项目简介
（简要介绍该项目的前沿行业技术背景，围绕该研究主题开展大学生创新实践研究的范围和方向，以及能为学生提供的实验条件，如场所、软硬件设备、实验平台等）
地下水资源在全球干旱和半干旱地区的农业生产、工业发展及人类生存中起着至关重要的作用，尤其是地表水源缺乏的地区，地下水是维系生态系统稳定、人类生存与发展的重要水源，甚至是唯一水源。全球干旱沙漠总面积约为1764万km2，约占陆地表面的12%，是人水矛盾最为尖锐地区。水资源的短缺严重制约了这些地区的粮食与农作物生产，已成为约束经济社会可持续发展的主要瓶颈。只有准确认知沙漠地下水的补给-径流-排泄关系，才可能在维持生态系统稳定的情况下，可持续开采利用地下水资源，确保社会经济的长期稳定发展。
全球沙漠与干旱地区的地下水储量巨大，覆盖面积广泛，在美国西部沙漠、非洲苏丹北部沙漠、埃及南部沙漠、利比亚沙漠、澳大利亚沙漠、中国塔克拉玛干沙漠、等，都存在地下水的富水带，很多沙漠腹地存在湖泊、湿地与绿洲。北非利比亚东部昔兰尼加维沙漠在石油勘探中发现的丰富地下水资源，含水层厚度可达1000m，已经在沙漠中钻井1300眼，通过管道向沿海地区输送水量超过20×108m3/a。阿拉伯沙漠富水区含水层面积达到3.63×105km2，为半岛国家提供了重要的水资源。从1980年开始，沙特开始大规模开凿深井抽取地下水用于灌溉农业。这些地区的地下水储量虽然庞大，但由于过度开采及气候变化的影响，地下水的补给和可持续利用成为了当前最为紧迫的科研问题。
在中国，新疆是 “一带一路”经济带核心区，是全国地面积最大和对外开放口岸最多的省级行政区。新疆沙漠面积高达44.06万平方公里，占全国沙漠面积的64%，占到新疆总面积的27%，坐落着我国最大的沙漠，塔克拉玛干沙漠。研究发现，塔克拉玛干沙漠的地下水储量可达8万亿立方米，淡水含水层厚度最高可达1000米，这些地下水为沙漠地区的生态与人类活动提供了必要支持。2024年11月新疆自治区党委水资源管理委员会指出，塔克拉玛干沙漠，实际上是一座“地下水库”，适当抽用沙漠地下水，对原有生态环境影响不大。但受限于对沙漠地下水补径排关系认识的不足，如何合理可持续开发地下水资源，成为制约我国边疆稳定与社会发展重要问题。
传统水文理论认为流域内地下水主要来自流域内的降水，各个流域间不存在跨流域的补给，但沙漠地区降水难以下渗补给到深层地下水。除了降水补给，还涉及跨流域的水源补给机制，同位素分析证实，跨流域补给的水资源是沙漠地下水的重要来源。近年来，塔里木河上游、中游与下游的地下水位分别上升了4.06m、4.83m与5.13m，地下水位近20年上升了接近5m。塔克拉玛干沙漠的沙山中存在隐伏火山，沙山中的地下水水位高出潜水位20m，沙山周边生长着芦苇等淡水植物。2003年以来，已经断流干涸了30年的塔克拉玛干沙漠东南的台特玛湖水位上涨，面积达到300km2。这些现象都可能与外源地下水补给有关，这为理解沙漠地区地下水补给机制提供了新的线索。
目前，地下水的动态变化，尤其是沙漠地区地下水的变化机制，依然是一个较为复杂的研究问题。传统水循环研究通常依赖地面测量和局部水文观测，这些方法虽然准确但空间覆盖范围有限。遥感技术则突破了这些空间限制，通过卫星、无人机等高空平台可以实现对大范围区域的监测，获取连续且高分辨率的地面变化数据，覆盖面广，能够获取不同尺度的地下水补给、径流、蒸发等过程信息。因此结合遥感技术、同位素标记技术及水文地质模型等手段，能够更加有效监测沙漠地区地下水的补给、流动及排泄过程，并进一步分析其变化趋势。
本项目拟结合遥感技术、大数据分析等前沿技术，应用高分辨率的卫星遥感数据监测地下水资源的动态变化，进行地下水水位、地下水补给区域及水质的实时监测和分析，通过研究沙漠地下水的动态变化及其补给机制，探索其与气候变化、地质活动和水资源可持续利用之间的关系。研究的主要方向包括地下水的补给-径流-排泄机制，地下水水位的长期变化趋势，气候变化对地下水补给的影响等。
本项目将依托教师科研项目，可以为学生提供专业的实验室和计算机实验平台，学生可以在此进行数据分析及遥感数据处理。本项目已积累了大量高分辨率遥感影像数据，以及在塔克拉玛干沙漠、阿拉善沙漠等极端干旱地区实地调研和采集地下水数据，通过这些丰富的实验条件和科研资源，学生将能够在理论学习的基础上，进行独立的科研探索，提升创新能力和实践能力。
招募学生要求
（学生参与项目研究所需的知识背景、技术能力等要求）
本项目具体招募条件如下：
1. 知识背景要求
遥感技术与数据分析：学生需具备一定的遥感技术背景，熟悉遥感数据获取、处理与分析的方法，能够理解遥感影像的基本类型（如光学遥感、合成孔径雷达SAR等）及其应用，尤其是水资源监测与分析方面。
大数据与地理信息系统（GIS）：学生需具备基础的大数据分析能力，能够使用GIS平台进行空间数据分析和可视化。理解如何利用遥感与GIS数据进行地下水资源的建模和空间分析。
2. 技术能力要求
遥感数据处理与分析：掌握常用遥感数据分析软件，能够进行遥感影像的预处理、分类、提取地物信息等操作。能够应用遥感数据分析地下水资源的时空分布及变化。
编程与数据处理能力：熟悉Python、MATLAB等编程语言，能够进行数据清洗、分析与建模，具备一定的算法实现能力。能够运用编程技能处理遥感数据、气象数据等多维数据，并进行科学计算与模型分析。
3. 其他能力要求
团队合作与沟通能力：学生需具备良好的团队合作精神，能够与项目组内其他成员、指导教师及行业专家进行有效的沟通与协作。
科研能力与创新思维：学生应具备较强的科研能力和创新思维，能够自主思考并提出有价值的研究问题，并能够灵活运用所学知识与技术开展独立研究。
英语阅读与写作能力：由于项目涉及国际合作及文献阅读，学生应具备一定的英语阅读能力，能够阅读并理解相关领域的国际前沿文献，并能够撰写科研论文与报告。
4. 项目参与态度
积极主动：学生需对沙漠地下水资源的研究有浓厚兴趣，能够主动参与项目相关的实验、数据分析、文献查阅等科研工作，保持高度的责任感和好奇心。
学习能力：项目研究涉及的技术和方法多样，学生需具备较强的自学能力，能够在导师的指导下快速掌握新的研究工具和技术。
耐心与毅力：地下水资源研究需要长期跟踪与数据积累，学生需具备良好的耐心，能够在复杂的研究环境中持续进行科学探索，面对挑战时具备较强的解决问题的能力。