《黑河流域地表－地下水耦合模擬的不確定性問題研究》是依託北京大學，由鄭一擔任負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：黑河流域地表－地下水耦合模擬的不確定性問題研究
- 項目負責人：鄭一
- 依託單位：北京大學
- 項目類別：重大研究計畫
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目以地表-地下水耦合模擬為平台、以不確定性問題為切入點，研究黑河.中游平原區地表-地下水相互作用的規律，為區域水資源管理決策發展先進的理論方法和支撐技術。將針對分散式地表-地下水耦合模擬，進行不確定性分析方法的創新，發展一個考慮多種不確定性來源、融合多種隨機分析技術、以管理目標為導向的不確定性分析方法體系。將以黑河中游平原區為例，研究不確定性分析對於揭示地表-地下水相互作用規律和完善模型結構的重要反饋作用，為耦合模型結構的改進建立評估-反饋-更新-再評估的動態方法體系。將發展不確定性條件下水文觀測數據最佳化採集的決策方法，並通過與數據同化方法的整合，建立同化-收集-同化的模型校正新框架。通過整合各部分研究，本項目將創建集模擬、不確定性分析、數據同化、隨機規劃為一體的水資源模擬框架，直接服務於重大研究計畫建立耦合生態、水文和社會經濟的流域集成模型的科學目標。
結題摘要
地表-地下水耦合模擬可為流域水循環研究和水資源管理提供重要支撐，但其結果具有顯著的不確定性。如何量化並削減地表-地下水耦合模擬的不確定性是一個難題，也是水資源研究領域研究的熱點。本項目以黑河流域（我國第二大內陸河流域）中游的張掖盆地為研究對象，對上述不確定性問題進行了系統研究。首先，對機率配點法（Probabilistic Collocation Method, PCM）進行了創新性擴展，首次用於複雜的地表-地下水耦合模擬，並對張掖盆地的水循環過程進行了系統分析。研究驗證了方法的有效性，量化了關鍵水文變數的不確定性大小及來源，並揭示了耦合模擬不確定性的時空變化規律。其次，建立了基於PCM的信息價值計算方法，可用於進行水文數據最佳化收集的決策。對於張掖盆地的實例分析表明，數據的信息價值存在顯著的空間差異，在人力物力有限的常態下，進行數據最佳化採集的決策十分重要。再次，提出了基於代理模型的最佳化方法，使得基於地表-地下水耦合模擬的決策最佳化成為可能，並將新方法用於張掖盆地灌溉水管理的最佳化研究。研究表明，研究區的灌溉用水在時間和空間上均存在最佳化空間，但現有的“分水曲線”管理模式將無法避免中游地下水蓄量的持續下降。此外，本項目還對美國地調局開發的GSFLOW模型進行了結構性改進，使之能更好的用於乾旱和半乾旱農業區的研究。總體而言，本項目所獲得的成果和認識對於流域水資源模擬和管理具有重要的價值。
