加州的中央山谷种植着美国大约40%的水果、坚果和农产品，但也消耗了太多地下水。现在，加州正在寻找创新办法补充含水层。摄影：PATRICIA E. THOMAS, ALAMY STOCK PHOTO
撰文：ALEJANDRA BORUNDA
从远处望去，一排排多节葡萄藤仿佛融入了开着粉花的杏树、香橙；但走近后，你会发现奇怪的一幕：葡萄藤的主干屹立在十几厘米深的水里。水闪闪发光，弥足珍贵。
这些葡萄种植在加州圣华金河谷科尔尼农业研究中心，是大型实验的一部分，很多人希望这项实验能帮助解决加州日益严重的水资源危机。美国约40%的新鲜农产品来自加州，然而长达20年的干旱导致种植者和社区极度缺水。为了弥补雨雪不足造成的持续缺水，人们正在抽取地下水，速度远超水从地表渗入地下含水层的速度。
干旱只是放大了一个老问题：一个世纪以来，加州人一直在过度使用地下水，部分原因在于没有监管。2014年，一项具有里程碑意义的州法律通过，情况才有所改变；这项法律要求到2040年，当地供水机构控制地下水透支的现象。现在，人们正在寻找解决办法。
一个很受欢迎的想法是，用未使用的、原本会流入大海的水，来“补充”被过度抽取的含水层，例如冬季经常出现的暴雨，而此时农民也不需要水。科学家正在科尔尼农业研究中心，用被洪水淹没的葡萄做试验。农民和水资源管理者故意淹没农田、湿地和其关键地方，试图捕捉这些宝贵的资源。支持者认为，与修建更多水坝和水库相比，用这些水补充加州日渐枯竭的含水层，是一种更便宜、更利于生态和更有效的应对干旱的办法。
“很明显，我们的水入不敷出，”圣华金河谷图莱里灌溉区的负责人Aaron Fukuda说：“我们都知道，要么减少需求，要么增加供应……地下水补给是首选的解决方案。”圣华金河谷是加州水资源透支最严重的地区之一。
巨大的运河和水道网络把灌溉用水输送到圣华金河谷的农场。它们也可以输送水，来补充含水层。摄影：AVA PETERSON, ALAMY STOCK PHOTO
水与葡萄
几十年来，Don Cameron一直在思考，如何让水回到地下。
自1981年以来，Cameron一直在管理特拉诺瓦农场，长期依赖地下水；这片农场位于圣华金河谷，面积22平方公里。早些年，这很容易：他和团队用100马力的发动机，从井里抽水。但随着时间的推移，一些井干涸了，另一些井则打得更深。农场不得不启用200马力的发动机，才能保证出水。
在Cameron看来，很显然，问题只会变得更糟。他担心这会导致他和邻居*；水是农业必不可少的要素之一。
解决办法也看似很明显。如果问题在于从地下抽取了过多的水，那么只要一有机会就把水还回去，这不是最简单办法吗？
2011年2月，机会来了。干旱的一年后，一场意想不到的风暴带来了大量雨雪，沿着特拉诺瓦农场边缘蜿蜒流淌的金斯河获得了额外的水分补充。Cameron把其中一部分水引入专为这一刻修建的深运河和沟渠，并设置了一系列小水泵，把足够的水泵到酿酒葡萄田里，水深近60厘米，淹没了葡萄田。
他的邻居们惊呆了，认为这些植物都会被淹死，不可能活下来。但Cameron的直觉告诉他没问题，毕竟这些葡萄的野生原生种在沿着河流进化。“我非常肯定，它们可以处理根部湿润的情况。”
水不断渗入地下，于是他一直在抽水——整个6月，花苞绽放，树叶张开，整个季节共泵入了4米深的水：足以覆盖一座足球场，高度远超射门横梁。
葡萄果然安然无恙。不过，这项实验更大的价值在于激发其他人的兴趣。Cameron经常谈到自己的实验，在农场举办玉米饼卡车演讲，并向科学家、政策制定者和农民宣传这个想法。
之后的一年，加州陷入长期干旱，情况非常糟糕，而且每况愈下，一直持续到2016年。雨雪很少，在圣华金河谷部分地区，农民的地表水输送量仅为正常情况下的40%。即使多雨的年份，地下水的使用量也占到总用水量约40%，那一年更是居高不下。
和Cameron一样，其他农民也发现他们的水井干涸了。整个社区都听到水泵抽不出水的声音。一些地方，地面下沉超过6米，因为下方的水被抽空了。
在这样的情况下，2014年，议员们通过了《可持续地下水管理法》（SGMA）。加州成为西部最后一个限制地下水使用的州。
“我们用了100多年，对地下水的监管才跟上了地表水，但我们还是做到了，”加州水资源部的工程师Kaymar Guivetchi说。
补充含水层
想要阻止地下水枯竭，只有两个办法，加州公共政策研究所的Alvar Escriva-Bou解释说，减少抽水，或者补充地下水。
“这是世界上最简单的数学题，”斯坦福大学的地质学家Rosemary Knight说。
减少用水可能需要农田休耕，这会给种植者及其社区造成损失。相比之下，补充含水层容易得多，因此Don Cameron重新补充地下水的想法非常受欢迎。
“就像有人按下了开关，”Cameron说：“他们发现这是可持续的，能让他们继续耕作。突然之间，灵光乍现。”
这个想法很简单：当额外的水流经加州水道时，其中一些可以“分离”出来，并转移到农田，补给池、井以及其他可浸润的地点。
从某种意义上来说，这是在模拟加州历史上人类定居前的水循环，Guivetchi说。在水坝和长距离运河出现前，加州山谷被淹没要频繁得多：随着春天山上的积雪融化，融水奔流而下，暴雨倾盆。洪水会渗入地下蓄水层。但20世纪，加州和联邦兴建大型水利工程，改变了当地的情况，他们在自然洪涝区排水，疏通河流，以支持农业和水力发电，从根本上破坏了自然水循环。
“水循环想要按照几千年来的方式运行，但由于人类不断进行切割，循环功能失调，”Guivetchi说。
加州很多团体都同意，通过更多地恢复自然洪水循环，来补充含水层。问题是如何做到这一点，不是特拉诺瓦农场这样几平方公里范围内，而是在更广阔的土地上，Guivetchi说。
把水还给土地
圣华金河谷的地下水以每年2.5立方公里的速度被透支，相当于加州居民家庭用水量的三分之一。
我们还不知道，这个不断扩大的缺口能填补上多少。根据当地SGMA目前的计划，重新补充含水层可以填补约40%。但加州公共政策研究所的独立分析发现，这个数字只有25%。
理想状况下，水被注入承压区域，那里的粗砾石或沙子构成了通往含水层的直接通道。这样“优秀的”区域并不多，而Fukuda的图莱里灌溉区已经有了一个，加州政府拨款1200万美元寻找更多的承压区域。
在地质物理学家Knight的带领下，斯坦福大学的研究人员已经掌握了从空中或驾驶四驱车从陆地上寻找承压区域的办法。团队配备了一台仪器，通过测量导电率，绘制地下地质结构的情况，从而分辨出水容易通过的砾石和沙子，以及阻止水向下流动的粘土。
不过，高效补充区可能还不够，农民需要做好农田被淹没的准备。
“这就是我们来到研究站的原因，”水文地质学家Helen Dahlke一边说，一边把靴子从泥泞中拉出来。科尔尼的这片葡萄田已经被水淹没。“该折磨这些葡萄了！”研究生Shulamit Shroder笑着说道。
与Dahlke一起工作的很多农民希望这么做能解决问题。但他们需要知道自己的作物能否经受住洪水的洗礼，以及如何防止硝酸盐等污染物渗入含水层。硝酸盐是常见的化肥成分，也是当地水源的主要污染物。Dahlke的团队正在做测试。两天前，他们淹没了这片田地，现在正在观察硝酸盐是否以及如何通过表层土向下渗透。
她俯身打开小型便携式真空泵，轻柔地从埋在地下的试管中取出样本，她的脸倒映在下方的水面。“在农业补给方面，肯定有很多权衡，”她说，这就是“为什么要弄清楚如何利用最佳位置。”
寻找多余的水
比找到最佳位置更大的难题是找到水本身。但即使在最干旱的年份（通常是猛烈的冬季暴风雪期间），也有潜在可用的水源。
气候变化使干旱期变得更加干燥，但也使暴雨愈发猛烈。它还改变了融雪模式，春天的洪水速度快，水量大。最近，水资源部预测，到21世纪70年代，在位于圣华金河谷北端的默塞德河，洪水流量将为今天最大值的600%。
如果洪水能被分离出来，用于地下水补充，那么同时也能减少洪水的破坏性，水资源部的工程师Ajay Goyal说。但这存在法律和协调方面的问题：关于谁掌握了“多余的”水，是什么组成了“多余的”水，各方已经开始蠢蠢欲动。几公里老化又昂贵的基础设施需要升级，才能适应更大的水流。
Cameron领先了很多年。20世纪90年代，为了洪水实验，他在农场边缘修建了一条大沟，来容纳多余的水。（“我们没有得到任何许可，我应该进监狱，但我们不得不尝试一下，”他说。）2011年成功后，他决定修建一个更大的系统；这一次，他与县和州政府、邻居进行了协商，以适应气候变化的未来世界。
初春，Cameron站在农场西南角的上游混凝土水闸上。阳光下，他眯起眼睛，指了指左边，一条涓涓细流正蜿蜒穿过长满了草的广阔平原。“那是金斯河的北支流，”他说：“令人印象深刻，不是吗？”
但在潮湿的时候，平原上的水奔涌不息，这时他的水道会闪闪发光，Cameron解释说。他又指了指右边，那是一条深4.6米，宽21米的积土水道，沿着农场边缘延伸了1.6公里。然后兵分两路：一支向北方延伸了1.6公里，另一支向东，计划延伸19公里，为下游的很多邻居服务。
与河床里的涓涓细流相比，水道可谓洪流。Cameron告诉我们，当水出现，就是它们发挥作用的时候。有了这个系统和合适的天气，“我们可以把一年的用水量送回去，”他说。
到目前为止，这是一场等待游戏。去年12月是加州有记录以来最潮湿的一个月，Cameron燃起了希望。但冬季的其余时间却是近乎破纪录的干旱，这种天气人们早已熟悉。他的水道不得不再等一年，两年，甚至十年。
“我们在等待，但我们也会做好准备，”他说。
（译者：Sky4）
