管理水资源:玻利维亚用核技术揭 示地下含水层秘密

已经有2000多年了:那是储存于流动 在玻利维亚地下隐藏的Purapurani含 水层中水原子的秘密之一。

在玻利维亚的某些地区, 人们依赖从地下含水层抽 取的水进行多种应用。 (图/国际原子能机构 L. Potterton)

已经有2000多年了:那是储存于流动 在玻利维亚地下隐藏的Purapurani含 水层中水原子的秘密之一。尽管已经向首 都拉巴斯附近的城市奥尔托和比亚查供水 几个世纪,但鲜有人知道Purapurani含水层。 但是,借助核技术,科学家正在收集该含 水层中水的年代、质量和来源方面的关键 细节。这些信息正在帮助科学家们找到保 护和可持续利用这一宝贵资源的方法。

“多亏了同位素,我们正在揭示地下 含水层的秘密。”玻利维亚环境与水资源部 水文学家Paola Mancilla Ortuño说。“现在, 我们知道在该地下含水层的北部地区,浅 层水受到严重污染。我们还知道该地下含 水层东部地区的部分水可能已有2000多 年的历史了。另外,我们还知道该地下含 水层另一部分的地下水来自安第斯山脉的 雨水。”

Purapurani是该地区进行发展的关键资源。在这一地区,100多万人口依赖这个 300 km² 的地下含水层生活。“这两个城市的 经济发展多亏了Purapurani地下含水层。” Mancilla Ortuño说。日益增长的人口靠该 地下含水层满足日常应用,许多公司大量 抽取地下水来满足城市扩展的需要,农民 们需要它来种庄稼和喂养牲畜。

国际原子能机构帮助玻利维亚建立了 其第一个同位素水文实验室,并且自2012 年以来,国际原子能机构专家一直在对一 个玻利维亚专家小组进行培训,教他们利 用同位素技术评估水资源和确定其来源、 年代、对地上和地下污染的脆弱性、运动 和相互作用(见第23页方框“科学”)。 “同位素技术为我们提供了用其他方法所 不能得到的有用信息。这拓宽了我们的视 野。”Mancilla Ortuño说。

能力的提升使科学家们能回答从前 所无法适当解决的问题:这些水存在多久了?来自何方?它们的质量还好吗?它们 还剩下多少?回答这些问题有助于推进对 Purapurani地下含水层的科学研究,制订水 资源保护和管理的政策,以反映该含水层 的潜力和局限性。

他们研究了什么?发现了什么?

玻利维亚科学家研究了水的存在年代, 因为这能粗略地反映含水层的水得到补给 需要多久。在这种情况下,需要几千年的 时间。还有助于估算该含水层供水的限度。 同样,他们通过污染物检查来确定对可能 危害该含水层未来应用的威胁。在 Purapurani含水层,仅发现在该含水层的有 限区域受到的污染,几乎都涉及河水与该 含水层的水混合而致。

“现在,我们知道水来自何方,我们 应保护该地下水资源,确保其可持续性和 质量。”玻利维亚环境与水资源部顾问、 圣安德烈大学讲师Rafael Cortéz说。作为下 一步,他和他的科学家团队计划制订人工 补水方案,确保稳定地补充雨水。

两个世界

与国际原子能机构的合作还使玻利维 亚得到另一个好处:建立了一个由化学家 和水文学家组成的多学科团队。

“通过这些项目,我们将化学家和水文 学家等来自不同学科的专家召集在一起。” 国际原子能机构物理和化学处同位素水文学家Luis AraguásAraguás说。“水文学家通常 不研究同位素,而化学家通常不研究水资 源。多亏我们的项目,他们聚在一起,交 流他们各自的专长。”

这个团队正在致力于利用同位素技术 研究奥鲁罗市的地下含水层,并在玻利维 亚其他城市重复同样的研究工作。玻利维 亚有五个主要的城市地下含水层,但是到 目前只研究了三个。最近在国际原子能机 构支持下进行的水文学研究受到国家层面 会议的关注,大学现在也在课程中引进了 同位素水文学的概念。

“我们也随着每个项目在成长。” Cortéz说。“我们爬过,站起来,学会走路, 现在又开始慢跑了。”

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What they studied and found

Bolivian scientists study the water’s age because it indicates roughly how long it takes the aquifer’s resources to replenish — in this case, thousands of years — and helps estimate the aquifer’s supply limits. Similarly, they check for contaminants to determine threats to the aquifer that could jeopardize its future use. At Purapurani, contamination has only been identified in a limited area of the aquifer and is likely related to river water mixing with aquifer water. 

“Now that we know where the water comes from, we have to protect the aquifer’s sources to ensure its sustainability and quality,” said Rafael Cortéz, Consultant for the Ministry of Environment and Water and lecturer at San Andrés University. As the next step, he and his team of scientists plan to build artificial water recharge schemes to guarantee a stable supply of rainwater.

Two worlds

Working with the IAEA has yielded another benefit to Bolivia: a multidisciplinary team of chemists and hydrologists.

“With these projects we are bringing together experts from different disciplines, hydrologists and chemists,” said Luis Araguás Araguás, isotope hydrologist in the IAEA’s Division of Physical and Chemical Sciences. “A hydrologist doesn’t usually study isotopes, and a chemist doesn’t usually study water resources. Thanks to our projects, they meet and exchange their expertise.”

The team is now working to apply isotopic techniques to the aquifers of the city of Oruro and to replicate the same studies in other cities of Bolivia. Bolivia has five main large urban aquifers, but only three have been studied so far. The recent hydrological studies supported by the IAEA are gaining attention in conferences at the national level and universities have now introduced the concept of isotope hydrology in their curricula.

“We’ve grown with each project,” Cortéz said. “We have crawled, stood up, learned to walk, and are now starting to jog.”

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While Bolivia's humid lower lands (jungle) host major groundwater basins, populated cities like La Paz, El Alto and Viacha are located on the highlands, where water is scarce. The three cities depend on the water from the 300 km2 Purapurani aquifer.