南水北调工程对华北平原水储量变化的影响
发布时间：2021-10-18 14:40
南水北调工程自2014年底正式通水后对华北平原水储量亏损趋势的影响程度是一个尚未评估的科学问题。基于GRACE及GRACE Follow-on重力卫星观测数据计算华北平原水储量变化,并与南水北调输水量（3.08 Gt/a）进行对比,发现2004—2015年华北平原陆地水储量变化速率为（-5.92±0.53） Gt/a,2015—2019年变化速率有所抬升,变为（-2.96±2.79）Gt/a,表明华北平原陆地水储量亏损速率降低50%,长期亏损趋势得以明显缓解。同时,北京市和天津市的水量亏损趋势也明显改观。因此,南水北调工程显著改善了华北地区水资源紧张的局面,发挥了积极有效的重要作用。
【文章来源】：中国科学院大学学报. 2020,37(06)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
研究区(红色线圈)及南水北调线路示意图
本文采用2004年1月—2017年6月及2018年7月—2019年4月由美国德克萨斯大学空间研究中心(CSR)发布的GRACE及GRACE Follow-on卫星的RL06数据，其分辨率为300 km。具体的数据处理方法是:利用卫星激光测距(SLR)观测的二阶项替换所有的二阶项球谐系数[18]，利用Swenson等[19]基于大气海洋模型与高阶GRACE数据提供的地心改正项增加一阶项系数，再通过扣除整段时间的平均值，根据Wahr等[20]提出的理论得到陆地水储量TWS的变化。为去除噪声的影响，采用300 km滤波半径的高斯平滑，结果用等效水高(equivalent water height,EWH)表示。对TWS时间序列做去周期处理，分别获取2004—2015年及2015—2019年的线性趋势，如图2(a)所示。结果表明，华北平原水储量存在长期亏损趋势。图2还给出这两段时间内水储量变化趋势(斜率)的空间分布，可以看出太行山的山前平原地区水储量亏损特征明显，这与该地区以往发现的地下水储量变化特征相吻合[21]。该地区水储量剧烈下降的主要原因是大规模开采地下水用于农业灌溉[22-23]。2015年后亏损最大区域向山东西部方向转移。由于2015年后GRACE观测时间较短，对这段时间观测值进行趋势拟合存在较大误差。总体而言，南水北调后华北平原内陆地水储量亏损呈现缓解趋势。
考虑到对整个华北平原的水储量进行估计的同时，还需要对南水北调主要的受水区域(北京和天津市)进行估计。而受边界效应的影响，这两个地区的信号在GRACE处理后衰减、畸变较为严重。因此，采用理想核函数的思想，把研究区域内的信号权重处理为1，而区外权重处理为0，通过计算每个网格GRACE处理前后信号的衰减比率，得到所有网格的尺度因子，如图3(c)所示，并应用到设定的研究区域上。将上述网格尺度因子与上一节得到的GEACE每月网格数据对应相乘，并对其时间序列做与图2相同的处理后，得到恢复后华北平原水储量变化的时间序列和两段时期内的趋势分布(图4)。2004—2015年陆地等效水高变化趋势为(-4.49±0.40) cm/a，相当于水储量变化速率(-5.92±0.53) Gt/a。2015年后趋势向零值移动，变为(-2.25±2.12) cm/a，相当于水储量变化速率(-2.96±2.79) Gt/a。该结果显示，基于重力卫星观测得到的水储量变化趋势在南水北调前后的差值为2.96 Gt/a，与南水北调的年平均输水量(3.08 Gt/a，表2)基本吻合。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于卫星重力、卫星测高和温盐度综合数据的中国近海各区域海平面变化[J]. 常乐,钱安,易爽,徐长仪,孙文科. 中国科学院大学学报. 2017(03)
[2]基于GRACE的空间约束方法监测华北平原地下水储量变化[J]. 冯伟,王长青,穆大鹏,钟敏,钟玉龙,许厚泽. 地球物理学报. 2017 (05)
[3]华北平原浅层地下水可持续利用潜力分析[J]. 钱永,张兆吉,费宇红,陈京生,张凤娥,王昭. 中国生态农业学报. 2014(08)
[4]Terrestrial water variations in the North China Plain revealed by the GRACE mission[J]. SU XiaoLi1,3*, PING JinSong1 & YE QiXin21 Shanghai Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200030, China; 2 Shanghai Center for Satellite Remote-sensing and Application, Shanghai 201100, China; 3 Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China. Science China（Earth Sciences）. 2011(12)
[5]利用卫星重力观测研究近5年中国陆地水量中长空间尺度的变化趋势[J]. 钟敏,段建宾,许厚泽,彭鹏,闫昊明,朱耀仲. 科学通报. 2009(09)
[6]华北平原地下水资源可持续利用研究[J]. 张兆吉,雒国中,王昭,刘春华,李亚松,姜先桥. 资源科学. 2009(03)
[7]南水北调实施后华北平原地下水调控研究[J]. 崔亚莉,王亚斌,邵景力,池娅萍,林坜. 资源科学. 2009(03)
[8]低轨道人造卫星（CHAMP、GRACE、GOCE）与高精度地球重力场——卫星重力大地测量的最新发展及其对地球科学的重大影响[J]. 孙文科. 大地测量与地球动力学. 2002(01)
[9]卫星重力研究:21世纪大地测量研究的新热点[J]. 许厚泽. 测绘科学. 2001(03)
本文编号：3442977
【文章来源】：中国科学院大学学报. 2020,37(06)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
研究区(红色线圈)及南水北调线路示意图
本文采用2004年1月—2017年6月及2018年7月—2019年4月由美国德克萨斯大学空间研究中心(CSR)发布的GRACE及GRACE Follow-on卫星的RL06数据，其分辨率为300 km。具体的数据处理方法是:利用卫星激光测距(SLR)观测的二阶项替换所有的二阶项球谐系数[18]，利用Swenson等[19]基于大气海洋模型与高阶GRACE数据提供的地心改正项增加一阶项系数，再通过扣除整段时间的平均值，根据Wahr等[20]提出的理论得到陆地水储量TWS的变化。为去除噪声的影响，采用300 km滤波半径的高斯平滑，结果用等效水高(equivalent water height,EWH)表示。对TWS时间序列做去周期处理，分别获取2004—2015年及2015—2019年的线性趋势，如图2(a)所示。结果表明，华北平原水储量存在长期亏损趋势。图2还给出这两段时间内水储量变化趋势(斜率)的空间分布，可以看出太行山的山前平原地区水储量亏损特征明显，这与该地区以往发现的地下水储量变化特征相吻合[21]。该地区水储量剧烈下降的主要原因是大规模开采地下水用于农业灌溉[22-23]。2015年后亏损最大区域向山东西部方向转移。由于2015年后GRACE观测时间较短，对这段时间观测值进行趋势拟合存在较大误差。总体而言，南水北调后华北平原内陆地水储量亏损呈现缓解趋势。
考虑到对整个华北平原的水储量进行估计的同时，还需要对南水北调主要的受水区域(北京和天津市)进行估计。而受边界效应的影响，这两个地区的信号在GRACE处理后衰减、畸变较为严重。因此，采用理想核函数的思想，把研究区域内的信号权重处理为1，而区外权重处理为0，通过计算每个网格GRACE处理前后信号的衰减比率，得到所有网格的尺度因子，如图3(c)所示，并应用到设定的研究区域上。将上述网格尺度因子与上一节得到的GEACE每月网格数据对应相乘，并对其时间序列做与图2相同的处理后，得到恢复后华北平原水储量变化的时间序列和两段时期内的趋势分布(图4)。2004—2015年陆地等效水高变化趋势为(-4.49±0.40) cm/a，相当于水储量变化速率(-5.92±0.53) Gt/a。2015年后趋势向零值移动，变为(-2.25±2.12) cm/a，相当于水储量变化速率(-2.96±2.79) Gt/a。该结果显示，基于重力卫星观测得到的水储量变化趋势在南水北调前后的差值为2.96 Gt/a，与南水北调的年平均输水量(3.08 Gt/a，表2)基本吻合。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于卫星重力、卫星测高和温盐度综合数据的中国近海各区域海平面变化[J]. 常乐,钱安,易爽,徐长仪,孙文科. 中国科学院大学学报. 2017(03)
[2]基于GRACE的空间约束方法监测华北平原地下水储量变化[J]. 冯伟,王长青,穆大鹏,钟敏,钟玉龙,许厚泽. 地球物理学报. 2017 (05)
[3]华北平原浅层地下水可持续利用潜力分析[J]. 钱永,张兆吉,费宇红,陈京生,张凤娥,王昭. 中国生态农业学报. 2014(08)
[4]Terrestrial water variations in the North China Plain revealed by the GRACE mission[J]. SU XiaoLi1,3*, PING JinSong1 & YE QiXin21 Shanghai Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200030, China; 2 Shanghai Center for Satellite Remote-sensing and Application, Shanghai 201100, China; 3 Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China. Science China（Earth Sciences）. 2011(12)
[5]利用卫星重力观测研究近5年中国陆地水量中长空间尺度的变化趋势[J]. 钟敏,段建宾,许厚泽,彭鹏,闫昊明,朱耀仲. 科学通报. 2009(09)
[6]华北平原地下水资源可持续利用研究[J]. 张兆吉,雒国中,王昭,刘春华,李亚松,姜先桥. 资源科学. 2009(03)
[7]南水北调实施后华北平原地下水调控研究[J]. 崔亚莉,王亚斌,邵景力,池娅萍,林坜. 资源科学. 2009(03)
[8]低轨道人造卫星（CHAMP、GRACE、GOCE）与高精度地球重力场——卫星重力大地测量的最新发展及其对地球科学的重大影响[J]. 孙文科. 大地测量与地球动力学. 2002(01)
[9]卫星重力研究:21世纪大地测量研究的新热点[J]. 许厚泽. 测绘科学. 2001(03)
本文编号：3442977
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