气候变化对地下水资源的影响有哪些？

气候变化直接或间接影响地下水。

1.气候变化的直接影响

降水和蒸散的变化

气候和土地覆盖在很大程度上决定了降水速率（P)和蒸散(等），而底层土壤和地质决定了水是否过剩（P -等）可以输送到底层含水层。放大等变暖世界中的速率限制了水盈余的产生;全球等据估计,增加了吗 2003 年至 2019 年间的 ~10%（Pascolini-Campbell 等人，2021 年）。

漫反射补给的空间变异性主要由降水分布控制。 然而，随着地球变暖，降雨或降雪的地点、时间和数量仍然存在相当大的不确定性。5 th评估报告的 政府间气候变化专门委员会，认为水文对气候变化的反应可以描述为”湿变得潮 湿,干燥的干燥机”。

因为被证明过于简单化（Byrne and O'Gorman， 2015）。例如，预计美洲和亚洲潮湿的赤道地区降水量将 大幅减少，预计降水量增幅最大的地区发生在热带地区的海洋上空，而不是陆地上空。

随着时间的推移，强烈影响地下水补给的极端气候（即干旱和洪水）通常与厄尔尼诺南方涛动等气候多变 模式相关（ENSO，例如Taylor等人，2013年b;Kolusu等人，2019）和大西洋多年代际振荡（Green等人， 2011）。然而，对于像ENSO这样的大规模气候变异控制预计将如何应对全球变暖，目前还没有达成共识（ McPhaden等人，2020）。在澳大利亚多年千年干旱期间（1995-2010），墨累-达令盆地的地下水储量从 2000年到2007年大幅持续下降~100±35 km³，以应对补给急剧减少和没有极端降雨事件（Leblanc等人，2009 ）。然而，较潮湿的条件并不会持续产生更多的地下水补给：例如，在ENSO年份，美国西南部冬季降水量 增加（x 2.5）的发生率可能因沙漠水华而增加ET，这些水华主要或全部消耗了剩余的水（Scanlon等人， 2005年）。

影响地下水补给的气候变化的一个观察到的广泛影响是降水的加剧。随着温暖的空气含有更多的水分，更大 的等在变暖的世界中达到冷凝（露水）点是必需的。这种转变导致更少的轻降水事件和更频繁的强降水（ Myhre等人，2019）。这种降水的“强化”在热带地区最为强烈（Allan et al.， 2010），预计到2050年，世界上 大多数人口将生活在热带地区（Gerland et al.， 2014）。全球降水分布的这种变化的后果包括土壤湿度变化 和减少，洪水更加频繁和强烈，以及干旱时间更长和更频繁。

向降雨量减少但较多的过渡预计将增加许多环境中的地下水补给。事实证明，强降雨对热带地区地下水 补给的贡献不成比例（Jasechko 和 Taylor，2015 年;卡斯伯特等人，2019a;麦克唐纳等人，2021 年），包 括旱地，极端（强）降雨会产生短暂的地表水体，产生集中补给（Favreau 等人，2009 年;泰勒等人， 2013b;塞登等人，2021 年）。在澳大利亚（Crosbie等人，2012年）和美国西南部（Small，2005年）热 带以外的旱地，同样注意到强降雨对地下水补给的贡献不成比例。

夏季极端低流量的严重程度（Dierauer等人，2018）。山谷中的含水层表现出以下时间和幅度的变化：（1） 由于春季融化较早而导致的地下水位峰值，以及（2）与较长和较低的基流周期相关的低地下水位（Allen等人，2010）。夏季溪流的低流量可能因地下水位下降而加剧，因此溪流流量不足以满足家庭和农业 用水需求（见第7.2.2节），并维持生态功能，如鱼类和其他水生物种的溪流生境。这些水文变化因夏季低流 量的较高温度而加剧（Dierauer等人，2018）。

高山冰川消退对地下水系统的影响尚不清楚。随着冰川因气候变化而消退，融水产量最初增加到最大值 ，称为“峰值水”，然后随着冰川继续退缩而下降;世界上大约一半的冰川流域被认为已经超过了峰值水（ Huss and Hock，2018）。在秘鲁的热带安第斯山脉，冰川融水流量在峰值水后稳步减少，但在旱季，地 下水继续排放到溪流中，在缺水的旱季保持基流（Somers等人，2019）。同样，最近的分析强调，由于 冰川化旱地的融水对溪流的贡献增加，集中补给的增加（Liljedahl等人，2017）。从长远来看，在气候变 化下，由于增加，补给量减少等，这可能会减少从夏季低流量产生集中补给的融水贡献（Taylor 等人， 2013a）。

影响北半球~50%裸露土地的土壤季节性冻结（Zhang等人，2003）是融雪渗透的重要控制，并强烈影响寒冷地 区冬季和春季径流的数量和时间（Hayashi，2013）。从1901年到2002年，由于气温上升，北半球季节性冻土 的范围减少了7%（Lemke等人，2007年）。 气候变化还改变了永久冻土的分布和范围，改变了土壤湿度，溪 流季节性以及储存在地上和地下的水的划分（Walvoord和Kurylyk，2016）。增强解冻 气候变化下的永久冻土减少了永久冻土的分布和厚度，创造了新的横向地下水路径，增加了含水层和地 表水的连通性（Lamontagne-Hallé等人，2018）。这种转变解释了在北极观察到的湿润（即向下坡河流 的基流增加）和干涸（即上坡湿地和湖泊萎缩）的悖论。

海平面上升和沿海含水层盐碱化

沿海含水层是海洋和陆地水文系统之间的界面，为沿海地区的人们提供了重要的淡水来源。 自 1990 年以来的 ~3 毫米/年，相对于 1902 年至 1990 年的 ~1 毫米/年（Dangendorf 等人，2017 年），已经 诱导海水侵入世界各地的沿海含水层（Michael 等人，2013 年）。海水入侵取决于SLR以外的多种因素，包括 沿海地质和地形，以及新鲜地下水的补充和抽取（Stigter等人， 2014）. SLR 对地下水的威胁在低洼三角洲（例如恒河-雅鲁藏布江三角洲和湄公河三角洲）和地下水排放 率有限的岛屿（包括小岛屿发展中国家（SIDS））中最高（Holding et al.，2016）。

海水入侵是地下淡水-咸水界面向内陆移动的结果。风暴潮、旋风期间的海水淹没加剧了 SLR的影响（Holding and Allen，2015 年;凯塔布奇等人，2016 年;Shamsudduha等人，2020）和海啸 （Villholth，2013b），导致垂直和横向侵入含水层。环礁（即珊瑚礁岛屿）是这种脆弱环境的极端 例子（Werner等人，2017年），由于复杂的地质，偶发性海洋事件，强烈的气候变化和人为干预（ 例如LULC变化，地下水抽水）的综合影响，淡水透镜具有高度动态和异质性。

相对于地下水抽取，SLR对海水入侵的影响通常很小（Ferguson和Gleeson，2012）。因此，在人口密度高 的大量开采沿海含水层（如雅加达;加沙，巴勒斯坦国）。密集抽取地下水可以通过地面沉降加速海水入侵 ，正如在澳大利亚、孟加拉国、中国、印度尼西亚、沙特阿拉伯和美国观察到的那样（Polemio and Walraevens，2019 年;Nicholls 等人，2021 年），其中沉降率可能超过预计的 SLR 率。低洼三角洲的地下以 粘土沉积物为主，容易因地下水位下降而压实，特别容易受到海水入侵的影响（Herrera-García 等人，2020 年）。

气候变化对地下水质量的其他直接影响

气候变化对地下水质量构成直接风险，这不仅是极端降水放大的结果，而且是补给减少的结果。重 降雨量（例如>10毫米/天）有可能在旱地含水层正上方的蒸发区扩大补给和调动氯化物和硝酸盐等污染物。 （例如 Gurdak 等人，2007 年）和温带地区（Graham 等人，2015 年）;此外，地表径流可以拦截地面上或附 近的含水不良废物和储存的化学物质，然后渗入含水层（世卫组织，2018 年）。在卫生设施供应不足的地 区，这些 事件还可以用于将粪便微生物病原体和化学物质（例如硝酸盐）通过浅层土壤冲洗到地下水位（例如Taylor 等人，2009年;索伦森等人，2015 年;胡埃梅努 等人，2020 年），有时辅以优先流路，例如土壤大孔隙（Beven 和 Germann，2013 年）。

事实上，在这 种环境中暴雨事件中补给与包括霍乱在内的腹泻病的爆发有关（Olago等人， 2007;德马尼等人，2012 年）。半干旱博茨瓦纳拉莫茨瓦镇因干旱引起的卫生实践变化，导致从水传播卫生 设施（抽水马桶）转向现场卫生设施（如坑式厕所），这加剧了地下水污染的风险（McGill et al.，2019）。 地中海地区气候变化导致的地下水补给减少（例如Stigter等人，2014年）导致土壤和浅含水层中氯化物、硝 酸盐和砷等溶质的浓度，这是由于蒸发增强和稀释减少（Mas-Pla和Menció，2019年）。

全球变暖和城市化对地下温度的热岛效应的结合也对地下水质量产生影响，这是由于锰和溶解有机碳等 污染物的溶解度和浓度的变化（Taniguchi等人，2007年;里德尔，2019;麦克多诺等人，2020 年）。永久冻 土的融化释放出温室气体（如甲烷、二氧化碳、一氧化二氮），并通过增加地下水和地表水之间的水文 连通性而增加采矿作业的污染风险。

2.候变化的间接影响

随着社会努力适应增加的气候变化，地下水取量的增加间接源于气候变化等与全球变暖以及土 壤湿度和地表水可用性的变异性增加和总体下降有关。事实上，气候变化对地下水的影响可能最大，因 为它对灌溉用水需求的间接影响（Taylor et al.，2013a）。利用地下水适应更可变（不太可靠）的降水并 满足不断增长的全球粮食需求的战略对可持续地下水治理和管理具有明 显的影响，可能导致地下水资源的枯竭或污染，影响环境流量（De Graaf 等人，2019 年;亚塞奇科等人， 2021 年）和 危害依赖地下水的生态系统。全球尺度的建模表明，在 1991 年至 2016 年期间，灌溉占全球淡水取 水量的 ~65% 和消费用水量的 ~88%（Müller Schmied 等人，2021 年）;据估计，地下水占所有取水量的25%， 占消费总量的37%。

淡水从河流、湖泊和地下水到耕地的大规模重新分配导致： （a） 主要靠地下水灌溉的地区地下水枯竭;（b） 地表水灌溉回流补给造成的地下水积聚;和 （c） 灌溉土地蒸散量增加导致当地气候发生变化。灌溉和雨养农业的扩大也使气候变化与 地下水之间的关系复杂化，因为受管理的农业生态系统不像自然生态系统那样对降水变化作出反应。

内陆地区的内涝，加上地表水灌溉和自然植被转变为浅根作物而增加的补给（Favreau等人，2009年） ，可能导致地下水位上升和土壤盐碱化，毛细管向上流动然后蒸发。因此，世界上许多灌溉地区面临 着土壤盐碱化和内涝的双重问题。这些问题目前影响了全球灌溉总面积的20%以上（Singh，2021）。