希腊阿吉亚盆地-塞萨利地区皮尼奥斯水文观测站对“丹尼尔”风暴的响应

《Groundwater for Sustainable Development》：RESPONSE OF PINIOS HYDROLOGIC OBSERVATORY (AGIA BASIN-THESSALY, GREECE) TO STORM DANIEL

本研究分析了希腊Pinios流域水文观测站（PHO）在极端降水事件Storm Daniel下的含水层响应。通过动态时间对齐（DTW）确定地下水滞后时间3-10天，结合反距离加权（IDW）插值估算出该事件对地下水的回补量达160毫米，占年均补给量的80%。研究揭示了地质构造（如断层）对含水层响应的影响，并建议利用极端事件进行人工回补以提升水资源可持续性。

　　在气候变暖和极端天气事件日益频繁的背景下，水资源管理正面临前所未有的挑战。特别是在农业水资源依赖度高的地区，地下水作为主要水源，其动态变化对农业生产的稳定性至关重要。本文通过分析希腊中部Thessaly地区的Pinios流域，特别是Pinios水文观测站（PHO）的地下水动态变化，揭示了极端降水事件对地下水补给过程的影响。PHO是希腊长期生态研究网络（LTER-Greece）的一部分，该网络旨在促进可持续生态系统和自然资源管理。研究采用了高分辨率和连续监测数据，结合先进的时序分析方法，如动态时间规整（DTW），以揭示地下水对极端天气事件的响应特征。

Pinios流域位于希腊的Thessaly地区，是一个重要的农业区，约45%的流域面积被农田占据。由于该地区处于地中海气候带，降水主要集中在冬季，而夏季则干旱少雨。这种降水模式的变化与全球气候变化密切相关，特别是在地中海地区，总年降水量呈现出下降趋势，但极端降水事件的频率和强度却在上升。这种现象被称为“降水悖论”，即虽然年降水量减少，但极端日降水量却显著增加。这种趋势对农业用水、水资源管理以及生态环境产生了深远影响，尤其是在极端降水事件频繁的地区，如希腊东部和中部，以及北马其顿的西北部。

2023年9月初，欧洲经历了一场极端的气象现象——Omega阻塞，导致希腊中部的Pinios流域遭受了严重的降水事件，即Storm Daniel。这场风暴持续超过72小时，降雨量达到每小时45.84毫米，累计降雨量超过395毫米。紧接着，另一场暴雨Storm Elias在9月中旬袭击了希腊，进一步加剧了水文条件的复杂性。这些极端降水事件对农业、基础设施和人类社会造成了严重影响，包括大面积农田被淹、牲畜死亡以及人员伤亡。由于降水强度大且持续时间长，导致地下水位迅速上升，但同时也引发了关于地下水补给机制的深入研究。

研究利用了14个地下水监测井和两个气象站的数据，分析了极端降水事件对地下水补给的影响。监测井分布在PHO流域的不同地质和地形条件下，包括陡坡区、平地和冲积沉积区。其中，'W'井位于陡坡区，其地下水位变化表现出在风暴发生前的上升趋势，这可能与地表径流和地下水补给之间的竞争有关。相比之下，'CN'井位于平地，表现出更明显的降水驱动的地下水补给响应。这种差异突显了地形和地质条件对地下水动态的重要影响。

为了准确捕捉地下水对极端降水事件的响应，研究采用了动态时间规整（DTW）算法。该算法能够有效对齐两个时间序列，并计算它们之间的滞后时间。通过分析降水与地下水位之间的关系，研究人员发现，地下水位的上升滞后于降水峰值的时间范围在3到10天之间。这种滞后时间的差异反映了不同监测井所处的地质条件和水文特性。例如，某些井因位于低渗透性的石灰岩层，其响应时间较长，而靠近断层带的井则因具有更高的渗透性而表现出更快的响应。

研究还利用反距离权重（IDW）插值方法，生成了地下水位的分布图，以评估极端降水事件对整个流域的补给效应。这些地图显示，在冲积沉积区，地下水位上升显著，表明该区域的地下水补给能力较强。然而，部分井的补给效果受限于其所在地质层的有效孔隙度，例如CN3井虽然位于石灰岩层，但由于靠近断层，其补给响应较快。此外，由于降水事件的影响，某些井在较短时间内恢复了地下水位，这为水资源管理提供了重要的参考信息。

从研究结果来看，Storm Daniel对PHO流域的地下水补给产生了显著影响。尽管该地区年降水量约为791毫米，但这场极端降水事件在短时间内带来了大量的补给，使得部分监测井的地下水位提前数周至数月达到峰值。这种现象表明，即使在降水总量有限的情况下，极端降水事件仍可能在特定条件下显著增加地下水的补给量。然而，由于研究区域的局限性，仅能覆盖部分流域，因此难以全面反映整个地下水系统的补给动态。

在实际应用中，这些发现对于制定适应性水资源管理策略具有重要意义。例如，通过监测极端降水事件期间的地下水补给情况，可以优化灌溉用水调度，减少对地下水的过度开采，同时利用这些事件进行人工补给，以增强地下水系统的可持续性。此外，研究还指出，降水事件可能对地下水质量产生影响，特别是在极端降水条件下，污染物可能通过快速的优先流路径进入地下水系统。因此，有必要加强对极端事件期间地下水质量的监测，以确保水资源的安全利用。

研究还强调了气候变化对农业水资源管理的挑战。随着极端天气事件的增多，传统的水资源管理模式可能不再适用，需要引入更灵活和数据驱动的策略。例如，通过实时监测网络，可以更准确地预测地下水补给的变化，从而优化水资源分配。同时，研究建议在农业实践中推广更具环境友好性的措施，如减少农药使用和增加覆盖作物，以改善土壤结构，提高地下水的补给效率。这些措施不仅可以缓解干旱对农业的影响，还能增强区域对气候变化的适应能力。

总的来说，本文的研究为理解极端降水事件对地下水系统的动态影响提供了重要的实证数据和分析方法。通过高分辨率监测数据和先进的时序分析技术，研究人员能够识别不同地质和地形条件下地下水补给的差异，并揭示极端事件在水资源管理中的潜在价值。未来的研究可以进一步探索极端降水事件与地下水质量之间的关系，并结合更多环境因素，如土壤类型、植被覆盖和土地利用变化，以更全面地评估地下水系统的响应机制。此外，研究还为应对气候变化带来的水资源挑战提供了实践指导，有助于推动更加可持续的水资源管理策略。