利用同位素水文学可持续开采北非地下水资源

淡水资源比人们能够看到的还要丰富。人们能够看见的淡水资源是以河流、湖泊和冰川形式出现的，而隐藏在地下的淡水资源往往看不见。

地下水存在于土壤和沙石的空隙之中，储存在含水层并在含水层中缓慢流动。地下水占到地球淡水资源的99%，根据联合国教育、科学及文化组织（教科文组织）的数据，世界上有近一半城市人口靠地下水解决用水问题。鉴于气候变化带来的影响，这种对地下水的依赖预计会继续增加。

国际原子能机构同位素水文学家Yuliya Vystavna解释说，降雨模式的波动和极端天气事件的频率增加以及污染和集约化农业带来的挑战，都会影响水资源的分布和可用性。这在非洲干旱和半干旱地区尤为重要，因为这些地区的蒸发率高，降雨量少，主要依赖地下水资源。她补充说，“为了应对这些挑战和解决缺水问题，我们需要了解水资源，并对水资源进行可持续的管理”。

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区之一。斯法克斯国家工程学院地质工程系主任兼突尼斯放射性分析与环境实验室成员Rim Trabelsi说，突尼斯位于非洲大陆最北端，降雨量变化无常，是地中海地区水资源最少的国家之一。“这就是为什么地下水真的是突尼斯可持续发展的最可靠资源，人们越来越依赖地下水供应。”

对地下水的使用增加突出表明，需要更好地了解地下水补给与排泄之间的联系，即水从地表水流向地下水或从地下水流向地表水。Trabelsi说：“地下水管理越来越重要，因为气候多变导致地下水位全年都在下降，而且硝酸盐污染带来了水质下降的风险或者因海水侵入导致盐化问题。”

通过研究水的同位素，科学家们可以为如何保护和管理水资源提供指导。水和其他物质中天然存在的稳定同位素的数量可用于揭示水的起源、运动、质量和年龄，以及用来确定污染源。例如，可以通过测量特定同位素的浓度来测量水的年龄，而水的年龄可以从几个月到几百万年不等。地下水的年龄是预测是否存在污染物的关键，也是了解含水层补水速度的关键。

Trabelsi解释说，“年轻”地下水可能是通过降水形式补充的地表水，但也可能受到污染和气候条件变化的影响，而“老”地下水需要更长的补充时间，不太可能受到污染或气候变化的影响。

分析能力不断增长

与很多科学领域一样，同位素水文学工具和分析的应用需要建设能力。

当Hamid Marah在20世纪90年代开始进入摩洛哥水资源管理领域工作时，水样本必须送到非洲以外的国家进行分析。摩洛哥国家核能、科学和技术中心科学主任Marah说，非洲实验室不具备分析稳定同位素成分的能力。“由于原子能机构的支持，非洲大陆的能力多年来得到了提高，我们非洲现在有几个实验室可以对同位素进行可靠地分析。”

通过原子能机构的技术合作计划和协调研究项目，同位素水文学工具正在非洲各地得到推广，使科学家们能够可持续地开采地下水资源。在过去十年里，包括水资源管理项目在内的原子能机构近一半的气候变化适应项目是在非洲进行的。摩洛哥和突尼斯等国家在整个非洲大陆和中东地区的同位素技术应用方面正在发挥主导作用。

自2009年以来，放射性分析与环境实验室和国家核能、科学和技术中心一直是“非洲地区核合作协定”的指定地区中心，国家核能、科学和技术中心在2015年成为专门负责水资源评定和管理的原子能机构协作中心。“非洲地区核合作协定”是《非洲核科学技术研究、发展和培训地区合作协定》的简称，是由非洲国家为加强和扩大核科学技术对非洲大陆社会经济发展的贡献而缔结的一项政府间协定。放射性分析与环境实验室和国家核能、科学和技术中心定期对来自整个非洲和中东地区的科学家进行培训，并为国家水文研究和原子能机构支持的旨在解决与含水层和流域有关的水的可用性和水质问题的项目进行了数千次的同位素分析。

例如，在2020年的一项研究中，放射性分析与环境实验室对取自突尼斯中西部含水层的地下水样本进行了化学和同位素测量分析。近几十年来，灌溉农业的扩张和发展耗尽了地表水资源。这项研究有助于确定地下水是否适合饮用和灌溉，并确定了盐度变化的来源。这项研究得到了原子能机构一个协调研究项目的支持，研究报告于2021年6月发表在《农业、生态系统与环境》杂志上。

在拟于2023年7月3日至7日在奥地利维也纳举行的国际原子能机构同位素水文学国际专题讨论会上，将有机会更多地了解地下水资源及其在适应和缓解气候变化方面的作用。