基于GRACE 和GLDAS 的塔里木河流域地下水储量演变规律研究

塔里木河流域位于中国西北干旱区,降水稀少,生态脆弱,水资源是维系当地社会经济发展和生态健康的关键因素。文章利用GRACE重力卫星数据和GLDAS全球陆面同化系统数据识别了塔里木河流域2003~2019年地下水储量变化,并分析其时空分布规律。结果显示,2003~2019年间塔里木河流域地下水储量整体呈下降趋势,速率为-2.13 mm/a。在空间分布上,由北向南,地下水储量的下降降幅逐渐减少,天山南坡中段地区地下水亏损最大,而塔里木河下游地下水储量稳步回升,与近十多年的应急生态输水有关。此外,塔里木河流域地下水储量变化与年降水量存在比较一致的年际变化特征。2004、2006~2009年降水量偏少,地下水储量显著减少,降水量多的年份,地下水储量出现回升。基于GRACE和GLDAS的地下水储量分析方法对于对监测缺乏地下水站网的塔里木河流域地下水资源具有较大应用潜力。     

利用GRACE重力卫星数据反演黑河流域地下水变化

干旱区地表水资源有限, 地下水资源被超采利用, 黑河流域是西北干旱区典型内陆河流域, 有同样的地下水资源利用问题. 然而由于监测地下水变化的测井数目有限且分布不均, 难以从流域尺度上把握地下水资源的时空变化. 利用GRACE重力测量卫星数据反演黑河流域2003-2008年间的地下水时空变化, 为合理分配利用水资源提供科学依据, 为掌握无资料区域地下水水资源及其变化趋势提供了计算方法. 为验证GRACE反演结果的可靠性, 首先将计算出的黑河中上游地下水的变化, 与该区域实测地下水变化数据进行对比分析, 结果显示二者之间相关性较好, 在一定程度上表明GRACE数据具备反演整个黑河流域水储量变化及其各个组分的能力. 此后, 利用GRACE数据反演了全黑河流域的地下水变化, 对其时空变化进行了分析和讨论. 结果表明: 黑河流域2003-2004年间地下水减少的幅度越来越少, 2005年夏季期间地下水资源量增加量最多, 自此地下水增加幅度逐渐减少, 至2008年趋于平衡. 空间上流域局部变化波动较大, 2003-2004年间黑河上游地下水资源量处于减少状态, 2005年相对于6 a地下水平均含量有轻微增加趋势, 2006年处于6 a平均值状态, 2007-2008年有稍微上升趋势; 中游在2005年有略微的上升, 之后3 a下降; 下游地下水含量在6 a中整体呈上升趋势.     

基于GRACE卫星数据的中国地下水储量监测进展

GRACE卫星数据是监测地下水储量变化的一个新兴工具,及时了解其在中国的应用状况非常重要。在运用文献计量分析方法,定量分析相关研究趋势和特点的基础上,详细阐述了基于GRACE卫星数据的地下水监测基本原理、监测方法和不确定性,并总结了中国地下水储量变化监测的范围、精度和结果。研究发现,基于GRACE卫星的中国地下水储量变化监测研究逐渐受到重视,相关的中英文论文数量与被引频次均呈上升趋势。常用的监测方法主要包括基于水量平衡原理估算地下水储量变化、利用GRACE卫星数据校准水文模型。基于GRACE数据的中国地下水储量变化监测热点是华北平原。监测结果与实测地下水数据吻合良好,二者相关系数均高于0.6。目前,基于GRACE卫星数据的中国地下水储量监测仍存在空间分辨率低、不确定性大等挑战。未来应该结合GPS数据、合成孔径雷达干涉测量和地下水储量实测数据进行综合分析,以提高监测精度和可靠性。     

遥感反演2000—2020年青藏高原水储量变化及其驱动机制

气候变化对青藏高原的水储量造成显著影响,严重威胁下游地区涉及10亿人口的水资源安全、水灾害防治和水生态保护。本研究集成多源卫星遥感(包括卫星重力、卫星测高、光学影像等)及相关反演融合算法和部分再分析数据,在前期工作基础上延长并生成了2000—2020年青藏高原各类水储量(湖泊、冰川、雪深和雪水当量、总水储量)变化数据,并分析其气候驱动机制。结果表明：(1) 2002—2020年间青藏高原外流区总水储量呈显著下降趋势(-10.90 Gt/a),主要由冰川质量损失主导;内流区总水储量呈显著上升趋势(6.40 Gt/a),其中湖泊水量扩张占主导。(2)青藏湖泊整体呈扩张趋势,并分为3个阶段：2000—2012年为平稳增长期(6.35 Gt/a),2012—2017年为相对稳定期(1.42 Gt/a),2017年后进入快速增长期(10.59 Gt/a);湖泊水量变化与降水量变化一致性较高。(3)藏东南地区的冰川呈快速消融趋势(-4.50 Gt/a),气温升高和降水年际波动是近年来该地区冰川后退的主要原因。(4) 2016—2020年平均雪水当量较2001—2015年呈增加趋势,积雪变化主要受累...     

中国东北三省地下水储量时空变化特征及其影响因素分析

为完善区域地下水开发利用措施、规划区域地下水资源管理,利用GRACE卫星评估2002—2017年中国东北三省地下水储量变化规律。结合GRACE和GLDAS估算地下水储量变化,与实测地下水储量变化对比验证,并探究其影响因素。结果表明：GRACE模拟地下水储量变化与实测地下水储量变化相关性较强,为0.72;地下水储量在2013年盈余最大,2008年亏损最大,平均增长率为2.23 mm/a,秋冬两季有明显亏损,夏季发生盈余;地下水储量空间分布有明显差异性,2013年前东北少西南多,2013年后东北多西南少,黑龙江省变化较为明显,辽宁省和吉林省受旱灾影响亏损过多;降水量和农业用水量变化与地下水储量变化极显著相关,冬季地下水储量变化与降雪显著相关。研究东北三省地下水储量时空变化对中国乃至全球水资源优化配置和生态环境可持续发展具有参考价值。     

基于GRACE卫星的辽宁省2002—2017年地下水储量监测

为监测和分析辽宁省地下水储量时空变化,笔者利用2002年4月至2017年6月GRACE时变重力场模型数据,采用去相关滤波、高斯滤波及尺度因子法反演辽宁省陆地水储量变化,再依据GL-DAS水文模型模拟的土壤水与冰雪等效水之和,获得辽宁省地下水储量变化.研究结果表明:辽宁省地下水储量在降雨和农业活动的综合影响下表现出持续减...     

高放废物处置系统地下水同位素特征

在高放废物处置库场地特性评价中，对于深地质处置方案而言，最有可能使放射性核素进入生物圈的机制是地下水的迁移，因此，水文地质研究是场址预选和评价中的一个重要内容。本文以甘肃北山预选区旧井地段为例，根据地下水同位素数据，结合所获得的地质、水文数据和信息，分析研究了研究区基岩地下水的起源、形成、演化和循环特征。研究表明，北山预选区旧井地段，深部地下水和浅部地下水均源自大气降水的补给，弱含水、低渗透、低流速是该区的主要水文地质特征。     

甘肃北山—河西走廊—祁连山区域地下水循环模式

山区地下水流动受到区域气候条件、地形地貌、地质构造等因素共同控制,限于资料有限,其流动模式与控制机理尚不清晰.特别是地处甘肃北山的高放废物地质处置库预选区、河西走廊以及祁连山北麓区域地下水的流动模式,直接决定了处置库在万年时间尺度上的安全性.基于区域遥感构造解译、地质构造演化分析、地球物理勘探以及水文地质钻探,获取了典...     

基于GRACE的黄河流域陆地水储量时空变化研究

黄河流域是我国目前主要的煤炭经济可采量和产能聚集地。了解和掌握黄河流域水资源及其变化不仅是推进黄河流域水资源节约集约利用的前提,更是开展黄河流域煤炭矿区生态保护与高质量发展的基础。相较于传统地面水资源监测手段受限于监测点分布和数目的影响,GRACE重力卫星为中长尺度陆地水储量时空变化研究提供一种新的途径。利用GRACE重力卫星数据,开展2002年4月到2017年6月黄河流域水储量的时空变化规律研究。利用纬圈长度加权平均,计算黄河上中下游水储量变化均值,发现黄河不同流段表现不同的变化趋势,且反映出2003年黄河流域水资源变化受到洪水等因素影响。进一步通过箱形图分析黄河流域上中下游水储量的月平均变化规律,反映出该流域“冬干春旱,夏秋多雨”的气候特点与水储量变化的密切关系。采用时间序列分解方法分析整个黄河流域水储量变化的趋势、年周期及半年周期等特征。结果表明,黄河流域水储量变化存在随经度由西向东递减趋势越来越明显的现象,其中黄河上游源头附近区域的水储量变化呈微弱的增长趋势;黄河流域水储量变化年周期和半年周期振幅存在明显区域差异,这与高山融雪、降水量的季节性差别及区域气候环境密切相关。了解和掌握上述黄河流域水储量时空变化,可为流域矿区的生态保护与可持续发展提供基础数据与参考。      

黑龙江建三江地区地下水动态趋势突变点分析

农业区地下水动态规律是农业水资源管理的重要依据。采用双向回归突变分析方法研究黑龙江建三江地区(19922011)地下水埋深序列的趋势突变点,结合水稻面积增长数据进行对比分析,找出地下水动态趋势突变与灌溉面积的响应关系,同时运用标准化降水指数(SPI)方法来分析研究地下水动态趋势突变与降水之间的响应关系。结果表明:建三江地区地下水水位的下降趋势具有明显的突变特征,整体上呈"快慢快"的特点,趋势突变时间多发生在20002001年间和20062007年间;在第一阶段和第二阶段,地下水水位下降趋势受水稻种植面积与降水影响,第三阶段主要受水稻种植面积增长的控制。