用地震仪器监测地下水
高山地区的水面很多。冻结在地面上,就像水泥基础一样,可以使斜坡保持稳定。在融化季节,冰川和冰雪为河流和山麓地区提供了饮用水和农业用水。另一方面,倾盆大雨,山洪暴发和山体滑坡对山谷中的人们构成了威胁生命的危险。因此,具有蓄水能力的地下土壤在山区中起着生存的作用。
但是,我们如何确定在难以接近的区域中土壤蓄水池有多空?德国地球科学研究中心(GFZ)的研究人员与尼泊尔的同事们现在已经展示了一种跟踪高山中地下水动态的绝佳方法:他们使用地震波,例如由地面振动产生的地震波,并以很高的声压记录下来。敏感的工具。与医学超声类似,他们利用了这样的事实,即波在不同的地下条件下传播的方式不同。GFZ的Luc Illien,ChristophSens-Schönfelder和Christoff Andermann领导的研究人员在AGU Advances杂志上对此进行了报道。
地震是众所周知的地震波。在地下破裂后,它们迅速传播并释放破坏力。但是,也有小得多的波浪,例如由卡车,有轨电车或(在山中)落石引起的波浪。实际上,地面一直在振动。在地球科学中,这被称为“地震噪声”。当探入地下时,在地震检测中必须从地震仪的测量数据中费力地提取出来的东西成为有价值的信息来源。这是因为地震波在水饱和区和非饱和区(也称为渗流区)中的传播方式不同。
Luc Illien,博士 GFZ的一名学生和他的同事们使用了两个尼泊尔地震台站,它们分别位于海平面1200和2300米处。卢克·伊利安(Luc Illien)说:“尼泊尔喜马拉雅山为南亚大部分地区提供了至关重要的水资源。这些水大部分通过山区地下水水库排泄,我们很难描绘出这些水库。” 研究区域包括一条通往与尼泊尔之间边界河博特科希的小支流的集水区。该团队使用多个气象站和物位计,在三个季风季节中有时每分钟收集一次数据。据此,他们建立了可以与地震记录进行比较的地下水模型。结果是:通往博特科希的径流主要来自深层含水层。在干旱季节,很少的水顺着山谷流下。在季风中 水平上升,但是可以确定两个不同的阶段。首先,下雨而没有增加流量,但是后来降雨与河流水位之间的明显关变得明显了。该研究的合著者克里斯托夫·安德曼(Christoff Andermann)解释说:“最初的降雨最初补充了地表附近土壤中的水库。一旦土壤被水饱和,与河流直接相连的深层地下水水库将被填满。然后,地下水的增加立即反映在河水位上升中。” 最初的降雨最初补充了地表附近土壤中的水库。一旦土壤被水饱和,与河流直接相连的深层地下水库就会被填满。然后,地下水的增加立即反映在河水位上升中。” 最初的降雨最初补充了地表附近土壤中的水库。一旦土壤被水饱和,与河流直接相连的深层地下水库就会被填满。然后,地下水的增加立即反映在河水位上升中。”
与地震仪数据的比较表明,渗流带的饱和度可以很好地从地震噪声中推导出来。ChristophSens-Schönfelder说:“只有将水文观测结果与地震测量结果结合起来,我们才能分析渗流带作为降水与地下水库之间系的功能。” 第一作者Luc Illien:“了解水库如何充水和排水对于评估其可持续性至关重要。由此,我们不仅可以预测径流,还可以警告山体滑坡和山洪暴发的风险增加。”
例如,如果土壤已经被水饱和,则降雨将在表面上流走,并带走斜坡。气候变化加剧了大规模气候变化,破坏了山区环境,加剧了局势。GFZ科学总监尼尔斯·霍维斯(Niels Hovius)为这项研究做出了贡献。他说:“我们在尼泊尔的工作及其结果表明,监测众多影响因素的重要性。这些因素包括地下水储存,土地利用的变化,土地覆盖和降水制度。捕捉和预测这种变化将帮助我们更好地预测淡水资源和山地景观的未来,特别是在冰川继续融化的情况下。”