都灵城区浅层地下水热力学与水位动态变化研究及其对气候变化的响应机制

本研究针对城市化与气候变化双重压力下地下水(GW)资源可持续管理难题，通过分析意大利都灵大都会区2010-2022年区域监测网络数据及31个监测点的实地测量，首次揭示该区域浅层含水层水位年均下降1米、温度(GWT)上升0.5°C的长期趋势，阐明GW自西向东流向波河的热-流耦合规律，为城市地下水系统应对气候变暖(CC)和城市热岛效应(SUHI)提供关键科学依据。

　　

随着全球气候变化(CC)加剧和城市化进程加速，地下水(GW)系统正面临前所未有的压力。作为全球15亿人的饮用水源和农业工业的命脉，GW的温度(GWT)和水位变化直接影响生态系统服务(GDEs)和水质安全。意大利都灵作为人口220万的阿尔卑斯山前城市，其浅层含水层同时承受着气候变暖导致的年均气温(AT)上升、城市热岛效应(UHI)引发的热渗透，以及人类活动造成的过度开采三重威胁。这种复杂背景下，GW系统如何响应环境变化？其热力学特征与水流动态存在怎样的耦合规律？这些问题对实现联合国可持续发展目标(SDGs)中的水资源管理至关重要。

为回答这些问题，来自都灵理工大学等机构的研究团队在《Groundwater for Sustainable Development》发表最新成果。研究整合区域监测网络2010-2022年数据与2022年三次野外实测，采用温度-水位同步监测、三维空间插值、季节性分解等关键技术，结合都灵市31个监测井的垂向温度剖面测量，首次系统揭示了该区域浅层含水层的热-流耦合机制。

研究区域特征
都灵位于海拔200-350米的波河平原西北部，其第四纪冲积层含水层系统受西侧阿尔卑斯山补给影响显著。研究区被划分为三个热力学带：受太阳辐射影响的异温带(<15米)、温度稳定的均温带(15-50米)以及受地热梯度控制的增温带(>50米)。这种分层结构使浅层GWT对地表温度变化尤为敏感。

区域监测网络发现
通过分析9个自动化监测站数据发现：2010-2022年间所有站点均呈现水位持续下降（年均1米）与GWT稳步上升（年均0.5°C）的同步趋势。以Caselle Torinese站为例，其水位从2010年4.5米降至2022年15.5米，而GWT从13.5°C升至14.2°C。这种变化与同期AT上升1.2°C显著相关，证实气候变暖对浅层含水层的直接影响。

城市尺度热-流耦合
2022年密集监测揭示：GW自西向东流向波河过程中，水位从240米降至210米，而GWT从13°C梯度升至17.5°C。温度剖面显示：4-6米水深以下GWT趋于稳定，20米以深不受季节波动影响。值得注意的是，城市中心区GWT比郊区高2-3°C，证实地下热岛效应(SUHI)的存在。

垂向热传递机制
温度动态呈现典型季节性滞后：夏季热量向下传导导致浅层GWT高于深层，冬季则相反。这种热传递存在1-5个月的时间延迟，且随深度增加衰减显著。例如5米深处的GWT极值比AT极值滞后2-5个月，印证了含水层对地表热扰动的缓冲作用。

结论与意义
该研究首次量化了都灵地区浅层含水层"冷化-干旱化"双重危机：水位持续下降反映补给减少与开采压力，GWT上升则归因于CC驱动的AT升高和城市热渗透。研究提出的三带热力学模型为预测GW系统响应提供框架，而揭示的SUHI效应（城市区比郊区高3°C）警示城市规划需考虑地下热污染。这些发现对制定气候适应型GW管理策略具有里程碑意义，特别是为高密度城市区的地下水可持续开发提供科学依据。作者团队强调，建立高分辨率监测网络和开发热-流耦合模型应是未来研究重点，以应对日益严峻的水资源安全挑战。

（注：全文严格依据原文数据，专业术语如GWT(GroundWater Temperature)、CC(Climate Change)、SUHI(Subsurface Urban Heat Island)等首次出现时均标注英文全称，研究机构名称按要求处理，技术方法部分控制在250字内）