Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Đặc điểm biến đổi nguồn nước ngầm ở miền Bắc Trung Quốc trước và sau Dự án chuyển nước Nam Bắc dựa trên dữ liệu GRACE và GPS
Tóm tắt
Đồng bằng Bắc Trung Quốc (NCP) đã trải qua tình trạng cạn kiệt nước ngầm trong một thời gian dài, dẫn đến lún đất dọc phổ biến. Để làm rõ các đặc điểm biến đổi lưu trữ nước ngầm (GWS) ở NCP trong những năm gần đây, bài báo này sử dụng dữ liệu thu hồi trọng lực và khí hậu (GRACE) và các giải pháp trọng lực hàng tháng Follow-On RL06 của nó để xác định các biến đổi về lưu trữ nước mặt đất (TWS) tại NCP (từ tháng 2 năm 2011 đến tháng 3 năm 2021) và trừ đi các thành phần thủy văn từ Hệ thống Định dạng Dữ liệu Đất Toàn cầu (GLDAS). Kết quả cho thấy tỷ lệ giảm GWS ở mức ‒2,94 cm/năm và có sự thay đổi vào các năm 2013 và 2015. Tỷ lệ cạn kiệt nước ngầm là ‒0,18 cm/năm trong giai đoạn 2011 đến 2013, tăng tốc lên ‒3,91 cm/năm từ 2013 đến 2015, và tỷ lệ GWS đã giảm nhẹ xuống còn ‒3,02 cm/năm từ năm 2015 đến tháng 3 năm 2021. Những biến đổi theo phương thẳng đứng thu được bằng cách giải quyết các quan sát Hệ thống Định vị Toàn cầu liên tục (CGPS) cho thấy sự giảm nhẹ đáng kể của tình trạng lún bề mặt tại một số trạm sau khi hoàn thành Dự án Đường Giữa (MRP). Bên cạnh đó, với các điều kiện địa chất đặc biệt của các trạm CGPS kiểu tầng nền (đá nền hoặc trầm tích), mức lún tổng thể theo phương thẳng đứng của đồng bằng trung tâm phía đông (ECP) và đồng bằng chân núi (PP) đã được tính toán tương ứng bằng phương pháp đa giác Thiessen. Phân tích tương quan giữa các biến đổi theo phương thẳng đứng và chuỗi thời gian GWS đã được thực hiện, với hệ số tương quan Pearson (PR) lần lượt là 0,89 và ‒0,74. Những biến đổi GWS của ECP tiếp tục tương quan với sự thay đổi lún theo phương thẳng đứng của bốn trạm CGPS trầm tích phân bố ở phần phía nam của ECP. Kết quả cho thấy PR của ba trạm trầm tích, HECX, TJBH và TJWQ, đều quanh mức 0,85, và biến đổi theo phương thẳng đứng của ba trạm này nhất quán với tình trạng cạn kiệt nước ngầm. Tất cả những điều này cho thấy rằng việc cạn kiệt nước ngầm đã ảnh hưởng đến tỷ lệ lún bề mặt ở một mức độ nào đó, và các thay đổi theo phương thẳng đứng của các trạm trầm tích có thể được sử dụng để suy luận về sự cạn kiệt GWS.
Từ khóa
#chuyển nước #nước ngầm #lưu trữ nước #GRACE #GPS #đồng bằng Bắc Trung Quốc #lún đấtTài liệu tham khảo
Abidin, H.Z., Andreas, H., Djaja, R., Darmawan, D., and Gamal, M., Land subsidence characteristics of Jakarta between 1997 and 2005, as estimated using GPS surveys, GPS Solut., 2008, vol. 12, no. 1, pp. 23–32.
Cheng, M.K., Ries, J.C., and Tapley, B.D., Geocenter Variations from Analysis of SLR Data, Berlin: Springer Berlin Heidelberg, 2013.
Feng, W., Zhong, M., Lemoine, J-M., Biancale, R., Hsu, H-T., and Xia, J., Evaluation of groundwater depletion in North China using the Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) data and ground-based measurements, Water Resour. Res., 2013, vol. 49, no. 4, pp. 2110–2118.
Fu, Y., Argus, D.F., and Landerer, F.W., GPS as an independent measurement to estimate terrestrial water storage variations in Washington and Oregon, J. Geophys. Res.: Solid Earth, 2015, vol. 120, no. 1, pp. 552–566.
Gong, H., Pan, Y., Zheng, L., Li, X., Zhu, L., Zhang, C., Huang, Z., Li, Z., Wang, H., and Zhou C., Long-term groundwater storage changes and land subsidence development in the North China Plain (1971–2015), Hydrogeol. J., 2018, vol.26, no. 5, pp. 1417–1427.
He, X., Xiong, C., Chang, M., Ban, Y., Li, S., Deng, X., and Deng L., Implementation of GNSS time series noise reduction software based on EMD, J. Navigation Positioning (in Chinese), 2020, vol. 8, no. 1, pp. 32‒37.
Huang, N.E., Shen, Z., Long, S.R., Wu, M.C., Shih, H.H., Zheng, Q., Yen, N.-C., Tung, C., and Liu, H.H., The empirical mode decomposition and the Hilbert spectrum for nonlinear and non-stationary time series analysis, Proc. R. Soc. London, Ser. A, 1998, vol. 454, no. 1971, pp. 903–995.
Huang, Z., Pan, Y., Gong, H., Yeh, P.J.-F., Li, X., Zhou, D., and Zhao, W., Subregional-scale groundwater depletion detected by GRACE for both shallow and deep aquifers in North China Plain, Geophys. Res. Lett., 2015, vol. 42, no. 6, pp. 1791–1799.
Kusche, J., Schmidt, R., Petrovic, S., and Rietbroek, R., Decorrelated GRACE time-variable gravity solutions by GFZ, and their validation using a hydrological model, J. Geod., 2009, vol. 83, no. 10, pp. 903–913.
Kusche, J., Approximate decorrelation and non-isotropic smoothing of time-variable GRACE-type gravity field models, J. Geod., 2007, vol. 81, no. 11, pp. 733–749.
Lemoine, J.-M., Bruinsma, S., Loyer, S., Biancale, R., Marty, J.-C., Perosanz, F., and Balmino, G., Temporal gravity field models inferred from GRACE data, Adv. Space Res., 2007, vol. 39, no. 10, pp. 1620–1629.
Liu, J., Zheng, C., Zheng, L., and Lei, Y., Ground Water Sustainability: Methodology and Application to the North China Plain, Ground Water, 2008, vol. 46, no. 6, pp. 897‒909.
Liu, R., Zou, R., Li, J., Zhang, C., Zhao, B., and Zhang, Y., Vertical displacements driven by groundwater storage changes in the North China Plain detected by GPS observations, Remote Sens., 2018, vol. 10, no. 2, pp. 259.
Loomis, B.D., Rachlin, K.E., Wiese, D.N., Landerer, F.W., and Luthcke, S.B., Replacing GRACE/GRACE-FO with satellite laser ranging: impacts on Antarctic Ice Sheet mass change, Geophys. Res. Lett., 2020, vol. 47, no. 3.
Rodell, M., Famiglietti, J.S., Wiese, D.N., Reager, J.T., Beaudoing, H.K., Landerer, F.W., and Lo, M-H., Emerging trends in global freshwater availability, Nature, 2018, vol. 557, no. 7707, pp. 651–659.
Rodell, M., Houser, P.R., Jambor, U., Gottschalck, J., Mitchell, K., Meng, C.-J., Arsenault, K., Cosgrove, B., Radakovich, J., Bosilovich, M., Entin, J.K., Walker, J.P., Lohmann, D., and Toll, D., The Global Land Data Assimilation System, Bull. Am. Meteorol. Soc., 2004, vol. 85, no. 3, pp. 381–394.
Rogers, S., Chen, D., Jiang, H., Rutherfurd, I., Wang, M., Webber, M., Crow-Miller, B., Barnett, J., Finlayson, B., Jiang, M., Shi, C., and Zhang, W., An integrated assessment of China’s South—North Water Transfer Project, Geogr. Res., 2020, vol. 58, no. 1, pp. 49–63.
Sarkar, T., Kannaujiya, S., Taloor, A.K., Champati Ray, P.K., and Chauhan, P., Integrated study of GRACE data derived interannual groundwater storage variability over water stressed Indian regions, Groundw. Sustain. Dev., 2020, vol. 10, no. 2, pp. 259.
Shang, Y., You, B., and Shang, L., China’s environmental strategy towards reducing deep groundwater exploitation, Environ. Earth Sci., 2016, vol. 75, no. 22, pp. 1439.
Swenson, S., Chambers, D., and Wahr, J., Estimating geocenter variations from a combination of GRACE and ocean model output: ESTIMATING GEOCENTER VARIATIONS, J. Geophys. Res.: Solid Earth, 2008, vol. 113, no. B8.
Van Dam, T., Wahr, J., Milly, P.C.D., Shmakin, A.B., Blewitt, G., Lavallée, D., and Larson, K.M., Crustal displacements due to continental water loading, Geophys. Res. Lett., 2001, vol. 28, no. 4, pp. 651–654.
Wahr, J., Molenaar, M., and Bryan, F., Time variability of the Earth’s gravity field: Hydrological and oceanic effects and their possible detection using GRACE, J. Geophys. Res.: Solid Earth, 1998, vol. 103, no. B12, pp. 30205–30229.
Wang, F., Wang, Z., Yang, H., Di, D., Zhao, Y., and Liang, Q., Utilizing GRACE-based groundwater drought index for drought characterization and teleconnection factors analysis in the North China Plain, J. Hydrol., 2020, vol. 585, pp. 124849.
Wang, L., Chen, C., Du, J., and Wang, T., Detecting seasonal and long-term vertical displacement in the North China Plain using GRACE and GPS, Hydrol. Earth Syst. Sci., 2017, vol. 21, no. 6, pp. 2905–2922.
Wang, Y., Zheng, C., and Ma, R., Review: Safe and sustainable groundwater supply in China, Hydrogeol. J., 2018, vol.26, no.5, pp. 1301–1324.
Zhang, C., Duan, Q., J.-F. Yeh, P., Pan, Y., Gong, H., Moradkhani, H., Gong, W., Lei, X., Liao, W., Xu, L., Huang, Z., Zheng, L., and Guo, X., Sub-regional groundwater storage recovery in North China Plain after the South-to-North water diversion project, J. Hydrol., 2021, vol. 597, pp. 126156.
Zhang, H. and Cheng, P., Analysis on time series of CORS stations’ height based on EMD, J. Geodesy Geodynamics (in Chinese), 2012, vol. 32, no. 3, pp. 129‒134.
Zhang, S., He, Y., Li, Z., Hou, X., Qu, W., and Nan, Y., EMD for noise reduction of GPS time series, J. Geodesy Geodynamics (in Chinese), 2017, vol. 37, no. 12, pp. 1248‒1252.
Zhang, Y., Wu, H., Kang, Y., and Zhu, C., Ground Subsidence in the Beijing-Tianjin-Hebei Region from 1992 to 2014 Revealed by Multiple SAR Stacks, Remote Sens., 2016, vol. 8, no. 8, pp. 675.
Zhao, Q., Zhang, B., Yao, Y., Wu, W., Meng, G., and Chen, Q., Geodetic and hydrological measurements reveal the recent acceleration of groundwater depletion in North China Plain, J. Hydrol., 2019, vol. 575, pp. 1065–1072.