斯里兰卡地下水资源管理面临的挑战

[丹麦]K.G.维尔霍思 [斯里兰卡]L.D.拉加索里亚

李 庆 摘译自荷刊《水资源管理》2010年第6期

斯里兰卡国土面积为 65610km2,是印度东南面的一个岛国。目前人口约2130万,年增长率为0.4%。该国的大多数海岸线地区都是浅滩,而在多数中部地区是平坦和波状的丘陵地,中南部则变为高地,那里坐落着2525m的最高峰皮杜鲁塔拉格勒(Mt.Pithruthalagala)。斯里兰卡属热带气候,低地的月平均气温为26℃至29℃,到高地则变为13℃至21℃。年均降雨量为 800～5000mm,而降雨明显受热带季风的支配,导致1 a笼罩在湿季和旱季中(时间和周期依地区而定),其中湿季暴雨频繁。该国主要经历2个季风季节:西南季风在5～9月间为西南地区带来更多雨水,而东北季风在 9月～次年2月间为广大东北干旱地区带来更多降雨。年人均有效淡水资源约为2592 m3,高于年人均1000m3的国家缺水指标。尽管水量总体上相对充足,但也遇到了与水有关的问题,特别是干旱(偶尔有洪水)。造成干旱的主要原因是降水不均衡,还有大量地表径流的蒸发损失,硬岩区地下与地表水库储水条件差,日益增加的气候变化压力以及人类活动等。据世界卫生组织(WHO)和联合国儿童基金会(UNICEF)统计,79%的人口(城镇的 98%,乡村的74%)改善了饮用水条件,91%的人口(98%的城镇,89%的乡村)改善了卫生条件。

斯里兰卡有僧伽罗 (Sinhalese)和泰米尔(Tamils)2个主要民族,公元前这2个民族就已共同生活,并促进了先进的农田水利文明。农业发源于公元前2000年的北部偏远干旱地区。而后,通过古都周围精妙的人造池塘(水库的当地称法)的水力网络,使地表水成为灌溉的主要水源。地下水作为饮用水和生活用水,从风化裂隙含水层和砂土含水层中抽取。这一文明由于政治动荡、洪水、严重干旱、霍乱和疟疾传染、饥荒,在10世纪末便面临瓦解。随后,泰米尔人向岛的北部和东部迁移,僧伽罗人向中、南部地区迁移。

在英国统治时期,重新颁布了灌溉法令,采用了地下水灌溉耕作,提高了主要作物水稻、烟草、小米的产量。直到1948年国家独立后,才制定了包括灌溉新的土地、水力发电、防洪等多目标的土地开发计划。斯里兰卡独立后的水改革重点在于地表水灌溉,这为当地社区带来了快速效益,也促使土地主要用于农业生产。

尽管农业在国家 GDP中占比较小(16.5%),耕地从1950年的138.9万 hm2逐渐增加至2007年的165.6万 hm2。传统观念认为粮食应该自给自足,所以应优先发展农业。现在,绝大多数农田种植水稻、茶、橡胶和椰子等 4种主要作物。

1 地下水条件

1.1 地质概况

从地质学和物理学角度来看,斯里兰卡被认为是印度向南的延伸,在最近的地质年代才从印度大陆分离。一条被称为保克海峡(Palk Strait)的宽 64～137 km窄而浅的海峡(最深10m)将两国分开,所以斯里兰卡的地质条件在某种程度上与印度大陆南部相似。

9/10的国土为前寒武纪变质岩,北部和西北部海岸地区主要为第三纪中新世石灰岩,西北、南部和东部海岸地区为第四纪地层。在西北部,有2处侏罗纪小盆地切入前寒武纪基底断层。前寒武纪地层分为高地系和维杰彦(Vijayan)复合体2个部分,自西南向东北、穿越岛的中部呈宽带状分布。高地系以间带状变质沉积物和紫苏花岗片岩为特征。Vijayan复合体由一组不同的片岩和花岗岩构成,呈线状褶皱,分为东西2个区域。巨大的前寒武纪晶体构造的2/3处于干旱区,并未蕴藏丰富的地下水资源和能用于生产的水量。高地系岩石交叠为一系列长而平行的褶皱,断层带和走向山脊清晰可见,这种结构特征和互嵌地形促进了传统和现代地下水勘探技术的发展。然而,因为 Vijayan复合体没有清晰连续的平行褶皱,所以对该地区地下水的勘探受限。风化严重的构造岩层较浅,平均深度为10m,风化较强的地区深度可达 35m。

1.2 含水层类型

已经确定了以下 6类含水层:①浅层无压喀斯特含水层;②深层承压砂岩和中新世石灰岩含水层;③浅层第四纪无压海岸砂土含水层;④不同深度的冲积含水层;⑤硬岩区的浅层风化含水层;⑥承压或半承压红土(砖红壤)含水层。这是由上述地质条件决定的,即多种多样的水文地质条件、总体雨情和地貌很大程度上影响了地形、水文环境、土地用途和地下水的使用选择。

1.3 地下水的使用

目前,斯里兰卡广泛地使用地下水。这是由于认识到地下水提供了相对稳定的水源,或作为地表水的可靠补充,尤其对于旱季和更长干旱期的灌溉而言。成熟的勘探方法、先进的钻探技术、现今更廉价的水泵、政府或非政府组织(NGO)投资或资助计划,已经使地下水成为地表水一种相对便宜的替代或补给水源。由于人口增长、变化无常的降雨妨碍了稳定使用地表水,以及地表水源逐渐被污染,在过去的二三十年中,地下水得到显著开发。

据统计,斯里兰卡约有72%的农村人口(约占总人口79%)和22%的城镇人口的生活用水为地下水,共占总人口的 60%。科伦坡(Colombo)和康迪(Kandy)两大主要城市的大部分是依赖地表水,但某些中心城镇是依靠地下水源。300个城镇和乡村的供水系统中,约有1/3取自浅层和深层的地下水源,这不包含1600万 m3私人水井的水量。在无供水系统地区,私人水井(多数为浅层)抽取的地下水量(约 4亿 m3/a)和用户数量(1100万人或过半人口)都很惊人。通过管道系统用于工业的地下水量总体上少于生活用水。许多公司有自己的水井,这些水井有可能登记过,但多数没有计量水量。包括用途最大的灌溉用地下水,全国每年抽取的地下水量估计达150亿 m3。

多数工业,尤其是在科伦坡大都市和西南沿海地区,通过自营井来利用深层地下水源。另外,人们从西北沿海地区的深层石灰岩或冲积含水层(80～150m)中抽取大量地下水用于虾养殖业,当地的淡水或低盐度地下水由咸水泻湖和河口补给。红土地层中的泉水也是许多地区重要的生活水源。

传统上,地下水通过深度不过5m的开口浅井抽取。这些水井至今仍散落在乡村和近郊地区的家庭宅院中,通过竹篮、滑轮等简易手工方式打水。这种取水方式适用于岩溶含水层、滨河含水层和风化构造中的浅层及无压含水层。

在更深的含水层和承压含水层地区,目前是采用机械钻井,安装小口径导管并配备机械手动泵。这种管井正越来越多安装在以往开口井分布的区域,它们多数由与国家供水机构相关的钻探公司安装。

现在,用于农业的地下水从开口井和管井抽取。为加强抽取,特别采用机械化的柴油泵或电泵。这种用于灌溉的农业井通常靠近农田,一般不作他用。在有浅风化含水层的中部低地,大量抽取地下水用于灌溉,那里的农业井往往浅而大,能储存足够的地下水。

2 地下水利用面临的挑战

2.1 水 量

目前地下水开采和利用所面临的挑战是在一些地区存在超采,以及由于人为污染物进入含水层或地球成因固有的污染物造成水源污染。

由于人类集中定居、高度灌溉和繁荣的旅游业,海岸砂土含水层也面临着取水压力,但目前还没有盐水入侵的记录。曾观察到东北部近岸水井的盐度有季节性的变化,但并未持续增加,也未见西岸卡尔皮蒂耶(Kalpitiya)半岛的浅层含水层因大量农业利用而出现盐化的报道。

在硬岩地区,尤其是北部中心和西北低地区域,地下水资源面临很大压力。其原因归咎于农业发展,即自20世纪 80年代中期开始补贴地下水灌溉或地表 -地下水结合灌溉,补贴主要针对小规模、旱季和高价值非稻田的耕作。水位下降、水量减少、水井恢复缓慢、水井和自然水流干涸、水井间的串扰等迹象表明,这种模式是短暂的,不能持续和推广。在以提高用水效率为目标的资助计划的帮助下,农场主们正逐步采用微灌技术。农业井在过去20a内从无到有,直至增加至5万多个。农业井在该地区密度达每百公顷27个,而估计的安全限度为每百公顷 8个。干旱地区估计有55%的农场主使用地下水。农业井资助计划和私人投资农业井开发一样,使土地产量显著增加,并提高了周边其他农场主的收入。但这种收益的可持续性尚不确定。

由于风化裂隙含水层和更深岩层裂隙的范围有限,这类地下水系统可用水量相对较少。这意味着绝大部分国土利用地下水受限,因为 90%的地区底部都是这种硬岩。

气候变化是影响可利用水资源的潜在因素,包括地下水。利用政府间气候变化委员会(IPCC)排放情景特别报告(SRES)A2和 B2方案,预测斯里兰卡在2050年湿季降雨会显著减少,温度和参考作物蒸发量会上升。这将导致更多的灌溉需求。拜蒂克洛(Batticaloa)地区在湿季的稻田灌溉需求,预计比基准情况(1961～1990年)增加 45%(A2)和15%(B2)。适合的、低成本的增加地下水补给的技术对于防止未来地下水耗竭、确保其可用性至关重要。

2.2 水 质

地下水污染的问题主要与某些类型含水层的频繁使用有关。已有大量文献证明海岸含水层中有硝酸盐和致病污染物,它们在喀斯特和砂层地貌中均存在。硝酸盐问题源于对利用地下水灌溉的经济作物过度使用化肥。卡尔皮蒂耶农业区的掘井和管井的密度估计为百公顷 82口和 33口。利用地下水灌溉,1 a能种2～3种作物。研究表明,这些地区的许多作物含有高浓度的硝酸盐。

硝酸盐污染物可能还与卫生体系落后有关,这也是致病性污染物的根源。废水处理不力,以及家庭、工业固体废物同样对地下水源构成威胁,特别是对浅层无压含水层。

由于缺乏相对系统的监控和报告,对污染物的出现地点、程度和类型,总体上还知之甚少。比如,大量使用杀虫剂很可能已造成地下水污染,但没有对其实施监控,也就没有关注到这是一个潜在的重要问题。在科伦坡工业区的研究过程中,已观察到浅层地下水存在重金属污染物。在其他情况相同的前提下,含水层越深、压力越大,比如深层承压砂岩和中新世石灰岩含水层和不同深度的冲积含水层,则受人类活动的影响越小,受到地表污染的破坏也就越少。

尽管没有文献直接记录,但毫不怀疑浅层地下水和水井存在大面积细菌污染,并导致了脆弱地区水和食物疾病的发病率升高,比如伤寒、痢疾、传染性肝炎、腹泻和寄生虫感染等。缺乏对水井及周边的防护,使污水很容易直接或沿外网垂直进入水井。通常,家庭住宅的厕所和水井相隔很近,这增大了厕所和水源间交叉污染的风险,尤其是在湿季当地下水位上升并截断地下卫生体系的情况下。由于明沟、坑厕渗水坑和化粪池的原因,在贾夫纳(Jaffna)半岛出现过浅层地下水的排泄物污染。这些情况表明,要满足完善的卫生设施的千年发展目标,还会面临严峻的挑战,同时也对安全卫生水平的正面官方统计数据(91%)提出了质疑。

过量的硝酸盐会导致婴儿的高铁血红蛋白症、食道癌等。有记录表明,卡尔皮蒂耶半岛很可能有这种情况,由于持续而过量的使用化肥,加之地下水灌溉,致使当地土壤和上层地下水中的硝酸盐水平超高(多达100mg/L)。贾夫纳半岛也有类似记录。

地球成因污染问题多与西南湿地红土地层中的铁有关。氟化物出现在中部干旱区或过渡带晶体构造中。硬水则在硬岩和沉积地层中。饮用水中氟化物过量被视为严重的健康和社会问题。有记录表明,中部、中北部、东北和东南地区的学龄儿童出现过氟斑牙。发现许多地区7～20岁年轻人群中的氟斑牙发病率与地下水中的氟化物含量有很大关系。特别是干旱丘陵带的低洼处和 Vijayan复合体地带存在大量氟化物矿物,其检测浓度高达10mg/L(国家标准为1.5mg/L)。另外,铝环境中出现氟化物被认为是慢性肾衰竭流行的原因,特别是在阿奴拉达普勒(Anuradhapura)地区。

晶体构造中蕴含地下水的氯化物浓度很高(＞600mg/L),这与出产方柱石矿的断层带和矿化带或高温带有关。

在一些选定的南部地区的地下水中发现了砷。在缺乏系统调查和监控的情况下,已经开始试图弄清其对健康的总体影响程度。已经在掘井中检测到高浓度的砷(＞0.35 mg/L,国际卫生组织规定最高值0.01 mg/L),当地的矿物学和氧化条件表明,砷在硫酸盐的氧化过程中释放到地下水中。

总之,斯里兰卡的环境流行病学研究还处于初级阶段。虽然在选定的地区已出现氟斑牙的流行病,但还没有着手研究氟骨症。类似地,已经在北部高硝酸盐地区确诊过婴儿出现的青紫综合症,但没有对与高硝酸盐有关的胃癌发生频率进行调查。尽管高氯化物、铁和有关化学成分的总硬度可能导致肾衰竭和其他健康危害,但它们对健康几乎没有产生影响。因为富含上述离子的水有令人讨厌的味道、颜色和气味,所以当地居民常常弃之不用。

2.3 海啸对地下水的影响

2004年印度洋地震引发的海啸给亚太地区带来毁灭性打击,由于海水泛滥和损毁卫生设施流出污水的注入,造成海岸含水层中地下水大面积污染。鉴于 80%的乡村生活用水都源自掘井和管井,这给斯里兰卡造成了严重的问题。事后的水质监测表明,几乎所有受影响地区水井中的地下水都出现高浓度的盐碱化和大肠杆菌而不能供人饮用。海啸后不久,集中力量清理水井,力图使之恢复到饮用水标准,但收效甚微。雨季对砂层含水层的自然冲洗被证明是清洗水井最有效的途径,大多数浅层水井的淡水状况在海啸1 a半以后恢复到海啸前的状况。尽管土壤盐碱化问题得以解决,不当的卫生设施使排泄物污染这个普遍问题仍未解决。

3 地下水管理

3.1 管理体制

斯里兰卡的地下水管理处于起步阶段,尚无单独的或被正式采纳的水政策或水法,只在不同政府部门制定的一些法令中有只言片语。国家独立以前就有关于公共和私人水权的法律,但对抽取地下水无限制。尽管施行了一些限制抽取上限的动议,比如在硬岩地区是基于水井密度,但整个国家实际上每个人都可以免费使用地下水,在水资源的有效性和保护方面没有强加任何限制,仅对使用管道计划的地下水从量计征。个人可以自由使用水井,加之不断上涨的水费,使得人们倾向于自备地下水。

1931年独立前的政策仍在独立后的农业政策中占主导地位,致力于通过提供便宜的灌溉用水,使人们在干旱区广泛定居,以实现食物的自给自足。这些针对土地定居、农业开发和计划外城市发展的政策和做法,导致了水井数量的增多和对地下水开采量的加大。试图对用水量进行立法几乎无法改变农业政策,因为制度设置包含“基本制度环境”(宪法、政策和经济布局)和特定的“水制度体系”(水相关法律、政策和组织)。

传统上,斯里兰卡的地下水由2家联邦实体授权开发,他们是国家水资源委员会(WRB)和国家给排水委员会(NWSDB)。原则上,WRB的工作带有更多科学特色,如制图、调查和记录水资源;NWSDB负责生活和工业目的公共与私人供水计划的开发与安装,包含使用地下水的项目,还有配套的排水系统。在试运行1口井之前,NWSDB要进行最初的测试,保证水井有充足的出水量和好的水质。虽然 NWSDB是地下水开发的执行者,NWSDB和 WRB的凿井实际上都用于供水。用于公共供水的地下水开发除由财政资金支持外,通常还有国际资助方,如丹麦国际开发署、芬兰国际开发署和德国技术合作公司。

马哈韦利(Mahaweli)管理局负责开发用于灌溉计划的地下水,该项目主要由私人和企业家推动,公共部门没有参与。此外,政府和国际捐助者通过补贴计划支持灌溉用地下水的开发。但此例中,也有大量农场主投资参与。

总之,在国家层面约有25个政府机构具有水管理职能。此外,在省、地区、部门和乡还有许多参与水管理的机构。

3.2 公众意识和参与

斯里兰卡很少倡导关于地下水资源的公众意识计划或社区层面的参与计划。尽管对新水井进行过最初的水质分析与监测,但警告公众饮用有毒水源的措施还不够。科研与政策缺乏整合,妨碍了对保护水源的普遍认识。公众对地下水知之甚少,多数情况下,农场主将其视为独立、分离而有限的资源。没有记录表明农场主们为分担优化使用和保护水源的责任而出过力。

除了几所大学以外,学校还没有普遍将地下水研究纳入课程表。借鉴其他国家利用地下水和指导地下水水权的经验是很重要的。

4 结论与建议

尽管地下水在斯里兰卡用途广泛,但由于没有明确界定其所有权和管理责任,因而无法进行有效管理。需要认识到地下水不但是国家进一步发展和维持农业及其他经济活动的一种关键资源,而且也是基本的饮用水源及人类健康的重要因素。

海啸使人们认识到地下水资源和现今开口井供水系统的脆弱性,这些井水源自许多浅层无压、未被保护的含水层。建立一套规范且覆盖全岛的计划,包括地下水水质和水量监测及相关数据库,对日后管理至关重要。另外,有必要对地下水 -地表水的相互作用及其联合运用统一认识,应认识到地下水与水生和陆生生态系统之间的联系。应保护好地下水源不受超采和污染的侵害,保护和改善饮用水源、排水和卫生设施。然而,对各种法律和法规涉水条款的调整、建立相关水政策等协调工作仍需努力。这些问题都是对含水层进行管理的过程中会遇到的障碍。

值得关注的是,国家农业和食物政策的环境是明显脆弱的基于海岸含水层耕作系统的地下水灌溉,以及地下水下降及超采迹象突出的内陆硬岩地区。因为这些地区是国家的菜篮子,为确保食物供应和环境的可持续性,需要注重对其进行适当的监测和管理。特别重要的是,这些地区位于干旱区和过渡带,会季节性缺水,在未来气候情景下水资源的有效性易于产生明显变化。

为推动综合管理进程,建议在 WRB的支持下,建立一个独立的国家层面的地下水多学科工作组,由来自 NWSDB、佩拉登尼亚(Peradeniya)大学地质系、地质调查与矿务局、国家建造与研究协会、农业部和气象部的研发专家组成。工作组应就各个层面的地下水问题提出和改进战略研究规划及政策。政府、国际援助者和研究团体应对其提供资金与制度支持,要重新注重资源的管理与保护。这就特别需要改进国家水政策,通过恰当的责任委托,实现水资源的统一管理。而且,关于水资源管理的国际研讨,应能影响政治观念,逐渐开明,并通过科学手段促进有效地实施地下水资源的综合管理。