Response of the groundwater system in the Guanzhong Basin (central China) to climate change and human activities

Abstract

The Guanzhong Basin in central China features a booming economy and has suffered severe drought, resulting in serious groundwater depletion in the last 30 years. As a major water resource, groundwater plays a significant role in water supply. The combined impact of climate change and intensive human activities has caused a substantial decline in groundwater recharge and groundwater levels, as well as degradation of groundwater quality and associated changes in the ecosystems. Based on observational data, an integrated approach was used to assess the impact of climate change and human activities on the groundwater system and the base flow of the river basin. Methods included: river runoff records and a multivariate statistical analysis of data including historical groundwater levels and climate; hydro-chemical investigation and trend analysis of the historical hydro-chemical data; wavelet analysis of climate data; and the base flow index. The analyses indicate a clear warming trend and a decreasing trend in rainfall since the 1960s, in addition to increased human activities since the 1970s. The reduction of groundwater recharge in the past 30 years has led to a continuous depletion of groundwater levels, complex changes of the hydro-chemical environment, localized salinization, and a strong decline of the base flow to the river. It is expected that the results will contribute to a more comprehensive management plan for groundwater and the related eco-environment in the face of growing pressures from intensive human activities superimposed on climate change in this region.

Résumé

Le bassin du Guanzhong en Chine centrale est. caractérisé par un développement économique important et a souffert de sécheresses sévères, entraînant une forte baisse du niveau des eaux souterraines au cours des 30 dernières années. Constituant une ressource en eau majeure, les eaux souterraines jouent un rôle significatif pour l’alimentation en eau potable. L’impact conjugué du changement climatique et des activités humaines intensives est. à l’origine d’une baisse significative de la recharge de l’aquifère et des niveaux piézométriques, ainsi que d’une dégradation de la qualité des eaux souterraines et des modifications engendrées sur les écosystèmes. A partir des données d’observation, une approche intégrée a été utilisée pour évaluer l’impact du changement climatique et des activités humaines sur le système aquifère et le débit de base de la rivière du bassin versant. Les méthodes comprennent: le suivi du débit de la rivière et une analyze statistique à plusieurs variables des données telles que les niveaux piézométriques historiques et les données climatiques; des études hydrochimiques et une analyze de tendance des données hydrochimiques historiques; une analyze par ondelettes des données climatiques; et l’indice du débit de base. Les analyses indiquent une tendance nette de réchauffement et une tendance à la baisse des précipitations depuis les années 1960, en plus d’une augmentation des activités humaines depuis les années 1970. La diminution de la recharge de l’aquifère au cours des 30 dernières années a conduit à une baisse continue des niveaux piézométriques, à des changements complexes de l’environnement hydrochimique, à des phénomènes de salinization localisés, et à une forte réduction du débit de base de la rivière. Il est. attendu que les résultats contribueront à l’élaboration et mise en œuvre d’ un programme de gestion complet pour les eaux souterraines et pour l’environnement écologique associé, face aux pressions grandissantes des activités humaines intenses qui se surimposent au changement climatique dans cette région.

Resumen

La cuenca de Guanzhong, en el centro de China, presenta una economía en auge y ha sufrido una grave sequía, que provocó un grave agotamiento del agua subterránea en los últimos 30 años. Como el principal recurso hídrico, el agua subterránea juega un papel significativo en el suministro de agua. El impacto combinado del cambio climático y las actividades humanas intensivas ha causado una disminución sustancial en la recarga del agua subterránea y en los niveles de agua subterránea, así como en la degradación de la calidad del agua subterránea y en los cambios asociados en los ecosistemas. En base a los datos de observación, se utilizó un enfoque integrado para evaluar el impacto del cambio climático y las actividades humanas en el sistema de agua subterránea y en el flujo base de la cuenca. Los métodos incluyeron: registros de la escorrentía de los ríos y un análisis estadístico multivariante de datos que incluyen niveles históricos de agua subterránea y clima; investigación hidroquímica y análisis de tendencias de los datos hidroquímicos históricos; análisis de ondículas de datos climáticos; y el índice del flujo base. Los análisis indican una clara tendencia de calentamiento y una tendencia decreciente en las precipitaciones desde la década de 1960, además del aumento de las actividades humanas desde la década de 1970. La reducción de la recarga del agua subterránea en los últimos 30 años ha llevado a un agotamiento continuo de los niveles de agua subterránea, cambios complejos del ambiente hidroquímico, salinización localizada y una fuerte disminución del flujo base hacia el río. Se espera que los resultados contribuyan a un plan de gestión más integral para el agua subterránea y el eco-ambiente relacionado frente a las presiones crecientes de las actividades humanas intensivas superpuestas al cambio climático en esta región.

摘要

过去30年,中国中部的关中盆地经济蓬勃发展,遭受了严重的干旱,导致地下水枯竭。作为重要的水资源,地下水在供水中发挥着重要的作用。气候变化和强烈的人类活动综合影响致使地下水补给量和地下水位大幅下降,以及地下水水质退化和生态系统的相关变化。根据观测数据,采用综合方法评价了气候变化和人类活动对地下水系统和河流流域基流的影响。方法包括:河径流量记录及包括历史地下水水位和气候等数据的多变量统计分析;水化学调查和历史水化学数据分析;气候数据的小波分析;基流通量。分析结果显示出,自从二十世纪60年代以来,气候有变暖的趋势,降雨量有下降的趋势,并且自从二十世纪70年代人类活动有增加的趋势。过去30年来地下水补给里量的减少导致地下水位持续下降、水化学环境的复杂变化、局部盐碱化以及注入河流的基流量严重下降。预计,在面对本地区气候变化叠加强烈的人类活动压力增加的情况下,研究结果有助于地下水更加全面的管理规划。

Resumo

A Bacia de Guanzhong, na China central, que apresenta uma economia crescente e tem sofrido uma seca severa, resultando em grave depleção das águas subterrâneas nos últimos 30 anos. Como um importante recurso hídrico, as águas subterrâneas desempenham um papel significativo no abastecimento de água. O impacto combinado das mudanças climáticas e das atividades humanas intensivas causou um declínio substancial na recarga das águas subterrâneas e nos níveis das águas subterrâneas, bem como na degradação da qualidade das águas subterrâneas e nas mudanças associadas nos ecossistemas. Baseado em métodos observacionais, uma abordagem integrada foi usada para avaliar o impacto das mudanças climáticas e das atividades antrópicas no sistema de águas subterrâneas e fluxo de base dos rios da bacia. Métodos incluídos: registros de escoamento do rio e uma análise estatística multivariada de dados, incluindo níveis históricos das águas subterrâneas e clima; investigação hidroquímica e análise de tendências dos dados hidroquímicos históricos; análise de onduleta de dados climáticos; e o índice de fluxo base. As análises indicam uma clara tendência de aquecimento e uma tendência decrescente das chuvas desde a década de 1960, além do aumento das atividades humanas desde a década de 1970. A redução da recarga das águas subterrâneas nos últimos 30 anos levou a um esgotamento contínuo dos níveis de águas subterrâneas, mudanças complexas do ambiente hidroquímico, salinização localizada e um forte declínio do fluxo de base para o rio. Espera-se que os resultados contribuam para um plano de gestão mais abrangente para as águas subterrâneas e o ecoambiente relacionado, diante de pressões crescentes de atividades humanas intensivas sobrepostas às mudanças climáticas nesta região.