地下水資源的保護

地下水維持著地球上最干旱地區(qū)的生命。

就在兩天前（3月22日）是世界水日，這是一個慶祝水和提高20億無法獲得安全飲用水的人的認識的時刻。這一天的重點是地下水（這是重要的全球淡水資源，就位于我們眼前和腳下）。

地下水形成于地下土壤、沙子和巖石的裂縫和空間中，儲存在被稱為含水層的土壤、沙子和巖石的地質(zhì)構造中并緩慢移動。世界上幾乎所有的淡水都是地下水，在世界上最干燥的地區(qū)，地下水是生活在那里的人唯一可用的水。

2017年SCINEMA國際科學電影節(jié)紀錄片OWSIA（Darkened Water）是一部關于聯(lián)合國教科文組織世界遺產(chǎn)波斯卡納特的電影。幾千年來，波斯人（現(xiàn)在叫伊朗人）——使用巧妙的地下渡槽系統(tǒng)將水從深層地下含水層輸送到水面，用于飲用和農(nóng)業(yè)。

這部電影聚焦于伊朗中部城市Yazd的Zarach qanat渡槽，該渡槽為該市供水2500年，但由于官僚主義、腐敗和忽視而腐爛不前。它探討了圍繞水權、含水層及其供水運河的復雜問題，稱為qanats，即阿拉伯語中的通道。

隱藏在地球表面下的水占地球淡水的98%。平均而言，這種地下水提供了總用水量的三分之一，自開普敦的水危機導致沖擊波波及世界各地以來，其珍貴性比以往任何時候都更加明顯。

盡管如此，其監(jiān)管遠非理想（特別是現(xiàn)在全球干旱狀況正在加劇，人們正在越來越多地向下鉆探）。

來自澳大利亞阿德萊德弗林德斯大學的國際地下水專家克雷格·西蒙斯說，在我們開始改善地下水管理之前，我們必須更好地理解和衡量它。

“我們在地下水中遇到的許多問題是因為我們甚至對其中一些系統(tǒng)都沒有基本地了解”。

許多地下含水層已經(jīng)存在了幾個世紀甚至數(shù)百萬年，培育樹木和植被，滲透到泥土、沙子和巖石中的空間和裂縫，并與河流、溪流、湖泊和大沼澤地相連。

農(nóng)民使用鉆孔從自流盆地抽水，風車產(chǎn)生能量從地下含水層中抽水。地下水被用來濕潤大片農(nóng)田。許多城市將其用于灌溉和可能不那么明顯的工業(yè)流程，如啤酒和軟飲料生產(chǎn)。利用地下水的其他活動包括采礦和煤層氣體開采。

最重要的是，它是飲用水的重要來源，滿足了世界一半的整體需求。在美國，一半的城市人口和幾乎所有農(nóng)村人口都依賴它。隨著地表水源的減少，一些澳大利亞城市越來越依賴它。

地下水不是無限的資源；這就像從銀行取錢而不存錢一樣。

過度開發(fā)可能會導致一連串的問題。

提取地下水會導致縮水。這可能會影響脆弱的生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性。例如，地下水為植被提供營養(yǎng)，并補充魚類和水生無脊椎動物群落所依賴的間歇性溪流。濕溪床也是微生物活動、碳和養(yǎng)分回收的重要場所。

一些地區(qū)可能容納專門居住在那里的物種。例如，在澳大利亞最大的地下水盆地大自流域，已經(jīng)確定了98種特有動植物物種，這些物種面臨縮水的風險。

沉降是地面因過度泵入并導致減壓而下沉時發(fā)生的另一個問題。

“土地只是壓縮，因為壓力減輕了，這就像從輪胎中取出空氣；它只是在巖石和土壤的重壓下開始坍塌”。最極端的例子是在加利福尼亞州的圣華金谷，自20世紀20年代以來，那里的地面已經(jīng)下降了8米多米（幾乎是電線桿的高度）。

海水入侵是另一個問題。它自然沿著海岸線發(fā)生，但可以通過從附近的含水層中提取地下水而加劇。在澳大利亞等沿海人口眾多的地區(qū)，這是一個主要問題。

“因此，水量和水質(zhì)往往是相互關聯(lián)的問題。

地下水可能會受到汽油、石油、化學品、農(nóng)藥和肥料等其他污染物的污染。來自礦場、垃圾填埋場、危險廢物場和未經(jīng)處理的化糞池的有毒物質(zhì)也可以進入其中。

有科研團隊試圖了解地下水的一個方面是含水層充值率，這是一個重要的管理領域；比如，找到更好的方法來估計“你的銀行賬戶充值了多少錢，而不僅僅是你花了多少錢”。

該團隊還致力于提高對地下水與地表水連接的理解。這一點至關重要，因為如果單獨管理，水量可能會翻倍（例如，提取的地下水可能會從附近的河流中流出）。

該團隊的最新項目之一將模擬斷層和屏障對礦場地下水和溶質(zhì)流動的影響。

“通過將地質(zhì)、水利和地球化學方法與3D數(shù)值模型相結合，將更好地了解斷層和屏障在地下水文學中的作用，并提高模擬復雜地下水系統(tǒng)的能力”。

歸根結底，世界水問題需要多種解決方案，以更好地了解和管理水，并收緊用水和效率，將所有水源都考慮在內(nèi)。

“這是關于如何獲得飲用水的正確供水組合，無論是地表水、水壩、河流、水庫、地下水”。這是最佳的組合。

除了模擬供應方外，了解采礦、農(nóng)業(yè)、煤層和頁巖氣開采等人類活動對地下水和生態(tài)系統(tǒng)的影響也很重要。該團隊正在開發(fā)軟件模型，以預測這些過程和影響，從而更好地為環(huán)境影響聲明提供信息。

從這個意義上講，準確地建模就像盲人的導盲犬，并希望為大型行業(yè)隨意采購地下水的廣泛擔憂提供更大的可信度。

“這是關于研究水的使用以及這種使用對環(huán)境的影響”。“這始終是社會、經(jīng)濟和環(huán)境的三重底線”。