世界大多数流域都存在水资源时空分布不均的情况,在全球405个流域中,201个流域每年至少有1个月面临严重缺水。因此,世界各国亟需制定政策和规划应对多变的洪旱灾害,同时,各种类型和规模的蓄水设施在应对水资源时空分布不均及不确定性方面也发挥着重要作用,对水坝、天然湿地、农田蓄水池、雨水收集池、含水层补给等蓄水设施的投入有助于提高水安全韧性、保障粮食安全、推动经济发展。
与地表水库相比,含水层蓄水不易蒸发、水量更大且环境危害更小。含水层蓄水可以通过雨季径流补给,并用于旱季农业灌溉,从而缓解干旱对农业的影响。同时,这种方式也为利用枯竭的含水层储蓄过剩的雨季地表径流创造了机会。因此,若实施有效的干预和管理措施,含水层蓄水可成为解决水资源时空分布不均的一种创新途径。研究表明,相较于地表水或地下水单一管理,地表水与地下水的综合管理有助于更有效地应对水资源短缺带来的挑战。
什么是地下调洪灌溉?
利用雨季径流对含水层进行针对性补给并用于旱季农业灌溉是水资源综合管理的一种创新实践,被称为地下调洪灌溉。作为地下水人工回补的一种形式,地下调洪灌溉在流域的关键地点建设补给设施进行流域内部干预,旨在将可能引发下游洪水风险的雨季过剩径流补给枯竭的含水层,以?;ど撇踩黾雍导竟喔扔盟?,提升农业生产力。因此,通过增强洪水调控、地下水补给、旱季供水等,地下调洪灌溉可在减小流域某地灾害影响的同时为同一流域其他区域带来效益。
地下调洪灌溉主要将雨季周期性发生、持续时间较长的季节性洪水作为补给水源。由于补给速率的限制,地下调洪灌溉不适用于由飓风、溃坝或山洪引发的短时间极端洪水事件。洪水发生时,洪水淹没区的地下水自然补给量较高,因此,地下调洪灌溉的补给与洪水期间的自然补给显著不同。
全球有哪些实践?
综合考虑适宜性、实地状况、利益攸关方支持程度等因素,国际水资源管理研究所于2015年在位于印度恒河上游拉姆根加河流域的北方邦兰普尔区吉瓦伊·贾迪德村开始试点地下调洪灌溉。
由于人口密度大且密集型农业生产导致的土地稀缺,地下调洪灌溉试点设施建于吉瓦伊·贾迪德村的一个废弃水池中。经排水和清淤后,水池开挖至2米深,面积扩展至2625平方米(75米×35米),并在其底部新建10口补给井。水源通过虹吸管从邻近灌溉渠引入,并仅在季风期灌渠水位足够高时进行补给。在试点的3年期间,每年补给时间62~85天不等,每年补给水量从2.6万~6.2万立方米不等,年均补给水量约4.4万立方米。年际补给水量差异与降雨量、降雨强度、补给水质、清淤作业范围、水力梯度等因素息息相关。地下调洪灌溉补给的水量可灌溉约13公顷农田。与水池底部自然渗透补给相比,地下调洪灌溉通过补给井使补给量增加了约3~7倍。地下调洪灌溉的补给量约占吉瓦伊·贾迪德村地下水整体补给量的1.3%~3.6%。
数据显示,单一试点对吉瓦伊·贾迪德村地下水整体情况的影响微乎其微,在拉姆根加河流域大范围推广地下调洪灌溉将产生显著效果。地表水-地下水耦合模型显示,补给50%的流域过剩径流可将地下水流出与补给比从168%降至103%,遏止地下水水位下降趋势。同时,由于吉瓦伊·贾迪德村的试点规模较小,难以准确评估地下调洪灌溉对降低下游洪水风险的作用。除降低下游洪水风险外,试点规模限制还导致地下调洪灌溉的其他潜在效益未充分显现,例如恢复地下水依赖型生态系统、提升气候变化韧性、防止地面沉降与海水入侵、增加旱季河流水量、降低抽水成本与碳排放等。此外,这些潜在效益还将产生减少防洪减灾支出、提高农业产量、促进就业、增加农民收入等衍生效益。
荷兰、德国、芬兰、西班牙、美国、澳大利亚等发达国家已开展地下水人工回补相关实践长达数十年,并将地下水人工回补纳入各自国家的水资源管理框架,重点关注回补水质问题,尤其对再生水回补实施严格管控。例如,美国加利福尼亚州积极利用洪水补给地下水,旨在应对加利福尼亚州的极端旱涝交替现象,推动水利与防洪设施的更新改造与现代化。新西兰海恩兹试点项目通过引244万立方米河水,提升当地含水层的水量与水质。在发展中国家,印度在地下水人工回补方面的成就较为突出,印度流域管理规划既涵盖地下水人工补给等水资源管理措施,又高度重视利益攸关方的广泛参与。此外,伊朗、乌兹别克斯坦等国家也利用地表过剩径流开展了地下水人工回补实践。
研究表明,地下水人工回补可带来显著的环境、社会与经济效益,但也面临制度、环境与生态?;し矫娴奶粽健5鼻?,各国开展的地下水人工回补实践和管理模式在一定程度上证明了地下调洪灌溉的技术可行性与应用价值,为实施地下调洪灌溉奠定了基础,对助力实现水资源综合管理具有重要意义。