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石羊河流域是我国西北地区典型的内陆河流域之一,流域内水资源开发利用程度高,水资源消耗量远大于水资源总量,持续过多的超采地下水净储量引起一系列生态环境问题。自2008年流域重点治理措施实施以来,流域生态环境得到有效改善,开展流域水资源变化监测和研究经济社会可持续健康发展具有重要意义。传统监测水储量的变化主要是通过水位监测井来实现,其监测站点的分布不均且数目有限,GRACE时变重力场可弥补在区域尺度上时空分辨率低的缺点,为研究流域陆地水储量变化提供了新的方法。本文首先对GRACE重力卫星及其反演水储量变化的理论与数据处理方法进行了阐述,利用GRACE重力卫星2003~2015年数据反演了石羊河流域陆地水储量变化,结合GLDAS水文模型数据、降水数据对GRACE反演的陆地水储量变化进行分析。然后从GRACE反演的陆地水储量变化中扣除GLDAS土壤水和雪水当量的地表水储量变化,经过均衡计算得到流域地下水储量变化,结合地下水位数据、水资源公报数据进行对比分析。GRACE反演的流域陆地水储量结果表明:在时间上,石羊河流域陆地水储量整体呈现0.95mm/a的上升趋势与明显的季节性变化;在空间上,从西南方向到东北方向呈现较为明显的阶梯状,南部山区和北部低山丘陵区呈现一致变化,中游盆地和下游盆地呈现一致变化,且亏损或盈余状态一致。与GLDAS水文模型对比,二者都呈现明显的季节性变化,波动规律具有较好的符合性且年内变化相关性为0.80的强相关;与降水数据对比,二者的季节性变化相关性为0.64的强相关,降水多的年份陆地水储量也相应增加,年内陆地水储量变化的峰值滞后降水量峰值1-2个月左右。GRACE反演得到的流域地下水储量结果表明:与地下水位数据整体呈现明显的季节性波动和下降趋势,二者相关系数为0.79,反演的地下水储量变化与地下水位在2008年前均呈现下降趋势,在2008年后呈现上升趋势,变化速率有较大差距;与降水量的季节性相关系数为0.72;对地下水开采量和跨流域调水量的对比分析发现,跨流域调水量地增大,在一定程度上减少了对地下水的开采,使地下水位得到回升。