农业含水层人工补给（Ag-MAR）在三江平原地下水枯竭治理中的适宜性评价与情景模拟

为解决三江平原因农业灌溉导致的地下水严重超采问题，研究人员开展了农业含水层人工补给（Ag-MAR）适宜性评价与情景模拟研究。该研究结合GIS、AHP层次分析法和地下水数值模拟，识别出占区域面积20.24%的适宜补给区，并通过三种情景预测发现优化补给方案可使地下水储量损失减少94%以上，水位稳定在6米左右，为类似农业区地下水可持续管理提供了可转移的技术框架。

　　

在地球的水资源版图中，地下水如同默默无闻的“战略储备”，支撑着全球42%的农业灌溉用水。然而，在被誉为中国“北大仓”的三江平原，这片重要的粮食产区正面临着一场无声的危机——地下水位的持续下降。自上世纪80年代以来，该地区年均地下水开采量已远超含水层的自然补给能力，导致地下水位持续下降，甚至形成了面积约3400平方公里的区域性地下水“漏斗”，引发了湿地萎缩、生态退化等一系列环境问题。更令人担忧的是，部分地区因水位过低已出现机井报废的情况，严重威胁到区域粮食生产安全和生态安全。面对这一严峻挑战，寻找有效的解决方案迫在眉睫。

农业含水层人工补给（Ag-MAR）作为一种创新的水资源管理策略，近年来在国际上受到广泛关注。这种被称为“农业地下水银行”或“农田回补”的技术，核心思想是在农闲季节将富余的地表水（如雨季径流、水库泄水）引至农田，使其通过土壤渗入地下，从而补充被过度开采的含水层。与传统的水利工程相比，Ag-MAR具有基础设施需求少、适合大规模应用等优势，还能带来增强供水可靠性、减轻洪水风险、提高气候韧性等多重效益。

尽管Ag-MAR在欧美多国已有成功实践，但其有效性高度依赖于当地具体的水文地质条件。一个关键的科学问题是：如何在一个像三江平原这样的大型农业区，科学识别最适合实施Ag-MAR的区域，并精准预测不同补给方案对地下水系统的长期影响？这正是发表在《Agricultural Water Management》上的最新研究要解决的核心问题。

为了回答这些问题，研究团队开发了一套融合地理信息系统（GIS）、层次分析法（AHP）和数值模拟的综合研究框架。他们首先通过文献调研确定了六个关键评价指标：地下水埋深、补给水源可用性、包气带岩性、土地利用类型、含水层渗透性和储水能力。利用AHP方法确定各指标权重（其中地下水埋深权重最高，达29.97%），再结合GIS空间分析技术，对三江平原的Ag-MAR适宜性进行了精细划分。

在技术方法上，研究人员收集了区域水文地质、气象水文、土地利用等多源数据，建立了研究区的地下水流动数学模型，并采用FEFLOW 7.0软件进行数值模拟。模型经过2011-2012年的校准和2012-2020年的验证，确保了其可靠性。基于适宜性评价结果，团队设计了三种未来情景（2020-2045年）：情景1（无人工补给）、情景2（目标区补给）和情景3（优化补给分布），以预测Ag-MAR的长期效果。

适宜性评价结果显示，三江平原Ag-MAR适宜性空间分布不均，总体呈现从西南向东北递增的趋势。高度适宜和适宜区主要集中在东北部的建三江垦区，占总面积的20.24%（8710.4平方公里）。这些区域具有地下水埋深大（>16米）、含水层渗透性好（35-45米/天）、降水相对丰沛（>570毫米）以及农田集中连片等有利条件。而不适宜区则主要分布在西南部山前地带，那里地下水埋深浅、含水层渗透性差且水资源相对匮乏。

Ag-MAR方案设计方面，研究选定建三江垦区作为目标补给区。通过土壤采样和渗透实验，测得包气带平均渗透系数为0.0008米/天，属于低渗透性层。补给水源主要来自鸭绿河、浓江河等河流的丰水期径流，水质基本符合Ⅲ类标准。补给时间安排在10月中旬至11月初的作物休耕期，采用渠道引渗与田间漫灌相结合的方式。

数值模拟结果最为引人注目。预测表明，若不采取行动（情景1），到2045年地下水储量将累计减少99.4亿立方米，地下水“漏斗”将持续扩大。而实施Ag-MAR后，情景2可将储量损失减少至5.17亿立方米，降幅达94%；情景3通过优化补给分配（在埋深>16米区域增加补给量），可进一步减少1.8%的损失，累计损失降至3.34亿立方米。更重要的是，在情景3下，区域地下水埋深范围从1.5-22米改善至1.5-8.9米，原有的超采区（埋深>10米）几乎被消除，水位最大升幅达20米，并稳定在6米左右。

该研究的结论明确而有力：Ag-MAR是缓解三江平原地地下水枯竭的可行且有效的策略。通过将GIS-AHP适宜性评价与地下水数值模拟相结合，能够精准识别最佳补给区位，并通过优化补给方案实现地下水系统的有效恢复。研究还强调，Ag-MAR的成功实施需要充分考虑当地水文地质条件，并注意防范可能的地下水水质风险（如沉积物中砷等物质的活化）。

这项研究不仅为三江平原的地下水可持续管理提供了科学依据和技术支持，更重要的是，它建立了一个可转移的研究框架，可推广到其他面临类似问题的农业灌溉区。在全球气候变化和水资源短缺加剧的背景下，这种基于自然解决方案的水资源管理策略，为实现农业与水资源的协同可持续发展提供了新路径。随着Ag-MAR技术的不断完善和推广，我们有望在保障粮食安全的同时，守护好地下这一宝贵的“蓝色宝藏”。