张永勇：让水利工程与河流和谐共处

本刊记者 刘昊林

张永勇：让水利工程与河流和谐共处

本刊记者 刘昊林

专家简介：

张永勇，中国科学院陆地水循环及地表过程重点实验室生态水文与水环境研究室副研究员、硕士生导师。国际水文科学协会（IAHS）会员、国际水资源协会（IWRA）会员、国际水利工程研究学会（IAHR）会员。1981年8月生。2003年毕业于华东交通大学获工学学士学位；2008年毕业于武汉大学获水文及水资源专业工学博士学位。2008～2010年期间，在中国科学院地理所从事自然地理方向的博士后研究；2009～2010年期间，在澳大利亚格里菲斯大学从事生态水文方面的博士后研究；2010年7月留所任助理研究员；2011年12月晋升为副研究员。在国内外学术期刊上已发表论文60余篇，其中SCI论文28篇；出版专著2部；获软件著作权7项。论文获评2010年度中国百篇最具影响国际学术论文、中国自然资源学会2012年学术年会青年优秀论文。2014年入选中国科学院青年创新促进会会员。

如果问水利工程，特别是闸坝，会产生哪些好处？你可能会数出很多，像防洪排涝、拒咸蓄淡、浇灌供水、通航养殖、景观娱乐等。然而，事有利弊，水利工程也并非十全十美。不合理的调度会对河流生态环境产生不利的影响，如：河道淤积，降低河流蓄洪能力；阻断鱼类洄游通道，导致生物多样性退化；水体自净能力降低，加剧水体污染等。

如何评估多闸坝工程对流域水文及水环境的影响？如何刻画多闸坝流域闸坝调度规则与水文水质过程的作用关系、实现流域尺度三者的耦合……张永勇的工作就是在回答这些问题。出生于1981年的他，希望能够脚踏实地，将多闸坝流域与水相关的研究做专、做精、做出特色，更好地为多闸坝流域综合管理和治理等献智献策。

在不断攻关中成长

2003年9月，张永勇在武汉大学水利水电学院开始硕博连读的学习生涯，攻读环境工程专业硕士、水文水资源专业博士。那时，他主要研究方向是城市化地区水资源承载力。几乎同一时间，在导师夏军教授指导下也开始开展多闸坝重污染流域，尤其是淮河流域的系列研究。“淮河流域是我国水利工程密度最大的流域，我又对水环境问题很感兴趣，于是，在博士时期，一直研究流域闸坝工程的水文水环境效应等。”张永勇说。

“机缘巧合”，张永勇这样形容当年的际遇。短短3年，他以技术骨干的身份参与数个国家级或省部级项目。到2008年在中国科学院地理科学与资源研究所做博士后时，他已经从“技术骨干”升格为“项目负责人”，主持第44批中国博士后科学基金以及第三批博士后特别资助，均关注多闸坝流域水文和水污染问题。并在2010年作为博士后获得“多闸坝重污染流域闸坝群水文及水环境效应量化研究”国家自然科学基金青年基金的资助。张永勇主要以淮河中上游流域为研究区，以沙颍河、涡河、洪汝河及南部山区水系闸坝群为研究重点，在之后的3年中，提出了以水系为单元量化闸坝群水文水环境效应的新思路，并深入分析了主要水系闸坝群效应。以该项目为基础，他发表SCI论文5篇、出版专著1部、获软件著作权2项，超额完成各项考核指标。他也在该项目过程中从中国科学院陆地水循环及地表过程重点实验室博士后成长为副研究员，并在2013年获得国家自然科学基金青年—面上连续资助项目，开展“多闸坝重污染河流水量水质演变及其生态效应量化”的研究。

到目前为止，他已经在国内外地学水文水资源方向重要期刊中发表论文60余篇（SCI28篇），其中，以第一或通讯作者共发表SCI15篇、CSCD14篇；截止到目前，SCI引用303次，他引217次；此外，还出版专著2部，获软件著作权7项。

放眼淮河之外

中国是全球闸坝最多的国家。这也意味着，闸坝建设是利或弊，尤为重要，其影响效应已经成为河流开发利用必须回答的关键问题，也是环境水文与水利学的热点研究方向之一。

早在2011年，张永勇就在一篇文章中指出，闸坝调控对不同时间尺度的径流过程影响显著。那么，到底闸坝等水利工程对径流情势、污染过程和河流生态系统的作用机制是怎样的？他十分关注这一问题，并在后来通过机理实验和野外观测发现，闸坝对流速和水质的调控能力均与闸门的相对开度和上游来水量成反比，科学解释了汛期闸坝防洪调度和非汛期突发性水污染事件发生的原因。淮河流域闸坝不合理调度引发的突发性水污染事件大多发生在汛前第一场洪水时期，直接原因在于污染源超标排放、闸坝建设和不合理调度，而流域中上游大面积强降雨事件只是主要触发因子。进一步地，为更好地分析人类活动和气候变化多重影响下复杂流域的水循环过程，他构建了流域水循环—环境生态水系统模型（HEQM）。与国内外广泛使用的SWAT相比，HEQM包括水文循环、作物生长、生物地球化学等8个模块，适用性更强；将水和营养源两大同时发生、相互联系的循环作为联系与水相关过程的重要纽带，过程耦合机制更为合理。同时，还具有土壤营养物质转化过程细致等优点。更重要的是，HEQM将我国的闸坝调度规则耦合到模型中，使得闸坝泄流过程刻画更适用于中国。事实上，在多闸坝重污染流域（淮河流域）水量水质模拟中，他和团队就以HEQM和SWAT模型做了对比。其中，前者在径流和水质浓度模拟精度方面有显著提高。这一模型获得水资源一区期刊（Hydrology and Earth System Sciences）审稿人的高度评价。

此外，在水利工程的径流情势和水质效应量化研究上，他建立了基于径流情势、污染贡献的闸坝效应评估指标体系，并将国际上广泛应用的环境流量分析方法引入研究，提出了流域尺度“耦合—分离—聚类—调度”闸坝群效应与应对的系统分析方法，为客观认识水利工程的综合效应提供了新的思路，对水利工程联合调度和水资源合理配置提供了理论依据，也为其他环境变化因素（如气候变化）对径流情势—水质的区域影响评估提供了方法借鉴。

或许经历使然，张永勇的研究中，淮河流域占据了相当大的比例。但他的眼光从没有局限于淮河。其实，HEQM模型就被应用到深圳饮用水源地等多闸坝控制流域水量水质耦合模拟与调控上。而“新安江、潮白河上游以及太湖典型农业小流域非点源产污的区域特征”“海绵城市试点雨洪模拟与低影响开发措施优化”和“气候变化对河西走廊径流情势影响”等研究中，也有效运用了该模型为技术手段。他的研究得到了同行的肯定，以第一作者发表在Water Resources Management 的SCI论文被评为2010年度最具影响的国际学术论文。

从“淮河+”到“学科+”，张永勇的路越走越宽广。他却谦逊地表示，自己充其量算是技术性创新或应用性创新，理论性创新还有待加强。“现在国际上提出了‘未来地球计划’，要打破学科壁垒去做综合性研究，这是一个趋势。”他时刻保持着警醒，希望在学术交流和学科碰撞中发现问题，引发新的思路，让研究得以升华。现在，他在水利工程对水环境的影响上已经积累了丰富的经验，接下来的科研生涯中，会对水生态抱以更大关注，同时在评估模型上精益求精。人生如逆水行舟，不进则退。在张永勇看来，科研亦如此，“一个人的成功是要99%的汗水加1%的灵感”，他的态度就是“要勤奋前行”。