长江防洪模型是新中国成立以来我国投资最大、功能最全，也是当今世界规模最大的防洪实体模型。它的建成对研究三峡工程和长江上游干支流水库群建成后中下游河道的演变，以及长江防洪形势的变化具有十分重要的意义，为治江事业提供了强有力的科技支撑。

　　为此，本报记者采访了长江水利委员会副主任马建华、长江科学院院长郭熙灵，就长江防洪模型的有关问题进行解答。

 1模型建设意义

　　长江防洪模型的建设，对研究三峡工程建成后长江中下游河道的演变，以及长江防洪形势的变化具有十分重要的意义，为治江事业提供了强有力的科技支撑

　　现代水利周刊：当时建设长江防洪模型是出于什么考虑？

　　郭熙灵：长江是我国第一大河。长江流域在我国的经济、政治、军事及国民生活中起着举足轻重的作用。一方面，长江作为母亲河哺育了中华民族；另一方面，从古到今的洪灾也给长江中下游地区的人民带来了深重的灾难，防洪自然也成为长江中下游地区的头等大事。为了提高长江的防洪能力，国家修建了长江三峡水利枢纽工程。三峡工程建成后，在提高长江中下游防洪能力的同时，也引起了中下游河道及一系列水文、水力学要素的变化，影响了中下游的防洪形势。

　　20世纪90年代中期，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，可能对长江中下游造成一些影响。最突出也是当时能想象得到的，就是三峡工程蓄水后，大量的泥沙拦蓄在水库内，下泄水流中的泥沙含量会有很大变化。在蓄水开始阶段，含沙量会大幅度减少，这就是我们说的“清水下泄”。这会对三峡大坝下游河道会产生很大影响，也会给长江中下游的防洪带来新问题，同时还会引起环境、生态等方面的问题。但是到底影响的时间有多长，对大坝下游河道冲刷到什么程度，长江中下游的河势会有什么变化？解答这些问题需要采取综合手段进行研究，实体模型、数学模型是其中的重要手段。世界银行对此也很关心，表示将在科技方面给予支持。综合多方面因素，长江防洪模型利用世界银行贷款项目最终获得国家批准，该项目有970万美元（约8000万元人民币）是向世界银行贷款，并由财政部与世界银行签署协议，其余资金由中央财政统筹安排。

　　现代水利周刊：建设长江防洪模型具有什么意义？

　　马建华：长江防洪模型是新中国成立以来我国投资最大、功能最全，也是当今世界规模最大的防洪实体模型。它的建成对研究三峡工程及长江上游干支流水库群建成后中下游河道的演变，以及长江防洪形势的变化具有十分重要的意义，为治江事业提供了强有力的科技支撑。

　　长江防洪模型的作用主要体现在以下4个方面：一是研究解决长江防洪规划中的重大科学技术问题，为长江中下游防洪规划的修订提供科学依据；二是研究解决防洪调度中的主要技术问题，为制定完善长江中下游防洪调度方案、每年的防汛预案及防洪调度决策提供科学依据；三是研究三峡工程建成后长江中下游河道演变、河势变化及江湖关系变化，为河势控制规划的制定、河道整治及湖区防洪治理的实施提供科学依据；四是研究三峡工程调度运用对大坝下游河道冲淤、河势调整、江湖关系变化的影响，以及对防洪调度方案实施效果的评估，为优化三峡水库调度方案提供科学依据。同时，通过长江防洪模型的建设及新技术的应用，完善实体和数学模型的模拟理论和技术，促进泥沙运动力学、河床演变、河流模拟等学科的发展。

　　现代水利周刊：长江防洪模型的建设经历了怎样的过程？

　　郭熙灵：长江防洪模型的建设从整体上大致可以分为3个阶段。一是从2000年到2003年，为前期工作阶段。2000年，根据水利部以及长江委的部署和安排，长江科学院开始负责组织编制长江防洪模型项目建议书，然后是可行性研究、初步设计，一共用了3年多时间，其中包括与世界银行的谈判，获得贷款等。前期工作阶段一步步走来很不容易，项目多次接受各种审查。二是从2003年到2005年，为项目建设实施阶段。以院士为主的专家顾问组成立，对建设中的关键技术进行咨询指导。2003年，项目完成了征地、土建和设备供应招投标以及施工前期准备工作。2004年3月28日项目正式开工，2005年年底，防洪模型具备放水试验条件，完成投资超过95％。三是从2006年年初至今，为第三阶段。主要工作是开展项目后续研究、概算调整、收尾及验收等。

 2模型创新之处

　　长江防洪模型是集世界上最大的实体模型、复杂的江湖河网水沙数学模型及先进的测控与仿真系统于一体的综合科研平台。在模型大厅的建设、实体模型的建设、模型沙的研制等方面取得多项创新

　　现代水利周刊：请您介绍一下长江防洪模型的具体情况。

　　郭熙灵：长江防洪模型是集世界上最大的实体模型、复杂的江湖河网水沙数学模型及先进的测控与仿真系统于一体的综合科研平台。长江防洪模型的研究范围为长江中下游宜昌至大通河段，全长约1123公里。其中，实体模型位于武汉经济技术开发区后宫湖湖畔，占地600余亩，研究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，选取这个范围主要是因为，该区域是长江防洪形势最为严峻和复杂的一段。模型平面比尺为1∶400，垂直比尺为1∶100，采用这种“变态模型”和这种比尺是经过专家认真研究和反复论证的，主要是考虑既要最大程度地还原现实情况，又要符合模型构建的经济技术可行性。数学模型研究范围为长江中下游宜昌至大通河段，包括其间主要支流、洞庭湖区、鄱阳湖区及分蓄洪区。目前，长江防洪数学模型已经自行开发了多套成熟的一维、二维和一二维嵌套水沙及温度和浓度场数学模型，还引进了一些国外的商业软件。通过实体模型、数学模型与原型观测资料的相互印证与补充，有利于对长江中下游干流河道，湖区河网的泥沙运动、洪水演进和防洪调度进行更加准确的试验研究。

　　现代水利周刊：长江防洪模型的建设有哪些创新之处？ 

　　郭熙灵：长江防洪模型从规模上说，是新中国成立以来水利行业最大的科研基建项目，一个项目投资2亿元，这在过去没有过。长江防洪模型项目在建设过程中，除了土建部分以外，有相当一部分资金都用于模型的研发和创新。

　　首先，模型大厅是世界之最。大厅结构很有特点，叫“提篮拱加网架”结构——大厅上面有4个拱，有很多悬索吊下来提着整个网架。如果不采取提篮拱加网架结构，用钢量将增加。用提篮拱把网架提着，除了网架自身的结构强度外，拱也替它承担了很大的荷载，所以将原有的两层网架减少为一层。提篮拱加网架结构还增加了大厅的高度，整个长江干流大厅屋顶高不足20米，面积大但高度低，设拱后大厅的高度增至30多米，立体感增强，明显改善了外观结构形象。

　　其次是“长大”模型的设计。模型模拟的干流原型河道长度约380公里，分洪道、洞庭湖区原型区域上万平方公里，如此长、大的模型建造是过去国内外没有的。完成模型设计本身就具有很大的挑战性。模型和原型之间的缩尺效应如何解决？模型中各种比尺如何设定？在实施过程中，如何通过改变和调整模型进口、尾门的一些控制等一系列验证性试验，来尽可能保证水位流量关系与原型一致？当初有很多人对建“长大”模型存有异议，其中很重要的原因就是对这种模型能否很好地用于研究，成果是否可靠存有疑虑。我们通过这些年的探索、验证和比较，证明了长江防洪实体模型在科研中的价值，并使之产生了应有的效益。 

　　再次，在泥沙实体模型试验中，模型沙的选择是一项关键技术，直接关系模型泥沙运动和河床变形的相似性及试验精度，关系模型试验的成败。我们根据长江防洪实体模型的特点、研究目的及时间变态影响等要求，研制开发了具有性能稳定、亲水性好、颜色及密度可调、易于观察水下河床形态、无毒等优点的新型塑料合成沙。这种新型塑料合成沙是把塑料废品回收后磨到足够细，加滑石粉，通过热挤塑成2毫米粗的圆棒，然后破碎成不同粒径的颗粒，再按照原型沙的级配及相似比，调配出模型用沙的级配。过去大量采用的传统模型沙对环境影响较大，且无法清楚看到试验过程中河道水下地形。这种模型沙可以看到沙子如何动，河道的冲淤变化情况。而且，模型沙的比重、颜色均可调。2009年9月，湖北省科技厅组织专家对模型沙研究成果进行鉴定。鉴定意见认为，该项成果达到国际领先水平。2012年，该项成果获国家发明专利。

　　另外，仿真、测控等系统都在水利行业同领域技术中有所突破。测控系统，收沙、供水供沙系统中还引进了自来水净化技术等其他行业的先进技术和经验。

 3模型成果及应用

　　江湖冲积过程联动机理与关键调控技术研究、三峡工程运用后泥沙与防洪关键技术研究、长江防洪模型关键技术研究等成果获得国家级及省部级奖励，在科研中开发的成果有9项获得国家专利，这些成果被广泛应用于长江重大规划编制、河道治理工程建设、流域水行政管理等领域

　　现代水利周刊：目前，运用长江防洪模型开展了哪些研究，取得了怎样的成果？

　　郭熙灵：长江防洪模型投入使用后，2006—2007年开展了模型验证试验工作，自2008年起开展相关研究工作，先后承担了国家科技支撑计划项目、水利部公益性行业科研专项经费项目等国家级及省部级重大科研项目20余项，长江中游航道整治及有关涉水工程论证等项目10余项，取得了大量研究成果。其中，参与完成的“江湖冲积过程联动机理与关键调控技术研究”获2011年国家科学技术进步奖二等奖，“三峡工程运用后泥沙与防洪关键技术研究”获2012年大禹水利科学技术奖一等奖，“长江荆江河段洪水预警公共信息平台的建设及应用”获2009年大禹水利科学技术奖二等奖，“长江防洪模型关键技术研究”获2010年湖北省科技进步二等奖，“长江防洪模型智能量测与控制系统”获2008年湖北省科技进步二等奖，“荆岳铁路专线洞庭湖大桥方案比选及河工模型试验研究”获2012年湖北省优秀工程咨询成果奖一等奖，“网模卵石排河道护岸结构”“泥沙模型试验加沙装置”“自动水位计检测仪”“双向回流变频调速泵潮汐模拟系统”等9项成果获得国家专利并得到应用，取得了较好的社会效益和经济效益。同时，依托长江防洪模型还培养了博士、硕士研究生30余名。

　　现代水利周刊：这些研究成果在哪些方面得到了应用？

　　马建华：这些研究成果主要应用于3个方面：一是成果被重大规划编制所采用。依托于长江防洪模型，对三峡工程蓄水运用以来中下游江湖冲淤演变及河势变化趋势进行了一系列专项研究，取得的科研成果被长江流域综合规划、长江中下游干流河道采砂规划、长江中下游干流河道治理规划（修订）、洞庭湖区综合规划、鄱阳湖区综合规划、三峡工程后续工作总体规划等重大规划采用，发挥了重要作用。二是成果在河道治理工程建设中得到应用。依托于长江防洪模型取得的研究成果在长江荆江河段河势控制应急工程设计、三峡后续工作长江中下游河势及岸坡影响处理项目实施方案编制及工程设计等一系列重大河道治理工程中得到应用。三是成果在流域水行政管理中发挥了重要技术支撑作用。依托于长江防洪模型取得的有关航道治理及桥梁、码头、取排水口等涉水工程论证研究成果为水行政许可与管理提供了重要科学依据与技术支撑。

 4模型社会影响

　　长江防洪模型建成后，不仅受到国内水利行业及社会各界人士的关注，还承担着为广大市民尤其是中小学生开展水情教育的重任，更吸引了国外相关行业的政府官员和水利专家到访参观

　　现代水利周刊：长江防洪模型具有很高的科技水平，那么它在水情教育方面发挥着怎样的作用呢？

　　郭熙灵：武汉地处长江与汉江交汇处，水资源丰富，水域面积占全市市区面积的1／4，现有大小湖泊100多个，被称为“百湖之市”。武汉在历史上饱受洪涝灾害影响，早在长江防洪模型项目建设初期，武汉市有关领导就提出模型建成以后可否让市民参观。通过长江防洪模型，对广大市民尤其是中小学生进行水情教育是非常有意义的。对此我们认识非常明确，对于前来参观的社会各界人士，包括武汉市的中小学生，我们一直持开放和欢迎的态度。为此，长江科学院还会同武汉市旅游局编制了《长江防洪模型基地科普旅游开发总体规划》，希望借由长江防洪模型基地开拓科普、旅游资源，并承担一定的水文化传播和水生态文明教育职能。未来，我们将努力将长江防洪模型基地打造成为4个基地、2个中心、1个乐园。4个基地即水利科研基地、青少年假日活动和科普教育基地、高校学生实习基地、专业人员培训基地；2个中心是水利科技交流中心、武汉地区水资源水环境保护主题活动中心；1个乐园是城市居民和外地游客的水文化乐园。

　　现代水利周刊：据了解，长江防洪模型除了在国内产生了很大的影响以外，还吸引了很多国外相关行业的政府官员和水利专家到访参观。

　　郭熙灵：是的，长江防洪模型建成后不仅受到国内水利行业及社会各界人士的关注，也吸引了国外相关行业的政府官员和水利专家。泰国副总理、水资源管理和防洪减灾委员会主席包巴索·苏拉瓦蒂、法国塞纳河流域机构代表团、孟加拉水利代表团、朝鲜水利代表团、越南水利科学研究院代表团，以及俄罗斯、美国、荷兰、澳大利亚等高校水利专家先后参观了长江防洪模型，并对模型给予了高度评价。其中，美国得克萨斯大学达拉斯分校副校长冯达旋教授在参观完长江防洪模型后说道：“对于了解长江这一复杂系统，数字的或是物理的防洪模型是十分重要的工具，这要依靠21世纪新的通信工具，如全球定位系统、遥感技术和实时地理信息系统，我在长江防洪模型中看到了这些精密而复杂的系统。”

 5模型未来发展

　　未来应充分利用长江防洪模型，分阶段深入研究长江中下游江湖演变规律、江湖关系变化趋势及其对防洪、航运、涉水工程正常运行、水沙资源利用及水生态水环境保护的影响与对策

　　现代水利周刊：未来长江防洪模型还将发挥哪些作用？

　　马建华：由于自然演变、人类活动的双重影响，长江中下游江湖演变将是一个复杂的漫长过程。一是三峡工程及上游干支流水库群建设运行后，对大坝下游江湖冲淤演变、江湖关系及防洪、航运、涉水工程运行、水资源综合利用、水生态环境保护等的影响已逐步显现。今后随着长江上游溪洛渡、向家坝、白鹤滩、乌东德等水电站陆续建设运用，与三峡工程共同发挥作用，对长江中下游的影响将更加深远。二是长江中下游洲滩与岸线利用、河道与航道整治、河道采砂等人类活动的影响，使江湖冲淤演变、江湖关系变化更加复杂。三是中下游沿江和湖区经济社会的可持续发展及生态文明建设也对防洪、供水及生态环境保护等不断提出更高要求。这就决定了围绕长江中下游江湖演变及其影响与对策的研究不可能一蹴而就，而是一个长期的、不断深入的过程，应随着科技水平的提高和观测资料的积累而不断完善和深化。

　　为此，未来应充分利用长江防洪模型，分阶段深入研究自然演变和人类活动双重影响下，长江中下游江湖演变规律、江湖关系变化趋势及其对防洪、航运、涉水工程正常运行、水沙资源利用及水生态水环境保护的影响与对策，为江湖治理规划和方案的研究制定、河道治理与管理和三峡水库群优化调度等提供技术支撑。

　　现代水利周刊：长江防洪模型通过验收后，下一步还要加强哪些工作？ 

　　郭熙灵：长江防洪模型作为一个基建项目通过了竣工验收，从项目的角度意味着画了一个句号，但是长江防洪模型作为研究长江中下游江湖演变与治理的重要基础科研平台，使命和任务是长期而又艰巨的。为了更好地、持续地发挥作用，我认为需要从3个方面加强工作：

　　一是创新机制，加强管理，提高长江防洪模型运行效率，确保模型充分发挥科技支撑效益。随着国家越来越重视水利工作，科研投入也会加大，我们要抓住有利时机，依托长江防洪模型优势，加大基础性研究力度。对科学的追求是无止境的，长江还有很多问题需要长江科技工作者们共同努力。

　　二是以长江防洪模型为平台，以重大治江科研项目为依托，加强水利科技人才培养。这么大、设施设备如此先进的模型，要用它完成一系列的科研任务，必须要有相应的人才和团队。而这些人才和团队，也将在利用这一模型开展研究的工作中得到成长和提高，这是相互的。长江科学院已有好几个博士通过在长江防洪模型上工作，在承担“十一五”国家科技支撑课题、国家自然科学基金项目等课题的过程中得到了很好的锻炼，很快地成长起来，所以长江防洪模型的建设和利用必将促进人才的培养。

　　三是把长江防洪模型科研基地建设成为一个国内外水利科研交流合作的开放平台。从近些年的发展来看，长江防洪模型已经不是一个单纯的防洪模型，未来将在航运、供水、生态环境等方面研究中发挥综合作用。例如，国家提出要建设长江黄金水道，这就需要研究如何开展长江中下游的航道整治。我们正与长江航道局携手合作，利用长江防洪模型，开展相关的试验研究工作。可以说，正是因为有了长江防洪模型这一平台，我们才能掌握并提出更权威、更准确的研究成果。我们非常希望与各水利科研机构以及其他行业如环保、航运、城市水务等研究单位合作，一起共享长江防洪模型，为治江事业发展，为水利科技创新，为经济社会发展和生态文明建设作出更大贡献。

　　来源：中国水利网站　2014年4月17日