地下水系统面临着哪些挑战?

地下水系统面临着哪些挑战?

最佳答案 匿名用户编辑于2022/11/22 09:03

地下水系统在提供各种服务能力的同时也受到正在进行的自然和人为过程的动态影响。

1.长期地下水储存损耗

当地下水流量(即地下水抽取量与“非强制”或自然排放之和)超过地下水补给量时,就会发生地下水储 存枯竭,并伴有地下水位下降。虽然气候多变性和气候变化也可以发挥作用(通过影响地下水补给和用 水需求),但大多数长期地下水储存枯竭的情况都是由于密集的地下水抽取造成的。在主要位于半干旱 和干旱地区的无数含水层中观察到地下水长期枯竭,在那里往往构成重大威胁。 可持续地利用地下水进行灌溉。全球地下水蓄积总量枯竭的速度相当可观:在本世纪初,估计值大 多在100至200立方米/年之间(Bierkens和Wada,2019)。

地下水位下降的潜在影响包括:  地下水抽取的成本、技术复杂性和能源需求不断增加;  水井、含水层区或整个含水层干涸造成的缺水加剧; • 依赖地下水的生态系统和其他非供应地下水服务的退化;  具有高度可压缩沉积物或其他容易因水压变化而变形的地质构造地区的地面沉降;  地下水使用部门之间或个人用水井用户之间的竞争;和 ; 地下水获取越来越不公平(包括代际公平的丧失)。

受长期储存量严重枯竭影响的众所周知的大型含水层系统是印度恒河平原、华北平原、加利福尼 亚中央山谷、美国高平原和阿拉伯含水层系统。从这些含水层系统抽取的大部分地下水用于灌溉 农业。

土地利用、土地使用做法、人工排水和地表水管理是影响地下水储存的其他人类活动。

2.地下水污染

地下水污染降低了抽取的地下水对饮用和其他人类用途的适宜性,同时也可能影响依赖地下水的生态系 统。

人为地下水污染的来源很多:大多数位于地表或附近(农业、家庭、污水、垃圾填埋场、工业 和其他城市来源、储罐、道路、运河、管道等),但其他一些来源将污染物注入地表以下更深 的地下(井、石油和天然气开发、采矿、地下处置、 和其他 地下人类活动)。农业污染普遍存在;它是一种扩散源(非点源),通常包括大量的硝酸盐、杀虫剂和 其他农用化学品。相比之下,工业和家庭通常会产生点源污染。工业污染物的范围非常大(许多有机 和无机物质,微生物,放射性核素),并且根据工业产品的类型而变化。在家庭产生并在污水中发现 的污染物中,微生物化合物和所谓的“新兴微污染物”(例如PPCP5和edc6 )独特的(Lapworth et al ., 2012) 。

正如序言中已经提到的,除了人为污染物外,地下还可能存在地质污染物(例如砷和氟化物)。人类活 动,如地下水抽取,可能有助于它们从岩石基质中释放出来并导致它们的地下运输。

地下水污染是一个几乎不可逆转的过程:一旦受到污染,含水层区往往与受污染的水一起存在。由于 大多数人为污染源位于地表或地表附近,因此在浅含水层地区最常观察到污染,特别是在没有保护性 低渗透层的情况下。但是,由于在深层地下领域(碳氢化合物开发、水力压裂、地下储存等)中人类活动稳步增加,污染也在侵蚀 更深的区域,尽管这不太普遍。地下水污染是几乎所有人口密度高和/或农业或工业生产量大的地区 的主要问题。

3.地下水盐化

淡水地下水区可能以多种方式变成咸水或咸水。其中一种机制与海水泛滥有关。淹没低洼沿海土地的海水往往会渗入地下含水层,用咸水取代新鲜 的地下水。这种情况要么在特殊事件(风暴潮或海啸)期间突然发生,要么逐渐发生,与海平面上 升引起的缓慢海洋入侵同时发生。就区域范围而言,只有很小一部分地球陆地面积面临海洋洪水的 风险,但这些地区往往人口相对众多。此外,鉴于预测的海平面上升,这种现象有可能 剥夺地形极其平坦的低洼岛屿(如太平洋环礁)足够的淡水资源,供人类继续居住。

地下水抽取是地下水盐化的另一个触发因素。它可能引起沿海地区的海水入侵,并可能导致相对停滞 的咸水或咸水地下水开始向垂直或水平方向移动,向开发的新鲜地下水区移动。这两种机制都对新鲜 地下水资源构成重大威胁,特别是在沿海地区。

地下水盐碱化的另一个重要原因是灌溉。施用后,灌溉水暂时储存在上层土壤区,作物从那里提 取。作物的这种吸水是选择性的,从某种意义上说,部分溶解的固体留在土壤中。这些盐随后被 冲走,要么在一年中较潮湿的时期下雨,要么通过农民为防止土壤盐化而施加的灌溉水盈余。因 此,灌溉区浅层非承压含水层的溶解固体含量趋于逐渐增加,除非排水规定将矿化水转移到地表 水体。这种地下水盐碱化机制是向下渗透的农用化学品引起的地下水中溶解固体增加的补充。

4.优先级、分配和访问问题

在没有任何形式的社区或政府控制的情况下,地下水服务的最佳组合不可能在特定地区发展, 所有居民都不可能平等地分享地下水的好处。这是由于地下水服务之间的不兼容、潜在地下水 使用者之间的竞争、地下水的开放获取和公共池特性以及缺乏公平的竞争环境等因素造成的。

在许多地区,可以观察到,依赖地下水的生态系统由于个人或公司为追求短期经济利润而不受控 制地密集抽取地下水而遭受和退化;那最 地下水由人口中较富裕的部分抽取,而相对贫穷和无土地的人(包括难民和其他移徙群体)往往无法获 得地下水或获得地下水的机会非常有限;用于公共生活供水的地下水开发往往没有得到足够的重视,因 此仍然不足;那些享受地下水提取利润的人往往忽视相关的负外部性,以牺牲资源可持续性和子孙后代 为代价。 这些问题往往成为紧迫的挑战,特别是在缺水地区,因此需要在政策中加以解决。

提取和使用的地下水量令人印象深刻,以及广泛的证据表明现场地下水服务表明地下水的巨大重要性 为了人类和依赖地下水的生态系统。虽然目前一些地区的地下水抽取率是不可持续的,因此迟早会下降, 但也有各种机会来增加地下水的效益。

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