中国水利网站4月17日讯 （记者 袁玥 王浩宇 车小磊）　江城武汉，滔滔长江穿城而过。在距江滩约8公里处的长江科学院沌口科研基地，另一条“迷你长江”与之呼应：水泥砌成的河道，模型沙铺就的河床，木块搭建的大桥……九曲回肠的荆江河段、华中重镇所在的武汉河段、江湖关系复杂的洞庭湖区及四水尾闾等一应俱全。这是投资2亿元打造，目前世界上规模最大的河流模型——长江防洪模型，以水平方向1∶400、垂直方向1∶100的空间比尺，模拟长江从枝城至螺山长达380公里的干流河段，将千里荆江搬进了实验室。

　　2013年8月，长江防洪模型项目顺利通过竣工验收。这一结合了实体模型试验、数学模型计算及原型资料分析的防洪模型，为长江防洪和治理规划编制、洪水调度与决策、江湖治理开发与保护提供了重要科学依据，发挥着关键性的技术支撑作用。

　　立项建设十二载

　　技术攻关破质疑

　　建设长江防洪模型，萌芽于“高峡出平湖，长江会怎样”的思考。据长江水利委员会副主任马建华介绍，早在三峡工程开工不久，就有很多专家和有关主管部门领导考虑到，三峡工程建成后，将对中下游防洪、河势、航运、水资源、水生态环境等带来一系列新问题。比如水库拦蓄大量泥沙，造成“清水下泄”，将如何影响坝下游河道？九曲回肠的荆江河段，防洪问题与河势变化本就复杂，三峡工程完工后又是怎样的情形？“三口”分流分沙比例将会随着蓄水发生变化，洞庭湖湖区将会产生怎样的连锁反应？解决这一系列疑问，建设一个直观的实体模型，用试验研究干支流水库建成后，长江中下游防洪形势与对策、江湖演变与治理、水资源利用与水生态环境保护等问题，成为当务之急。

　　从2001年国家计委批复项目立项，到2005年12月投入试运行，再到2013年项目竣工验收，长江科学院院长、长江防洪模型项目办主任郭熙灵，见证了模型建设12年的历程。郭熙灵说：“这一模型无论建设规模、投资力度，还是研究问题的复杂性和重要性，在国内外都罕有。当初也有不少人反对建这种长大模型，主要质疑技术问题能否得到解决，成果是否可行。我们通过多年努力，回答了这些问题，慢慢得到认可。”

　　作为一个专业技术性强的科研项目，项目组在模型建设中将相当一部分精力和资金，倾注于关键技术研究。他们首先遇到的一大难题，就是如何确定模型的空间比尺。干流模型模拟的长江真实河道长约380公里，这么长的模型在国内外未有先例，确定模型与原型之间缩小的比尺直接关系到试验的精度。项目组多次组织专家和技术顾问讨论研究，并反复进行验证试验，最终确定了水平方向1∶400、垂直方向1∶100的空间比尺。此外，过去许多模型使用的模型沙采用煤粉等材质，对环境影响大，且不易观测试验过程中河道水下地形。据郭熙灵介绍，为了研制新型模型沙，项目组从2003年开始就不断尝试改进，在比重、亲水性、化学稳定性等方面逐一突破，最终研制成现在这种天蓝色的塑料合成沙：把塑料废品回收后磨到足够细，加入碳酸钙、滑石粉等后，通过热挤塑制成2毫米粗的圆棒，然后再进行破碎，打成不同粒径的颗粒，按照原型沙的级配和相似要求，调配模型沙的级配。这种模型沙不仅美观，便于试验观察，并且实现了颜色、比重、级配可控可调，使试验结果更为准确，材质也更为环保。

　　“从2001年立项到今年竣工验收，我的心一直悬着，现在终于可以放下来了。”郭熙灵回忆12年的建设历程感慨道，“以前我每个星期都要跑一次基地，每个月开一次例会，白头发恐怕三分之一都是为这个模型操心而生。”正是秉持这种攻坚克难、锐意进取的精神，长江防洪模型在设计建设中不断实现技术创新。泥沙模型试验加沙工艺、复合塑料模型沙及其制备方法等多项关键技术，已获得国家发明和实用新型专利。

　　复合模型相辅相成

　　承担重大科研课题

　　除了占地面积约7万平方米的干流河段与洞庭湖区实体模型外，数学模型也是长江防洪模型不可或缺的一部分。事实上，整个长江防洪模型总体研究范围为长江中下游宜昌至大通河段，全长约1123公里。实体模型只包含干流枝城至螺山约380公里河段、荆江三口分流道、洞庭湖区及四水尾闾，数学模型则还包含了螺山以下干流河段以及主要支流、鄱阳湖区、分蓄洪区。

　　“实体模型与数学模型相辅相成，互相印证补充。”郭熙灵介绍。数学模型可以为实体模型提供必要的边界条件和参数，减少实体模型运行组次，提高试验效率；实体模型可更直观明了模拟原型长江，对数模计算结果加以对比验证，测量数据也可对数学模型参数进行修正调试。两种模型相辅相成，再结合原型观测资料分析，能得到更令人信服的结果。

　　依托长江防洪模型完成的国家“十一五”科技支撑计划课题——“三峡工程运用后初期长江中下游干流河道响应过程及江湖联系变化预测研究”，就是采用原型实测资料分析、实体模型和概化模型试验、数学模型计算及理论分析等多种研究手段开展研究工作的。参与课题研究的长江科学院河流所副所长张细兵举例介绍，课题中一大研究问题是长江荆江段若再次遭受1954年和1998年典型洪水，三峡工程运用后初期将如何制定防洪调度预案。课题组对长江宜昌至大通河段江湖河网运用非恒定流数学模型，模拟了长江与洞庭湖河网区的水流演进过程，并运用实体模型加以验证，互相对比。实体模型测量得到的数据也不断修正数学模型参数，改进后进行再运算。实体模型试验及数学模型计算研究结果显示，经三峡工程调蓄，长江干流及洞庭湖区各站的洪峰水位均有不同程度降低，且距水库越近，受水库调节作用越明显。这一结论很好地回应了人们对三峡工程防洪功能的社会关切。在此基础上，课题组还预测分析了长江中下游干流河道和洞庭湖遭遇“1954年型”和“1998年型”洪水时的洪水演进特性，对进一步认识长江中下游洪水规律，合理进行洪水调度，指导防洪决策具有重要实践意义。

　　长江防洪模型2006年基本建成，2006—2007年开展模型验证试验工作，对实体模型能否真实准确地模拟原型长江进行验证。自2008年开始，长江防洪模型已先后承担了国家自然科学基金项目、国家科技支撑计划项目及省部级重大科研项目等20余项，航道整治、涉水工程论证等项目10余项，取得了大量的研究成果，在长江流域规划编制、河道及航道治理、防洪抗旱工程建设、流域水行政管理工作中得到广泛应用，发挥了重要技术支撑作用。

　　建设开放型平台

　　期待更充分利用

　　国家投资建设一个长江防洪模型，这样的力度和魄力史无前例。那么长江防洪模型到底承载了什么意义？如何让其发挥更大作用？

　　在马建华看来，建设长江防洪模型，一是为研究重大问题提供科研平台。长江防洪模型综合利用多种研究手段，承担了20多项重大科研项目，取得丰富成果，为长江洪水调度、江湖治理、水资源利用、水生态环境保护等提供重要的科学依据。二是促进了学科发展。通过长江防洪模型项目的研究和新技术的应用，提高了实体和数学模型的模拟理论和技术，促进了泥沙运动力学、河床演变、河流模拟等学科发展，并依托模型研究基地成立了“水利部江湖治理及防洪重点实验室”。三是培养了大批人才。依托长江防洪模型培养了一大批硕士、博士和高层次治江科技人才，意义重大。

　　下一步，如何用好模型，使其得到更充分利用当是应有之义。“目前模型应用尚不充分，从我们自身来说，应加强开放型平台建设，不断创新运行管理机制。”马建华说道。

　　事实上，长江防洪模型在总体规划时，就以建设一个开放的科研平台为目标。郭熙灵说，在实体模型大厅内设有高台廊道，也是考虑了日后供人参观使用。2008年，长江科学院会同武汉市旅游局规划编制《长江防洪模型基地科普旅游开发总体规划》，希望通过基地承担传播水文化和科普教育的社会职能。长江科学院近期还与长江航道局合作，在防洪模型上进行航道治理相关试验。基地还与武汉多所高校、科研机构展开合作。这些尝试，都旨在不断开拓长江防洪模型的运用空间，实现其最大效能。马建华说：“长江防洪模型的未来利用和发展，需要持续性的能力建设，也需要更加开放与长江沿线地方各省市及航运部门的合作，同时，不断创新人才引进和培养机制，将长江防洪模型的作用发挥到最大。”

　　这个规模宏大、备受瞩目的长江防洪模型，期待着得到更多元化的利用，展现更丰富的价值，实现更大的飞跃。

　　来源：中国水利网站  2014年4月17日