水利部水沙科学与江河治理重点实验室

2017-12-22

  水利部水沙科学与江河治理重点实验室成立于2004年6月,依托单位为中国水利水电科学研究院。

  实验室定位是:围绕国家发展战略目标和水利部中心工作,面向国际竞争,瞄准水沙学科发展前沿,针对江河治理和水利水电工程建设的实际需求,开展基础理论和应用基础研究,提高水利科技水平,解决重大关键性技术难题,促进人才培养、学术交流、学科发展。

  主要研究方向包括:泥沙运动力学与河床演变基础理论;流域水沙资源优化配置理论与技术;与生态环境协调发展的江河治理技术;江河湖库和河口海岸模拟技术;生态节水和可持续发展的水保技术;大型水工建筑物泄洪安全理论与新技术;河流湖泊综合治理及水景观设计和技术;调水工程中水力控制与计算仿真技术。

  近五年来实验室围绕国家水利重大需求,在支撑大江大河治理、大型水利枢纽建设、基础理论研究等方面取得多项重大突破。

  (1)泥沙、核素、温排水耦合输移关键技术及在沿海核电工程中应用

  建立了核电工程中泥沙、核素、温排水耦合输移的理论与方法;提出物理模型设计方法以及变态率的合理取值范围;研发了可反映温排水近区初始掺混稀释特性和远区随潮输运规律的近、远区耦合模型;提出了远排差位式、远排分隔式及混合式取排水布置方法和适用条件。成果获得2017年国家科技进步二等奖。

  (2)长距离输水工程水力控制理论与关键技术

  提出了长距离输水工程水力控制理论体系,提出了基于非恒定流图论的大型输水工程数字仿真的理论及方法,发明了长距离输水工程水力控制的五项新技术,成果已在我国多项大型调水工程中得到应用,社会救济效益显著。成果获得2016年国家科技进步二等奖。

  (3)三峡水库和下游河道泥沙模拟与调控技术

  揭示了三峡水库大水深强不平衡泥沙运动规律,解决了影响水沙数学模型精度的瓶颈问题,大幅提高了模拟精度;提出了入库泥沙预测模式及新水沙系列,预测了三峡水库淤积与下游河道冲刷的趋势,保障了有效库容长期运用;研发了三峡水库泥沙调控与多目标优化调度技术,优化了“蓄清排浑”运用方式,为三峡工程高效运行提供了科技支撑。成果获得2017年大禹水利科技特等奖。

  (4)大型水利枢纽下游河型变化机理与调控

  首次提出了河型变化的边界约束方程,建立了河型河势变化水沙数学模型;提出了天然河道河型相互转化的基本模式;揭示了大型水利枢纽修建后下游河道的河型变化机理,建立了河型变化的综合判别指标;预测了典型大型水利枢纽下游河型变化趋势并提出综合整治和调控措施。成果获得2013年大禹水利科技一等奖。

  (5)研发了冰水情一体化量测技术和防凌爆破技术

  突破了空气-冰-水-河床联测难题开发了新型的冰水情一体化雷达,可广泛用于江、河、湖、库及调水明渠冬季的冰厚、水深连续测量及冰塞冰坝的探测,为冰塞冰坝冰凌洪水防控提供有效测量手段,也为冰情预报和爆破提供基础数据支撑;提出了防凌爆破的可靠方法和关键技术,建立了表达黑龙江冰凌爆破中冰盖厚度、冰下水深、炸药用量同爆破坑半径之间关系的公式。新公式预报的爆破坑半径值和实测值平均相对误差在8.5%以内。

  (6)淮河蚌埠以下河道治理研究取得突破

  发现了淮河干流河道第二造床流量远大于平滩流量,从机理上解释了通过疏浚来降低洪水位不仅可能,而且效果可以长期保留,淮河治理思路和措施取得重大创新突破;在现有治淮措施基础上,再实施蚌埠至浮山河段疏浚,可使蚌埠以下干流洪水位显著下降,100年一遇洪水基本不用蓄滞洪区,淮河洪水问题可望根治。

  (7)建立非均匀不平衡输沙理论体系

  提出了床面非均匀沙运动四种状态的转移条件,导出了16种转移概率,统一了推移质与悬移质运动理论;粗细沙交换揭示河床演变普遍规律,首次提出了交换粗化,突破了粗化只存在于冲刷的传统观点,类似成果在国外未见报道;导出了平衡与不平衡条件下恢复饱和系数的表达式,能解释一些过去难以解释的复杂现象,澄清了长期争论;建立了统计理论挟沙能力的理论体系,证实并解释了挟沙能力多值性,开创了挟沙能力研究新途径;推导了复式断面水深平均流速和含沙量的横向分布表达式,解决了河道滩槽水沙交换和冲淤变形难以精确模拟的技术难题。

  近五年来实验室获国家科技进步奖二等奖2项:长距离输水工程水力控制理论与关键技术(2016年),泥沙、核素、温排水耦合输移关键技术及在沿海核电工程中应用(2017年);大禹水利科学技术特等奖1项:三峡水库和下游河道泥沙模拟与调控技术(2017年)。

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