括地球物理、地球化学、地下流体动力学等。

张宏仁说，淡水资源与地质学也有密切联系。淡水和空气一样是人类生存不可缺少的。从淡水资源的角度看，无论地表还是地下，都是同一个淡水资源长流的片断。淡水在地下流与在地表流，差别的重点不在水本身，而在介质，即地表水体与地下水含水层的差别。地表水体传导水的能力很强，但存贮水的能力有限。地下水含水层则相反，传导水的能力较差，但存储水的能力很强。因此对两者各自扬长避短，可以实现淡水资源最佳调配的目的。举例说，为了缓解华北淡水资源的严重供需矛盾，南水北调是必要的；然而，长距离输水，如果在终端缺乏足够的缓冲库容，一旦出了问题就很麻烦，修建平原水库是不可行的。看来，充分利用地下库容是唯一出路。

张宏仁认为，地质学在固体地壳方面的重要性也是不言而喻的。各种矿产资源的勘查、各种工程建设都离不开地质学。与地质学有关的另一个重要方面是地质灾害防治。总之，人类生活在地球上，要保护好环境，就必须正确认识地球，掌握地质学的知识。地质学家更应当为保护环境作出应有的贡献。

科研论文

中国的淡水资源问题

淡水是可再生资源，靠大气降水补给。静态库容只是调节空间，不能解决长期供水需要。我国单位面积淡水资源并不少，接近全球平均值，但由于人口密度比世界平均大三倍，人均淡水资源仅为世界人均值的三分之一弱。我国大气降水在时间和空间上分布极不均匀，使蒸发量加大，农业离不开灌溉，更加剧了淡水资源的供需矛盾。淡水是少数几种无法依赖进口的资源之一。今后只能依靠节水和现有淡水资源的科学调节和使用。地表水和地下水都是淡水资源的组成部分。地表水体传导水的能力强，但存储水的容积小，地下水含水层传导水的能力弱但存储水的容积大。把两者结合起来联合调度，可以更加充分有效地实现淡水资源在时间上的调控。我国淡水资源南多北少。但人口分布大体上与淡水资源分布相适应。应当避免人口过多地向缺水地区流动。南水北调可以缓解北方缺水的局面。但调水成本较高，应主要用于特殊干旱年份，供水的基本来源，仍应立足本地。我国南方降水量充沛，缺水主要是污染造成的，应当集中力量治理污染。为了合理分配淡水资源，有效治理水污染，有必要加强流域的统一管理。规定每一地区的取水量和排污总量的限额。深层封闭地下水资源潜力不大，长期大量开发会导致地面沉降等严重后果。要慎用，少用。 淡水是人们生产生活任何时候都离不开的资源。似乎应当属于常识范围内的事。然而每当听到有关“地表水、地下水哪个更重要”的争论，好心人关于“地球上最后一滴水”的警告，某某地方“地下大水库的发现”，以及一方面惊呼中国出现了“世界上最大的漏斗”，另一方面又把希望寄托于寻找新的深层地下水源；就感到人们对淡水资源的认识并不一致。而认识是否符合淡水资源的客观规律，对正确决策有很大影响。

一，淡水资源的主体靠自然再生，静态库容的作用是以丰补歉

各种自然资源均可划分为两大类：可再生资源和不可再生资源。这种划分的含义可以用一个家庭的经济收支平衡帐来形象地说明。

大多数家庭每月都有经常性的收入。如果支出小于收入则把多余的钱存入银行。如果支出大于收入，就要动用银行存款。可以用公式简单表述如下：

银行存款的增量=收入－支出

为了保证家庭可持续的生活，总是力图量入为出，每个月都略有节余。于是银行存款逐月增加。然而一旦有额外的消费需求，比如购买大件商品、假日旅游等，就可以用平时多月、乃至多年积攒的存款。对这一类家庭来说，平时生活主要靠经常性的工资收入，银行存款的功能只是调节余缺。我们可以说，这样的家庭所依靠的财政资源是可再生的。

然而，社会上还有极少数人，他们没有经常性的工资收入，但祖先给他们留下了一大笔遗产存在银行里，如果不任意挥霍足够用100年。对这些人来说，上述公式中的收入项等于零，银行存款每个月都是负增长。直到花光为止。这些人的财政资源显然是不可再生的。用一点就会少一点。

矿产资源显然属于不可再生资源。以煤为例，是在漫长的地质历史中形成的。现在地球上某些地方由植物变为煤炭的过程仍在进行，但进行得极为缓慢。每年新生成的煤炭与全球每年消费的煤炭相比微乎其微，可以忽略不计。我们今天所开采的煤炭，实质上是大自然留给人类的遗产。由于地球上煤炭的储量很大，足够满足几百年的需要，目前可以不必为今后发愁。过了一百年，人类总能找到别的替代能源。

森林资源则可以成为可再生资源。林木不断地新生，只要合理规划，就可以保证每年砍伐量不大于再生量。如果砍伐量大于再生量，林木积蓄量就要减少，反之则会增加。

淡水资源的情况略为复杂一点，它的主体属于可再生资源。但在极特殊情况下，出于无奈，也有把地下地质历史上储存的水当作不可再生资源使用的例子。

地球的大气层是一个庞大的，以太阳能为动力的蒸馏水工厂。它不断地从海洋和地面把水蒸发上天，再以降水的形式向人们居住的陆地提供淡水。平均每年陆地上的大气降水约为119万亿立方米 。扣除蒸发蒸腾损失，每年仍有42.7万亿立方米可转化为人类有可能利用的淡水资源。远远超过目前全人类每年约4万亿立方米的用水量。在可以预见的未来，淡水资源的是永续不断的。不可能出现"最后一滴水"的危机。因此，从总体上讲，人类完全可以依赖可再生的淡水资源满足可持续发展的需要。

然而，淡水资源在地球上的分布很不均匀。有一些干旱地区降雨量极少。可再生淡水资源接近于零。如果这些地区人口稀少，又有地质历史上埋藏的，水质符合需要，而且存储量能满足当地不多的人口上百年需要的地下水，就可以在相当长一段时期靠"吃老本"过日子。例如在非洲北部的撒哈拉沙漠就有地质历史上埋藏的淡水，为埃及、利比亚等国提供了可供当地人口上百年需要的淡水。类似的条件，在地球其它地方极为罕见。

地下含水层储存的地下水可以和银行存款相类比。它能应付短时间入不敷出的紧急情况，但不能满足长期可持续发展的需要。此外，地下水的储存量也有不同于存款的地方。提取第一笔存款与提取后一笔存款在手续上没有区别。而随着地下水储存量的减少，地下水位随之下降。超过一定限度，有水也难以利用。

二，我国地均淡水资源并不贫乏，人均淡水资源少是人口多的结果

我国一些地区淡水资源供需矛盾日趋严重的状况，给人造成一种印象：好象中国是淡水资源特别贫乏的国家。这种印象并不符合实际。一个地区淡水资源的丰富程度可以用单位面积平均淡水资源来评价。全世界可再生淡水资源每年为42.7万亿立方米，全球陆地面积为1.34亿平方公里，或者134万亿平方米。于是：全球单位面积淡水资源=全球淡水资源/全球陆地面积=42.7万亿立方米/134万亿平方米/年 =319毫米/年

我国可再生淡水资源每年为2.8万亿立方米，国土面积为960万平方公里。单位面积淡水资源为 292毫米/年。相当于全球平均值的91.5%。由此可见我国并不是淡水资源特别贫乏的国家。国土面积和我国差不多的美国，单位面积淡水资源为317毫米/年，差别也不大。然而，由于我国人口众多，单位面积人口密度是全世界平均值的三倍。因此，人均淡水资源仅为全世界的三分之一弱。目前广泛引用的数字是四分之一，实际上更接近三分之一。美国则由于人口密度仅为中国的近五分之一，人均淡水资源因此约相当于我国的五倍。总之，我国淡水资源紧张，并不是由于资源贫乏，而是由于人口众多。

三，淡水资源不能依赖进口，只能立足于国内

在各种自然资源中，淡水资源是用量最大的资源。所有其他自然资源用量的总和也抵不上淡水资源的一个零头。淡水又是最廉价的资源，经不起大量长距离运输。我国地势较高，大部分国际河流是出境河，只有新疆有少数入境河流。这一状况排除了淡水资源依赖进口的任何可能性。除非全球气候有重大变化，今后淡水资源总量预计不会有实质性的改变，而人口还将有所增长，不论今后国民经济如何发展，经济规模翻几番，都只能立足在现有每年2.8万亿立方米淡水资源的基础之上。在这一点上，有的人仍抱有开辟新来源的希望。以下本文将证明：开源虽有一定前景，但不可能对我国淡水资源总量有重大影响。

四，我国淡水资源时空分布极不均匀，加剧了供需矛盾

尽管我国人均淡水资源仅为全球平均值的三分之一弱，每人每年仍有2300立方米。按目前的消费水平是够用的。然而我国的淡水资源无论在空间或时间上的分布都极不均匀。这就进一步加剧了供需矛盾。

淡水资源的更新主要靠大气降水。我国大部分国土处于北半球中纬度干旱带，本应比较干旱。幸好来自太平洋和印度洋的东南亚季风带来了水汽。但也导致降水量分布的极度不均匀性。我国南部和东部降水量较多，而西北干旱。大体上，昆仑山、秦岭、淮河一线以南，总体上不缺水。如果有缺水问题，一般也主要是由污染造成的。而西北地区则干旱少雨。淡水资源因而比较贫乏。

应当指出，我国几千年来一直是以农业为主。农业又与淡水资源紧密相连。由于千百年随机流动的结果，我国的人口分布大体上与淡水资源的分布相适应。一般不宜轻易变动。随着我国生产力的发展，依附于耕地的农业人口的比重将逐渐减少。人口按耕地分布的前提将逐渐弱化。向干旱地区迁移人口将不再具有很大的必要性，任何向干旱、半干旱地区的移民，必然增加该地区对淡水的需求，进一步扩大淡水资源的供需矛盾，一定要慎之又慎。

淡水资源在时间上分布的不均匀性是导致我国北方供需矛盾紧张的重要原因。从多年平均降水量来看，我国华北许多地方虽不算很丰富，但也不能算太少。以北京为例，年降水量平均为630 mm。和欧洲地区法国的巴黎，苏联的莫斯科，奥地利维也纳，匈牙利的布达佩斯等差不多，比英国伦敦、德国柏林还要略多一些。那么为什么欧洲比较湿润，而华北比较干旱呢？这是由于欧洲许多地方降水量随时间的分布，无论是年内还是年际都出奇地均匀。这是一直生活在亚洲大陆的人所难以想象的。

欧洲大部分地区空气湿度大，蒸发量远小于降水量。我国北方地区与欧洲相比反差极为强烈。以北京地区为例，6、7、8三个月的降水量，占年总降水量的3/4以上，而从11月到次年4月的半年时间的降水量不到全年降水量的十分之一。由于旱季延续时间很长，年蒸发量大多在1000毫米以上，远远超过年降水量。不仅年内，而且年际降水量变化也很大，连续三年的干旱时有发生。大气降水只有一小部分能转化为有效的淡水资源，大部分被重新蒸发上天。此外，由于雨季降水过于集中，经常有一部分水库装不下的降水以洪水的形式入海。无法加以利用，有时甚至造成洪灾。西欧降水均匀带来的另一个好处是农田灌溉用水不多，大气降水能满足农作物生长对水的大部分需要，许多地方甚至完全不需要灌溉；留给工业及生活用的水资源就比较多了。而我国，特别是北方地区，农业离不开灌溉。农田灌溉用水占用了淡水资源的绝大部分，能留给生活和工业生产用的水资源很有限。总之，降水量随时间分布的不均匀性，一方面使有效淡水资源减小，另一方面则使农业用水量增多。大大加剧了淡水资源的供需矛盾。

五，找矿与"找水"

我国的淡水资源是否还有未被发现的潜力。有人把希望寄托在"找水"上。

地表水不存在"找"的问题，一切都摆在光天化日之下，比较清楚。"找水"实际上指的是找地下水。"找水"的提出显然是受"找矿"的影响，特别是"找油"的影响。石油天然气是含油层中的流体，地下水也是地层中的流体。可以找油，为什么不能找水呢。当然，石油天然气和地下水的流动都遵循渗流力学的基本规律。有许多可以相互借鉴的东西。但是有一点根本不同：石油天然气是不可再生资源，地下水的主体只能是可再生资源。

作为不可再生资源的矿产，开采一点，已探明的资源就会少一点，早晚会枯竭。为了保证可持续发展，必须努力寻找接替资源。而且大多数情况下确有矿可找。因为，由于人们认识的局限性，远不是所有的矿产都已被查明。整个找矿的历史可以归结于：露头矿找完了，找隐伏矿；浅部矿找完了找深部矿。这种经验推广到淡水资源领域里来，就成了：地表水不够了找地下水；浅层地下水不够了，找深层地下水。

然而，地下水完全是另外一回事。前面已经讨论过，地下水的储存量只能用于调节丰枯，而不能依靠它长期生活。人类可以依赖的主要是不断更新的可再生淡水资源。而这种资源就在我们眼皮子底下，并不需要专门去"寻找"。从宏观战略大帐着眼，"找水"并不能解决淡水资源的"开源"问题。

但在某些既缺乏地表水，浅部地下水含盐量又高的干旱地区，有的地方地下深部有水质较好的含水层。于是就提出了深部含水层“找水”的问题。后面我们将要详细说明：深部含水层绝大多数属于封闭的承压含水层，由于极难得到大气降水的补给，所含的淡水资源属于不可再生资源。大量长期开采这种深层地下水会导致地下水位迅速下降和地面沉降。只有在人少地广，单位面积取水量很小的条件下，如为边防哨所和牧区人畜饮用供水，或者在极端干旱年份短期用水，可以适度开采这种资源。

还有一种情况可以被称为"找水"，那就是在缺乏有效含水层的地区，如大片花岗岩或变质岩分布的地区。在这些地区需要用地质、地球物理的方法，寻找隐伏的构造破碎带；因为只有在岩石破碎的地段，才有足够的孔隙存储和传导地下水，简单地说，才能使水井或其他集水工程出水。

不管是哪种情况，"找水"并不能解决淡水资源的战略性大帐，而是主要着眼于人口不多的缺水居民点人畜用水问题。

那么，淡水资源开源的潜力何在？淡水资源的潜力不在于"找水"，但也不是没有潜力可挖。可以从减少我国大气降水在时间上分布性不均匀性造成的损失方面，想办法挖掘的潜力，主要有两个方面：一是夺取蒸发量，我国，特别是干旱地区，大气降水的大部分被蒸发上天。这里面潜力是很大的；二是夺取入海弃水。由于汛期降雨量集中，地表水库没有足够的库容拦蓄洪水，有一部分水白白跑到海里去。这部分水如果被拦蓄起来，水量也是很可观的。

然而，这两条说起来容易，实际上做起来却很难。要夺取蒸发量，就要设法让大气降水更多地渗入地下，减少太阳的曝晒。要夺取入海弃水，就要设法把汛期的洪水存储起来。为此就需要有足够的调节库容。地表水库就是为此而修建的。北京潮白河上的密云水库多年平均来水量十来亿立方米，而库容有四十亿立方米，是一个可以实现多年调节的好水库。可惜，在大多数别的流域，现有的地表水库和预计可以修建的地表水库加在一起，总库容仍远不足以满足这一要求。而地下水含水层则具有比地表水库大得多的调节库容。

因此，无论是夺取蒸发量还是夺取弃水，地下水含水层都具有极其重要的作用。

六，地表水体与地下水含水层的关系

在许多人的心目中，地表水和地下水是两种不同的水源。这是一种片面的看法，不利于对整个淡水资源的科学、合理的利用。从作为可再生资源的角度看，地表水和地下水都来自大气降水，而且，它们还相互转化。以新疆、甘肃的内流河盆地为例。盆地底部的极少量降水几乎全部被蒸发而形不成任何有效的淡水资源。当地的淡水资源主要来自盆地周围山区的降水以及随后的积雪融化。这些水汇集到山区的河流中奔向山麓，有很大一部分入渗到由砾石、粗沙组成的山前洪积扇中，转化为地下水。洪积扇的碎屑物质从上游向下游逐渐变细，传输地下水的能力也逐渐减弱。最后地下水被臃阻在洪积扇的边缘而以泉水的形式溢出地表，又转化为地表水。在那些地区，人为地划分地表水和地下水资源，没有实质性的意义。

从更广泛的意义上讲，河流的流量在一年很长时间要靠地下水维持。河流具有很高的传输地表水的能力。雨季的大气降水汇入河川以后，会在很短时间内被排放入海。雨季以后许多河流河水常流不断要归功于地下水含水层。地下水含水层能存储大量由降水入渗形成的淡水。由于地下水含水层传输水的能力远低于地表水体，雨季存储在含水层中的地下水只能缓慢地释放出来。所有这些涓涓滴滴的细流，最后汇集到河川中，形成可观的流量，保持河水常流不断。汛期以后的河川水流被叫做"基流"。基流是淡水资源中最可宝贵的部分。而它恰恰来自地下水含水层。

地表水体和地下水含水层都是天然淡水资源的载体，但它们各自有不同的特点：

地表水体作为水的容器摩擦阻力小，因而具有很高的传输水的能力。另一方面，陆地上的淡水体面积仅占陆地面积的百分之一不到，因而存储水的能力很小。地下水含水层则相反，由于水在岩石的孔隙中流动，受到很大的摩擦阻力。在同样的水力坡度下，地下水的流速比地表水要小好几个数量级。但是，地下水含水层广泛分布，几乎无处不在，，有比地表水体大得多的存储水的能力。可以用直流电阻、电容电路来比喻以上两种情况。地表水体就象是电阻小，电容也小的，也就是说时间常数RC很小的电路，地下水含水层则象是电阻大，电容也大，因而时间常数很大的电路。地表水体中的水来得快，去得快。地下水含水层中的水来得慢，去得慢；能够对短暂的洪峰脉冲进行滤波，把极不均匀的降水拉平。而这正是降水量极不均匀的地区所需要的。

地下水含水层不仅能调节丰水年和枯水年，而且还能大大减少蒸发量。大气降水一旦渗入地下，蒸发量就会急剧减少。如果地下水位在地面1米以下，蒸发量实际上接近零。

我国陕西北部神木煤田所在地区有两条河，一条是窟野河，另一条是秃尾河。两条河都从西北向东南相互平行地流入黄河，相距只有几十公里。窟野河所流经的地区岩石裸露，每当雨季，洪水携带大量泥沙很快泄入黄河，旱季则长时间干涸缺水。而秃尾河上游有大片地区被毛乌素沙漠的边缘所覆盖。雨季时雨水被沙漠吸收，很少形成洪水，雨季过后，地下水慢慢从沙漠渗出，保持秃尾河常年有比较均匀的流量。由于沙漠的保护，秃尾河流域蒸发量大大减少。有一半以上的大气降水都能转化为有效的淡水资源。这在黄土高原是极为可贵的。

地下水含水层的特点是"肚子大，嗓子眼小"，接收大气降水补给比较缓慢。这就给我们利用它增加了困难。北京地区就是一个很好的例证。永定河冲积、洪积扇有巨厚的含水层。曾经是北京市的主要供水水源地。它的巨大库容曾经帮助首都渡过了一个又一个的缺水年。经过多年的超量抽取地下水使得地下水位大幅度下降，形成较大的地下库容。这本应是调蓄水资源的绝好场所。七十年代进行了可行性论证，发现永定河每年行洪期只有十来天。而北京市年取水量几十亿立方米。即使每年人工回灌一千万立方米，也解决不了多大问题。然而要在十天内完成即使这一不起眼的任务，汛期每天就要回灌一百万立方米，这就需要建设庞大的回灌工程。而且汛期河水含泥沙量高，会很快把地下水含水层的入渗面淤死。当时建设的西黄村人工回灌试验场，虽然地质、地理条件很优越，但也只能在非汛期用水库弃水进行人工回灌。

实践给我们上了很重要的一课。要取得较大的回灌效果，光靠人工措施是不够的。针对北京地区的具体情况，我们提出了"虚拟回灌"的办法。北京地区现有抽取地下水的设施能力已经很大。再大的回灌设施能力也不可能超过抽水能力。在保持现有抽水设施运行的情况下，每回灌一亿立方米水，与不进行回灌，但减少抽水一亿立方米在物理上是等价的。因此，减少抽水等于增加回灌，是一种"虚拟"的回灌。这种回灌不需要专门的回灌设施，但需要有别的水源来代替减少的抽水量。这部分水量可以来自丰水年多余的大气降水。如果在北京市建设两套供水设施，一套用地表水供水，另一套用地下水供水。每一套都能单独满足全市供水的需要。如果在丰水年把抽取地下水的设施停下来，就等于不用任何回灌设施，一年就回灌了上十亿立方米的水存储在地下。到枯水年就可以少用地表水，而抽取地下的库存以渡过水荒。用这种办法还可以对淡水资源进行年调节，汛期前，尽量多用水库准备"空库迎汛"的"弃"水，代替抽取地下水，少用地下库存。

以上方案要求统一调度地表和地下两个水库，充分扬各自的"长"，避各自的"短"。结合每一地区的特点，还可能设计出别的方案。

总之，地表水和地下水并不是两种不同的水源，如果善于取长补短，发挥各自的优势，就能更好地利用有限的淡水资源。那种把地表水和地下水人为分割开来，各执一端的争论，是狭隘、片面的门户之见的反映。

七，开放含水层与封闭含水层

地下水是赋存在地下岩石中的水。所有的岩石或多或少都含有地下水，但并不是所有岩石都是含水层。只有那些既含有一定量的水，又能让地下水流动的地层才叫含水层，否则就是隔水层。当然，这种划分只是相对的。

按照地下水与含水层和隔水层的关系，地下水含水层可划分为"潜水含水层"和"承压含水层"。这两个引进的术语实在翻译得令人费解。不仅外行人听不懂，内行人也往往被搞糊涂。作者认为采用"开放含水层"与"封闭含水层"能更好地反映两种含水层的本质差别。

可以用人们比较熟悉的地表水来比拟。河湖属于开放水体，自来水管道属于封闭水体。河流中的淡水体积随着河水位的上涨而增大，流量也随之增大。自来水管道中的淡水体积随着水头只有极其微小的变化，小到几乎可以忽略不计。流量只与水力梯度有关，而与水头几乎无关。

如果含水层中的地下水没有充满整个含水层，情况就和河流、湖泊、水库等开放水体相似。当含水层中地下水体积增加或减少，地下水位就会上升或下降。这种含水层应当叫做"开放含水层"。但目前通行的术语则是"潜水含水层"。开放含水层由于它的开放性，很容易直接从大气降水，或地表水体得到补给，因而其中的淡水资源比较容易得到再生，以保证可持续发展的需要。目前全世界抽取的地下水，绝大部分来自开放含水层。

如果含水层上面被隔水层所覆盖，而且地下水充满了含水层，就变得和封闭的自来水管道相似了。地下水位有升降变化时，含水层体积受上复隔水层的限制，不能象开放含水层那样自由变化。这种含水层应当叫做"封闭含水层"，教科书上的通行术语则是"承压含水层"。

实际上，无论自来水管道还是封闭含水层，都不是绝对刚性的。它们都具有弹性和可压缩性。当水位上升时，体积会被涨大，反之则会被压缩变小。这种涨缩对自来水管道来说微不足道，通常被忽略不计。但对封闭含水层来说，由于下面将要谈到的原因，这种可压缩性和弹性却不能不加以考虑。

首先，封闭含水层传导水的能力比自来水管道小许多个数量级。任何一个末端自来水龙头放水，都能几乎立即从自来水厂的蓄水容器得到补给。其间的水头损失比较小。而含水层对水的摩擦阻力很大，从封闭含水层的侧向补给源到打井取水地点距离一般又很远。其间要达到稳定状态，需有很大的水头损失。实际上，在达到稳定状态之前，从水井抽出来的水，并不是来自远方的侧向补给源，而是来自水井周围含水层的压缩。水井的抽水，使地下水位下降，在水井周围形成降落漏斗。对封闭含水层来说，这就象液压千斤顶放油、汽车轮胎放气一样，使含水层压缩。这样就从含水层挤压出一些地下水来。水井抽取的地下水，实际上就是来自含水层压缩出来的那一部分水。早期，水井抽取的主要是水井周围近处含水层压缩出来的地下水，随着降落漏斗的扩展，抽出来的水逐渐更多地来自较远处的含水层。从开始抽水到大部分井水不再来自含水层的压缩，而是来自补给边界，需要很长的时间，如果补给边界离抽水井比较远，甚至需要几十年时间，那时抽水井水位将下降得很深，乃至抽水成本高到难以接受的程度。此外，封闭含水层中地下水位每下降1米，因压缩所能给出的水是很少的，只有开放含水层的千分之几到万分之几。因此，地下水位的降落漏斗体积，在同样出水量的条件下，比开放含水层要大成千上万倍。

按照质量守恒原理，从含水层抽取的地下水不可能凭空产生，总归要有来源。开放含水层比较好理解，从含水层抽取的水，部分来自含水层的疏干，部分来自地表水体的补给。而封闭含水层就有点令人费解。后者既没有疏干，也很难从地表水体得到补给。那么从井里抽出来的水是从那里来的？二十世纪初地下水水力学的一个重大进展是发现从封闭含水层抽取的地下水是由含水层体积压缩而来的。最终表现在地面沉降上。根据河北沧州和天津以往长期观测的结果，多年从封闭含水层抽取的地下水总体积，大体上等于地面沉降的总体积。侧向补给少得可以忽略不计。

从封闭含水层抽取地下水会导致地面沉降！这是一个严重的问题。到目前为止我们已经有了大量负面的案例。早在六十年代，上海就因地面沉降而遭受了难以弥补的损失。由于地面沉降早期很难凭直觉发现，上海的教训并没有被别的地方及时汲取，天津随后也出现了类似的问题。长江三角洲的苏州、无锡、常州由于含水层不如上海宽阔，受局部断陷小盆地的制约，出现不均匀沉降，导致地面裂缝。西安的地裂缝也是长期从封闭含水层抽水的后果。

由此可见，从封闭含水层长期大量地抽取地下水，弊大于利，往往是得不偿失。抽不了多少水就会引起地下水位大幅度下降，而且经常导致严重的地面沉降后果。

只有以下情况可以考虑动用封闭含水层中的地下水：

首先，在地广人稀的西北地区，如果地表水和浅层地下水资源都很贫乏，而单位面积的抽水量又很小，一百年内地下水位不至于下降到不可接受的程度，当地对地面沉降又不敏感，可以把深部封闭含水层作为局部地区长期供水的水源。如边防哨所、牧区的供水。

其次，在降水量较少而且在时间上分布又极不均匀的地区，如我国华北，封闭含水层不宜作为经常使用的水源，但可以在极端情况下作为应急水源。例如在面临农作物可能绝收的"卡脖子旱"时，短期临时动用封闭含水层是可以考虑的。

水井的短期出水流量只能反映含水层传导地下水的能力，而不能反映含水层长期持续供水的能力，封闭地下水含水层经常给人们以假象。当打在封闭含水层中的一口深井刚开始出水的时候，当人们亲眼看见清澈的地下水哗哗地流出井口时，大概很少有人相信这好景不会长久。然而，科学告诉我们，如果大量长期地抽水，类似河北沧州式的大漏斗很快就会出现。而且会伴之以地面沉降。为了说明这个问题，假定有两个同样高的水罐，一个直径1米，另一个直径100米。两个水罐里的水都装到同样的高度。水罐下端各安装了同样大小规格的水龙头。如果同时打开两个水龙头，那么初期的流量是相同的。如果把这两个水罐掩盖起来，人们只能看见两个水龙头，仅仅根据打开水龙头一刹那的流量，没有人能判断哪一个水龙头后面的水罐更大。然而，经过一段时间以后，人们就会发现，与小水罐相连的水龙头流量衰减得很快，与大水罐相连的水龙头流量衰减得很慢。封闭含水层相当于小水罐，开放含水层则相当于大水罐。

一些对封闭含水层（即承压含水层）抱有希望的人，经常拿澳大利亚的"大自流盆地"（Great Artesian Basin）作为样板。然而，这个样板所提供的信息并不令人鼓舞。大自流盆地面积很大，有170万平方公里。但根据澳大利亚科学家多年研究的结果，每年可持续的抽水量仅为5.5亿立方米。可以拿我国很干旱的新疆维吾尔自治区和澳大利亚大自流盆地相对比。新疆面积为160万平方公里，比大自流盆地还略小一点，而每年的可再生淡水资源超过800亿立方米。大自流盆地的可利用淡水资源还不到新疆的一个零头。稍微节约一点点，5.5亿立方米就有了。

八，节水是关键

既然我国淡水资源大局已定，又不能依赖进口，今后不论社会经济如何发展，我们作计划，搞建设都只能立足于用好这有限的淡水资源。

节水有很大潜力。纵观全球，各种资源大体上都有可对比的消费定额。唯独淡水资源例外。世界各国历来都是淡水资源丰富的国家人均用水量多，缺水的国家人均用水量少。上下可以差好几倍。但这并不妨碍某些缺水国家发展较高的生产力。

建议把北京市建成全国节水的模范。北京市现有的淡水资源并不丰富。但在北方各大城市中也算是得天独厚的。北京市近二十年经济大幅度上升，但工业用水却保持了零增长。北京市经济发展已经有一定基础，科技力量雄厚。如果能以现有淡水资源为基础保证长期可持续发展，就能为全国树立一个很好的榜样，带动全国的节水运动。

九，南方和北方

东南亚季风使得我国南方大气降水多，北方少。前面谈到的许多问题，大部分涉及的是北方，因为，秦岭、淮河一线以南的地区并不缺水。南方地区如果缺水，也主要是污染造成的。因此，南方应当把治理污染、保护环境，放在解决淡水资源问题的首位。象上海、广州这样的特大城市，都是由于污染才造成供水水源不足的问题。当然，即使在南方，季节性的缺水也时有发生，局部地方还遇到严重的旱灾。而且南方由于气候湿热，化学风化比物理风化更强烈。现代河流沉积物中粗粒碎屑比较少，而胶结物透水性又比较差，因此含水层一般不如北方。地下水库的调蓄能力不高。遇到长期干旱，北方可以利用地下水抵御一段时间，而南方由于缺少好的含水层，抗御季节性干旱的能力往往不如北方。

南方广西僮族自治区、贵州、云南等省有大片石灰岩分布地区，即所谓喀斯特地区。这些地区降雨量很大，但雨水在地面保存不住，特别是比当地侵蚀基准面高很多的地区，降水很快漏到地下深处。只要雨一停，就出现水荒。这些地区，如果客观条件许可，需要采取工程措施，堵塞漏水的通道，抬高当地局部的侵蚀基准面。

我国南北淡水资源丰度差别很大。黄河流域单位面积产出的淡水资源仅为长江流域的八分之一。可见南方的淡水资源比北方要丰富得多。南水北调是顺理成章的事。目前考虑的三条路线：东线、中线、西线所能解决的问题各有侧重，也都是应当考虑的。西线工程浩大，工期长，最好等我国综合国力更强大的时候再修建。东线实际上已经在给苏北、鲁南、安徽输水。问题是如何给更北面的山东、河北、河南、天津和北京输水。

一个很重要的制约因素是成本。即使由国家财政来承担南水北调的基本建设费用。将来的运行成本也是很大的问题。华北地区用水量最大的是农业。水价将对农业生产成本有严重影响。南水北调东线方案调给鲁北、河北、天津的水，农业很可能用不起。在社会主义市场经济的条件下，必须认真考虑是更多地调水还是调整产业结构和布局。哪一个更合算。

比较合理的方案是把供水"基本负荷"建立在当地现有淡水资源的基础之上。南水北调重点解决特殊干旱季节和年份的应急供水需要。今后缺水地区应当重点发展用水少的产业，逐渐压缩耗水多的产业。不要为了眼前的短暂经济利益搞一些耗水量大的项目。形成淡水供需矛盾的严重局面以后再向国家要水。这些地区更要防止人口的非自然增长。所幸的是，从上个世界最后一、二十年以来。耗水量大的传统产业的比较优势逐渐降低。而一些新兴产业单位耗水量一般都比较小。发展节水型社会的前景是好的。

南方应当把水污染防治放在首位。我国的长江、珠江流域淡水资源丰富，但污染也很严重。这些地区的缺水主要是污染造成的。而水污染防治必须全流域共同努力才能解决问题。

十，上下游的关系

为了充分利用好，必须正确处理上下游关系。一般来说，上游占有较大主动权。如无相应的法律或行政约束，上游多取水，下游只好接受河水流量减少的事实。上游排污，下游也只好承受其后果。另一方面，下游一般经济比较发达，经济实力比较雄厚。而上游一般经济比较落后，无力发展较先进的，用水少、污染也少的产业；对已产生的污染也无力治理。

看来，现在已经到了按流域规划整治的时候了。流域的问题之所以复杂，主要由于涉及的地方比较多。但只要抓住两条，就可以抓住要害：一是规定流域所经每一省、市、自治区或地区的用水定额，以及为环境、生态必须保留的最低限度流量。二是规定相应各地的污染物排放总量定额。以上两条应当以法律的形式固定下来。

黄河前几年每年枯水季节断流，就是上游无节制取水的结果。虽然多年前曾经有过一个黄河水资源分配方案，但由于缺乏监督，并未得到严格执行。随着上游耕地面积的扩大和灌溉设施的加强，取水量不断增加，结果使下游断流。这两年水利部门抓了一下，尽管恰逢枯水年，黄河并没有断流。从断流到不断流的事例说明，只要对全流域掌握行政管理权力的部门或地方，认真管起来，问题是可以解决的。

新疆维吾尔自治区的塔里木河流域，是黄河问题的一个缩影。塔里木河的水，来自塔里木盆地周边山区的大气降水以及由大气降水形成的冰雪的融化，流量的年际变化不大。问题是如何用好这一定量的淡水资源。塔里木河及其支流上分布着一系列绿洲，上游的绿洲水用多了，下游的河流量必然减少。那里也有一个各绿洲之间以及下游胡杨林带生态用水之间的淡水资源合理分配的问题。这两年，自治区政府抓一下，情况已经开始好转。

流域水污染控制问题比水量控制要困难得多，不是简单地靠行政命令可以解决的。它涉及巨额污染治理的投资以及治理无望企业的关闭和转产。而且，水污染的特点是上游造成的不良后果往往要由下游承担，污染者本身受损失不大，因此在经济上缺乏治理污染的动力。而下游往往把资金集中在入境河水的水质处理上，无法越界从源头考虑问题。这种头痛医头的做法，可能化钱多，收效差。因此，流域的水污染必须有超脱于局部利益之上，统筹全局的单位来管理。一个简单明了的管理指标是每个省、市、自治区河流出境、入境断面污染物总量的增量。省、市、自治区内各地方、各单位的分量，主要由各省、市、自治区负责管理。南方多数地方只要污染治理好了，淡水资源问题也就迎刃而解。

一般情况下，下游省、市、自治区地处东部，经济比较发达，而上游省、市、自治区在中、西部，经济发展相对落后。在提倡东部地区帮助中、西部地区发展的工作中，应当加进下游帮助上游的内容，即下游帮助上游发展污染少的产业。一方面，中央政府正在通过转移支付支持上游地区，另一方面，下游可以更有针对性地采取对口支援的方式，帮助上游转产更清洁的产业。经过若干年的努力，定能见效。最终，在经济上对上游可能也是有利的。