海河流域地下水储量空间变化趋势分析

近年来,随着工农业的发展,海河流域的地下水资源被严重超采利用,然而由于监测地下水储量变化的监测井数目有限并且分布不均,很难从流域角度把握地下水储量的空间变化趋势.本文利用GRACE重力卫星最新CSR RL05版数据反演推算了海河流域2005~2009年间地下水储量的空间变化,这为合理利用地下水资源提供了科学依据.首先为验证GRACE反演推算结果的可靠性,将结果与该流域监测井的数据进行对比分析,结果表明二者的变化趋势基本一致.然后对海河流域地下水储量变化的空间分布进行分析和讨论,并与《河北省平原区地下水通报》进行对比分析.研究结果表明:在2005~2009年时间段内海河流域地下水储量变化均处于下降的趋势,变化范围在-10~-44 mm/a,大部分区域下降的幅度较大,以石家庄、邢台等地下降幅度较为严重.     

海河流域地下水储量时变趋势分析

海河流域水资源短缺,水资源供需矛盾突出,地下水供水量占流域总供水量的65%.长期以来,地下水资源被超采利用,然而由于监测地下水储量变化的监测井数量有限且分布不均,很难从流域尺度把握地下水储量的时空变化.本文利用GRACE重力卫星CSR05数据反演推算了海河流域2005～2009年间地下水储量的时序变化,为合理利用地下水资源提供科学依据.为验证GRACE反演推算结果的可靠性,将结果与该流域170眼监测井的数据进行对比分析,结果显示二者的变化趋势基本一致.研究结果表明:海河流域2005～2006年间地下水储量整体有所增加,且增加的幅度在逐步增大,在2006年达到峰值;自2006年起,地下水水储量上升的幅度呈缓慢减小的趋势,一直持续到2007年夏季.随后海河流域地下水储量减少,且减小的幅度变化不大.由此可以看出在该5年中地下水储量变化的整体趋势是逐年较小的.     

基于重力卫星数据的华北平原地下水储量变化分析

采用GRACE卫星数据反演2002～2017年间华北平原地下水储量变化,并对该地区地下水储量变化进行时间序列分析,获取长期变化趋势.结果表明:华北地区地下水储量变化整体均呈现出下降的趋势,下降幅度最大的地方为黄河中下游地区,且山东中部和河南北部表现为加速下降的趋势,而京津冀地区的地下水储量的下降趋势得到了明显的减缓.     

海河流域近17年植被时空变化及其气候影响因素

为了分析海河流域近17年植被覆盖时空变化特征及其与气候要素的关系,利用2000—2016年MODIS/NDVI数据提取海河流域植被覆盖情况,采用一元线性回归趋势法对海河流域植被盖度空间分布和植被时序变化趋势进行分析,并通过对比2000、2009和2016年3期海河流域Landsat TM影像以及MODIS影像,对植被变化趋势结果进行验证.同时,结合海河流域2000—2016年降水和气温气象数据资料,对植被覆盖年际变化和气候变化进行相关性分析和趋势分析.结果表明:①海河流域整体植被覆盖较高,覆盖类型以高覆盖度(NDVI 0.7)为主,高覆盖度的面积占流域总面积的76.93%;②海河流域NDVI时序变化的多年平均值为0.76,总体呈上升趋势,线性增长率为0.027/10 a;③海河流域植被空间变化趋势以改善为主,轻微改善和明显改善的面积分别占流域总面积的32.45%和11.14%;④气候因子相关分析表明,降水是影响海河流域植被覆盖较为显著的气候影响因素,相关系数达到0.51.     

基于GRACE和GLDAS的长江下游陆地水储量变化预测

利用GRACE重力卫星数据反演2002—2015年间长江下游陆地水储量变化,与GLDAS模型模拟陆地水储量从趋势性和相关性两方面进行对比分析,并利用长系列GLDAS模拟水储量和两者间函数关系,建立改进灰色-马尔可夫模型预测长江下游地区未来陆地水储量变化.结果表明:GRACE重力卫星数据反演的陆地水储量变化和GLDAS模型模拟的陆地水储量变化趋势一致,均有微弱增长趋势,最小二乘拟合相关系数为0.79,两者间具有强相关性;利用改进灰色-马尔可夫模型预测长江流域下游地区2016年和2017年陆地水储量变化区间分别为(7.37,cm,12.05,cm]和(7.29,cm,11.25,cm],2016年预测结果与实际情况一致,结果表明区域将会出现连续丰水状态,极有可能导致洪涝灾害发生,未来防洪治涝形势严峻.     

黑河干流中游地区地表水和地下水集成模拟与应用

黑河干流中游地区内地下水和河水、泉水的转化以及综合利用具有西北干旱区的典型性.在一维明渠汇流和三维地下水流耦合数值模型的基础上,结合1995—2003年的黑河水位、流量和地下水头监测等数据对模型进行了识别,分析了正义峡站黑河水位和流量、地下水头变化和地表水和地下水综合利用状况,说明模型是可靠的.同时,利用GRACE重力卫星和GLDAS土壤含水量数据反演了2004—2012年地下水储量的变化,根据2004—2007年监测和模拟地下水头对比效果反推了研究区的地下水开采量,模拟发现地下水向黑河排泄水量、泉水溢出量和潜水蒸发量基本呈逐渐下降的趋势.其成果可为黑河干流中游地区水资源管理和综合利用提供服务.     

基于GRACE卫星重力测量资料监测中国大陆及邻区陆地水储量变化

利用GRACE卫星重力测量数据反演了2003年1月至2007年12月的中国大陆及周边地区陆地水储量的月变化,并结合CPC陆地水文模型进行了比较分析。结果表明,GRACE可有效监测到陆地水储量的周年变化与季节性变化,且GRACE反演的水储量变化与CPC水文模型符合得较好,两者周年振幅和相位分别为（3.4cm,257°）和（4.5cm,267°）。     

那仁郭勒河流域地表水与地下水储量变化响应研究

基于2001—2016年的地表水和地下水储量数据,分别从年尺度和季节尺度研究那仁郭勒河流域地表水与地下水资源变化趋势,分析地表水与地下水的响应关系及其影响因素.结果表明,那仁郭勒河流域地表水储量和地下水储量变化趋势分布不均匀,季节差异明显.地表水-地下水储量变化响应在流域北部集中呈现"地表水稳定-地下水减少"的趋势,在...     

基于InSAR的北京市平原区地下水动态监测

北京市平原地区由于长期的地下水开采,导致该地出现地表沉降的地质问题,为实现将InSAR技术应用于地下水的动态监测,采用北京市2007～2010年16景ENVISAT-ASAR数据,利用小基线集技术(small baseline subset,SBAS),得到北京市2007～2010年地表沉降信息,并结合地下水水位埋深数据构建了地下水监测的线性回归方程.得到以下结论:(1)2007～2010年期间,北京市平原区的沉降开始于朝阳区,向四周扩散,且一直在持续;(2)地下水开采与地面沉降正相关;(3)根据地下水与沉降信息构建的三次线性方程,相关性系数最高可到达0. 797;(4)沉降量与GRACE监测的地下水变化具有极高的相关性,因此可以根据GRACE反映的地下水的变化与累积沉降量的相关关系进行空间的降尺度,以提高GRACE数据反映地下水的空间分辨率。     

联合GRACE卫星和人工神经网络模拟华北平原地表垂直负荷形变量

华北平原是世界上超采地下水较为严重的地区,也是地面沉降面积较大的地区,但对水负荷引起的地表形变研究较少.本文结合GRACE重力卫星数据解算的水储量,基于人工神经网络原理,选取华北平原内5个GPS台站48个月(2005年1月~2008年12月)的降水量、地下水埋深、陆地水储量作为训练样本的输入量,以这48个月的GPS形变量作为输出量,用贝叶斯正则化算法训练人工神经网络,进行地表垂直负荷形变模拟.用2009年1月~2010年12月的24个月数据检验预测结果.研究发现:(1)利用GRACE水储量作为ANN输入模拟地表形变量是可行的.5个站点的后验差比值均小于0.5,小误差概率均大于0.80,平均R2为0.806;(2)在华北平原,地下水储量变化对地表负荷形变的影响比土壤水储量大.本文的研究有助于更好地认识华北平原地面沉降动态特征,为地面沉降提供了新的研究思路.     

海河流域水质时空变异规律的分析

随着社会经济的发展,海河流域水资源遭到破坏性的开发,水污染问题日益严重.为了分析流域整体水平上的水质时空变异规律,本文选取了海河流域内2004—2016年7个水质自动监测断面的水质监测数据,利用Mann-Kendall非参数检验对7个点位的pH以及DO、COD_Mn、NH₃-N等物质质量浓度进行检验,得出其随时间的变化趋势及突变点.以天津三岔口断面为例,利用散点图的方式直观判断出各监测因子年内变化规律.根据水质监测数据分别计算出各断面pH及DO、COD_Mn、NH₃-N质量浓度的均值及标准差,分析比较得出流域内水质的空间分布状况.结果表明:1)海河流域的水质状况在2004—2016年间有改善的趋势;2)海河流域的水质突变主要集中在2006—2007年,降水量过少是导致水质突变的主要因素;3)通过空间分析得出岗南水库水质最好,聊城秤钩湾水质状况最差,水质空间分布总体符合支流优于干流、上游优于下游的规律.     

近51年海河流域气候变化特征分析

在全球变暖的背景下,海河流域作为我国重要工农业生产地,气候正在发生重大变化.利用1960年-2010年海河流域30个气象站点的气温和降水资料,将每个站点的气温和降水量展布到全流域,采用线性倾向估计、Mann-Kendall非参数检验、滑动T检验和小波分析等方法分析海河流域气候的变化特征.结果表明：海河流域气温呈明显上升趋势,其中西部和东部明显高于南部和北部,年平均气温在1988年发生突变,气温变化存在7a和10～15a2个周期;整个流域的降水量呈下降趋势,其中北部的内蒙古地区和河南的北部地区降水减少趋势最为明显,降水量在1997年发生突变,降水变化存在5～7 a和10～15 a 2个周期.     

Integrated simulation of the dualistic water cycle and its associated processes in the Haihe River Basin

Water resource shortages, water environmental deterioration, and water ecological degradation are becoming increasingly prominent in the Haihe River Basin under the effects of global climate change and intense human activity. Finding ways to solve these problems reasonably is an urgent task in basin water resources management. The water cycle describes the formation and transformation of every water drop, while it interacts with associated water ecology and water environment processes. Therefore, to fundamentally solve the above problems, the three processes must be combined and the evolutionary trends of the ecology and water environment driven by the water cycle must be determined. To comprehensively diagnose and solve the problems of water resources, ecology and water environment in the basin, an integrated simulation platform of the dualistic water cycle and its associated processes in the Haihe River Basin was established by fully analyzing the "natural-social" dualistic characteristics of the evolution of the basin water cycle in this study. Accordingly, it is a supporting tool to evaluate the future trends of water resources, ecology and the water environment by setting scenarios based on the predictions of a climate mode and water control conditions. The results show that with climate change, the water consumption, groundwater overexploitation, and the amount of water flowing to the sea could develop soundly and satisfy the requirements of national economic growth in the future planning year 2030 through the implementation of water consumption control management and the South-North Water Diversion Project. Meanwhile, associated water environmental deterioration can be alleviated, and a growing trend for production capacities of the natural ecosystem and agro-ecosystem is seen. The above results provide a foundation for implementing basin water resources regulation and the most strict water resources management.     

广西北部湾入海流域径流演变特征及其对气候变化和人类活动的响应

为探讨入海流域径流的演变特征,定量分析气候变化和人类活动对入海流域径流的影响,本文基于气象数据和径流数据,采用彭曼公式、滑动t检验、Hurst指数和小波分析等方法对比分析广西北部湾入海流域径流深的时空演变特征和未来趋势,并采用累积量斜率变化率比较法定量评估气候变化和人类活动对广西北部湾入海流域径流深变化的贡献率。结果表明：广西北部湾入海流域径流深空间分布格局分异较大,北仑河流域和防城江流域多年平均径流深较大,分别为2 115.58 mm和2 105.56 mm;径流深较小的是钦江流域和南流江流域,多年平均径流深分别为719.33 mm和744.50 mm。仅钦江流域径流深呈不显著上升趋势,其余流域均为下降趋势。广西北部湾入海流域各流域径流深的突变年份呈现一致性,均在1992年和2003年附近。在演变周期上,钦江流域、南流江流域、大风江流域、防城江流域、北仑河流域的历年年均径流深演化过程中存在2-6 a、7-15 a和16-24 a 3种时间尺度的周期变化规律,丰、枯交替变化比较明显;茅岭江流域径流深的周期震荡变化稍有不同,存在7-24 a和25 a以上两种时间尺度的周期变化规律。T2时...     

永定河流域健康评估及其变化分析

人类社会的高速发展导致流域水资源短缺和水环境污染等问题日益严重。永定河流域作为海河流域的重要组成部分,流经内蒙古、山西、河北、北京、天津5个省(自治区、直辖市),其健康发展状况对所在地区具有重要影响并值得深入研究。本研究在综合分析国内外流域健康评价方法的基础上,构建永定河流域健康评价指标体系,采用综合指数评价法和层次分析法对永定河流域18个子流域2005-2020年的健康状况进行评价。研究结果表明,永定河流域在2005-2020年整体健康状况无明显变化,个别子流域健康状况在前期有小幅度恶化的现象,但整体在2020年得到改善。通过分析流域健康变化原因认为,水资源量匮乏、经济发展不平衡以及人类活动剧烈干扰是导致永定河流域健康状况一般及局部恶化的主要原因,并据此给出了永定河流域健康管理的对策和建议,为永定河流域的合理开发利用与保护提供参考。     

黄河流域降水序列变化的小波分析

采用1961—2000年黄河流域97个气象站点的系列资料,在分析黄河流域降水空间变化格局的基础上,采用墨西哥帽小波函数,对黄河流域近40 a来降水的季节变化和年际变化时间序列进行了小波分析,揭示了黄河流域降水变化的多时间尺度的复杂结构,分析了不同时间尺度下降水序列变化的周期和突变点,并确定了各序列中存在的主要周期。结果表明：黄河流域多年平均降水量的地区分布既受天气系统的制约,又受地形等地理环境的影响,造成明显的地区性差异;黄河流域年降水和各季节降水均存在8~12 a左右时间尺度的多少交替,表现出明显的周期特征,其次4~6 a左右时间尺度的周期特征也较明显,夏季降水和年降水变化趋势具有较大相似性,不同时间尺度的周期特征之间有不同程度的吻合,说明夏季降水较大程度地控制着年降水。小波分析的时频局部化特性可展现降水时间序列的精细结构,为分析气候多时间尺度变化特征及短期气候预测等节水关键问题研究提供了一种新途径。     

地下水位波动法在干旱区地下水补给资源量评价中的应用——以柴达木盆地那陵郭勒河冲洪积扇重点开采区为例

地下水补给资源量评价是干旱地区地下水资源评价的最重要部分,但许多地区因为缺乏地下水的源汇项监测数据、或者水文地质研究程度较低,导致地下水补给资源量评价的可靠性较低。以柴达木盆地那陵郭勒河冲洪积扇区为例,采用地下水位波动方法(water-table fluctuation,WTF)对地下水补给资源量进行计算,该方法仅需要一段时间内含水层参数及地下水位变化值,应用简单,适用性强。通过计算表明,那陵郭勒冲洪积扇地区地下水资源2011年补给量约为5.21×108m3/年,2012年补给量约为6.16×108m3/年。该方法避免了直接计算地下水补给量的难题,对水文地质研究程度较低的干旱区地下水资源评价具有一定的参考意义和推广价值。