揭示隐藏的视角：探讨COVID-19对未设置水文监测站的河流段非季节性水流的影响以及人类活动对水文循环的干扰

《Journal of Hydrology》：Unveiling hidden perspectives: Examining COVID-19 impact on non-perennial river flow across ungauged river segments and anthropogenic footprint on the hydrological cycle

本研究分析了COVID-19疫情期间Pennar河下游水文系统的恢复潜力，结合卫星遥感数据和层次分析法，发现人类活动减少显著提升了河流的地下水补给和恢复能力，为全球河流生态评估提供了新方法。

　　这项研究聚焦于印度的佩纳尔河流域，旨在探讨疫情对未测流河段和地下水干旱之间的相互作用，以及这些河段的自然恢复潜力。研究团队通过结合遥感技术和机器学习（ML）方法，开发了一种新的评估模型，能够量化这些河段在疫情前后恢复能力的变化。研究的主要目标是识别地下水干旱的驱动因素，评估未测流河段是否受到地下水干旱的影响，并计算河流恢复潜力指数（River Rejuvenation Susceptibility, RRS），以评估这些河段在疫情背景下恢复的可能性。

### 研究背景

佩纳尔河是印度南部的一条东流河流，流经安得拉邦和卡纳塔克邦，全长约597公里，最终注入孟加拉湾。该流域位于半干旱地区，降水较少，特别是在西南季风期间。研究区域包括YSR卡达帕和SPSR内洛尔两个行政区，总面积约为54781.06平方公里。流域内的水资源，包括河流、湖泊和地下水，对于满足印度巨大的灌溉和饮用水需求至关重要。

研究强调，地下水干旱是由于降水和温度等气象因素或人类活动引起的。例如，通过标准化地下水指数（SGWTI）可以评估地下水干旱的程度，而通过标准化降水指数（SPI）和标准化潜在蒸散发指数（SPEI）可以衡量气象干旱的影响。研究发现，SGWTI与SPI和SPEI之间的相关性较低，表明地下水干旱主要由人类活动造成，如过度抽取地下水。

### 方法论

研究采用了一种综合的方法来分析地下水干旱的驱动因素，并评估未测流河段的恢复潜力。首先，通过KS检验确定降水、降水与潜在蒸散发差异（P-E）和地下水位时间序列数据的最佳连续分布。这些分布参数通过最大似然估计法确定。随后，基于这些分布计算SPI和SPEI，以评估气象干旱的强度。

为了评估未测流河段是否受到地下水干旱的影响，研究使用了光学卫星衍生水深（SDB）技术，结合Landsat-5和Landsat-8的遥感数据，建立水深与反射率之间的关系。通过训练和测试数据集，选择最优的机器学习模型（如支持向量回归、随机森林、决策树和XGBoost）来预测未测流河段的水深。此外，通过分析地下水位与河流水位（SWL）之间的差异，识别受影响的河段。如果地下水位（GWT）高于河流水位（SWL），则该河段为“增水型”；反之则为“减水型”。

为了进一步评估恢复潜力，研究引入了“河流自然恢复潜力数”（SRPN）和“河流恢复潜力指数”（RRS）。SRPN基于降水季节和干旱季节地下水位的变化，计算河流自然恢复的可能性。RRS则结合了层次分析法（AHP）和模糊层次分析法（FAHP），通过权重和标准化指标的结合来评估恢复潜力。通过深度-持续时间曲线和标准化总水储量异常（STWSA）数据，进一步验证了RRS的有效性。

### 结果与分析

研究结果表明，地下水干旱主要由人类活动引起，如过度抽取地下水。在疫情前，地下水位下降，而疫情后由于人类活动减少，地下水位有所回升，从而提升了河流的恢复潜力。通过SDB方法，研究团队发现，在疫情期间，未测流河段的水深和河流水位的差异显著减少，表明地下水干旱对河流的影响有所缓解。

此外，通过分析SPI、SPEI和SGWTI之间的相关性，研究团队发现，地下水干旱对河流的影响在疫情前后差异显著。疫情前，这些指标之间的相关性较低，表明地下水干旱主要由人类活动导致；而疫情后，相关性增强，显示出自然恢复的可能性增加。这表明，在疫情期间，由于人类活动的减少，河流的自然恢复能力得到了提升。

研究还发现，河流恢复潜力指数（RRS）在疫情后显著增加。特别是在Chennur和Nellore两个河段，RRS的值表明河流具有较高的恢复潜力。深度-持续时间曲线和STWSA数据进一步支持了这一结论，表明疫情期间，河流的恢复能力得到了显著提升。

### 讨论

研究结果表明，疫情对印度佩纳尔河流域的水资源管理产生了深远的影响。由于人类活动的减少，地下水位上升，河流的恢复潜力显著增加。这为水资源管理和环境保护提供了重要的参考价值。研究还指出，未测流河段的监测和评估对于水资源管理至关重要，尤其是在气候变化和人类活动加剧的背景下。

此外，研究强调了地下水干旱对河流生态系统的影响。地下水位下降会导致河流流量减少，影响水生生物的生存环境，并对农业灌溉和饮用水供应造成威胁。因此，识别和评估地下水干旱的驱动因素，对于制定有效的水资源管理策略具有重要意义。

### 结论

研究团队开发了一种新的方法，结合遥感技术和机器学习，评估未测流河段的自然恢复潜力。通过分析疫情前后的数据，研究发现，疫情期间，由于人类活动减少，地下水位上升，河流的恢复潜力显著增加。这一发现为未来水资源管理提供了新的视角，特别是在应对气候变化和人类活动对水资源的影响方面。

研究还指出，尽管在疫情前地下水干旱主要由人类活动引起，但疫情后，自然恢复能力有所增强。这表明，减少人类活动对水资源的过度依赖，有助于提升河流的自然恢复能力。此外，研究还强调了地下水干旱对河流生态系统的影响，呼吁采取更加可持续的水资源管理策略，以保护水资源的长期健康和可用性。

最后，研究团队指出，尽管在方法上取得了一定的进展，但研究仍存在一些局限性，如观测井数量有限、SDB方法在雨季的有效性较低，以及缺乏高分辨率的地下水使用数据。未来的研究可以进一步优化这些方法，以提高评估的准确性和适用性。