Improving water quantity and quality in a mountain hard-rock watershed (La Vera, Spain) through Ancestral Nature-Based Solution for Managed Aquifer Recharge
本研究表明，恢复拉维拉（La Vera）山脉流域祖传的“pesqueras”（渗透渠）是一种有效的基于自然的解决方案，它在增强地下水补给的同时，通过地下水文地球化学调节自然地改善水质，从而验证了传统生态知识作为一种可持续的气候韧性水资源管理策略的有效性。
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水是一种生命资源，但在西班牙高耸且多石的山区，它往往以转瞬即逝的馈赠形式到来。在这些陡峭的花岗岩地貌中，雨水和融雪流经坡面的速度极快，以至于它们很少有时间渗入地下。相反，它们直接流向河流，导致下方的含水层——这些新鲜水的隐藏储库——处于饥渴状态，且残存的水因缺乏使之安全且适宜人类饮用的必需矿物质，而变得具有危险性的“纯净”。几个世纪以来，这些地区的社区一直面临着双重挑战：如何捕捉足够的降水以度过干旱的夏季，以及如何确保饮用水的化学成分平衡。
基于自然的解决方案提供了一条出路。这些策略旨在利用自然过程而非对抗自然过程，利用土地本身来储存和处理水。其中一种方法是人工含水层补给，即人类有意识地引导地表水进入地下，以填补地下储库。虽然现代工程通常依赖泵和混凝土水箱，但古代社区开发出了他们自己的复杂方法。他们在山坡上建造了简单的、无衬层的渠道，以减缓奔腾溪流的速度，让水分能够渗入土壤和岩石。本文探讨了其中一种古老的系统，即位于西班牙西部拉维拉（La Vera）地区的“pesqueras”（灌溉渠）。研究不仅调查了这些渠道是否成功地补充了地下水，还研究了水在地下移动时的化学变化情况。研究表明，这些祖传结构的作用不仅仅是储存水；它们还充当了天然过滤器和矿化器，将稀薄且呈酸性的山地径流转化为更适合饮用的水。
在圣格雷戈里奥（San Gregorio）流域，这是一个位于格雷多斯山脉（Sierra de Gredos）南坡的崎岖地区，当地的一个名为“Ocho Caños”的灌溉社区正在修复这些古老的渠道。几十年来，农村人口的流失导致这些 pesqueras 陷入荒废，但该社区此后已修复了超过12公里的渠道。这些渠道将水从溪流中分流，并将其铺展开来，分布在山坡上，使水分渗透进一层厚厚的风化花岗岩中。这种风化岩石就像一块海绵，锁住水分并使其缓慢向下渗透。先前的研究已经表明，这些修复后的渠道对该地区的供水做出了显著贡献，占总地下水补给量的近58%，即每年约200万立方米。然而，科学家们此前并不清楚这一过程如何影响水质，也不清楚水在穿过岩石时会发生哪些具体的化学变化。
为了回答这些问题，来自西班牙地质矿产研究所及其他机构的研究人员在两个不同的季节——湿润的春季和干燥的秋季——进行了详细调查。他们采集了来自溪流、补给渠道本身以及供给当地城镇的天然泉水的样本。通过分析这些样本的化学组成，包括溶解矿物质的水平以及水分子内氧和氢原子的独特特征，团队得以追踪水从地表到深层含水层的旅程。他们寻找了水与富含长石和云母等矿物的花岗岩基岩发生相互作用的迹象。
研究结果证实，修复后的 pesqueras 正如一个精密的天然处理系统那样发挥作用。进入渠道的水最初是极其稀薄、呈酸性的径流，几乎不含溶解矿物质。当它渗入风化花岗岩时，开始与岩石进行一场缓慢的“化学对话”。水溶解了花岗岩中的矿物质，吸收了诸如钠、钾、钙、镁以及碳酸氢盐和二氧化硅等必需元素。这一过程被称为“水-岩相互作用”，它逐渐增加了水的矿物质含量。其结果是，水从原本过于纯净且呈酸性、不适合饮用的状态，转变为口感平衡且安全的饮用水。研究显示，下游涌出的泉水其矿物质水平明显高于流域顶部的水，这证明了通过花岗岩的地下旅程对其进行了富集。
至关重要的是，研究人员利用稳定同位素——即水分子重量的微小差异——来追踪水的运动。这些同位素就像“指纹”一样，让科学家能够区分直接降落在地面上的雨水和通过渠道分流的水。数据表明，供给阿尔德亚努埃瓦·德·拉维拉（Aldeanueva de la Vera）镇的泉水所含的水，保留了高海拔溪流（通过 pesqueras 分流）的同位素特征。这证实了水确实是从补给渠道出发，穿过深层地下岩层，并在数英里之外的泉口涌出。同位素证据还显示，由于渠道的存在，水在地下停留的时间比没有渠道时更长，从而获得了更长时间的岩石相互作用和更完整的化学调节。
研究还强调了该地区的地质构造如何影响水的最终口感和成分。随着水从流域的上部（岩石为一种称为花岗闪长岩的类型）向移动到下部（遇到另一种被称为白花岗岩的岩石类型），其化学平衡发生了变化。在上部区域，水吸收了更多的钠和钾。当它向下方流动进入白花岗岩区域时，开始吸收更多的钙和镁。这种自然的演进意味着到达城镇的水是一种复杂的混合物，经过了它所经过的特定岩石矿物质的精炼。研究人员发现，尽管发生了这些变化，水质仍保持在世界卫生组织设定的饮用水安全限值之内，证明了这种古老的管理方法能产生高质量的资源。
拉维拉 pesqueras 的成功为应对气候变化下的水资源管理提供了强有力的启示。这些渠道的修复完全由当地知识和社区努力驱动，建立了一个既具韧性又低成本的系统。它不需要电力或复杂的机械，而是依赖于土地的自然坡度和岩石的化学特性。通过减缓水流并让其渗透，社区保障了可靠的地下水供应，使其更不易受到干旱的影响。此外，这一过程自然地改善了水质，将原本可能存在问题的、超纯的径流转化为健康的饮用水源。
这项研究验证了这样一个观点：传统的生态知识可以为现代环境挑战提供具有科学依据的解决方案。pesqueras 不仅仅是历史遗迹，它们是活跃的、功能完备的基础设施，能够增强水的数量和质量。研究表明，当社区顺应景观的自然过程时，他们可以创造出足以抵御气候变化压力的稳健水系统。在拉维拉涌出的泉水中，承载着它旅程的故事：一段始于天空，由人类双手引导，经由大地调理，并作为重要资源交付给社区的旅程。这种方法表明，在具有类似地质条件的其他山区，恢复此类祖传系统可能是保障未来水资源的关键策略。
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