三峡工程河库系统生境演化规律及水沙适应性调控

  • 获奖名称: 三峡工程河库系统生境演化规律及水沙适应性调控
  • 获奖等级: 一等奖
  • 获奖类别: 湖北省科学技术奖（科技进步奖）
  • 授奖单位: 湖北省人民政府
  • 完成单位: 长江水利委员会长江科学院、长江水利委员会水文局、水利部中国科学院水工程生态研究所、中国科学院水生生物研究所、生态环境部长江流域生态环境监督管理局生态环境监测与科学研究中心、清华大学、中国长江三峡集团有限公司、中国环境科学研究院、中国水利水电科学研究院、武汉大学
  • 获奖年度: 2022
  • 获奖人员: 杨文俊、王洪铸、汤显强、许全喜、陈永柏、李丹勋、陈小娟、娄保锋、夏军强、黄国鲜、曹慧群、黄仁勇、赵伟华、李思璇、郭辉
  • 成果简介:本项目属于水利工程技术领域。三峡建坝后，河库系统的水流运动、泥沙输送与水热分布迥异于 天然河道状态，水库及下游干流河段重要物理生境塑造演化、关键污染物输送格局调整、典型水 生生物栖息繁衍再适应与特征水沙因子流域性演变的响应机理仍不清晰；大水深柱状淤积物取样 、高水压泥沙干容重观测、极细颗粒泥沙紊动絮凝和水沙输送高精度模拟等测验设备与模型方法 短板突出，严重制约了河库系统水沙过程的精确测算；面向河道生境改善与促进典型鱼类自然产 卵的三峡工程水沙调控方案不够优化，适应性较差，参数不够精准，调控技术有待工程验证与创 新突破；共抓长江大保护和全面推行河湖长制形势下，水库及下游河道水沙输送与水生生境保护 条块分割明显，工程调控与流域管控融合乏力，流域、区域与部门协同的水生生境协同保护模式 与工作机制亟待变革破局。 本项目跳出三峡看流域，跳出要素看系统，由水生生境保护推动水生态系统保护，变局域水沙工 程调控为流域水沙适应性协同管控，进而促进三峡工程河库系统水沙输送与水生生境的流域整体 性大保护。项目在水利、环境与生态领域10家优势科研单位的长期联合攻关下，依托200余项国际 、国家级和省部级科研专项、重大工程科研项目、重要流域规划和河湖保护管理市场项目，在系 统梳理和深入分析三峡建库前后水文、泥沙、水质和典型水生生物等长序列权威监测数据的基础 上，围绕三峡工程河库系统生境演化规律及水沙适应性调控，通过数据归因、模拟试验、模型开 发、设备研制、理论推导和政策研究等方法，取得了如下创新成果： （1）揭示了三峡工程蓄水后河库系统水沙因子的流域性演变特征。取得了坝前水流紊动强度大 ，坝下河道同流量下枯水位下降显著，水库泥沙呈“藕节状”主槽淤积，坝前极细颗粒泥沙紊动 絮凝，下游河道输沙锐减和悬沙粒径沿程粗化，水库与下游河道年均水温普遍上升，以及宜昌站 年内水温高于20℃的首次出现时间推迟19天左右等新认识。 （2）建立了物理生境塑造、污染物输送和典型水生生物栖息繁衍对特征水沙因子流域性演变的 响应关系。构建了断面平滩河宽与水流冲刷强度、河库系统颗粒磷与含沙量的数学关系；建立了 底栖动物、浮游植物和湿生植物分布与流速、水位和水温的定量响应关系；提出了适宜产黏性卵 鱼和产漂流性卵“四大家鱼”自然繁殖的临界水位消落速率、持续涨水天数和洪峰间隔天数等参 数。 （3）研发了300m级大水深柱状淤积物取样、150m级高水压泥沙干容重观测和极细颗粒泥沙紊动 絮凝沉降等测验设备；自主开发了河库系统水沙输送高精度模拟与快速预判数学模型；研发并连 续10年工程实践优化了促进产黏沉性卵鱼类和“四大家鱼”自然产卵，以及面向下游汛期高效生 态“补沙”的水位、流量与泥沙调控关键技术；实现了三峡工程河库系统的水沙精准测验、计算 与调控。 （4）构建了三峡工程河库系统水沙输送与生境保护协同管控模式。提出了面向河库系统重要物 理生境保护的生态流量保障、泥沙禁采区（期）与生态岸线划定方案；构建了流域管理机构+省级 “河长办”的生境协同保护模式，创新了流域统筹、区域协作与部门联动的流域水沙输送与生境 保护协作机制，推动三峡河库生境保护由“一河多策”“一段一策”转为“一河一策”。 成果支撑了三峡工程河库系统生态流量、河道采砂、岸线保护等7项规划及《水库水文泥沙观测规 范》等4部标准编制；三峡流量调度对坝下“四大家鱼”近十年繁殖规模的平均贡献率达到 30%，沙峰调度的水库排沙比最高达到蓄水以来三峡水库平均排沙比的2.4倍，有力地减缓了下游 河道冲刷的生境影响；形成了《长江保护法》框架下流域机构+省级“河长办”的水生生境协同保 护管理模式，入编了国际流域管理手册《Handbook of Catchment Management (Second edition)》 ，《长江保护法》和“十年禁鱼”。 项目授权国际国内发明专利52项，实用新型专利22项；获软件著作权10项；发表SCI、EI和核心 期刊论文分别为145篇、117篇和151篇，出版著作16部。成果应用于国内外100余座大型水库和重大 工程以及长江流域500余条河湖，累计创造经济效益超过35亿元，培养了一批生态水利优秀人才 ，多人入选国家“万人计划”“水利领军人才”“水利青年科技英才”“湖北省有突出贡献中青 年专家”“全国水利系统先进工作者”。