本站讯 近期，“十四五”国家重点研发计划“多尺度流域水资源和水利设施遥感监测应用示范”项目“地下水超采区蓄变量反演和引调水生态效益评估”课题在华北平原地下水储量变化方面取得新进展，由清华大学水利系龙笛研究员为通讯作者，博士毕业生杨文婷为第一作者，将题为“人为干预将稳定华北平原地下水储量（Human intervention will stabilize groundwater storage across the North China Plain）”的研究成果在水文水资源领域权威期刊《Water Resources Research》（IF=6.159）发表。
华北地区作为中国的粮食主产区之一，约60%的水资源被用于农业灌溉，并以仅占全国6%的水资源，支撑了全国24%的人口和25%的GDP（2015年）。社会经济快速发展、人口增长和农业灌溉对水资源的需求，导致其近几十年来地下水被大量超采。为缓解华北水资源短缺与社会经济发展的矛盾，我国在2002年批复实施南水北调工程，规划分别从长江下游（东线）、中游（中线）和上游（西线）向北方调水。截至2021年7月，南水北调中线工程累计调水400亿立方米，随着相关配套工程的实施，调水量逐年提升，超过1.2亿人受益，极大地改变了华北的供水格局。与此同时，国家积极实施节水和地下水超采综合治理等政策，气候变化/波动引起的降水条件改变也影响了地下水储量。南水北调中线输水和用水减少为华北地下水储量的稳定和恢复提供了重要契机，然而，各因素对大范围地下水储量稳定和恢复的影响程度和贡献，以及未来用水、调水和气候情景下地下水储量的变化趋势尚不清楚。
本研究通过发展和搭建包含调水和各部门用水活动的高空间分辨率(1 km)水文模型 CWatM，在不同调水、用水和降水组合情景下，模拟和预估了华北平原（本研究定义为海河流域平原区）在历史时期（2005—2018年）和未来时期（2019—2050年）的地下水储量变化（如图1）。首先，模拟了历史时期华北平原地下水储量，使用非支配排序遗传算法NSGA-II和多目标函数，以实测地下水位结合含水层参数获得的地下水储量变化为参照，对CWatM模型进行率定。CWatM模拟结果和重力卫星GRACE观测的区域水储量变化、陆面模型模拟的地下水储量变化进行了交叉对比和验证，结果表明CWatM模拟结果良好。在此基础上，对未来时段地下水储量变化进行预估。本研究分三组情景考虑（包括控制情景组（CTRL）、共享社会经济路径组（SSP）、不同降水情景组（PC），如图2），以分别评估调水、用水和降水对地下水储量的影响。
总体来看，随着调水工程的运行和用水减少(CTRL组)，未来地下水储量可实现总体稳定。用水减少、调水、降水波动对2019？2050年地下水储量恢复的最大贡献分别可达73%、37%和32%。如果未来用水持续增加（SSP3，最大用水）且没有调水（NoWaterD），地下水储量将被继续大量消耗（最大亏损750亿立方米）；在降水最高（HiRAM模式降水，华北平原多年平均降水~ 600 mm/yr），用水最少（CTRL情景）和调水（D2）情景下，2019？2050年地下水储量最大可恢复200亿立方米。以上结果表明，用水减少对华北平原地下水储量的稳定发挥决定性作用，气候变化下南水北调中线输水对地下水储量的稳定将长期发挥重要支撑作用。
图1 研究流程图
图2 2005—2018年华北平原地下水储量模拟结果以及2019—2050年不同情景组合下地下水储量变化预估结果。
(a)CTRL组；(b)SSP组和(c)PC组
本研究得到国家重点研发计划项目“多尺度流域水资源和水利设施遥感监测应用示范”课题四“地下水超采区蓄变量反演和引调水生态效益评估”（2021YFB3900604）等项目的联合资助。
论文信息：Yang, W., Long, D., Scanlon, B. R., Burek, P., Zhang, C., Han, Z., et al. (2022). Human intervention will stabilize groundwater storage across the North China Plain. Water Resources Research, 58, e2021WR030884. https://doi.org/10.1029/2021WR030884
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