加强公益研究全方位支撑长江水利事业发展

郭熙灵

(长江科学院院长办公室，武汉 430010)

进入新世纪以来，长江科学院(简称长科院)抓住国家科技体制改革的机遇，大力拓展公益性学科专业，广泛参与长江防洪抗旱减灾、河道治理、水资源管理、水土保持、流域生态环境保护以及流域管理的研究工作，为长江治理保护与管理提供了全方位科技支撑，已逐步发展成为水利学科专业齐全、综合实力雄厚、长江特色鲜明的国家社会公益类非营利性水利水电科研机构。本文详细回顾并介绍了近10年来长科院公益性专业发展历程及其取得的创新性科研成果，最后，针对新时期治江工作的新任务和新要求，提出了公益性专业未来发展思路。

1 公益性专业发展历程

长科院始建于1951年10月，作为长江水利委员会(简称长江委)的主体科研单位，在先后参与的荆江分洪、丹江口、万安、葛洲坝、隔河岩、三峡、南水北调、水布垭、构皮滩等近200个大中型水利水电工程建设中，紧密配合工程的规划、勘测、设计、施工与运行，充分发挥多专业综合性科研优势，为解决工程技术问题、优化设计方案、提高工程效益提供了近万份科研成果报告，为治理开发长江作出了重要贡献。至上世纪末，长科院主要学科与专业领域均以工程科研和应用研究为主，专业研究所(室)包括:河流所、水工所、材料与结构所、土工所、岩基所、爆破与振动所、大坝安全监测所、仪器及自动化所、长江控制设备所、宜昌科研所和微机应用室等。

进入21世纪，长科院践行可持续发展治水思路和“维护健康长江，促进人水和谐”新时期治江宗旨，2000年组建了长江流域水旱灾情和生态环境动态监测研究所。按照国家科技体制改革要求制定的非营利科研机构改革实施方案，于2003年3月14日得到水利部和长江委批复。改革初期，全院按业务性质分为非营利、综合事业、科技产业3部分，非营利部分包括河流、水资源综合利用、水土保持、空间信息技术应用、工程安全与病害防治、工程力学等6个研究所，其中水资源综合利用研究所在材料与结构所水资源研究室基础上组建，空间信息技术应用和工程安全与病害防治研究所的前身分别为长江流域水旱灾情和生态环境动态监测研究所和大坝安全监测所，水土保持研究所系新组建。2003年编制发布了首个《长江科学院学科建设与专业发展规划》，经过5年努力，有机整合了岩土力学与工程、水力学等专业，优化了河流泥沙、工程安全与灾害防治等专业，拓展了节水技术、数字流域、工程咨询等专业领域。2004年和2006年，水利部依托长科院组建了岩土力学与工程、江湖治理与防洪2个部级重点实验室;2006年和2009年，水利部和科技部依托长科院和长江勘测规划设计研究院组建了水利部水工程安全与病害防治工程技术研究中心和国家大坝安全工程技术研究中心，标志着长科院岩土工程、河流泥沙、防洪减灾、水工程安全等优势专业领域进入了水利部和国家重点学科与专业行列，学科建设取得了较大突破。

2009年，为满足长江水利事业和水利科技发展的需要，编制发布了未来10年《学科建设与专业发展规划》。规划紧紧围绕长江流域洪涝灾害、水资源短缺、水污染、水土流失、生态环境退化等重大水问题和保障防洪安全、合理开发利用、维系优良生态、稳定河势河床新时期治江战略目标以及水利工程关键技术问题，坚持突出重点学科、巩固优势学科、加强交叉学科、不断优化学科布局和专业结构的指导思想。2009年和2010年，工程力学、工程安全与病害防治等研究所分别更名为流域水环境研究所和工程安全与灾害防治研究所。至今，公益性专业领域有防洪抗旱与减灾、河流泥沙与模拟理论、江湖演变与整治、水利血防、水资源综合管理与节水、国际河流、水资源配置与调控、水资源保护、水生态规划和修复、土壤侵蚀与调控、区域环境与防灾减灾、工程水土流失及防治、数字化水土保持、水工程安全评估与监控、地质灾害监测预报与防治、水工建筑物健康诊断及病害防治、空间信息技术应用、数字流域及水利信息化、流域及区域水环境监测模拟与评价、流域水环境保护政策和发展战略、水环境管理与环境经济、气候变化与水环境演变和调控技术、城市与农村饮水安全、水利法律法规及发展战略等。初步建立了以公益性、应用基础及应用研究为主，同时开展基础研究和技术研发的比较完备的水利水电学科专业体系，国家和水利部重点实验室(工程技术研究中心)等科研平台初具规模。以博硕士为主体的从事公益性、应用基础研究的科研人员已初具规模，基本形成了以国家级、省部级专家等为引领，以学科带头人为核心，以覆盖各学科、各专业的优秀青年人才为骨干的3级科技人才队伍体系。

2000年以来，长科院获得国家和省部级科技成果奖励近100项，其中国家级奖励8项。获国家专利30余项，出版专著60余部，编写规程规范30余部。2003年荣获全国五一劳动奖状，2008年荣获全国水利科技工作先进集体称号。

2 重要研究成果

2.1 防洪抗旱减灾研究

2004年3月，投资2亿元(其中世行贷款970万美元)“长江防洪模型利用世界银行贷款项目”开工建设。2005年12月，当今世界规模最大、功能最全、设备最先进的6万余m2防洪实体模型试验大厅建成并正式投入使用。近年来，对三峡工程建成后长江中下游水沙特性、河床河势演变、江湖关系调整、洪水演进规律等问题的研究已取得积极进展，已在防洪规划、河道整治和防洪决策中发挥重要作用。

近年来，应用3S及信息技术开发出长江流域第一个智能防洪应急响应系统，该系统在基于GIS的三维洪水演进模型开发及应用，基于GPS和Web技术的救灾指挥系统、防洪决策数据的共享与发布等方面，技术水平总体上达到国际先进水平。建立的以GIS为支撑技术，以减灾信息管理、洪水预报、洪水预警、灾情评估、抢险决策等洪水灾害管理业务为应用目标的实用化的长江荆江河段洪水预警公共信息平台，在流域洪水预警和防洪减灾方面具有广阔的推广应用前景。

针对长江流域频频发生的干旱灾害，通过分析流域历史干旱背景、干旱成因及致灾因子，采取卫星遥感、航空遥感与地面墒情实测相结合的方法，选择湖北省漳河灌区为典型研究区，研发云参数法和微波遥感等土壤墒情遥感定量化反演模型，开发了长江流域干旱遥感监测预警系统，并对2010年西南大旱和2011年长江中下游大旱等典型干旱过程进行跟踪分析与评价，相关研究成果已在有关部门得到了初步应用，取得较好的效果。

5·12汶川地震发生后，长科院作为后方技术支持单位举全院之力，紧急开展唐家山堰塞湖溃坝洪水演进分析，滑坡及堰塞湖形成机理与坝体稳定性分析，灾区土石坝震害机理分析和安全评估等研究工作，第一时间快速及时为前方制定唐家山堰塞湖应急疏通工程设计和实施方案提供了技术支撑。

滑坡灾害与防治研究方面，形成了从滑坡监测、监控、预警到防治的一整套的先进技术，及时、准确地监测和发现了湖北隔河岩水库库岸一些大型滑坡体的活动滑动面，为地方政府制定移民政策提供了可靠的科学依据，取得了明显的经济、社会效益。

负责设计的长江上游水土保持重点防治区滑坡泥石流预警系统，改造云南、贵州、四川、湖北、重庆、陕西、甘肃等7省(市)的44个监测预警点，新建5个监测预警点，建设长江上游滑坡泥石流管理信息系统，极大地保障了受滑坡泥石流威胁的人民生命财产安全。

2.2 河道治理研究

承担了长江下荆江系统裁弯和界牌、南京、马鞍山、江阴、九江、镇扬、铜陵等重点河段的整治模型试验研究及工程治理设计等，在水深达60 m的镇扬河段和畅洲左汊用土工布砂枕袋筑起了一道最大坝高近40 m的水下潜坝，有效地遏制了和畅洲左汊分流急剧扩大的趋势;中游界牌河段防洪与航运综合整治工程的实施，较好地解决了该河段防洪和航运之间的矛盾;荆江河势控制与应急工程的实施有效阻止守护段岸线的崩退，河势得到初步控制，为畅通长江航运、建设港口码头、两岸城市规划建设等事关国民经济发展和保障长江两岸干堤的安全做出了重大贡献。

利用实测资料分析与数学模型计算相结合的手段，研究了长江口北支河道束窄、建闸、围垦等工程和南支上段徐六泾节点、白茆沙头部、白茆沙北水道下边界等整治工程，以及南、北港河段整治工程实施后，长江口南、北支不同地点、不同区域的涨、落潮期的流速、潮位、含沙量、含盐度的影响，各汊道分流比、分沙比和不同部位河道冲淤的变化;初步研究了三峡工程、南水北调工程实施后对长江口来水来沙及河床冲淤、盐水入侵、水生物生存环境的叠加累积影响，并对长江口地区生态环境的演变趋势进行了分析研究，为长江口综合整治开发提供了科学依据。

2.3 水资源管理研究

根据长江流域特点与水资源管理现状，系统分析了长江流域水资源综合管理的需求，深入研究长江流域水资源综合管理涉及的利益主体及其相互关系，积极探索实现长江流域综合管理的原则和途径，提出了具有长江特点的流域综合管理体制、机制与制度建设方案和实施步骤，负责了《长江流域综合规划》修编等流域规划流域管理篇章的编写。

承担了南水北调中线工程水权与水市场、南水北调工程的风险分析、流域用水总量控制与水量分配方案、省际纠纷调处机制、长江大型梯级水电站群联合调度系统发展战略研究、跨流域调水工程管理等研究工作。综合运用经济学、管理学和风险理论等开展了长江流域应急管理体系总体应急预案研究、丰水地区节水型社会建设效果评价标准、长江干流下游枯期水量分配方案、金沙江梯级水库调度与生态流量、三峡水库的生态径流调度措施及方案、汉江水量分配方案等研究工作，主持编制了全国《省级行政区取水许可总量控制和定额编制大纲》，为各项水行政事务管理提供了有力的技术支撑。

通过对滇中地区社会经济地位、水资源利用状况调查和需求预测，建立了节水指标体系和用水总量控制目标，提出了针对性的农业、工业、城镇生活的节水措施方案。

建立的“数字灌区管理信息及决策支持系统”，采用遥感技术对灌区地面水分状况及水量平衡进行定量监测，基于灌区GIS基础信息平台和适合我国管理体制及灌区现状的实时灌溉预报原理及渠系动态配水技术，研究开发出全套灌溉用水管理决策支持系统，在湖北省漳河灌区实际应用后使灌溉水有效利用系数提高5%～10%。

2.4 水土保持研究

在土壤侵蚀机理和水土保持原理方面，针对长江流域水土流失特点，研究了主要侵蚀土壤紫色土和红壤的抗冲性、崩解速率、入渗速率、抗剪强度等土壤可蚀性指标的时空分异规律，明确指出长江中上游地区的产流模式为“蓄满产流”。通过深入分析红壤和紫色土的土壤理化性质与可蚀性之间的关系，提出了与黄土高原水土保持措施不同的、具有长江流域特色的“减少土壤水分入渗和壤中流对土壤的作用”的水土保持原理。

在水土流失监测与治理技术方面，自主研发了国内首台可移动水土流失实验室，变固定的野外径流小区坡面侵蚀观测为车载流动实验，可随时对不同土壤、不同坡度进行人工降雨模拟实验，缩短了水土流失监测数据获取周期。此外，引进国际上最先进的三维激光地貌扫描仪，大大提高了水土流失监测数据获取的速度和精度。建立了以“排水保土”为方针的长江流域水土流失防治策略以及红壤区和紫色土区水土流失综合治理优化范式。以发展坡地高效生态农业为目标，根据流域坡耕地特点，研发坡地不同径流类型(包括壤中流)的快速测评和收集技术，系统建立了长江上游山区坡面径流调控技术体系。

2.5 水生态水环境保护研究

为贯彻“维护健康长江，促进人水和谐”为基本宗旨的治江新理念，长科院专门成立健康长江课题组，针对健康长江评价的有关科学和基础问题，开展了“长江流域水资源评价指标体系研究”、“湿地保留率指标研究”、“长江采砂管理健康评价指标体系研究”、“水土保持率研究”、“长江中下游优良河势保证率”等一系列研究工作。考虑长江水循环特点和水资源开发利用现状，以河流生态与环境自然评价指标为重点，初步建立了健康长江评价指标体系。在水资源、水环境和水生态评价指标基础上，进行流域水资源系统可持续标准理论研究，初步提出河流健康及管理水平指标系统的量化和监测方法，制定统一的、不同尺度的、有长江特色的健康长江评价方法与标准。

针对中国主要河流生态与环境面临的问题，开展了中国环境流研究，分析了中国环境流发展现状、确定方法、制度建设和管理途径。从减缓梯级水库建设运行对河流生态环境影响的角度，研究了生态调度的概念、目标、原则、方法和实施步骤等。以河流生态需水理论为基础，初步提出了长江流域典型断面的生态流量过程，建立了考虑生态流量需求的梯级水库多目标优化调度模型，将生态调度与常规调度耦合，探讨了实施流域生态调度的相关管理体制与机制。结合三峡工程和长江中下游水生生态系统，特别是“四大家鱼”的生境需求，采用平面二维水流泥沙数学模型和生态调度的研究成果，预测了三峡工程运用初期，河段冲淤变化规律及其对河势、水位、流速流态等水沙环境的影响，探讨了三峡工程的生态调度及对策措施。

以长江上游密集的梯级水电开发为背景实例，辨识流域梯级水电开发活动对生态环境影响;针对水文过程、泥沙、水温、生境等生态要素定量分析梯级水库运行产生的累积影响作用，为系统认识并科学合理地评价梯级水电工程对生态环境累积影响提供了理论和技术支撑。

以清江流域梯级水库为典型代表，建设了清江生态环境野外科学观测实验站，基于地面观测、航空摄影测量和卫星遥感研建了流域生态环境三维立体监测系统，开展了水库温室气体源汇变化研究和二氧化碳和甲烷交换通量原位观测实验，获取了长时间系列的观测数据，利用梯级水库蓄水前后遥感图像获取了消落带土地利用变化基本情况，分析与评估了水库蓄水期间淹没土壤和植被对水库温室气体源汇变化的影响，探索了峡谷型梯级水库温室气体源汇变化监测方法。

在生态环境保护与修复技术方面，通过集成生物浮岛和有机固废生物转化技术，结合长江流域湖区农村社会经济状况和区域自然条件，建立了基于氮磷循环的可持续农业生产系统，把富营养化水体中的营养物质转化成优质农产品，有机固废转化成农用肥料。该技术既解决了我国湖区的面源污染和有机固废污染，使资源得到循环再利用，又使湖区生活用水得到改善，湖区农民收入得到提高，实现经济发展与生态保护双赢。此外，与日本株式会社建设技术研究所合作研制开发出基于水动力学方法的机械除藻技术，分别在太湖及武汉市中山公园、东湖等水域成功开展了系列除藻试验，取得了良好除藻的效果。

主持编写的《水利血防技术导则(试行)》和《水利血防技术导则实施指南》，对护坡灭螺、岸边灭螺带、隔断灭螺、抬洲降滩灭螺、渠道硬化灭螺等14种水利血防措施做出了全面细致的规定，为我国水利血防工程设计和实施提供了重要的技术依据。

2.6 流域规划与水行政综合管理研究

近10年来，承担了多个流域规划编制及其相关研究工作，全面参与了《长江流域综合规划修编》、《长江流域水资源综合规划》、《全国山洪灾害防治规划》、《长江流域防洪规划》和《长江口综合整治开发规划》，2002年完成了《长江中下游干流河道采砂规划》。在长江流域综合规划修编工作中，编制完成了《长江流域蓄滞洪区水土保持生态保护规划》、《赤水河流域水土保持生态保护规划》、《三峡库区水土保持规划》、《雅鲁藏布江流域水土保持生态保护规划》、《鄱阳湖水土保持规划》、《流域综合管理规划》等专项规划及专题的研究。

近年来，为流域水行政管理开发建设的多个先进、实用、高效的监控与管理系统，极大地提高了流域综合管理能力和公共服务水平。如“长江河道采砂管理远程可视化实时监控系统”综合运用海事雷达、GPS定位、无线视频等先进技术和手段，实现了对重点省际边界重点河段采砂的远程可视化实时监控，具有示范作用和推广价值。“长江大型取水动态计量监控系统”和“取水许可管理信息系统”以取水基础数据库为平台，以取水信息管理与应用为核心，通过对长江流域大型取水户的取水量和取水时段的实时监控，实现了长江流域取水信息的采集、传输、存储、实时发布、交互式查询和决策建议等多种支持功能。“水政执法遥感动态监测系统”运用遥感、GIS、网络技术以及相关的专业分析软件，快速、准确地掌握监测区域内水工程、防汛设施、水文设施、取水口、排污口的基本设置情况，查询水功能区划、岸线规划等专题数据，获得违法对象的空间位置等基本信息，为水政执法提供精确、直观的数据支持，使水政执法工作更加便捷、公正和客观，有效地提高水行政执法的工作效率和执法水平。“三峡水库突发性水污染事件应急响应系统”综合运用“3S”、数据库、三维虚拟和网络通信等先进技术，将基础地理、水文、生态环境和社会经济等各类本底信息有机整合并建立信息平台，通过水动力学及水污染模型数值模拟，实现了基于真实地理景观三维虚拟环境下的突发性水污染扩散仿真，为三峡水库基础信息查询、突发性水污染事故预警预报及应急决策等提供了一个高精度、现势性强、可共享的数字化辅助决策系统。

2008年，对《长江河道采砂管理条例》和《建设项目水资源论证管理办法》开展了后评估工作。通过对《长江河道采砂管理条例》上位立法的协调性、合理性、针对性、规范性和可操作性等以及管理体制和主要制度等方面的系统评估，为修订和完善该条例奠定了基础，对制定和出台全国采砂管理条例具有重要的意义。通过对《建设项目水资源论证管理办法》的主要技术准则，建设项目业主执行情况、审批及监督程序等开展系统的调查研究，为完善水资源论证管理法规的修订完善提供了依据。

3 未来发展与展望

“十二五”及今后一个时期，长科院将认真贯彻党中央、国务院《关于加快水利改革发展的决定》，以“维护健康长江，促进人水和谐”为宗旨，以全面提升自主创新能力为核心，以加快推进科技创新平台建设为重点，准确把握治江工作面临的新形势、新任务和新要求，紧紧围绕新时期治江战略目标，突出长江特色，创新和谐发展，加速建设一流水利科研强院，为治水治江事业提供强有力的科技支撑。

3.1 围绕新时期治江战略目标，着力构建流域科技支撑体系

随着治理开发长江的关键工程——三峡工程的全面竣工，长江以防洪为主的“治江三阶段”任务基本付诸实施，新时期长江流域治理、开发、保护和管理仍面临一系列新问题和新挑战。首先，流域经济社会持续发展对长江流域水资源开发和利用需求进一步增加，同时，随着人们生活水平的提高，对生态环境质量要求也日益提高，水利工程建设也面临着移民难度增加、河流水文和河流地貌变化、生物多样性退化、地质灾害和水土流失增加、流域社会和生态环境问题也日显突出;流域已建、在建的一系列重大水利水电工程，在发挥巨大效益的同时，也面临需要研究梯级水库联合调度，发挥经济、社会和环境效益最大化问题，梯级水库对河流累积影响日渐显露，必将对长江水系生态与环境系统产生多方面的长期影响;长江巨大洪水来量与中下游河道泄洪能力不足的矛盾依然存在，分蓄洪区建设滞后，山洪和洪涝灾害仍然威胁着人民群众的生命财产安全;由于蓄水工程缺乏和灌区配套建设落后，流域内局部地区干旱缺水问题依然严重，由于长期粗放的经济增长方式，长江流域湖泊面积减少，天然湿地萎缩，部分湖泊、干流沿岸城市水域以及部分支流水质污染严重，水质性缺水日益突出。

因此，要围绕防洪安全、合理开发利用、维系优良生态、稳定河势河床的新时期治江战略目标，着力构建以长科院为主要依托单位的流域科技创新中心，通过长江委和流域内水利科技资源整合和聚集，构建创新体系，加大创新投入，完善创新机制，培养创新人才，加速提升治江科技创新能力，共同推进“维护健康长江、促进人水和谐”的新时期治江实践，有力支撑流域经济社会可持续发展。

3.2 围绕基础研究和技术研发，着力建设水利科技创新平台

未来一段时期，要以国家和行业需求为目标，以解决长江水利发展中战略性、全局性、基础性的科学技术问题和重大水利水电工程关键技术问题为重点，在建设好现有重点实验室(工程技术研究中心)的基础上，着力建设10个左右长科院特色实验室，争取新组建流域水资源与环境生态科学、水利血防与水环境科学、山洪地质灾害防治等省部级重点实验室(工程技术研究中心)，力争组建国家重点实验室等方面取得重大进展。构建起集中我院优势专业，充分体现长江特色，基本满足治水治江需要，由国家、水利部重点实验室(工程技术研究中心)和长科院特色实验室构成的三级水利科技创新平台。

为加强基础性原创研究，将野外观测实验站建设作为提升自主创新能力的重要突破口之一，着力构建基本覆盖长江流域和西南诸河重点区域，涵盖生态、环境、资源及灾害防治等领域的野外科学观测实验站网体系，为野外观测、实验、研究和示范提供仪器设备较为先进、生活设施基本齐备、通讯与交通满足需要的基本平台。通过开展长期、定位观测和科学实验，实现从以往过分重视实验室(室内)研究，向实验室研究与野外观测与实验示范研究并重转变，对流域生态环境的研究从短期逐步走向长期系统研究，为凝炼科学问题、承担国家和水利部科技计划以及重大治江课题提供第一手资料和基础数据，为流域规划、河道治理、防灾减灾、资源可持续利用、生态环境保护与修复、水行政综合管理、重大工程建设等提供科学依据和优化示范模式，为治江事业又好又快发展提供强有力支撑。

3.3 围绕公益性科研机构职责，着力建设一流水利科研强院

围绕建立“开放、流动、竞争、协作”的公益类非营利性科研机构新型管理和运行机制，加强科技管理体制改革与探索，加快人事、分配制度的改革，制定有利于促进自主创新的激励机制、约束机制及相关政策，大力推进长科院创新文化建设，积极开展国际科技合作与交流，进一步营造鼓励创新的科研环境。

根据国家、水利和治江事业发展的重大需求，全面优化科研力量的布局和科技资源的配置，以公益性、应用基础及应用研究为主，同时开展基础性研究和技术开发，突出长江特色，巩固和加强优势专业，抓住机遇发展新专业，开拓新的研究领域。河流泥沙与防洪减灾、水资源管理与调控、岩土力学与工程、工程安全与灾害防治、水土保持、水信息技术、水工材料与结构、水力学等专业达到国内一流水平，其中多个研究方向与领域达到国际一流水平。扩展并开拓流域管理、农田水利、流域水生态和水环境、生态友好型水利工程技术、大坝安全管理、移民与社会发展、水库群优化调度、农村饮水安全等专业与研究领域。建设一定数量以学科带头人为核心、以骨干科研人才为主体，研究方向明确、特色鲜明、结构合理、在国内外相关领域具有一定影响和发展潜力的创新团队，全面提升科技创新能力、成果转化水平、社会服务能力和综合竞争实力。通过10余年奋斗，到长科院建院70周年时，建成具有一流科研队伍、一流科研成果、一流科研条件、一流科研管理的现代水利科研强院，为长江水利事业谱写新的篇章，为我国水利现代化建设做出更大的贡献。

［1］郭熙灵.服务治江事业铸就科技辉煌［J］.人民长江，2010，41(4):100－106.(GUO Xi-ling.Providing Service for River Harnessing Undertakings and Making a Scientific Brilliance［J］.Yangtze River，2010，41(4):100－106.(in Chinese))

［2］长江水利委员会.长江治理开发保护60年［M］.武汉:长江出版社，2010.(Changjiang Water Resources Commission.Regulation and Development of Yangtze River for Six Decades［M］.Wuhan:Changjiang Press，2010.(in Chinese))