科學(xué)家揭示如何補(bǔ)充地球上重要的地下水

如果你站在幾乎地球上的任何一點(diǎn)，腳下的地面上有水流淌。地下水提供世界上大約一半的人口使用飲用水，近一半的水用于灌溉農(nóng)作物。它在干旱期間維持河流、湖泊和濕地。

地下水是一種可再生資源，但它可能需要幾十年甚至幾個(gè)世紀(jì)使一些含水層在枯竭后恢復(fù)。目前對(duì)這一挑戰(zhàn)的理解主要基于人們記錄井中水位測(cè)量值的地點(diǎn)和頻率。

在一個(gè)新發(fā)表的研究，我們的團(tuán)隊(duì)數(shù)據(jù)科學(xué)家,水專家和政策專家編制了這些級(jí)別的第一個(gè)全球規(guī)模數(shù)據(jù)集。我們分析了位于 40 多個(gè)國(guó)家/地區(qū)的 170,000 口井的數(shù)百萬(wàn)次地下水位測(cè)量值，并繪制了地下水位隨時(shí)間的變化圖。

我們的研究有兩個(gè)主要發(fā)現(xiàn)。首先，我們表明，地下水的快速枯竭在世界范圍內(nèi)普遍存在，并且近幾十年來(lái)下降速度加快，在某些地方，地下水位每年下降20英寸或更多。

其次，然而，我們的研究還揭示了許多蓄意行動(dòng)阻止地下水枯竭的案例。這些結(jié)果表明，社會(huì)并非注定要耗盡地下水供應(yīng)，而且通過(guò)及時(shí)干預(yù)，這一重要資源可以恢復(fù)。

干渴星球的肖像

許多因素決定了地下水位，包括地質(zhì)、氣候和土地利用。但是，在特定地點(diǎn)，地下水位越來(lái)越深，這通常表明人們抽取地下水的速度比自然界補(bǔ)充它的速度要快。

我們編制的 3 億次測(cè)量中，有一些是由自動(dòng)測(cè)量設(shè)備記錄的。許多其他產(chǎn)品是由世界各地的人們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)制作的。這些測(cè)量結(jié)果描繪了一幅令人擔(dān)憂的畫(huà)面。

它們表明，自2000年以來(lái)，地下水位下降的地方遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于上升的地方。在許多地方，特別是大量耕種和灌溉的干旱地區(qū)，地下水位每年下降20英寸（0.5米）以上。例子包括阿富汗、智利、中國(guó)、印度半島、伊朗、墨西哥、摩洛哥、沙特阿拉伯、西班牙和美國(guó)西南部。

我們的第二個(gè)也是更令人擔(dān)憂的發(fā)現(xiàn)是，在我們編制測(cè)量結(jié)果的大約三分之一的地區(qū)，地下水下降的速度正在加快。在干旱氣候中，地下水加速下降是很常見(jiàn)的，因?yàn)榇笃恋乇挥糜谵r(nóng)業(yè)。這表明地下水灌溉與地下水枯竭加劇之間存在潛在聯(lián)系。

當(dāng)?shù)叵滤贿^(guò)度使用時(shí)會(huì)發(fā)生什么？

地下水位迅速下降會(huì)產(chǎn)生許多有害影響。

水井和泉水的飲用水供應(yīng)當(dāng)?shù)叵滤幌陆禃r(shí)可能會(huì)干涸.依賴這些水井的人們和社區(qū)可能會(huì)失去可能成為他們唯一可獲得的淡水飲用水來(lái)源的機(jī)會(huì)。

例如，為家庭提供淡水的水井是在加利福尼亞州的圣華金谷干涸哪里地下水枯竭加速自 2000 年代初以來(lái)。除非采取行動(dòng)穩(wěn)定地下水儲(chǔ)量，否則這個(gè)問(wèn)題可能會(huì)繼續(xù)存在并惡化。

干涸的井也可以威脅農(nóng)作物生產(chǎn).長(zhǎng)期以來(lái)，地下水枯竭一直被視為其中之一對(duì)全球灌溉農(nóng)業(yè)的最大威脅，因?yàn)樗峁┝巳蚪话氲墓喔扔盟?/p>

在地下水通常排入河流的地區(qū)，地下水位下降可以逆轉(zhuǎn)這種流動(dòng)并導(dǎo)致河流滲漏到地下。這影響了河流的生態(tài)和減少下游供水.在美國(guó)，漏水更為常見(jiàn)地下水抽取率高的地方，強(qiáng)調(diào)了地下水抽取如何直接減少流入附近河流的地下水量。

地下水位下降也會(huì)導(dǎo)致地表下沉。地面沉降增加了洪水風(fēng)險(xiǎn)全球數(shù)十個(gè)沿海城市,包括雅加達(dá)、東京,伊斯坦布爾、孟買、奧克蘭和佛羅里達(dá)州的坦帕灣地區(qū).

在離海岸較遠(yuǎn)的地方，地面沉降會(huì)破壞基礎(chǔ)設(shè)施。它在地下水位下降的地區(qū)構(gòu)成了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，包括德黑蘭和墨西哥城.在許多情況下，罪魁禍?zhǔn)资沁^(guò)度抽取地下水。

最后，地下水下降會(huì)導(dǎo)致海水向內(nèi)陸移動(dòng)并污染沿海地下水系統(tǒng)——這一過(guò)程被稱為海水入侵.當(dāng)海水侵入時(shí)，沿海含水層可能變得過(guò)于咸度，如果不進(jìn)行能源密集型海水淡化，就無(wú)法用于飲用水。

如何補(bǔ)充地下水供應(yīng)

我們還發(fā)現(xiàn)了地下水位正在恢復(fù)的地方。社區(qū)用來(lái)補(bǔ)充地下水源的策略包括開(kāi)發(fā)新的替代水源，如當(dāng)?shù)睾恿?采取減少地下水需求的政策;并有意用地表水補(bǔ)充含水層。

從1940年到2000年，阿肯色州埃爾多拉多鎮(zhèn)的地下水位下降了約200英尺（60米），因?yàn)楫?dāng)?shù)毓I(yè)從含水層抽水。

1999年，一項(xiàng)新政策確立了抽水費(fèi)結(jié)構(gòu)，鼓勵(lì)企業(yè)尋找新的供水。到 2005 年，一條管道已經(jīng)建成，以將水從瓦奇塔河引向埃爾多拉多.這個(gè)新水源減少了對(duì)地下水的需求，自2005年以來(lái)，該地區(qū)的地下水位有所上升。

在曼谷，鉆了很多私人井用于家庭、工業(yè)或商業(yè)目的在1980年至2000年之間地下水抽取量翻了一番地下水位下降。官員們回應(yīng)說(shuō)2000年至2006年間地下水開(kāi)采費(fèi)翻了兩番.地下水抽取總量下降，隨著用戶找到其他水源，水位開(kāi)始恢復(fù)。

在亞利桑那州圖森附近的一個(gè)山谷中，地下水位下降了100英尺（30米），因?yàn)?940年代后灌溉取水量增加。為了幫助補(bǔ)充枯竭的地下水，建造了漏水的池塘.

這些池塘里裝滿了來(lái)自科羅拉多河的水，這些水通過(guò)運(yùn)河輸送到數(shù)百英里外的地區(qū)。當(dāng)這些池塘泄漏時(shí)，它們會(huì)重新填充枯竭的含水層。由于這些漏水的池塘，山谷中的地下水位在一些地方上升了約200英尺（60米）。

我們的分析表明，在許多地方監(jiān)測(cè)地下水位是多么重要。隨著許多地方地下水位的下降，依賴地下水的社區(qū)和企業(yè)需要有關(guān)其供水的準(zhǔn)確信息，以便他們能夠及時(shí)采取行動(dòng)保護(hù)它們。

斯科特·賈塞奇科，水資源副教授，加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校;黛布拉·佩羅內(nèi)，環(huán)境研究副教授，加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校和理查德·泰勒，水文地質(zhì)學(xué)教授，倫敦大學(xué)學(xué)院

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