加纳库马西地区基于GIS的多准则决策分析确定适宜实施综合管理含水层补给与屋顶雨水收集系统的区域

为解决城市化导致的地下水补给减少问题，研究人员采用GIS-MCDA框架结合AHP方法，评估了13项指标确定MAR-RRWHS适宜区。结果显示27.2%区域（54.8 km2）具有高适宜性，主要分布在北部和南部，为城市水资源管理提供科学依据。

　　

在快速城市化的全球背景下，加纳第二大城市库马西正面临严峻的水资源挑战。随着人口激增和地表硬化面积扩大，天然地下水补给量已降至历史水平的四分之一，而地下水开采量却增长了六倍。这种供需失衡导致含水层持续萎缩，威胁着160万居民的水安全。更棘手的是，当地广泛分布的黏土质土壤和密集的建成区进一步阻碍了雨水下渗，传统的水资源管理方法难以奏效。

面对这一困境，Paul Amihere-Ackah团队创新性地提出将屋顶雨水收集系统(RRWHS)与管理含水层补给(MAR)技术相结合的策略。这项发表在《Cleaner Water》的研究，首次在撒哈拉以南非洲高密度城市环境中，运用空间多准则分析方法为MAR-RRWHS选址提供科学依据。

研究团队采用地理信息系统(GIS)结合层次分析法(AHP)构建评估框架，整合了来自加纳气象局、水务公司等机构的72组钻孔数据。通过13项指标的系统评估，包括地表特征（土壤类型、坡度）、水文社会基础设施（降雨量、屋顶面积）和地下水文地质参数（水力传导系数、给水度）等。采用蒙特卡洛模拟和受试者工作特征曲线(ROC-AUC)验证模型可靠性。

表面与水文社会基础设施标准

数字高程模型(DEM)分析显示库马西地形平缓（坡度0-0.8°占优），但48.88%区域被低渗透性的黏土覆盖。屋顶面积数据（21.8-3339 m²）与月降雨量（11.13-341 mm）计算显示，采用0.9径流系数的屋面最高可收集1025 m³/年雨水。人口密度分析指出东北部地下水压力最大（达20874人/km²）。

地下水文地质特征

克里金插值显示含水层参数空间异质性显著：水力传导系数(0.0012-0.285 m/d)和给水度(1.708-6.344 m²/d)较高的区域集中在北部，而饱和厚度最大处（40.424-44.949 m）位于东南部。地质图显示36.33%区域为渗透性较好的比里姆期(Birimian)千枚岩，其余为花岗岩类。

适宜性分区结果

通过加权叠加分析将201 km²研究区划分为五类：14.62 km²(7.25%)为极适宜区，主要分布在北部花岗岩带，该区域兼具高传导系数(>0.1872 m/d)和大面积屋顶；40.20 km²(19.93%)为高适宜区。验证显示模型预测精度达86.1%(AUC值)，蒙特卡洛敏感性分析证实权重分配稳健。

讨论与意义

该研究突破性地解决了传统MAR在黏土质城市实施的瓶颈问题。通过避开地表低渗透层，直接利用建筑物屋顶-井系统补给深层含水层，预计可使年补给量提升12-127%（参照埃及类似项目）。研究提出的选址框架具有普适性，特别适用于拉各斯等面临类似问题的非洲城市。

需要指出的是，该方案实施需配套水质保障措施。如巴基斯坦拉合尔的经验显示，屋顶径流中25-30%的污染物需预处理。此外，建议在选定区域开展试点，监测不同井型（干井/湿井）的渗透效率差异——以色列研究表明湿井的入渗能力可达干井的7倍。未来研究应纳入气候变化情景模拟，以评估长期可持续性。

这项研究为快速城市化地区的水资源管理提供了创新范式，其技术路线既保留了传统水文地质评价的严谨性，又通过空间分析技术实现了精准施策。政策制定者可依据成果图纸，优先在标注的高适宜区推广MAR-RRWHS，这将有效缓解地下水超采，同时减轻城市内涝风险，实现水资源的双重红利。