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 华北平原成世界最大地下水“漏斗区”

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重力卫星揭华北平原成世界最大地下水"漏斗区"

新京报 2018-05-28 03:00:04

截至2011年,华北平原东部深层承压地下水水位降落漏斗面积达7万多平方公里,已然成为世界最大的地下水“漏斗区”。一些城乡集中供水的水井已经打到500米深,开采到了数百万年前地质历史时期形成的地下水。

利用GRACE卫星测量的华北地区地下水储量变化示意图。

图/中国科学院测量与地球物理研究所

GRACE及GRACE-FO均采用两颗卫星成组运行的方式,利用卫星距离的变化反演地球重力场的变化。图/NASA网站

中科院团队利用美国GRACE卫星监测华北平原地下水超采情况;水资源年均亏损60亿-80亿吨

北京时间5月23日,两颗美国“重力恢复与气候实验后续”卫星(Gr****ity Recovery and Climate Experiment Follow-On,以下简称 GRACE-FO)在范登堡空军基地由猎鹰9号火箭发射升空。它们将接替2017年10月退役的两颗GRACE卫星,继续探测地球重力场变化。

地球重力场及其变化,反映了地球内部密度结构和质量的变化。依据GRACE提供的数据,科学家观测到了南北极冰盖融化、喜马拉雅地区冰雪消融、海平面上升,以及全球范围地下水储量的变化。

NASA(美国航空航天局)援引的一项国外研究结果表明,全球大型的地下水存储区域中,有三分之一正在被超采。而这些地区还剩下多少地下水,很长时间内并没有准确数据,也不知道何时会耗尽。从2002年起,GRACE这双“天眼”为全球科学家观测地下水储量提供了可靠的数据,帮助人类看清了地下水的变化。

在中国,多个研究团队均利用了GRACE持续性的观测数据,对华北平原等地下水漏斗区进行了研究。

中国科学院测量与地球物理研究所冯伟博士团队是其中较早的一支。他们的研究结果表明,华北平原每年地下水超采达到60亿-80亿吨,其中大多数为难以恢复的深层地下水。

华北平原成世界最大地下水“漏斗区”

今年5月,瑞士地下水专家金士博的一个演讲视频在网络广为流传。他在演讲中发出警告:“华北平原地下水超采的量,大到甚至可以从卫星上监测到。”

金士博从1979年起在中国做地下水有关的工作,那时中国地下水水位还很高,水面离地面很近。而到了上世纪80年代,情况急转直下,当地农民抽地下水灌溉粮食以后,地下水水位以每年0.5到1米的速度下降。

金士博并非卫星专家,其援引的数据和图表,来自于位于武汉的中国科学院测量与地球物理研究所冯伟博士团队的一项研究。

该研究主要采用的就是GRACE的监测数据,且是全球最早利用该卫星资料研究华北平原地下水的。

在今年4月发表在《遥感》期刊上的论文中,冯伟团队介绍了基于GRACE对中国三个地区地下水储量变化的研究成果,包括华北平原、东北的辽河流域和新疆塔里木盆地。研究结果显示,2002-2014年,华北平原地下水储量亏损速率为-7.4±0.9km3·a-1。也就是说,华北平原每年有60亿-80亿吨地下水亏损,并且处于长期持续亏损的状态。

华北平原地下水超采,并不是新问题了。但卫星提供了一个全新、准确的观测手段。原环保部和国土资源部发布的《全国地下水污染防治规划(2011-2020年)》显示,截至2011年,华北平原东部深层承压地下水水位降落漏斗面积达7万多平方公里,部分城市地下水水位累计下降达30-50米,局地累计水位下降超过100米,已然成为世界最大的地下水“漏斗区”。

中国地质科学院水文地质环境地质研究所所长石建省接受媒体采访时表示,华北一些城乡集中供水的水井已经打到500米深,开采到了数百万年前地质历史时期形成的地下水。这些水像化石资源一样,很难更新、循环迟缓,如果不严格管理,后果会很严重。

外太空“天眼”监测地下水演变

2002年,德美两国合作的卫星发射升空,以两颗卫星编队形式,在距离地面400多公里的轨道上运行。

“它们就像《猫和老鼠》里的汤姆和杰瑞,在太空中相互‘追逐’。”冯伟形容。GRACE卫星采用了微波测距技术,当卫星所对的地球重力场发生变化,两个卫星的距离将随之发生轻微改变,时近时远,测量误差小于0.1个微米,相当于头发直径的百分之一。

根据两颗卫星的距离变化,研究者可以反演推算出地球重力场发生的改变。而地球重力场变化则是物质迁移导致的,包括水储量、冰川质量、海水质量的变化等。

在降水较多的地区,例如中国华南,地球重力场主要由于地表水和土壤水的变化导致。而在相对干旱的地区,地下水变化是影响地球重力场变化的重要因素之一。因此,在诸如中国华北平原的干旱地区,GRACE观测数据可以很好地反映地下水的演变。

研究者通过GRACE监测的地球重力变化估计出总的水质量变化,再结合其他实测与模型资料,进一步扣除地表水和土壤水的影响,就可以定量监测地下水的变化情况。

自第一代GRACE卫星升空后,15年间,全世界的科学家利用GRACE数据进行了持续的地下水储量变化的监测,包括印度北部地区、美国加州中央山谷地区和中东地区等全球著名的地下水“漏斗区”。

“GRACE已成为监测全球大中尺度地下水变化的唯一观测手段。”冯伟说。

而华北平原在14万多平方公里的区域上,形成了7万平方公里的大“漏斗”,水资源供需态势之严峻,吸引了全球多国科学家开展研究。

据悉,除了微波测距系统外,最新发射升空的GRACE-FO还搭载了激光测距系统,其观测精度达到纳米量级,比微波提升了三个数量级。

揭示深层地下水亏损现状

冯伟第一次借由GRACE数据算出华北地下水储量时,颇感震惊。“我没有想到华北情况这么严重,是全国GRACE卫星信号最大的地区之一。”

GRACE对地下水储量监测的意义,在于提供了相对独立有效且易于获取数据的监测手段。

在GRACE投入使用之前,传统地下水监测手段包括地面水井监测和水文建模。据冯伟介绍,水井监测的人力物力成本较高,监测范围通常较为有限。且由于多部门分别建有各自的监测站点,数据却没有充分共享,学术界做研究时有时很难拿到数据。

利用水文模型研究地下水也有不足。模型的可靠性依赖于良好的水文地质参数和可靠的实测资料,例如土壤渗透系数和贮水系数等,准确性受外部影响较大。

而GRACE的一大贡献,就是对深层地下水亏损“贡献度”的揭示。

冯伟说,国家地下水公报通常只公布浅层地下水的情况,即华北每年亏损约十几亿吨地下水,但基于卫星数据测算结果为年均60亿-80亿吨,这意味着深层地下水的亏损量是浅层地下水的5-6倍。

通过全球导航卫星系统和合成孔径雷达干涉等技术对地表形变的监测,研究者发现,我国华北地区的大面积沉降主要集中在中东部平原地区,这些地区的地面沉降,主要由深层地下水严重超采所致。

■ 亮点

下一代重力卫星将采用“双轨道四星”模式

尽管贡献突出,GRACE也有局限性,主要是受制于观测精度和轨道设计,其分辨率仅为300公里左右,无法提供更高分辨率的区域地下水储量空间变化信息。

不过随着GRACE-FO卫星的发射和下一代重力卫星计划的实施,重力卫星有望提供更高时空分辨率的全球重力场模型,拓展重力卫星的水文学应用范围。

本月中国发射了一颗嫦娥工程中继卫星“鹊桥号”,正飞向距离地球约46万公里的地月拉格朗日L2点。“鹊桥号”携带了一台能进行激光测距试验的激光反射器,这是中山大学引力波探测计划“天琴计划”的一部分,该计划明确提出了双星激光测距重力卫星的方案。

冯伟表示,双星方案都属于第一代重力卫星。5月15日-17日,在武汉召开的“中欧下一代重力卫星协调会议”上,中欧科学家共同讨论了下一代重力卫星计划的科学模拟与技术预研。

冯伟透露,“双轨道四星”的下一代重力卫星模式已基本确定。它们将构成两对“天眼”,极大地提高观测精度和时空分辨率,有望在大地测量学、水文学、地球物理学、冰冻圈科学、海洋学和大气科学等领域产生更多开创性的科学成果。

新京报记者 倪伟

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用户热评

彼此相知10小时前

回想起大学时和同学聊天说家长的变化,我家是农村的。那是我和他们讲小时候有河,后来干了。再后来流经我们市里的母亲河~西辽河也近干枯了。因为我们吃的地下水,后来我回家听老人讲现在打井都需要打200米。小时候我们做游戏打井,下雨后拿棍子捅个4米多都会冒水的。想想地下水还真有干的可能性,我那可爱的家乡-科尔沁,承载我儿时的所有梦想。我目前能做的就是不管上了大学还是工作就没有动过自己的户口,希望有一天能有所为时回去为家长出一份力。

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怡朵10小时前

存在的即是合理的,想象一下那天地下水抽空了,地下全是空洞,稍微小点的地壳变化都可能导致蝴蝶效应,引发超级地震的发生,地下水一定程度上对大地震有一定得缓冲作用,个人见解,早知道把小学读完再来评论了,让各位见笑了,错别字太多了[哭笑][哭笑]

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------------------------------------------------------------------------------------------- 这个家伙很懒,什么也没留下......
2018-05-28 19:08:12
...楼主... [我也说一句]
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来自:上海
注册:2012-09-16
发帖:19+4965

我们要可持续发展,科学发展观,绝不走先污染后治理的老路.......


------------------------------------------------------------------------------------------- 这个家伙很懒,什么也没留下......
2018-05-28 19:09:47
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来自:保密
注册:2017-04-02
发帖:83+1251

然后全篇文章都在吹这个卫星


------------------------------------------------------------------------------------------- 这个家伙很懒,什么也没留下......
2018-05-28 19:10:21
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来自:上海
注册:2012-12-20
发帖:13+894

建设雄安新区,又要用掉多少地下水?

所以北方人搞什么事情最后都是喇叭腔


------------------------------------------------------------------------------------------- 狗全性命于乱世,不求闻达于猪猴
2018-05-28 19:12:40
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来自:上海
注册:2008-07-17
发帖:40+11177

意思以后天坑了


------------------------------------------------------------------------------------------- 世外悠悠隔人间 不忍凄凄乱世烟 ~
2018-05-28 20:28:48
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来自:上海
注册:2010-01-30
发帖:98+4786
天津,自来水8元的地方硬上重工业,结果么大家都看到了

------------------------------------------------------------------------------------------- 这个家伙很懒,什么也没留下......
2018-05-28 20:31:01
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来自:上海
注册:2012-02-10
发帖:40+3925

大晨子都在这里[shizimaru] 5楼

北佬误国

呜呼


------------------------------------------------------------------------------------------- 这个家伙很懒,什么也没留下......
2018-05-28 20:32:08
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来自:保密
注册:2018-05-11
发帖:0+502

支持祖国环境保护工作!


------------------------------------------------------------------------------------------- 这个家伙很懒,什么也没留下......
2018-05-28 20:39:02
461
29
来自:上海.闵行
注册:2005-03-16
发帖:115+1209

也是空气污染源,


------------------------------------------------------------------------------------------- 这个家伙很懒,什么也没留下......
2018-05-28 22:23:28
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来自:保密
注册:2017-11-15
发帖:75+2508

万里狂沙万里愁[SHENJ19850117] 3楼

建设雄安新区,又要用掉多少地下水?

所以北方人搞什么事情最后都是喇叭腔

是的 其实北京已经不适合当首都了。整个北方已经完蛋了


------------------------------------------------------------------------------------------- 这个家伙很懒,什么也没留下......
2018-05-28 22:51:11
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来自:上海
注册:2013-08-22
发帖:7+98

国家知道这个问题的,大家可知河北目前已经不让农民种田了?除了自留地,其他耕地都大面积荒芜,就为了恢复地下水。


------------------------------------------------------------------------------------------- 这个家伙很懒,什么也没留下......
2018-05-28 23:16:37
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来自:上海
注册:2015-06-03
发帖:23+942

河北山东 整个农业生产模式非常有问题! 资源禀赋不行非要硬上


------------------------------------------------------------------------------------------- 这个家伙很懒,什么也没留下......
2018-05-28 23:19:03
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来自:北京
注册:2004-03-25
发帖:185+2137

南水北调啊 今天新闻放了啊 南方人就等着一起倒霉吧 大家一起玩蛋


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2018-05-28 23:27:36
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来自:上海.长宁
注册:2001-07-18
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南水北调……用有限的资源去填这个无底洞……

------------------------------------------------------------------------------------------- 有好吃的叫我,有老鼠不要叫我
2018-05-28 23:29:07
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来自:上海.嘉定
注册:2018-02-06
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梦想[lgssxlf] 13楼

南水北调啊 今天新闻放了啊 南方人就等着一起倒霉吧 大家一起玩蛋

我为什么想到了风水堪舆?


------------------------------------------------------------------------------------------- 幸运一条路
2018-05-28 23:30:28
167
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来自:上海.杨浦
注册:2017-11-30
发帖:85+4362

华北变成华北盆地,鱼米之乡


------------------------------------------------------------------------------------------- 这个家伙很懒,什么也没留下......
2018-05-28 23:30:45
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来自:保密
注册:2017-08-19
发帖:0+591

华北就不适合大规模住人 全来南方打工吧


------------------------------------------------------------------------------------------- 这个家伙很懒,什么也没留下......
2018-05-29 00:20:59
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来自:上海
注册:2009-05-19
发帖:10+2373

马上填海水进去了


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2018-05-29 07:07:19
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引用20楼@ 特雷西00 发表的:

首先,请你以一种,团成一个团的姿势,然后,慢慢地比较圆润的方式,离开这座让你讨厌的城市,或者讨厌的人的周围首先,请你以一种,团成一个团的姿势,然后,慢慢地比较圆润的方式,离开这座让你讨厌的城市,或者讨厌的人的周围

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