非洲快速城市化下地下水資源的枯竭：肯亞内羅畢含水層系統的近期和未來趨勢
肯亞的内羅畢火山沉積區域含水層系統 (NAS) 擁有超過 600 萬人口，其中包括内羅畢市的 470 萬人口。這項工作将多年代際現場水位資料分析與數值地下水模型相結合，以評估内羅畢地下水資源過去和未來可能的演變。自 20 世紀 70 年代中期以來，地下水抽取量以與城市人口增長相似的速度增加了 10 倍，自 1950 年以來，内羅畢地下水位以 6 m/decade 的中位數速度下降，而建成區增加了 70%自 2000 年以來。盡管自 1970 年代以來氣候資料沒有顯着趨勢，但最近，幹旱條件導緻鑽孔許可證申請增加。基于對 NAS 的新概念了解（包括來自地球實體學和穩定同位素的見解），數值模拟提供了對加速開采負面影響的進一步定量估計，并很好地捕捉了曆史地下水位。
分析表明，整個含水層區域的地下水位平均下降 4 m，内羅畢地下水位下降 46 m，淨地下水儲量損失 15 億立方米3和 9% 的河流基流自 1950 年以來減少。根據目前的做法和軌迹，這些數字預計到 2120 年将增加六倍。模拟的未來管理情景表明，為滿足内羅畢預測的用水需求而需要的未來地下水抽取是不可持續的，并且區域通過聯合用水可以部分緩解人為驅動的枯竭趨勢。所提出的方法可以為正在進行類似地下水快速開發的其他主要非洲城市的地下水評估提供資訊。
非洲人口嚴重依賴地下水，并且這種依賴性随着人口的快速增長而增加，尤其是在大城市周圍。地下水的快速開發會導緻地下水位下降和含水層枯竭，這已在多個城市及其井田中觀察到，例如亞的斯亞貝巴（埃塞俄比亞）、内羅畢（肯亞）和達累斯薩拉姆（坦尚尼亞；Adelana 等人） . . 然而，通常缺乏關于短期或長期含水層枯竭的詳細資訊和可靠預測。
含水層枯竭已成為全球關注的一個主要原因。在過去的二十年中，許多研究基于原位地下水觀測、區域到全球尺度的水文數值模 ；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 的間接衛星觀測; 多爾等。表明，幹旱和半幹旱地區的許多大型沉積含水層正在枯竭，其中大部分也受到大規模灌溉。
在撒哈拉以南非洲，很少有長期地下水資料來記錄地下水對抽取反應的演變。确實存在的少數情況突出了一些局部枯竭，并提供了半幹旱地區地下水補給的間歇性證據。在缺乏含水層儲存長期變化的廣泛監測證據的情況下，GRACE 衛星觀測在地表模型的幫助下進行了解釋。此類分析表明，非洲大型含水層系統的儲量變化主要是由氣候變率驅動的，并且它們都沒有在區域範圍内發生顯着枯竭。然而，GRACE 資料的低空間分辨率/大足迹限制了對大型沉積含水層的估計，并且無法解決更多局部的次區域到城市規模的區域枯竭，或更複雜，但在區域到（跨國）國家重要的含水層系統。
東非具有相對複雜的地質，包括火山、基底和狹窄的海岸沉積系統。然而，該地區（撒哈拉以南非洲）前所未有的人口增長率預計将在 2019 年至 2050 年全球人口預計增長的 10 億中增加 5 億多人，這将轉化為更大的壓力地下水資源。尤其是肯亞，可用水資源不足以滿足其不斷增長的需求，農村和城市地區的大多數人口越來越依賴地下水供應. 肯亞的服務提供商缺乏充足和持續的供水，迫使肯亞人在許多城市和農村地區求助于私人地下水供應。内羅畢含水層系統 (NAS) 所覆寫的地區是最大的需求區域，擁有超過 600 萬人口，其中大部分人已經依賴地下水，還有許多行業和機構。
内羅畢地區的地下水在地質學上受控于由裂縫/風化火山熔岩流、火山碎屑沉積物、火山層之間的互層沉積物和湖泊沉積物組成的含水層構造，這定義了 NAS 覆寫面積5,880 km 2。通過鑽孔取水，NAS 是該國社會經濟發展的重要資源，支援該地區 60% 的用水需求，即估計每年 5800 萬立方米。
相比之下，根據 Mumma 等人的資料，目前估計 NAS 的補給量在 1.09 億立方米/年之間。和3.2億立方米/年根據 . 據估計，随着肯亞水資源管理局 (WRA) NAS 地區辦事處。鑒于此，鑽孔主要集中在内羅畢市縣 (NCC) 周圍，這表明 NAS 可能正在當地經曆重大且加速的枯竭，這可能很快擴大到更大的區域範圍并損害河網中的環境流量，更不用說日益增加的最貧瘠地區的土地生存風險。
除此之外，内羅畢地區的快速城市化導緻土地利用發生重大變化，随着森林覆寫率普遍下降和建築面積增加，這可能通過改變含水層補給模式導緻地下水位下降。更一般地說，氣候變化和人類活動對肯亞和東非地下水資源的影響仍然不确定，定量研究很少。然而，衆所周知，在肯亞農村地區，地下水抽取在旱季增加，雨季減。
