A R P | 内网办公平台 | 联系我们 | 网站地图 | English| 中国科学院
创新文化
文化活动
文化副刊
形象标识
创新队伍
创新文库
经验介绍
邮箱登陆
用户名:
密  码:
 
 您现在的位置:首页 > 创新文化 > 创新文库
开展咸潮预测联合研究 保障南粤区域饮水安全
2010-07-09 | 编辑:罗琳 | 【  】【打印】【关闭

海洋环流动力学科组在积极开展大尺度海气相互作用以等方面研究的同时,也逐渐将关注的目光投向与我们社会经济发展休戚相关的领域和课题中。珠江流域是我国第二大水系,每年向广东沿岸海域输入巨量的陆源淡水、泥沙、营养盐等物质,径流与南海水的相互作用对河口经济发达地区的环境质量、饮用水安全和可持续发展等方面有着明显的影响。为此,王东晓团队积极开展院地合作,与广东省著名院校和研究所、而且还有香港地区与美国北卡州立大学等单元联合,在珠江三角洲咸潮入侵、珠江冲淡水变异对珠江口环境的影响等方面的研究中取得了突出的成绩。在科技力量应用于社会、造福于人民的方向上迈出了重要的一步。

2009年1月,广东省科技计划项目“基于卫星遥感的珠江口咸潮预测技术模型开发”的验收会在广州召开。验收会由广东省科技厅姚化荣处长和李穗怀副处长主持,来自华南理工大学、香港科技大学等七家高等院校和科研单位的研究员和教授组成验收专家组,在会议上认真听取了项目负责人、中国科学院南海海洋研究所的王东晓研究员对该项目进行的成果汇报,并审查了相关的技术资料。经过质疑和讨论,验收顺利通过。

该项目主要研究珠江口咸潮的形成机制,确定影响珠江三角洲咸潮入侵的各项自然和人为因素,并建立起气象因子、河网水动力过程和潮汐潮流模式相结合的定量整体模式,以期能为广东省职能部门合理开发利用珠江水资源、最大限度地减轻咸潮给区域内居民的生活用水、工业企业生产用水和生态环境带来的影响提供科学依据。

咸潮又称盐水入侵,是沿海河口附近的一种水文现象。当河流淡水量不足,令海水倒灌,咸淡水混合造成上游河道水体变咸,使河水盐度超过供水水源咸度上限250mg/L,即形成咸潮。水中的盐度过高,就会对人体造成危害,老年人和患高血压心脏病糖尿病等病人不宜饮用。水中的盐度高还会对企业生产造成威胁,生产设备容易氧化,锅炉容易积垢。在咸潮灾害中,生产中用水量较大的化学原料及化学制品制造、金属制品、纺织服装等产业受到的冲击较大,其中一些企业不得不停产。咸潮还会造成地下水和土壤内的盐度升高,给珠三角农业生产造成严重影响,危害到当地植物的生存。以往的研究发现,咸潮的产生和入侵强度与径流变化、天文潮汐作用、河道与河口地形变化、海平面变化、风应力作用等诸多因素相关,是集气象、水文、地形地貌乃至全球变化于一体的综合问题。近年来珠江三角洲地区冬季咸潮持续时间增长,上溯影响范围趋大、强度趋于严重,已严重影响了沿岸城镇饮水安全和农业灌溉用水的需求。因此,迫切需要一套能够统筹考虑珠江三角洲河网、覆盖八大口门的河口与陆架海域水动力耦合的咸潮预测技术方案,以揭示三角洲河网及珠江河口地区咸潮活动规律,研究降水分布与河流径流的关系,河川径流、河道地形变化、风力风向、海平面变化及潮汐动力与咸潮发生之间的动力关系,为珠三角地区经济与发展的需要服务。

鉴于咸潮是一门多学科交叉的课题,2006年初,根据广东省科技厅鼓励开展“防灾减灾与突发事件应急技术”研究的指导思想,由中国科学院南海海洋研究所牵头,联合中山大学河口海岸研究所和广州热带海洋气象研究所申请了题为“基于卫星遥感的珠江口咸潮预测技术模型开发”的科技项目。项目负责人王东晓博士,为中国科学院南海海洋研究所研究员,博士生导师,国家杰出青年基金获得者,于1999年入选中国科学院国家知识创新工程首届“引进海外杰出人才”。王博士认为,必须使用多种研究手段对珠江流域的时空降水特征,珠江三角洲咸潮入侵机制和咸潮预警模型的开发进行了综合研究。根据优势互补的原则,在项目的设置分工上,中国气象局热带海洋气象研究所负责珠江流域降水时空变化特征与珠江径流的分析,主要执行人谷德军博士,长期从事海气相互作用和气候变化的研究;中山大学河口海岸研究所负责珠江口河网水动力过程研究,主要执行人欧素英博士,擅长以数学模型(数值模拟)数值分析为手段,结合动力地貌方法分析研究河口、海岸的沉积、动力过程;中国科学院南海海洋研究所负责珠江河口潮汐潮流的观测与模拟,主要执行人罗琳博士,研究方向为河口水动力与生态特征的数值模拟。

近几十年来珠江三角洲各水文观测站潮位、含氯度以及南海北部广东沿岸地区潮位站的潮位资料显示,咸潮活动具有明显的时、空变化特征,时间演变上的特征表现为显著的一年、半年的周期变化及较为显著的季节周期变化、月周期变化、半月周期变化;空间变化上表现为20世纪80年代前向海推进,90年代后向陆回溯,显示出激烈的人为活动(如河床采沙、滩涂围垦、引水工程、生产用水等)对珠江三角洲间接和直接的干扰,使珠江河口的潮区界、潮流界和咸水界的变动出现了和自然演变过程不同的趋势,甚至相逆的变动特征。八大口门的咸潮入侵强度同时存在着空间差异性,表现为咸潮活动可分为径强潮弱型和径弱潮强型,二者含氯度随时间变化的规律、盐淡水混合类型、主要影响因素、咸潮入侵范围等有明显不同。各观测站盐度对上游流量的响应极为明显,两者呈现明显的负相关影响;咸潮对潮汐高频周期变化的响应极为明显,即短时间尺度上,潮汐基本可主导含氯度的变化趋势;盐淡水混合导致的斜压效应促进了高盐水的向陆补偿运动,易加剧含氯度随潮周期变化的复杂性和突变性;珠江三角洲网河地形演变会引起三角洲动力结构的调整,由于人类活动的干预使网河内部潮差显著增加,潮区界、潮流界上移,从而咸潮活动范围增大;河口及河道水体对风的响应比较迅速,不同的风力和风向可直接影响咸潮的推进速度;全球气候变化导致海平面上升是一个比较缓慢的过程,但对咸潮入侵的影响同样无法忽略。这些因素在不同时、空尺度的变化将不同程度的影响或控制咸潮活动的变化。

为了获取咸潮特征的第一手资料,项目策划了2007年底-2008年初珠江径流枯水期对珠江口三大敏感河道的走航与定点相结合的同步水文观测,并在2008年7月丰水期对珠江河口进行了大面的对照观测。对比分析两次观测资料结果显示:冬季珠江三角洲的咸潮活动强烈,外海盐水沿虎门水道和磨刀门水道上溯,影响范围达到广州地区和珠海各水厂。咸潮的入侵过程对各影响因素的响应明显, 印证了我们对咸潮机制的认识。咸潮预警模型的建立需要大量的观测数据来提供数值模拟所需的参数和背景场,模型的海洋监测系统由海洋水文自动监测系统、海洋气象站、海域遥感多平台监测系统和船载巡测平台四个部分组成。我们与北卡洛莱纳州立大学林晶博士的团队有长期良好的合作关系,林晶博士在北卡Pamlico River Estuary的水动力与物质输送研究上成绩卓著,借鉴他们的经验,通过监测系统提供的观测数据,我们成功地建立了一个河口与河网的水动力三维一体化模型,模拟咸潮的形成与演变过程,模型结果较好地再现了珠江口2007-2008年冬季珠江河口流场和 验水入侵的特征。在此基础上,对径流、潮汐动力、风场和海平面上升对不同口门咸水上溯的影响作用都进行了数值实验分析。

珠江流域径流变化是珠江口咸潮发生的主要原因之一,因此模型要成功运用于咸潮预测,有赖于对珠江流域降雨及径流特征的认识和珠江口入海径流流量的精准预测。鉴于此,我们通过对近40多年广东春季(2-5月)、秋季(8-10月)以及冬半年(10-3月)降水距平场进行EOF分析,研究广东春季、秋季以及冬半年降水的变化特征;用天气学合成分析、相关分析等方法研究广东春旱、秋旱、秋冬春连旱的同期大气环流特征,研究了造成广东干旱的主要原因与极涡、西太平副热带高压的强弱、亚洲大陆及其以北的环流异常有关;通过计算广东春、秋季降水EOF1时间系数与前期北太平洋海温场的相关系数及对异常旱涝年的前期海温场进行合成分析,得到广东春旱、秋旱的前期海洋上的强信号;对广州春季降水的变化及其前兆信号进行分析发现,广州春季降水存在以准2年为主的年际变化和以30年为主的年代际变化,目前仍处于年代际尺度上的少雨期。采用国际先进的水文数字高程模型,模拟了珠江口入海径流流量及研究区域海岸带入海径流量,从而使得径流可以以较真实的、物理上可信的方式来驱动海洋环流,建立珠江口咸潮预警机制,开展珠江咸潮活动现状的预测。

咸潮问题是一个我们面临着的对国民经济和环境可持续发展有深刻影响的议题,此次科技计划项目的开展,不仅将我们对咸潮的认识提高到一个新的层次,也引起了更多科学家的关注和研究兴趣。随着咸潮预测技术和应急措施的进一步完善,我们终将遏住咸潮肆虐的势头。

目前,我们已经与广州市南沙气象部门开展合作,将该咸潮预测技术运用于实际预警分析中。




























 
Copyright 1996 - 2009 All Rights Reserved 中国科学院南海海洋研究所 版权所有
主办:中国科学院南海海洋研究所办公室 地址:广州市海珠区新港西路164号 邮编:510301
Email:webmaster@scsio.ac.cn 电话:020-84452227(所办)传真:020-84451672
备案序号:粤ICP备05007992号