非洲快速城市化下地下水资源的枯竭：肯尼亚内罗毕含水层系统的近期和未来趋势
肯尼亚的内罗毕火山沉积区域含水层系统 (NAS) 拥有超过 600 万人口，其中包括内罗毕市的 470 万人口。这项工作将多年代际现场水位数据分析与数值地下水模型相结合，以评估内罗毕地下水资源过去和未来可能的演变。自 20 世纪 70 年代中期以来，地下水抽取量以与城市人口增长相似的速度增加了 10 倍，自 1950 年以来，内罗毕地下水位以 6 m/decade 的中位数速度下降，而建成区增加了 70%自 2000 年以来。尽管自 1970 年代以来气候数据没有显着趋势，但最近，干旱条件导致钻孔许可证申请增加。基于对 NAS 的新概念理解（包括来自地球物理学和稳定同位素的见解），数值模拟提供了对加速开采负面影响的进一步定量估计，并很好地捕捉了历史地下水位。
分析表明，整个含水层区域的地下水位平均下降 4 m，内罗毕地下水位下降 46 m，净地下水储量损失 15 亿立方米3和 9% 的河流基流自 1950 年以来减少。根据目前的做法和轨迹，这些数字预计到 2120 年将增加六倍。模拟的未来管理情景表明，为满足内罗毕预测的用水需求而需要的未来地下水抽取是不可持续的，并且区域通过联合用水可以部分缓解人为驱动的枯竭趋势。所提出的方法可以为正在进行类似地下水快速开发的其他主要非洲城市的地下水评估提供信息。
非洲人口严重依赖地下水，并且这种依赖性随着人口的快速增长而增加，尤其是在大城市周围。地下水的快速开发会导致地下水位下降和含水层枯竭，这已在多个城市及其井田中观察到，例如亚的斯亚贝巴（埃塞俄比亚）、内罗毕（肯尼亚）和达累斯萨拉姆（坦桑尼亚；Adelana 等人） . . 然而，通常缺乏关于短期或长期含水层枯竭的详细信息和可靠预测。
含水层枯竭已成为全球关注的一个主要原因。在过去的二十年中，许多研究基于原位地下水观测、区域到全球尺度的水文数值模 ；Wada 2016 年；de Graaf 等人2017 年；de Salis 等人 Cardoso de Salis 等人2019 年），和/或使用 GRACE 的间接卫星观测; 多尔等。表明，干旱和半干旱地区的许多大型沉积含水层正在枯竭，其中大部分也受到大规模灌溉。
在撒哈拉以南非洲，很少有长期地下水数据来记录地下水对抽取反应的演变。确实存在的少数情况突出了一些局部枯竭，并提供了半干旱地区地下水补给的间歇性证据。在缺乏含水层储存长期变化的广泛监测证据的情况下，GRACE 卫星观测在地表模型的帮助下进行了解释。此类分析表明，非洲大型含水层系统的储量变化主要是由气候变率驱动的，并且它们都没有在区域范围内发生显着枯竭。然而，GRACE 数据的低空间分辨率/大足迹限制了对大型沉积含水层的估计，并且无法解决更多局部的次区域到城市规模的区域枯竭，或更复杂，但在区域到（跨国）国家重要的含水层系统。
东非具有相对复杂的地质，包括火山、基底和狭窄的海岸沉积系统。然而，该地区（撒哈拉以南非洲）前所未有的人口增长率预计将在 2019 年至 2050 年全球人口预计增长的 10 亿中增加 5 亿多人，这将转化为更大的压力地下水资源。尤其是肯尼亚，可用水资源不足以满足其不断增长的需求，农村和城市地区的大多数人口越来越依赖地下水供应. 肯尼亚的服务提供商缺乏充足和持续的供水，迫使肯尼亚人在许多城市和农村地区求助于私人地下水供应。内罗毕含水层系统 (NAS) 所覆盖的地区是最大的需求区域，拥有超过 600 万人口，其中大部分人已经依赖地下水，还有许多行业和机构。
内罗毕地区的地下水在地质学上受控于由裂缝/风化火山熔岩流、火山碎屑沉积物、火山层之间的互层沉积物和湖泊沉积物组成的含水层构造，这定义了 NAS 覆盖面积5,880 km 2。通过钻孔取水，NAS 是该国社会经济发展的重要资源，支持该地区 60% 的用水需求，即估计每年 5800 万立方米。
相比之下，根据 Mumma 等人的数据，目前估计 NAS 的补给量在 1.09 亿立方米/年之间。和3.2亿立方米/年根据 . 据估计，随着肯尼亚水资源管理局 (WRA) NAS 地区办事处。鉴于此，钻孔主要集中在内罗毕市县 (NCC) 周围，这表明 NAS 可能正在当地经历重大且加速的枯竭，这可能很快扩大到更大的区域范围并损害河网中的环境流量，更不用说日益增加的最贫瘠地区的土地生存风险。
除此之外，内罗毕地区的快速城市化导致土地利用发生重大变化，随着森林覆盖率普遍下降和建筑面积增加，这可能通过改变含水层补给模式导致地下水位下降。更一般地说，气候变化和人类活动对肯尼亚和东非地下水资源的影响仍然不确定，定量研究很少。然而，众所周知，在肯尼亚农村地区，地下水抽取在旱季增加，雨季减。
