استعادة غير مسبوقة للمياه الجوفية على نطاق واسع من خلال التدخل البشري

النتائج

عكس استنزاف المياه الجوفية عبر سهل شمال الصين

لتحقيق استعادة المياه الجوفية في منطقة NCP، قمنا بتجميع مجموعة بيانات شاملة من قياسات مستويات المياه الجوفية في الموقع من كل من المياه الجوفية غير المحصورة والمحاصرة في المناطق الحضرية والريفية داخل NCP. أدى إنشاء مشروع المراقبة الوطنية للمياه الجوفية في الصين في عام 2018 إلى تحسين كبير في التغطية المكانية والزمنية وجودة القياسات في الموقع. قبل عام 2018، كانت هناك العديد من الانقطاعات الزمنية في بيانات المراقبة، ولكن ظهور نظام المراقبة التلقائي بعد ذلك قدم بيانات مستمرة. بعد عام 2018، كان هناك زيادة ملحوظة في كثافة آبار المراقبة في NCP، لا سيما في الأجزاء الجنوبية الشرقية وفي المياه الجوفية المحصورة (الشكل التكميلي 1). بالنسبة للمياه الجوفية غير المحصورة، كانت مستويات المياه الجوفية في أعمق نقطة ( ) في سهل البييدمونت في الجزء الغربي من NCP وأقل عمقًا ( ) في الجزء الشرقي من NCP (الشكل التوضيحي التكميلي 1a-d). بالنسبة للمياه الجوفية المحصورة، كانت رؤوس المياه الجوفية في أعمق مستوياتها ( ) في مدن تيانجين، كانغتشو، وهينغشوي (الشكل التوضيحي التكميلي 1e-h). تم ملاحظة اتجاهات سريعة في ارتفاع منسوب المياه الجوفية عبر منطقة NCP في كل من المياه الجوفية غير المحصورة والمحاصرة (الشكل 2). قمنا بحساب انحدارات ثايل-سين لعمق المياه الجوفية في آبار المراقبة خلال الفترة من 2020 إلى 2024 (الشكل 2m) لأن

الشكل 1 | مقارنات مع الحالات المبلغ عنها سابقًا للتعافي. أ الاتجاهات المبلغ عنها سابقًا لاستعادة المياه الجوفية في القرن الحادي والعشرين بما في ذلك خزان مانشا أوكسيدنتال في إسبانيا (ب)، حوض عباس الشرقي في إيران (ج)، خزان الأنهار الطينية في هضبة مالوا الشرقية في الهند (د)، حوض بانكوك في تايلاند (هـ)، حوض تاييوان في الصين (و)، حوض نهر الملح الشرقي وحوض سانتا كروز العلوي في الولايات المتحدة (ز). الـ
تُبرز الاتجاهات التي تم الإبلاغ عنها سابقًا لسهول شمال الصين أيضًا في (f) . تشير الاتجاهات الإيجابية (باللون الأزرق) إلى تراجع مستوى المياه الجوفية، بينما تشير الاتجاهات السلبية (باللون الأحمر) إلى تعمق مستوى المياه الجوفية. العوامل الرئيسية لكل حالة من حالات التعافي مُعَلَّمَة أيضًا.

حددنا وحللنا الاتجاهات في عمق المياه الجوفية في الآبار المراقبة باستمرار خلال 2005-2017 و2018-2024 (الشكل 3c). تم تصنيف بئر يظهر اتجاه تعميق أحادي متبوعًا بانتعاش أحادي على أنه يحتوي على تحول في

إمدادات المياه واستخدامها في حوض نهر هاي

الشكل 4 | إمدادات المياه السنوية واستخدامها في حوض نهر هاي. أ إمدادات المياه السنوية من مصادر مختلفة بما في ذلك المياه السطحية من الخزانات، والمياه الجوفية من الطبقات غير المحصورة والمحصورة، وتحويل المياه من نهر الأصفر، وتحويل المياه من نهر اليانغتسي (المياه من الجنوب إلى الشمال)

على الرغم من الاستقرار العام في إجمالي استخدام المياه، فإن التحول نحو زيادة تخصيص التدفقات البيئية قد أدى إلى تقليل إجمالي الاستخدام البلدي والزراعي والصناعي، من في عام 2005 إلى في عام 2023 (الشكل 4c، d). استخدام المياه الزراعية، الذي شكل من الإجمالي في عام 2005، قد انخفض بشكل مستمر إلى بحلول عام 2023. بالإضافة إلى انخفاض في مساحة الأراضي الزراعية (الشكل التوضيحي 2)، يُعزى هذا الانخفاض إلى السياسات التي تهدف إلى التخفيف من نقص المياه والحد من استخراج المياه الجوفية، بما في ذلك التعديلات على ممارسات الزراعة، والزراعة في الأراضي الجافة، والراحة الموسمية، واستخدام الأغطية البلاستيكية للحفاظ على رطوبة التربة. زيادة استخدام المياه البلدية بـ خلال الفترة من 2005 إلى 2023، مدفوعًا بنمو السكان، في حين انخفض استخدام المياه الصناعية بنسبة مماثلة بسبب جهود الحفاظ على المياه. استخدام المياه البيئية، الذي يشمل ري الأشجار والمراعي بالإضافة إلى إعادة ملء البحيرات والأنهار قد انتهى منذ عام 2021، أصبحت ثاني أكبر استخدام للمياه

توجهات تحويل المياه وسياسات استعادة المياه الجوفية تدفع نحو استعادة المياه الجوفية

تعتبر استراتيجيات إعادة تغذية المياه الجوفية وتقليل الضخ المرتبط بالري من الاستراتيجيات الحيوية لاستعادة المياه الجوفية المستنزفة (الشكل 6 أ-ج). على مدى سنوات، جفت الأنهار في منطقة نهر الشمال بسبب اعتراض الخزانات upstream وانخفاض مستويات المياه الجوفية. بدأت تجارب إعادة ملء الأنهار في عام 2018 في أنهار فويانغ وهوتو وجوما. منذ ذلك الحين، أكثر من تم تخصيص كمية من المياه من مشروع SNWD لاستعادة الأنهار عبر NCP بحلول عام 2024. جاءت مساهمات إضافية من تحويلات نهر الأصفر والخزانات المحلية، مما أفاد الأنهار (مثل نهر يونغدينغ) والبحيرات (مثل بحيرة باييانغديان). لقد جددت هذه الجهود الأنهار الجافة، واستعادت النظم البيئية النهرية، وزادت من إعادة شحن المياه الجوفية. أظهرت الآبار القريبة من الأنهار المعاد شحنها معدلات استعادة مياه جوفية أسرع (الشكل 6ب)، مما يؤكد فعالية MAR المعتمد على الأنهار. تم استخدام طرق MAR أخرى، بما في ذلك برك إعادة الشحن التي تستعيد الفيضانات وآبار الحقن التي تستهدف المياه الجوفية المحصورة، ولكن على نطاقات أصغر. بالتوازي، ساهمت التغييرات في ممارسات الري أيضًا في الاستعادة الجزئية. يتطلب نظام الزراعة المزدوجة السائد في NCP (دورة القمح الشتوي والذرة الصيفية) ريًا مكثفًا في الربيع، والذي تم الحفاظ عليه تاريخيًا من خلال ضخ المياه الجوفية. بين عامي 2013 و2018، انخفضت المساحة المزروعة بالزراعة المزدوجة بنسبة . في المناطق الريفية بين بكين ولانغفانغ، حيث كان الانخفاض الأكبر ، بدأت استعادة المياه الجوفية في وقت مبكر من 2013-2014 (الشكل 6ج). منذ عام 2018، تباطأ الانخفاض الإضافي في مساحة الزراعة المزدوجة، حيث سمح الماء المحول بتوجيه المياه السطحية المحلية للري . في المقابل، احتفظت المنطقة الجنوبية الشرقية من NCP بأنماط زراعية مستقرة بسبب الاعتماد على تحويلات نهر الأصفر. على الرغم من التعديلات الزراعية، ارتفع إنتاج الغذاء الإقليمي في بكين وتيانجين وهيبي من مليون طن في عام 2005 إلى ~42 مليون طن في عام 2023 (المكمل

المناقشة

لقد نجح التدخل البشري في عكس استنزاف المياه الجوفية في NCP من خلال مجموعة من مصادر المياه الجديدة، وتقليل الطلب على المياه، وزيادة كفاءة استخدام المياه مع تنظيمات صارمة لضخ المياه الجوفية (الشكل 7). تضمنت الاستراتيجيات الرئيسية تحويل المياه وإعادة تدوير المياه العادمة، مما أدى إلى تنويع إمدادات المياه وتقليل الاعتماد على المياه الجوفية المستغلة بشكل مفرط. تم استخدام المياه الزائدة لتجديد المسطحات المائية وMAR، مما ساهم في استعادة المياه الجوفية وزيادة مرونة النظام ضد الجفاف المستقبلي. لتقليل الطلب على المياه الزراعية، تم تنفيذ عدة طرق، بما في ذلك التحول من المحاصيل التي تتطلب مياه كثيرة (مثل الانتقال من دورات القمح والذرة إلى زراعة الذرة الفردية التي تتزامن مع موسم الأمطار الصيفية )، وتوسيع الزراعة الجافة، وإدخال فترات فلاح موسمية. بالإضافة إلى ذلك، تم إلغاء الصناعات التي تتطلب مياه كثيرة (مثل مصانع الصلب وصناعة الورق). كما حسنت الحلول الهندسية، مثل أنظمة الري الموفرة للمياه والتحكم في تسرب الأنابيب، كفاءة استخدام المياه بشكل أكبر. تم أيضًا تقديم أدوات إدارة فعالة، مثل ضرائب موارد المياه، وحصص استخدام المياه (مثل حصص استخدام المياه السنوية لبكين ( )، وتيانجين ( )، وهيبي ( )), وأنظمة تداول المياه، لتحسين استخدام موارد المياه النادرة، مما يحفز الاستخدام الأكثر كفاءة . نتيجة لذلك، زادت إنتاجية المياه في NCP من ثلاثة إلى أربعة أضعاف بين 2005 و2023. في عام 2023، بلغ الناتج الاقتصادي لكل وحدة من استخدام المياه استنادًا إلى الناتج المحلي الإجمالي (GDP) و استنادًا إلى القيمة المضافة الصناعية

طرق

جمع بيانات مستوى المياه الجوفية

معالجة البيانات المسبقة

تحليلات عمق المياه الجوفية في منطقة NCP

البيانات الإحصائية لموارد المياه

العلاقة بين هطول الأمطار والتغيرات في عمق المياه الجوفية

تقدير العائد المحدد المتوسط

أدلة أخرى على استعادة المياه الجوفية

القيود

توفر البيانات

توفر الكود

References

1. Scanlon, B. R. et al. Global water resources and the role of groundwater in a resilient water future. Nat. Rev. Earth Environ. 4, 87-101 (2023).
2. Döll, P. et al. Global-scale assessment of groundwater depletion and related groundwater abstractions: Combining hydrological modeling with information from well observations and GRACE satellites. Water Resour. Res. 50, 5698-5720 (2014).
3. Gleeson, T., Wada, Y., Bierkens, M. F. P. & van Beek, L. P. H. Water balance of global aquifers revealed by groundwater footprint. Nature 488, 197-200 (2012).
4. Wada, Y. et al. Global depletion of groundwater resources. Geophys. Res. Lett. 37, L20402 (2010).
5. Jasechko, S. et al. Rapid groundwater decline and some cases of recovery in aquifers globally. Nature 625, 715-721 (2024).
6. Ao, Z. et al. A national-scale assessment of land subsidence in China’s major cities. Science 384, 301-306 (2024).
7. Herrera-García, G. et al. Mapping the global threat of land subsidence. Science 371, 34-36 (2021).
8. de Graaf, I. E. M., Gleeson, T., van Beek, L. P. H., Sutanudjaja, E. H. & Bierkens, M. F. P. Environmental flow limits to global groundwater pumping. Nature 574, 90-94 (2019).
9. Condon, L. E. & Maxwell, R. M. Simulating the sensitivity of evapotranspiration and streamflow to large-scale groundwater depletion. Sci. Adv. 5, eaav4574 (2019).
10. Werner, A. D. et al. Seawater intrusion processes, investigation and management: Recent advances and future challenges. Adv. Water Resour. 51, 3-26 (2013).
11. Deines, J. M. et al. Transitions from irrigated to dryland agriculture in the Ogallala Aquifer: Land use suitability and regional economic impacts. Agric. Water Manag. 233, 106061 (2020).
12. Tillman, F. D. & Flynn, M. E. Arizona Groundwater Explorer: interactive maps for evaluating the historical and current groundwater conditions in wells in Arizona, USA. Hydrogeol. J. 32, 645-661 (2024).
13. Buapeng, S. & Foster, S. Controlling groundwater abstraction and related environmental degradation in metropolitan Bangkok Thailand. Report number: GW-MATe Case Profile Collection 20Affiliation: World Bank (Washington DC) www.worldbank.org/ gwmat (2008).
14. Karimi, H. & Alimoradi, S. Impacts of water transfer from Karkheh Dam on rising of groundwater in Dasht-e-Abass Plain, Ilam Province. Res. Earth Sci. 8, 33-44 (2017).
15. Alam, S., Gebremichael, M., Li, R., Dozier, J. & Lettenmaier, D. P. Can managed aquifer recharge mitigate the groundwater overdraft in California’s central valley?. Water Resour. Res. 56, e2020WRO27244 (2020).
16. Ulibarri, N., Escobedo Garcia, N., Nelson, R. L., Cravens, A. E. & McCarty, R. J. Assessing the feasibility of managed aquifer recharge in California. Water Resour. Res. 57, e2020WR029292 (2021).
17. Long, D. et al. South-to-north water diversion stabilizing Beijing’s groundwater levels. Nat. Commun. 11, 3665 (2020).
18. Scanlon, B. R., Reedy, R. C., Faunt, C. C., Pool, D. & Uhlman, K. Enhancing drought resilience with conjunctive use and managed aquifer recharge in California and Arizona. Environ. Res. Lett. 11, 035013 (2016).
19. Tang, W. et al. Land subsidence and rebound in the Taiyuan basin, northern China, in the context of inter-basin water transfer and groundwater management. Remote Sens. Environ. 269, 112792 (2022).
20. Martínez-Santos, P., Castaño-Castaño, S. & Hernández-Espriú, A. Revisiting groundwater overdraft based on the experience of the Mancha Occidental Aquifer, Spain. Hydrogeol. J. 26, 1083-1097 (2018).
21. Monir, M. M. & Sarker, S. C. Analyzing post-2000 groundwater level and rainfall changes in Rajasthan, India, using well observations and GRACE data. Heliyon 10, e24481 (2024).
22. Zheng, C. et al. Can China cope with its water crisis?-Perspectives from the North China Plain. Groundwater 48, 350-354 (2010).
23. Liu, J., Zheng, C., Zheng, L. & Lei, Y. Ground water sustainability: methodology and application to the North China plain. Groundwater 46, 897-909 (2008).
24. Yang, H. et al. Evolution of groundwater level in the North China Plain in the past 40 years and suggestions on its overexploitation treatment. Geol. China 48, 1142-1155 (2021).
25. Cao, G., Zheng, C., Scanlon, B. R., Liu, J. & Li, W. Use of flow modeling to assess sustainability of groundwater resources in the North China Plain. Water Resour. Res. 49, 159-175 (2013).
26. Yang, W. et al. Human intervention will stabilize groundwater storage across the north China plain. Water Resour. Res. 58, e2021WRO30884(2022).
27. Zhang, C. et al. Sub-regional groundwater storage recovery in North China Plain after the South-to-North water diversion project. J. Hydrol. 597, 126156 (2021).
28. Zhang, C. et al. The Effectiveness of the South-to-North water diversion middle route project on water delivery and groundwater recovery in north china plain. Water Resour. Res. 56, e2019WRO26759 (2020).
29. Li, X., Ye, S.-Y., Wei, A.-H., Zhou, P.-P. & Wang, L.-H. Modelling the response of shallow groundwater levels to combined climate and water-diversion scenarios in Beijing-Tianjin-Hebei Plain, China. Hydrogeol. J. 25, 1733-1744 (2017).
30. Dong, L. et al. Shifting agricultural land use and its unintended water consumption in the North China Plain. Sci. Bull. 69, 3968-3977 (2024).
31. Chen, Y., Yin, G. & Liu, K. Regional differences in the industrial water use efficiency of China: the spatial spillover effect and relevant factors. Resour. Conserv. Recycl. 167, 105239 (2021).
32. Chen, F., Ding, Y., Tang, S., Ding, L. & Yang, Y. Practice and effect analysis of river-lake ecological water supplement and groundwater recharge in the North China region. China Water Resour. 7, 36-39 (2021).
33. National Bureau of Statistics. China rural statistical yearbook (2005-2024).
34. Butler, J. J. Jr, Whittemore, D. O., Wilson, B. B. & Bohling, G. C. A new approach for assessing the future of aquifers supporting irrigated agriculture. Geophys. Res. Lett. 43, 2004-2010 (2016).
35. Zheng, H., Liu, Y. & Zhao, J. Understanding water rights and water trading systems in China: a systematic framework. Water Secur. 13, 100094 (2021).
36. Hai River basin Water Authority. Hai River Water Resources Bulletin (2005-2023).
37. Pérez-Blanco, C. D., Loch, A., Ward, F., Perry, C. & Adamson, D. Agricultural water saving through technologies: a zombie idea. Environ. Res. Lett. 16, 114032 (2021).
38. Noori, R. et al. Anthropogenic depletion of Iran’s aquifers. Proc. Natl. Acad. Sci. 118, e2024221118 (2021).
39. Alattar, M. H. Mapping groundwater dynamics in Iraq: integrating multi-data sources for comprehensive analysis. Model. Earth Syst. Environ. 10, 4375-4385 (2024).
40. Caló, F. et al. DInSAR-based detection of land subsidence and correlation with groundwater depletion in Konya Plain, Turkey. Remote Sens. 9, 83 (2017).
41. Massoud, E. C., Liu, Z., Shaban, A. & Hage, M. E. Groundwater depletion signals in the Beqaa Plain, Lebanon: evidence from GRACE and Sentinel-1 data. Remote Sens. 13, 915(2021).
42. Brückner, F. et al. Causes and consequences of long-term groundwater overabstraction in Jordan. Hydrogeol. J. 29, 2789-2802 (2021).
43. van Rooyen, J. D., Watson, A. P. & Miller, J. A. Combining quantity and quality controls to determine groundwater vulnerability to depletion and deterioration throughout South Africa. Environ. Earth Sci. 79, 255 (2020).
44. Jasechko, S. & Perrone, D. California’s central valley groundwater wells run dry during recent drought. Earth’s. Future 8, e2019EF001339 (2020).
45. Scanlon, B. R. et al. Groundwater depletion and sustainability of irrigation in the US high plains and central valley. Proc. Natl. Acad. Sci. 109, 9320-9325 (2012).
46. Butler, J. J. Jr, Whittemore, D. O., Wilson, B. B. & Bohling, G. C. Sustainability of aquifers supporting irrigated agriculture: a case study of the High Plains aquifer in Kansas. Water Int. 43, 815-828 (2018).
47. MacDonald, A. M. et al. Groundwater quality and depletion in the Indo-Gangetic Basin mapped from in situ observations. Nat. Geosci. 9, 762-766 (2016).
48. Faunt, C. C. et al. Groundwater sustainability and land subsidence in California’s central valley. Water 16, 1189 (2024).
49. Furman, A. & Abbo, H. In Water Policy in Israel: Context, Issues and Options (ed Nir Becker) 125-136 (Springer Netherlands, 2013).
50. Shumilova, O., Tockner, K., Thieme, M., Koska, A. & Zarfl, C. Global water transfer megaprojects: a potential solution for the water-food-energy nexus? Front. Environ. Sci. 6, https://doi.org/10.3389/ fenvs.2018.00150 (2018).
51. MacAllister, D. J., Krishan, G., Basharat, M., Cuba, D. & MacDonald, A. M. A century of groundwater accumulation in Pakistan and northwest India. Nat. Geosci. 15, 390-396 (2022).
52. Chauhan, T., Devanand, A., Roxy, M. K., Ashok, K. & Ghosh, S. River interlinking alters land-atmosphere feedback and changes the Indian summer monsoon. Nat. Commun. 14, 5928 (2023).
53. Tillman, F. D. & Leake, S. A. Trends in groundwater levels in wells in the active management areas of Arizona, USA. Hydrogeol. J. 18, 1515-1524 (2010).
54. Jacobs, K. L. & Holway, J. M. Managing for sustainability in an arid climate: lessons learned from 20 years of groundwater management in Arizona, USA. Hydrogeol. J. 12, 52-65 (2004).
55. Ganguly, S. & Ganguly, S. Implementation of managed aquifer recharge techniques in India. Curr. Sci. 121, 641-650 (2021).
56. Ebrahim, G. Y., Lautze, J. F. & Villholth, K. G. Managed aquifer recharge in africa: taking stock and looking forward. Water 12, 1844 (2020).
57. Standen, K., Costa, L. R. D. & Monteiro, J.-P. In-channel managed aquifer recharge: a review of current development worldwide and future potential in Europe. Water 12, 11 (2020).
58. Jones, E., Qadir, M., van Vliet, M. T. H., Smakhtin, V. & Kang, S. -m The state of desalination and brine production: a global outlook. Sci. Total Environ. 657, 1343-1356 (2019).
59. Smith, K., Liu, S., Hu, H.-Y., Dong, X. & Wen, X. Water and energy recovery: the future of wastewater in China. Sci. Total Environ. 637638, 1466-1470 (2018).
60. Nan, T. et al. Evaluation of shallow groundwater dynamics after water supplement in North China Plain based on attention-GRU model. J. Hydrol. 625, 130085 (2023).
61. Bai, L. et al. Quantifying the influence of long-term overexploitation on deep groundwater resources across Cangzhou in the North China Plain using InSAR measurements. J. Hydrol. 605, 127368 (2022).
62. Sen, P. K. Estimates of the regression coefficient based on Kendall’s Tau. J. Am. Stat. Assoc. 63, 1379-1389 (1968).
63. Theil, H. In Henri Theil’s Contributions to Economics and Econometrics: Econometric Theory and Methodology (eds. Baldev Raj & Johan Koerts) 345-381(Springer Netherlands, 1992).
64. Mann, H. B. Nonparametric tests against trend. Econometrica 13, 245-259 (1945).
65. Su, G. et al. Spatiotemporal evolution characteristics of land subsidence caused by groundwater depletion in the North China plain during the past six decades. J. Hydrol. 600, 126678 (2021).
66. Yu, X., Wang, G., Hu, X., Liu, Y. & Bao, Y. Land Subsidence in Tianjin, China: Before and after the South-to-North Water Diversion. Remote Sensing 15, 1647 (2023).
67. Guo, H. et al. Land subsidence and its affecting factors in Cangzhou, North China Plain. Front. Environ. Sci. 10 (2022).
68. Cao, G., Scanlon, B. R., Han, D. & Zheng, C. Impacts of thickening unsaturated zone on groundwater recharge in the North China plain. J. Hydrol. 537, 260-270 (2016).
69. Xu, Y., Long, D. & Cui, Y. Unprecedented large-scale aquifer recovery through human intervention. https://doi.org/10.5281/ zenodo. 15797080 (2025).

شكر وتقدير

مساهمات المؤلفين

المصالح المتنافسة

معلومات إضافية

Unprecedented large-scale aquifer recovery through human intervention

Results

Reversing groundwater depletion across the North China Plain

To investigate groundwater recovery in the NCP, we compiled an extensive dataset of in-situ groundwater level measurements from both unconfined and confined aquifers in urban and rural areas within the NCP. The establishment of China’s national groundwater monitoring project in 2018 markedly improved the spatiotemporal coverage and quality of in situ measurements. Prior to 2018, there were many temporal discontinuities in the monitoring data, but the advent of an automatic monitoring system thereafter provided continuous data. Post-2018, there was a notable increase in monitoring well density in the NCP, particularly in the southeastern portions and in confined aquifers (Supplementary Fig. 1). For unconfined aquifers, groundwater levels were deepest ( ) in the piedmont plain in the western portion of the NCP and shallowest ( ) in the eastern portion of the NCP (Supplementary Fig. 1a-d). For confined aquifers, groundwater heads were deepest ( ) in the cities of Tianjin, Cangzhou, and Hengshui (Supplementary Fig. 1e-h). Rapid shallowing trends have been observed across the NCP in both unconfined and confined aquifers (Fig. 2). We calculated Theil-Sen slopes for depth to groundwater at monitoring wells during 2020-2024 (Fig. 2m) because

Fig. 1 | Comparisons with previously reported cases of recovery. a Previously reported groundwater recovery trends in the 21st century , including the Mancha Occidental aquifer in Spain (b), Abbas-e Sharghi basin in Iran (c), Eastern Malwa Plateau alluvial aquifer in India (d), Bangkok basin in Thailand (e), Taiyuan basin in China (f), East Salt River and Upper Santa Cruz basins in the United States (g). The
trends previously reported for the North China Plain are also highlighted in (f) . Positive trends (blue) indicate shallowing groundwater, while negative trends (red) indicate deepening groundwater. The main drivers for each recovery case are also labeled.

We identified and analyzed trends in groundwater depth at continuously monitored wells during 2005-2017 and 2018-2024 (Fig. 3c). A well displaying a monotonic deepening trend followed by a monotonic rebound was labelled as having a reversal of the

Water supply and usage in the Hai River basin

Fig. 4 | Annual water supply and usage in the Hai River basin. a Annual water supply from various sources , including surface water from reservoirs, groundwater from unconfined and confined aquifers, water diversion from the Yellow River, water diversion from the Yangtze River (South-to-North Water

Despite generally stable total water use, a shift towards increased allocation to environmental flows has led to a reduction in total municipal, agricultural, and industrial use, from in 2005 to in 2023 (Fig. 4c, d). Agricultural water use, which accounted for of the total in 2005, has steadily declined to by 2023. In addition to a decrease in cropland area (Supplementary Fig. 2), this reduction is attributed to policies aimed at mitigating water shortages and curbing groundwater extraction, including adjustments to cultivation practices, dryland farming, seasonal fallow, and use of plastic mulch to conserve soil moisture . Municipal water use increased by during 2005-2023, driven by population growth, while industrial water use decreased by a similar percentage due to conservation efforts . Environmental water use, which includes watering trees and grasslands as well as replenishing lakes and rivers , has been over since 2021, becoming the second-largest water use

Water diversion and aquifer restoration policies drive groundwater recovery

MAR and reduced irrigation-related pumping are critical strategies for restoring depleted aquifers (Fig. 6a-c). For years, rivers in the NCP had dried up due to upstream reservoir interception and declining groundwater levels. Experimental river replenishment began in 2018 in the Fuyang, Hutuo, and Juma rivers. Since then, over of water from the SNWD project has been allocated to restore rivers across the NCP by 2024. Additional contributions came from Yellow River diversions and local reservoirs, benefiting rivers (e.g., the Yongding River) and lakes (e.g., the Baiyangdian Lake). These efforts have rejuvenated drying rivers, restored riparian ecosystems, and enhanced aquifer recharge. Wells near replenished rivers exhibited more rapid groundwater recovery rates (Fig. 6b), confirming the effectiveness of river-based MAR. Other MAR methods, including flood-restoring recharge ponds and injection wells targeting confined aquifers, were employed but at smaller scales. In parallel, changes in irrigation practices also contributed to partial recovery. The NCP’s dominant double cropping system (winter wheat and summer maize rotation) requires intensive spring irrigation, historically sustained by groundwater pumping. Between 2013 and 2018, the area under double cropping declined by . In rural areas between Beijing and Langfang, where the reduction was the greatest , groundwater recovery began as early as 2013-2014 (Fig. 6c). Since 2018, further decline in double-cropped area has slowed, as diverted water has allowed local surface water to be redirected for irrigation . In contrast, the southeastern NCP retained stable cropping patterns due to reliance on Yellow River diversions. Despite the cropping adjustments, regional food production in Beijing, Tianjin, and Hebei rose from million tons in 2005 to ~42 million tons in 2023 (Supplementary

Discussion

Human intervention has successfully reversed groundwater depletion in the NCP through a combination of new water sources, reduced water demand, and enhanced water use efficiency with strict groundwater pumping regulations (Fig. 7). Key strategies included water diversion and wastewater recycling, which diversified the water supply and reduced reliance on overexploited aquifers. Excess water has been utilized for replenishing water bodies and MAR, contributing to aquifer restoration and enhancing system resilience against future droughts. To reduce agricultural water demand, several approaches were implemented, including shifting from water-intensive crops (e.g., transitioning from wheat-maize rotations to single maize crops that coincide with the summer rainy season ), expanding dryland farming, and introducing seasonal fallow periods. Additionally, water-intensive industries (e.g., steel and papermaking plants) were phased out. Engineering solutions, such as water-saving irrigation systems and pipeline leakage control, further improved water use efficiency. Effective management tools, such as water resources taxes, water use quotas (e.g., annual water use quotas for Beijing ( ), Tianjin ( ), and Hebei ( )), and water trading systems, were also introduced to optimize scarce water resources, stimulating more efficient usage . As a result, water productivity in the NCP has increased three to four times between 2005 and 2023. In 2023, economic output per unit of water use reached based on gross domestic product (GDP) and based on industrial added

Methods

Groundwater level data collection