全球各地的地下水正在迅速減少，而且速度往往還在加速。加州大學聖塔芭芭拉分校的研究人員在《自然》雜誌上撰文，對全球近1700 個含水層的地下水位進行了最大規模的評估。除了向人們敲響水資源減少的警鐘外，這項研究還提供了一些啟發性的例子，說明哪些地方的情況良好，以及如何解決地下水枯竭問題。

這項研究對致力於了解全球地下水動態的科學家、政策制定者和資源管理人員來說是一個福音。

“這項研究是由好奇心驅動的。我們想透過數百萬次地下水位測量來更好地了解全球地下水的狀況，”領銜作者、加州大學聖巴巴拉分校環境研究項目副教授黛布拉-佩羅內（Debra Perrone）說。

研究小組從國家和國家以下一級的記錄以及其他機構的工作中彙編了數據。這項研究耗時三年，其中兩年用於清理和整理資料。這也是對過去100 年中來自150 萬口水井的3 億個水位測量數據進行分析所需的時間。

接下來的任務是將大量數據轉化為全球地下水趨勢的實際見解。研究人員隨後查閱了1200 多份出版物，重建了調查區域的含水層邊界，並評估了1693 個含水層的地下水位趨勢。

本文最全面地介紹了世界各地地下水位的變化趨勢。較深的顏色表示每年10 公分或以上的變化。資料來源：Jasechko et al.

他們的研究結果提供了迄今為止對全球地下水位最全面的分析，並證明了地下水枯竭的普遍性。研究顯示，71% 的含水層的地下水正在減少。許多地方的地下水正在加速枯竭：20 世紀80 年代和90 年代地下水減少的速度從2000 年至今加快了，這凸顯了一個糟糕的問題是如何變得更加嚴重的。地下水加速減少的地方幾乎是偶然情況下的三倍。

加速衰退和復甦的解決方案

“地下水加深在氣候較乾燥的地區更為常見，在乾旱和半乾旱的耕地上，地下水加速下降尤為普遍–這是一個直觀的發現，”共同第一作者、該大學布倫環境科學與管理學院副教授 Scott Jasechko說。”但直覺是一回事。用真實世界的數據來證明它正在發生，則是另一回事”。

另一方面，有些地方的地下水位已經穩定或恢復。在作者掌握歷史資料的含水層系統中，有16% 的含水層系統在1980 年代和1990 年代出現了地下水下降的逆轉。然而，這些情況的發生率只有偶然性的一半。這項研究表明，人類可以透過深思熟慮、集中精力來扭轉局面。

以亞利桑那州圖森市為例。科羅拉多河分配的水被用來補充附近阿夫拉山谷的含水層。該項目將水儲存起來，以備將來使用。”地下水通常被視為水的銀行帳戶，”Jasechko 解釋。”有意補充含水層使我們能夠將水儲存到需要的時候。

社區可以花費大量資金建設基礎設施，在地面上蓄水。但如果地質條件合適，就可以在地下儲存大量的水，這樣做成本更低，幹擾更小，危險更低。儲存的地下水還能造福地區生態。事實上，在2014 年準備一份研究簡報時，佩羅內發現含水層補給的每一美元儲水量是地表水庫的六倍。

圖森市的地下水補給為當地的含水層帶來了福音；然而，抽取地下水導致這條強大的河流在地面上逐漸萎縮。科羅拉多河已經很少到達加州灣的三角洲。賈西科承認，”這些地下水幹預措施可能會有代價。”

監理措施和技術啟示

另一種方法是減少需求。佩羅內解釋說，這通常涉及地下水使用的法規、許可和收費。為此，她目前正在研究美國西部的水法，以了解這些不同的干預措施。研究顯示，無論來自供應或需求，含水層恢復似乎都需要介入。

作者利用重力恢復與氣候實驗（GRACE）的數據對監測井的測量結果進行了補充。重力恢復與氣候實驗（GRACE）任務由兩顆衛星組成，當它們繞著地球運行時，可以精確測量它們之間的距離。這樣，衛星就能偵測到地球引力的微小波動，從而揭示含水層的大尺度動態。

Perrone 說：”GRACE 的優點在於它允許我們在沒有原位數據的地方探索地下水狀況。我們的評估是對GRACE 的補充。在我們擁有原位數據的地方可以探索當地的地下水狀況，這是管理枯竭時的一個關鍵分辨率。作者發現，這種局部分辨率至關重要，因為相鄰的含水層會呈現不同的趨勢。”

儘管如此，地下水位的變化趨勢並不能說明一切。即使在含水層保持穩定的地方，抽取地下水仍然會影響附近的溪流和地表水，導致它們滲漏到地下，正如佩羅內和賈西科在2021 年發表的另一篇《自然》論文中詳細描述的那樣。

作者也分析了過去40 年中542 個含水層的降水量變化。他們發現，在加速下降的含水層中，有90% 的含水層所在的地方在過去40 年變得更加乾燥。這些趨勢很可能導致地下水補給減少，需求增加。另一方面，氣候的多變性也能使地下水在條件變濕的地方回升。

這項監測井研究是Perrone 和Jasechko 於2021 年發表的論文的補充。該研究是對全球地下水井進行最大規模的評估，並登上了《科學》雜誌的封面。”監測井告訴我們有關供應的信息。地下水井則告訴我們有關需求的信息，”佩羅內說。”綜合起來，我們可以了解哪些水井已經乾涸，或者如果地下水位下降，哪些水井最有可能乾涸。”

研究人員目前正在觀察氣候變遷背景下地下水位隨時間的變化。將這些變化率與實際水井的深度連結起來，就能更好地預測哪些地方的地下水取得面臨風險。地下水枯竭並非不可避免。精細分辨率的全球研究將使科學家和官員能夠了解這項隱性資源的動態變化。

編譯自/ ScitechDaily