地下水过度抽取对巴赫特甘-塔什克湖系统水文地质状况变化的影响

《Journal of Hydrology》：Impact of hydrogeological regime changes on the Bakhtegan-Tashk lake system under groundwater overextraction

该研究通过水文地质评估、水预算分析和统计交叉相关分析，揭示伊朗Bakhtegan-Tashk湖区因过度开采地下水导致地表水-地下水（GW-SW）相互作用逆转，年地下水外流达10.5 MCM，加剧了湖泊干涸。结果指出人类活动引起的 hydrogeological regime change 是湖区生态退化的主因，为半干旱地区的水资源可持续管理提供依据。

　　在伊朗南部的巴赫特根-塔什克湖（Bakhtegan–Tashk Lake, BTL）系统，近年来经历了严重的干旱现象。这种现象的主要原因包括持续的干旱、地表径流的减少以及地下水的过度开采。这些因素共同作用，导致了该地区水文循环的改变，进而影响了地下水与地表水之间的相互作用。为了更深入地理解这一现象，研究团队采用了一系列水文地质评估、水文预算分析和统计交叉相关分析等方法，以评估2009年至2020年间，87个观测井与湖水体之间的动态关系。研究发现，湖水的水文预算表明，地表输入（包括降水和河流）几乎被蒸发损失所抵消，强调了地下水输入对于湖泊长期维持的重要性。

地下水与地表水之间的相互作用在水文系统中占据重要地位，尤其是在干旱期间。地下水不仅为地表水体提供了基础水位，还对维持水文循环起着关键作用。然而，随着人类活动的加剧，特别是农业、工业和城市用水的过度开采，这种自然的水文连接被打破。湖泊和湿地在维持生态系统中扮演着重要角色，它们不仅是水生生物的栖息地，还在水文地质问题中发挥着关键作用。然而，当地下水被过度抽取时，湖泊的水位会受到影响，甚至出现干涸的现象。

为了评估地下水与湖泊之间的关系，研究团队采用了多种方法。首先，他们利用了卫星遥感数据，包括Landsat 7 ETM+和Landsat 8 OLI数据，来监测湖泊水体的变化。这些数据覆盖了从1990年到2020年的不同时间段，用于分析湖泊水体的动态变化。通过计算归一化差异水指数（NDWI），研究团队能够识别和量化湖泊水体的变化。NDWI是一种常用的水体识别方法，它通过比较绿光和近红外波段的反射率来区分水体和非水体区域。结果显示，湖泊的面积在过去三十年中显著减少，尤其是在2010年和2020年之间，湖泊的面积出现了明显的缩小趋势。

其次，研究团队使用了水文地质调查、水文预算分析和统计交叉相关分析相结合的方法，来评估地下水与湖泊之间的相互作用。水文预算分析揭示了湖泊的输入和输出情况，包括降水、地表径流和地下水输入，以及蒸发、地表流出和地下水流出。研究发现，湖泊的蒸发损失几乎与地表输入相抵消，而地下水输入则成为维持湖泊水位的关键因素。然而，由于地下水的过度开采，这种输入逐渐减少，导致湖泊水位持续下降。

交叉相关分析（CCA）用于评估地下水水位与湖泊水体之间的时空关系。分析结果显示，地下水水位的变化对湖泊水体有显著的影响，尤其是在3个月的时间滞后后。这种滞后现象表明，地下水与湖泊之间的相互作用并非即时的，而是存在一定的延迟。同时，研究发现，湖泊与地下水之间的水文连接在时间上有所减弱，这种变化主要由地下水的过度开采和自然补给的减少所引起。这种现象表明，人类活动对水文地质系统的干扰正在加剧湖泊的干涸。

此外，研究团队还绘制了等势图，以展示地下水流动的方向和湖泊与周围含水层之间的相互作用。等势图显示，从2010年到2020年，地下水流动的方向发生了显著变化。在2010年，地下水主要流向湖泊，但在2020年，这种流动方向被逆转，地下水从湖泊流向周围含水层。这种变化表明，湖泊的水文补给能力正在减弱，而地下水的过度开采则加剧了这一过程。

研究还发现，湖泊的水文预算显示，其年均地下水流出量约为10.5 MCM，这表明湖泊的自然水文循环已经被破坏。地下水的过度开采导致了湖泊水位的持续下降，进而影响了湖泊与周围含水层之间的水文连接。这种连接的减弱使得湖泊在干旱期间更容易干涸，而地下水的补充能力则被削弱。

通过这些分析，研究团队得出结论，人类活动对水文地质系统的干扰是导致湖泊干涸的主要原因之一。特别是地下水的过度开采，不仅减少了湖泊的水补给，还导致了地下水与湖泊之间水文连接的逆转。这种现象在干旱和水资源管理不当的背景下尤为明显。因此，为了实现湖泊的可持续管理，需要采取一系列措施，包括限制地下水的过度开采、加强水资源管理以及保护湖泊生态系统。

研究还指出，湖泊的水文动态受到多种因素的影响，包括气候条件、地形特征、地质结构以及人类活动。例如，温度和蒸发量的变化对湖泊水体有显著影响，而降水和河流径流则对湖泊的补给起到关键作用。然而，由于降水的不稳定性，湖泊的水体变化主要依赖于地下水的输入。因此，地下水的可持续管理对于维持湖泊的水体至关重要。

此外，研究团队还分析了不同时间段内的水文动态变化。在2009年至2014年期间，地下水与湖泊之间的水文连接较为稳定，显示出积极的相互作用。然而，从2014年至2020年，这种连接逐渐减弱，甚至出现负相关。这表明，地下水的过度开采已经对湖泊的水文循环产生了显著影响。因此，需要采取更加严格的地下水管理措施，以防止湖泊的进一步干涸。

研究团队还强调了长期监测和数据收集的重要性。由于缺乏连续的湖泊水位监测设备，许多关键数据无法获得，这限制了对湖泊与地下水相互作用的深入理解。因此，建议在未来的水资源管理中，安装自动化湖泊水位记录器，以提高对湖泊与地下水相互作用的监测能力。

总的来说，这项研究揭示了地下水与湖泊之间复杂的相互作用关系，特别是在干旱和过度开采的背景下。研究结果不仅为伊朗南部地区的水资源管理提供了重要的科学依据，也为全球类似地区的水文地质研究和水资源保护提供了有价值的参考。通过进一步的研究和管理措施，可以有效缓解湖泊干涸的问题，保护湖泊生态系统，并实现水资源的可持续利用。