大家好!我是帅气的小编科科~

人们在2022年8月的新闻中常常能看到这样的画面——河床干裂,满目疮痍。是非洲吗?从远处的大桥和高塔来看,又显然不是。

你可能猜不到,这是德国莱茵河。8月中旬,这条欧洲经济生命线的水位跌破了40厘米!船只几乎无法通行,严重阻碍了柴油和煤炭等大宗货物的流通。

而我国长江流域也在持续高温下出现了“汛期反枯”的现象——连日来,受持续高温少雨和长江上游来水偏少共同影响,我国最大的淡水湖——鄱阳湖水位持续走低,截至9月6日8时,鄱阳湖都昌站水位7.97米、星子站水位7.99米,均跌破了8米,比9月5日8时的8.15米,一天内降低了0.15米,鄱阳湖正式进入了极枯水位,湖区通江水体面积仅310平方公里。

应对气候异常造成旱情等水文灾害,我们真的只剩下呼吁节能减排、为地球降温吗?不!

作为专业的水科院人,我们在应对极端气候带来的各种“水灾害”时,会用到“秘密武器”以提供分析和预测、为相关部门提供防灾减灾的科学决策依据!说到这里,不得不请出水科院人的“水利模型”!

模型?难道是科科心心念念的那些模型吗?!

又或者是这些顶流威震天的“话痨之谜”吗?

不不不!本期内容要写的模型,可比“威震天”更厉害!

第一部分

什么是“模型”?模型大概可以分为两种,即“数学模型”和“物理模型”两种。

“数学模型”可以简单地理解为是利用电脑建立的数据系统,当我们输入某些数据后,系统通过推算得出一系列的结果,并通过模拟画面等呈现出来,我们常见的数学模型,如天气预报。

“物理模型”,简单来说就是用“微缩”的手段,把现实中的事物制作出来,在这一点上,手办玩具也是“物理模型”的一种。

本期内容要写的“模型”是我们广东水科院人打造的水利科研“重器”——珠江三角洲及河口整体物理与数学模型(下文简称“数学模型”或“物理模型”)。

第二部分

先从“物理模型”看看这“重器”有多猛!

在模型玩家中有这样一个不成文的规定,即如何衡量一个“模型”的珍藏意义以及价值所在,分为如下几个维度——大(大小程度)、精(精致程度)、限(限量发行)、手(是否手办),而水科院人“玩”的这个物理模型,就符合了高价值的全部定义!大!而且是“纯手办”!

模型位于广东清远飞来峡水利枢纽右岸,建成后占地总面积约100亩(约等于6.66万平方米)!对的,不是666平方米!而是66666平方米!

一个标准的足球场面积为7100平方米左右,而这个模型,相当于9个标准足球场的大小!


模型占地面积是上图中标准足球场面积的“9倍”当然,这并不是一个“静(摆)态(设)模型”,而是“超级先进”的“动态系统”——设有专用的动力系统、水循环系统、自动生潮系统、水动力监测系统等。“模型”一面世,就拿下了几个世界纪录——世界上规模最大、技术最复杂的网河河口潮流物理模型;世界上平面比尺足最大、模型变率最小的珠江河口整体模型;模型模拟了网河区河道95条,总长度1600余公里,模拟范围近1.4万平方公里!

第三部分

介绍完“物理模型”,又怎能少了更炫酷的“数学模型”呢!

珠三角网河及河口区三维数学模型的研究始于2010年,在原有的一维、一二维联解模型基础上不断发展完善并持续运行,发挥重要作用。

该数学模型发展到今天已经是“3.0”版本,成功耦合了咸潮、水生态、风暴潮等模块,使水科院人对研究河口、近岸海洋的水问题具备更先进的手段。

第三代数学模型范围示意图

珠江河口整体物理模型与数学模型的建成及应用,为水利防灾减灾、水资源利用、水生态环境建设以及航道工程、港口码头工程、近岸海洋工程、其他交通和能源等基础设施建设解决前瞻性、战略性、全局性涉水技术提供了重要科研平台,对建设国际一流的河口水利工程实验室具有里程碑意义。

北江大堤

珠三角水资源配置工程


韩江高陂水利枢纽工程

第四部分

“纸上的科普”说了这么多下面我们就来进入各位最关心的“实战”环节

(1)精准预报台风“马鞍”风暴潮

基于数学模型的珠江河口风暴潮数值预报系统,咱们水科院人精准预报台风“马鞍”风暴潮过程!

在珠江河口三维水动力数学模型基础上,水科院人耦合台风数值预报的风场,综合考虑台风、径流、潮汐、波浪等多种动力因子的耦合作用,建立了珠江河口风暴潮数值预报系统。

系统目前每天进行两次预报,提供未来72小时台风风场、潮位、增水、波浪等要素的预报产品哦!

(2)为抗旱防咸保供水工作提供决策支持

2020年秋天,东莞市面临着咸潮上溯的风险,水科院依托珠江三角洲咸潮模型,研发基于实测数据与模型模拟计算相融合的人工智能咸潮实时预报模型,实现了东江咸潮的实时滚动预测预报,集成开发了预报系统,实时将预报成果推送到相关业务部门,为东莞市抗旱防咸保供水工作提供决策支持。

数学模型模拟的咸潮动态图

通过借助大范围、高精度数学模型对提出的抑咸工程措施有效性进行论证分析,提出了应对咸潮的精细化取水调度方案。


珠江三角洲咸潮模拟模型范围及模拟结果(剖面)


珠江三角洲咸潮在线实时预报系统

科研制胜 ,水科利民。这个“水利科研重器”的多项创新性成果,为珠江三角洲水利工程提供了科学有效的技术支撑、做出了重大贡献。一项项重大技术的创新、一座座水利工程的兴建,都离不开水科院人的辛勤付出!感谢你们!

来源: 粤水科普