Экологическое пополнение водных ресурсов и восстановление грунтовых вод в крупнейшей мелкой впадине грунтовых вод Северо-Китайской равнины

Почему важно пополнять скрытые запасы воды

Во многих регионах мира подземные водные запасы, которые обеспечивают города и сельское хозяйство, откачиваются быстрее, чем природа успевает их восполнять. Северо‑Китайская равнина — один из самых крайних примеров: десятилетия интенсивного орошения снизили уровни грунтовых вод на десятки метров, что ставит под угрозу урожаи, реки и даже устойчивость поверхности земли. В этом исследовании рассматривается, может ли целенаправленное направление воды в пересохшие русла рек — практика, называемая экологическим пополнением воды — помочь восстановить эти скрытые запасы под Шицзячжуанем, где расположена крупнейшая «чаша» падения грунтовых вод в регионе.

Иссушенная равнина под давлением

Равнина Шицзячжуан простирается у подножия гор в провинции Хэбэй и слабопроступенно склоняется к востоку через обширную сельскохозяйственную зону. Более 70 процентов земель занято под посевы, и свыше 80 процентов откачиваемых грунтовых вод используются для орошения зерновых культур. В течение многих лет осадки были слишком скудными и нерегулярными, чтобы компенсировать отбор воды, в результате чего уровни в мелких водоносных горизонтах упали на 20–60 метров по всей широкой территории Северо‑Китайской равнины. По мере углубления скважин и высыхания рек риски растут: возможны проседание грунта, деградация экосистем и рост затрат на воду как для фермеров, так и для городов.

Преобразование рек в системы пополнения

Чтобы противостоять этому снижению, в Китае начали направлять дополнительную воду в ранее пересохшие или истощённые реки. Такое экологическое пополнение сочетает сбросы из горных водохранилищ с перекачкой по каналу «С юга на север». Когда усиленные потоки проходят по проницаемым речным ложам, часть воды просачивается вниз и постепенно пополняет лежащие ниже водоносные горизонты. В равнине Шицзячжуан пять основных рек — включая длинную реку Хутуо и более короткую реку Ша‑Чжулун — с конца 2018 года получили свыше 5 миллиардов кубометров таких сбросов, что делает этот район важным полигоном для проверки, может ли эта стратегия обратить потерю грунтовых вод вспять.

Моделирование невидимого восстановления

Поскольку на грунтовые воды влияют многие факторы — осадки, откачка, каналы и речные потоки — исследователи обратились к детальной компьютерной модели, называемой MODCYCLE, которая связывает поверхностные и подземные воды в единой системе. Регион разделили на сотни суббассейнов и сетку с ячейками размером один километр, наполнили модель реальными данными о погоде, речных стоках, ирригации и геологии и проверили её по измерениям десятков скважин и гидрологических постов. После того как модель надежно воспроизвела недавние условия, провели сценарии «что‑если», где исключали пополнение во всех реках или в отдельных реках, чтобы выяснить, какая часть наблюдаемого восстановления грунтовых вод действительно обусловлена экологическим пополнением.

Сколько воды вернулось — и откуда

Моделирование показывает, что с сентября 2018 года до конца 2022 года экологическое пополнение воды превратило небольшую текущую потерю грунтовых вод в значительный прирост. Вместо небольшого чистого снижения равнина накопила около 1,76 миллиарда кубометров грунтовой воды, а средний уровень грунтовых вод поднялся почти на 2 метра — примерно на 0,45 метра в год. Подавляющая часть этого восстановления, около 82 процентов, пришлась на воду, добавленную в реку Хутуо: она длинная, хорошо связанная с водоносным горизонтом и имеет проницаемое речное дно. Река Ша‑Чжулун обеспечила около 12 процентов, а несколько меньших рек совместно — оставшиеся 5–6 процентов. Вдоль этих рек, особенно по Хутуо, уровень грунтовых вод поднялся более чем на полметра на более чем 60 процентах площади равнины, при этом наибольшие приросты простирались примерно до 25 километров от русла.

Поиск оптимума для пополнения

Большее количество речной воды не всегда означает более эффективное реальное пополнение. Исследование показало, что при умеренных и устойчивых сбросах большая доля добавленной воды фактически просачивалась в грунт и оставалась в нём. При увеличении сбросов растущий объём просто проходил через систему и покидал район, снижая эффективность. Тесты модели показывают, что в сухие годы река Хутуо может эффективно пополнять грунтовые воды при расходе около 14,6 м3/с, но лишняя вода в этом случае должна направляться в другие реки, чтобы распределить выгоды. В годы с обычным количеством осадков около 8,4 м3/с по Хутуо достаточно, чтобы переломить тенденцию от истощения к восстановлению; в очень влажные годы естественного пополнения может быть достаточно без дополнительных сбросов.

Что это значит для водной безопасности

Для неспециалистов ключевой вывод в том, что тщательно управляемые речные потоки могут помочь восстановить чрезмерно изъятые подземные резервуары, даже в сильно обрабатываемых и испытывающих дефицит воды регионах. В равнине Шицзячжуан экологическое пополнение рек уже остановило текущие потери и начало восполнение крупнейшей мелкой «дыры» грунтовых вод на Северо‑Китайской равнине. Работа также показывает, что не только объём воды имеет значение, но и где и как она подаётся: длинные, хорошо связанные реки, такие как Хутуо, особенно эффективны как пути пополнения, а умеренные, продолжительные сбросы действуют эффективнее, чем редкие всплески. Эти выводы могут помочь водным менеджерам в Китае и других засушливых регионах при разработке речных стратегий для стабилизации и, в конечном счёте, восстановления истощённых водоносных горизонтов.

Цитирование: Lu, W., Lu, C., Jia, Y. et al. Ecological water replenishment effects on groundwater recovery in the largest shallow groundwater depression cone of the North China Plain. Sci Rep 16, 7583 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38451-5

Ключевые слова: пополнение грунтовых вод, пополнение рек, Северо‑Китайская равнина, сельскохозяйственное водопользование, восстановление водоносного слоя