長江干流實體模型試驗 賈海/攝
□本報記者 高立洪 通訊員 賈海
前不久，在南京召開的中國水利學會2015學術年會傳來喜訊，由長江科學院院長郭熙靈牽頭完成的“長江防洪模型建設關鍵技術研究及應用”、院副總工楊文俊牽頭完成的“基于水沙過程的典型多面源營養(yǎng)物質(zhì)輸移機理與生態(tài)防治”兩項成果，榮獲2015年度大禹水利科學技術獎一等獎。在專家評出的7項2015年度大禹水利科學技術獎一等獎中，長江科學院牽頭完成的科研項目成果占據(jù)了2項，成為本年度大禹水利科學技術獎的一大贏家。
“長江防洪模型建設關鍵技術研究及應用”項目，解決江湖治理重大問題，成果達到國際領先水平，為長江流域規(guī)劃編制、防洪調(diào)度與決策、江湖治理、開發(fā)與保護等提供了重要科學依據(jù)，促進了相關學科發(fā)展，取得顯著社會效益和經(jīng)濟效益
“長江防洪模型建設關鍵技術研究及應用”項目由長江科學院牽頭，長江勘測規(guī)劃設計研究院、中南建筑設計院股份有限公司、中國水利水電科學研究院、清華大學、中國建筑第八工程局有限公司、武漢理工大學等單位共同完成。
長江中下游歷來洪災頻發(fā)，防洪形勢嚴峻，同時河勢變化頻繁，礙航淺灘眾多。三峽工程的建設及投入運行，在顯著提高中下游防洪能力同時，也給中下游帶來了一系列新問題。上游干支流控制性水庫聯(lián)合調(diào)度運行，將使這種影響更加深遠。加之洲灘與岸線利用、河道與航道整治、河道采砂等人類活動的影響，使江湖演變、江湖關系變化更加復雜。同時，在中下游沿江地區(qū)和湖區(qū)，經(jīng)濟社會持續(xù)發(fā)展及生態(tài)文明建設，對防洪、航運、供水及生態(tài)安全等不斷提出更高的要求。
在上述背景下，2001年11月，國家發(fā)改委批復“長江防洪模型建設關鍵技術研究及應用”項目。項目主要通過大范圍江—湖實體模型試驗及數(shù)學模型計算，結合原型觀測資料跟蹤分析等多種手段，深入研究三峽工程及上游干支流控制性水庫建成后長江中下游復雜的江湖沖淤演變、河勢調(diào)整及江湖關系變化趨勢及其影響與對策等重大科學技術問題，為流域規(guī)劃編制、防洪調(diào)度與決策、江湖治理、開發(fā)與保護等提供科學依據(jù)。2004年3月，項目正式開工建設。2008年，研究工作正式開始。
長江防洪模型包括實體模型和數(shù)學模型。實體模型模擬范圍為長江干流枝城至螺山河段（全長約380公里）、荊江三口分流道和洞庭湖區(qū)及四水尾閭，模型平面比尺為1:400，垂直比尺為1:100；數(shù)學模型模擬范圍為長江干流宜昌至大通，包括其間主要支流、洞庭湖區(qū)、鄱陽湖區(qū)及分蓄洪區(qū)等。
借助長江防洪模型綜合研究平臺建設，研究人員已完成世行貸款項目、國家計劃項目、部委計劃項目，主管部門委托的河道（航道）治理、大型涉水工程對河勢及防洪影響等項目，共計120多項，其中國家及省部級重大科研項目30多項，取得大量技術成果和突破。
據(jù)項目主要完成人員、長江科學院副院長盧金友介紹，“長江防洪模型建設關鍵技術研究及應用”項目，主要進行了以下創(chuàng)新：一是建立了涵蓋長江—洞庭湖復雜江湖系統(tǒng)的實體模型，首次成功解決了江—湖模型相似性的統(tǒng)一，實現(xiàn)了江—湖沖淤演變的耦合模擬；針對防洪、河勢、江湖關系變化與江湖治理等重大問題，結合江湖河網(wǎng)水沙數(shù)學模型，開展了多手段、多過程集成研究，解決了復雜江湖系統(tǒng)模擬關鍵技術難題。二是運用長江防洪模型，重點系統(tǒng)研究了三峽工程運用前后荊江河段水動力、洪水演進及河道沖淤特性，提出了該河段河勢控制方案及河道治理措施，為三峽工程的防洪調(diào)度提供了關鍵技術支撐。三是研發(fā)了新型模型沙及模型沙循環(huán)控制技術，提出了超長實體模型時間變態(tài)影響的修正方法與調(diào)控技術，應用了復雜長大實體模型精準快速布導技術，保證了模型試驗研究的可靠性與先進性。項目成果達到國際領先水平。
在項目實施中，項目科研人員共編寫研究報告200余份，出版專著8部，發(fā)表學術論文214篇（其中SCI檢索18篇，EI檢索48篇），編寫國家及行業(yè)標準3部，獲得國家發(fā)明專利8項、實用新型專利7項、軟件著作權1項。
項目取得了顯著的社會和經(jīng)濟效益。在《長江流域綜合規(guī)劃（2012—2030年）》和《長江中下游干流河道治理規(guī)劃》（2013年）等十多項流域規(guī)劃編制與修編中，項目研究成果得到應用；為長江防洪調(diào)度與決策、長江中下游河道與航道治理、流域水行政管理等，提供了重要技術支撐與科學依據(jù)；促進了河流模擬、河流動力學、河床演變學等學科的發(fā)展；項目成果在其他大型實體模型建設中得到推廣與應用；項目研究有力地促進了水利科技人才的培養(yǎng)、國內(nèi)外學術交流和科研合作。
“基于水沙過程的典型多面源營養(yǎng)物質(zhì)輸移機理與生態(tài)防治”項目研究，取得了重大理論突破和技術創(chuàng)新，達到國際先進水平；提出了庫灣水體富營養(yǎng)化末端治理的生態(tài)調(diào)控措施，為水體富營養(yǎng)化控制和管理提供了科學依據(jù)和技術支撐
隨著經(jīng)濟社會快速發(fā)展，面源營養(yǎng)物質(zhì)過量排放，導致我國湖庫水體富營養(yǎng)化程度和范圍快速增加，重要河湖“水華”頻發(fā)�？刂扑w富營養(yǎng)化，維持水生態(tài)系統(tǒng)健康，成為我國生態(tài)水利建設的重點和難點。
鑒此，長江科學院依托其三峽地區(qū)地質(zhì)災害與生態(tài)環(huán)境湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心“三峽庫區(qū)磷污染生態(tài)防治”創(chuàng)新團隊，聯(lián)合中國科學院測量與地球物理研究所、武漢大學、清華大學、中國科學院水利部成都山地災害與環(huán)境研究所、南開大學等單位，開展了“基于水沙過程的典型多面源營養(yǎng)物質(zhì)輸移機理與生態(tài)防治”項目研究。
科研人員通過水文學、泥沙動力學、生態(tài)學、環(huán)境科學與工程等多學科交叉，采用理論分析、原型觀測、室內(nèi)（外）試驗以及數(shù)值模擬等技術手段，以水沙為載體，以營養(yǎng)物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化為主線，通過農(nóng)業(yè)源、城郊源及水產(chǎn)養(yǎng)殖源等多源營養(yǎng)物質(zhì)輸移轉(zhuǎn)化機理研究，研發(fā)了源頭控制、過程削減的生態(tài)防治技術，提出了庫灣水體富營養(yǎng)化末端治理的生態(tài)調(diào)控措施，為水體富營養(yǎng)化控制和管理提供了科學依據(jù)和技術支撐。
科研人員在項目研究中實現(xiàn)了以下創(chuàng)新。一是查明了典型農(nóng)業(yè)源頭區(qū)溝渠泥沙中磷的易釋放形態(tài)及其釋放閾值，提出了泥沙磷釋放的評價指標，為量化評價不同來源溝渠泥沙磷釋放潛力提供了標準。抓住了微生物對農(nóng)業(yè)源營養(yǎng)物質(zhì)去除的關鍵作用，因地制宜地提出了農(nóng)業(yè)源頭區(qū)營養(yǎng)物質(zhì)改良型三格化糞池+復合基質(zhì)濾床組合處理技術。二是耦合構建了模擬城郊源營養(yǎng)物質(zhì)負荷的復雜面源污染模型，解決了城郊源營養(yǎng)物質(zhì)輸出無測算方法、估算困難的問題。改善人工濕地微生物和植物脫氮除磷性能，提出了新型間歇曝氣人工垂直潛流濕地和生物填料人工垂直潛流濕地，彌補了傳統(tǒng)人工濕地無機氮磷處理效率低的不足。三是探明了水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)營養(yǎng)物質(zhì)釋放規(guī)律，揭示了藻類生長對魚餌營養(yǎng)鹽釋放的響應機制，闡明了投餌養(yǎng)殖水體中浮游植物數(shù)量和群落結構變化規(guī)律，提出了通過放養(yǎng)一定比例的花鰱和鯉魚來控制藻類的措施。四是建立了可精確表述藻類時空演變動態(tài)過程的非結構網(wǎng)格三維生態(tài)動力學模型，量化了水動力條件和懸沙對藻類水華的影響，提出了增大下泄流量和增加水體含沙量的抑藻方案，為藻類水華的水文調(diào)控提供了依據(jù)。
在農(nóng)業(yè)源（泥沙）、城郊源、水產(chǎn)養(yǎng)殖源等典型多面源營養(yǎng)物質(zhì)輸移機理與生態(tài)防治等領域，本項研究取得了重大理論突破和技術創(chuàng)新。研究人員發(fā)表三大檢索論文117篇，其中SCI收錄88篇，EI收錄15篇，ISTP收錄14篇。出版專著1部。獲授權發(fā)明專利5項、實用新型專利5項，其中2項專利技術分別入選科技部和水利部實用技術重點推廣目錄，具有廣闊推廣前景。
此前，經(jīng)水利部國際合作與科技司組織專家鑒定，項目成果總體達到國際先進水平，相關成果已成功用于重大水利工程、重點飲用水水源地、典型城郊河湖及村鎮(zhèn)地區(qū)，取得了顯著社會、環(huán)境和生態(tài)效益。
長江科學院加強基礎研究，狠抓科技創(chuàng)新，注重和加強科技成果總結、凝練，積極申報國家、水利部和湖北省的科技獎勵，取得了可喜成績
長江科學院始建于1951年，是國家非營利科研機構，目前已成長為學科門類齊全、專業(yè)實力雄厚、專家人才薈萃的國內(nèi)外知名的綜合性水利水電科研機構。
60余年來，長江科學院承擔了三峽、南水北調(diào)以及長江堤防等200多項大中型水利水電工程建設的相關科研工作，長江流域干支流河道治理、長江流域綜合及專項規(guī)劃、水資源綜合利用、生態(tài)環(huán)境保護等領域的科研工作，提交科研成果8000余項，榮獲國家和省部級科技成果獎勵400余項，其中國家級獎勵30余項，為我國水利水電事業(yè)發(fā)展，特別是長江流域治理、開發(fā)與保護提供了有力的科技支撐。
近年來，長江科學院加強基礎研究，狠抓科技創(chuàng)新，注重和加強科技成果總結，取得了可喜成績。
2015年度，由長江科學院牽頭申報的5項科技成果獲得相應級別獎勵。由巖土重點實驗室牽頭完成的“水工巖體特性評價與工程利用關鍵技術”研究成果，榮獲國家科技進步二等獎；由材料所牽頭完成的“水工大體積混凝土裂縫機理與控制技術”研究成果，榮獲湖北省科學技術進步一等獎；由巖土重點實驗室牽頭完成的“水工復雜條件巖體原位試驗新技術及其應用”研究成果，榮獲湖北省科學技術進步二等獎。
此次，由長江科學院牽頭完成的兩項研究成果，同獲2015年度大禹水利科學技術獎一等獎。這是在2012、2013、2014年度連續(xù)獲得大禹水利科學技術獎一等獎基礎上，長江科學院取得的歷史性新突破，標志著長江科學院科研工作再上新臺階。
長江科學院院長郭熙靈表示，新時期治水治江事業(yè)呈現(xiàn)出新特點，對科技創(chuàng)新工作提出了更高要求。長江科學院將深入實施“人才強院”戰(zhàn)略，著力提高科技創(chuàng)新能力，積極開展治江重大問題研究，用更加豐碩的科研成果，為維護健康長江、促進流域經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展作出新貢獻。
來源：中國水利報 2015年12月3日
