乘风破浪 逐梦江河
——写在水资源工程与调度全国重点实验室成立20年之际

2024-01-16 12:27董云霞
科学中国人 2023年12期
关键词:水资源实验室工程

特约通讯员 蔡 瑞 董云霞

水资源工程与调度全国重点实验室

二十载开拓创新,二十载笃行不怠。2023年,是水资源工程与调度全国重点实验室(以下简称“实验室”)踔厉奋发、勇毅前行的第20个年头,也是实验室在原水资源与水电工程科学国家重点实验室基础上获批重组建设的开局之年。

二十年筚路蓝缕,实验室在水资源开发利用与水电工程安全高效运维等方面取得系列重要成果,荣获22项国家级科技奖励,300多项省部级奖励;二十年奋楫江河,实验室始终聚焦国家重大需求,为三峡、南水北调等国家重大水利工程建设作出了突出贡献;二十年钟灵毓秀,实验室孕育院士、国家杰青、长江学者等国家级人才92人次……历经一代代水利人的艰苦奋斗、集智攻关,一卷卷治水锦绣华章正徐徐展开。

胸怀国之大者,书写治水峥嵘岁月

山河为证,岁月为名。在治水兴邦的奋斗历程中,实验室应国家所需,跨越世纪逐渐酝酿而成。

中华人民共和国成立初期,百废待兴、江河泛滥,党和政府高度重视江河治理和水利工程建设,先后发出“要把黄河的事情办好”“一定要根治海河”等伟大号召。1952年,原武汉大学水利学院应运而生,旨在为国家培养急需的高层次水利人才。

为加强水利水电关键技术攻关,1996年,原电力工业部在学校建设了“农田水利与水环境”“工程泥沙”“水电站过渡过程与控制”3个部级重点实验室。几经变革发展,21世纪初,3个部级重点实验室整合为水资源与水电工程湖北省重点实验室,成为实验室的早期雏形。

2003年,面向水资源战略与水电工程建设等国家需求,依托原武汉大学水利学院国家重点学科“水利水电工程”和“水文学及水资源”等优势学科,整合水资源与水电工程湖北省重点实验室及各类科研资源,武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室正式获批立项建设。

实验室老一辈专家学者秉承为国为民初心,把科研的根扎进江河,脚步遍及国内几乎所有大型水利水电工程,在治水历史上留下了浓墨重彩的一笔。

1981年,葛洲坝三江航道冲沙闸首次启闸冲沙,仅用12小时便清除了淤积在引航道上的300多万立方米泥沙,“静水过船,动水冲沙”的方案获得巨大成功。这一成功的背后是张瑞瑾教授、谢鉴衡教授领衔的科研团队对江河泥沙治理的执着与坚定。他们的研究成果泽被深远,还推动丹江口水库、三门峡工程、三峡大坝等水利工程的建设,为黄河长江泥沙治理作出了重要贡献。

1997年收到当选院士的通知时,74岁高龄的张蔚榛教授正奔波在新疆、甘肃等地的农村、牧区。他带领团队发展地下水资源评价理论和计算方法,科学阐述地下水资源的概念,研究水盐均衡和土壤盐碱化的治理等问题,在农田排水、渗流计算、土壤水与地下水动力学、盐碱地改良等方面取得了大量开拓性的研究成果,把心血献给大地是他一生的真实写照。

为了念好“高效省水,持续高产,有利生态环境,与其他农业技术合理配合”的“节水经”,茆智教授默默深耕于节水灌溉理论研究与技术开发,早在1992年至2001年,其成果便已在河北、湖北、广西、宁夏等地推广应用,在保证粮食稳定增产的基础上节水13亿立方米,创造出可观的社会经济效益。立足国之所需,他提出以“四道防线”为核心的农业面源污染高效削减技术,有力推动了传统水利向生态水利转型。

贤才辈出,躬身奋进。叶守泽教授、冯尚友教授领衔的水文水资源团队,率先开展暴雨洪水非线性理论与方法的研究,在水库调节计算、暴雨洪水、水资源系统工程的理论与应用研究方面取得丰硕成果。水电工程导截流专家肖焕雄教授创建中国施工水力学方向,不但攻克三峡工程导流明渠截流难题,许多研究成果还在大江截流蓄水过程中得到应用验证,在滔滔流水间写就了华彩篇章。

实验室主任李典庆教授

奋战水利疆场,续写科研报国之志

中流击水,奋楫者进。在党和国家的领导下,夏军、谈广鸣、卢文波、李典庆等历届实验室主任传承老一辈科学家精神和水利精神,带领实验室锚定国家大战略,聚焦水利水电重点领域,在原始创新、核心技术攻关、成果推广与应用等方面不断实现新突破,形成一系列标志性研究成果。

聚焦水资源系统演变,探索攻坚复杂机理。实验室针对变化环境下径流形成与转化的基础科学问题开展研究,发现了径流形成与转化的非线性机理,在全球60多个不同气候区的代表性流域验证,较线性系统理论预报精度平均提高45%。成果为实验室主持建设的重大科技工程项目“流域模拟器”提供理论支撑,已成功应用于长江、黄河、淮河流域水资源规划及应对气候变化的水工程群适应性管理等方面,产生了显著的社会经济效益。此项成果获国家自然科学奖二等奖、湖北省科技进步奖特等奖。主持该项目的夏军院士也获得国际水文科学奖Volker奖章、国际水资源与环境研究终身成就奖及全国创新争先奖等重要奖项。

立足水资源配置工程,服务保障水利建设。实验室围绕水资源配置工程建设运行全过程中的安全保障问题,提出岩体渗流-变形多场多相耦合理论,建立水资源配置工程全周期性能评价与风险防控技术体系,研制施工运行全过程性能评价与安全控制分析平台;提出多箱梁式预应力新型渡槽设计理论与施工方法,建立南水北调超大型输水渠系控制理论及冰期安全调控方式。研究成果成功应用于南水北调中线工程,三峡、锦屏一级、白鹤滩、溪洛渡、乌东德等重大水利水电工程,为水资源配置工程的安全高效运行提供了重要技术支撑。此项成果获国家科技进步奖特等奖、国家科技进步奖二等奖、湖北省科技进步奖一等奖、国际岩土工程安全学会突出贡献奖等科技奖励。

锚定水资源综合调度,优化加强水资源利用。实验室围绕巨型水库群防洪兴利调度和水电站蓄能调控,发展水库群汛期运行水位动态控制技术,创建水库群汛末蓄水时机及蓄水方式的联合优化方法,发明基于近似最优解的柔性调度技术,解决巨型水库群洪水资源调控与水资源综合调度难题;提出水-机-电耦合过渡过程理论与方法,解决了危及水电站安全运行及电网稳定的关键技术难题。成果应用于长江上游40余座巨型水库群,以及三峡、乌东德、向家坝、溪洛渡、白鹤滩等60余座大型水电站和30余座抽水蓄能电站,300万千瓦级以上水电站应用率85%,取得了巨大的社会经济效益。此项成果获国家科技进步奖二等奖、湖北省科技进步奖特等奖、一等奖等科技奖励。

此外,实验室参与研制全球首颗K a频段、高分辨率S A R卫星,实现天空地一体化智能水利感知;“冲积通航河道整治理论和关键技术”研究,破解了长江中下游2000余公里河道整治与防洪、航运及环境保护间的矛盾;灌区现代化及智慧化平台关键技术,在20多个大型灌区中得到应用并推广至柬埔寨等东南亚国家;“水利工程-自然复合生态系统结构化过程”研究,努力实现中华鲟等濒危生物种群重建,为长江流域生态环境保护提供支撑。

点滴汇聚,以成江河。今天,站在二十周年之际回望过去,实验室已从起步中站立,在苦干实干、与时偕行的拼搏中壮大,取得了全方位发展,打造了亮丽的名片。

二十年来,实验室致力于服务国家重大科技任务和重大工程项目,主持承担国家级、省部级项目和重大工程项目合计1500余项,包括国家“973”计划项目、国家自然科学基金重大项目、国家重点研发计划项目等重大科技项目15项,重点、重大工程项目300余项。

二十年来,实验室始终坚持高质量学术研究,密切跟踪国内外研究热点,引领国际学术前沿,产出高水平学术论文2600余篇,二区及以上《科学引文索引》(S C I)论文数量占比达50%,《自然》(N a t u r e)系列论文持续涌现;出版学术专著170余部;参与编制国家标准规范6部、行业标准规范30部;授权国内国际发明专利540余项。

二十年来,实验室始终贯彻“人才是第一资源”的理念,在创新实践中发现、培育、凝聚人才,形成以院士、全国工程勘察设计大师领衔的国家级人才梯队68人,打造省部级以上创新团队15个。2022年,实验室10人入选水利工程学科“中国高被引学者”榜单;2023年,实验室49人次入选全球前2%顶尖科学家“生涯影响力榜单”和“年度影响力榜单”;近日,周创兵教授当选中国工程院院士,张橹教授当选美国地球物理联合会(AGU)会士。

二十年来,实验室加强对外交流,推进高水平国际合作,依托两个“111”引智基地,探索国际合作多元模式,与知名研究机构和大学共建4个国际联合中心,与9个国家和地区16所高校与科研机构签订合作协议,与15个国家和地区38所高校与科研机构开展合作研究。设立联合国教科文组织“亚太地区水-粮食-环境关联关系”教席,为国际社会提供中国经验和中国智慧。

二十年来,实验室积极响应“一带一路”倡议,成立武汉大学水利水电学院国际水利水电研究中心,与尼泊尔加德满都大学共建喜马拉雅水电研究中心,为沿线国家培养一批水利科技人才,并提供解决水利水电工程问题的“中国方案”。实验室获批全国科学家精神教育基地和省部级科普教育基地,广泛开展科学家精神教育活动和科普教育活动,传承红色基因,厚植家国情怀。

为国服务没有止境,创新之路道阻且长。一张张成绩单的背后是勇于实践的必然结果,也是善于创新的生动诠释。正是基于实验室一次次有组织地深入水利科研的荆棘丛苦干实干,以全球视野谋划高层次国际交流合作,才迎来科研获奖捷报频传、技术硕果缀满枝头的景象。

深化重组变革,奏好新时期水之交响

和合通变,协作共赢。2023年,为更好服务“长江经济带发展”“黄河流域生态保护和高质量发展”等国家战略,科学支撑“空间均衡”的国家水网建设,在国家重点实验室重组的大背景下,实验室整合优势科研力量,与长江设计集团联合组建“水资源工程与调度全国重点实验室”,开启“政-产-学-研-用”高水平融合发展新征程。

实验室将充分发挥校企联合优势,打通理论创新、技术研发与工程应用的壁垒,建成国际一流的水资源系统演变理论原始创新策源地、水资源配置工程与综合调度技术的研发高地、创新人才汇聚地及国际合作交流基地,打造水资源领域的国家战略科技力量。

风劲帆满图新志,乘风破浪奋进时。未来,水资源工程与调度全国重点实验室将继续奋发向上,服务国之所需、民之所求,用科技为碧水清流护航,奏好新时期的水之交响。

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