综述：基于EN ISO 10705-2:2001和EN ISO 10705-3:2024标准，对选定分析方法用于检测供人类饮用的水中体细胞噬菌体的适用性进行评估 Marta Bartosik、 Renata Matuszewska、 ?ukasz M?ka以及 Jolanta Solecka

《Water》：An Assessment of the Suitability of Selected Analytical Procedures Based on EN ISO 10705-2:2001 and EN ISO 10705-3:2024 for the Determination of Somatic Coliphages in Water Intended for Human Consumption Marta Bartosik, Renata Matuszewska, ?ukasz M?ka and Jolanta Solecka

　　摘要：沿海含水层是家庭、农业和工业用水的重要淡水来源，尤其是在地表水资源有限的地区。然而，这些系统面临着盐水入侵、气候变化导致的补给减少、海平面上升以及地下水抽取加剧等日益严重的压力。本文综述了近期关于沿海含水层应对这些压力的研究，强调了自然水文地质条件与人为需求之间的相互作用。在三角洲和沉积系统研究中，一致显示地下水位下降、盐水界面向内陆迁移以及含水层缓冲能力减弱，尤其是在蒸发量高且补给有限的地区。该综述还评估了保护沿海地下水安全的新兴策略，包括综合水文模型、管理性含水层补给（MAR）、优化抽取方案和基于遥感的监测方法，这些方法正在提升适应性管理能力。同时，政策和基于自然的干预措施（如含水层保护分区、湿地恢复和沙丘系统修复）通过增强自然补给和降低脆弱性来支持长期韧性。总体研究结果表明，需要基于气候信息并因地制宜的地下水管理。未来的工作应优先考虑将高分辨率气候预测与含水层系统模型相结合，评估在易受盐水影响的环境中实施管理性含水层补给的可行性，并加强协作治理框架，以确保沿海含水层的可持续和公平利用。

1. 引言
淡水仅占地球总水资源的约2.5%，其中约68.7%储存在冰川和冰盖中，因此难以直接供人类使用。剩余的约31.3%的淡水适用于人类消费和重要的社会经济活动[1]。这一有限资源维持着家庭供水、农业生产、工业过程和生态系统。虽然河流和湖泊等地表水体为淡水供应做出了贡献，但大部分淡水储存在地下水系统中，包括作为战略储备的广泛含水层。在这些含水层中，位于陆地和海洋交界处的沿海含水层在支持人口密集的沿海地区方面发挥着特别重要的作用[2]。
全球有超过20亿人（接近世界人口的40%）居住在沿海地区，他们严重依赖从沿海含水层抽取的地下水来满足家庭、农业和工业用水需求[3]。人口增长、城市扩张和农业集约化带来的需求增加加剧了这些地下水系统的压力，使其极易退化。气候变化加剧、海平面上升、补给模式改变以及人为抽取地下水等综合因素导致了一系列负面后果，最显著的是盐水入侵、地下水枯竭和淡水可用性减少。
盐水入侵被广泛认为是对沿海含水层可持续性的最普遍威胁之一，当淡水和海水之间的水力平衡被打破时就会发生这种情况[4]。这种现象在海拔低于10米的低洼沿海地区最为明显，影响了全球100多个国家[5]。自然因素包括海平面上升、海岸陆地沉降、风暴潮和长期干旱。人为因素（如过度抽取地下水、修建水坝以及通过运河、排水沟和潮汐控制结构进行的水文改造）进一步加剧了咸水的向内陆迁移，导致淡水层缩小和供水井的盐碱化[5]。
地下水枯竭通过降低水头和削弱天然淡水-海水屏障加剧了这些压力。这一趋势在干旱和半干旱的沿海地区尤为明显，例如地中海盆地，那里的地下水往往是主要的——在许多情况下几乎是不可再生的——淡水来源。在北非的马格里布地区，反复出现的干旱、洪水事件、土地利用变化、农业和工业污染以及持续的过度抽取显著导致了地下水下降[6]。这种枯竭不仅加速了盐水入侵，在某些情况下还导致了不可逆的含水层退化[7]。
为应对这些挑战，提出并实施了各种技术性、基于自然的和治理导向的干预措施。例如，管理性含水层补给（MAR）在抵御盐水入侵方面显示出有效性；然而，其效果高度依赖于具体背景，受当地水文地质特性、补给水质和抽水制度的影响[8]。在突尼斯，利益相关者驱动的多标准决策分析被用来识别适合实施MAR的沿海流域，特别是在面临严重水资源短缺和较高盐水入侵风险的地区[8]。其他技术干预措施包括沿海土地复垦，利用土方填充将海岸线向外扩展，创建能够维持淡水体的前滩。当这些措施与减少地下水抽取相结合时，可以改善地下水位、减少盐水入侵并提高水质。
针对盐碱化和气候压力，还出现了局部适应策略，例如使用交替垄沟的浮动蔬菜种植系统来促进盐分淋溶，并在易受洪水影响和盐碱条件下保持农业生产力。引入耐盐、耐压和耐旱的作物品种进一步使农民能够在变化的环境条件下稳定产量[9]。然而，仅靠技术和基于自然的措施是不够的，还需要有支持性的治理结构。许多研究表明，与水相关的危机往往不仅仅源于水文短缺，还源于治理失败[10,11]。为此，引入了若干政策框架和合作倡议，包括支持地中海沿海含水层创新治理措施的Sustain-COAST计划[12]、联合国可持续发展目标6（目标为清洁水和卫生设施）[13]，以及解决地中海沿海系统跨界压力的GEF MedProgramme[14]。然而，治理仍受到机构碎片化、经济和监管障碍以及政策框架与当地社会生态条件不匹配的阻碍[15,16]。
尽管在水文地质特征描述和技术干预方面取得了进展，但研究仍分散在技术、治理和生态系统基础领域。最近一项关于地下水可持续性措施的全球综述综合了近400篇同行评审的研究，强调了技术保护方法的重视程度，同时指出治理和社会维度受到的关注相对有限[15]。同样，对社会生态系统（SESs）内地下水治理的分析，特别是在地中海背景下，突显了创新治理模型的潜力，但也揭示了政策框架与当地生态、水文和社会经济现实之间的持续不匹配[16]。
这种学科碎片化限制了综合策略的发展，这些策略能够比较评估技术、政策和基于自然的解决方案，并评估它们在平衡地下水利用与长期保护方面的互补性。因此，为不同沿海地区的决策者提供的可操作指导仍然不足。

鉴于这些挑战，本综述全面总结了当前关于沿海含水层可持续管理的知识，重点在于协调地下水利用与保护。具体目标是：(a) 识别和描述影响沿海含水层的主要压力，包括盐水入侵、过度抽取和气候变化引起的补给变化；(b) 检视旨在缓解这些压力的各种技术、政策和基于自然的方法；(c) 评估这些策略在不同水文地质和社会经济环境中的相对有效性、局限性和权衡；(d) 指出研究空白并概述加强沿海含水层治理的适应性和综合方法的未来方向。

2. 综述方法论
2.1 系统性文献综述方法
本研究采用系统性文献综述（SLR）方法，综合了关于沿海含水层可持续管理的现有科学知识，特别关注气候变化影响、盐水入侵、地下水枯竭和适应性管理策略。采用SLR方法是为了确保跨学科研究的透明、结构化和可重复的综合，涵盖水文地质、环境管理和治理领域。与传统叙述性综述相比，系统性综述能够更严格地识别、筛选和评估相关研究，鉴于沿海含水层研究在技术、生态和政策相关领域的碎片化性质，这一点尤为重要。
为了提高方法论的严谨性和报告透明度，本研究遵循了Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses (PRISMA 2020)指南[17]。PRISMA框架提供了标准化的文献识别、筛选、资格评估和纳入流程，从而最小化选择偏差并提高可重复性。由于研究之间的水文地质环境、气候情景和方法论方法的异质性，采用了定性解释性综合而非定量元分析。

2.2 文献搜索策略
在多个学术数据库中进行了全面的文献搜索，以确保对沿海含水层可持续性相关研究的广泛跨学科覆盖。主要数据库包括Scopus、ScienceDirect、Google Scholar和IEEE Xplore，这些数据库索引了水文地质、环境科学、水资源和工程领域的同行评审期刊。为了进一步提高覆盖范围并减少出版物偏差，搜索还补充了机构和国际组织的存储库，包括FAO、UNESCO和IAEA的出版物。搜索策略使用了结构化的关键词组合和布尔运算符来捕获相关的跨学科研究。核心搜索词包括“沿海含水层”、“地下水可持续性”、“盐水入侵”、“气候变化影响”、“管理性含水层补给”、“基于自然的解决方案”、“遥感”和“地下水治理”。示例搜索字符串包括：("沿海含水层" AND "盐水入侵") AND ("气候变化" OR "地下水可持续性")。搜索时间范围主要涵盖2020年至2025年的出版物，以捕捉最新的科学进展，同时选择性纳入了对沿海含水层研究有基础性贡献的早期重要研究。

2.3 资格标准和研究选择（PRISMA 2020）
研究选择遵循预定义的纳入和排除标准，以确保相关性和方法论一致性。纳入标准包括关注沿海含水层或受沿海过程影响的地下水系统的同行评审期刊文章、书籍章节和技术报告，特别是那些涉及盐水入侵、地下水枯竭、补给动态、气候变化影响和管理策略的内容。仅考虑方法明确且具有实质性发现的英文出版物。
如果研究是会议摘要、社论、非同行评审的评论、重复记录或与地下水及沿海含水层系统无关的出版物，则被排除在外。研究选择过程遵循PRISMA 2020框架，包括识别、筛选、资格评估和纳入阶段。在去除重复记录后，根据资格标准对标题和摘要进行筛选，最终保留了104篇用于定性综合的出版物，这些出版物代表了不同的地理区域、水文地质环境和管理方法，与沿海含水层可持续性相关。选定的论文在表1中列出。整体筛选工作流程在PRISMA流程图（图1）中展示。

2.4 数据提取和综合
进行了结构化的数据提取过程，系统地从选定研究中提取关键信息。提取的变量包括研究地点、水文地质背景、关键压力因素（如盐水入侵、过度抽取和气候变异性）、方法论方法（如建模、监测、水化学分析和政策评估）以及报告的管理策略。这种标准化的提取确保了一致性，并便于研究之间的比较。
然后，通过主题分类将选定的文献组织成三个主要领域：(i) 技术方法，(ii) 政策和治理框架，(iii) 基于自然的解决方案，其中新兴工具如GIS、遥感和人工智能被视为跨领域的分析方法。鉴于研究设计、气候情景和水文地质条件的多样性，采用了定性解释性综合而非元分析。这种方法有助于识别趋同趋势、区域差异、地下水利用与保护之间的权衡，以及推进综合和基于气候信息的沿海含水层管理所需的关键研究空白。

3. 沿海含水层的关键问题
图2展示了104篇综述论文在主要主题类别中的分布。内圈显示了独特研究的总数，而外圈显示了每个主题在文献中出现的频率。平衡地下水利用和保护的方法占据了主导地位，特别是技术方法（23篇论文），其次是新兴工具（18篇）和基于自然的解决方案（15篇）。相比之下，以关键问题为导向的研究主要集中在气候变化影响（CCI；38篇论文），而涉及盐水入侵（SWI；6篇）和过度抽取及枯竭（OED；6篇）的研究相对较少。这种分布表明研究重点在于解决方案导向的策略，同时对沿海含水层中的气候驱动风险给予了高度关注。一些研究涉及多个主题，这解释了为什么外圈计数超过了独特论文的总数。图2. 每个主题类别的论文数量。该图表显示了经过审查的论文在关键沿海含水层问题和管理主题上的分布情况。内圈代表独特论文的总数，而外圈则显示每个主题类别下的论文数量。这种分布表明，尽管与气候相关的压力已被广泛认可，但仍需要针对含水层枯竭和海水入侵的直接物理机制进行更具体的研究。沿海含水层面临着由自然过程和人类活动共同驱动的复杂且相互关联的挑战。过度抽取地下水和海平面上升会破坏淡水和海水之间的微妙平衡，导致海水入侵、储水量减少以及水质恶化。这些问题因气候变化而进一步加剧，气候变化改变了补给模式，增加了本已脆弱的系统的压力。因此，研究这些关键问题是制定可持续管理策略的重要步骤，以保护沿海地区的地下水量和质量。

3.1. 海水入侵
盐水渗入地下水是沿海含水层面临的常见挑战。这对许多社区构成了重大威胁，尤其是那些依赖地下水作为主要水源的社区。预计这种情况会随着时间的推移而恶化，因此研究人员正在进行研究以改进对其机制的预测和评估。研究表明，这一现象的原因既有自然因素也有人为因素，已经采取了各种缓解措施来减轻其不利影响。Su等人（2025年）[5]的一项全面研究指出，海平面上升、海岸土地沉降、风暴潮和高潮洪水以及长期干旱是海水入侵的主要驱动力。海平面上升增加了盐水和淡水之间的水力梯度，使盐水能够更深入地渗透到沿海含水层中[18]。海岸土地沉降“导致土壤脱水和密实化”，加剧了海水入侵的影响。飓风带来的风暴潮也影响了含水层的盐度，并留下了难以修复的长期影响，可能需要多年才能处理。干旱也被发现会加剧海水入侵，因为降水不足会影响补给，而补给对于对抗盐度至关重要。此外，工业化、土地利用变化和过度抽取等人为因素也加剧了地下水的盐化。

在美国本土的沿海地区，海水入侵主要是由海平面上升、过度抽取地下水和极端天气条件引起的。这对其水质、沿海生态系统和农业构成了风险。海水入侵增加了地下水中的钠和氯浓度，使其不适合饮用。在纽约曼哈顿岛，2004年氯化物浓度达到了约15,000毫克/升，超过了安全标准。同样，在北卡罗来纳州的约克敦含水层，由于过度抽水导致海水上涌，使一个反渗透工厂的供水井盐度升高。风暴潮和飓风也被认为是地下水盐化的主要原因，特别是在墨西哥湾沿岸的佛罗里达州、路易斯安那州和阿拉巴马州。该地区的含水层记录到了升高的氯化物和总溶解固体（TDS）浓度。然而，德克萨斯州墨西哥湾沿岸的TDS浓度较高，这是由于地质特征溶解以及灌溉回流水的影响。对于太平洋沿岸，海水入侵与高抽水率有关。据记录，在蒙特雷湾，盐水渗透深度达到了16公里。即使在有井屏障的情况下，洛杉矶的地下水中仍能检测到盐水[19]。

在摩洛哥的Souss-Massa沿海地区，旅游业、农业和渔业等主要经济活动被认为是海水入侵的促成因素。由于这些活动需要大量抽水，它们影响了地下水的补给，使其容易发生盐化。改进后的GALDIT模型用于评估含水层的脆弱性，揭示了可能加剧这一问题的风险。除了常规评估的参数外，还纳入了河流贡献（R）、水力梯度（HG）以及检测到的和可能的海水入侵（DPSWI）等额外因素，以更好地理解海水入侵的风险。在沿海边缘、渗透性较高的地点和测压下降区域，观察到了非常高的风险[20]。同样，在希腊色萨利地区，过度抽取用于灌溉的水也导致了含水层的水质和水量下降。Lepuri等人（2023年）[21]在Almyros沿海含水层的研究中观察到，不同时间段内海水入侵的风险有所增加，这主要是由于该地区靠近海岸且水力负荷较高。在孟加拉国的Bagerhat地区，海水入侵严重影响了农业和环境以及人类健康。Hossain等人（2025年）[22]的研究指出，盐化影响了土壤化学成分和农业产量。大约62%的土地受到了盐化的影响，Rampal和Mongla地区受影响最为严重。土壤中过量的钠会破坏自然过程，导致土壤压实、渗透性降低、表面结壳、水力传导性减弱以及渗透量减少，从而降低了作物产量，并导致本地农产品的损失。由于无法在咸水中生存，当地鱼类种群也减少了。发展也受到了阻碍，因为建筑物受到盐水损害，限制了可用于建设的材料和规模。最终，淡水短缺迫使居民使用咸水，无论是饮用还是其他家庭用途，导致了多种健康问题，如高血压、皮肤病和胃肠道问题。

阿曼的Barka沿海含水层也面临同样的问题，这归因于降雨量少、蒸发蒸腾需求高和过度抽水。样本水中的Na/Cl比值和海水比例证实了海水的存在。据估计，盐水入侵已经侵入到内陆4米深处。结合其他因素，如离子交换、岩石风化和其他地球化学过程，水的盐度进一步加剧[23]。

海水入侵的全球挑战引起了研究人员和专家的极大兴趣。尽管某些地区的可用数据有限，但众多研究已经提高了对其原因、影响和趋势的理解。这些信息提供了宝贵的见解，可用于应对海水入侵的破坏性影响。图3展示了在气候变化情景下，沿海含水层按相对海水入侵风险进行的全球分布。

3.2. 过度抽取和枯竭
工业进步和人口增长导致了对水资源的大量抽取。加上不利的自然条件和气候变化的影响，自然井的水位已经下降，因为水的损失超过了补给量。这已成为世界各地面临的全球性挑战，人们担心这将导致水资源短缺。Nourani等人（2024年）[24]研究了气候变化效应和人为活动对伊朗Miandoab含水层地下水的影响。通过多方法研究，揭示了地下水位与自然和人为因素之间的关联。蒸发蒸腾量和地下水位会影响土壤湿度，进而影响该地区的植被健康。降水量也会影响地下水位，因为它有助于补充含水层。地表水（如湖泊）也可以通过渗透到土壤中来补充地下水。然而，对于干旱地区，蒸发率会对地表水位产生显著影响，从而影响地下水补给。地下水资源储存也很重要，因为流入河流等地表水的流量有助于在干旱季节维持基本流量，维持水生生物并增加整体水资源可用性。

图3展示了在气候变化情景下，沿海含水层按相对海水入侵风险进行的全球分布。该地图由作者根据现有文献[26,35,42,49,50,51,52,55,58,60,62]制作。在印度的Cauvery三角洲，由于淡水流入减少、洪水和盐度增加，地下水补给受到影响。这特别影响了当地农民，迫使他们放弃浅井并调整农业方式以应对水盐化。Prayag等人（2023年）[25]利用模型评估了过度抽取地下水的影响。结果显示，如果继续以当前速率抽取地下水，到2050年地下水量将减少300亿立方米。这还将导致海水入侵增加39%，因为水力平衡将被破坏。然而，如果抽取量减少50%，则可以逆转枯竭趋势，将海水入侵减少到51%，并促进运河/河流流量的增加和恢复，从而实现补给。

在埃及西奈半岛的El-Qaa平原，气候变化效应和过度抽取威胁着其沿海含水层。1971年的抽取率为每年0.5百万立方米，到2022年增加到每年23百万立方米。Soliman等人（2025年）[26]的模型显示，气候变化预计将使补给量减少35-75%，水位下降7-8米。不同的地下水抽取模拟情景显示了不同的结果。如果保持当前抽取率，水位将下降16米；如果将其减半，则水位下降将降至7米以内。因此，有必要制定可持续政策来缓解这些井水位的下降。

中国北部和半干旱地区经历了严重的地下水枯竭危机。自然原因如区域气候变异性和地下水文地质差异，以及人为因素如农业、工业和城市用水的过度抽取，给这些井带来了巨大压力。这导致地下水位下降和洼地范围扩大。Lancia等人（2022年）[27]对中国地下水的研究表明，北部含水层受到的影响比南部更严重。这主要是由于干旱和半干旱的气候以及过度抽水。他们的模型显示，北部地区的年枯竭量约为16.7立方千米，而南部仅为0.2立方千米。尽管南水北调项目在一定程度上减少了枯竭，但仍需注意，必须解决地下水过度抽取的问题，以减轻其对区域乃至全球的负面影响。越南的湄公河三角洲主要由于过度抽水而导致地下水枯竭。其他因素如海水入侵、土地沉降和洪水动态的变化也加重了这一问题。Le-Duy等人（2021年）[28]的研究表明，浅层含水层的补给受气候效应和地表水的影响更大，因此水位下降较少，而深层含水层由于隔水层的渗透性较低，枯竭更为严重。因此，地表水的渗透对补给的影响较小。然而，由于深层含水层与上游水源更为接近，它可以通过侧向流动帮助补给。

在墨西哥东部-中部地区的Oriental盆地沿海含水层，记录显示年抽取量超过了补给量，为159.8立方千米对比137.4立方千米。这导致水位每年静态下降0.3-0.6米，在某些地方甚至达到了12米。灌溉需求的增加是导致地下水枯竭的主要原因，这一需求占地下水使用量的大约81%。干旱天气、降水量减少、气温上升以及农业扩张和人口增长等因素进一步加剧了水资源的减少。这些因素以及其他水文地球化学因素共同导致了水质下降和盐碱化的加剧。由于一些井水不再适合用于灌溉，农业产量可能会受到影响[29]。在意大利南部的Gioia Tauro沿海平原，气候变化、土地利用变化以及深层热水的上涌是地下水枯竭和盐碱化的驱动因素。据预测，气候变化可能导致有效降雨量减少21%，到2100年海平面上升60厘米，并减少上游的水源补给。农业活动从种植传统作物转向更耗水的作物也增加了地下水的抽取量，给含水层带来了更大的压力。此外，通过主要断层带流入的热盐水改变了地下水的温度、盐度和流动特性。一个基于历史数据校准的综合性数值地下水模型预测，到2100年，浅层含水层的地下水位将平均下降0.30米，盐度将增加76.5%[30]。在阿塔卡马沙漠的跨界沿海含水层中，补给不足和管理不善的用水方式威胁着地下水的供应。除了该地区的干旱气候外，三个国家（秘鲁、智利和玻利维亚）对该自然资源有不同的管理政策。Narvaez-Montoya等人（2022年）的研究通过整合地下水流动模型和潜在的气候趋势预测，从2020年到2040年，地下水枯竭的速度将在每年5-8米之间。这将导致海水入侵量每年增加1120-1175立方千米，从而影响水质。这意味着目前的管理措施在未来几年将不可持续，必须进行修改，并需要与相关利益方充分合作[31]。

表2总结了选定含水层系统的地下水枯竭趋势和系统响应。该表汇集了最近研究中的证据，这些研究考察了不同水文地质和社会环境背景下的地下水枯竭情况。

3.3 气候变化对补给和盐度的影响
在从北非的干旱沿海平原到湿润的中纬度屏障岛和高纬度岛屿含水层等多种水文地质和气候背景下，已经研究了气候变化对咸水入侵和地下水补给动态的影响。最新研究的综合表明，虽然气候变化引起的压力方向基本一致——补给减少、地下水位下降和盐度升高——但其程度、途径和可行的适应策略仍高度依赖于具体环境。

在干旱环境中，预测显示水文压力非常大。在埃及的El-Qaa平原，Soliman和Amin（2025年）[26]以及Robles和Monjardin（2023年）[32]的研究指出，在平均抽取量下，补给量可能减少35-75%，而在大量抽取的情况下，地下水位可能下降7-8米。可持续的抽取量限制为每年1150万立方米，这突显了过度抽取的累积效应。同样，在沙特阿拉伯的Al-Baha，Alghamdi（2023年）[33]发现，气温上升和降水量减少导致补给量下降，91%的地下水样本盐度超过了灌溉标准，表明盐碱化是由蒸发作用引起的。在突尼斯，Neji等人（2025年）[34]记录了2020-2023年长期干旱的水文后果：水位下降了9米，大坝的补给量减少，灌溉面积减少了63%，地下水位盐度达到了21毫西门子/厘米。同位素分析证实了补给量的减少，强调了制定干旱适应策略的必要性。

在半干旱的地中海地区也观察到了类似的下降趋势。Pisinaras（2021年）[35]预测Pinios三角洲的补给量可能减少多达47%，中位数下降了25%。这种减少与咸水入侵密切相关，在未来情景下，氯化物浓度可能增加三倍。以治理为重点的分析进一步强调了这些问题；在突尼斯，由利益方主导的多标准评估已经将管理含水层补给（MAR）列为最易受到盐碱化影响的地区的优先事项。Gaiolini等人（2025年）[36]研究了北巴塔哥尼亚的浅层含水层，发现降水量的减少导致干旱期间平均水位下降2米，海水入侵的风险增加。

在中纬度含水层中，补给量减少仍然是一个主要问题，但存在显著的空间差异。Kovács（2021年）[37]发现，在匈牙利，气温上升和降水量减少导致地下水位下降，特别是在Alpokalja和Mecsek地区，而一些跨多瑙河的山丘地区可能会出现轻微上升。Rouhani等人（2025年）应用卷积神经网络（CNN）模型在RCP4.5和RCP8.5情景下进行模拟，发现温度上升是伊比利亚半岛72%井水受影响的主要因素。在RCP4.5情景下，温度上升1.7摄氏度且降水量减少5.2%导致15%的井水水位下降超过1米；而在RCP8.5情景下，温度上升3.8摄氏度且降水量减少20.2%导致40%的井水水位下降[38]。

尽管北纬和高纬度地区的降水量较高，但由于依赖融雪和海平面的相互作用，这些地区的脆弱性仍然相似。Negm（2021年）发现，在加拿大草原地区，由于融雪减少和蒸发作用增强，年平均补给量可能从10.2毫米下降到3.2毫米[39]。Thissen等人（2025）报告称，在德国的Langeoog屏障岛上，连续五年干旱可能导致淡水层减少20%，而过去只有两次连续干旱引发了盐碱化事件[40]。Lemieux等人（2025）使用SWB2、MODFLOW-2005和SWI2模型模拟魁北克的Magdalen群岛，预测到2050年补给量仍足以满足用水需求，尽管局部井水可能会受到咸水入侵[41]。

全球范围内的分析进一步证实了咸水入侵风险的普遍性。Adams等人（2024年）绘制了北纬60度以下沿海含水层的地图，发现补给量减少是高程度咸水入侵的主要驱动因素，预计到2100年77%的沿海地区将面临风险[42]。补充的模拟研究为这些动态提供了更多细节。Abd-Elaty等人（2019年）[43]表明，补给水温起着关键作用：较高的淡水补给温度会加剧入侵，而较低的温度则可以减少入侵，40摄氏度的温度升高会导致盐度入侵长度增加31.8%[43]。他们的后续研究（Abd-Elaty, Kuriqi & Ahmed, 2024年）使用基于SEAWAT的Henry模型证实，海水和淡水边界处的温度变化显著影响盐度动态，综合温度情景会放大污染风险[44]。

适应策略因地理形态和气候而异。Abd-Elaty和Polemio（2023年）[45]指出，含水层床坡度对入侵风险有重要影响：陆地侧的坡度比海侧或水平坡度更容易导致入侵。他们建议采取针对性的管理措施，例如对陆地侧坡度实施补给和地下坝建设，对水平坡度设置截断墙，以及对海侧坡度采用补给-抽取相结合的策略。同样，Abd-Elaty等人（2021年）[46]强调地区特定的策略：在湿润地区，蓄水坝可将入侵减少40.5%；而在极度干旱的地区，减少20%的抽取量可使盐度降低9.2%[46]。

长期建模还突显了海平面上升、蒸发作用和土地利用之间的复杂相互作用。Gumu?a-Kaw?cka等人（2024年）研究波兰的Vistula和Hel海岬，预测补给量分别为每年21至320毫米和61至359毫米，总体补给趋势稳定或略有上升，因为降水和蒸发作用的相互抵消[47]。然而，预计水力梯度会减弱，使淡水-咸水界面向内陆移动。在RCP4.5情景下，到2100年地下水位可能上升53-96厘米；在RCP8.5情景下，这一数字可能上升69-122厘米，增加了完全失去地下水资源的风险。

在Prince Edward Island的Lennox岛，Stanic等人（2024年）报告称，补给量减少和海岸侵蚀导致淡水体积减少了16%，盐度升高超过11,000毫克/升，远超过饮用水标准[48]。相比之下，风暴潮的影响微乎其微，表明地形和大气因素比偶发事件更为重要。

地中海盆地仍然是压力集中的区域。Lyra等人（2024年）整合了19个Med-CORDEX模型，发现RCP4.5和RCP8.5情景都加剧了咸水入侵，特别是在RCP8.5情景下，氯化物浓度达到海水水平（15,000-20,000毫克/升），并向内陆推进1-2公里[49]。

在地中海以外，非洲盆地的动态有所不同。在多哥的沿海沉积盆地，Barry等人（2024年）预测在RCP4.5和RCP8.5情景下补给量都会增加，土壤对补给量的控制作用较强——在沙质沉积物中较高，在农业和城市化区域较低。补给量变化范围广泛（3-515毫米/年），表明盐碱化风险较低，但污染和积水风险较高[50]。

在太平洋岛屿，Sharan等人（2023年）展示了20世纪后半叶降雨量减少近五分之一、补给量减少超过三分之一的情况下，小岛含水层的极端脆弱性，同时海平面上升了约6毫米[51]。这种补给量减少与抽取量迅速增加之间的不平衡导致盐度增加了58%，咸水界面不断向内陆迁移，深井受影响更为严重。该研究强调了过度抽取和气候强迫的复合压力，突显了在数据稀缺的岛屿系统中进行先进建模和更好调控抽水的迫切需求。同样，在贝宁的沿海地区，Agossou等人（2022年）发现，即使海平面上升和降水量减少，如果结合过度抽取，也会导致咸水入侵区域迅速扩大——预计到2050年这一区域将扩大近30倍[52]。

相比之下，Roshani和Hamidi（2022年）报告称，在伊朗北部未来气候预测下，降水量可能增加，从而暂时改善补给量并提高地下水位，部分抵消气候变化带来的风险[53]。然而，他们警告说，长期来看，人类活动（如工业化和人口增长）可能会抵消这些气候效益。在佛罗里达的Biscayne含水层，Abd-Elhamid等人（2022年）模拟显示，到2060年补给量可能减少30%，海平面上升，导致侧向和垂直方向的咸水入侵[54]。他们的研究发现，表层导电性的降低和含水层隔水层的加深可以减轻入侵，而抽水控制不力和侵蚀会加剧脆弱性。

在干旱且人口密集的地中海加沙沿海含水层，Al-Najjar等人（2022年）预测由于气候变化导致的降雨量减少、气温上升和用水需求增加，地下水将严重枯竭，咸水入侵加剧[55]。结合随机神经网络模型预测，地下水位每年可能下降2.5%。适应措施如淡化和处理后的废水回灌显示出显著的恢复潜力。这些结果强调了在气候和人口压力下整合非常规水源以稳定含水层系统的必要性。在印度东南部，Sathish等人（2022年）观察到降水量减少和快速城市化将导致地下水大幅减少，尽管海平面上升可以通过提高水位来部分缓解这一影响[56]。然而，这种暂时的缓解伴随着淡水储存量减少和咸水入侵风险增加的代价。

Das等人（2021年）研究了恒河三角洲的不同气候动态，发现厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）和印度洋偶极子（IOD）等大规模水文气候振荡直接影响地下水补给和盐度[57]。厄尔尼诺现象引起的降雨不足导致地下水显著减少和盐度升高，尤其是浅层含水层受到严重影响。这种周期性的气候变异性增加了沿海含水层恢复力的不确定性，需要在干旱期间采取适应性抽水措施。在希腊的Pinios河三角洲，Pisinaras等人（2021年）发现降水减少和蒸发作用增强导致补给量大幅减少（在远期情景下减少多达47%），盐度增加超过100%[35]。虽然海平面上升加剧了入侵，但降水减少是更主要的压力因素，表明在水资源依赖型经济（如旅游业和农业）中，节水和高效灌溉是关键的适应措施。

在东非，Ramos等人（2020年）发现降雨量的变化比抽取量对肯尼亚沿海含水层的补给和盐度动态影响更大[58]。多年干旱期间咸水楔体的内陆推进表明，短暂而强烈的降雨事件对恢复潜力有重要影响，突显了依赖地下水的经济（如旅游业和农业）的脆弱性。Abd-Elhamid等人（2020年）[59]和Abd-Elaty等人（2019年）[43]的理论和区域建模研究进一步支持了这一模式，表明补给减少与海平面上升的结合显著加速了咸水入侵，而含水层几何形状和坡度则强烈调节了盐碱化的程度。在像吉布提的Tadjourah含水层这样的干旱沿海系统中，Razack等人（2019年）发现，尽管抽水量低且稳定，但在所有未来气候情景下，咸水入侵仍然持续存在，这主要是由于长期降雨变化和海平面上升所致。含水层无法从偶发性干旱中恢复，突显了极端干旱地区补给与储存之间的脆弱平衡[60]。同时，Akbarpour和Niksokhan（2018年）表明，在伊朗的里海沿岸含水层中，城市化和抽水压力可能超过气候影响。他们的SWAT–MODFLOW–SEAWAT综合模拟显示，虽然湿润气候可以稳定地下水位，但干旱和高抽水情景会导致水位急剧下降和淡水储存量减少[61]。在阿曼北部，Al-Maktoumi等人（2018年）利用RCP 2.6、4.5和8.5情景，通过MODFLOW和MT3DMS模拟证明了气候变化和海平面上升如何共同加剧Jamma和Samail下流域（SLC）含水层的地下水压力，研究时间分别为2050年和2070年[62]。Jamma含水层已经过度开采，日抽取量达到243,695立方米，超过了80,000立方米的补给量，但地下水位却出现了10-13厘米的虚假上升，这不是由于实际补给增加，而是由于海平面上升导致的咸水储存。盐度预测显示，到2050年和2070年，Jamma的盐碱化面积将分别扩大32%至38%，1500 ppm的盐度线将向内陆推进750-900米，导致多达900公顷的农田不再适合耕种。海平面上升成为主要的退化驱动因素，盐度以每年约30米的速度向内陆扩散，而降雨和蒸散量的变化则可以忽略不计[62]。在西班牙的Plana Oropesa–Torreblanca含水层中，Pulido-Velazquez等人（2018年）使用SEAWAT模型、RCP8.5预测、土地利用变化以及+0.19米的海平面上升进行了研究。结果表明，盐度响应具有空间异质性：Torreblanca中部地区由于补给减少和灌溉加剧而出现暂时性盐度增加，而Oropesa南部地区则随着农业用地向城市用地转变而长期改善[63]。在韩国的Byeonsan2井中，Chun等人（2018年）应用SUTRA模型，在RCP 4.5和8.5情景下量化了海平面上升和补给变化的综合影响。在高海平面上升情况下，咸水入侵推进了约17米；而在低补给情况下，盐度急剧上升（高达40.3%），而在RCP 8.5情景下，较高的降水量减少了入侵，将盐度增加限制在7.7%[64]。Hugman等人（2017年）在葡萄牙的Queren?a–Silves含水层中预测，到2050年补给量下降和年际变化将导致咸水入侵范围分别增加0.5-2公里，到2100年增加至3.5公里。适应性策略，如减少25-50%的灌溉取水量或每年增加10×10^6立方米的强化管理补给（MAR），可以将入侵范围减少0.5-1公里[65]。在突尼斯的Korba沿海平原，Slama等人（2020年）证明，在干旱期间渗透受限会加剧溶质积累和蒸发浓缩，从而加剧盐碱化，而在湿润期间则有利于部分淋溶，但仍受空间限制[66]。表3总结了全球沿海含水层受气候变化的影响[3]。该表汇总了2019-2025年的最新研究，评估了气候变化对沿海含水层补给、水位和盐度的影响。研究结果按地区（非洲、亚洲、欧洲、北美洲、南美洲、大洋洲以及全球/概念性研究）分类，以突出气候压力、海平面上升和补给动态的空间差异。它说明了不同气候情景（如RCP 4.5、RCP 8.5、SSPs和局部干旱事件）如何影响地下水与咸水的相互作用，强调了在不同气候条件下各地区在脆弱性、补给趋势和管理响应方面的差异。

平衡沿海含水层的地下水利用和保护对于确保在城市化、农业和气候变化不断增加的压力下的长期水资源安全至关重要。沿海含水层是高度敏感的系统，过度抽取或管理不善可能导致咸水入侵、地面沉降和地下水质量下降。在这些环境中实现可持续性需要一种综合方法，结合技术、水文和生态解决方案，以优化水资源利用的同时保护含水层完整性。最近的研究强调，通过监测、建模和补给增强等适应性管理，是维持这些脆弱地下水资源利用与保护之间平衡的最有效途径。

4.1. 技术方法
沿海含水层的可持续管理需要技术方法来平衡地下水抽取与防止盐碱化、污染和枯竭。近期文献中，建模、监测和管理工具的整合反映了通过创新的水文地质、计算和基于自然的方法来实现这一平衡的日益重视。回顾的研究表明，多模型框架、管理补给（MAR）优化、决策支持系统以及地球化学或遥感分析等方法正在逐渐统一，这些方法共同增强了人们对人类活动、地下水流动和咸水入侵过程之间相互作用的理解。图4展示了平衡沿海含水层利用和保护的技术方法[4]。该图展示了支持沿海地区可持续地下水管理的关键科学和决策方法，包括建模、监测、水化学分析和水文地球物理特征描述。大量研究采用数值和概念建模来评估补给动态、盐度传输和含水层脆弱性。例如，Haritha、Raicy和Elango（2025年）在印度金奈开发了一个长期监测和MAR框架，证明持续的补给干预可以恢复含水层储存并稀释盐度，前提是将连续的水化学监测纳入系统设计[67]。同样，Lemieux等人（2025年）使用一系列决策支持模型研究了加拿大的Magdalen群岛，模拟了水资源利用、补给潜力和咸水入侵，表明动态模型耦合有助于可持续产量的情景测试[41]。
除了数值建模和水化学评估外，水文地球物理方法在沿海含水层特征描述中也起着重要作用，特别是在识别咸水地下水分布、划定淡水-咸水界面和检测地下异质性方面。电阻率层析成像、电磁调查及相关地球物理方法被广泛用于提供非侵入性的空间信息，补充钻孔数据并支持地下水监测和模型校准。这些方法在盐度分布高度空间和深度变化的沿海环境中特别有价值，因为在这些地方直接地下观测往往受到限制。
水化学和同位素分析也成为追踪补给来源和污染途径的强大技术方法。Jiang等人（2025年）结合多变量统计分析和地球化学建模，区分了中国沿海含水层中的人为硝酸盐污染和自然盐碱化过程[68]。他们的方法表明，地下水成分可以作为土地利用影响的指标，尤其是在人口密集地区。同样，Abd-Elaty等人（2024年）和Gaiolini等人（2025年）应用主要离子化学和同位素指纹技术来识别混合区和量化咸水入侵强度[69,70]。
纳入管理补给（MAR）和人工补给结构仍然是平衡地下水抽取和补充的常用策略。Haritha等人（2025年）证明，工程补给池结合长期监测可以提高含水层质量和储存稳定性[67]。此外，Al-Maktoumi指出，补给成功率受水文地质和操作因素（如土壤渗透性、地下水位深度和补给水质，包括盐度）的显著影响，这在关于干旱和半干旱地区MAR干预的全面回顾中得到了强调[72]。在半干旱的突尼斯，Abd-Elaty、Kuriqi和Ahmed（2024年）证明，将MAR与水化学评估相结合可以有效减轻沿海平原的咸水入侵，前提是补给水与本地地下水保持可接受的化学兼容性[44]。这些例子表明，MAR的效果取决于具体环境，其在沿海环境中的有效性受到岩性异质性、渗透能力和源水盐度的限制。
沿海含水层管理中建模复杂性的发展表明，从一维溶质传输模拟转向了能够整合气候变异性的三维水文地质模型。研究表明，增加模型复杂性可以提高补给和盐度模式的预测准确性，即使在不同的校准期或边界条件下也是如此[74,75]。后续工作通过将区域气候模型输出与地下水模拟相结合，扩展了这些框架，表明多模型集合可以减少补给估计的不确定性。动态连接气候强迫与水文过程的能力对于预测沿海系统的长期可持续性至关重要[76,77]。
一个新兴的技术方向是整合地理信息系统（GIS）、多标准决策分析（MCDA）和人工智能（AI），以评估空间脆弱性并优化地下水管理。已经证明，GIS-MCDA技术可以识别优先补给增强和污染预防区域，为政策制定者提供空间明确的决策框架[78,79]。同样，基于GIS的建模结合卫星遥感已被应用于评估地中海沿海盆地的补给潜力和盐度变化，得出空间工具显著改善了MAR和监测站选址的结论[80]。基于AI的水文建模还结合了机器学习算法来识别地下水-盐度相互作用中的模式，提高了在波动抽水率下的入侵阈值预测[81,82]。
在区域尺度上，气候变化和变异性对沿海含水层过程有强烈影响，促使多项研究采用模型集合来量化不确定性。例如，评估了多种全球和区域气候模型组合对地中海地区补给变化的影响，得出不确定性更多来自模型变异性和降尺度方法而非排放情景的结论[83,84]。进一步强调，在水文地质模拟中整合气候预测对于主动水资源规划至关重要，因为降雨结构或蒸散量的微小偏差可能会显著改变补给估计。类似的研究也指出，高分辨率气候预测与基于物理的模型结合使用，可以提高区域地下水预测的可靠性[85,86]。
监测创新在维持利用与保护之间的平衡中也起着关键作用。连续的地下水位和水化学数据已被用于评估MAR的效果[79]，而多目标优化模型已被应用于管理小岛含水层中的竞争性水资源需求[87]。在突尼斯，Wadi El Bey沿海含水层中，时空地下水监测与基于观测的数值流动模型校准相结合，证实了整合现场测量数据显著提高了模型的预测可靠性[88,89]。
除了水文地质和计算方法外，决策支持和政策关联的建模框架也被认为是科学与管理之间的关键接口。为Magdalen群岛开发的决策支持系统是一个典范，展示了如何将建模结果转化为地方水资源治理结构[90,91]。同样，加拿大背景下的参与式建模工作强调了利益相关者积极参与模型开发的必要性，增强了模型的合法性并提高了在地方水资源治理中成功实施的可能性。Millstream Creek流域的基于系统的参与式建模表明，与居民、地方政府和流域团体的共同创建有助于理解复杂的流域动态并制定综合管理策略[92,93]。
虽然回顾的技术方法总体上提高了对地下水-盐度动态的理解，但仍存在一些限制和研究空白。首先，模型不确定性是一个重要约束，源于模型参数化、校准数据集和气候强迫的变异性[94]。其次，特定地点的水文地质条件限制了模型的可转移性；例如，在地中海或北非含水层中验证的方法可能不直接适用于加拿大或北欧等湿润沿海地区。第三，由于潜在的堵塞、水质恶化和随时间减少的渗透能力，MAR系统的长期可持续性仍不确定。最后，特别是在发展中的沿海地区，数据稀缺限制了集成模型的校准精度和水平衡评估[95,96]。
为了克服这些挑战，文献越来越多地支持结合基于物理的和数据驱动的模型的混合和多尺度框架，整合水化学验证，并将模型输出与政策情景联系起来。混合系统得到了倡导，其中机器学习增强了基于物理模型的预测能力，同时不牺牲可解释性[36,38]。这种综合方法利用了不同建模范式的优势，同时缓解了各自的弱点。此外，将气候模型集合与水文地质模拟相结合，可以提供未来补给量的概率范围，而不仅仅是单一的确定性预测，为管理决策提供了更坚实的基础[40,46]。总体而言，系统提取过程表明，沿海含水层研究中的技术方法可以分为几个重复出现的类别。首先，基于物理的数值模型，如MODFLOW、SEAWAT和MT3DMS框架，被广泛用于模拟在变化抽水和气候情景下的地下水流动、盐度传输和含水层响应。其次，常应用水化学和同位素方法来识别盐碱化路径、混合区、补给源和污染过程。第三，管理性含水层补给（MAR）作为一种关键的干预措施，用于恢复地下水储存和减轻盐水入侵，尽管其有效性仍强烈依赖于特定地点的水文地质和水质条件。第四，GIS、遥感和多标准决策分析支持对脆弱区域、补给潜力和适宜干预地点的空间筛选。第五，人工智能和机器学习方法越来越多地被采用来改进盐度预测、脆弱性分类和数据驱动的预测。最后，水文地球物理方法提供了对地下盐度分布和含水层异质性的非侵入性表征，补充了监测和模型校准。综合来看，这些方法表明了一个明确的趋势，即朝着综合的多方法评估框架发展，以实现可持续的沿海含水层管理。

4.2. 政策与治理
除了技术干预措施外，政策和治理框架在平衡沿海含水层的地下水使用和保护方面至关重要。在回顾的文献中，有效的地下水治理与抽水控制、补给区的保护、协调的土地利用规划、废水管理以及将沿海适应措施纳入水资源决策制定相关联。在这个背景下，地下水危机不仅被视为水文问题，也被视为与监管、机构协调和长期规划相关的治理挑战。国际和地区性倡议为这一更广泛的治理视角提供了重要基础。Sustain-COAST项目强调了合作和创新治理对于脆弱沿海含水层的重要性[99]。同样，联合国可持续发展目标6强调清洁水、卫生设施、水质改善、生态系统保护和综合水资源管理是全球水资源安全的优先事项[100]。在地区层面，如GEF MedProgramme这样的合作倡议进一步表明了需要采用跨界和基于生态系统的办法来应对沿海地下水系统的压力[101]。这些更广泛的框架与强调地下水可持续性取决于地下水储量、含水层性能和含水层治理之间相互作用的研究一致[102]。地方政策案例有助于说明这些更广泛的原则如何转化为实践。在菲律宾，沿海和水资源治理工具展示了国家和地方政策如何通过分区、生态系统保护、废水处理和替代水源开发来支持含水层的韧性。根据《地方政府法》（RA 7160），地方政府单位有责任在其管辖范围内制定分区条例和管理水资源[103]。同样，2004年的《菲律宾清洁水法》（RA 9275）支持废水处理和替代水源的开发，以减少对地下水储备的压力[104]。同时，如众议院第7767号法案提出的沿海管理措施，如红树林缓冲区，突显了基于生态系统的保护在减少风暴潮、盐水入侵和与气候相关的沿海风险中的作用[105]。这些例子与解决政策空白、机构协调不足以及治理系统中沿海地下水保护不足的广泛呼吁相一致[106]。

表4总结了在回顾的文献和政策文件中确定的选定政策和治理方法，并提供了相应的参考文献以供追溯。

4.3. 基于自然的解决方案
在过去十年中，基于自然的解决方案（NbSs）已经从概念框架发展成为实际可行的组成部分，并被整合到可持续沿海管理计划中。如今，NbSs在全球范围内得到研究，并在不同组织（如国际自然保护联盟（IUCN）、联合国环境规划署（UNEP）和欧盟委员会的推动下得到应用[113]。NbS被定义为一种新兴的可持续方法，被认为对于维持含水层的韧性至关重要，特别是在面临各种环境和水文挑战（如盐水入侵、过度抽取导致的地下水枯竭、地下水污染和气候变化）的沿海地区[114]。从回顾的文献中综合得出的沿海含水层管理的基于自然的解决方案（NbSs）的概念框架如图5所示。该图展示了应用于沿海含水层的基于自然的解决方案的主要类别和机制。NbS作为一种生态替代方案，依靠生态系统的自然功能和过程来帮助限制海岸侵蚀和减轻洪水[113]。在沿海地区，NbSs利用自然过程来抵御风暴潮、增强地下水补给、减少侵蚀、对抗盐水入侵并改善水质。NbSs的几个实际应用展示了基于生态系统的解决方案如何支持沿海含水层的可持续性，包括管理性含水层补给（MAR）的恢复；湿地、红树林、盐沼和沿海珊瑚礁的修复；以及在城市化沿海区域整合绿色基础设施或植被缓冲区[115]。

在沿海地区广泛采用的一种方法是将植被整合到渗透系统中。这包括湿地的恢复、沙丘的稳定以及红树林带的修复，这些措施有助于（1）过滤雨水径流中的沉积物和污染物；（2）消散波浪能量，从而减少土壤侵蚀；（3）保留并逐渐释放雨水径流，增加含水层补给。这些生态NbSs作为自然的水文缓冲区，储存多余的地表水并通过渗透逐渐释放，模仿了MAR的过程。湿地在土壤中捕获洪水，沙丘通过透水层吸收降雨，有助于在咸水地下水上方形成淡水层，而红树林根系减缓波浪能量和地表径流，促进沉积物沉积，并在适宜的场地条件下支持土壤-水过滤过程，可能减少悬浮物质和污染物进入相邻补给区的传输[107,110]。Ferreira等人（2023）进一步强调，湿地通过土壤-水相互作用帮助调节渗透并改善水质[116]，而另一项研究表明，沿海系统可以消散波浪能量、稳定沉积物并帮助保持水力梯度[117]。此外，van Hespen等人（2023）进一步讨论了密集的红树林带显著减少了风暴潮和沉积物损失，保护了地下淡水-咸水界面[118]。

在美国Piermont Marsh进行的一项研究中，Peter Sheng等人（2022）表明，沿海湿地的恢复减少了8-11%的风暴引发的洪水损失，并在预测的海平面上升情况下保持了缓冲能力[119]。湿地捕获了沉积物并减缓了径流，有助于稳定海岸线并维持低洼含水层的补给。在全球范围内，Paxton等人（2024）绘制了252个在沿海生态系统中实施的NbSs地图，发现它们对沿海保护和水资源调节有持续的好处，但很少有项目可以归类为对地下水的影响[120]。这指出了将地表NbSs与地下水文监测联系起来的研究空白。Montalván等人（2024）在厄瓜多尔Santa Elena半岛的Manglaralto河流域的研究发现，该地区面临季节性水资源短缺和盐水入侵的威胁，设计了一种由当地沙子、砾石和粘土组成的冲积堤坝，以促进含水层补给并作为低影响的液压屏障，同时保留地表径流。这种冲积堤坝的功能类似于MAR系统，但采用了一种被动和基于自然的方法，依赖于自然梯度和透水材料而不是泵送。冲积堤坝还利用河岸植被的恢复来帮助稳定河岸，从而改善渗透并防止侵蚀。这项研究表明，NbSs结合了技术效率和生态恢复，有助于增强地下水补给并对抗脆弱含水层的盐水入侵。

同样，Henao Casas等人（2025）的一项研究通过将树木整合到过滤池中开发了一种混合NbS，以增强含水层补给和生态系统性能[122]。尽管这项研究是在非沿海地区进行的，但它考察了植被在不同渗透设置下的水文和土壤参数的影响。添加树木产生了积极的结果，显著提高了渗透率、土壤有机质、碳封存、团聚体稳定性和土壤水分保持能力，同时支持生物多样性。这种方法在沿海含水层系统中同样相关，因为研究表明，混合NbSs结合了自然和工程方法，以实现可持续的地下水恢复，同时支持生态系统恢复、碳封存和土地生产力原则，这些原则可以适应沿海地下水管理框架。Pulido-Esquivel等人（2025）和Jawabreh等人（2025）的支持性研究证实，农林业和植被恢复改善了渗透和土壤结构机制，适用于沿海补给恢复[123,124]。内陆研究也提供了有用的见解，例如Pulido-Esquivel等人（2025）在墨西哥半干旱地区进行的研究，该研究使用了农林业系统，显示出与单一种植相比，土壤水分保持能力得到改善，蒸发减少，渗透率提高[123]。尽管这项研究是在内陆地区进行的，但改善土壤结构、恢复植被覆盖和调节地表径流的框架也可以应用于地下水补给下降且面临重大威胁的沿海流域。同样，Jawabreh等人（2025）发现，约旦Wadi Rum保护区的生态系统恢复增加了渗透和土壤稳定性，证实了植被恢复可以在干旱和沿海景观中恢复水文平衡[124]。

除了增加地下水补给外，NbSs还改善了地下水质量。一项研究表明，植被过滤湿地能够通过根系-土壤生物降解去除52-100%的污染物，确保更清洁的地下水补给和更好的含水层可持续性。这项研究表明，NbSs可以在保护含水层免受污染物的同时，作为持续活跃的自然过滤过程[105]。Kebede等人（2024）的综述还发现，全球超过80%的基于NbS的MAR应用在地下水补给和含水层补给方面取得了积极成果[125]。然而，多项研究也强调了需要长期监测、社会经济评估和政策整合，以确保NbS努力的可持续性[126]。Van Doornik等人（2024）对荷兰和不列颠哥伦比亚省项目的比较分析表明，虽然试点NbSs表现有效，但其在水文环境中的规模化和整合仍然有限[127]。这与Oliver & Marsters（2022）的研究类似，该研究发现，全球64%的NbSs是绿色-灰色系统的混合体，实现了比灰色基础设施高28%的价值和低50%的成本；然而，它们仍然受到机构碎片化的限制[115]。

从治理角度来看，NbS的结果主要依赖于强大的机构框架、明确的监测指标和多方利益相关者的合作[121,122]。这与Van Doornik等人（2024）的观点一致，他们提倡将沿海适应规划与地下含水层管理相结合，以实现长期的可持续含水层韧性[127]。总体而言，多项研究证实，NbSs作为综合的社会生态系统发挥作用。植被补给区、生态系统恢复项目和如冲积堤坝这样的混合结构表明，我们可以利用自然过程来维持地下水平衡并改善水质，当在沿海地区战略性地使用并实施强大的框架时，这些方法提供了气候适应性强、成本效益高且由社区推动的可持续地下水使用和保护方式，最终将带来沿海地区的水资源安全[113,114]。

随着研究的不断扩展，NbSs越来越多地被视为连接生态系统保护、气候适应和社会经济韧性的“基石”，使NbSs成为可持续地下水和含水层管理的重要策略[96]。然而，尽管得到了全球认可，但由于大多数NbSs仍处于实验阶段，因此采用NbSs进行沿海风险管理的科学证据和跨学科努力仍然不足[124]。

4.4. 新兴创新工具
地下水系统的日益复杂性促使了支持监测、评估和可持续管理的先进创新工具的发展。从数值建模到人工智能（AI）的创新，诸如MODFLOW、SEAWAT和MT3DMS等数值模型长期以来一直为模拟地下水流动和溶质传输提供了基础。美国地质调查局（USGS）将SEAWAT称为一种公共领域的通用计算机程序，用于模拟三维变密度地下水流动，并结合多种溶质和热量传输。它使用MODFLOW和MT3DMS来创建数据集并可视化结果。图6展示了沿海含水层管理新工具的概念框架。该图总结了沿海含水层管理领域的最新创新。近年来，将现有的数值模型与地理信息系统（GIS）、遥感（RS）和气候数据集相结合，标志着在捕捉沿海含水层的动态和空间复杂性方面取得了重大进展。RS和GIS支持大规模的地下水系统、盐度分布和土地利用变化映射，这些因素直接影响含水层的补给及其脆弱性。像SEAWAT和MODFLOW这样的数值模型可以模拟海水入侵，并预测海平面上升及其变化率。此外，模型的混合使用使得模拟和预测更加适应性和现实性。例如，在中国龙口市进行的一项研究将SEAWAT模型与现有的GALDIT方法结合，以评估沿海含水层对海水入侵的动态脆弱性。Al-Hadhrami等人（2024年）在阿曼的萨拉拉沿海平原使用MODFLOW-MT3DMS模型预测了到2040年的盐度迁移和可能的水头下降情况，从而确定了可持续开采的阈值。Abd El Ghany等人（2024年）进一步结合了Visual MODFLOW-MT3DMS模型模拟、卫星衍生的CHIRPS降雨数据和MODIS蒸散数据集，评估了埃及Moghara含水层在土地开垦和当前气候条件下的情况。这些研究表明，将数值模型与额外的空间和气候数据集相结合可以提高预测的准确性，从而有效支持可持续管理。然而，这类模型仍然计算密集且数据需求高，这增加了其在数据稀缺地区的应用限制。

除了数值建模之外，人工智能（AI）和机器学习（ML）作为一种更具变革性的方法，能够检测复杂含水层系统中的非线性关系。诸如Random Forest、CatBoost和LightGBM等AI框架在预测盐度水平、识别污染源和分类地下水脆弱性方面表现出色。Pham等人（2022年）在越南的含水层中开发了首个混合随机森林–萤火虫和随机森林–灰狼优化器模型，准确率超过95%，而Kassem等人（2025年）使用LightGBM、CatBoost和XGBoost等ML模型，在预测总溶解固体（TDS）方面实现了约0.99的R2值，进一步证明了AI在预测海水入侵方面的精确性。这两种模型通过从大型异构数据集中训练和学习，优于传统的回归和地质统计方法，提供了可用于复杂水文地质环境的可靠预测。另一方面，Haffert等人（2024年）提出了AI-Quifer框架，利用ML技术从海洋学和地球物理数据集中检测海淡水（OFG），为发现海底下的淡水储备提供了新的可能性，展示了沿海恢复力的未开发前沿。Sharan等人（2023年）还应用遗传编程（GP）和高斯过程回归（GPR）方法进行盐度预测，即使在数据输入有限的情况下也实现了超过0.9的R2值，突显了AI在数据稀缺地区的潜力。Msaddek等人（2025年）提出了一个多阶段ML方法——CatBoost–ExtraTrees集成模型，在预测盐度水平方面实现了超过0.95的R2值，进一步展示了这些新兴工具在干旱和沿海地区的可扩展性和效率。

与此同时，深度学习和遥感对于监测水质和空间制图至关重要。Chahid等人（2025年）使用CNN-TabNet深度学习模型绘制了沿海含水层的硝酸盐污染图，准确率达到81%，证明了深度学习模型可以有效地应用于空间和时间数据集。Dang等人（2021年）利用RS和GIS监测越南湄公河三角洲的湿地-含水层，揭示了湿地水动力如何调节补给和盐度平衡。这两项研究都展示了将观测数据与AI结合的重要性，有助于理解地表和地下之间的联系，这对可持续地下水管理至关重要。基于物联网（IoT）的应用和系统的出现也增强了实时监测能力。Espinoza Ortiz等人（2023年）设计并使用了一个低成本的IoT网络，可以每15分钟监测一次地下水位和温度。借助IoT，连续的实时数据集变得可用于水资源管理。Fiorese等人（2025年）结合SWAT-MODFLOW模拟了喀斯特沿海系统的地下和地表相互作用，在变化的气候条件下，其RMSE为0.22米。基于GIS的框架也发展出了空间决策工具。Bilal等人（2025年）应用GIS-AHP方法，根据坡度、渗透性和降雨量确定最佳海水抽取点，而Sajib等人（2025年）开发了地下水质量指数（GWQI）模型，结合水化学数据和GIS评估含水层退化情况。Stephen Pitchaimani等人（2024年）使用RS-GALDIT和GALDIT-GIS框架绘制了由于土地利用变化导致的海水入侵脆弱性图，有助于改进沿海风险管理。

在北美，El Alaoui等人（2025年）结合GIS、PCA和DRASTIC绘制了摩洛哥Temara沿海含水层的污染脆弱性图，识别出硝酸盐和盐度热点区域，为确定可能的抽取区和土地使用政策提供了指导。这些研究表明，先进的建模、AI、GIS和IoT是有效的工具，有助于沿海含水层的评估和管理。然而，由于许多模型需要大量的数据集和计算资源，这些工具在数据不足的地区应用受到限制。此外，AI和数值模拟具有高预测准确性，将水文现实与ML可解释性相结合仍是研究前沿。未来的研究人员应关注混合模型、开放访问网络和跨领域同化，以进一步将数据驱动的见解转化为现实。

本综述发现，沿海含水层作为高度敏感的社会环境系统，受到地下水抽取、土地利用压力和气候引起的水文变化的影响。其中，沿海地下水储备对枯竭和海水入侵（SWI）的脆弱性日益增加，特别是在水资源需求增加和全球气候变率加剧的情况下。来自不同地理环境的证据一致表明，淡水-海水水力平衡的破坏，加上补给模式的变化和治理限制，使这些含水层面临长期退化的风险。海水入侵是沿海含水层面临的最普遍和加速的威胁之一。在自然平衡条件下，淡水水头保持向海的方向的水力梯度，限制了海水向内陆渗透。然而，持续的地下水抽取减少了这种压力平衡，促进了咸水向内陆迁移，并随时间恶化水质。来自埃及、突尼斯、希腊、东南亚和多个岛国的沿海含水层系统的实证观察显示，在当前抽取实践和预测的气候情景下，盐度化趋势明显。气候变化通过海平面上升、降水驱动的补给减少和蒸发蒸腾加剧而加剧了SWI风险。在三角洲低地和小型岛屿系统中，即使海平面上升幅度很小，也会导致淡水-海水边界发生显著变化，对水资源安全、农业和生态系统稳定性构成直接威胁。主要由农业扩张、城市扩张和监管不足引起的地下水枯竭进一步加剧了含水层的脆弱性。在Cauvery三角洲和北非沿海平原等地区，过度抽水导致地下水位持续下降，失去了自流条件，一些系统出现不可逆的含水层压实和储存损失。这些情况削弱了含水层的缓冲能力，形成了反馈循环，使地下水位下降加剧了对地下水抽取的依赖，加速了枯竭和对SWI的敏感性。气候变化引起的补给模式变化加剧了这些风险。降水量减少、季风动态变化以及干旱频率增加减少了有效渗透，而短时间高强度降雨则导致快速径流而非地下水补给。地中海盆地和加拿大草原地区的区域证据表明，预计的变暖情景将进一步降低补给率并延长旱季地下水短缺。

为平衡地下水使用与含水层保护，已经开发了多种缓解措施。图7展示了沿海含水层管理策略的影响和实施复杂性框架。技术干预措施如管理性含水层补给（MAR）越来越多地被用来人工增强含水层储存并恢复水力梯度，使用处理过的废水、雨水或分流的地表水作为补给源。然而，MAR系统的成功很大程度上取决于水文地质适宜性、水质控制以及持续的操作和监测投资。补充的工程措施，如地下坝、水力屏障和淡水注入井，在局部取得了成功，但通常成本较高，仅在经济价值高的沿海地区可行。同时，数值建模、地理空间数据同化和机器学习的进步使得抽水制度的优化和更准确的含水层响应预测成为可能，表明了向数据驱动管理的转变。图7展示了沿海含水层管理策略的影响和实施复杂性框架，根据潜在影响和实施复杂性对管理方法进行了分类。除了技术策略外，政策和治理框架也对地下水结果起着关键作用。如取水许可、抽水上限、土地使用分区和强制安装水表等监管工具在监测系统足够健全的情况下显示出有效性。在欧洲和地中海部分地区实施的综合海岸带管理（ICZM）试图协调地下水管理与更广泛的发展规划；然而，分散的机构责任和数据限制常常限制了发展中国家的实施。基于自然的解决方案（NbSs）为含水层保护提供了另一种或补充途径。红树林和沙丘恢复、湿地修复和洪泛区重新连接等干预措施增强了自然补给过程，同时增强了含水层对咸水入侵的抵御能力，并加强了沿海生态系统的韧性。尽管前景广阔，NbSs需要长期的时间框架、稳定的土地所有权和强烈的社区参与，强调地下水可持续性不仅是水文或工程挑战，也是社会政治挑战。

可以推断，在确保沿海含水层的可持续性方面，必须考虑气候变化的影响。由于气候变化的影响，问题日益严重。这是一个无休止的循环，或者是人类活动引起气候变化、气候变化导致海平面上升、含水层盐分入侵以及人类活动导致含水层储量减少之间的相互作用。这是一个全球性的问题，最初可以通过调节消费并解决其原因来解决。各国已经实施了水资源使用规定。理想情况下，最好寻找替代水源并开发适合饮用的地表水处理方法。世界各地的政府应该紧急应对水资源危机，因为研究表明这一危机在未来几年内可能会逐渐缓解。应当制定更严格的政策并实施长期解决方案。恢复湿地、建立绿色红树林缓冲区、修筑堤坝和防洪堤是一些临时且直接的解决方案，用于保护和维护沿海含水层。长期解决方案则包括交替使用地下水和地表水以满足需求，并解决气候变化的根本原因。由于这一问题影响到所有国家，根据联合国可持续发展目标6（SDG 6）的要求，提供整合水资源管理的政策将是最佳行动之一[13,123]。研究表明，政府缺乏协调和有效管理是导致水资源储备减少的主要原因。利益相关者和政府应积极向公众宣传忽视这些水资源危机所带来的后果。

尽管在理解沿海含水层行为以及开发技术、政策和基于自然的策略方面取得了显著进展，但仍存在一些关键的研究空白，这些空白限制了沿海地区可持续地下水管理的效果。其中最突出的问题是长期高分辨率监测数据的缺乏，尤其是在经历快速气候变化和土地利用变化的地区。在许多沿海流域，水位和盐度观测网络分布稀疏、不均衡或跨机构管辖范围存在分割。因此，诸如补给率、盐水界面动态和含水层缓冲能力等关键参数的估计往往存在较大不确定性。这种数据限制不仅影响了实时资源管理，还影响了数值模型和预测模型的校准与验证，从而降低了基于情景评估和气候适应规划的可靠性。为解决这些问题，需要建立综合监测框架，包括扩展的观测井网络、用于持续监测水位和盐度的传感器技术以及基于遥感的补给量估算方法，以建立一致的多尺度观测基准，支持模型校准、早期预警和适应性沿海含水层管理。

另一项研究发现的问题是现有研究在主题分布上的不平衡。虽然近期文献对气候变化的影响给予了大量关注，但专门研究过度抽取和枯竭机制以及控制盐水入侵直接过程的研究相对较少。这种不平衡限制了对抽水阈值、含水层响应时间、界面移动以及抽取、补给减少和盐度动态之间反馈机制的理解。未来的研究应更加重视对这些问题的针对性研究，以更好地支持脆弱沿海含水层的风险评估、早期预警和管理设计。

另一个重要的研究需求是缺乏充分发展的社会水文模型，这些模型能够明确整合人类行为、治理安排和生计依赖性与含水层系统动态。现有的建模框架通常侧重于水文地质过程，而将地下水抽取决策（如农业灌溉对干旱的响应、非正式水交易或遵守监管规定）视为外部或简化的因素。这种分离可能导致管理策略在技术上可行，但在实际操作中存在社会、经济或制度上的不现实性，尤其是在当地对地下水依赖性强、非正式用水安排普遍或权力结构分散的地区。未来的研究应推进社会水文和决策支持框架的发展，将社会、经济、文化和政治因素与水文参数相结合，以更好地预测实际的水资源使用情况。研究人员应关注数据行为、治理响应和管理权衡的整合。

要解决技术解决方案与治理框架之间的持续不匹配问题，仅仅改进工程设计是不够的。有效实施需要适应性强的综合治理体系，使技术干预措施与监管能力、机构协调、利益相关者参与和当地社会经济条件相一致。实际上，这意味着将地下水模型和技术选项与可执行的抽取控制措施、土地利用规划、长期监测、融资机制和参与式决策支持过程相结合。这种协调有助于确保技术上有效的措施在社会上可接受、在制度上可行，并具有长期可持续性。

对适应性和混合管理策略的需求也越来越明显。虽然诸如人工补给（MAR）、水力屏障和优化抽水制度等工程干预措施在局部表现出有效性，但其广泛应用往往受到成本、维护要求和地质适宜性的限制。相比之下，基于自然的解决方案（如湿地补水、红树林恢复和沙丘修复）虽然具有长期韧性和生态系统协同效益，但需要较长的实施时间和协调的土地利用规划。新兴共识认为，可持续的沿海含水层治理将依赖于结合工程稳定措施与生态恢复和监管监督的综合管理方案。开发此类混合解决方案需要跨学科合作，涵盖水文地质学、生态学、社会经济学和政策分析等领域。

与气候变化相关的不确定性也是一个紧迫的挑战。未来补给模式、海平面上升趋势和极端水文气象事件的不确定性难以预测，尤其是在本地气候数据稀缺的地区。尽管降尺度技术和基于机器学习的校正方法正在进步，但其稳健性、可转移性和在不同地质条件下的适用性仍存在疑问。此外，研究分布不均也是一个问题；小岛国、农村农业三角洲和低收入沿海地区——这些地区最容易受到地下水盐碱化的影响——仍缺乏足够的关注。特别是在东南亚和中东等地区，由于快速的沿海开发、气候压力和高度依赖地下水，管理挑战加剧，而长期的水文地质、盐度和社会经济数据集往往有限。因此，加强治理需要长期的投资、能力建设和包容性的决策结构，以考虑不同利益相关者的需求。

因此，未来的研究应重点关注以下几点：（1）扩展长期高频率的监测网络；（2）开发反映现实治理和行为动态的社会水文和决策支持模型；（3）推进能够在空间和时间尺度上运作的混合技术-生态策略；（4）建立适应性强、公平且以社区为中心的地下水管理机制。

沿海含水层是全球数十亿人最重要的水资源之一，但它们也被认为是地球上最脆弱的地下水系统。它们面临从人为干预到各种水文和环境挑战的严重威胁，如过度抽取、盐水入侵、气候变化和治理不足。这些威胁的累积效应导致水质下降、地下水枯竭和淡水储存能力丧失。随着沿海地区持续面临这些多重压力，结合科学、治理和创新的综合框架变得不可或缺。本文强调，有效的地下水可持续性不是由单一方法实现的，而是通过整合基于自然、技术和政策的机制来共同加强沿海含水层的可持续管理。

近期文献表明，沿海含水层的可持续管理需要采用一种全面且灵活的方法，平衡技术创新、生态韧性和治理协调性。正如本文所展示的，沿海含水层正日益受到各种水文和环境威胁的困扰。这些威胁加上薄弱的政策和数据不足，凸显了需要综合解决方案的紧迫性，这些方案应与人类系统和环境系统相协调。从政策和治理的角度来看，政策和治理框架是成功管理沿海含水层的基石，因为它依赖于多层次的机构协调、参与式决策和整合自然与工程措施的政策。治理框架应从碎片化的部门管理转向基于生态系统的治理，并有明确的指标和法律工具支持。虽然已有国家层面的框架，但在执行、数据共享和将研究结果转化为可操作政策方面仍存在不足。建立和加强地方机构能力网络至关重要，同时确保地下水管理不仅是技术问题，也是一种社会性实践。

技术方法取得了显著进步，提供了通过人工补给、水化学和同位素追踪以及三维模型来诊断和缓解盐水入侵的工具。地理信息系统（GIS）、多标准决策分析（MCDA）和人工智能（AI）的整合提高了预测准确性、空间脆弱性评估和情景规划的能力。然而，对数据密集型系统的依赖和高计算需求限制了其在发展中和数据匮乏地区的应用。未来的工作需要优先考虑这些方面。

基于自然的解决方案，尤其是人工补给方法，为增强补给、缓解水质下降和抵御海水入侵提供了有效手段。尽管全球范围内对此类方法的认可度不断提高，但在整合技术、政策和生态方法方面仍存在研究空白。不同方法之间的碎片化阻碍了综合框架的持续发展，特别是东南亚和中东等地区，这些地区的沿海含水层脆弱性较高，但长期和综合数据集有限。加强本地或全球范围内的开放获取数据库将促进不同区域和地区之间的知识交流，纳入社会经济指标对于连接科学、技术和社会经济方面至关重要，以实现沿海含水层的可持续管理。

总之，在快速变化的气候条件下，沿海含水层的可持续管理将极大地依赖于所开发框架和模型的复杂性和先进性。协调技术进步、生态恢复和治理机构的包容性将是确保当前和未来几代人地下水可持续性的关键。综合的、基于反馈的管理方式，结合适应性政策、数字创新和基于自然的韧性，提供了实现地下水可持续性的最可行路径。