三峡库区蓄水波动背景下的地下水与蒸散变化研究

Three Gorges Project (TGP)-induced water storage changes directly affect migration and redistribution of Terrestrial Water Storage (TWS) in the Yangtze River Basin. The fluctuations of regional or local groundwater and evapotranspiration caused by the establishment of new water balance may lead to change the climate and weaken the geological stability. This proposal takes TWS anomalies and changes as the starting point, using GRACE satellite gravity, hydrological model, sensing remote and in-situ muti-source measurements to detect spatio-temporal evolution characteristics of regional TWS, to assess the uncertainty of the hydrological model and improve GRACE resolution, gradually. Basing on construction of high-accuracy and real-time water impound model and the theoretical simulation of surface loading dynamics (i.e., response of gravity and deformation), the joint multi-sourced data after correction can identify and distinguish the information of TWS components and hydrological elements. Using integrated approach from different sources, different scales and different types observations, this study can achieve the scientific goal to effectively extract the information of groundwater and evapotranspiration under the influence of TGP. The research results not only explore the novel routine for monitoring the mass changes and its environmental response in the large reservoirs or lakes, but also it is help for investigating water cycle and understanding climate change.

三峡工程驱动的蓄水变化直接影响了长江流域陆地水迁移与重新分布，由此建立新的水量平衡与负荷效应造成区域或局部地下水与蒸散发生波动，并存在改变气候与削弱地质稳定性的可能。本项目拟以三峡库区陆地水异常与变化为切入点，利用GRACE重力卫星、水文模型、遥感及地面观测等多源数据，监测区域陆地水时空演化特征，逐步开展评估水文模型不确定性与提高GRACE分辨率的研究，并通过高精度实时蓄水模型的构建、地表负荷动力学（重力与形变）响应及渗透效应的理论模拟，为联合多源数据识别与区分陆地水分量与水文要素信息提供重要的校正资料。本研究借助不同源、不同尺度及不同类型的观测手段，以时间到空间、从区域到局部、由模拟到实测的研究思路，以期达到有效提取地下水与蒸散变化信息的科学目标，研究结果不仅能够开拓监测大型水库或湖泊水量变化及环境响应的新思路，并且对探讨水循环变化规律以及深入了解气候变化等具有重要的参考意义与应用价值。

作为地球陆地(含冰冻圈)—海洋—大气之间质量迁移、交换及循环过程中的主要载体，陆地水储量是人类生存与发展的重要资源，但是人类活动对全球水循环过程的影响不断凸显，目前已成为不能忽视的因素。三峡工程建设及建成运行以来，库区生态、气候及环境以及地质背景的变迁一直受到学术界的广泛关注。三峡工程驱动的蓄水变化直接影响了长江流域陆地水迁移与重新分布，由此建立新的水量平衡造成区域或局部“不可见”的蒸散与地下水的波动，并存在改变气候与削弱地质稳定性的可能。本项目利用地面与卫星重力观测并结合其他学科先进技术，聚焦于三峡库区蓄水波动背景下的地下水与蒸散变化等科学问题，建立了区域陆地水质量迁移评估的观测和模拟及反演方法体系，解决了中小尺度陆地水变化及其与固体地球及海平面的关联问题，揭示了三峡库区蓄水进程及其环境响应的时变重力特征，推广了室外条件下地面绝对重力的快速测定技术与实施。通过项目执行期内的研究，独立地给出了三峡库区2002-2016年的月蒸发量估计，研究发现季节性蒸散变化主要受到气候降雨的驱动，而短期的蒸散波动（月尺度）则受到人为驱动蓄水的直接影响，并指出库区淹盖面积及库容量的短期波动是控制该地区蒸散与地下水变化的主要因素。本研究定量估计的三峡库区蒸散发量，能够深入了解受气候和人为因素驱动的三峡区域水量平衡状态，对进一步研究气候变化、探讨水分循环变化规律具有重要价值。此外，陆地水资源对绿色地球与人类社会可持续发展至关重要，联合多源数据研究区域陆地水的时空演化与环境响应具有重要科学意义和应用价值。随着观测仪器精度的提高以及数据处理方法的不断改进，利用时变重力观测手段深入研究全球和区域陆地水变化的时机已经成熟。本项目开展的多源数据融合和从多时间-空间尺度，研究人类活动热点地区陆地水变化与影响因素，其结果有助于深入探讨地球系统质量迁移过程以及全球气候变化等科学问题。