利用同位素水文學可持續地開發北非的地下水資源(20230118)
Joanne Liou
摩洛哥國家核能、科學和技術中心(CNESTEN)在非洲和中東的同位素技術應用方面，發揮著主導作用。(照片：CNESTEN)
淡水資源遠比我們看到的要豐富。雖然淡水以河流、湖泊和冰川的形式可見，但地下淡水資源--隱藏在地球之下--卻常常不為人知。
地下水存在於土壤、沙子和岩石的空間中，儲存在含水層中並緩慢流過含水層。它佔地球淡水的99%，據聯合國教育、科學及文化組織 (UNESCO)稱，世界上近一半的城市人口依賴它。鑑於氣候變化的影響，這種對地下水的依賴預計會增加。
IAEA 的同位素水文學家Yuliya Vystavna解釋說，降雨模式的波動和極端天氣事件的頻率，以及污染和集約化農業帶來的挑戰，影響著水資源的分佈和可用性。這在非洲乾旱和半乾旱地區尤為重要，這些地區蒸發率高，降雨量少，並且在很大程度上依賴地下水資源。“為了應對這些挑戰和水資源短缺，我們需要了解水資源並以可持續的方式管理它們，”她補充說。
地下水管理變得越來越重要，因為氣候變化導致地下水位全年下降，而且硝酸鹽污染或海水入侵造成的鹽鹼化會帶來質量風險。Rim Trabelsi說，突尼斯放射分析與環境實驗室主任
揭示地下水特徵
北非是撒哈拉沙漠的所在地，是地球上最乾旱的地區之一。突尼斯地處非洲大陸最北端，降雨量多變，是地中海地區水資源最少的國家之一。斯法克斯國家工程學院(ENIS)的環境(LARAE)。“這就是為什麼地下水確實是突尼斯可持續發展最可靠的資源，而且人們越來越依賴地下水供應。”
地下水使用量的增加突出表明需要更好地了解地下水補給和排放之間的聯繫--水從地表水流向地下水，反之亦然。“地下水管理變得越來越重要，因為氣候變化導致地下水位全年下降，而且硝酸鹽污染或海水入侵造成的鹽鹼化會帶來質量風險，”Trabelsi說。
通過研究水的同位素，科學家可以為如何保護和管理這種資源提供指導。水和其他物質中天然存在的穩定同位素的數量，用於揭示水的來源、運動、質量和年齡及識別污染源。例如，通過特定同位素的濃度測量的水齡範圍，可以從數月到數百萬年不等。地下水年齡是預測污染物存在，以及了解含水層補充速度的關鍵。
Trabelsi解釋說，“年輕的”地下水可以通過降水的地表水進行補充，但也可能受到污染和氣候條件變化的影響，而“老的”地下水需要更長的時間來補充，不太可能受到污染或受到變化的影響在氣候中。
不斷增長的分析能力
與許多科學領域一樣，同位素水文學工具和分析的應用需要能力建設。
當Hamid Marah於1990年代，首次開始在摩洛哥從事水資源管理領域的工作時，水樣必須被送到非洲以外的國家進行分析。摩洛哥國家核能、科學與技術中心(CNESTEN)的科學主任Marah說，非洲沒有能夠分析穩定同位素成分的實驗室。“多虧了IAEA的支持，多年來非洲大陸的能力得到了增強，我們現在在非洲擁有幾個可以可靠地分析同位素的實驗室。”
通過IAEA的技術合作計畫和協調研究項目，同位素水文學工具正在整個非洲傳播，使科學家能夠可持續地利用地下水資源。在過去十年中，包括水資源管理項目在內的IAEA氣候變化適應項目幾乎有一半發生在非洲。摩洛哥和突尼斯等國家在整個非洲大陸和中東的同位素技術應用方面，發揮著主導角色。
自2009年以來，LARAE和CNESTEN一直是AFRA地區指定中心，2015年CNESTEN成為IAEA專注於水資源評估和管理的合作中心。AFRA全稱African Regional Co-operative Agreement for Research, Development and Training related to Nuclear Science and Technology，是非洲國家為加強和擴大核科學技術，對非洲社會經濟發展的貢獻而建立的政府間協議。非洲大陸。LARAE和CNESTEN定期培訓來自非洲和中東各地的科學家，並為國家水文研究和IAEA支持的項目，進行了數千次同位素分析，這些項目旨在解決與含水層和盆地相關的水資源可用性和質量問題。
例如，在2020年的一項研究中，LARAE對來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，已經耗盡了地表水資源。該研究有助於確定地下水是否適合飲用和灌溉，並確定鹽度變化的來源。該研究得到IAEA通過協調研究項目的支持，於2021年6月發表在《農業、生態系統與環境》雜誌上。
將於2023年7月3日至7日在奧地利維也納，舉行的IAEA國際同位素水文學專題討論會上，將有機會更多地了解地下水資源及其在氣候變化適應和減緩中的作用。