水利部江湖治理与防洪重点实验室2007年度开放研究基金综述

董耀华，周 若，卢金友

水利部江湖治理与防洪重点实验室2007年度开放研究基金综述

董耀华a，周 若b，卢金友a

（长江科学院a.水利部江湖治理与防洪重点实验室；b.科研计划处，武汉 430010）

概述了水利部江湖治理与防洪重点实验室2007年度开放研究基金14个资助项目的主要研究成果与进展，对14个资助项目进行了验收综合评价；给出了重点实验室发展规划的4个研究方向和20个重点研究领域。14个资助项目的主要研究成果包括：撰写成果报告14份，发表论文25篇，申请2项国家自然科学基金，完成1篇博士论文，出版专著1部，申请实用新型专利1项等；项目验收综合评价是6A和8B。重点实验室发展规划的4个研究方向是：江湖治理，防洪减灾，大型水利水电工程关键问题研究，以及流域水土资源保护与利用。

江湖治理；防洪；水利部重点实验室；开放研究基金

1 项目概况

水利部江湖治理与防洪重点实验室依托于长江科学院，2004年通过水利部评审，2006年正式挂牌成立。重点实验室以河流泥沙专业和长江防洪模型项目为基础，涵盖河流泥沙、防洪减灾、水文水资源、水土保持、水力学等学科或专业，主要涉及长江科学院河流、水资源综合利用、水土保持、空间信息技术应用和水力学等5个专业所，下设3个主要研究方向：①江湖治理与水沙资源综合利用研究；②防洪减灾研究；③大型水利水电工程建设对流域防洪及环境生态影响研究［1］。

2007年重点实验室启动第1次开放研究基金项目的申请与资助，“申请指南”明确提出：开放研究基金重点资助本实验室有关学科的基础理论和学科前沿问题、江湖治理和防洪及大型水利水电工程建设中的关键水沙问题的研究。资助范围为：①江湖治理；②防洪减灾；③水资源综合利用；④流域侵蚀、产沙与调控；⑤大型水利水电工程建设对流域防洪及生态环境影响机理；⑥大型水利枢纽工程水力学关键技术［2］。

经过自由申报、同行专家评议、专家评审、实验室核准、院领导批准等系列程序，从29个有效申请项目中批准资助14个，项目第1负责人分别来自武汉大学、四川大学、武汉理工大学、湖北大学、日本株式会社建设技术研究所、清华大学、辽宁师范大学、中国水利水电科学研究院和长江科学院等国内外高校与水利科研单位（表1）。截止2009年底，14个项目全部提交了研究报告与研究成果。2011年12月2日，实验室在武汉对14个资助项目进行了验收与综合评价。

本文首先概述了水利部江湖治理与防洪重点实验室2007年度开放研究基金14个资助项目的主要研究成果与研究进展，然后对14个资助项目进行了验收综合评价，最后初步提出了重点实验室规划的4个研究方向和20个重点研究领域，以供未来申请开放研究基金时参考。

2 主要研究成果与进展

2.1 R2007－01“壤中流对紫色土坡耕地侵蚀产沙及养分流失的作用机理”

2.1.1 研究成果

提交“壤中流对紫色土坡耕地侵蚀产沙及养分流失的作用机理”报告1份，发表学术论文3篇，成功申请国家自然科学基金1项“紫色土坡耕地壤中流养分输出特征及模型研究”项目1项。

2.1.2 研究进展

（1）以南方紫色土为研究对象，以人工模拟降雨为实验手段，研究了壤中流作用下紫色土坡耕地养分输出特征及侵蚀产沙过程。

表1 水利部江湖治理与防洪重点实验室2007年度开放研究基金14个资助项目Table 1 Fourteen projects supported by the open research fund 2007 of Key Laboratory of River Regulation and Flood Control of MWR

（2）阐明了紫色土坡面的产流方式及影响因素，分析了紫色土坡面壤中流总量随坡度、雨强的变化规律，建立了实验条件下紫色土坡面的产流模型。

（3）实验条件下紫色土坡面壤中流养分含量为地表径流养分含量的4.32～63倍，壤中流携带而流失的总氮量占坡面总氮流失量的0.36%～7.82%，表明：控制紫色土坡面磷素流失关键是控制坡面侵蚀产沙。

2.2 R2007－02“含沙水流二维流场B型超声成

像测量技术研究”

2.2.1 研究成果

提交“含沙水流二维流场B型超声成像测量技术研制”报告1份，发表学术论文1篇。

2.2.2 研究进展

（1）研究了基于粒子运动图像的流场信号分析与重建方法，包括缓变流场的图像处理、局部涡流场的图像处理、二维流场的重建方法、针对超声信号特殊性的图像去噪和优化处理。

（2）实验研究了不同水沙条件对成像测量效果的影响，包括流速、沙粒的材质好粒径、含沙量等因素对B超扫描成像效果的影响。

（3）实验研究了粒子跟踪性及其误差修正方法，包括粒子浓度、比重对粒子跟踪流速性能的影响。

（4）以B超扫描成像技术为基础，研制出了一种适合于河工模型含沙水流条件下的二维流场图像采集装置以及相应的信号处理软件，实现了水下流体运动的二维可视化显示与二维流场的自动重建。

2.3 R2007－03“山区卵砾石河流梯级水库变动回水区河床地貌演化试验研究”

2.3.1 研究成果

提交“山区卵砾石河流梯级水库变动回水区河床地貌演化试验研究”报告1份，发表学术论文2篇。

2.3.2 研究进展

（1）采用室内模拟试验研究了U形河流建闸、坝对水库变动回水区水流结构、卵砾石运动特性、河床地貌演化及其冲淤防治措施。（2）弯道上建闸或坝使得弯道不同位置水位变幅产生显著差异，凸岸壅水影响最大。（3）不同流量及壅水条件对弯道水流动力轴线、环流位置及其强度具有一定影响，中部环流强度在弯道各个断面的变化不大，近床面和近水面环流强度则变化显著。（4）河段不同位置床沙粗细化现象极为显著，环流强度较大断面床面冲淤也较为严重，环流强度较小断面床面冲淤也较轻。（5）丁坝群能改变、改善弯道内水流流态与床面冲淤，对于弯道冲淤防治具有较好的价值。

2.4 R2007－04“区域水资源可持续利用SD模拟技术研究”

2.4.1 研究成果

提交“区域水资源可持续利用SD模拟技术研究”报告1份，发表学术论文3篇。

2.4.2 研究进展

（1）给出了可持续发展的三维复合系统概念模型和图解，系统分析了可持续发展三维复合系统的调控和演化机理。

（2）提出了水资源生态经济复合系统的定义、特点、结构和功能，分析了水资源复合系统的耗散结构特征与非平衡演变机制，提出了水资源复合系统的熵的表达式，推导了水资源复合系统的可持续利用机理。

（3）进行了SD模拟模型和动态仿真研究。

（4）以湖北省为例对区域水资源可持续利用SD模拟模型进行了应用研究。

2.5 R2007－05“基于VOF方法的溃坝洪水数值模拟研究”

2.5.1 研究成果

提交“基于VOF方法的溃坝洪水数值模拟研究”报告1份，发表学术会议论文1篇。

2.5.2 研究进展

（1）采用VOF方法跟踪自由表面，湍动模式采用Κ－ε模型，建立了二、三维溃坝洪水波的数值模型。

（2）模拟了二维瞬时全溃坝水流，洪水随时间推进的距离与试验值符合较好，液面演化过程也与前人计算结果吻合较好。

（3）模拟了收缩－扩散渠道干底和湿底的三维瞬时溃坝水流，计算描述了溃坝波的传播及反射过程。

（4）模拟了绕障碍物的三维瞬时溃坝水流，揭示出绕障碍物溃坝水流的基本特征，分析了液面变化过程，观测点水位随时间变化规律，流速分布特点，坝址流量过程，以及溃坝水流对障碍物和剩余坝体的作用力。

2.6 R2007－06“涉河建筑物防洪评价若干基础问题研究”

2.6.1 研究成果

提交“涉河建筑物防洪评价若干基础问题研究”报告1份。

2.6.2 研究进展

（1）通过水槽试验与分析比较，合理地描述了桥墩影响区壅水、跌水、涡旋流等一系列典型的现象，试验结果能够对桥墩附近水流的影响规律进行大致的阐释。

（2）建议不要在码头宽度3倍距离内的上游河道中新建码头，应使两码头间距大于码头宽度的3倍以上。

（3）介绍和运用了2种不同的桥墩概化方法，比较发现了2种不同概化方法的优缺点和适用范围。

2.7 R2007－07“重度富营养化河流治理技术试验研究”

2.7.1 研究成果

提交“重度富营养化河流治理技术试验研究”简要报告1份，发表学术论文4篇，获得专利1项（实用新型专利：复合生态浮岛净水装置），受理专利1项，出版专著1部《清江水污染防治研究》。

2.7.2 研究进展

（1）以武汉市沙湖港为例，探讨了沙湖港富营养化水平和防治对策。

（2）选用浙江缙云产颗粒状天然沸石为材料对氨氮和磷进行吸附动力学和吸附等温试验，考察初始浓度、振荡时间对吸附量、去除率的影响。

（3）研究一种新型的浮岛结构（复合生态浮岛），首次采用陶粒和亲水性矿物纤维作为载体，高羊茅作为浮岛植物，对重度富营养化水进行了处理。

（4）采用上向流生物沸石滤池处理重度富营养化水体，考察了挂膜阶段滤池对浊度、CODCr和TP等的去除效果，重点研究了系统中各形态氮素的变化情况。

2.8 R2007－08“淹没丁坝附近局部冲刷机理的试验研究”

2.8.1 研究成果

提交“淹没丁坝附近局部冲刷机理的试验研究”结题报告1份，发表学术论文1篇，成功申请国家自然科学基金（青年科学基金）“淹没丁坝诱导局部河床变形研究”（51109167）项目1项。

2.8.2 研究进展

（1）分析了影响淹没丁坝局部冲刷的因素。

（2）提出了适用于淹没丁坝的绕流挤压流动模式。

（3）建立了淹没丁坝局部冲深公式，并分析了公式特性与参数。

（4）进行了淹没丁坝水槽试验，观测了淹没丁坝局部冲刷的水流结构、冲刷过程、冲坑形态等，并对公式进行了验证。

2.9 R2007－09“蓝藻收集与分离技术研究”

2.9.1 研究成果

提交“蓝藻收集与分离技术研究”报告1份。

2.9.2 研究进展

（1）研究了蓝藻的分类、细胞特征、繁殖特性、生活习性、在生物链中的地位以及蓝藻的危害、水华形成的蓝藻对环境生态和人类的影响。

（2）研制并优化了适合我国国情的蓝藻高效收集与处理的除藻机，将除藻机与船体结合，研制出了快速处理蓝藻的除藻船，优化了除藻船的整体结构。

（3）进行了多次除藻机、除藻船现场试验，除藻处理后水体中的叶绿素含量降低了约45%，浊度降低了60%左右，含氧量分别降低了50%和44%，各项指数均达到考核目标。

（4）提出了蓝藻无害化分离方案，分析和研究了蓝碎屑的无害分离及后续处理技术。

2.10 R2007－10“水电站多机组进水口水流模拟的研究”

2.1 0.1 研究成果

提交“水电站多机组进水口水流模拟的研究”报告1份。

2.1 0.2 研究进展

（1）建立了高效的水电站进水口三维水动力模型，推导了电站进水口的弱压流方程组，采用二阶精度有限体积法（FVM）与显示MacCormack预测－校正数值格式离散求解，选用Smagornsky子涡模型计算紊动黏度，利用非规则网格的流动标点法计算自由面运动。

（2）模拟了某电站进水口八个进水室水流流场，分析了进水口水流的流速、压力、水头损失及涡量等水力特性，连续性误差能达到0.1%量级，所建立的数模表现出较好的数值稳定性与收敛性。

2.11 R2007－11“挟沙水流三维数值模拟的研究”

2.1 1.1 研究成果

提交“挟沙水流三维数值模拟的研究”成果报告1份，项目负责人依托该项目，完成博士论文“基于天然河道紊动特性的河流数值模拟”，通过了论文答辩。

2.1 1.2 研究进展

（1）分析探讨了天然河道水流的脉动过程、脉动周期、流速的概率分布、紊动强度和雷诺应力及其垂线分布特征、空间相关矩、紊动尺度等紊动特性，以及典型河段的垂线流速分布和雷诺应力分布规律；建立了σ坐标系下的三维数学模型及其计算方法，计算值和实验值符合较好。

（2）采用近似解算子和通量计算方法，通过FVM离散方程和界面法向通量求解，解决了控制单元面两侧U值不同（不连续）问题，采用Frazao溃坝实验进行了检验，模型计算值与实测值较为接近。

（3）分析了螺旋流的物理机理，推导了螺旋流的泥沙输运公式，采用da Silva弯道实验，计算了推移质运动，验证了二次环流对推移质横向搬运的作用。

2.12 R2007－12“南水北调中线工程水量实时调

度方法和模型研究”

2.1 2.1 研究成果

提交“南水北调中线工程水量实时调度方法和模型研究”报告1份，发表学术论文3篇。

2.1 2.2 研究进展

（1）总结了现有调度方案的编制方法，分析了南水北调中线工程的特点，提出了中线水量调度的原则，建立了南水北调中线调度模型。

（2）建立的模型是调出流域和调入流域统一的调度模型，在对南水北调中线跨流域调水区域进行规划的基础上，将实际的流域水系进行了系统概化，属于闭环系统模型。

（3）模型分为丹江口水库可调水量模块和中线工程受水区水量调度模块，模型能较好地按照平衡需求对中线工程的水量调度进行调节。

2.13 R2007－13“基于鱼类保护模拟自然水力形

态和水文情势的水库泄流方式研究”

2.1 3.1 研究成果

提交“基于鱼类保护模拟自然水力形态和水文情势的水库泄流方式研究”报告1份，发表学术论文2篇。

2.1 3.2 研究进展

（1）实地调查和分析确定河道内代表性鱼类维持生存的生态流速和生态水力半径，再根据水力半径与流量之间的关系，估算河流所需生态用量。

（2）方法不仅考虑水生生物对生境的要求，同时因地制宜考虑河流形态、水力坡度、糙率等水力参数对河流流速和流量的影响。

2.14 R2007－14“渭河下游河道主槽断面对洪水水沙响应关系研究”

2.1 4.1 研究成果

提交“渭河下游河道主槽断面对洪水水沙响应关系研究”报告1份，发表学术论文5篇，应用证明1份。

2.1 4.2 研究进展

（1）提出渭河下游河道微淤类型、大淤类型、冲刷类型和萎缩后新变化关系类型等4种泥沙冲淤调整形式。

（2）分析得到了在以渭河来水为主的大洪水、泾河来水为主的大洪水及大含沙量小水等条件下，渭河下游不同河段主槽平滩水位下断面形态的变化特点。

（3）提出渭河大洪水对抑制潼关高程上升具有重要作用。

（4）提出需要加大力度解决渭河下游行洪排沙治理对策研究的建议。

3 综合评述

表2汇总给出了水利部江湖治理与防洪重点实验室2007年度开放研究基金14个资助项目的主要研究成果与验收综合评价。主要包括：①全面完成项目任务书的研究内容，提交成果报告14份；②发表论文25篇，部分论文已被刊物录用；③成功申请2项国家自然科学基金，完成1篇博士论文，发表专著1部，成功申请实用新型专利1项等；④项目验收综合评价为6A和8B。

表2 水利部江湖治理与防洪重点实验室2007年度开放研究基金主要研究成果与验收综合评价Table 2 Achievements and evaluation of projects supported by the open research fund 2007 of Key Laboratory of River Regulation and Flood Control of MWR

图1 水利部江湖治理与防洪重点实验室发展规划（2009—2020年）Fig.1 Planning for the development of Key Laboratory of River Regulation and Flood Control of MWR（2009—2020）

4 重点实验室发展规划

水利部江湖治理与防洪重点实验室2007年度开放研究基金14个资助项目的研究到达了预期目的，较大地提升了重点实验室与项目申请人的科研能力与学术水平。为了更好地开展开放研究基金的未来申请，依据长江科学院“长江水利委员会长江科学院实验室建设专项规划（2009—2020年）”［3］，本文列出了重点实验室发展规划的4个研究方向和20个重点研究领域（图1），以供参考。

5 结 语

水利部江湖治理与防洪重点实验室2007年度开放研究基金资助了14个项目，主要研究成果包括：提交成果报告14份；发表论文25篇；成功申请2项国家自然科学基金，完成1篇博士论文，发表专著1部，成功申请实用新型专利1项等；项目验收综合评价是6A和8B。研究到达了预期目的，较大地提升了重点实验室与项目申请人的科研能力与学术水平。列出的水利部江湖治理与防洪重点实验室发展规划的4个研究方向和20个重点研究领域可供未来申请开放研究基金时参考。

［1］ 长江科学院.水利部重点实验室“水利部江湖治理及防洪重点实验室”申请书［R］.武汉：长江科学院，2003.（Yangtze River Scientific Research Institute.Proposal for Application of the Key Laboratory of River Regulation and Flood Control of MWR［R］.Wuhan：Yangtze River Scientific Research Institute，2003.（in Chinese））

［2］ 长江科学院.水利部江湖治理与防洪重点实验室开放研究基金项目2007年度申请指南［R］.武汉：长江科学院，2007.（Yangtze River Scientific Research Institute.Guideline for Application of Open Research Fund 2007 of the Key Laboratory of River Regulation and Flood Control of MWR［R］.Wuhan：Yangtze River Scientific Research Institute，2007.（in Chinese））

［3］ 长江科学院.长江水利委员会长江科学院实验室建设专项规划（2009—2020年）［R］.武汉：长江科学院，2009.（Yangtze River Scientific Research Institute.Special Planning for Development of the Key Laboratories of CRSRI（2009—2020）［R］.Wuhan：Yangtze River Scientific Research Institute，2009.（in Chinese） ）

（编辑：周晓雁）

Overview on Year 2007 Open Research Fund of Key Laboratory of River Regulation and Flood Control of MWR

DONG Yao-hua，ZHOU Ruo，LU Jin-you
（Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）

Achievements and progresses of14 projects supported by the open research fund 2007 of the Key Laboratory of River Regulation and Flood Control of the Ministry ofWater Resources（MWR）are overviewed respectively and evaluated comprehensively.Four research orientations and 20 key research domains are planned for the development of the Key Laboratory.Main achievements of the 14 projects include 14 research reports，25 published papers，2 research projects ratified and funded by the Natural Science Foundation of China，1 disssertation for PhD candidate，1 published book and 1 patent for utilitymodels.Among the 14 projects，6 are evaluated as first grade and 8 second grade.The research orientations planned for the Key Laboratory are river regulation，flood control and relief，key issues for large-scale water resources and hydropower projects，and protection and utilization of basin water and soil resources.

river regulation；flood control；key laboratory of MWR；open research fund

TV8

B

1001－5485（2012）12－0121－06

10.3969／j.issn.1001－5485.2012.12.025 2012，29（12）：121－126

2011－11－07；

2012－02－23

董耀华（1966－），男，湖北蕲春人，教授级高级工程师，主要从事水力学及河流动力学研究，（电话）027－82820010（电子信箱）dong＿yh04＠hotmail.com。