喀斯特地下水水量与水质演化机制：基于长期监测数据的新见解

针对喀斯特地下水面临过度开采与水质下降的双重挑战，研究人员通过分析山东趵突泉流域近40年水位数据及65年水质数据，揭示了气候变化（scPDSI指标）与人类活动（开采、农业污染）对地下水动态及水化学类型（HCO3 -Ca向HCO3 ·SO4 -Ca·Na转变）的耦合影响，为地下水可持续管理提供了关键科学依据。

　　

喀斯特地下水是全球25%人口的重要淡水来源，但过度开采与农业污染正导致其水量锐减、水质恶化。中国北方以“泉城”济南为代表的喀斯特区尤为典型，趵突泉流域的间歇性断流与污染物（如SO₄
^2?
、NO₃
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）累积问题亟待解决。山东大学等机构的研究团队利用1958-2023年的长期监测数据，首次系统揭示了气候变化与人类活动对地下水动态的协同作用机制，成果发表于《Journal of Hydrology》。

研究采用自校准帕尔默干旱指数（scPDSI）量化气候影响，结合水化学与同位素分析追踪污染物来源，并通过统计建模解析水位与水质参数的关联性。数据涵盖趵突泉流域40年水位记录及65年水化学监测结果，样本来自流域内典型观测井网。

研究结果

1. 气候变化与人类开采的影响：1984-2022年地下水位波动21.29-29.2米，2003年后开采量减少使波动趋稳。scPDSI（正效应）比降水更能反映气候对水位的驱动作用。
2. 水化学演化：1958-2023年，SO₄
   ^2?
   和NO₃
   ^?
   浓度上升，水化学类型从HCO₃
   -Ca转变为HCO₃
   ·SO₄
   -Ca·Na，主因碳酸盐风化与农业污染（肥料、粪便/污水）。
3. 污染传输机制：Cl^?
   、SO₄
   ^2?
   等参数与水位呈正相关，表明scPDSI升高促进降水下渗的同时加速了污染物向含水层的迁移。

结论与意义
该研究首次阐明喀斯特地下水系统中水量-水质的耦合演化规律：气候湿润化（scPDSI升高）虽可抬升水位，但会加剧污染物渗透风险。这一发现挑战了传统“水量恢复即水质改善”的认知，为制定兼顾资源量与环境容量的管理策略（如控制开采强度、优化施肥制度）提供了理论支撑。长期监测数据的挖掘方法也为全球喀斯特区地下水研究树立了新范式。