当前课程知识点：地下水文学（水文学原理及应用（2）） > 第十三章 地下水前沿 > 第一节 地下水监测 > 13.1 地下水监测
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大家好，欢迎来到清华大学
MOOC课程地下水文学
我是水利系倪广恒
我是水利系丛振涛
前面的课程我们一起学习了
地下水文学的基本原理
方程和模拟等内容
下面我们和大家交流一下
这个方向的几个热点和前沿问题
这些问题包括地下水监测
二氧化碳储存；地下水污染与修复
地下水管理等
我们先介绍地下水监测方面的问题
那么地下水在地面以下
没有办法直接对它进行监测
通过测井
可以获得一些测点的数据
但它不是空间连续的
微波的话对水量比较敏感
但是一般的遥测技术的话
它只能探测到地表
或者是接近地表的浅层土壤含水量
那么我们怎么实现
地下水变化的这种遥感监测呢
目前相对比较成熟的话呢是GRACE技术
GRACE的话呢
是美国国家航空航天局(NASA)
和德国航空中心(DNL)的一个合作项目
这GRACE卫星的话
是2002年的3月份发射成功的
用于获取高精度的地球重力场的数据
它空间的精度的话呢是几百公里
时间尺度是月
目前GRACE卫星已经连续工作了近15年
GRACE的话
它由两个完全相同的卫星所组成
这两颗卫星在轨道上相距220公里
在离地面300到500公里的
这种低轨道上运行
重力场的变化会引起
这两个相同卫星间距的微小改变
而GRACE卫星上的话呢
它配置了精密的科学仪器
能够精确的测量
这两颗卫星之间的距离
进而可以推算出重力场的一些变化
地球上各个部分之间的质量重新分布
和迁移会引起地球重力场的变化
在年或者季等比较短的这种时间尺度上
主要的它是由于地球表层的大气
海洋、陆地、水的质量交换所引起的
那么通过精确的观测地球
重力场随时间的这种变化
可以反演地球水质量变化的情况
自从这个GRACE项目实施以来
国内外这种科研人员
利用获取的这种重力场的信息
在地球物理学、大地测量学、海洋学等学科
都进行了相关的一些研究
那么在水文学这个领域当中的话
可以利用GRACE卫星监测到的
时空改变的这种地球的重力场
然后呢把它等价的转换为
地球表面的质量的变化
从而反演得到陆地水储量的变化
但是这种陆地水储量的变化
它是由于降水、蒸散发
冰雪消融等等所引起的
所有陆地水量的这样的一个改变
GRACE的话呢
它对各种深度的
这种水储量的变化的话同样的敏感
我们可以将GRACE它所监测到的数据
与利用其它的手段
像遥感手段或者是模型手段
所得到的土壤水
蒸散发等数据结合在一起
分离出地下水储量的信息
从而得到研究区域的月尺度的
地下水储量的一个变化
因为目前我们还没有其它的手段
对地下水进行这种直接的测量
因此GRACE的话呢
还是有它的优势
这是我们在GRACE上截取的一些图像
我们可以直观地
定性地看出某个月
全球水量的一些分布的情况
这种水量的厚度的话呢
我们用厘米来表示它们
另外的话呢
我们可以知道相邻的月份间
它的水量变化的
这样的一个比较的情况
GRACE的数据也可以用来分析
较大尺度的流域的储水量的变化
那么这张图给出来
亚马逊流域逐月的储水量的变化
我们可以看到这个暖色的表明在旱季
那么它是低于多年平均值的
冷色呢表明在雨季呢
这个储水量是高于这个多年平均值的
那么我们利用这个GRACE的卫星的数据呢
可以清楚的看到
整个流域在逐月的这个
储水量的这种变化的规律和特征
上面的话呢我们介绍了
GRACE卫星分析地下水储量变化的
一些基本的原理
GRACE卫星数据的话
在时间上的尺度上是月
在空间上精度的话呢
是大概几百公里乘几百公里
也就是上万平方公里这样一个尺度
这样一个尺度的话呢
比整个北京市的面积还要大
因此，我们基于GRACE卫星所得到的
还是一个比较大的一个尺度上的
一个平均的储水量的这样的一个变化
另外我们在运用GRACE数据的时候
还要注意到它在数据
里面有这种信号的泄露所造成的误差
我们把这个信号换算成地球重力场的变化
这个换算过程当中
所用到的一些参数所引起来的误差
另外的话呢
我们现在GRACE卫星结果
我们还缺少一些直接观测的数据
对它进行验证和分析
值得欣慰的是呢
GRACE的Follow On已经研发成功
将于2017年的年底进行发射
那么利用这种新一代的GRACE卫星的话呢
我们期待着可以在更高的
时空精度上去分析陆地水储量
地下水储量的一些变化
这个呢是关于GRACE卫星的
一些官方的网站
相关的信息可以到这个网站上去查询
除了利用GRACE数据分析
整个的这个地表的这个储水量变化之外呢
地表的最表层的这部分的这个含水量
就是土壤含水量呢
也可以利用遥感技术来获取
那么这个主要的是
通过它这种反射率的变化
来推断这个地表的这个含水量
那么一般我们是
定义成这个5厘米这样的一个含水量
所以呢
也有很多的这个遥感数据呢
可以用来做土壤表层含水量的这种分析
那么在2015年的1月
NASA发射了一颗新的卫星
叫SMAP卫星
那么它实际上是包含了
主动和被动的两个这个传感器
但是遗憾的是它这个主动的出了故障
所以现在还只有这个被动的数据
可以用来这个分析土壤表层的这个含水量
-第一节 研究对象
-第一节 研究对象--作业
-第二节 研究意义
--1.2 研究意义
-第二节 研究意义--作业
-第三节 研究方法
--1.3 研究方法
-第四节 课程安排
--1.4 课程安排
-第一节 地下含水介质
-第1节 地下含水介质--作业
-第二节 地下水的形态
-第二节 地下水的形态--作业
-第三节 地下含水层与隔水层
-第三节 地下含水层与隔水层--作业
-第四节 地下水的赋存
-第四节 地下水的赋存--作业
-第五节 地下水的来源
-第五节 地下水的来源--作业
-第六节 地下水的分类
-第六节 地下水的分类--作业
-第一节 土壤水的形态
-第一节 土壤水的形态--作业
-第二节 土壤含水量的测量
-第二节 土壤含水量的测量--作业
-第三节 土壤水的能态
-第三节 土壤水的能态--作业
-第四节 土壤水分特征曲线
-第四节 土壤水分特征曲线--作业
-实验原理
--实验原理
-实验操作
--实验操作
-数据处理
--数据处理
-第一节 达西定律
--4.1 达西定律
-第一节 达西定律--作业
-第二节 土壤水运动中的达西定律
-第二节 土壤水运动中的达西定律--作业
-第一节 土壤水运动基本方程 Richards方程
-第一节 土壤水运动基本方程 Richards方程--作业
-第二节 Richards方程的求解
-第二节 Richards方程的求解--作业
-第一节 地下水运动基本方程
-第一节 地下水运动基本方程--作业
-第二节 承压水运动基本方程
-第二节 承压水运动基本方程--作业
-第三节 潜水运动基本方程
-第三节 潜水运动基本方程--作业
-第四节 地下水运动与土壤水运动的联系
-第四节 地下水运动与土壤水运动的联系--作业
-第一节 河渠间潜水稳定运动
-第一节 河渠间潜水稳定运动--作业
-第二节 承压地下水稳定运动
-第三节 非均质含水层的稳定运动
-第三节 非均质含水层的稳定运动--作业
-第四节 河渠附近非稳定运动
-第一节 井的类型
--8.1 井的类型
-第二节 承压完整井的稳定运动
-第三节 潜水完整井的稳定运动
-第四节 承压完整井的非稳定运动
-第五节 潜水完整井的非稳定运动
-第一节 地下水转化
-第一节 地下水转化--作业
-第二节 入渗过程
--9.2 入渗过程
-第二节 入渗过程--作业
-第三节 入渗模型
--9.3 入渗模型
-第四节 潜水蒸发
--9.4 潜水蒸发
-第四节 潜水蒸发--作业
-第五节 SPAC系统
-第一节 地下水补给
-第一节 地下水补给--作业
-第二节 地下水排泄和开采
-第二节 地下水排泄和开采--作业
-第三节 地下水均衡
-第三节 地下水均衡--作业
-第四节 地下水动态
-第四节 地下水动态--作业
-第一节 系统分解法
-第一节 系统分解法--作业
-第二节 稳定抽水试验
-第三节 Theis 非稳定流抽水试验
-第四节 Jacob非稳定流抽水试验
-第五节 水位的恢复试验
-第五节 水位的恢复试验--作业
-第六节 地下水参数确定方法总结
-第一节 地下水模型的构建
-第一节 地下水模型的构建--作业
-第二节 地下水模型的数值解法
-第二节 地下水模型的数值解法--作业
-第一节 地下水监测
-第一节 地下水监测--作业
-第二节 二氧化碳储存
-第三节 地下水污染与修复
-第三节 地下水污染与修复--作业
-第四节 地下水管理
-期末考试--作业
