科学家尝试解答地下水消失之谜
全球各地的地下水正在迅速减少，而且速度往往还在加快。加州大学圣塔芭芭拉分校的研究人员在《自然》杂志上撰文，对全球近 1700 个含水层的地下水位进行了最大规模的评估。除了向人们敲响水资源减少的警钟外，这项研究还提供了一些具有启发性的例子，说明哪些地方的情况良好，以及如何解决地下水枯竭问题。
这项研究对致力于了解全球地下水动态的科学家、政策制定者和资源管理人员来说是一个福音。
"这项研究是由好奇心驱动的。我们想通过数百万次地下水位测量来更好地了解全球地下水的状况，"领衔作者、加州大学圣巴巴拉分校环境研究项目副教授黛布拉-佩罗内（Debra Perrone）说。
研究小组从国家和国家以下一级的记录以及其他机构的工作中汇编了数据。这项研究耗时三年，其中两年用于清理和整理数据。这也是对过去 100 年中来自 150 万口水井的 3 亿个水位测量数据进行分析所需的时间。
接下来的任务是将大量数据转化为有关全球地下水趋势的实际见解。研究人员随后查阅了 1200 多份出版物，重建了调查区域的含水层边界，并评估了 1693 个含水层的地下水位趋势。
本文最全面地介绍了世界各地地下水位的变化趋势。较深的颜色表示每年 10 厘米或以上的变化。资料来源：Jasechko et al.
他们的研究结果提供了迄今为止对全球地下水位最全面的分析，并证明了地下水枯竭的普遍性。研究显示，71% 的含水层的地下水正在减少。许多地方的地下水正在加速枯竭：20 世纪 80 年代和 90 年代地下水减少的速度从 2000 年至今加快了，这凸显了一个糟糕的问题是如何变得更加严重的。地下水加速减少的地方几乎是偶然情况下的三倍。
加速衰退和复苏的解决方案
"地下水加深在气候较干燥的地区更为常见，在干旱和半干旱的耕地上，地下水加速下降尤为普遍--这是一个直观的发现，"共同第一作者、该大学布伦环境科学与管理学院副教授斯科特-贾西科（Scott Jasechko）说。"但直觉是一回事。用真实世界的数据来证明它正在发生，则是另一回事"。
另一方面，有些地方的地下水位已经稳定或恢复。在作者掌握历史数据的含水层系统中，有 16% 的含水层系统在 20 世纪 80 年代和 90 年代出现了地下水下降的逆转。然而，这些情况的发生率只有偶然性的一半。这项研究表明，人类可以通过深思熟虑、集中精力来扭转局面。
以亚利桑那州图森市为例。科罗拉多河分配的水被用来补充附近阿夫拉山谷的含水层。该项目将水储存起来，以备将来使用。"地下水通常被视为水的银行账户，"Jasechko 解释说。"有意补充含水层使我们能够将水储存到需要的时候。
社区可以花费大量资金建设基础设施，在地面上蓄水。但如果地质条件合适，就可以在地下储存大量的水，这样做成本更低，干扰更小，危险更低。储存的地下水还能造福地区生态。事实上，在 2014 年准备一份研究简报时，佩罗内发现含水层补给的每一美元储水量是地表水库的六倍。
图森市的地下水补给为当地的含水层带来了福音；然而，抽取地下水导致这条强大的河流在地面上逐渐萎缩。科罗拉多河已经很少到达加利福尼亚湾的三角洲。贾西科承认，"这些地下水干预措施可能会有代价。"
监管措施和技术启示
另一种方法是减少需求。佩罗内解释说，这通常涉及地下水使用的法规、许可和收费。为此，她目前正在研究美国西部的水法，以了解这些不同的干预措施。研究显示，无论来自供应还是需求，含水层恢复似乎都需要干预。
作者利用重力恢复与气候实验（GRACE）的数据对监测井的测量结果进行了补充。重力恢复与气候实验（GRACE）任务由两颗卫星组成，当它们绕地球运行时，可以精确测量它们之间的距离。这样，卫星就能探测到地球引力的微小波动，从而揭示含水层的大尺度动态。
Perrone 说："GRACE 的优点在于它允许我们在没有原位数据的地方探索地下水状况。我们的评估是对 GRACE 的补充。在我们拥有原位数据的地方可以探索当地的地下水状况，这是在管理枯竭时的一个关键分辨率。作者发现，这种局部分辨率至关重要，因为相邻的含水层会呈现出不同的趋势。"
尽管如此，地下水位的变化趋势并不能说明一切。即使在含水层保持稳定的地方，抽取地下水仍然会影响附近的溪流和地表水，导致它们渗漏到地下，正如佩罗内和贾西科在 2021 年发表的另一篇《自然》论文中详细描述的那样。
作者还分析了过去 40 年中 542 个含水层的降水量变化情况。他们发现，在加速下降的含水层中，有 90% 的含水层所在的地方在过去 40 年里变得更加干燥。这些趋势很可能导致地下水补给减少，需求增加。另一方面，气候的多变性也能使地下水在条件变湿的地方回升。
这项监测井研究是对 Perrone 和 Jasechko 于 2021 年发表的一篇论文的补充。该研究是对全球地下水井进行的最大规模评估，并登上了《科学》杂志的封面。"监测井告诉我们有关供应的信息。地下水井则告诉我们有关需求的信息，"佩罗内说。"综合起来，我们可以了解哪些水井已经干涸，或者如果地下水位下降，哪些水井最有可能干涸。"
研究人员目前正在观察气候变化背景下地下水位随时间的变化情况。将这些变化率与实际水井的深度联系起来，就能更好地预测哪些地方的地下水获取面临风险。地下水枯竭并非不可避免。精细分辨率的全球研究将使科学家和官员能够了解这一隐性资源的动态变化。
编译自/ScitechDaily
