长江干流实体模型试验   贾海/摄

　　□本报记者 高立洪 通讯员 贾海　　 

　　前不久，在南京召开的中国水利学会2015学术年会传来喜讯，由长江科学院院长郭熙灵牵头完成的“长江防洪模型建设关键技术研究及应用”、院副总工杨文俊牵头完成的“基于水沙过程的典型多面源营养物质输移机理与生态防治”两项成果，荣获2015年度大禹水利科学技术奖一等奖。在专家评出的7项2015年度大禹水利科学技术奖一等奖中，长江科学院牵头完成的科研项目成果占据了2项，成为本年度大禹水利科学技术奖的一大赢家。

　　“长江防洪模型建设关键技术研究及应用”项目，解决江湖治理重大问题，成果达到国际领先水平，为长江流域规划编制、防洪调度与决策、江湖治理、开发与保护等提供了重要科学依据，促进了相关学科发展，取得显著社会效益和经济效益

　　“长江防洪模型建设关键技术研究及应用”项目由长江科学院牵头，长江勘测规划设计研究院、中南建筑设计院股份有限公司、中国水利水电科学研究院、清华大学、中国建筑第八工程局有限公司、武汉理工大学等单位共同完成。

　　长江中下游历来洪灾频发，防洪形势严峻，同时河势变化频繁，碍航浅滩众多。三峡工程的建设及投入运行，在显著提高中下游防洪能力同时，也给中下游带来了一系列新问题。上游干支流控制性水库联合调度运行，将使这种影响更加深远。加之洲滩与岸线利用、河道与航道整治、河道采砂等人类活动的影响，使江湖演变、江湖关系变化更加复杂。同时，在中下游沿江地区和湖区，经济社会持续发展及生态文明建设，对防洪、航运、供水及生态安全等不断提出更高的要求。

　　在上述背景下，2001年11月，国家发改委批复“长江防洪模型建设关键技术研究及应用”项目。项目主要通过大范围江—湖实体模型试验及数学模型计算，结合原型观测资料跟踪分析等多种手段，深入研究三峡工程及上游干支流控制性水库建成后长江中下游复杂的江湖冲淤演变、河势调整及江湖关系变化趋势及其影响与对策等重大科学技术问题，为流域规划编制、防洪调度与决策、江湖治理、开发与保护等提供科学依据。2004年3月，项目正式开工建设。2008年，研究工作正式开始。

　　长江防洪模型包括实体模型和数学模型。实体模型模拟范围为长江干流枝城至螺山河段（全长约380公里）、荆江三口分流道和洞庭湖区及四水尾闾，模型平面比尺为1:400，垂直比尺为1:100；数学模型模拟范围为长江干流宜昌至大通，包括其间主要支流、洞庭湖区、鄱阳湖区及分蓄洪区等。

　　借助长江防洪模型综合研究平台建设，研究人员已完成世行贷款项目、国家计划项目、部委计划项目，主管部门委托的河道（航道）治理、大型涉水工程对河势及防洪影响等项目，共计120多项，其中国家及省部级重大科研项目30多项，取得大量技术成果和突破。

　　据项目主要完成人员、长江科学院副院长卢金友介绍，“长江防洪模型建设关键技术研究及应用”项目，主要进行了以下创新：一是建立了涵盖长江—洞庭湖复杂江湖系统的实体模型，首次成功解决了江—湖模型相似性的统一，实现了江—湖冲淤演变的耦合模拟；针对防洪、河势、江湖关系变化与江湖治理等重大问题，结合江湖河网水沙数学模型，开展了多手段、多过程集成研究，解决了复杂江湖系统模拟关键技术难题。二是运用长江防洪模型，重点系统研究了三峡工程运用前后荆江河段水动力、洪水演进及河道冲淤特性，提出了该河段河势控制方案及河道治理措施，为三峡工程的防洪调度提供了关键技术支撑。三是研发了新型模型沙及模型沙循环控制技术，提出了超长实体模型时间变态影响的修正方法与调控技术，应用了复杂长大实体模型精准快速布导技术，保证了模型试验研究的可靠性与先进性。项目成果达到国际领先水平。

　　在项目实施中，项目科研人员共编写研究报告200余份，出版专著8部，发表学术论文214篇（其中SCI检索18篇，EI检索48篇），编写国家及行业标准3部，获得国家发明专利8项、实用新型专利7项、软件著作权1项。

　　项目取得了显著的社会和经济效益。在《长江流域综合规划（2012—2030年）》和《长江中下游干流河道治理规划》（2013年）等十多项流域规划编制与修编中，项目研究成果得到应用；为长江防洪调度与决策、长江中下游河道与航道治理、流域水行政管理等，提供了重要技术支撑与科学依据；促进了河流模拟、河流动力学、河床演变学等学科的发展；项目成果在其他大型实体模型建设中得到推广与应用；项目研究有力地促进了水利科技人才的培养、国内外学术交流和科研合作。

　　“基于水沙过程的典型多面源营养物质输移机理与生态防治”项目研究，取得了重大理论突破和技术创新，达到国际先进水平；提出了库湾水体富营养化末端治理的生态调控措施，为水体富营养化控制和管理提供了科学依据和技术支撑

　　随着经济社会快速发展，面源营养物质过量排放，导致我国湖库水体富营养化程度和范围快速增加，重要河湖“水华”频发。控制水体富营养化，维持水生态系统健康，成为我国生态水利建设的重点和难点。

　　鉴此，长江科学院依托其三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心“三峡库区磷污染生态防治”创新团队，联合中国科学院测量与地球物理研究所、武汉大学、清华大学、中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所、南开大学等单位，开展了“基于水沙过程的典型多面源营养物质输移机理与生态防治”项目研究。

　　科研人员通过水文学、泥沙动力学、生态学、环境科学与工程等多学科交叉，采用理论分析、原型观测、室内（外）试验以及数值模拟等技术手段，以水沙为载体，以营养物质迁移转化为主线，通过农业源、城郊源及水产养殖源等多源营养物质输移转化机理研究，研发了源头控制、过程削减的生态防治技术，提出了库湾水体富营养化末端治理的生态调控措施，为水体富营养化控制和管理提供了科学依据和技术支撑。

　　科研人员在项目研究中实现了以下创新。一是查明了典型农业源头区沟渠泥沙中磷的易释放形态及其释放阈值，提出了泥沙磷释放的评价指标，为量化评价不同来源沟渠泥沙磷释放潜力提供了标准。抓住了微生物对农业源营养物质去除的关键作用，因地制宜地提出了农业源头区营养物质改良型三格化粪池+复合基质滤床组合处理技术。二是耦合构建了模拟城郊源营养物质负荷的复杂面源污染模型，解决了城郊源营养物质输出无测算方法、估算困难的问题。改善人工湿地微生物和植物脱氮除磷性能，提出了新型间歇曝气人工垂直潜流湿地和生物填料人工垂直潜流湿地，弥补了传统人工湿地无机氮磷处理效率低的不足。三是探明了水产养殖区营养物质释放规律，揭示了藻类生长对鱼饵营养盐释放的响应机制，阐明了投饵养殖水体中浮游植物数量和群落结构变化规律，提出了通过放养一定比例的花鲢和鲤鱼来控制藻类的措施。四是建立了可精确表述藻类时空演变动态过程的非结构网格三维生态动力学模型，量化了水动力条件和悬沙对藻类水华的影响，提出了增大下泄流量和增加水体含沙量的抑藻方案，为藻类水华的水文调控提供了依据。

　　在农业源（泥沙）、城郊源、水产养殖源等典型多面源营养物质输移机理与生态防治等领域，本项研究取得了重大理论突破和技术创新。研究人员发表三大检索论文117篇，其中SCI收录88篇，EI收录15篇，ISTP收录14篇。出版专著1部。获授权发明专利5项、实用新型专利5项，其中2项专利技术分别入选科技部和水利部实用技术重点推广目录，具有广阔推广前景。

　　此前，经水利部国际合作与科技司组织专家鉴定，项目成果总体达到国际先进水平，相关成果已成功用于重大水利工程、重点饮用水水源地、典型城郊河湖及村镇地区，取得了显著社会、环境和生态效益。

　　长江科学院加强基础研究，狠抓科技创新，注重和加强科技成果总结、凝练，积极申报国家、水利部和湖北省的科技奖励，取得了可喜成绩

　　长江科学院始建于1951年，是国家非营利科研机构，目前已成长为学科门类齐全、专业实力雄厚、专家人才荟萃的国内外知名的综合性水利水电科研机构。

　　60余年来，长江科学院承担了三峡、南水北调以及长江堤防等200多项大中型水利水电工程建设的相关科研工作，长江流域干支流河道治理、长江流域综合及专项规划、水资源综合利用、生态环境保护等领域的科研工作，提交科研成果8000余项，荣获国家和省部级科技成果奖励400余项，其中国家级奖励30余项，为我国水利水电事业发展，特别是长江流域治理、开发与保护提供了有力的科技支撑。

　　近年来，长江科学院加强基础研究，狠抓科技创新，注重和加强科技成果总结，取得了可喜成绩。 

　　2015年度，由长江科学院牵头申报的5项科技成果获得相应级别奖励。由岩土重点实验室牵头完成的“水工岩体特性评价与工程利用关键技术”研究成果，荣获国家科技进步二等奖；由材料所牵头完成的“水工大体积混凝土裂缝机理与控制技术”研究成果，荣获湖北省科学技术进步一等奖；由岩土重点实验室牵头完成的“水工复杂条件岩体原位试验新技术及其应用”研究成果，荣获湖北省科学技术进步二等奖。

　　此次，由长江科学院牵头完成的两项研究成果，同获2015年度大禹水利科学技术奖一等奖。这是在2012、2013、2014年度连续获得大禹水利科学技术奖一等奖基础上，长江科学院取得的历史性新突破，标志着长江科学院科研工作再上新台阶。 

　　长江科学院院长郭熙灵表示，新时期治水治江事业呈现出新特点，对科技创新工作提出了更高要求。长江科学院将深入实施“人才强院”战略，着力提高科技创新能力，积极开展治江重大问题研究，用更加丰硕的科研成果，为维护健康长江、促进流域经济社会可持续发展作出新贡献。

    来源：中国水利报 2015年12月3日