基于GIS-AHP模型的快速城市化温带地区地下水潜力评估：以美国田纳西州谢尔比县为例

为解决全球地下水过度开采和气候变化导致的资源压力问题，研究人员采用地理信息系统(GIS)和层次分析法(AHP)技术，整合8个主题图层（高程、坡度、排水密度等），对美国田纳西州谢尔比县地下水潜力进行分区评估。结果显示研究区62.5%为中等潜力区，高潜力区占28%，为城市水资源管理提供了科学依据。

　　

论文解读

在全球气候变化和城市化加速的背景下，地下水资源的可持续管理面临严峻挑战。据统计，全球约34%的淡水供应依赖地下水，而美国有超过4000万人依靠自备井获取饮用水。然而，人口增长、农业灌溉和工业用水导致的需求激增，叠加极端天气事件频发，使得全球地下水储备承受前所未有的压力。美国田纳西州谢尔比县作为典型快速城市化区域，其依赖的孟菲斯砂质含水层和密西西比河谷冲积含水层虽以储量大、水质优著称，但长期超采已引发水位持续下降，亟需科学评估其地下水潜力以指导可持续利用。

为应对这一挑战，来自国外研究机构的研究团队在《Green Technologies and Sustainability》发表研究，创新性地结合地理信息系统(GIS)和层次分析法(AHP)，通过整合高程、坡度、排水密度、线密度、降雨量、土地覆盖、土壤类型和孔隙度8个关键参数，构建了谢尔比县地下水潜力分区模型。研究采用1/3弧秒分辨率数字高程模型(DEM)和CHIRPS降雨数据集等权威数据，通过自然断点法分类、加权叠加分析等技术，最终将研究区划分为5个潜力等级。

研究结果

3.1 高程
通过10米分辨率DEM分析显示，谢尔比县高程范围57-150米，西部低洼区（57-72米）因地形平坦获评最高潜力等级（5分），而东部高地区因径流快速被归为低潜力区。

3.2 坡度
0-5.554°的坡度变化中，南部平缓区（0-0.1307°）获4-5分的高评分，而北部陡坡区因径流速度快被评定为1-2分。

3.3 排水密度
0.5144-31.29 m/m²的密度分布中，边界区域稀疏网络（0.5144-3.894 m/m²）因利于下渗被评为高潜力区，而西南部密集排水网（18.51-31.29 m/m²）则被标记为低潜力。

3.4 线密度
断裂带分析表明，高密度区（1.054-2.018）因增强渗透性获评4-5分，而广泛分布的低密度区（0-0.1741）仅得1分。

3.5-3.8 综合参数
年降雨量（1754-1943mm）南部较高；孔隙度分析显示中部（520-555单位）最佳；土壤类型中粉砂壤土渗透性最优；NLCD土地覆盖数据证实森林/农用地比城市区域更利于补给。

3.9 潜力分区图
最终叠加模型显示：62.5%为中等潜力区（黄色），28%高潜力区（绿色）集中于西南部河岸带，而极低潜力区（红色）仅占0.7%。

研究意义与展望
该研究首次在温带城市化区域同步考量地表与地下参数，其GIS-AHP模型为决策者提供了直观的潜力分布图。建议优先在西南部高潜力区实施含水层人工补给(MAR)，而在城市中心推广透水铺装等绿色基础设施。研究局限性包括缺乏钻孔数据验证和长期降雨序列分析，未来可通过MODFLOW数值模拟和机器学习方法提升预测精度。这项成果不仅为谢尔比县制定《可持续地下水管理法案》提供依据，其方法学框架更可推广至全球类似气候带城市，对实现联合国可持续发展目标(SDG6)具有重要实践价值。