斯里蘭卡地下水資源管理面臨的挑戰

[丹麥]K.G.維爾霍思 [斯里蘭卡]L.D.拉加索里亞

李 慶 摘譯自荷刊《水資源管理》2010年第6期

斯里蘭卡國土面積為 65610km2,是印度東南面的一個島國。目前人口約2130萬,年增長率為0.4%。該國的大多數海岸線地區都是淺灘,而在多數中部地區是平坦和波狀的丘陵地,中南部則變為高地,那里坐落著2525m的最高峰皮杜魯塔拉格勒(Mt.Pithruthalagala)。斯里蘭卡屬熱帶氣候,低地的月平均氣溫為26℃至29℃,到高地則變為13℃至21℃。年均降雨量為 800～5000mm,而降雨明顯受熱帶季風的支配,導致1 a籠罩在濕季和旱季中(時間和周期依地區而定),其中濕季暴雨頻繁。該國主要經歷2個季風季節:西南季風在5～9月間為西南地區帶來更多雨水,而東北季風在 9月～次年2月間為廣大東北干旱地區帶來更多降雨。年人均有效淡水資源約為2592 m3,高于年人均1000m3的國家缺水指標。盡管水量總體上相對充足,但也遇到了與水有關的問題,特別是干旱(偶爾有洪水)。造成干旱的主要原因是降水不均衡,還有大量地表徑流的蒸發損失,硬巖區地下與地表水庫儲水條件差,日益增加的氣候變化壓力以及人類活動等。據世界衛生組織(WHO)和聯合國兒童基金會(UNICEF)統計,79%的人口(城鎮的 98%,鄉村的74%)改善了飲用水條件,91%的人口(98%的城鎮,89%的鄉村)改善了衛生條件。

斯里蘭卡有僧伽羅 (Sinhalese)和泰米爾(Tamils)2個主要民族,公元前這2個民族就已共同生活,并促進了先進的農田水利文明。農業發源于公元前2000年的北部偏遠干旱地區。而后,通過古都周圍精妙的人造池塘(水庫的當地稱法)的水力網絡,使地表水成為灌溉的主要水源。地下水作為飲用水和生活用水,從風化裂隙含水層和砂土含水層中抽取。這一文明由于政治動蕩、洪水、嚴重干旱、霍亂和瘧疾傳染、饑荒,在10世紀末便面臨瓦解。隨后,泰米爾人向島的北部和東部遷移,僧伽羅人向中、南部地區遷移。

在英國統治時期,重新頒布了灌溉法令,采用了地下水灌溉耕作,提高了主要作物水稻、煙草、小米的產量。直到1948年國家獨立后,才制定了包括灌溉新的土地、水力發電、防洪等多目標的土地開發計劃。斯里蘭卡獨立后的水改革重點在于地表水灌溉,這為當地社區帶來了快速效益,也促使土地主要用于農業生產。

盡管農業在國家 GDP中占比較小(16.5%),耕地從1950年的138.9萬 hm2逐漸增加至2007年的165.6萬 hm2。傳統觀念認為糧食應該自給自足,所以應優先發展農業。現在,絕大多數農田種植水稻、茶、橡膠和椰子等 4種主要作物。

1 地下水條件

1.1 地質概況

從地質學和物理學角度來看,斯里蘭卡被認為是印度向南的延伸,在最近的地質年代才從印度大陸分離。一條被稱為保克海峽(Palk Strait)的寬 64～137 km窄而淺的海峽(最深10m)將兩國分開,所以斯里蘭卡的地質條件在某種程度上與印度大陸南部相似。

9/10的國土為前寒武紀變質巖,北部和西北部海岸地區主要為第三紀中新世石灰巖,西北、南部和東部海岸地區為第四紀地層。在西北部,有2處侏羅紀小盆地切入前寒武紀基底斷層。前寒武紀地層分為高地系和維杰彥(Vijayan)復合體2個部分,自西南向東北、穿越島的中部呈寬帶狀分布。高地系以間帶狀變質沉積物和紫蘇花崗片巖為特征。Vijayan復合體由一組不同的片巖和花崗巖構成,呈線狀褶皺,分為東西2個區域。巨大的前寒武紀晶體構造的2/3處于干旱區,并未蘊藏豐富的地下水資源和能用于生產的水量。高地系巖石交疊為一系列長而平行的褶皺,斷層帶和走向山脊清晰可見,這種結構特征和互嵌地形促進了傳統和現代地下水勘探技術的發展。然而,因為 Vijayan復合體沒有清晰連續的平行褶皺,所以對該地區地下水的勘探受限。風化嚴重的構造巖層較淺,平均深度為10m,風化較強的地區深度可達 35m。

1.2 含水層類型

已經確定了以下 6類含水層:①淺層無壓喀斯特含水層;②深層承壓砂巖和中新世石灰巖含水層;③淺層第四紀無壓海岸砂土含水層;④不同深度的沖積含水層;⑤硬巖區的淺層風化含水層;⑥承壓或半承壓紅土(磚紅壤)含水層。這是由上述地質條件決定的,即多種多樣的水文地質條件、總體雨情和地貌很大程度上影響了地形、水文環境、土地用途和地下水的使用選擇。

1.3 地下水的使用

目前,斯里蘭卡廣泛地使用地下水。這是由于認識到地下水提供了相對穩定的水源,或作為地表水的可靠補充,尤其對于旱季和更長干旱期的灌溉而言。成熟的勘探方法、先進的鉆探技術、現今更廉價的水泵、政府或非政府組織(NGO)投資或資助計劃,已經使地下水成為地表水一種相對便宜的替代或補給水源。由于人口增長、變化無常的降雨妨礙了穩定使用地表水,以及地表水源逐漸被污染,在過去的二三十年中,地下水得到顯著開發。

據統計,斯里蘭卡約有72%的農村人口(約占總人口79%)和22%的城鎮人口的生活用水為地下水,共占總人口的 60%。科倫坡(Colombo)和康迪(Kandy)兩大主要城市的大部分是依賴地表水,但某些中心城鎮是依靠地下水源。300個城鎮和鄉村的供水系統中,約有1/3取自淺層和深層的地下水源,這不包含1600萬 m3私人水井的水量。在無供水系統地區,私人水井(多數為淺層)抽取的地下水量(約 4億 m3/a)和用戶數量(1100萬人或過半人口)都很驚人。通過管道系統用于工業的地下水量總體上少于生活用水。許多公司有自己的水井,這些水井有可能登記過,但多數沒有計量水量。包括用途最大的灌溉用地下水,全國每年抽取的地下水量估計達150億 m3。

多數工業,尤其是在科倫坡大都市和西南沿海地區,通過自營井來利用深層地下水源。另外,人們從西北沿海地區的深層石灰巖或沖積含水層(80～150m)中抽取大量地下水用于蝦養殖業,當地的淡水或低鹽度地下水由咸水瀉湖和河口補給。紅土地層中的泉水也是許多地區重要的生活水源。

傳統上,地下水通過深度不過5m的開口淺井抽取。這些水井至今仍散落在鄉村和近郊地區的家庭宅院中,通過竹籃、滑輪等簡易手工方式打水。這種取水方式適用于巖溶含水層、濱河含水層和風化構造中的淺層及無壓含水層。

在更深的含水層和承壓含水層地區,目前是采用機械鉆井,安裝小口徑導管并配備機械手動泵。這種管井正越來越多安裝在以往開口井分布的區域,它們多數由與國家供水機構相關的鉆探公司安裝。

現在,用于農業的地下水從開口井和管井抽取。為加強抽取,特別采用機械化的柴油泵或電泵。這種用于灌溉的農業井通常靠近農田,一般不作他用。在有淺風化含水層的中部低地,大量抽取地下水用于灌溉,那里的農業井往往淺而大,能儲存足夠的地下水。

2 地下水利用面臨的挑戰

2.1 水 量

目前地下水開采和利用所面臨的挑戰是在一些地區存在超采,以及由于人為污染物進入含水層或地球成因固有的污染物造成水源污染。

由于人類集中定居、高度灌溉和繁榮的旅游業,海岸砂土含水層也面臨著取水壓力,但目前還沒有鹽水入侵的記錄。曾觀察到東北部近岸水井的鹽度有季節性的變化,但并未持續增加,也未見西岸卡爾皮蒂耶(Kalpitiya)半島的淺層含水層因大量農業利用而出現鹽化的報道。

在硬巖地區,尤其是北部中心和西北低地區域,地下水資源面臨很大壓力。其原因歸咎于農業發展,即自20世紀 80年代中期開始補貼地下水灌溉或地表 -地下水結合灌溉,補貼主要針對小規模、旱季和高價值非稻田的耕作。水位下降、水量減少、水井恢復緩慢、水井和自然水流干涸、水井間的串擾等跡象表明,這種模式是短暫的,不能持續和推廣。在以提高用水效率為目標的資助計劃的幫助下,農場主們正逐步采用微灌技術。農業井在過去20a內從無到有,直至增加至5萬多個。農業井在該地區密度達每百公頃27個,而估計的安全限度為每百公頃 8個。干旱地區估計有55%的農場主使用地下水。農業井資助計劃和私人投資農業井開發一樣,使土地產量顯著增加,并提高了周邊其他農場主的收入。但這種收益的可持續性尚不確定。

由于風化裂隙含水層和更深巖層裂隙的范圍有限,這類地下水系統可用水量相對較少。這意味著絕大部分國土利用地下水受限,因為 90%的地區底部都是這種硬巖。

氣候變化是影響可利用水資源的潛在因素,包括地下水。利用政府間氣候變化委員會(IPCC)排放情景特別報告(SRES)A2和 B2方案,預測斯里蘭卡在2050年濕季降雨會顯著減少,溫度和參考作物蒸發量會上升。這將導致更多的灌溉需求。拜蒂克洛(Batticaloa)地區在濕季的稻田灌溉需求,預計比基準情況(1961～1990年)增加 45%(A2)和15%(B2)。適合的、低成本的增加地下水補給的技術對于防止未來地下水耗竭、確保其可用性至關重要。

2.2 水 質

地下水污染的問題主要與某些類型含水層的頻繁使用有關。已有大量文獻證明海岸含水層中有硝酸鹽和致病污染物,它們在喀斯特和砂層地貌中均存在。硝酸鹽問題源于對利用地下水灌溉的經濟作物過度使用化肥。卡爾皮蒂耶農業區的掘井和管井的密度估計為百公頃 82口和 33口。利用地下水灌溉,1 a能種2～3種作物。研究表明,這些地區的許多作物含有高濃度的硝酸鹽。

硝酸鹽污染物可能還與衛生體系落后有關,這也是致病性污染物的根源。廢水處理不力,以及家庭、工業固體廢物同樣對地下水源構成威脅,特別是對淺層無壓含水層。

由于缺乏相對系統的監控和報告,對污染物的出現地點、程度和類型,總體上還知之甚少。比如,大量使用殺蟲劑很可能已造成地下水污染,但沒有對其實施監控,也就沒有關注到這是一個潛在的重要問題。在科倫坡工業區的研究過程中,已觀察到淺層地下水存在重金屬污染物。在其他情況相同的前提下,含水層越深、壓力越大,比如深層承壓砂巖和中新世石灰巖含水層和不同深度的沖積含水層,則受人類活動的影響越小,受到地表污染的破壞也就越少。

盡管沒有文獻直接記錄,但毫不懷疑淺層地下水和水井存在大面積細菌污染,并導致了脆弱地區水和食物疾病的發病率升高,比如傷寒、痢疾、傳染性肝炎、腹瀉和寄生蟲感染等。缺乏對水井及周邊的防護,使污水很容易直接或沿外網垂直進入水井。通常,家庭住宅的廁所和水井相隔很近,這增大了廁所和水源間交叉污染的風險,尤其是在濕季當地下水位上升并截斷地下衛生體系的情況下。由于明溝、坑廁滲水坑和化糞池的原因,在賈夫納(Jaffna)半島出現過淺層地下水的排泄物污染。這些情況表明,要滿足完善的衛生設施的千年發展目標,還會面臨嚴峻的挑戰,同時也對安全衛生水平的正面官方統計數據(91%)提出了質疑。

過量的硝酸鹽會導致嬰兒的高鐵血紅蛋白癥、食道癌等。有記錄表明,卡爾皮蒂耶半島很可能有這種情況,由于持續而過量的使用化肥,加之地下水灌溉,致使當地土壤和上層地下水中的硝酸鹽水平超高(多達100mg/L)。賈夫納半島也有類似記錄。

地球成因污染問題多與西南濕地紅土地層中的鐵有關。氟化物出現在中部干旱區或過渡帶晶體構造中。硬水則在硬巖和沉積地層中。飲用水中氟化物過量被視為嚴重的健康和社會問題。有記錄表明,中部、中北部、東北和東南地區的學齡兒童出現過氟斑牙。發現許多地區7～20歲年輕人群中的氟斑牙發病率與地下水中的氟化物含量有很大關系。特別是干旱丘陵帶的低洼處和 Vijayan復合體地帶存在大量氟化物礦物,其檢測濃度高達10mg/L(國家標準為1.5mg/L)。另外,鋁環境中出現氟化物被認為是慢性腎衰竭流行的原因,特別是在阿奴拉達普勒(Anuradhapura)地區。

晶體構造中蘊含地下水的氯化物濃度很高(＞600mg/L),這與出產方柱石礦的斷層帶和礦化帶或高溫帶有關。

在一些選定的南部地區的地下水中發現了砷。在缺乏系統調查和監控的情況下,已經開始試圖弄清其對健康的總體影響程度。已經在掘井中檢測到高濃度的砷(＞0.35 mg/L,國際衛生組織規定最高值0.01 mg/L),當地的礦物學和氧化條件表明,砷在硫酸鹽的氧化過程中釋放到地下水中。

總之,斯里蘭卡的環境流行病學研究還處于初級階段。雖然在選定的地區已出現氟斑牙的流行病,但還沒有著手研究氟骨癥。類似地,已經在北部高硝酸鹽地區確診過嬰兒出現的青紫綜合癥,但沒有對與高硝酸鹽有關的胃癌發生頻率進行調查。盡管高氯化物、鐵和有關化學成分的總硬度可能導致腎衰竭和其他健康危害,但它們對健康幾乎沒有產生影響。因為富含上述離子的水有令人討厭的味道、顏色和氣味,所以當地居民常常棄之不用。

2.3 海嘯對地下水的影響

2004年印度洋地震引發的海嘯給亞太地區帶來毀滅性打擊,由于海水泛濫和損毀衛生設施流出污水的注入,造成海岸含水層中地下水大面積污染。鑒于 80%的鄉村生活用水都源自掘井和管井,這給斯里蘭卡造成了嚴重的問題。事后的水質監測表明,幾乎所有受影響地區水井中的地下水都出現高濃度的鹽堿化和大腸桿菌而不能供人飲用。海嘯后不久,集中力量清理水井,力圖使之恢復到飲用水標準,但收效甚微。雨季對砂層含水層的自然沖洗被證明是清洗水井最有效的途徑,大多數淺層水井的淡水狀況在海嘯1 a半以后恢復到海嘯前的狀況。盡管土壤鹽堿化問題得以解決,不當的衛生設施使排泄物污染這個普遍問題仍未解決。

3 地下水管理

3.1 管理體制

斯里蘭卡的地下水管理處于起步階段,尚無單獨的或被正式采納的水政策或水法,只在不同政府部門制定的一些法令中有只言片語。國家獨立以前就有關于公共和私人水權的法律,但對抽取地下水無限制。盡管施行了一些限制抽取上限的動議,比如在硬巖地區是基于水井密度,但整個國家實際上每個人都可以免費使用地下水,在水資源的有效性和保護方面沒有強加任何限制,僅對使用管道計劃的地下水從量計征。個人可以自由使用水井,加之不斷上漲的水費,使得人們傾向于自備地下水。

1931年獨立前的政策仍在獨立后的農業政策中占主導地位,致力于通過提供便宜的灌溉用水,使人們在干旱區廣泛定居,以實現食物的自給自足。這些針對土地定居、農業開發和計劃外城市發展的政策和做法,導致了水井數量的增多和對地下水開采量的加大。試圖對用水量進行立法幾乎無法改變農業政策,因為制度設置包含“基本制度環境”(憲法、政策和經濟布局)和特定的“水制度體系”(水相關法律、政策和組織)。

傳統上,斯里蘭卡的地下水由2家聯邦實體授權開發,他們是國家水資源委員會(WRB)和國家給排水委員會(NWSDB)。原則上,WRB的工作帶有更多科學特色,如制圖、調查和記錄水資源;NWSDB負責生活和工業目的公共與私人供水計劃的開發與安裝,包含使用地下水的項目,還有配套的排水系統。在試運行1口井之前,NWSDB要進行最初的測試,保證水井有充足的出水量和好的水質。雖然 NWSDB是地下水開發的執行者,NWSDB和 WRB的鑿井實際上都用于供水。用于公共供水的地下水開發除由財政資金支持外,通常還有國際資助方,如丹麥國際開發署、芬蘭國際開發署和德國技術合作公司。

馬哈韋利(Mahaweli)管理局負責開發用于灌溉計劃的地下水,該項目主要由私人和企業家推動,公共部門沒有參與。此外,政府和國際捐助者通過補貼計劃支持灌溉用地下水的開發。但此例中,也有大量農場主投資參與。

總之,在國家層面約有25個政府機構具有水管理職能。此外,在省、地區、部門和鄉還有許多參與水管理的機構。

3.2 公眾意識和參與

斯里蘭卡很少倡導關于地下水資源的公眾意識計劃或社區層面的參與計劃。盡管對新水井進行過最初的水質分析與監測,但警告公眾飲用有毒水源的措施還不夠。科研與政策缺乏整合,妨礙了對保護水源的普遍認識。公眾對地下水知之甚少,多數情況下,農場主將其視為獨立、分離而有限的資源。沒有記錄表明農場主們為分擔優化使用和保護水源的責任而出過力。

除了幾所大學以外,學校還沒有普遍將地下水研究納入課程表。借鑒其他國家利用地下水和指導地下水水權的經驗是很重要的。

4 結論與建議

盡管地下水在斯里蘭卡用途廣泛,但由于沒有明確界定其所有權和管理責任,因而無法進行有效管理。需要認識到地下水不但是國家進一步發展和維持農業及其他經濟活動的一種關鍵資源,而且也是基本的飲用水源及人類健康的重要因素。

海嘯使人們認識到地下水資源和現今開口井供水系統的脆弱性,這些井水源自許多淺層無壓、未被保護的含水層。建立一套規范且覆蓋全島的計劃,包括地下水水質和水量監測及相關數據庫,對日后管理至關重要。另外,有必要對地下水 -地表水的相互作用及其聯合運用統一認識,應認識到地下水與水生和陸生生態系統之間的聯系。應保護好地下水源不受超采和污染的侵害,保護和改善飲用水源、排水和衛生設施。然而,對各種法律和法規涉水條款的調整、建立相關水政策等協調工作仍需努力。這些問題都是對含水層進行管理的過程中會遇到的障礙。

值得關注的是,國家農業和食物政策的環境是明顯脆弱的基于海岸含水層耕作系統的地下水灌溉,以及地下水下降及超采跡象突出的內陸硬巖地區。因為這些地區是國家的菜籃子,為確保食物供應和環境的可持續性,需要注重對其進行適當的監測和管理。特別重要的是,這些地區位于干旱區和過渡帶,會季節性缺水,在未來氣候情景下水資源的有效性易于產生明顯變化。

為推動綜合管理進程,建議在 WRB的支持下,建立一個獨立的國家層面的地下水多學科工作組,由來自 NWSDB、佩拉登尼亞(Peradeniya)大學地質系、地質調查與礦務局、國家建造與研究協會、農業部和氣象部的研發專家組成。工作組應就各個層面的地下水問題提出和改進戰略研究規劃及政策。政府、國際援助者和研究團體應對其提供資金與制度支持,要重新注重資源的管理與保護。這就特別需要改進國家水政策,通過恰當的責任委托,實現水資源的統一管理。而且,關于水資源管理的國際研討,應能影響政治觀念,逐漸開明,并通過科學手段促進有效地實施地下水資源的綜合管理。