[00989721]复杂条件下水资源与水环境数值模拟及其应用

项目内容涉及水文地质、工程地质、水文与水资源等多个学科，属地学领域水文与工程地质的应用基础研究。水资源与环境问题是制约经济社会发展的重要因素。开展水资源与水环境数值模拟能科学评估人类活动对水文系统的影响并预测其变化趋势，对于保障国家水安全具有重要的理论和实践意义。针对水文系统的复杂性挑战，项目组20多年来在国家自然科学基金等项目的持续资助下，围绕“水资源与水环境数值模拟及应用”开展系统研究，解决了复杂条件下水资源与水环境模拟中的诸多关键技术难题，并成功应用于水资源开发利用、水环境评估和水污染防治等工程实践，取得了显著效益。主要创新成果包括： 针对变化环境下水文序列受长度偏短及复杂噪声等因素限制的挑战，提出了多种水文序列定量分析理论及建模方法，解决了复杂水文序列信噪分离、周期识别和延展等关键技术难题，成功应用于中国黄河、长江等多个典型流域，显著提高了水文模拟的可靠性与准确性，丰富了水文模拟的理论研究和实践。 针对复杂条件下地下水模型建模困难和可应用性差的问题，在国内较早研究建立了多种满足实践应用的地下水流、污染物运移和区域地面沉降数值模型，解决了模型概化、耦合及求解过程中的诸多关键技术难题，并成功地将其应用于指导包括复杂条件下大型水电工程施工、海水入侵控制、多组分多相态污染治理及地面沉降预警等诸多工程，取得了巨大经济效益。 针对复杂条件下水资源与水环境评价和管理的建模困难，基于云模型、最大熵和可变/工程模糊集理论建立了多类水资源/水质量评价模型，在国内较早系统地研究建立了地下水模拟-优化耦合模型，创新提出了求解不同复杂管理模型的多种智能进化方法，并应用于中国代表性湖库富营养化等级的综合评价及地下水水量、水质的监测管理，发展了非线性优化理论并拓展了其应用范围。 针对水资源与水环境模拟中存在的不确定性难题，提出了一套量化水文多时间尺度等变化特性的信息熵和云模型方法，在国内率先开展地下水随机模拟，发展了一整套基于非平稳地下水随机理论的矩方程数值法，推导了分数阶对流-弥散方程及其解析/数值解，并应用于黄河、淮河、太湖等典型流域和湖泊。 项目组坚持学术诚信、维护学术道德，主要成员包括中科院院士、国家杰青、长江学者、国家百千万人才工程“有突出贡献中青年专家”、新世纪优秀人才等。在国内外重要期刊发表论文385篇（SCI收录131篇，EI收录105篇），出版著作5本，获国家发明专利授权12项、软件著作权登记授权2项。SCI论文被SCI他引783次，在水文/工程地质、水文与水资源等多个领域均具有较大影响力。成果已推广应用于江苏省地质调查研究院、山东省龙口市水务局、江苏地基工程有限公司等五十多家单位。近3年，新增销售额310,637万元、新增利润33，919.27万元、新增税收559万元、避免经济损失逾160亿元，取得了巨大的经济、社会和环境效益。部分成果以独立完成单位分别于2009、2014和2015年度3次获教育部科技进步一等奖，以合作完成单位获省部级一等奖3项、二等奖6项。