江湖冲积过程联动机理与关键调控技术

  • 获奖名称: 江湖冲积过程联动机理与关键调控技术
  • 获奖等级: 二等奖
  • 获奖类别: 国家科学技术进步奖
  • 授奖单位: 国务院
  • 完成单位: 武汉大学、长江水利委员会长江科学院、三峡水利枢纽梯级调度通信中心
  • 获奖年度: 2011
  • 获奖人员: 李义天、谈广鸣、卢金友、袁杰、谢鉴衡、孙昭华、邓金运、姚仕明、张为、胡晓勇
  • 成果简介:项目背景情况 长江水沙丰沛，荆江洞庭湖区是流域的重要泥沙沉积区，水旱灾害频繁、三口断流严重、碍航浅滩众多。呈网状水系连通的江湖之间水沙交换频繁，冲积动力过程复杂程度居世界河流之首，除具其他江湖系统共性之外，还表现出蓄泄关系随江湖冲於变化而调整，局部冲淤调整导致整体水沙分汇变化，整体格局调整使各种河型单元演变特性发生变化的冲淤联动效应。不同水利工程造成的冲积过程调整，不仅导致工程自身特性发生变化，甚至适得其反，而且由于冲积过程联动造成其他工程难以正常运行。本项目依托国家973计划、国家科技支撑、国家自然科学基金等50余项纵横向科研项目，历经20余年系统研究，揭示了江湖冲积过程联动机理，提出了江湖冲积过程联动模拟技术以及适应冲积过程调整的综合调控技术，在河流模拟、防洪、航运及水库调度等方面首创了具有推广价值的关键技术。 主要技术创新 （1）揭示了江湖冲积过程联动机理及其对流域水沙变化的响应机制，提出了江湖系统冲积状态转换的临界条件，解决了江湖治理及工程运行的理论难题。 （2）提出了河网非恒定水沙控制方程组的汊点分组解法等，提出了阻力、挟沙力沿河宽分布模式及适应复杂边界的数值格式，研制了能同时满足水沙输移动力主要相似条件的模型沙及高精度自动测控试验系统，数值与实体模拟技术结合，突破了复杂冲积水系内自然过程和工程效应均难以模拟的技术瓶颈。 （3）建立了堤垸溃决展宽、蓄滞区内外水沙联通模式，实现了蓄洪区及进出流口门与河道水沙输移离散方程形式的同化，解决了不同蓄滞洪区运行后江湖水沙输移变化特征无法判断、分洪效果无法定量判别的难题，在1995年以来的历次防洪预案制定中应用。 （4）综合水库及河道整治工程等造成的水沙过程及河床变形动态调整特点，提出非平衡条件下冲积型浅滩整治原则，实现了水沙过程突变前后不同类型河段航道治理的平顺衔接和汛枯期平稳过渡，取得了良好的整治效果。 （5）揭示了水库泥沙淤积纵剖面调整的临界现象，提出了泥沙淤积及碍航浅滩变化的查询与插值方法，实现了水库水沙联合优化调度，于2002年提出的优化蓄水方案，经三峡水库175m试验性蓄水实践，有效协调了防洪、发电、航运及用水之间矛盾，2008~2010年三年累计增加发电效益16.73亿元。 推广应用情况 该项目获授权发明专利和实用新型专利2项（ZL200510018815.3、ZL 200520096584.3）；出版专著3部，发表学术论文200余篇，其中被三大检索收录百余篇，成果被中国科学引文数据库它引600次，CNKI中国引文数据库它引1380次，单篇最高被它引88次；水流挟沙力级配计算方法等研究成果早在1989年即被中国水利学会泥沙专业委员会列入了《泥沙手册》等相关规范，在泥沙工程实践中得到了广泛应用；新型塑料模型沙、平面二维泥沙模型关键技术、河网非恒定流解法等成果被国内多家机构应用于多个流域的科研设计工作中，经受了实践的检验，为多个重大工程提供了重要支撑。项目研究成果自上世纪90年代已在长江上中游防洪、河道整治及涉水工程建设等方面发挥了重要作用，近三年创造发电等方面经济效益9.8亿元，多项技术也在淮河、海河、珠江、钱塘江、松花江、辽河等流域广泛应用，社会效益巨大，推动行业科技进步明显。