地下水洪水
作者: 聂云鹏 Hamid M.Behzad
有一种洪水,不是暴雨后汹涌的地表洪流,而是如脱缰野马般从平静的大地下涌出,带来意想不到的灾害。这种特殊的洪水背后,隐藏着许多不为人知的秘密,这些秘密正等待我们去揭开。
脚下潜在的威胁
地下水洪水,指由地下而非地表水文过程主导的洪水,常常与地表洪水发生混淆,因此很容易被忽视。其实,它与地表洪水在形成机制、运动路径、发生速度、持续时间、影响范围等几个关键方面均有所不同。
因强降水、融雪、河流、海啸等情况,地表水体迅速增加,超过了地表的排水能力,便会引发地表洪水。这些水体通常会沿着河流、溪流、沟渠等自然或人工的水道迅速聚集、移动。相对来说,地表洪水来得快,去得也快,形成时间在几天甚至几小时内,降水停止后会在短期内消退。其影响范围会比较直观,主要包括河流两岸、排水不畅的城市地区、农田和低洼地带。
地下水洪水则是由长期的自然补给(如降水)或人工补给(如灌溉过剩的水,回流到地下含水层)引发的。地下水会通过岩石和土壤的孔隙向上流动、蔓延、渗出,这些补给过程持续而缓慢,逐渐将含水层中的地下水位提升至地表或接近地表,最终形成洪水。地下水流动较为隐蔽、缓慢,泛滥的发生和消退时间可以达到数月甚至数年,易影响整个集水区甚至更大范围,充满了不确定性和复杂性。
多样的地下水洪水成因
特殊地质背景的影响
水是喀斯特地区形成的关键、最重要的天然资源,却也能够悄无声息地泛滥。喀斯特地区分布着大量由石灰岩构成的地下洞穴和通道,这种特殊的地质结构看似容量大,却无法快速吸收大量水分。在短时间强降水后,水迅速填满了这些通道和空腔,其余的水被推向地表,通过漏斗和泉水溢出,这种反应快速、自然,常被误解为地表洪水。目前,已被报道出现在我国西南部和爱尔兰的喀斯特地区。

土地利用方式的改变
原本的地上植物与地下水分之间的关系出现变化,会让地下水和地表洪水出现的风险增加。
例如,在南美洲的平原地区,人们砍伐原有的森林改种农作物,土地利用方式发生巨大变化。科研人员通过卫星图像、遥感技术和长期地下水监测数据,追踪了该地40年间(1970年~2019年)的地下水及地表洪水的模式。结果表明,该地地下水的水位显著升高,从深层(12~6米)转变为浅层(4~0米)。因为相较于根系深的树木,根系浅的作物吸收地下水更少。所以整个次大陆范围内,地下水和地表洪水的风险都增加了。

不合理的农业活动
即便在降水量极少的干旱和半干旱地区,农业用地灌溉不当仍会导致地下水位显著上升,增加地下水泛滥的风险。例如,研究人员在伊朗的贝赫班市区,进行了长达22年的地下水位波动监测、灌溉网络水量监控和GIS制图(利用地理信息系统创建包含土地、水等资源数据的地图,帮助做出决策),发现该地区高度依赖邻近地区进口的地表水作为农业灌溉水,地下水使用显著减少,而这导致当地大量灌溉水回流至含水层。
与地表水系相连
某些地区的地下水并非完全独立,能够连通地表的河流或海洋,容易引发地下水泛滥。例如,加拿大卡尔加里艾尔博河沿岸经常出现巨大洪水灾害,不仅是河水溢出,也与地下水位上升有关。通过对沿岸房屋实地调查、地下水位长期监测、GIS制图和水文地质建模,科研人员发现,在河流溢出之前,该地区的地下水含水层完全饱和,已经影响到了该地区住宅的地下室。

更好地应对
地下水从地底深处渗出,一旦积累到一定量级,便会突然涌入地下室、道路和建筑物,给人们的平静生活带来威胁。这种泛滥过程十分隐蔽,往往人们在意识到问题时,已经错过了最佳的应对时机。它不仅破坏基础设施,还可能引入污染物,造成环境污染,影响农业用地与自然遗产地,甚至危害人类健康。

人们对地下水洪水的重视还十分不足。它的形成原因复杂多样,具有地区特异性,规模也十分庞大,想要对其开展必要的调查或采取有效的应对措施依然比较困难。大多数受地下水洪水影响的国家和地区,应对和减少损失的努力主要集中在洪水发生之后,而对于预防此类威胁的研究依然存在很大程度的忽视。
与常规针对地表洪水的应对措施不同,地下水洪水需要特定的、针对性的解决方案。通过建设长期且智能的地下水监测系统,例如配备和扩展实时传感器网络、数据分析,以便明确形成洪水的机制和影响因素,利用建模工具来模拟地下水并预测未来的洪水场景,以便作出更好的决策,应对可能到来的灾害。
虽是自然灾害,其成因却也和日常生活息息相关。多采用可持续的用水方式,保护身边的土地和地球的环境,从我们手掌中的一捧水开始。
(责任编辑 / 牛一名 美术编辑 / 周游)