《Journal of Hydrology: Regional Studies》：Quantifying the effect of managed aquifer recharge on the hydrologic resilience of coupled surface-groundwater systems in northeast Germany
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研究人员针对德国东北部勃兰登堡下施普雷流域受气候与人为活动影响的地下水及关联地表水资源，评估了人工回灌含水层（MAR）的稳定潜力。研究采用集成地表水-地下水模型，从地形盆地中筛选适宜点位，将当地溪流盈余排泄水导入含水层以实现补给。结果表明，MAR可高效利用时段
研究人员针对德国东北部勃兰登堡下施普雷流域受气候与人为活动影响的地下水及关联地表水资源，评估了人工回灌含水层（MAR）的稳定潜力。研究采用集成地表水-地下水模型，从地形盆地中筛选适宜点位，将当地溪流盈余排泄水导入含水层以实现补给。结果表明，MAR可高效利用时段性盈余径流，使含水层补给量显著提升，潜水位最大抬升达2 m；选定的小型自然地形盆地可作为非承压含水层的有效补给点，通过渗滤作用强化区域含水层系统；潜水位抬升的影响范围可超过900 m，使关联地表水的基流稳定性增强，流量最高提升15%，从而支撑水生生态系统。研究成果可为区域适应策略制定提供量化依据。
该研究发表于《Journal of Hydrology: Regional Studies》，聚焦德国东北部柏林-勃兰登堡这一德国最干暖区域之一的下施普雷流域。该区以沙质土壤为主，长期面临气候变化导致的干旱加剧、极端降水频发及地下水持续下降问题，而历史农业开发形成的密集排水沟渠与地下管网进一步加速了景观排水，削弱了自然保水能力。在此背景下，人工回灌含水层（MAR）作为一种利用含水层缓滞储存与输送特性缓解干旱的技术被提出，但其在该区冰川晚更新世地貌中的实际效能、对地表水-地下水耦合系统的反馈机制尚不明确，亟需量化评估以支撑区域适应策略。研究人员通过开展30年（1991—2020年）的集成模拟研究，证实MAR可有效利用溪流盈余水量提升区域水文韧性，为类似多孔含水层区的气候适应提供了实证依据。
为开展研究，研究人员采用HydroGeoSphere（HGS） fully integrated surface water-groundwater model（全集成地表水-地下水模型）构建研究区三维数值模型，模拟域面积约4.5 km2，涵盖森林、农田与草地景观。模型参数基于区域钻孔插值、土壤属性数据库及气象站日尺度降水与潜在蒸散发数据率定，以邻近观测井地下水位为校准基准，采用Nash-Sutcliffe效率系数（NSE）、Kling-Gupta效率系数（KGE）等指标完成验证。在此基础上设置基线情景（R0）与10%~100%盈余水量梯度的MAR情景（R10~R100），动态模拟盈余水量从Demnitzer Millcreek提取并注入13处预选自然洼地后的水文响应，追踪潜水位变化、补给效率及地表水-地下水交换过程。
研究结果分为三部分。第一部分为基线情景验证结果：模型在验证期（2011—2020年）对地下水位动态的模拟表现良好（NSE=0.71，R2=0.84，KGE=0.89），仅存在轻微低估偏差；自然条件下年地下水补给量波动剧烈（0~227 mm·m?2），主要受控于年际气象条件，验证了模型的可靠性。第二部分为MAR对地下水系统的效应：盈余水量充足年份（如1994—1995、2008—2013年），MAR情景下的地下水补给效率（GR-EFF）较自然情景（<0.2）提升至0.4以上，总补给量最高可达自然情景的11000倍；即使盈余水量不足年份，补给效率仍呈线性增长，显著高于自然补给水平。潜水位响应表现为：低水量情景（R10）下近场潜水位平均抬升0.1~0.4 m，远场（500 m外）仍抬升0.05~0.15 m；100%水量情景（R100）下最大平均抬升达2.0 m，影响范围覆盖至少2.5 km2，且湿润年份的补给信号可延迟至后续干旱年份释放，形成跨年调节效应。第三部分为对地表水的反馈：MAR提取水量期间溪流流量短期降低最多13%，但受地下水侧向排泄的补偿，整体径流动态保持稳定；干旱期（如2014—2017年）地下水向溪流的基流排泄量增加最多15%，显著缓解了低流量压力，形成“抽取-滞后补给-生态维持”的半封闭水文循环。
讨论部分指出，模型虽未考虑洼地淤积对入渗率的长期衰减，但仍可靠捕捉了MAR的水文响应趋势。研究证实，该区上覆高导水沙质土壤使MAR在低水量下即可实现高效补给，尤其在干旱年份优势更显著，但过量补给（>R50）会导致补给效率下降与低地淹水风险，需结合植被根系深度调控入渗量以避免生态损害。区域推广层面，下施普雷流域的不连续浅层含水层不适宜集中式大型MAR工程，应依托密集分布的小型自然洼地形成分散式补给网络，单个项目采用较低水量（~R30-R40）即可达到最优效率，同时需配套实时监测与轮换维护机制以应对泥沙淤积。研究局限性在于未细化能量供给与输水基础设施的成本分析，需后续结合实际工程条件优化设计。
结论部分明确：渗滤型MAR可有效提升德国东北部晚更新世地貌区的地下水可利用性并稳定地表水排泄。30年模拟显示，溪流盈余水量足以支撑湿润年份的持续入渗，MAR站点可高效处理不同量级的补给水量，湿润年份补给效率翻倍，干旱年份呈线性增长；所有补给量级均触发可追踪数百米的潜水位抬升，并通过含水层延迟效应增强关联溪流基流，部分抵消取水影响并在水文干旱期维持生态流量。混合农林景观的蒸散发损失对潜水位抬升影响微弱，MAR是缓解气候与人为胁迫的有效工具。研究验证了所选洼地对非承压含水层的稳定效能，支持下施普雷流域近自然MAR的推广潜力，可扩展至全球类似多孔含水层区，但需进一步简化输水基础设施以降低能耗与成本，避免依赖高耗能泵站与坝体工程。
