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数字流域模型与应用

嘉宾简介:

    王光谦,全国政协常委、民盟中央副主席,中国科学院院士、青海大学新任校长,国家科技进步一等奖获得者。长期从事三峡工程泥沙治理、黄河泥沙治理及南水北调等重大工程问题研究,享有“黄河学者”的美誉。

    王光谦教授迄今已发表论文370余篇,出版专著8部。部分科研成果达到国际先进水平。代表性著作有《固液两相流基本理论及其最新应用》、《游荡型河流演变与模拟》、《流域泥沙动力学模型》。

【讲座内容摘编】

大数据模型使河流治理插上科技翅膀

    1997年我们国家发生了非常重要的一件事,就是黄河断流700公里,330天几乎没有多少水流入大海。那么我们现在怎么用科学知识解决母亲河的问题,《大数据时代》这本书上有一个例子,世界卫生组织知道非典或者流感在全世界的发生情况,但是要晚两个礼拜,原因在哪?它要等世界各国报告。如果提前两个礼拜知道,过去是做不到的,现在可以做到。比方说我想知道天上一下雨黄河产生多大的洪水,有多少留到大海去,这就需要黄河大数据模型。



 
    黄土高原是孕育中华文明的地方,水土流失非常严重。1958年,我们在黄河上建立了第一个水电站,但是泥沙太多,没有修好。黄河的泥沙有16亿吨,如果把它做成一米宽的长城可以围地球27圈。所以最大毛病就在于黄河淤积,在开封,黄河的河底在我们头上,决口就是很大的问题,如果珠江的河底在我们头顶上,你们能睡得安稳吗?

    三门峡水库瘀积是37亿吨泥沙,把潼关高程抬高了5米,结果2003年渭河非常小的洪水,渭河是地上悬河,倒灌进它的支流,导致发生水灾。

    怎么利用一个大的系统,把整个黄河的泥沙或者水流都算出来?我们生活在珠江流域,大家应该想到,天上下雨之后,珠江的水是从哪里来的、有多大、流到太平洋去,这里面有很多关键技术:第一是地形怎么处理,第二是河流怎么编码。我想找到河流,一定要知道它的地址。我们通过这个数据模型计算不同河段,降雨可以产生多大的径流。降1000毫米的水,最大的地方可以产生800毫米的径流,这就是青海省。然后每一个省产多少水,可以用多少水,这样就可以防止黄河不断流。然后能够知道每一个、任何一个河流能产多少水。我们还可以算它的产沙数量,任何一个河流里面,我们都能算出它的流量过程。我们最后能把整个黄河从潼关一直到出海口的过程都算出来。

    我们现在可以提供给大家的比较关键的技术,提供全世界河流是什么样的,大家可以查的。大家都用过谷歌查地图,我们花了10年时间做出可以查找河流的东西,可以根据地形把河网提出来,河流变成河网,最重要的我们有个河网编码。另外,对全世界的河流进行编码。我们在网上提供了全世界河流的一些例子,它是一层一层往下看的,最小的河流是一级,黄河大概是11级。我们建立了全世界的河网系统,给出的一些结果。它有什么样的信息呢?河流的级别、编码、坡度、长度,这样的信息就全部建立起来。

    我们建立了全世界的河网,这是非常关键的技术,涉及到的数据量非常大。我们现在有能力提供世界所有河流的降雨洪水信息,算一天可以提供14天的预报,这是过去没有的。那我们可以用来干什么呢?大家都知道去年北京“721暴雨”,像这么一个局部的小暴雨,我们能不能计算出来?是可以算的。数字天气预报是2006年发布的全国的天气预报系统,大家都利用一个数字预报系统,看这个预报可以推出世界各地的天气信息。还有是卫星降雨的产品,全球都有。我们来算洪水的时候,则用刚才的河网,比如北京的拒马河,如果我们直接用数字天气预报的结果、卫星的结果、雨量站的结果,算出来的就不准。从科学层面上怎么理解这个问题?数字天气预报能提前预报,但是不准,其他的两个也不准。雨量站不能提前,它是下雨之后我们收集到的。科学的价值在哪?你不能够做到的,我们经过分析能够做到。我们把这三种数据融合在一起,就能够把它算得很准。

    从我的专业角度给大家讲,大家可能听不懂,但是原理是一样的,就是解决问题的方法,我觉得是一样的。我们怎么解决这些问题,是用一些大数据的成果。我们最近还在用另外一个成果,我派一个学生到澳大利亚去,澳大利亚一百多年前并没有建立我们要求的雨量站和水电站,但是它有报纸,它从报纸上收集跟水利相关的信息。看看过去200多年它是怎样的气候。澳大利亚当时新闻比较发达。我是搞水利专业的,需要借助报纸、新闻来判断过去180年气候是怎么变化的,这些工作超出了水利专业和新闻专业,每一个专业分别去做,肯定做不出来,一结合就可以做出来。


来源:中国网