一项新的研究绘制了大陆地下水流图，揭示了雨水和融雪在地下的流动比以前所知道的要远得多，也深得多。 一半以上的溪水来自深层含水层，这对污染跟踪和地下水管理具有重要意义。
科罗拉多州冈尼森县泰勒公园流域鸟瞰图。 图片来源：Drew Bennett
来自普林斯顿大学和亚利桑那大学的研究人员开发了一种开创性的模拟技术，可以绘制出大陆范围的地下水运动图。 经过三年的广泛研究，这项研究追踪了水的隐秘旅程--从雨滴或融雪渗入地下到最终重新出现在淡水溪流中。 模拟结果表明，水可以流到很深的地方，从入口处重新浮出水面长达100英里，在地下停留的时间从10年到惊人的10万年不等。
这项研究发表在1月6日的《自然-水》（Nature Water）杂志上，它表明降雨和融雪渗透到地球内部的距离比以前想象的要远得多。 此外，研究还表明，河流和溪流中一半以上的水都来自曾被认为与地表水系统隔绝的深层含水层。 这些发现对管理地下水资源、跟踪污染情况以及预测气候变化对地下水的影响具有重要意义，而地下水是美国一半人口的重要饮用水源。
该模拟横跨美国大陆以及加拿大和墨西哥的部分地区，跟踪地下水的流动情况，测量地下水在300多万平方英里（785万平方公里）的范围内排入溪流之前的巨大距离和深度。 研究人员通过高分辨率水文模拟实现了这一目标，从而可以跟踪地下水系统中的水流情况。
研究小组成员包括普林斯顿大学威廉和埃德娜-马卡莱尔工程与应用科学教授、普林斯顿大学高草甸环境研究所教授里德-马克斯韦尔；普林斯顿大学前副研究员陈阳（现就职于中国中山大学）；以及亚利桑那大学教授劳拉-康顿。
科罗拉多州冈尼森县的泰勒公园水库。 图片来源：Drew Bennett
他们发现，地下水可以在地下流淌数百公里，然后以溪流的形式出现。 在美国中西部，地下水的流动距离很长，尤其是在山脉与平原交汇的地方。 沿落基山脉底部的一条地下水流横跨 148 英里（238 公里）。 这项研究还揭示了地下水庞大的连接网络： 美国几乎 90% 的流域都是从一个邻居那里取水，然后再输送到另一个邻居那里。
研究结果具有惊人的意义。 地下水占世界不冻淡水总量的 99%，为 1.45 亿美国人提供饮用水。 它对我们的粮食供应也至关重要，灌溉着全球 60% 的农业。 但是，地下水正在以惊人的速度枯竭，而且长期以来一直难以模拟。 这项研究的新回顾性分析和预测性模拟提供了跟踪这一重要资源的机会，并让我们了解石油和天然气等井场渗漏造成的深远影响。
"流域之间的相互联系不仅对溪流很重要，"Maxwell 说。"这也告诉我们污染将在地下水中持续多久。 硝酸盐和全氟辛烷磺酸等广泛存在的污染物会经过漫长的旅程进入溪流，从而使其更难管理，甚至更持久。"
第二个重要的新发现是，来自非常深的含水层的地下水对溪流的贡献很大。 麦克斯韦尔的研究小组发现，在 56% 的子流域中，来自地表以下 10 至 100 米含水层的深层地下水贡献了一半以上的基流。 在地形坡度最陡的地区，如落基山脉和阿巴拉契亚山脉，地下水的深度最大。
编译自/scitechdaily
DOI: 10.1038/s44221-024-00366-8
