国家自然科学基金---泥沙学科发展的助推器.pdf

刘兴年刘兴年 水力学与山区河流开发保护国家重点实验室水力学与山区河流开发保护国家重点实验室 四川大学四川大学 国家自然科学基金与学术品位国家自然科学基金与学术品位 SINCE 1988SINCE 1988 提升学术品位提升学术品位 借助国家自然科学基金借助国家自然科学基金 促进长江泥沙科学跨越发展促进长江泥沙科学跨越发展 内内 容容 提提 示示 前沿泥沙问题浅析前沿泥沙问题浅析 国家自然科学基金的学术品位国家自然科学基金的学术品位 国家与学科发展需求国家与学科发展需求 结语结语 1 1 2 2 3 3 4 4 内内 容容 提提 示示 前沿泥沙问题浅析 国家自然科学基金的学术品位国家自然科学基金的学术品位 国家与学科发展需求 结语 1 1 2 2 3 3 4 4 国家自然科学基金国家自然科学基金 ————长江泥沙人的学术长江泥沙人的学术““咖啡吧咖啡吧”” 品味：前沿品味：前沿、、基础基础 苦涩中苦涩中，，一丝丝甘甜回味一丝丝甘甜回味 你从事泥沙研究快乐吗你从事泥沙研究快乐吗？？有真有兴趣吗有真有兴趣吗？？ 国家自然科学青年基金国家自然科学青年基金 ————年轻泥沙人的年轻泥沙人的““初恋感觉初恋感觉”” 学术学术成长成熟的基石成长成熟的基石 解决问题的灵感源泉解决问题的灵感源泉 你对泥沙研究有感情吗你对泥沙研究有感情吗？？你对青年基金有初恋的感觉吗你对青年基金有初恋的感觉吗？？ 把握国际国内发展态势把握国际国内发展态势 突出自身优势突出自身优势、、特色特色 面向国家需求与学科发展需求面向国家需求与学科发展需求，，选择：选择： 基础性基础性 前沿性前沿性 可实现性的研究课题可实现性的研究课题 国家自然科学基金的学术品位要求国家自然科学基金的学术品位要求 创创 新新 品高者品高者————得得 内内 容容 提提 示示 前沿前沿泥沙问题浅析 国家自然科学基金的学术品位 国家与学科发展需求国家与学科发展需求 结语 1 1 2 2 3 3 4 4 为长江流域泥沙问题提出系统解决方案为长江流域泥沙问题提出系统解决方案 ————是长江泥沙人的职责是长江泥沙人的职责 ————也是年轻泥沙学者跨越成长的契机也是年轻泥沙学者跨越成长的契机 借助国家自然科学基金借助国家自然科学基金，，突破关键科学问题与瓶颈技突破关键科学问题与瓶颈技 术术，，助推长江泥沙科技发展助推长江泥沙科技发展。

国家发展战略：国家发展战略： 长江流域经济带发展长江流域经济带发展、、长江流域大型水利水电工程长江流域大型水利水电工程、、 长江黄金水道建设等长江黄金水道建设等 我国是世界上泥沙问题最严重的国家我国是世界上泥沙问题最严重的国家 根本症结：根本症结： 流域尺度上水沙关系均不协调流域尺度上水沙关系均不协调 治理区域幅员辽阔治理区域幅员辽阔 流域泥沙特性差异大流域泥沙特性差异大 治理难度极大治理难度极大 长江流域泥沙问题突出表现为：长江流域泥沙问题突出表现为： 在自然变化与人类活动影响下在自然变化与人类活动影响下，，流域水沙流域水沙 边界变化十分剧烈边界变化十分剧烈 缺乏流域泥沙尺度的时空合理配置手段缺乏流域泥沙尺度的时空合理配置手段 流域泥沙调控受到长江上中下游与工程流域泥沙调控受到长江上中下游与工程 的相互制约的相互制约 长江流域泥沙学科发展目标长江流域泥沙学科发展目标 长江流域泥沙运动基本规律的研究已取得大量成果长江流域泥沙运动基本规律的研究已取得大量成果，，但但 仍难以满足长江流域经济社会发展的需求仍难以满足长江流域经济社会发展的需求 揭示长江流域泥沙通量骤降或陡增趋势下揭示长江流域泥沙通量骤降或陡增趋势下 江河湖泊响应机制江河湖泊响应机制 建立流域泥沙动力学理论基础建立流域泥沙动力学理论基础、、完善模拟技术完善模拟技术 建立长江流域泥沙调控理论与管理模式建立长江流域泥沙调控理论与管理模式 内内 容容 提提 示示 前沿泥沙问题浅析前沿泥沙问题浅析 国家自然科学基金的学术品位 国家与学科发展需求 结语 1 1 2 2 3 3 4 4 前沿泥沙科学问题前沿泥沙科学问题？？ 基础性泥沙科学问题基础性泥沙科学问题？？ 防御性前沿：国际国内泥沙热点研究的前端防御性前沿：国际国内泥沙热点研究的前端 攻击性前沿：离攻击性前沿：离（（敌方敌方））真相最近真相最近，，原创性前沿原创性前沿 当你深入研究或解决泥沙问题时当你深入研究或解决泥沙问题时，，感到力不从心感到力不从心 但又必须面对但又必须面对、、而又很困惑的泥沙科学问题而又很困惑的泥沙科学问题 千里挺进大别山千里挺进大别山 泥沙运动规律与基本理论泥沙运动规律与基本理论 水沙两相湍流的泥沙运动机理与反馈机制水沙两相湍流的泥沙运动机理与反馈机制 强非恒定强非恒定、、急变流作用下的急变流作用下的宽级配宽级配 非均泥沙非均泥沙运动运动基本理论基本理论 以往的泥沙运动基本理论事实上是构建在以往的泥沙运动基本理论事实上是构建在恒定恒定 、、均匀流均匀流、、均匀沙均匀沙的基础上的基础上，，根本与实际不符根本与实际不符，，有有 时会误导工程泥沙技术人员时会误导工程泥沙技术人员，，做出错误的方案做出错误的方案。

河流演变过程的物理河流演变过程的物理、、数值模拟基础理论数值模拟基础理论 ————过程模拟是否趋向真实过程模拟是否趋向真实？？ ““十三五十三五””E E09040904优先领域优先领域 河床演变学：非平衡态河床演变行为及人类活动河床演变学：非平衡态河床演变行为及人类活动 效应效应 远离平衡态的远离平衡态的 漫滩复式河道漫滩复式河道 分汊分汊 游荡等多流路河型游荡等多流路河型 的演变机制的演变机制 强烈人类干预下强烈人类干预下 以往的研究主要在：以往的研究主要在： 平衡态或近平衡态条平衡态或近平衡态条 件下的河床演变规律件下的河床演变规律 500 520 540 560 580 600 620 640 010002000300040005000600070008000 2008年河道深泓线 2013年“7.9“洪水后 四川石亭江四川石亭江““7 7. .9 9””洪水洪水，，卵石河床粗化表层被破坏卵石河床粗化表层被破坏，，引引 起河床起河床突变突变失稳失稳、、导致卵石河道河势突变失稳导致卵石河道河势突变失稳，，（（漫滩深漫滩深 槽槽））恶性恶性演化演化，，卵石河床冲刷达十余米卵石河床冲刷达十余米。

远离平衡态下河床突变演化特性远离平衡态下河床突变演化特性 以石亭江以石亭江““7 7. .9 9””洪灾为例：河床洪灾为例：河床突变突变失稳失稳，，河势河势突变突变失稳失稳，，恶恶 性演化性演化，，冲刷河床急剧下切冲刷河床急剧下切1010——2020米米，，危及在建铁路桥梁基础危及在建铁路桥梁基础 危及成绵高速公路桥安全危及成绵高速公路桥安全，，停运数月之久停运数月之久 20122012 年年 20132013 年年 远离平衡态下河床突变演化特性远离平衡态下河床突变演化特性 工程泥沙学：长江、黄河治理工程泥沙学：长江、黄河治理 流域工程体系水沙联合调控理论与效益综流域工程体系水沙联合调控理论与效益综 合评价方法合评价方法 游荡性河道河势稳定控制系统理论与技术游荡性河道河势稳定控制系统理论与技术 河湖水系连通工程中的泥沙输移规律与河湖水系连通工程中的泥沙输移规律与 调控方法调控方法 生态泥沙学生态泥沙学 植被植被- -侵蚀侵蚀- -地貌系统的动力学特性地貌系统的动力学特性 水生植物水生植物- -水流水流- -泥沙输移的相互作用泥沙输移的相互作用 湿地和河边生境的生态湿地和河边生境的生态- -泥沙模型泥沙模型 基于山区河流功能需求与泥沙通量连续基于山区河流功能需求与泥沙通量连续 性的流域泥沙调控方法性的流域泥沙调控方法 大坝下泄非恒定流引 起水位流态突变 库区水温垂向分层 下泄低温水 清水下泄 库区泥沙淤积 库尾回水区卵石沙波 形成碍航滩险 泥沙输运不连续 径流过程、水温过程不连续 通航水力学条件不连续 鱼类洄游通道 不连续 一 立项背景与研究思路 1 立项背景 （引水式电站闸坝 下游河道减水,造 成鱼类生存环境受 损） 水电开发引起的河流连续性问题示意图 大坝隔断或阻隔河流的连续性大坝隔断或阻隔河流的连续性 0.1 1 10 100 110100100010000 最大连续历时（小时） 含沙量（kg/m3） 嘉陵江南充 岷江紫坪铺 涪江麦地湾 沱江三皇庙 雅砻江雅江 澜沧江旧州 怒江道街坝 大渡河大岗山 金沙江攀枝花 雅鲁藏布江奴下 法国电力公司排沙管理标准 欧洲国家提欧洲国家提 出的水电站出的水电站 排沙浓度标排沙浓度标 准并不适宜准并不适宜 于我国河流于我国河流 欧洲国欧洲国 家标准家标准 基于河流生态功能需求的水电站排沙过程与标准基于河流生态功能需求的水电站排沙过程与标准 泥沙灾害学泥沙灾害学 大规模大规模、、高强度泥沙灾害的发高强度泥沙灾害的发 生机理和调控方法生机理和调控方法 泥沙灾害链生过程中物质迁移泥沙灾害链生过程中物质迁移 和能量的转化和能量的转化 2 2 前沿性前沿性 基础性基础性 可实现性可实现性 泥沙灾害损失占泥沙灾害损失占3030% % （（SedimentSediment- -RelatedRelated）） 洪水灾害损失占洪水灾害损失占5050% % 泥石流灾害损失占泥石流灾害损失占2020% % 承灾体承灾体（（房屋房屋））分布分布 清平清平““8 8. .1313””特大山洪泥沙灾害致灾因子分布模拟特大山洪泥沙灾害致灾因子分布模拟 泥沙灾害学泥沙灾害学 冲毁前的晏子酒店冲毁前的晏子酒店 白鹤滩水电站特大山洪灾害白鹤滩水电站特大山洪灾害 近年来近年来，，水电工程施工营地屡遭特大山洪灾害水电工程施工营地屡遭特大山洪灾害，，人员财产损失巨大人员财产损失巨大！！ 4040人人 洪水泥沙洪水泥沙共同致灾共同致灾, ,引发特大山洪灾害引发特大山洪灾害 滚石滚石 水利水电工程泥沙灾害学问题水利水电工程泥沙灾害学问题 2727 洪水泥沙洪水泥沙共同致灾共同致灾, , 引发特大山洪灾害引发特大山洪灾害 乐山马边河波罗水电站乐山马边河波罗水电站““7 7. .2828””山洪泥沙灾害山洪泥沙灾害 山洪往往挟带大量泥山洪往往挟带大量泥 沙沙、、石块石块，，淤堵河道淤堵河道 灾害损失过亿元灾害损失过亿元 水利水电工程泥沙灾害学问题水利水电工程泥沙灾害学问题 28 锦屏一、二级水电站锦屏一、二级水电站特大山洪泥沙灾害特大山洪泥沙灾害 洪水泥沙洪水泥沙共同致灾共同致灾, , 引发特大山洪灾害引发特大山洪灾害。

水利水电工程泥沙灾害学问题水利水电工程泥沙灾害学问题 泥沙淤堵溪沟泥沙淤堵溪沟，，山洪漫出山洪漫出 沟道沟道，，陡坡公路成为山洪陡坡公路成为山洪 流道流道, ,引发特大山洪灾害引发特大山洪灾害 内内 容容 提提 示示 热点泥沙问题浅析 国家自然科学基金的学术品位 国家与学科发展需求 结语 1 1 2 2 3 3 4 4 期待年轻科学家期待年轻科学家………… 原创性成果原创性成果 结语结语 欢迎到山区河流去欢迎到山区河流去………… 也许你有新的想法也许你有新的想法 。