在埃及Bahr El-Baqar集水区使用SIWARE模型在水资源短缺下预测可再利用水的可用性和水质

这对人民和粮食意味着什么

在像埃及这样干旱的国家，每一滴水都意义重大：既供人用又供粮食用。本研究考察了当尼罗河流量受压时，埃及如何安全地再利用来自东尼罗河三角洲农田的排水。通过探讨在供水减少时这些排水水量和盐度会如何变化，研究揭示了在不确定性增加的未来如何保持田地产能和自来水供应的路径。

埃及紧张的水收支

埃及依赖一份固定的尼罗河水配额，但这已无法跟上人口增长、上游水坝和气候变化的步伐。为弥补缺口，国家越来越多地依靠农业排水——从田间通过沟渠和管道流出的径流。这类水可以再用于灌溉，但也有问题：常含较高溶解盐，会损害作物和土壤。埃及法律将安全线定在总溶解固体2000百万分之一。超过该值会带来减产和长期土壤损害的风险，因此规划者必须明确何时何地可安全再利用。

排水网络上的两个关键控制点

研究聚焦于Bahr El‑Baqar集水区——东尼罗河三角洲一个具有战略意义的排水盆地。在这里，两个主要控制点决定了再利用水的管理路径。其一是Bahr El‑Baqar供水口，它汇集大面积排水并将其输送穿越苏伊士运河到世界最大的污水处理厂。其二是Bilad El‑Ayad抽水站，它将混合的排水和淡水直接提升至当地农田。这两个地点代表了再利用水的两种不同命运：一处送去高级处理，另一处几乎直接回流到作物上。

使用三角洲的数字孪生

为探讨未来情景，研究者使用了名为SIWARE的精细计算模型，模拟水在尼罗河三角洲的流动、再利用及盐分累积过程。他们将区域划分为一百多个小单元，每个单元都有各自的土壤、作物、运河、排水和地下水行为。在对模型进行细致校准并用2020和2021年的实测数据验证后，他们开展了一系列“假设”试验。在这些试验中，东三角洲的淡水供应从当前水平逐步减少到一半，每步递减5%，而其它条件——气候、作物和基础设施——保持不变。

水量减少如何改变盐度与流量

模型显示这两个控制点对水资源短缺的反应截然不同。在Bahr El‑Baqar供水口，盐度今天已偏高，约为2200百万分之一。随着淡水比例减少，这一问题急剧加剧：若削减50%，盐度将升至3000百万分之一以上，流经该供水口的水量几乎减半。其原因在于可用于稀释盐分的清水减少、排水在系统中停留时间延长，以及上游农户更多依赖非正规再利用，导致盐分反复累积。相比之下，Bilad El‑Ayad抽水站即使在同等严重削减下仍能保持在法定限值之下，盐度仅从约550百万分之一小幅上升到约640百万分之一，尽管其流量也显著下降。

应对压力的规划工具

团队将这些模型运行结果转换为简单曲线，将任意选定的尼罗河削减比例与每个控制点的相应盐度和流量关联起来。这些曲线很好地拟合了数据，为规划者提供了一种无需重新运行完整模型即可快速估算未来状况的方法。结果强调了不可能用一刀切的政策来应对。在Bahr El‑Baqar供水口，成为热点问题，需要额外措施，例如基于膜的脱盐处理、从源头减少盐输入、调整取水时点以利用自然更清洁的时段，或推动附近农田种植更耐盐的作物。在Bilad El‑Ayad，优先事项则不同：保持足够的水量以灌溉农田，因为在较宽的情景范围内水质仍可接受。

这对埃及水资源未来的意义

对非专业读者而言，主要信息是：再利用农业排水可以缓解埃及的用水压力，但前提是要有针对性、因地制宜地管理。网络的某些部分，如Bilad El‑Ayad，即便在干旱年份也能安全地再利用更多水；而其他部分，如Bahr El‑Baqar供水口，则已接近盐度极限，需积极处理和改进上游做法。通过将复杂模型行为转化为简单关系和可行措施清单，本研究为在日益紧张的水资源环境中保障自来水与粮食供应提供了一条路线图。

引用: Abdul-Muttalib, M.A., El-Saadi, A., El-Gazzar, H. et al. Projecting water availability and quality for reuse under scarcity in the Bahr El-Baqar catchment in Egypt using the SIWARE model. Sci Rep 16, 14165 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-49708-4

关键词: 农业排水水, 水再利用, 盐度, 尼罗河三角洲, 水资源短缺