地下水和沉降建模结合地质和多卫星SAR数据在帕洛阿尔托Guadalentin含水层(SE西班牙)

文摘

在当前气候变化的背景下,提高地下水监测和管理是人类社会的一个重要的问题在干旱环境。地下水资源的开发可以引发地面沉降在城市结构和基础设施产生破坏。Alto Guadalentin含水层系统在SE西班牙自1960年以来一直利用生产平均测压管水位下降150。这项工作提出了地下水模型,再现了地下水演化在52年平均误差低于10%。的几何模型引入了改进的不透水层和软土变形来自InSAR变形和钻孔数据。由此产生的含水层系统的历史测压管水位已经与地下水环境变形数据来计算一阶之间的关系变化,软土厚度和表面变形。这种关系已经从人与位移数据验证和cosmo - sky - med卫星。得到的回归函数然后作为经验沉降模型来估计第一次近似变形的含水层系统地下水开采以来,达到52年1到5.5米。这些粗略估计突出该经验模型的局限性,要求hydrogeomechanical耦合模型的实现。

1。介绍

含水层地下水过度开采和水库枯竭代表一个问题影响全球大部分地区(1,2),尤其是在干旱和半干旱地区。农业和城市地下水资源的使用,特别是在干燥的季节,导致水开采油藏枯竭和盐水入侵(这常常会3,4]。这些问题已经更多的相关性在全球气候变化背景下,预测密集旱季在脆弱的地区(5,6]。地面沉降,伴随着含水层系统损耗,是一种常见的风险,具有重要的社会和经济影响7]。测压管水位变化的影响在含水层系统和相关的整合可以解释为Terzaghi的有效应力原理8]。这种类型的土壤变形可能产生建筑物和基础设施的损失(9,10),洪水风险区域的变化,或损失的水存储容量(11]。为了防止重大问题,一个好的知识的地下水资源变化和影响应该是水资源管理实体的主要任务。

使用地下水流动数值模型来重现一个区域的水动力行为和模拟空间和时间变化量压水平,结合合成孔径雷达差分干涉测量(DInSAR)检测表面运动,让全球的方法来评估主要含水层的威胁。这两种技术被用来理解沉降与地下水有关撤军(12和校准水文地质和地质参数13]。

本研究着重于Alto Guadalentin盆地位于地中海弧,SE的西班牙。西班牙地中海弧是一个脆弱的干旱地区,经历了三个重要的干旱期在1990年和2012年之间(1468年],含水层系统已经宣布部分完全由国家当局过度开发的过度开发和10。农业、传统上该地区最重要的经济活动,正在逐步取代了城市和旅游活动。这些活动对地下水资源还有一个重要的影响。

水压Alto Guadalentin盆地的数据显示不断下行测压管水位在过去60年从几米处地表在60年代约200 m地表现在以下。之前的研究使用多传感器SAR图像从人,环境,树脂黄,cosmo - sky - med卫星(埋头)获得20年(1992 - 2012)变形在区域地图(15- - - - - -17]。结果显示一个沉降率最高的测量在欧洲(> 10厘米/年)。

本文提出一种使用MODFLOW[生成校准数值地下水流动模型18),涵盖了从1960年到2012年,模拟测压管水位的时空演化。随后,SAR-derived变形系列比较与水压变化数据和软土厚度数据来评估一个一阶之间的关系。这是第一次的校准结果瞬态地下水模型,模拟50多年的中音Guadalentin含水层的行为,分析了理解和量化相关的沉降。此外,沉降测量来自SAR数据有助于改善地下水概念和物理模型。

2。研究区域

Alto Guadalentin盆地(图1)是一个山间沉积盆地NE-SW-oriented Torrecilla限制范围向东南亚和西北和Almenara范围包含一个含水层系统液压连接到浅滩Guadalentin含水层系统。海拔在盆地范围从300到400米海拔而周围的山脉范围从500到950 a.s.l。这个盆地是一个高山与古生代造山构造抑郁preorogenic变质基底,占地面积大约250公里²。地下室里显示了地垒和地堑模式地表以下1000米的最大深度(19]。Guadalentin萧条时期为界,北部的活跃Alhama德穆尔西亚的错(20.]。变质基底的含水层系统是由沉积材料积累在盆地形成(21]。最深的材料大多是由中新世泥灰土,作为不透水含水层系统的密封,与企业集团和砂岩顶部的系列。考虑地下室的地垒和地堑模式,其厚度有显著变化振荡从300到900这取决于位置(22,23]。Plio-quaternary沉积物组成的主要和最多产层含水层系统(图2)。这一层由冲积扇沉积物从附近范围产生砂和砾石镜头嵌入在粘土和淤泥矩阵。非承压含水层的上部,而更深层次的区域有一个semiconfined行为。

Guadalentin河是唯一的永久水道面积(图1),有点穿越盆地。这礼物非常低流率(平均流量0.1米³/ s)在长期的干旱期与极端洪水事件流高达2000米³/秒(24]。其他偶尔河道Nogalte、Torrecilla Bejar兰,活跃在强烈的降雨。西班牙地中海弧每年受到孤立的抑郁症在高水平25),一种气象现象,产生强烈的风暴,导致许多灾难性洪水注册自十三世纪Guadalentin盆地(26- - - - - -28]。

含水层补给来自灌溉的回报,降雨、河流穿越盆地。盆地位于低pluviometry区域地下水流入季节性降雨明显相关。多年平均年降雨量是250毫米,少于200毫米。

Guadalentin萧条是一个富饶的盆地种植以来阿拉伯时代(800交流)。1960年井钻探活动开始,以提高该地区的生产力利用的重要潜在的含水层。增加地下水的抽取,重振Guadalentin农业在1980年代但是导致含水层的宣言在1987年被暂时的过度开发(29日]。新法规和水从塔霍河盆地(Tajo-Segura转移,1979)生产减少抽水和放弃一些井从1988年。水压水平在主要领域开始慢慢稳定但仍持续下降的地区接近许多活跃的井,集中在北部和西北部。从1960年到2012年的水平从附近地表下降到200多万地表以下。洛尔卡的数量和波多黎各Lumbreras不断增加居民从70000年到1960年的超过100000年的2012(年度人口普查的数据,西班牙统计办公室)。

最近的研究显示从1992年到2012年使用SAR图像连续变形模式与在欧洲的最大速度(约11厘米/年)在其最大区域(15,17]。下沉区软土地层的厚度密切相关,提出了浅Plio-Quaternary材料的一部分,包括低和非常低的渗透率淤泥和粘土。

提出,研究区域是一个密集的地区重要的地质风险和脆弱的结构和基础设施,结合水文地质和表面变形的解决方案可以用来改善地下水管理。

3所示。数据和方法

3.1。概念模型的地下水流动

在过去的几十年里,含水层系统申报过度开发导致现有水资源管理机构编制信息并生成Guadalentin盆地地下水数值模型的不同版本。西班牙地质调查局(IGME西班牙语缩写)在1993年建立了地下水流动数值模型涵盖了从1960年到1992年时期(30.]。Segura的流域管理机构,水文联合会(CHS), 1991年建立自己的模型涵盖了从1982年到1989年时期,之后更新2005年密集领域的研究在2003年和2004年(31日,32),但在一个恒定的充电时间。新模型提出了合并从这些模型的所有数据,更新和连接成一个模型,该模型涵盖了从1960年到2012年。

模型建立后,数据被分为三类。可用的地质数据被用来定义几何的含水层系统。充电和放电数据被用来分析含水层的流入和流出。

3.1.1。含水层系统几何

几何Plio-Quaternary沉积物研究Ceron [22通过垂直电测深(维斯)生成的图中2(一个)厚度地图。最近的研究由博尼et al。15)表明,Plio-Quaternary材料可以分为两个子层。浅层是由软土、粘土、淤积,而更深人的粗分数Plio-Quaternary材料、砂或砂砾,这构成了主要生产层。软土几何估计由博尼et al。15)使用地质信息从盆地(图23的水井2 (b))。这些材料,其位置和微分水文行为没有被使用在以前的地下水模型开发的盆地。他们包含在我们的模型中介绍了研究构成了一个重要的改进。尽管盆地基底的定义地垒和地堑结构是普遍接受的,真正的位置不是由不同的作者,明确定义与海拔高度,从地表以下400到1000米。为了简化模型的几何形状,确保稳定的下边界位于中等深度500米地表以下。这第三层是由中新世材料从集团和砂岩上带泥灰土在最深的地区。

3.1.2。流入

主要流入含水层系统通过降雨发生表面渗透和流渗透通过兰。平均每年流入总结在表1。根据西班牙国家气象局提供的降雨系列(AEMET)平均降雨量在250毫米/年,通常集中在风暴事件从8月到10月。在研究了52年降雨量下降趋势可以观察(图3 (b)从1994年到1996年)有两个严重的干旱,从2001年到2003年。由于存在一个重要的粘土材料的厚度与低渗透、30公里²在盆地的北部区域标记为不透水,因此不会受到表面充电(图4(b))。

另一个重要的补给来源是灌溉回归水的渗透。农业这个领域与水资源的重要性,由不同来源提供。农业用水需求是由水从附近的水库,提供满足地下水的抽取,,,最近,移情的水从其他主要盆地(Tajo-Segura水移情,1979)。农业发展影响了含水层由于拔牙和充电灌溉的回报。冲洗器协会从洛尔卡(CRL)和波Lumbreras (CRPL)管理的两个主要灌溉地区91.7和26.1公里²位于北部和南部盆地的部门,分别为(图4(b))。灌溉在Puerto Lumbreras大大增加在1970年代和1960年代,在1975年达到峰值。1988年以后,几乎与限制地下水开采、灌溉急剧减少,而灌溉在洛尔卡在仿真期间提出了一个更稳定的趋势。灌溉面积部分的特点是不受土壤,减少有效渗透表面46.8公里²。

Guadalentin季节性河流和Nogalte流浪者大街,分别在北部和南部的西部边缘盆地(图4()),是最重要的来源流渗入含水层。这两个流域的大小使得发达的生成与含水层水文地质的连接(14]。还有其他一些小的季节性溪流沿着东部(SE兰)和西部(SW兰)利润率造成含水层流入(图4(a))。这些小溪太小被视为个人实体和发展重要的冲积系统。

3.1.3。流出

出院Alto Guadalentin含水层发生通过连接与浅滩Guadalentin含水层系统(图4(一))和许多井泵其资源。没有考虑地下水排放到小溪因为Guadalentin流losing-disconnected Alto Guadalentin含水层系统的关系。

萃取率(图3(一个))是由灌溉用水需求和年降雨量增加,达到最大值80年末的1980年代,嗯³/年被注入。1989年地下水泵被强加的限制后,萃取率下降到少于30嗯³/年在1990年代早期。在1990年代中后期、拔牙略有增加,以弥补干旱年份(图3 (b))。从1960年到1989年的312口井被登记,分布在整个盆地(图4(a))。盆地中心附近的两个区域(东部中心和西部中心,图4(一))显示密度浓度的井。自1989年以来的油井数量已经减少了。剩下的50个井,最深和最生产主要集中在西部地区。

3.2。DInSAR数据

DInSAR处理使表面位移的时间演化的评价在大面积使用SAR图像自第一SAR卫星于1992年开始运作33]。考虑到测压管水位变化是最重要的一个机制,引发表面变形(34,35],测压管水位和变形之间的关系被研究了含水层由于其潜在的应用资源管理(11,12,36]。

提出了地下水模型再现历史水压水平从原来的状态在当前1960年到2012年的水平。变形数据不覆盖整个模拟时间,但所有的时间研究SAR图像存在区域处理。使用了三个不同的图像从c波段人队(1992 - 2000),环境(2003 - 2010),x波段cosmo - sky - med卫星(埋头)(2011 - 2012)。

覆盖1992 - 2012年期间的InSAR-derived地面位移(图5)收集从先前的研究15,17,37]。变形测量的人数据集来自瑞格et al。16]。这个数据集使用多丽丝干涉处理软件(38)完成coregistration和干涉图生成阶段。时间序列是计算使用sba方法(39)通过邮票软件(40)(图5(一个))。埋头数据集(从Boni et al。15)使用音叉干涉处理阶段和SPN软件在永久散射体后的最终产品的计算方法(41)(图5 (c))。这两个数据集产品,平均位移速度和视距(LOS)位移时间序列,详细描述了冈萨雷斯和费尔南德斯(17)和博尼et al。15]。变形环境数据集的数据来自Bejar-Pizarro et al。37]。这个数据集是由从2003年8月到2010年7月27日图像。这是处理通过ROI_PAC [42专注于原始数据,多丽丝和邮票sba的干涉图计算方法来生成干涉图和变形速度/时间序列(图5 (b))。

3.3。地下水数值模型开发和校准

为了发展Alto Guadalentin含水层的地下水数值流模型,我们使用与ModelMuse modflow - 2005接口,都由美国地质调查局(18,43]。建模是进行两个步骤;第一次使用1960年的数据进行了稳态模拟,瞬态模拟和第二,从1961年到2012年使用稳态仿真模型作为起始条件执行。模型指定的一年是时间步因为水平衡等模型输入数据,每年充电,提取被编译。

模型校准使用UCODE_2014[执行44使用图形界面ModelMate [45由IGWMC和美国地质调查局最小化均方残水力传导系数通过调整和存储系数。

3.3.1。模型离散化和土壤参数

模型是由三层使用广场100米网格细胞超过243.5公里²整个盆地。流细胞之间由Layer-Property控制流包(LPF)由于其能力允许后校准的水文地质参数。模型的第一层包括软土Plio-Quaternary材料,第二层是由粗粒度Plio-Quaternary沉积物,第三层是由中新世材料,如部分所述3.1。1。由于含水层特征和滤波器可用选项的所有层被描述为可转换层。

最初的水文地质参数估计从IGME利用抽水试验和校准数据信息(30.]和CHS [31日)模型。校准后阶段进行展示模型,水力传导率( ,cm / s)不等 来 根据不同的层。粗粒度Plio-Quaternary材料显示水力传导率高于Plio-Quaternary软土和中新世层。校准存储系数不同 来 最高的值对应于粗粒度Plio-Quaternary层。

3.3.2。边界条件:充电、放电和初始条件

MODFLOW充电包被用来近似降雨补给进入含水层,在模拟期间年平均值的7嗯³/年,最大和最小值从26.74嗯³嗯/年和2.23³/年,分别。降雨补给被均匀分布在213.5公里²活跃的上层网格细胞。由于没有具体的渗透研究我们使用数据从先前的模型在1993年由IGME实现。在研究一个公式,计算渗透作为一个变量比例的降雨量10%和20%之间调整。干年这个比例接近10%,在多雨的年接近20%。使用这个数据从1960年到1993年,二次回归曲线调整,用来计算剩余的渗透系列从1994年到2012年。

灌溉补给卷极难获得,只能在一些年。无边无际的年是插值的灌溉量。渗透体积计算15%的灌溉用水和介绍了建模利用MODFLOW充电方案。

充电的精确估计的贡献Guadalentin Nogalte流课程很复杂;只有一个近似为1960 (30.1.5)存在,嗯³/年。考虑流流是由在其流域内降雨的浓度,它是合理的假设可以通过直接计算地下水补给贡献的关系pluviometry(图3 (b))和1960年的估计。为了近似边界条件MODFLOW流和头边界方案已经应用46]。

西部和东部的贡献模型中插入兰作为流渗透流入使用流动和边界的包。西方兰位于20公里Nogalte流浪者大街与Guadalentin河占地面积25公里²。东兰达到38.6公里收集径流水从50公里²。作为主要的兰,渗透速率近似1960年在1嗯³在西方/年和2嗯³在东方/年(30.]。估计剩余的年降水量进行了使用历史和一个线性关系30.]。

Alto Guadalentin的边界和浅滩Guadalentin含水层系统建模的自然流出含水层。地下水流经共享边界估计用达西定律和水压数据两边的边界和模拟模型使用和头部边界流的包。结果表明,最初从Alto Guadalentin含水层水流浅滩Guadalentin含水层的速度12嗯³/年。由于Alto Guadalentin含水层过度开采原始流减少,逆转1985左右。

主要的地下水开采井产生的抽象是在盆地传播。随着抽运率作为一个整体价值,给出估计利率不同的井是基于他们潜在的生产力。西北盆地呈现高厚度的一半Plio-Quaternary和中新世材料磁导率高于东南材料,使油井位于西北更深和更有效率23,28]。使用这个位置因素萃取率加权,西北井分配更高的利率。井模拟放电使用MODFLOW包。

理想情况下,瞬态地下水流模型应该开始从一个稳态条件。因为从Alto Guadalentin含水层抽水50多年前开始,寻找信息在稳态条件下含水层作为初始条件的稳态仿真步骤,回到了信息收集的1960年的早期研究。这段时间被选中,是因为系统没有遭受重大压力。测压管水位之间的260和320米海拔见图4(c) (29日]。考虑盆地原始的测压管水位的高度是15到60米深度取决于区域,便于泵与传统方法。

3.3.3。校准数据

模型校准一直使用47测压管水位测量实现点空间分布与189年度水压测量记录(图4(d)) IGME和CHS连续测量活动。测量/测量点,比率低,长时间的模拟表明,可用时间序列不够足够长的充分限制校准。只有4测量分有超过10年的数据,最长23年。剩下的14点礼物系列从4到10年的水压的水平。29日有水压水平不到4年,他们中的大多数只有一年。没有一个47系列涵盖了模拟。现有的数据分布的空间但不佳。附近另外时间记录更加有限,使含水层监控改进的必要性。测压管水位观测使用头部观察实现包(47]。

水压系列呈现在图4(d)显示测压管水位不断下降,从1970年到近代略微复苏在一些地区在1980年代末,与含水层的历史拔牙(图一致3(一个))。最近的测量量压水平(2009 - 2012)显示近水平较低的稳定趋势但比旧数据(平均下降90从1990年到2009年),表明地下水存储的净亏损。

3.4。变形模型开发和验证

融合的地下水模型结果与沉降数据产生的SAR图像处理提供了机会来分析两种现象在一起,建立它们之间的关系。使用表面变形、测压管水位的历史,和软土厚度,我们提出一个经验公式,没有岩土参数和时间独立,它允许表面变形的计算测压管水位的变化。进行参数校准使用环境结果,因为它的时间集中位置(2003 - 2010)允许模型的验证既适合早期和晚期时期使用人队(1992 - 2000)和埋头(2011 - 2012)结果,分别。两个独立变量被用来估计变形、测压管水位变化,软土厚度。线性和非线性回归模型。模型复制观测数据的质量是评估使用确定系数()。由于软土地层的重要性,其厚度的百分比完成Plio-Quaternary沉积物厚度计算和用来区分地区比例高(> 25%),描述分析和关系。实证变形模型被用来估计变形模拟的范围内测压管水位变化。累积变形在1992年和2012年估计和验证人队和埋头SAR数据评估错误/总位移比。

4所示。地下水模型结果与讨论

建模结果目前水压的发展水平在52年(1960 - 2012)在帕洛阿尔托Guadalentin盆地和含水层的行为是如何影响他们。图6显示了在特定的结果和相关的日期。1972年(图6(一))的早期阶段的农业用水和增加地下水的抽取,水压水平略有下降,均匀,测压管水位萧条开始形成井集中的地方。1989年(图6 (b))的最后一段高农业用水和地下水的抽取含水层时宣布部分过度开发,水压水平下降了100至160从其原始位置,创建两个陡峭凹陷东部和西部以及周围的字段。流域管理当局所采用的措施后,减少农业用水,连续下雨的从1989年到1993年(图31993年(图),模型结果6 (c))反映了轻微的复苏在水压的某些地区的水平。采掘活动的停滞在东部井场生产的复苏水压在周边地区的水平。这一事实表明,含水层系统的恢复能力水压水平拔严重后停了下来。逐步增加拔牙和较低的降雨时期有三个严重的干旱相关(14)导致水压下降水平模拟2012年年底(图6 (d))。活跃的西方井场生产70从1993年水位减量,整个盆地整体减量40米。

为了评估地下水模型的结果必须考虑的两个重要因素:它的长度,52年,和测压管水位的全球变化,在170年和210年之间。他们两人可以产生重要的结果之间的差异和观察细微的变化在水里贡献和使用(特殊,抽水率和浇水)。尽管这些限制水平很适合观测的计算模型。图7显示了模拟水平对观察到的水平部分中描述的验证点3.1。3。在这些值组 符合的RSME 17.4米。模拟和观测量压水平之间的平均绝对差是14.9米。假设平均测压管水位下降为190 m,错误都是在总排水量的10%,可接受的错误很长一段时间区域模型。

整体比较模拟水压数据反映出轻微高估趋势建模水平(压强计2539-1-001)收敛级数对1980年代(压强计2539-2-043,2539-2-043)。从这个日期模型显示更好的结果可以看出在压强计2539-2-011。蓝色和黑色框架图形如图8描述了建模和观察到的演化系列在一些富国,证明模型能够很好地适应巨大的测压管水位变化与可接受的错误。

为了评估误差的空间分布,平均每个压强计的误差模型的内插获得一个错误地图沿着盆地(图8)使用所有可用的水压数据建模的52年。最高不同地区位于南部边缘,边缘区没有足够的数据。从中心到西南更重要的领域也存在明显的差异。水压模拟水平压强计2539-1-001高于1973 - 1980年期间的观察(图8)。压强计2539-2-041,位于同一区域,遵循相同的模式在这些日期、拟合好。获得了更好的模型适合在盆地的北部达到15岁以下错误,甚至沿着宽10米的地区。这种情况可以通过观察到2539-2-011,2539-2-111,和2539-2-043压强计时间序列在蓝色框图形(图表示8)。

见数据7和8是积极的,大部分的差异,所以模型倾向于高估了模拟量压水平。这是更明显的在第一次的模拟步骤(1960 - 1980)和南部盆地的一半。两个特定的事实可能是低估和干扰模型。一方面,这方面比北方干旱一半的盆地,其灌溉系统更发达,庄稼类型学适应情况。另一方面,波多黎各Lumbreras灌区1960 - 1975年期间增长很快。这些因素的结合可以翻译成灌溉的回报的不确定性(适应旱作作物土地少浇水)和提取(萃取压力由于干燥条件和快速发展)。井(东部和西部)的浓度都与错误相关的周边地区模型平均误差(15米)。压强计好相关领域(2539-2-011,2539-2-043,2539-3-066,或2539-3-119)显示之间的一些最适合建模和观察系列,支持精确估计水萃取含水层系统的动态影响。北方地区,密集的城市化和特别受沉降过程(15,16),位于是最好的拟合区。

5。SAR变形:推进使用地下水建模结果与讨论

变形和水压变化系列的统计分析结果在低相关性( )。尽管穷人观察到的关系,本研究能够揭示的存在至少两个种群在原始数据。

Alto Guadalentin盆地的先前的研究已经对变形和软土厚度之间的关系15,37]。考虑到这些作品和层几何图中描述2,完成软土厚度的百分比Plio-Quaternary材料厚度计算。使用这个参数来识别两个观察人群,原始SAR变形数据被分成两个样本的1597(软土的比例超过25%)和3393(百分比低于25%)分每一个(图2 (c))。SAR与软土变形点比例超过25%表现出更强的关系( )与水压变化和选择校准变形模型。请注意,选择区域是最低的国家之一错误地区地下水模型(图8)。

一些经验变形模型在分析执行用水变化作为独立变量,然后,介绍软土厚度作为另一个独立的变量。使用可压缩层厚度作为一个变量与SAR-derived变形,依靠其强大的关系导致更适合当使用厚度线性变形模型的变量,改变 来 。为了提高软土厚度的贡献也被认为是非线性关系。应用厚度作为二次或指数变量,决定系数()上升到 和 ,分别。厚度和线性项的指数项测压管水位变化是披露的最佳配方描述水之间的关系,厚度和变形(图9)。这种相关性的有效性是软土厚度超过10米,水压变化从8.5米至25米。计算变形范围受到高误差或不连贯的结果。

指数项来描述水看起来逻辑看数据的形状变化,但在这种情况下,制定适用于巨大的水压变化1960年和2012年之间(约190米),产生极高的变形和不连贯。采用经验形变模型也是有限的,可以看到图9 (d)。变形与低水位变化而高估了高水压变化产生低估了变形。

应用配方人验证期间(1992 - 2000)(图10),计算出变形显示了良好的空间与SAR变形之间的关系。另一方面最大变形值是低估了从28%到40%在8年的人变形。最小误差与地表变形模型,解释了使用一个线性相关性与水压的变化和与软土厚度(图一个指数相关10 (c)),支持它是最合适的。

变形来自埋头数据(2011 - 2012)被添加到环境时间序列由于其短时间跨度和前面描述的问题与水的有效性范围变化。模型结果2003 - 2012年期间(图11)模拟和测量空间变形模式之间的差异,但在这种情况下模拟最大值更接近测量值(差在4%以下)。空间差异主要与软土厚度的影响模式的模型。

增加错误从现在到过去是由这个模型的最重要的一个限制,时间位置的校准周期变形历史。材料应力由于水提取计算校准关系始于1960年,萨特期间与一个非弹性变形。实证关系计算相关的非弹性变形,需要更少的水比弹性变化生成相同的变形和高估了古老的变形。

记住之前描述模型的局限性和特性,变形积累期间1960 - 2012计算。2012年累积变形从3 - 4.5不等。变形模型校准和有效性水压变化范围在软土厚度在最终结果的影响力也有限调整范围。如果水压变化显著增加,厚度的影响将成为低相关就像1960 - 2003年期间发生的测压管水位变化平均150。这种效应更明显沿着边缘的边缘,产生严重的变形监测时期地区的轻微运动。寻找一个解决方案来减轻这个错误,整个52年的模型结果分为几组与测压管水位变化成有效性范围,计算每一个变形并加入返回结果。使用此替代方法,水变化调整幅度提高模型的结果。增强的结果显示1.1和5.4米之间的累积变形(图1960 - 2012年期间12)。虽然卓越的运动(约1.5米)计算near-stable地区总体变形模式与当前观测一致。

我们的研究结果表明,~ 5.5 m的最大变形发生了自1960年以来模型假设前提和参数保持不变。边际变形可能是由于变形模型高估了问题地区软土厚度较低。表面变形与软土厚度密切相关,一个更好的知识,这些材料可以改善变形模型的空间分布结果。

6。结论

我们这里有了含水层的水文地质模型系统,经历了强化抽活动产生的平均测压管水位下降约150米52年期间(1960 - 2012)。模型模拟地下水流的变化,从原来的含水层系统的稳态条件现状,增加我们的知识对含水层系统在压力下的行为,以提高其管理。的进化压力测定从这个模型也是一个有价值的约束地质建模旨在描述Alto Guadalentin盆地在欧洲有一个最大的沉降率(11厘米/年)。

DInSAR的使用导致了更好的变形监测由于其开发空间覆盖率和高密度测量传统方法难以达到。的详细描述盆地材料由博尼et al。15)通过地质和SAR变形数据分析被用来优化概念地下水模型。这些地质更新构成第一SAR数据改善水资源管理的贡献。

我们的研究结果也证实了一个重要的沉降之间的关系,压力计的水平变化和可压缩厚度变化。实证变形模型基于地下水数值模型结果调整使用环境(2003 - 2010)的数据集,然后表面变形在人队(1992 - 2000)和埋头(2011 - 2012)时期被用来验证该模型。此外,沉陷盆地在整个时期研究估计使用描述模型从1到5.5年的52年。估计沉降应该被理解为最大值与相关不确定性来自地下水模型和变形模型的属性,但它构成参考初始点开发更复杂的变形模型。

改进的地质资料用于本研究(例如,软土厚度最近更新的地图Bejar-Pizarro et al。37])将允许提高我们的结果。此外,结合地下水流动和沉降模型,利用沉降和含水层系统压缩包(SUB-WT) [48),可用于改进原地下水模型和变形数据更好地集成。由于欧洲航天局(ESA) Sentinel-1星座,研究区域的监控增强特色延续至今的空间覆盖范围宽,伟大的时间分辨率(6天的重复周期)和高空间分辨率。未来的工作将我们的结果与气候变化场景可以促进测压管水位的集成和变形预测到含水层的管理系统。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是在AQUARISK框架开发的项目:分析Geological-Geotechnical风险由于地下水开发利用太空和地面技术。城市结构的应用程序和基础设施是由西班牙研究项目从经济和竞争力(esp2013 - 47780 c2 - 2 r)。第一作者显示感谢博士学生合同bes - 2014 - 069076。

引用

1. r·g·泰勒,b·r·斯坎伦p .娃娃et al .,“地下水和气候变化,”自然气候变化,3卷,不。4、322 - 329年,2013页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. 义朗,l·p·h·范发现c . m . Van Kempen j·w·t·m·Reckman s Vasak和m . f . p . Bierkens说“全球地下水资源枯竭,”《地球物理研究快报,37卷,不。20篇文章ID L20402, 2010。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. j . s .费明力提m . Lo, s . l . et al .,“最近的卫星测量的地下水枯竭加利福尼亚中央谷。”《地球物理研究快报,38卷,不。第三条ID L03403, 2011。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. p·m·巴洛和e . g . Reichard水文地质杂志,2010年。视图:出版商的网站
5. 欧盟、“科学水”欧洲委员会联合研究中心(JRC)专题报告,2017,https://ec.europa.eu/jrc/en/publication/thematicreports/science-water。视图:谷歌学术搜索
6. 义朗m·f·p·比尔肯斯,“重建全球用水的可持续性:过去和未来预测,“环境研究快报,9卷,不。2014年10篇文章ID 104003。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. r·托马斯,Herrera g, g . Cooksley和j·穆勒,“永久散射体干涉沉降数据开发利用空间工具:Segura的织女星媒体流域案例研究中,“《水文,卷400,不。3 - 4、411 - 428年,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. k . Terzaghi结算和粘土的固结麦格劳-希尔,页874 - 878年,纽约,纽约,美国,1925年。
9. g . Herrera r·托马斯·d·蒙内尔et al .,“使用terrasar - x的沉降数据分析:穆尔西亚案例研究中,“工程地质,卷116,不。3 - 4、284 - 295年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. 罗y, y、m . Liu r . Wang和h . Wang”研究的特性与地面沉降和地裂缝灾害在北京平原,”国际水文科学协会学报》上卷,372年,第242 - 239页,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. m . Bejar-Pizarro p Ezquerro, Herrera g . et al .,“映射地下水位和地下蓄水层存储变化从InSAR测量在马德里含水层,西班牙中部,“《水文卷,547年,第689 - 678页,2017年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. f . Bozzano c·埃斯波西托s·弗兰et al .,“理解第四纪平原的沉降过程通过结合地质和水文地质建模与卫星InSAR数据:在Acque Albule平原案例研究中,“环境遥感卷,168年,第238 - 219页,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. Burbey和m .张,“逆建模使用PS-InSAR改进校准的水力参数和预测未来的沉降拉斯维加斯山谷,美国“国际水文科学协会学报》(IAHS 15)卷,372年,第416 - 411页,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. CHS,”计划Hidrologico de la昆卡德尔普- 2015/2021。分析piezometrico historico y de los上月的25岁(1990 - 2014)de las玛莎·德·阿瓜subterraneas de la demarcacion Hidrografica德尔塞古拉。070.057 Alto Guadalentin”技术。代表,2014年,http://www.chsegura.es/chs/cuenca/sequias/pes/eeapes.html。视图:谷歌学术搜索
15. r·博尼g . Herrera c Meisina et al .,“20年高级DInSAR严重的地面沉降的分析:Alto Guadalentin盆地(西班牙)案例研究中,“工程地质卷。198年,40-52,2015页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. 答:瑞格,m . Bejar-Pizarro, j . Martinez-Diaz”监测Guadalentin谷(西班牙南部)通过快速SAR干涉测量方法,”应用地球物理学杂志卷。91年,39-48,2013页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. p•j•冈萨雷斯和j·费尔南德斯Drought-driven瞬态含水层压实使用多瞬时成像卫星雷达干涉测量,”地质,39卷,不。6,551 - 554年,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. a . w . Harbaugh)“modflow - 2005,美国地质调查局(U.S. Geological Survey)模块化地下水模型的地下水流动过程中,“美国地质调查局6 - A16技术和方法,2005年。视图:谷歌学术搜索
19. j . c . Ceron和a . Pulido-Bosch”产生的二氧化碳污染和过度开采地下水问题Alto Guadalentin含水层(西班牙穆尔西亚),“环境地质,28卷,不。4、223 - 228年,1996页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
20. j . j . Martinez-Diaz m . Bejar-Pizarro j . a . Alvarez-Gomez et al .,“段间断裂的构造和地震的影响。破坏性的5月11日2011 Mw 5.2洛尔卡,西班牙、地震。”构造物理学卷,546 - 547年28-37,2012页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
21. 1:50.000 IGME”Mapa Geologico西班牙花园,洛尔卡板(953),“技术代表、Servicio de Publicaciones Ministerio德工业,马德里,西班牙,1981年。视图:谷歌学术搜索
22. j . c . Ceron工厂化hidrogeoquimico▽acuifero▽Alto Guadalentin(穆尔西亚)格拉纳达大学,格拉纳达,西班牙,1995年,页265。
23. IGME”Mapa Hidrogeologico西班牙花园、1:200.000表穆尔西亚(79),“技术代表、Servicio de Publicaciones Ministerio德工业,马德里,1985年。视图:谷歌学术搜索
24. f·卡尔沃,”拉韦尔塔•德穆尔西亚y拉加拉卡斯▽Guadalentin,”Papeles del Departamento de GeografiaNº1,1968 - 1969,111 - 137年,1969页。视图:谷歌学术搜索
25. AEMET”,背板Ministerio五分镍币消费品展2003,“技术。代表,2003年,http://repositorio.aemet.es/handle/20.500.11765/5117。视图:谷歌学术搜索
26. CHS,”Evaluacion preliminar del危险inundaciones de奥利金河流en la demarcacion hidrografica Segura del”Confederacion hidrografica德尔塞古拉,2010年,p . 37岁http://www.chsegura.es/chs/cuenca/gestioninundacion/fase01.html。视图:谷歌学术搜索
27. g .贝尼托·m·Rico y Sanchez-Moya, a . Sopena v . r . Thorndycraft和m . Barriendos”晚全新世气候变化的影响和土地利用变化对洪水的水文Guadalentin河,西班牙东南部,”全球和行星变化,卷70,不。1 - 4,53 - 63年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
28. f·洛佩兹,f·纳瓦罗,m . e .褐煤等。Inundaciones catastroficas, precipitaciones torrenciales y侵蚀en la provincia德穆尔西亚,1978 - 1979 Nº8 pags 49 - 91, Papeles del Departamento de Geografia, 1979。视图:MathSciNet
29. CHS,”计划的赌注situaciones de alerta y最终sequia en la昆卡德尔·塞古拉:238 Confederacion hidrografica Segura del”298便士。,239年,2006年。视图:谷歌学术搜索
30. IGME”工厂化对位拉regulacion y apoyo la治理de los recurso项目hidricos subterraneos del Alto Guadalentin(穆尔西亚),“莫德罗matematico de变窄subterraneo。IGME内部报告参考》33237,1994年。视图:谷歌学术搜索
31. CHS,“工厂化y de ordenacion del acuifero alto Guadalentin redaccion德尔计划,“技术。代表,1992年。视图:谷歌学术搜索
32. CHS,“工厂化de cuantificacion del羊皮纸书卷anual de sobreexplotacion de los acuiferos de la失去hidrogeologica 07.28 Alto Guadalentin y 07.33·阿古里亚·,“技术。代表,2005年。视图:谷歌学术搜索
33. d . Massonnet m·罗西·c·卡蒙et al .,”兰德斯地震位移场的映射由雷达干涉测量,”自然,卷364,不。6433年,第142 - 138页,1993年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
34. d·l·洛韦和j·霍夫曼,“卫星SAR差分interferometry-derived地面位移在水文地质中的应用,”水文地质杂志,15卷,不。1,第154 - 133页,2007。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
35. r·托马斯·r·罗梅罗j·穆勒et al .,“雷达干涉测量技术研究地面沉降现象:通过病例回顾实际问题在西班牙,”环境地球科学,卷71,不。1,第181 - 163页,2013。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
36. p . Ezquerro g . Herrera m . Marchamalo r·托马斯·m·Bejar-Pizarro r·马丁内斯,“准弹性含水层变形行为:马德里含水层案例研究中,“《水文卷,519年,第1204 - 1192页,2014年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
37. m . Bejar-Pizarro c . Guardiola-Albert r . p . Garcia-Cardenas et al .,“插值使用InSAR变形GPS和地质数据地图:地面沉降的方法和应用Alto Guadalentin含水层(SE西班牙),“遥感,8卷,不。11,965年,页2016。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
38. b·m·坎普,r·f·汉森和z Perski,“雷达干涉测量与公共领域的工具,”诉讼的边缘,2003年,页1 - 5。视图:谷歌学术搜索
39. p . Berardino g . Fornaro r . Lanari, e . Sansosti”表面变形监测的新算法基于小基线SAR差分干涉图,“IEEE地球科学和遥感,40卷,不。11日,第2383 - 2375页,2002年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
40. A·j·胡珀,”一个时段遥测InSAR方法将永久散射体和小基线的方法,”《地球物理研究快报,35卷,不。16日,文章ID L16302, 2008年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
41. j .杜罗j . Inglada j . Closa:亚当,和a . Arnaud“高分辨率微分干涉法使用时间序列的人队和SAR数据、环境”2003年《边缘2003年12月,Frascati,意大利,1 - 5。视图:谷歌学术搜索
42. p . a . Rosen汉斯莱,g . peltz, m·西蒙斯“重复轨道干涉包发布,更新”美国地球物理联盟Eos事务,卷85,不。5 p。2004。视图:谷歌学术搜索
43. r·b·温斯顿“ModelMuse-A modflow - 2005和PHAST图形用户界面,“美国地质调查局6-A29技术和方法52页,2009年。视图:谷歌学术搜索
44. e . p .诗人m·c·希尔,d, c . r . Tiedeman和s·梅尔,“UCODE_2014,新功能来定义参数的预测,使用模拟计算权重值,估计和计算参数,评估不确定性与密度,和更多:集成地下水建模中心报告编号:2014 - 02 GWMI,”GWMI,2014年。视图:谷歌学术搜索
45. e·r·班塔ModelMate-A图形用户界面模型分析:美国地质调查技术和方法书6章E4, 31 p。,2011年。
46. s . a . Leake和m·r·莉莉”文档的计算机程序(FHB1)转让瞬态specified-flow和specified-head边界的应用程序模块化有限差分的地下水流动模型(MODFLOW),“技术。代表,美国地质调查局1997年,打开的文件报告97 - 571年50页。视图:谷歌学术搜索
47. m·c·希尔·e·r·班塔a . w . Harbaugh)和e . r . Anderman modflow - 2000,美国地质调查局(U.S. Geological Survey)模块化地下水模型;用户指南的观察、敏感性和参数估计过程和三个后处理程序,“技术。代表,美国地质调查局2000年,打开的文件报告00 - 184,p . 210。视图:谷歌学术搜索
48. s . a . Leake和d·l·洛韦MODFLOW地下水建模用户指南沉降和尾矿库地下水含水系统压缩包(SUB-WT):美国地质调查技术和方法书6章A23, 42 p。,2007年。

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