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利用GNSS垂直位移监测地下水储量

已有 1485 次阅读 2022-10-2 16:28 |个人分类:水文大地测量|系统分类:科研笔记

GNSS已被用于研究陆地水循环(Amos et al., 2014; Borsa et al., 2014; Chew and Small, 2014)。当地球表面的水负荷增加时,地壳和地幔弹性压缩——地球表面向下移动。相反,当水负荷减少时,地球表面向上移动。

人类影响地表或地表附近水体分布的最重要方式之一是通过抽取地下水,主要用于灌溉农业。一些灌溉水通过渗透返回含水层。然而,大部分用于灌溉的地下水通过蒸发蒸腾转移到大气中。地球对地下水抽取造成的质量损失作出弹性反应,并向上移动。因此,可以使用GNSS垂直位置监测地下水抽水对地面水负荷的影响。地下水开采量较大的地区具有强烈的重力负异常,因此也可以使用GRACE卫星从空间探测地下水开采的影响。然而,GRACE数据具有非常粗糙的空间分辨率,因此只能识别区域尺度(regional-scale)的储水量变化。

然而,当水从地下抽取时,可能会发生局部(Local)沉降。当地下水被清除时,两种不同的过程会影响含水层系统。首先,随着孔隙压力下降,弱透水层沉积物的重新排列会导致不可逆压缩(Galloway et al.,1999),这将导致多年到几十年的时间尺度上的永久沉降。孔隙压力的变化也会产生瞬时和可逆的孔隙弹性效应:随着孔隙压力下降(增加),沉积物基质压实(膨胀),表面高程降低(增加)。这种孔隙弹性调整对地表高度的影响与地球地壳和地幔的弹性变化相反,这种弹性变化是由陆地蓄水量的变化引起的:地下水蓄水量的减少对应于较低的地表高程。

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地壳和地幔的弹性响应、孔隙弹性效应和不可逆沉积物压缩


Amos, C. B., Audet, P., Hammond, W. C., Bürgmann, R., Johanson, I. A., & Blewitt, G. (2014). Uplift and seismicity driven by groundwater depletion in central California. Nature.

Borsa, A. A., Agnew, D. C., & Cayan, D. R. (2014). Ongoing drought-induced uplift in the western United States. Science, 345(6204), 1587-1590.

Chew, C. C., & Small, E. E. (2014). Terrestrial water storage response to the 2012 drought estimated from GPS vertical position anomalies. Geophysical Research Letters, 41(17), 6145-6151.

Galloway, D., D. R. Jones, and S. E. Ingebritsen (1999), Land Subsidence in the United States: U.S. Geological Survey Circular 1182, Reston, VA.




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