【海河流域地下水储量变化特征分析案例2300字】

海河流域地下水储量变化特征分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u27535海河流域地下水储量变化特征分析案例 1264701.1精度验证 18581.2海河流域地下水储量动态变化结果 221171.2.1海河流域整体地下水变化情况 265581.2.2海河各子流域地下水变化情况 3179131.3海河流域地下水储量变化空间特征 475871.1.1第一模态特征 5180831.1.2第二模态特征 6105231.1.3第三模态特征 81.1精度验证从图3-1中可以看出，2005-2016年间GRACE反演地下水储量与实测数据呈现的变化趋势基本一致。实测水位曲线相对波动较大，这或许与可用的监测点数据分布不均匀有关。通过皮尔逊相关分析显示，两者的相关系数（R2）达0.95，存在强相关性，一定程度上说明了反演结果在此研究区的有效性和可靠性，在此基础上可以进行下一步分析研究。图3-1GRACE反演与实测水位结果对比1.2海河流域地下水储量动态变化结果1.2.1海河流域整体地下水变化情况在反演结果可靠的基础上，对GRACE反演海河流域整体地下水储量变化时间序列进行分析，得到以下曲线。从变化量来看（图3-2），2002年-2017年间，海河流域地下水储量整体呈下降趋势，年均变化量为（-1.22±0.06）CM。年度变化上，除2005年地下水储量相对有所回升外，其余年份地下水储量均在稳定下降；月度变化上的波动较大且存在一定规律，一般较大值出现在3-5月，较小值集中在11-12月，这与流域雨季的时间基本重合。从变化率来看，2002-2017年间，海河流域整体地下水储量的变化率均为负值，呈现先增长再下降继而又提升再下降的过程（图3-3）。其中，2005-2009年地下水减少速率突增，变化率从-0.17CM/年变成-1.63CM/年。对比水资源公报资料中同时期降水量情况可得知，此时间段内地下水减少的主要原因是降水量较往年较少，加剧了地下水的消耗。2010年后下降率有所减缓，到2014年上升至-0.77CM/年，说明流域内地下水超采现象有一定程度的遏制。但在2015年后，又出现了比较快速的下降率，与流域年降雨量显著减少有关。这也有可能是受边缘数据的影响，导致拟合时出现偏差。图3-2GRACE反演海河流域地下水储量时序变化图3-3海河流域地下水储量变化率1.2.2海河各子流域地下水变化情况本文将海河流域按照二级流域分布，划分为滦河及冀东沿海诸河、海河北系、徒骇马颊河和海河南系4个子流域分别进行分析[79]。从图3-4中可以得出，海河流域各子流域地下水储量均呈下降趋势。在2002年，徒骇马颊河流域的地下水储量相对最为丰富，明显高于其他3个子流域，但到2004年期间下降剧烈，2004-2007年间逐步上升。其他三个子流域的2002-2008年的变化情况基本一致，均呈稳步下降的趋势。2008年后，变化情况区分明显，海河南系的下降最为严重，地下水储量下降等效水高为16.98CM。滦河及冀东沿海诸河、海河北系、徒骇马颊河流域分别对应下降7.13CM、11.51CM、10.15CM。对比海河流域统计资料分析可以发现，海河南系流域内多以种植业为主，高强度的农业灌溉且整体用水效率低，导致了对地下水的消耗，加快了地下水储量的下降。图3-4海河流域4个子流域地下水储量时序变化对4个子流域的地下水储量变化曲线进行线性拟合，可以发现，拟合系数都在80%以上，可以说明各子流域的变化情况。其中，海河南系流域的地下水下降速率最快，每年下降近1.54CM，将近是滦河及冀东沿海诸河流域（0.75CM/年）的2倍。其次是徒骇马颊河和海河北系，下降速率分别约为1.10CM/年、1.05CM/年。表3-1海河流域子流域地下水储量变化情况统计子流域趋势线方程R²滦河及冀东沿海诸河y=-0.7495x+4.17090.9658海河北系y=-1.053x+5.41150.9639徒骇马颊河y=-1.1031x+5.98950.8439海河南系y=-1.5362x+7.71070.94801.3海河流域地下水储量变化空间特征海河流域地下水储量变化EOF分解的结果如表3-2所示。由表可知，第1个特征值得方差贡献率达95.31%，可以认定为变化的最主要特征，前5个特征值的累积方差贡献率为99.68%，但从第4个特征值开始，其误差范围与上一个特征值发生重复，因此只有前3个特征值通过North显著性检验[90]，累积方差贡献率达98.87%，对应的特征向量可以很好地解释2002年到2017年海河流域地下水储量变化的空间分布特征。本文将第一个特征值、第二个特征值和第三个特征值分别对应的特征向量在空间上的分布称作第一模态、第二模态和第三模态。表3-2海河流域地下水储量变化EOF分解部分结果模态特征值方差贡献率%累计方差贡献率%误差范围上限下限1546.69495.3195.31347.070746.319216.2142.8398.1410.293922.134934.1810.7398.872.65495.707942.9110.5199.371.8481.97451.7410.3099.681.1052.3771.1.1第一模态特征从图3-4(a)中可以看出，第一特征向量场在海河流域内符号相同，表明海河流域地下水储量变化在空间上具有良好的一致性，表现为流域内地下水储量的增加或减少，但变化幅度有所差异，呈现西南强东北弱的形势。这种一致性占总体方差的95.31%，表明影响海河流域地下水储量变化的因素相对单一，第一模态几乎可以诠释海河流域地下水变化场的主要结构。从图3-4(b)中可以看出，第一模态的空间向量场对应的权重在逐渐减少，可以解释为地下水储量呈减少趋势，与之前的结论一致。图3-4地下水储量变化第一特征向量场(a)及其时间序列(b)1.1.2第二模态特征图3-5(a)显示第二特征向量的方差贡献率为2.83%，相比于第一模态显著收敛。其分量值正负各半，空间上大致以子牙河、漳卫河为界限，向西为正值区，向东为负值区。漳卫河山区是正值中心，滦河平原等东部流域是负值中心，呈现出东西方向反位相型分布的特点，反映了沿海地区与内陆地区地下水变化呈现相反的趋势。从图3-5(b)看，时间上没有明显的趋势性变化。因而判定，这种时空变化特征可能是由于沿海与内陆不同的水文条件有关。图3-5地下水储量变化第二特征向量场(a)及其时间序列(b)1.1.3第三模态特征图3-6(a)显示第三特征向量的方差贡献率仅为0.73%，呈现出从中间向南北两个方向逐渐增大的趋势。分量值基