PDF《一、项目名称》

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一、项目名称 复杂水域动力特征和生境要素模拟与调控关键技术及应用

二、提名者 水利部

三、提名意见 为实现复杂水域生境要素模拟与水动力调控关键技术的创新和突 破,提升流域水环境的管理水平和支撑能力,该项目构建了复杂水域 水流、水温、溶解氧、藻类、微生物等生境要素整体模拟与调控的系 统解决方案.

该方案的整体模拟系统具有完全自主的知识产权,模拟 精度高,计算速度快,解决了复杂水域中存在的多变地形、强烈紊 动、快速变化、多重耦合的诸多难题,可准确、高效地预测水流、水温、溶解氧、藻类、微生物等主要生境要素的大范围、多尺度、长时 段变化,揭示了复杂水域的水动力特征和主要生境要素的水动力驱动 机制. 该项目在特大型水利水电工程的环境效应评价和运行调度中实现 了应用创新,提出了控制低温水下泄、溶解氧过饱和的快捷有效的调 控措施,增强了复杂水域生境要素的水力调控能力.模拟系统和调控 技术在三峡水库、洞庭湖水系、金沙江水电梯级开发等数十个重要敏 感水域和重大工程中得到应用,其中包括了 2/3 以上的 200m 高坝工 程和

200 万kW 的特大型水电站工程,有力支撑了水电开发和环境保 护的协调发展,促进了流域水生态环境的整体保护. 项目技术难度大,成果创新突出,居于国际领先水平,得到国内 外同行知名专家高度评价,先后获得省部级一等奖

3 项,公开发表论

2 文670 余篇,其中 SCI 论文

108 篇,他引

572 次,出版学术专著

6 部,获得国家发明专利授权

32 项,软件著作权

9 项,编写标准规范

3 项,提高了行业的整体技术水平. 同意提名该项目为国家科学技术进步奖二等奖.

四、项目简介 流域水生态环境作为有机整体,各生境要素相互依存,并随水流 运动在河流、湖泊、水库构成的复杂水域中迁移转化;

因此,剖析复 杂水域的水动力特征,创建生境要素的整体模拟系统,革新、改善生 境的水力调控技术,是流域水生态环境整体保护亟待解决的重大科技 问题.然而,复杂水域的水动力和生境要素的模拟和调控技术面临诸 多挑战,如多变地形、强烈紊动、快速变化、多重耦合等,需要在整 合水利、环境、生态等不同学科的基础上,进行全方位的技术攻关. 项目在国家自然科学基金重点项目等国家重大课题的支撑下,经过近

20 年的系统研究,取得如下的关键技术突破: (1) 辨析了复杂水域交汇区的动力特征,优化了紊流模型和物质 输移模型的模型参数,革新了数值方法和网格技术,成功解决了复杂 水域大范围、多尺度、长时段模拟中存在的模拟精度和计算效率难以 兼顾的问题,计算效率最大可提高 84%. (2) 系统剖析了水温、溶解氧的变化机制及其与水动力的双向耦 合关系,创建了河流-水库系统的水温-溶解氧模型,明确了水温、溶 解氧变化与水文、气象条件间的定量关系,成功评估了气候变化和水 利工程建设运行对主要生境要素的影响. (3) 兼顾藻类和微生物等的随流运动和自身运动, 创建了藻类 和微生物的运移和光资源竞争模型,剖释了藻类和微生物对不同水动

3 力条件的适应规律,揭示并阐明了复杂水域中藻类和微生物空间演替 的水动力调控机制. (4) 提出并革新了分层取水和运行调度并行的水温调控技术,首 次创建了控时削峰的溶解氧调控技术,成功减缓了高坝大库工程中低 温水下泄和溶解氧过饱和的生态影响,协调了水电开发和生态保护的 关系. 该项目技术难度大,技术创新突出,成果居于国际领先水平,获 得省部级一等奖