科学家揭示如何补充地球上重要的地下水

　　如果你站在地球上几乎任何一个地方，都会有水在你脚下的地面上流动。地下水为世界上大约一半的人口提供了饮用水，几乎一半的水用于灌溉作物。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，但一些含水层在枯竭后可能需要几十年甚至几个世纪才能恢复。目前对这一挑战的理解主要基于人们在哪里以及多久记录一次水井水位测量值。
在一项最新发表的研究中，我们的数据科学家、水资源专家和政策专家团队汇编了第一个全球范围的这些水平的数据集。我们分析了40多个国家170000口井的数百万次地下水位测量结果，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各地普遍存在，近几十年来下降速度加快，一些地区的水位每年下降20英寸或更多。
然而，第二，我们的研究也揭示了许多蓄意行动阻止地下水枯竭的情况。这些结果表明，社会并非不可避免地注定要耗尽地下水供应，只要及时干预，这一重要资源就能恢复。
曼谷、图森和阿尔伯克基的社区已经找到了补充地下水资源的方法。
一个口渴星球的肖像
许多因素决定了地下水位，包括地质、气候和土地利用。但是，在某个特定位置，地下水位下降得越来越深，这往往表明人们抽取地下水的速度快于大自然补充地下水的速度。
我们汇编的3亿次测量中，有一部分是通过自动测量设备记录的。其他许多都是由世界各地的人们在这个领域制造的。这些测量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，特别是耕种和灌溉频繁的干旱地区，地下水位每年下降超过20英寸（0.5米）。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，在我们进行测量的大约三分之一的地区，地下水的下降速度正在加快。地下水加速下降在干旱气候中很常见，因为那里有大片土地用于农业。这表明地下水灌溉与地下水枯竭加剧之间存在潜在联系。
显示地下水各种用途的信息图。
地下水是世界范围内一种重要但被低估的资源。（世界银行，CC BY-ND）
当地下水被过度使用时会发生什么？
地下水位迅速加速下降有许多有害影响。
当地下水位下降时，水井和泉水的饮用水供应可能会枯竭。依赖这些水井的人和社区可能无法获得可能是他们唯一可获得的淡水饮用源。
例如，加州圣华金谷为家庭供应淡水的水井正在干涸，自21世纪初以来，该地区的地下水枯竭速度加快。除非采取行动稳定地下水储量，否则这一问题可能会继续并恶化。
干涸的油井也会威胁到作物生产。长期以来，地下水枯竭一直被视为对全球灌溉农业的最大威胁之一，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，地下水位下降会逆转这种流动，并导致河流泄漏到地下。这影响了河流的生态，并减少了下游的供水。在美国，在地下水抽取率高的地方，渗漏的溪流更为常见，这突出表明地下水抽取可以直接减少流入地下附近河流的水量。
地下水的减少也会导致地表下沉。地面沉降增加了全球数十个沿海城市的洪水风险，包括雅加达、东京、伊斯坦布尔、孟买、奥克兰和佛罗里达州坦帕湾地区。
离海岸更远的地方，地面沉降会破坏基础设施。这对德黑兰和墨西哥城等地下水位下降的地区构成了严峻挑战。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地下移动，并污染沿海地下水系统，这一过程被称为海水入侵。当海水入侵时，如果不进行能源密集型海水淡化，沿海含水层可能会变得太咸，无法用作饮用水。
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。社区用于补充地下水源的策略包括开发新的替代水源，如当地河流；采取政策减少对地下水的需求；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大约200英尺（60米），因为当地工业从含水层抽水。
1999年，一项新政策建立了抽水费结构，激励企业寻找新的供水。到2005年，已经修建了一条管道，将瓦奇塔河的水引到埃尔多拉多。这种新的水源减少了对地下水的需求，自2005年以来，该地区的地下水位一直在上升。
在曼谷，1980年至2000年间，为家庭、工业或商业目的钻探了大量私人水井，导致地下水抽取量翻了一番，地下水位下降。作为回应，官员们在2000年至2006年间将地下水开采费提高了四倍。地下水总抽水量下降，随着用户找到其他水源，水位开始恢复。
在潮湿的年份，加利福尼亚州弗雷斯诺的水资源管理人员将水从河流和运河中抽到补给盆地。在那里，水可以慢慢沉入地下，并补充地下水供应。
在亚利桑那州图森市附近的一个山谷中，由于20世纪40年代后灌溉用水的增加，地下水位下降了100英尺（30米）。为了补充枯竭的地下水，建造了渗漏的池塘。
这些池塘充满了科罗拉多河的水，科罗拉多河通过运河向该地区输送了数百英里。随着这些池塘的泄漏，它们重新填充了枯竭的含水层。由于这些渗漏的池塘，山谷中的一些地方的地下水位上升了约200英尺（60米）。
我们的分析表明，监测许多地区的地下水位是多么重要。随着许多地方的地下水位下降，依赖它的社区和企业需要准确的供水信息，以便及时采取行动保护它们。