南水北調(diào)工程自2014年底正式通水后對華北平原水儲量虧損趨勢的影響程度是一個尚未評估的科學(xué)問題。基于GRACE及GRACE Follow-on重力衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)計算華北平原水儲量變化,并與南水北調(diào)輸水量（3.08 Gt/a）進(jìn)行對比,發(fā)現(xiàn)2004—2015年華北平原陸地水儲量變化速率為（-5.92±0.53） Gt/a,2015—2019年變化速率有所抬升,變?yōu)椋?2.96±2.79）Gt/a,表明華北平原陸地水儲量虧損速率降低50%,長期虧損趨勢得以明顯緩解。同時,北京市和天津市的水量虧損趨勢也明顯改觀。因此,南水北調(diào)工程顯著改善了華北地區(qū)水資源緊張的局面,發(fā)揮了積極有效的重要作用。 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)學(xué)報. 2020,37(06)北大核心CSCD

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【部分圖文】：

研究區(qū)(紅色線圈)及南水北調(diào)線路示意圖

本文采用2004年1月—2017年6月及2018年7月—2019年4月由美國德克薩斯大學(xué)空間研究中心(CSR)發(fā)布的GRACE及GRACE Follow-on衛(wèi)星的RL06數(shù)據(jù)，其分辨率為300 km。具體的數(shù)據(jù)處理方法是:利用衛(wèi)星激光測距(SLR)觀測的二階項替換所有的二階項球諧系數(shù)[18]，利用Swenson等[19]基于大氣海洋模型與高階GRACE數(shù)據(jù)提供的地心改正項增加一階項系數(shù)，再通過扣除整段時間的平均值，根據(jù)Wahr等[20]提出的理論得到陸地水儲量TWS的變化。為去除噪聲的影響，采用300 km濾波半徑的高斯平滑，結(jié)果用等效水高(equivalent water height,EWH)表示。對TWS時間序列做去周期處理，分別獲取2004—2015年及2015—2019年的線性趨勢，如圖2(a)所示。結(jié)果表明，華北平原水儲量存在長期虧損趨勢。圖2還給出這兩段時間內(nèi)水儲量變化趨勢(斜率)的空間分布，可以看出太行山的山前平原地區(qū)水儲量虧損特征明顯，這與該地區(qū)以往發(fā)現(xiàn)的地下水儲量變化特征相吻合[21]。該地區(qū)水儲量劇烈下降的主要原因是大規(guī)模開采地下水用于農(nóng)業(yè)灌溉[22-23]。2015年后虧損最大區(qū)域向山東西部方向轉(zhuǎn)移。由于2015年后GRACE觀測時間較短，對這段時間觀測值進(jìn)行趨勢擬合存在較大誤差�？傮w而言，南水北調(diào)后華北平原內(nèi)陸地水儲量虧損呈現(xiàn)緩解趨勢。

考慮到對整個華北平原的水儲量進(jìn)行估計的同時，還需要對南水北調(diào)主要的受水區(qū)域(北京和天津市)進(jìn)行估計。而受邊界效應(yīng)的影響，這兩個地區(qū)的信號在GRACE處理后衰減、畸變較為嚴(yán)重。因此，采用理想核函數(shù)的思想，把研究區(qū)域內(nèi)的信號權(quán)重處理為1，而區(qū)外權(quán)重處理為0，通過計算每個網(wǎng)格GRACE處理前后信號的衰減比率，得到所有網(wǎng)格的尺度因子，如圖3(c)所示，并應(yīng)用到設(shè)定的研究區(qū)域上。將上述網(wǎng)格尺度因子與上一節(jié)得到的GEACE每月網(wǎng)格數(shù)據(jù)對應(yīng)相乘，并對其時間序列做與圖2相同的處理后，得到恢復(fù)后華北平原水儲量變化的時間序列和兩段時期內(nèi)的趨勢分布(圖4)。2004—2015年陸地等效水高變化趨勢為(-4.49±0.40) cm/a，相當(dāng)于水儲量變化速率(-5.92±0.53) Gt/a。2015年后趨勢向零值移動，變?yōu)?-2.25±2.12) cm/a，相當(dāng)于水儲量變化速率(-2.96±2.79) Gt/a。該結(jié)果顯示，基于重力衛(wèi)星觀測得到的水儲量變化趨勢在南水北調(diào)前后的差值為2.96 Gt/a，與南水北調(diào)的年平均輸水量(3.08 Gt/a，表2)基本吻合。

【參考文獻(xiàn)】：
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