逐浪淘沙引領(lǐng)大河之舞 /編號(hào):XP89503

　　我國(guó)也因而成為獨(dú)一一個(gè)設(shè)有專(zhuān)門(mén)的泥沙學(xué)科的國(guó)度。

　　此外，通過(guò)實(shí)地考核聯(lián)合數(shù)值模擬、動(dòng)床模型實(shí)驗(yàn)、遙感剖析等關(guān)鍵技術(shù)，王光謙群體提出了描寫(xiě)游蕩性河流演化法則的實(shí)踐公式，建立起實(shí)用于浪蕩性河流的數(shù)值和物理模型�，F(xiàn)在，項(xiàng)目成果應(yīng)用于黃河、塔里木河河流整治與南水北調(diào)穿河工程實(shí)踐中，為輸水、堤防工程建設(shè)提供參數(shù)，并對(duì)工程安排進(jìn)行優(yōu)化，從而經(jīng)濟(jì)有效地維護(hù)了河流的堤防保險(xiǎn)，改良了河道兩岸生態(tài)環(huán)境。

　　王光謙說(shuō)：“當(dāng)時(shí)我們的研究已經(jīng)開(kāi)始，然而在失掉創(chuàng)新群體基金贊助后我們開(kāi)端作久遠(yuǎn)盤(pán)算，設(shè)定科學(xué)目的和研究打算時(shí)更加前瞻和體系，也敢于觸碰風(fēng)險(xiǎn)較大的研究領(lǐng)域�！�創(chuàng)新群體奇特的評(píng)估和審查機(jī)制也讓“流域水沙過(guò)程與臨界調(diào)控機(jī)理”群體順利取得了2期資助。

　　王光謙說(shuō)明說(shuō)：“研究要建立的數(shù)字流域模型是定位于大范疇、全流域級(jí)的水文過(guò)程模擬，傳統(tǒng)的模型構(gòu)建思路、參數(shù)獲取辦法、數(shù)據(jù)存取方法、模型計(jì)算機(jī)制都很難滿(mǎn)意大流域模型的需要。因此，必需在研究中提出大量新的關(guān)鍵技術(shù)�！�

起源：迷信時(shí)報(bào) 2010 *** 12 *** 01

　　原來(lái)因?yàn)檫@項(xiàng)工作的前程未卜，危險(xiǎn)極大，王光謙團(tuán)隊(duì)只是想零敲碎打地逐漸進(jìn)行。創(chuàng)新群體基金的設(shè)破轉(zhuǎn)變了王光謙的主意。

　　從河流泥沙到流域泥沙

　　汶川地震導(dǎo)致大批堰塞湖構(gòu)成。王光謙等依靠數(shù)字流域模型，對(duì)各個(gè)堰塞湖搶險(xiǎn)工程進(jìn)行全面技術(shù)支持。

　　另外，還有許多基礎(chǔ)性的問(wèn)題需要解決。例如，流域的劃分、分級(jí)與編碼。王光謙群體設(shè)計(jì)的數(shù)字流域模型采用三級(jí)劃分的流域檔次，模型中的匯流、泥沙與傳染物輸移等算法都需要在三級(jí)河網(wǎng)上計(jì)算和表現(xiàn)。為實(shí)現(xiàn)在多級(jí)河網(wǎng)上高效的拓?fù)潢P(guān)系運(yùn)算，需要提出一種更為科學(xué)的合適數(shù)字流域模型的河網(wǎng)編碼方法。這就像人口越多的國(guó)家，身份證號(hào)碼的位數(shù)就必須越多一樣。

　　它讓黃河全流域?qū)崿F(xiàn)了同一的水量調(diào)度，公道調(diào)配應(yīng)用水資源，讓母親河不再斷流從此有了技巧支持。

　　特別值得一提的是，清華數(shù)字流域模型采取了模型庫(kù)的思維，提供了坡面降雨徑流和坡面產(chǎn)輸沙模型的源代碼，用戶(hù)可免得費(fèi)下載及修改，其用戶(hù)還可以自行修正模型源代碼，結(jié)構(gòu)本人的模型并籠罩原有模塊。

　　創(chuàng)新研究群體科學(xué)基金不同于個(gè)別的研究名目，也不同于普通的人才基金，它將對(duì)以?xún)?yōu)良科學(xué)家為帶頭人的研究群體給予連續(xù)穩(wěn)固和較高強(qiáng)度的經(jīng)費(fèi)支持。這對(duì)會(huì)聚上風(fēng)人才，保障優(yōu)秀科學(xué)家集中時(shí)光和精神，潛心研究，自在摸索發(fā)明了寬松的環(huán)境。

　　“這個(gè)模型更應(yīng)當(dāng)稱(chēng)為‘基金委數(shù)字流域模型’，由于不立異群體科學(xué)基金就可能不會(huì)有這個(gè)模型的出生�！蹦Ｐ偷闹匾�設(shè)計(jì)與搭建者群體學(xué)術(shù)帶頭人中國(guó)科學(xué)院院士王光謙告知《科學(xué)時(shí)報(bào)》記者。

　　“我國(guó)大江大河眾多，許多河流特別是以黃河為代表的北方河流因?yàn)樗�土散失�?yán)峻，大量的泥沙從流域內(nèi)侵蝕而下，并被輸移到河流中，使得河流挾帶了大量的泥沙，造成河道和水庫(kù)的重大淤積抬高，這不僅給水利水電工程建設(shè)帶來(lái)了很多問(wèn)題，也給河道防洪、沿岸工農(nóng)業(yè)發(fā)展和國(guó)民生涯帶來(lái)了嚴(yán)峻的影響。與水資源問(wèn)題比擬，泥沙問(wèn)題在我國(guó)尤為凸起。因此，對(duì)于泥沙問(wèn)題的研究具備關(guān)聯(lián)國(guó)計(jì)民生的重要意思。”王光謙說(shuō)。

　　就這樣，在數(shù)字流域模型的建設(shè)實(shí)際中，王光謙群體探討了各個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的解決方式：用分塊技術(shù)解決大流域DEM數(shù)據(jù)的存取問(wèn)題，用TOPAZ模塊提取流域溝道參數(shù)，從遙感圖像提取模型分布式參數(shù)，用雨量站插值技術(shù)提取面雨量序列，用計(jì)算機(jī)并行計(jì)算技術(shù)攻破大流域整體模型的計(jì)算瓶頸。這些關(guān)鍵技術(shù)的研究和運(yùn)用為數(shù)字流域模型的建立奠定了基本。

　　王光謙群體的成果遠(yuǎn)不止是一個(gè)數(shù)字流域模型。他們已經(jīng)將傳統(tǒng)的河流泥沙研究推廣到流域尺度上的泥沙活動(dòng)研究，將河流演變與流域氣象（降雨）、地表特點(diǎn)和人類(lèi)運(yùn)動(dòng)等因素變更直接接洽起來(lái)。

　　王光謙團(tuán)隊(duì)始終致力于泥沙學(xué)科與黃河管理的相干研究，在本世紀(jì)初的時(shí)候，他們開(kāi)始試圖將傳統(tǒng)的河流泥沙研究推廣到流域尺度上的泥沙運(yùn)動(dòng)研究，將河流演變與流域天氣（降雨）、地表特征和人類(lèi)活動(dòng)等因素變化直接聯(lián)系起來(lái)。這就需要建立一個(gè)擁有多層空間辨別率的、模型參數(shù)可以輕易獲取的、可以實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算的全流域級(jí)整體模型，即數(shù)字流域模型。

　　王光謙群體首先對(duì)原有水文模型的不足進(jìn)行了深刻研究。原有模型多以中小流域（面積小于1萬(wàn)平方公里）為研究對(duì)象，而古代的流域管理規(guī)劃不僅要斟酌一次降水過(guò)程的水文響應(yīng)，而且還要揭示較長(zhǎng)系列的水文周期及水沙形式的變化趨勢(shì)，因此原有模型很難從時(shí)空尺度上知足人們的這種需要；另外，原有模型在模擬大流域、長(zhǎng)時(shí)間序列的水文過(guò)程時(shí)，由于計(jì)算時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量過(guò)大、模型參數(shù)獲取艱苦等起因，使其應(yīng)用受到很大的限度。

　　當(dāng)初，只有在搜尋引擎里輸入“清華數(shù)字流域模型”，就能找到一個(gè)面向大標(biāo)準(zhǔn)流域的分布式水沙模型。這個(gè)模型事實(shí)上是一個(gè)可視化水平較高，功效較齊全的流域模擬軟件平臺(tái)，它可認(rèn)為防洪減災(zāi)、洪水預(yù)告、泥土侵蝕模仿、水土堅(jiān)持計(jì)劃、流域綜合管理、水資源分配等供給技術(shù)支撐與服務(wù)，在流域規(guī)劃和治理工作中存在遼闊的利用遠(yuǎn)景。

　　在戰(zhàn)勝了一個(gè)又一個(gè)技術(shù)困難后,清華培訓(xùn)班，清華數(shù)字流域模型真正成為了一個(gè)功能較齊全的流域模擬軟件平臺(tái)，并開(kāi)始在流域綜合管理、水資源分配、洪水預(yù)報(bào)和水土保持等方面大顯神通。

　　翻新群體基金助力泥沙研究

　　而數(shù)字流域模型的樹(shù)立須要解決5項(xiàng)要害技術(shù)問(wèn)題，即：大流域DEM數(shù)據(jù)存取技術(shù)、流域溝道參數(shù)提取技術(shù)、基于遙感圖像的模型參數(shù)提取技術(shù)、散布式降水量數(shù)據(jù)存取技術(shù)和計(jì)算機(jī)集群并行盤(pán)算技術(shù)。

　　沖破5大癥結(jié)技術(shù)問(wèn)題

　　這要從王光謙團(tuán)隊(duì)對(duì)泥沙問(wèn)題的研究說(shuō)起。

　　事實(shí)上，該模型已經(jīng)被勝利應(yīng)用于流域水資源量計(jì)算、洪水模擬、侵蝕產(chǎn)沙、淤地壩規(guī)劃等范疇；并在黃河流域水資源調(diào)度、汶川地震唐家山堰塞湖排險(xiǎn)等主要事件中施展了關(guān)鍵作用。

　　“固然模型是針對(duì)黃河開(kāi)發(fā)的，但也能夠持續(xù)完美以用于長(zhǎng)江跟珠江等其余大江大河，我們樂(lè)意把咱們的研討結(jié)果拿出來(lái)與大家分享，盼望可能為我國(guó)從事水利學(xué)科特殊是泥沙學(xué)科研究的同仁少做一些反復(fù)性工作作一些奉獻(xiàn)�！蓖豕庵t說(shuō)。 （陳晨）

逐浪淘沙引領(lǐng)大河之舞
??記“流域水沙進(jìn)程與臨界調(diào)控機(jī)理”創(chuàng)新群體

　　王光謙群體提出了一種基于二叉樹(shù)理論，并以二元情勢(shì)表示的河網(wǎng)編碼方法。這種編碼方法能夠?qū)崿F(xiàn)任意河段的直接定位和高效的拓?fù)潢P(guān)系運(yùn)算。他們還將流域劃分成大量的坡面單元，以坡面為基礎(chǔ)，通過(guò)匯流和疊加得到全流域的水沙模擬成果。每個(gè)坡面單元的面積與做作界中實(shí)際的坡面面積大抵相稱(chēng)，因?yàn)樵谔烊唤缰�，不管是大流域仍是小流域都由“坡�?溝道”組成的，因此可以通過(guò)坡面數(shù)目的多少來(lái)反應(yīng)大小不同的流域。模型采用這種劃分和組合機(jī)制，能夠用于大至多少十萬(wàn)平方公里，小至一個(gè)坡面單元（1平方公里，乃至0．1平方公里）的流域徑流、泥沙模擬和猜測(cè)。

　　因此，需要建立一個(gè)具有多層空間分辯率的、模型參數(shù)可以容易獲取的、能夠?qū)崿F(xiàn)并行計(jì)算的全流域級(jí)整體模型，即數(shù)字流域模型。

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