A multi-scale framework for identifying and validating managed aquifer recharge sites in semi-arid Kazakhstan

在气候变率加剧和水需求持续增长的背景下，管理含水层补给（Managed Aquifer Recharge, MAR）已成为增强缺水地区地下水资源的一种有效途径。然而，大多数基于GIS的MAR研究仅限于区域适宜性制图，而已识别场地的水文地质可行性鲜有在野外条件下得到验证。本研究提出了一种多尺度框架，将基于GIS的区域筛选与详细的场地尺度验证相结合，以提高哈萨克斯坦东南部MAR适宜性评估的可靠性。本研究在Zhetysu Alatau–Balkhash一级水文地质盆地内开展，旨在开发并评估用于识别适宜MAR场地的多尺度框架。区域适宜性评估综合了地理信息系统（GIS）、层次分析法（AHP）、蒙特卡洛模拟、模糊伽马分析、遥感以及区域水化学数据。基于区域评估结果，选取Byzhy河流域作为代表性场地，开展详细的水文、水文地质、水化学、基于LiDAR的以及野外调查，以在实际水文地质条件下验证区域适宜性。区域适宜性评估确定代表性研究区中有21.82%（58.41 km²）为高度适宜MAR区域，蒙特卡洛模拟和模糊伽马分析证实了适宜性模型的稳健性。水文评估表明长期平均潜在水量平衡为正值，达27.69 mm·年⁻¹，表明水资源足以支撑MAR。三次双环入渗试验得出的平均野外饱和导水率为1.92 m·天⁻¹（范围：1.86–1.96 m·天⁻¹），表明第四系冲积沉积物具有高入渗能力。地下水矿化度保持在1 g·L⁻¹以下，水文地质调查确认存在厚度为50 m的第四系冲积含水层，适宜开展MAR。长期日河流流量记录表明潜在年补给量为1744万m³，仅占有效含水层储水容量（74680万m³）的2.33%，显示出巨大的储水潜力。区域适宜性评估与野外调查之间的高度一致性表明，该多尺度框架大幅降低了基于GIS的MAR场地识别中的不确定性。通过将区域适宜性制图与水文