利用同位素水文學可持續開采北非地下水資源

淡水資源比人們能夠看到的還要豐富。人們能夠看見的淡水資源是以河流、湖泊和冰川形式出現的，而隱藏在地下的淡水資源往往看不見。

地下水存在于土壤和沙石的空隙之中，儲存在含水層并在含水層中緩慢流動。地下水占到地球淡水資源的99%，根據聯合國教育、科學及文化組織（教科文組織）的數據，世界上有近一半城市人口靠地下水解決用水問題。鑒于氣候變化帶來的影響，這種對地下水的依賴預計會繼續增加。

國際原子能機構同位素水文學家Yuliya Vystavna解釋說，降雨模式的波動和極端天氣事件的頻率增加以及污染和集約化農業帶來的挑戰，都會影響水資源的分布和可用性。這在非洲干旱和半干旱地區尤為重要，因為這些地區的蒸發率高，降雨量少，主要依賴地下水資源。她補充說，“為了應對這些挑戰和解決缺水問題，我們需要了解水資源，并對水資源進行可持續的管理”。

了解地下水的特征

北非是撒哈拉沙漠的所在地，是地球上最干燥的地區之一。斯法克斯國家工程學院地質工程系主任兼突尼斯放射性分析與環境實驗室成員Rim Trabelsi說，突尼斯位于非洲大陸最北端，降雨量變化無常，是地中海地區水資源最少的國家之一。“這就是為什么地下水真的是突尼斯可持續發展的最可靠資源，人們越來越依賴地下水供應。”

對地下水的使用增加突出表明，需要更好地了解地下水補給與排泄之間的聯系，即水從地表水流向地下水或從地下水流向地表水。Trabelsi說：“地下水管理越來越重要，因為氣候多變導致地下水位全年都在下降，而且硝酸鹽污染帶來了水質下降的風險或者因海水侵入導致鹽化問題。”

通過研究水的同位素，科學家們可以為如何保護和管理水資源提供指導。水和其他物質中天然存在的穩定同位素的數量可用于揭示水的起源、運動、質量和年齡，以及用來確定污染源。例如，可以通過測量特定同位素的濃度來測量水的年齡，而水的年齡可以從幾個月到幾百萬年不等。地下水的年齡是預測是否存在污染物的關鍵，也是了解含水層補水速度的關鍵。

Trabelsi解釋說，“年輕”地下水可能是通過降水形式補充的地表水，但也可能受到污染和氣候條件變化的影響，而“老”地下水需要更長的補充時間，不太可能受到污染或氣候變化的影響。

分析能力不斷增長

與很多科學領域一樣，同位素水文學工具和分析的應用需要建設能力。

當Hamid Marah在20世紀90年代開始進入摩洛哥水資源管理領域工作時，水樣本必須送到非洲以外的國家進行分析。摩洛哥國家核能、科學和技術中心科學主任Marah說，非洲實驗室不具備分析穩定同位素成分的能力。“由于原子能機構的支持，非洲大陸的能力多年來得到了提高，我們非洲現在有幾個實驗室可以對同位素進行可靠地分析。”

通過原子能機構的技術合作計劃和協調研究項目，同位素水文學工具正在非洲各地得到推廣，使科學家們能夠可持續地開采地下水資源。在過去十年里，包括水資源管理項目在內的原子能機構近一半的氣候變化適應項目是在非洲進行的。摩洛哥和突尼斯等國家在整個非洲大陸和中東地區的同位素技術應用方面正在發揮主導作用。

自2009年以來，放射性分析與環境實驗室和國家核能、科學和技術中心一直是“非洲地區核合作協定”的指定地區中心，國家核能、科學和技術中心在2015年成為專門負責水資源評定和管理的原子能機構協作中心。“非洲地區核合作協定”是《非洲核科學技術研究、發展和培訓地區合作協定》的簡稱，是由非洲國家為加強和擴大核科學技術對非洲大陸社會經濟發展的貢獻而締結的一項政府間協定。放射性分析與環境實驗室和國家核能、科學和技術中心定期對來自整個非洲和中東地區的科學家進行培訓，并為國家水文研究和原子能機構支持的旨在解決與含水層和流域有關的水的可用性和水質問題的項目進行了數千次的同位素分析。

例如，在2020年的一項研究中，放射性分析與環境實驗室對取自突尼斯中西部含水層的地下水樣本進行了化學和同位素測量分析。近幾十年來，灌溉農業的擴張和發展耗盡了地表水資源。這項研究有助于確定地下水是否適合飲用和灌溉，并確定了鹽度變化的來源。這項研究得到了原子能機構一個協調研究項目的支持，研究報告于2021年6月發表在《農業、生態系統與環境》雜志上。

在擬于2023年7月3日至7日在奧地利維也納舉行的國際原子能機構同位素水文學國際專題討論會上，將有機會更多地了解地下水資源及其在適應和緩解氣候變化方面的作用。