成果名称: | 海陆交互作用对河口区盐水入侵的驱动效应研究 |
完成单位: | 中山大学 |
主要人员: | 刘丙军,刘智勇,谭学志,肖旭,朱振杰,邱江潮,谭学进,李旦,彭思涵,龙伟丽,胡家昱,周凡涵,朱泽文,韦秋莹,杨子博,彭为 |
介绍: | 1、课题来源与背景: 国家自然科学基金面上项目。 2、研究目的与意义: 本研究以揭示海陆交互作用下河口区盐水入侵演变规律为轴心,以实现河口区盐水入侵精准化预报为主线,运用水文学、水动力学、统计学等多交叉学科理论,基于高精度观测资料以及高频采样实时数据收集与分析,开展了珠江河口区盐水入侵规律识别—机理诊断---预测预报全链条过程研究,在珠江河口地区盐水入侵演变规律、中长期预报等方面,提出了诸多创新性研究形成,形成了珠江河口盐水入侵演变规律与预报的完整技术研究体系。 3、主要论点与论据: 1)完成了海陆交互作用下河口区盐水入侵历史演变规律识别。收集与整理盐度、水文、风向、地形、潮汐等资料,统计分析上游来水、潮汐动力过程、河道地形、风力风向、降水等海陆要素的历史演变特征;研究河口区盐度时程分布、盐度分层、盐通量以及盐水入侵距离等要素的历史演变特征。 2)构建了河口区盐水入侵水槽模型。整理分析珠江河口区典型河段河道地形、水文情势等基础资料,基于相似理论,设计包含盐淡水循环系统与水槽二部分组成的盐水入侵水槽模型;开展盐水入侵水槽试验试验,测算不同情景组合下水槽内盐度、盐水楔、盐度分层、盐通量以及流态(流速与水深)等指标的时程分布特征;分析不同情景组合下水槽盐度分层特征、流速分布特征、涡旋形态特征,从对流扩散和湍流扩散分析盐淡水混合的主要驱动力。 3)研制了河口区1D-3D盐水入侵数值模型。基于河口区水系结构与驱动要素,构建河口区1D-3D水动力盐度耦合数值模型,模拟潮汐、径流、河道地形、风力风向、降水等不同情景组合下河口区盐水楔形态、盐度分层、盐通量以及盐度时程变化特征;探讨海陆要素对盐水入侵要素的影响机制,量化海陆要素对河口区盐水入侵的驱动效应。 4)完成了河口区盐水入侵多时间尺度预报。运用数据驱动模型构建盐水入侵初步预报模型,采用基于符号检验的预报因子迭代挑选方法,筛选并分析潜在预报因子集组合,确定短、中、长期盐水入侵预报的适宜预报因子集;选用盐水入侵短期预报中河道盐度指标作为中期预报因子,中期预报中河道盐度指标作为长期预报因子,构建短、中、长期预报嵌套框架;基于滚动修正技术,利用实时海陆要素更新数据对预报因子集进行实时滚动修正,构建形成基于嵌套实时滚动修正的盐水入侵预报模式。 5)本研究在国内外重要期刊公开发表论文33篇,出版论著2部;申请发明专利3项,软件著作权2项;1人晋升为教授,培养研究生14名;20余人次参加学术会议;举办了变化环境下水资源协同调控模式等多场国际研讨会。 4、创见与创新: (1)基于河口区盐水入侵多层次复杂结构、非自然传输属性等特点,构建了基于小波分析理论的盐水入侵时效分析方法、基于相似性原理的盐水入侵水槽模型、基于FVCOM的珠江河口大尺度水动力盐度耦合模型,从统计分析与物理机制层面揭示海陆交互作用对河口区盐水入侵的驱动机制,突破单一统计方法或模型无法综合解析盐水入侵现象与物理机制的局限。 (2)基于海陆要素对盐水入侵的多层次交互叠加驱动特征,运用基于符号检验的预报因子迭代挑选方法,构建适宜于短、中、长期盐水入侵预报因子集,解决河口区盐水入侵预报不确定性因子多的难题;研发了基于机器学习的珠江河口盐水入侵短、中、长期预报模型,以及基于实时滚动嵌套的盐水入侵模型,有效解决盐水入侵预报预见期短、预报精度低的难题。 5、社会经济效益,存在的问题: 本研究创新性提出了珠江河口区盐水入侵规律识别—机理诊断---预测预报系统研究方法,对指导该地区应对极端咸潮上升威胁,实现水资源高效利用,促进经济社会可持续发展,具有一定的理论与实践意义,相关成果也可为长江三角洲、环渤海湾、环北部湾等河口区水文水资源研究提供借鉴; 不存在问题 。 6、历年获奖情况: 无 。 |
批准登记号: | |
登记日期: | 2024-06-27 |
研究起止时间: | 2019-01-01至2022-12-31 |
所属行业: | 水利、环境和公共设施管理业 |
所属高新技术类别: | |
评价单位名称: | 国家自然科学基金委员会 |
评价日期: | 2023-03-30 |