联合地下水监测井和GRACE重力卫星数据的京津冀地区地下水动态解析

摘要

京津冀地区是华北地区地下水超采综合治理的重点区域，分析地下水水位和储量变化及其驱动要素，对地下水超采治理具有重要的意义.本研究基于地下水水位、GRACE重力卫星、降雨量和开采量等数据，利用水量平衡、MK趋势检验、相关性分析和交叉小波等方法，系统分析了区域地下水动态演变规律.主要结论如下：1)2014年前京津冀平原区地下水水位持续下降，2015-2022年显著回升，北京平原区浅层地下水水位下降速率大于深层，而天津和河北平原区浅层地下水水位下降速率小于深层；北京平原区浅层地下水水位由下降0.87 m·a^-1转为上升1.10 m·a^-1，天津市第Ⅲ承压含水层漏斗中心水位由下降0.28 m·a^-1转为上升2.80 m·a^-1，而河北浅层地下水水位下降速度从0.28 m·a^-1减缓至0.17 m·a^-1，并于2021年开始快速回升.这种恢复趋势主要得益于降水增加、地下水压采政策和生态补水工程的协同作用. 2)地下水储量在2003-2007年期间下降趋势较缓，而2008年开始快速下降，且夏季和秋季下降范围最大.3)地下水储量和水位变化趋势具有较高的一致性，北京浅层地下水储量与水位变化之间的相关性（0.60）高于深层（0.53），而天津（0.76和0.40）和以衡水为代表的河北（0.45和-0.28）深层相关性更强. 4)交叉小波分析揭示水位和储量与气候因子存在显著年周期共振，其中对降水响应存在4.5～6个月滞后，对蒸散发滞后约3个月.

关键词

地下水储量 / 地下水水位 / GRACE重力卫星 / 京津冀 / 驱动因素

基金资助

国家自然科学基金核技术创新联合基金资助项目（U2167211）