基于GRACE的京津冀地区地下水干旱时空变化特征

摘要

针对京津冀地区因长期地下水超采、水资源供需失衡等因素引发的地下水资源短缺与干旱频发问题，探究了该地区地下水干旱的时空演变特征及其影响机制，旨在为该区域水资源的可持续管理提供科学支撑，助力京津冀地区实现高质量发展。采用2003年10月—2023年9月期间的重力恢复与气候实验卫星(GRACE)数据和全球陆面数据同化系统(GLDAS)数据，反演了京津冀地区的地下水储量变化(GWSA)。基于此构建了地下水干旱指数(GDI),后续结合游程理论识别了研究区的地下水干旱事件，并分析了地下水干旱的发生频率以及时空特征。最后，结合气象数据以及水资源公报等数据，进一步探讨了地下水干旱与各影响因素之间的关系。研究结果表明：(1)京津冀地区中部偏东区域的地下水干旱发生频率较高，东南沿线区域中度及以上程度的地下水干旱发生频率最高。(2)该地区地下水干旱事件集中发生在2014—2021年的8年间，呈现频次高、影响范围广但干旱强度相对较小的特征。(3)从季节性空间分布来看，东南沿线城市的秋季和春季干旱情况较为严重，夏季相对较轻，这一分布特征与3—5月和10—11月的农业灌溉活动有关。(4)从年际空间分布来看，自2014年降水量急剧减少后，地下水干旱情况逐渐加重，至2020年达到最严重程度，全区域出现大面积中度以上地下水干旱现象，2021年随着降水量大幅增加，地下水干旱情况有所缓解。(5)南水北调工程有效补给了京津冀地区的地表水储量，并促进了供水和用水模式的转变，在缓解地下水长期亏损中发挥了重要作用。

关键词

GRACE重力卫星 / 京津冀地区 / 地下水干旱 / 地下水储量 / 游程理论