基于GRACE与GLDAS数据的黄河流域甘肃段地下水可持续性研究

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2023.00099

摘要/Abstract

摘要：

黄河流域甘肃段水资源供需矛盾突出，地下水环境承载负荷较高，针对该区域开展地下水可持续性评估可为全省乃至整个黄河流域的高质量发展提供重要参考。在地下水监测数据验证的基础上，利用GRACE、GLDAS数据对黄河流域甘肃段2002—2022年的地下水储量变化量与地下水可持续性进行了分析。结果表明：期间区域地下水储量季节性波动显著、年际变化较大，地下水储量呈下降趋势；地下水系统整体可靠性和脆弱性较高，可恢复性与可持续性较低。空间上，区域内地下水系统的可持续性指数（Sustainability Index，SI）呈现整体降低、区域增加和较高持续性区域范围缩减、中心转移的特点（SI为0~0.5）；时间上，研究期间可持续性指数呈波动下降趋势，但下降速率持续放缓，部分年份可持续性指数有所升高。影响地下水可持续性下降的主要因素为人类活动开采消耗地下水（如农田灌溉和工业用水）；政策因素（如水资源管理举措）在一定程度上减缓了地下水下降速率与持续恶化趋势。未来应考虑采用节流保护、开源控制的举措，促进黄河流域甘肃段地下水资源可持续性的逐步提升。

关键词: 黄河流域, 甘肃省, 地下水, 可持续性, GRACE, GLDAS

Abstract:

The contradiction between supply and demand of water resources is prominent in the Yellow River Basin of Gansu Province， which in turn exerts considerable pressure on the groundwater environment. Assessing groundwater sustainability for this area provides an important guidance for the high-quality development of the local and even the whole basin. Based on GRACE， GLDAS and groundwater monitoring well data， the variation of groundwater reserves and groundwater sustainability during 2002-2022 were analyzed for this region. The findings indicate significant seasonal fluctuations， substantial year-to-year variances， and a declining trend in the regional groundwater supplies during this period. Groundwater sustainability is generally low， with a tendency to be higher in the north and south and lower in the east and west of this region （SI=0~0.5）. The groundwater sustainability index （SI） for 2002-2022 exhibits a lowering tendency throughout that period of time， with overall high reliability， poor resilience， and high vulnerability. The intensive and extensive exploitation of groundwater for human activities （such as agricultural irrigation and industrial water use） are the key factors contributing to the loss of groundwater sustainability. The rate of groundwater decline and ongoing deterioration has been alleviated by policy initiatives， such as water restrictions and ecological restoration. In the future， the strategies of "saving water rather than withdrawing more for ecological conservation" should be considered to promote the sustainable improvement of groundwater resources in the Gansu section of the Yellow River Basin.

Key words: Yellow River Basin, Gansu Province, groundwater, sustainability, GRACE, GLDAS

中图分类号:

P343.9

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图/表 7

图1 研究区示意图注：底图下载于中国科学院资源环境科学与数据中心https：//www.resdc.cn/

Fig.1 Location map of the study area

表1 地下水位监测井编号、名称与位置

Table 1 Locations and names of the water table observation wells

图1栅格编号	地下水位监测井
栅格1号	①余家窑(37.17°N,104.03°E)、②石城村(37.1°N,104.05°E)、③南滩八队(37.08°N,104.02°E)、④城关一队(37.07°N,104.02°E)
栅格2号	⑤红柳泉(37.16°N,104.16°E)
栅格3号	⑥一期总二支(37.19°N,104.6°E)
栅格4号	⑦清水一队(35.53°N,104.14°E)、⑧孟家庄(35.49°N,104.11°E)、⑨洪亮营(35.5°N,104.11°E)、⑩王保营(35.5°N,104.11°E)
栅格5号	?先锋(35.55°N,104.45°E)
栅格6号	?三中(35.42°N,104.17°E)、?下街(35.42°N,104.11°E)、?谢家营(35.4°N,104.12°E)、?农具厂(35.42°N,104.11°E)

图2 反演结果（运用GRACE-GLDAS数据）和估算结果（运用实测地下水位数据）相关性分析

Fig.2 Correlation analysis of inversion results （using GRACE-GLDAS data） and estimation results （using measured groundwater level data）

图3 2002—2022年月均地下水储量变化量时空分布

Fig.3 Monthly mean changes in groundwater reserves change from 2002 to 2022

图4 2002—2022年地下水可持续性空间分布

Fig.4 Spatial distribution of groundwater sustainability from 2002 to 2022

图5 2002—2022年主要城市地下水可持续性时空分布

Fig.5 Spatial and temporal distribution of groundwater sustainability from 2002 to 2022

图6 2002—2021年用水量和用水结构

Fig.6 Water consumption and groundwater water use structure from 2002 to 2021

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