[发明专利]一种基于重力卫星的高分辨率含水层储水系数反演方法及系统

说明书

本发明提供了一种基于重力卫星的高分辨率含水层储水系数反演方法及系统，该方法包括：基于预设区域获取重力卫星数据、土壤含水量数据、地表水储量数据及非地下水组分数据；获取基于所述重力卫星数据反演的陆地水储量变化月时间序列、土壤含水量月时间序列、地表水储量月时间序列及非地下水组分变化月时间序列、地下水储量变化月时间序列以及不同含水层地下水位变化月时间序列；通过随机模拟，获得储水系数的随机样本值；得到地下水储量变化趋势随机值与重力卫星时变信号中地下水储量变化趋势之间的相关系数与纳什效率系数，获得反演结果。本发明能够快速大范围的计算区域储水系数，解决了传统方法费时费力且无法对大尺度范围求取的问题。

技术领域

本发明涉及水资源管理、水文地质领域，特别是地下水资源计算和评价与水文地质计算研究，尤其涉及一种基于重力卫星的高分辨率含水层储水系数反演方法及系统。

背景技术

储水系数分为给水度和弹性释水系数，它们都是表征含水层给水能力的物理量，是地下水资源评价、动态预报、地下水可持续利用、水文地质计算中十分重要的水文地质参数。给水度是指在重力作用下含水层水位下降一个单位时，单位体积含水层所能释放出来的重力水的体积；弹性释水系数是指承压含水层中，测压水头下降(或上升)一个单位时，从底面积为一个单位、高度等于含水层厚度的柱体中所释放(或贮存)的水量。

随着水资源的日益紧张和地下水资源的大规模开发利用，作为地下水持续利用研究的重要环节，对储水系数的分析与求取变得日益重要。储水系数传统的求取方法主要有：野外抽水试验、水量均衡法、筒测法等。以上方法费时费力，且主要用于求单一含水岩层系数值，只适用于小尺度研究，对于大尺度水文地质条件复杂的情况具有很大的局限性，难以解决大尺度范围的储水系数求取问题。

2002年以来，GRACE(GravityRecoveryandClimateExperiment)重力卫星的出现为连续监测全球时变重力场提供了直接观测手段，利用其监测的时变重力场信息可以反演陆地水储量变化，扣除非地下水储量变化后可反演区域地下水储量变化。作为能监测地表以下水储量变化的遥感卫星，其突破了传统地面观测在空间上的局限性，为地下水研究与管理提供了新的手段。通过结合地下水位数据，GRACE重力卫星具有估算储水系数的潜力与应用前景。此前研究学者Alex Sun在美国德州中部地区进行了相关研究，利用研究区不同子区的平均水位变化时间序列数据与GRACE重力卫星得到的地下水储量变化数据推算了不同子区的储水系数值，这一研究证明了GRACE重力卫星在计算含水层参数上的潜力，但该方法获得的仍是子区平均的储水系数，同时存在GRACE重力卫星数据泄露误差带来的不确定性影响。

因此，有必要开发出一种新型的方法，利用GRACE重力卫星，包括GRACE-FO重力卫星(于2018年发射，其任务是接替已于2017年6月退役的GRACE重力卫星)监测大尺度地下水储量变化的能力，结合地下水位数据反演出具有较高分辨率同时能够区分承压与非承压含水层的储水系数。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于利用GRACE/GRACE-FO重力卫星监测的地下水储量变化与地下水位数据的关系快速大范围的计算区域储水系数，解决传统方法费时费力且难以在大尺度应用的问题。具体而言，本发明提供了以下的技术方案：

一方面，本发明提供了一种基于重力卫星的高分辨率含水层储水系数反演方法，该方法包括：

S1、基于预设区域获取重力卫星数据、土壤含水量数据、地表水储量数据及非地下水组分数据；

S2、通过对所述重力卫星数据进行截断处理及滤波处理，获取基于所述重力卫星数据反演的陆地水储量变化月时间序列；

S3、对所述土壤含水量数据、地表水储量数据及非地下水组分数据进行正演模拟信号泄露，得到土壤含水量月时间序列、地表水储量月时间序列及非地下水组分变化月时间序列；