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地下水洪水

2024-11-30 00:00聶云鵬HamidM.Behzad
知識就是力量 2024年11期

有一種洪水,不是暴雨后洶涌的地表洪流,而是如脫韁野馬般從平靜的大地下涌出,帶來意想不到的災(zāi)害。這種特殊的洪水背后,隱藏著許多不為人知的秘密,這些秘密正等待我們?nèi)ソ议_。

腳下潛在的威脅

地下水洪水,指由地下而非地表水文過程主導(dǎo)的洪水,常常與地表洪水發(fā)生混淆,因此很容易被忽視。其實,它與地表洪水在形成機制、運動路徑、發(fā)生速度、持續(xù)時間、影響范圍等幾個關(guān)鍵方面均有所不同。

因強降水、融雪、河流、海嘯等情況,地表水體迅速增加,超過了地表的排水能力,便會引發(fā)地表洪水。這些水體通常會沿著河流、溪流、溝渠等自然或人工的水道迅速聚集、移動。相對來說,地表洪水來得快,去得也快,形成時間在幾天甚至幾小時內(nèi),降水停止后會在短期內(nèi)消退。其影響范圍會比較直觀,主要包括河流兩岸、排水不暢的城市地區(qū)、農(nóng)田和低洼地帶。

地下水洪水則是由長期的自然補給(如降水)或人工補給(如灌溉過剩的水,回流到地下含水層)引發(fā)的。地下水會通過巖石和土壤的孔隙向上流動、蔓延、滲出,這些補給過程持續(xù)而緩慢,逐漸將含水層中的地下水位提升至地表或接近地表,最終形成洪水。地下水流動較為隱蔽、緩慢,泛濫的發(fā)生和消退時間可以達到數(shù)月甚至數(shù)年,易影響整個集水區(qū)甚至更大范圍,充滿了不確定性和復(fù)雜性。

多樣的地下水洪水成因

特殊地質(zhì)背景的影響

水是喀斯特地區(qū)形成的關(guān)鍵、最重要的天然資源,卻也能夠悄無聲息地泛濫??λ固氐貐^(qū)分布著大量由石灰?guī)r構(gòu)成的地下洞穴和通道,這種特殊的地質(zhì)結(jié)構(gòu)看似容量大,卻無法快速吸收大量水分。在短時間強降水后,水迅速填滿了這些通道和空腔,其余的水被推向地表,通過漏斗和泉水溢出,這種反應(yīng)快速、自然,常被誤解為地表洪水。目前,已被報道出現(xiàn)在我國西南部和愛爾蘭的喀斯特地區(qū)。

2016年,中國西南部某峰叢洼地同時出現(xiàn)地下水洪水(近處)與地表洪水(遠處),二者的渾濁度有較為明顯的差別

土地利用方式的改變

原本的地上植物與地下水分之間的關(guān)系出現(xiàn)變化,會讓地下水和地表洪水出現(xiàn)的風(fēng)險增加。

例如,在南美洲的平原地區(qū),人們砍伐原有的森林改種農(nóng)作物,土地利用方式發(fā)生巨大變化??蒲腥藛T通過衛(wèi)星圖像、遙感技術(shù)和長期地下水監(jiān)測數(shù)據(jù),追蹤了該地40年間(1970年~2019年)的地下水及地表洪水的模式。結(jié)果表明,該地地下水的水位顯著升高,從深層(12~6米)轉(zhuǎn)變?yōu)闇\層(4~0米)。因為相較于根系深的樹木,根系淺的作物吸收地下水更少。所以整個次大陸范圍內(nèi),地下水和地表洪水的風(fēng)險都增加了。

南美洲平原地區(qū),由于森林砍伐及用農(nóng)作物替代本土植被(圖A),導(dǎo)致地下水位上升并逐漸接近地表(圖B)

不合理的農(nóng)業(yè)活動

即便在降水量極少的干旱和半干旱地區(qū),農(nóng)業(yè)用地灌溉不當(dāng)仍會導(dǎo)致地下水位顯著上升,增加地下水泛濫的風(fēng)險。例如,研究人員在伊朗的貝赫班市區(qū),進行了長達22年的地下水位波動監(jiān)測、灌溉網(wǎng)絡(luò)水量監(jiān)控和GIS制圖(利用地理信息系統(tǒng)創(chuàng)建包含土地、水等資源數(shù)據(jù)的地圖,幫助做出決策),發(fā)現(xiàn)該地區(qū)高度依賴鄰近地區(qū)進口的地表水作為農(nóng)業(yè)灌溉水,地下水使用顯著減少,而這導(dǎo)致當(dāng)?shù)卮罅抗喔人亓髦梁畬印?/p>

與地表水系相連

某些地區(qū)的地下水并非完全獨立,能夠連通地表的河流或海洋,容易引發(fā)地下水泛濫。例如,加拿大卡爾加里艾爾博河沿岸經(jīng)常出現(xiàn)巨大洪水災(zāi)害,不僅是河水溢出,也與地下水位上升有關(guān)。通過對沿岸房屋實地調(diào)查、地下水位長期監(jiān)測、GIS制圖和水文地質(zhì)建模,科研人員發(fā)現(xiàn),在河流溢出之前,該地區(qū)的地下水含水層完全飽和,已經(jīng)影響到了該地區(qū)住宅的地下室。

在伊朗貝赫班市區(qū)內(nèi)記錄的地下水洪水位置及被影響的建筑內(nèi)部情況。所有記錄點均位于市區(qū)東半部,該區(qū)域地勢較低

更好地應(yīng)對

地下水從地底深處滲出,一旦積累到一定量級,便會突然涌入地下室、道路和建筑物,給人們的平靜生活帶來威脅。這種泛濫過程十分隱蔽,往往人們在意識到問題時,已經(jīng)錯過了最佳的應(yīng)對時機。它不僅破壞基礎(chǔ)設(shè)施,還可能引入污染物,造成環(huán)境污染,影響農(nóng)業(yè)用地與自然遺產(chǎn)地,甚至危害人類健康。

由于艾爾博河直接向含水層補給水,河流附近的房屋會面臨地表洪水和地下水洪澇的雙重風(fēng)險。這些房屋的地下室位于河流水位線以下,因此地下水泛濫往往先于地表洪水發(fā)生?!癆”為正常條件下的地下水位,“B”“C”則為兩個洪水階段。位于“B”階段的1號房屋地下室,會比位于“C”階段的2號房屋地下室,面臨更大的地下水洪澇風(fēng)險

人們對地下水洪水的重視還十分不足。它的形成原因復(fù)雜多樣,具有地區(qū)特異性,規(guī)模也十分龐大,想要對其開展必要的調(diào)查或采取有效的應(yīng)對措施依然比較困難。大多數(shù)受地下水洪水影響的國家和地區(qū),應(yīng)對和減少損失的努力主要集中在洪水發(fā)生之后,而對于預(yù)防此類威脅的研究依然存在很大程度的忽視。

與常規(guī)針對地表洪水的應(yīng)對措施不同,地下水洪水需要特定的、針對性的解決方案。通過建設(shè)長期且智能的地下水監(jiān)測系統(tǒng),例如配備和擴展實時傳感器網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)分析,以便明確形成洪水的機制和影響因素,利用建模工具來模擬地下水并預(yù)測未來的洪水場景,以便作出更好的決策,應(yīng)對可能到來的災(zāi)害。

雖是自然災(zāi)害,其成因卻也和日常生活息息相關(guān)。多采用可持續(xù)的用水方式,保護身邊的土地和地球的環(huán)境,從我們手掌中的一捧水開始。

(責(zé)任編輯 / 牛一名 美術(shù)編輯 / 周游)