科学家揭示如何补充地球上重要的地下水

如果你站在几乎地球上的任何一点，脚下的地面上有水流淌。地下水提供世界上大约一半的人口使用饮用水，近一半的水用于灌溉农作物。它在干旱期间维持河流、湖泊和湿地。

地下水是一种可再生资源，但它可能需要几十年甚至几个世纪使一些含水层在枯竭后恢复。目前对这一挑战的理解主要基于人们记录井中水位测量值的地点和频率。

在一个新发表的研究，我们的团队数据科学家,水专家和政策专家编制了这些级别的第一个全球规模数据集。我们分析了位于 40 多个国家/地区的 170,000 口井的数百万次地下水位测量值，并绘制了地下水位随时间的变化图。

我们的研究有两个主要发现。首先，我们表明，地下水的快速枯竭在世界范围内普遍存在，并且近几十年来下降速度加快，在某些地方，地下水位每年下降20英寸或更多。

其次，然而，我们的研究还揭示了许多蓄意行动阻止地下水枯竭的案例。这些结果表明，社会并非注定要耗尽地下水供应，而且通过及时干预，这一重要资源可以恢复。

干渴星球的肖像

许多因素决定了地下水位，包括地质、气候和土地利用。但是，在特定地点，地下水位越来越深，这通常表明人们抽取地下水的速度比自然界补充它的速度要快。

我们编制的 3 亿次测量中，有一些是由自动测量设备记录的。许多其他产品是由世界各地的人们在现场制作的。这些测量结果描绘了一幅令人担忧的画面。

它们表明，自2000年以来，地下水位下降的地方远远多于上升的地方。在许多地方，特别是大量耕种和灌溉的干旱地区，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、中国、印度半岛、伊朗、墨西哥、摩洛哥、沙特阿拉伯、西班牙和美国西南部。

我们的第二个也是更令人担忧的发现是，在我们编制测量结果的大约三分之一的地区，地下水下降的速度正在加快。在干旱气候中，地下水加速下降是很常见的，因为大片土地被用于农业。这表明地下水灌溉与地下水枯竭加剧之间存在潜在联系。

当地下水被过度使用时会发生什么？

地下水位迅速下降会产生许多有害影响。

水井和泉水的饮用水供应当地下水位下降时可能会干涸.依赖这些水井的人们和社区可能会失去可能成为他们唯一可获得的淡水饮用水来源的机会。

例如，为家庭提供淡水的水井是在加利福尼亚州的圣华金谷干涸哪里地下水枯竭加速自 2000 年代初以来。除非采取行动稳定地下水储量，否则这个问题可能会继续存在并恶化。

干涸的井也可以威胁农作物生产.长期以来，地下水枯竭一直被视为其中之一对全球灌溉农业的最大威胁，因为水井提供了全球近一半的灌溉用水。

在地下水通常排入河流的地区，地下水位下降可以逆转这种流动并导致河流渗漏到地下。这影响了河流的生态和减少下游供水.在美国，漏水更为常见地下水抽取率高的地方，强调了地下水抽取如何直接减少流入附近河流的地下水量。

地下水位下降也会导致地表下沉。地面沉降增加了洪水风险全球数十个沿海城市,包括雅加达、东京,伊斯坦布尔、孟买、奥克兰和佛罗里达州的坦帕湾地区.

在离海岸较远的地方，地面沉降会破坏基础设施。它在地下水位下降的地区构成了严峻的挑战，包括德黑兰和墨西哥城.在许多情况下，罪魁祸首是过度抽取地下水。

最后，地下水下降会导致海水向内陆移动并污染沿海地下水系统——这一过程被称为海水入侵.当海水侵入时，沿海含水层可能变得过于咸度，如果不进行能源密集型海水淡化，就无法用于饮用水。

如何补充地下水供应

我们还发现了地下水位正在恢复的地方。社区用来补充地下水源的策略包括开发新的替代水源，如当地河流;采取减少地下水需求的政策;并有意用地表水补充含水层。

从1940年到2000年，阿肯色州埃尔多拉多镇的地下水位下降了约200英尺（60米），因为当地工业从含水层抽水。

1999年，一项新政策确立了抽水费结构，鼓励企业寻找新的供水。到 2005 年，一条管道已经建成，以将水从瓦奇塔河引向埃尔多拉多.这个新水源减少了对地下水的需求，自2005年以来，该地区的地下水位有所上升。

在曼谷，钻了很多私人井用于家庭、工业或商业目的在1980年至2000年之间地下水抽取量翻了一番地下水位下降。官员们回应说2000年至2006年间地下水开采费翻了两番.地下水抽取总量下降，随着用户找到其他水源，水位开始恢复。

在亚利桑那州图森附近的一个山谷中，地下水位下降了100英尺（30米），因为1940年代后灌溉取水量增加。为了帮助补充枯竭的地下水，建造了漏水的池塘.

这些池塘里装满了来自科罗拉多河的水，这些水通过运河输送到数百英里外的地区。当这些池塘泄漏时，它们会重新填充枯竭的含水层。由于这些漏水的池塘，山谷中的地下水位在一些地方上升了约200英尺（60米）。

我们的分析表明，在许多地方监测地下水位是多么重要。随着许多地方地下水位的下降，依赖地下水的社区和企业需要有关其供水的准确信息，以便他们能够及时采取行动保护它们。

斯科特·贾塞奇科，水资源副教授，加州大学圣塔芭芭拉分校;黛布拉·佩罗内，环境研究副教授，加州大学圣塔芭芭拉分校和理查德·泰勒，水文地质学教授，伦敦大学学院

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