我们如何将水“存入”地下,以备日后使用

Residents queue to fill their containers from a water tank as free distribution of water takes place days after water supply was cut due to delays in maintenance tasks in a segment of the Cutzamala System in Mexico City, Mexico November 7, 2018. REUTERS/Carlos Jasso - RC13738A6590
Banking water minimises the impact of evaporation.Image: REUTERS/Carlos Jasso
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地下水常常被视为取之不尽的地下资源。这种“眼不见,心不烦”的态度,导致人们随意打井和钻孔取水,地下水也因此遭到滥用,滥用者既有公众,甚至也包括政府。干旱时期这一问题会加剧,在干旱地区则尤为突出。

150年前,亨利·达西将地下水研究发展为一门科学。此后,人们提出了多种利用工程技术更好地管理地下水的构想。含水层是地下水的储存层,几个世纪以来一直被用作饮用水和农业用水的来源。

其中一种方法称为含水层管理补给。这种方法以受控方式向含水层补充地下水,让水“存入银行”——储存在地下——以供日后使用。

储存水可以最大限度地减少蒸发的影响,也意味着水可以从各种来源回收利用,而不是白白浪费。回收水可来自雨洪水,甚至污水处理厂,随后再注入含水层。

改善地下水管理的基本理念起源于公元前一千纪的中东,当地称之为坎儿井系统。这类系统由人工开挖的隧道和出水井组成,基本原理是将地下水从一处引至另一处以便开采。

如今,世界各地都能看到各种形式的含水层管理补给项目。在美国,这类项目已从1985年的3个井群增加到2005年的约72个,许多项目目前仍处于不同的开发阶段。

非洲多个国家也在开发多个项目,包括纳米比亚和南非。

南非的亚特兰蒂斯沙丘区由渗透池组成,已运行40多年。该项目使用面积超过50公顷的补给池。含水层每年产水约400万立方米,为亚特兰蒂斯镇提供了大部分用水。

含水层补给

地下水补给定义为水到达地下水位后进入含水层的过程,可通过多种方式发生:

水在重力作用下向下流动,到达地下水位

水在地下从一个含水层流向另一个含水层

开采地下水会导致抽水,并改变地下的水流方向,因此附近的地表水体会向相连的含水层补水

人工补给。可通过钻孔注水、经由水井注水,或利用人工渗透池来实现。人工渗透池是可渗透的洼地,能让水渗入含水层。

最后一种补给方式就是含水层管理补给,即将水“存入银行”,供日后使用。它也用于沿海含水层,以防止过多海水进入地下水储层,方法是向其中注入淡水。这能最大限度地减少咸水对含水层的影响,并延长地下水储层的使用寿命。

含水层管理补给有多种方式和模式,包括:

• 含水层储存与回采:通过同一钻孔注入和抽取水

• 含水层储存、转输与回采:通过地下水储层中的不同钻孔注入和抽取水。

• 渗透池:开挖类似水坝的大型洼地,使地表水渗入土壤,为地下水补给

• 河岸过滤:抽取位于地表水设施旁边的水井中的水,以促使水体补给

具体采用哪种方式,取决于当地地质条件或用水需求。

成功储水

这一过程并非万能,也存在一些问题。一个主要问题是,注水时大量氧气随水进入,促使生物生长,可能造成水井堵塞。但可以通过使用热水或注入化学药剂杀灭微生物来解决。

项目要取得成功,还需要可靠的水源、优秀的工程专业能力,以及完善的环境和法律法规。

还需要适当评估能否通过更好的管理来改善含水层状况——这是一种简单而有效的解决方案,可以降低成本并延长含水层的使用寿命,而不必实施含水层管理补给方案。

储存水并非易事,需要周密规划和执行。但在有此需求的地方,这种方法带来的机遇有助于最大限度地减少蒸发对供水的影响,从而让更多人获得更多水资源。

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