黄河水利科学研究院张俊华郜国明四简介

水利部黄河泥沙重点实验室

二、支持机构名称

黄河水利委员会黄河水利科学研究院

3.重点实验室主任、副主任

导演姜恩辉

副主任 张俊华 高国明

四、引言

（一）基本信息

水利部黄河泥沙重点实验室于2004年6月通过评审认证。实验室自运行以来，注重团队建设，突出梯队效应，逐步形成了一支人才结构合理、富有团队精神、开拓创新的科研队伍。

实验室目前有固定科研人员50人，其中正高级教授24人，高级工程师15人，博士后2人，博士20人，硕士26人，涉及水力学与河流动力学、水文与水资源、水利水电工程、港口海岸与近海工程、计算机与系统工程等学科领域。

实验室组织机构主要由直属机构和依托机构两部分组成，直属机构下设管理机构、学术委员会、研究团队等；依托机构包括泥沙研究所、水力学研究所、小浪底中心、河流中心、泥沙利用中心、超级计算中心等科研平台。

（2）实验设备与设施

实验室拥有位于河南郑州沙门的“模型黄河”试验基地，已建成3座大型河道工程模型试验厅，以及水力学试验厅、基础研究试验厅等，试验厅（室）总面积约5.8万平方米。

依托黄河泥沙处理与资源化利用工程技术研究中心，建立了焦作、洛阳泥沙资源化利用示范基地；依托黄河超级计算中心，解决了海量数据存储、实时计算修正、多模型系统联动等实际难题。

实验室拥有先进的实验测量仪器和技术设备1000余台（套），包括并行计算机、测量仪器校准系统、大型基础实验水箱、一体化测控系统、浅地层剖面仪等设备。

（三）主要业务方向

河流泥沙动力学基础研究。包括沿河泥沙调整与河床自动调整机理；高含沙水流水沙相互作用机理、高含沙水流“揭床”现象形成机理；水库异重流运行规律与调控机理、河流海洋动力作用下泥沙运动规律；泥沙对污染物迁移转化影响机理等。

河床演变与河道综合治理。包括黄河下游“次级悬河”的成因、治理对策、游荡性河流整治理论与工程技术研究；河口综合治理措施与技术；河道疏浚排沙、堤防加固技术与效果研究；防洪（冰）工程机理与防洪减冰工程技术研究等。

工程泥沙与泥沙资源化利用。包括泥沙均衡输移条件与河床动平衡临界阈值，多沙河流水库群调度理论与技术；黄河泥沙处理与资源化利用集成技术，深水水库泥沙水力悬浮输送技术研究。

环境泥沙。泥沙运动对污染物迁移转化、归宿、处理与控制的作用和影响；含沙河流泥沙对污染物的吸附与解吸作用；黄河流域水沙生产输移及其与环境变化的耦合机理；流域梯级开发生态环境影响评价等。

多沙河流数值模拟与洪水演进预报。河流实体模型相似理论、设计方法与试验技术研究；水库、河道、河口及枢纽模型测量与控制技术研究；泥沙数学模型计算模式、数值计算方法及理论与技术研究、多沙水流问题处理；“模型黄河”数字化关键技术研究；复杂边界条件下水沙耦合数值模拟。

（四）主要业绩

实验室紧密结合黄河治理发展需求开展创新研究，取得一大批具有国际影响力的系统性、原创性成果，在黄河下游治理、水沙调控、防洪安全等方面发挥了重要的科技支撑作用，为连年保障黄河安全作出了重大贡献。

在游荡性河流高含沙水流成床规律、灾害效应、河型转化、河势演变机理等方面取得了一批原创性成果，建立了游荡性河道整治理论体系与方法，并直接应用于黄河重大治理实践。

在河道整治理论研究中，首次通过理论研究揭示了“河流蜿蜒”、“大水趋直、小水坐弯”、河道弯曲蠕变等河势演变现象的规律与机理，提出了游荡性河段河型转变规律，创造性地提出了“分段整治、突出节点工程”的新思路。

在工程泥沙领域，首创了水库群水沙联合调度，形成非均匀流格局，均衡泥沙输移条件与河床动平衡临界阈值，多泥沙河流水库群联合调度理论与技术。

在泥沙资源化利用方面，提出了深水水库淤泥处理与泥沙利用有机结合的新理念、新技术；建立了泥沙理化性质的泥沙固结指标体系，研制了系列胶凝产品，开发了一系列新型生态建筑产品和防洪抢险材料，列入水利部重点科技成果推广计划。

在环境泥沙研究领域，首次系统阐述了广义河流健康的科学内涵，提出了黄河环境流量与水量的确定方法、黄河泥沙空间配置优化理论与方法。

在实体模型模拟理论与技术方面，创造性地提出了一套高含沙量洪水实体模型相似规律与检验方法；首次成功模拟游荡性河流河势演变问题，实现大型动床模型主槽阻力自动相似；提出的数十个泥沙理论公式被高校教材广泛引用；拥有自主研发权的“多沙河流洪水演变与冲淤演变数学模型”得到广泛应用；相关模型已纳入国家防洪指挥系统黄河防洪调度系统。目前，“模型黄河”基地已成为面向国内外交流的教学科研基地，党和国家领导人多次视察并给予高度评价。

近10年来，黄河泥沙重点实验室完成国家级、省部级及国际合作项目61项，发表论文793篇，其中SCI、EI收录95篇，出版专著51部，主编、参编行业规范、工程手册5部，转让专利和技术32项，获国家科技进步奖4项，获省部级科技进步奖31项。成果直接应用于黄河治理开发，为黄河水利委员会2010年荣获李光耀水资源荣誉奖做出了突出贡献。

实验室研究团队

模拟黄河试验基地

大型变坡水槽

模型段面板自动生产系统

黄河下游河道模型模拟洪水演变

小浪底水库异重流输沙模型模拟

黄河下游二维水沙模型预测洪水演进

国家科学技术奖

1. 项目名称

游荡河演变规律及其在黄河、塔里木河治理工程中的应用

二、获奖年份、奖项名称及级别

荣获2008年国家科技进步二等奖

3. 主要贡献者

王光乾、胡春红、张洪武、吴宝胜、夏俊强、姚文懿、付旭东、王彦贵、张俊华、钟德裕

四、主要完成单位

清华大学、中国水利水电科学研究院、黄河水利委员会黄河水利科学研究所

五、成果

塔里木河上游游荡河道

塔里木河中游蜿蜒河道

塔里木河两岸茂密的胡杨林

本项目系统研究了塔里木河干流河势变迁、河流冲淤及相关识别指标，探讨了洪水、河岸崩塌冲刷、浅滩淤积、河势摆动及改道等河床演变因素对干流河流两岸生态植被环境的作用和影响。

通过深入分析主流河道断面形态和水沙输运特征，考虑到主流河道基础资料缺乏、水资源流失（洪水溢流、水改、渗漏和蒸发）严重的问题，首次建立了适用于主流河道不同河道形态（枯水、平地、漫滩）的水沙输运计算模型，开发了主流河道冲淤泥沙数学模型，为预测塔里木河干流河床演变趋势和河道综合治理效果提供了有力工具。深入分析了水堤工程对河道冲淤及河道两侧生态环境的影响，得出堤防修建后，中游向下游河道输水比例会增加，导致河道中游淤积减少或冲刷加剧，下游河段淤积加剧； 解释称，水堤及其配套工程实施后，可保持主流河道中上游两侧生态环境，并可改善下游河道两侧生态环境。

项目主要创新点：首次提出了塔里木河干流河型划分标准、河流稳定性指标、断面水力几何形状及近期河流流量波动范围；建立了塔里木河干流挟沙能力计算公式；揭示了塔里木河干流河床演变基本规律；首次论证了塔里木河干流存在游荡型、弯曲型和过渡型3种河型，为塔里木河干流治理提供了技术支持。

项目推广应用：针对塔里木河干流特性、水资源损耗特点和生态环境建设要求，提出了干流水堤的规划原则、布置形式及堤距、堤高，河道整治位置与形式，引水工程及叠梁式生态闸等治理措施。

1. 项目名称

黄河水沙调度理论与实践

二、获奖年份、奖项名称及级别

荣获2010年国家科技进步一等奖

3. 主要贡献者

李国英、廖亦炜、张金良、刘继祥、张俊华、张红月、薛松贵、赵先荣、张勇、翟家瑞、姜恩辉、牛玉国、李文学、魏向阳、王振宇

四、主要完成单位

黄河水利委员会

五、成果

小浪底水库调水调沙期间排沙

黄河下游调水调沙期间洪水演进

黄河以淤积多、洪涝多、迁移多、洪涝灾害严重著称，根本原因是水少沙多，水沙关系不协调。突出的表现是：下游河道严重淤积萎缩，调水调沙前局部河段流量已降至1800立方米/秒；“二级悬河”发展迅速，防洪形势日益严峻；下游滩区189万群众长期难以脱贫致富，严重影响社会稳定发展。解决黄河水少沙多和水沙关系不平衡的根本途径是增水减沙、调水调沙。 黄河水沙调节就是利用干、支流水库调控入下游的水沙关系，形成相对协调的水沙关系，充分发挥下游河道的输沙能力，遏制河道萎缩，恢复和维持中水河道。

该项目是一次大型原型科学试验和生产实践，属于水利学中的河流泥沙工程、防洪工程、水利工程管理技术、水文技术等学科。目前国内外尚无兼顾水沙联合调度的调水调沙参考模型、调度技术和经验。该项目揭示了黄河河道水沙输移规律，建立完善了水沙调度理论体系；提出了黄河中游水沙输移规律黄河水利水电学院，成功实现了变异性的人工整形，发展了水库输沙方法；首次成功进行了大型原型调水调沙试验与实践，建立了较为完整的黄河水沙调度理论，为黄河治理开发开辟了一条新路； 首创了人工塑造变异性、形成水沙协调过程，创建了以小浪底水库为主体调节、水沙空间尺度对接、干流水库群水沙联合调节的黄河水沙调节模式；实现了系统集成创新，提升了应用基础与应用技术研究水平。

工程实现了黄河下游主槽全线持续冲刷，过流能力由1800立方米每秒恢复至3880立方米每秒。有​​效调整了小浪底水库淤积面积和下游河道断面形貌；为保障黄河防洪安全、保护滩区人民生命财产安全、维护社会稳定做出了贡献；改变了人们长期以来对黄河大规模占水运沙的漠视态度，促进了水资源的合理利用；河口地区生态系统得到有效改善，候鸟种类和种群数量增加，植被长势良好，鱼类等水生动物数量明显增加黄河水利水电学院，具有巨大的社会效益、经济效益和生态环境效益。

该成果具有很强的实用性，已在2008年国务院批准的黄河流域防洪规划、2004年水利部印发的《小浪底水库拦沙初期调度规程》、黄河防洪指挥部印发的《指挥调度规程》和《年度洪水调度计划》、利用陶勋洪水冲刷潼关高程以及清华大学、复旦大学、武汉大学等院校的教学中得到应用。成果对黄河治理、实现黄河长治久安发挥了重要作用，为国内外多沙河流治理提供了支撑和借鉴。

2007年12月，河南省科技厅组织的鉴定认为，研究成果在塑造与协调水沙关系、减少水库淤积、恢复下游河流行洪能力、实现黄河治理战略等技术方面总体达到了国际领先水平。

1. 项目名称

水沙灾害形成机理及防治关键技术

二、获奖年份、奖项名称及级别

荣获2010年国家科技进步二等奖

3. 主要贡献者

倪金仁、李义天、姜恩辉、李天鸿、韩鹏、薛安、赵连军、李英奎、刘仁志、李秀霞

四、主要完成单位

北京大学、武汉大学、黄河水利委员会黄河水利科学研究院

五、成果

黄土高原

黄河下游塌岸

滑坡

水库滑坡

我国河流中上游水土流失严重，泥石流、滑坡、崩塌频繁发生，下游河道淤积严重，水流含沙量​​高，河岸溃决风险大，水沙灾害问题十分突出。近年来，受泥沙灾害影响，形成了“小水大灾”的群体性水沙灾害链式发展。该项目从全流域视角出发，针对水沙灾害形成机理与防治关键科技问题开展了近10年的研究，取得了系统创新成果。

（1）建立了河流泥沙灾害理论体系，包括概念体系、方法体系和防治管理体系。概念体系确立了泥沙灾害的概念、属性、分类、等级、成因机制、灾害效应，泥沙灾害系统的概念、层次、结构、活动模式（灾害链和灾害簇集），以及泥沙灾害与环境、人类活动的关系；方法体系提出了泥沙灾害过程动力学方法、评价方法和系统模拟预测方法；防治管理体系提出了泥沙灾害的监测、预报、防治和管理方法。泥沙灾害理论体系的建立丰富和发展了沉积学、灾害学和地貌学，为指导河流水沙灾害防治提供了科学依据。

(2) 提出了渐进性水土流失快速评估方法、突发性水沙灾害快速分区方法、高含沙洪水快速预测模型、堤防溃口快速模拟方法和蓄滞洪区洪灾风险快速预测与反馈方法。该方法克服了常用的流域水土流失一般方程存在的模型参数难确定、数据可重用性差、不能定量评估人类活动影响等缺点；克服了传统方法在泥石流、滑坡、崩塌、洪水等突发性水沙灾害分区对数据完整性要求严格的缺点；解决了黄河下游不同水沙条件下游荡型河道高含沙洪水的快速准确预报问题；实现了蓄滞洪区单个或多个特定敏感点洪灾风险的快速预测与反馈。

（3）提出复杂水沙关系条件下防洪减灾与蓄洪区调度技术。基于重构相空间技术的水沙时间序列神经网络模型显著提高了河流水沙过程预报精度。针对黄河下游不同水沙条件下游荡性河道冲淤演变特征，采用数学模型与物理模型相结合的方法，揭示黄河高含沙洪水演变过程、水沙输运规律和河床形成机理，直接指导典型游荡性河段河道管理。针对洞庭湖区河网复杂的水沙输运关系，提出了具有河网水沙输运特征的神经网络模型，为复杂区域、长时间跨度水沙过程模拟与调控提供了新技术。

成果被黄河水利委员会及其水土保持局、水文局、河南河务局、黄河防洪抗旱指挥部、长江水利委员会总工办、水文局、中国地质环境监测院、湖北省水利水电勘测设计院等单位采用，社会效益和生态效益显著。

1. 项目名称

黄河小浪底工程关键技术与实践

二、获奖年份、奖项名称及级别

荣获2013年国家科技进步二等奖

3. 主要贡献者

尹宝和、林秀山、贾金生、王庆明、董德忠、刘继祥、张俊华、曹英超、张立新、李志明

四、主要完成单位

水利部小浪底水电建设管理局、黄河勘测规划设计有限公司、中国水利水电科学研究院、黄河水利委员会、水利部黄河水利科学研究院、交通运输部、国家能源局南京水利科学研究院、天津大学、华北水利水电大学、中国水电第十四工程局有限公司、中国水电第三工程局有限公司、中国水电第六工程局有限公司、中国水电基础设施局有限公司、中国水电第一工程局有限公司

五、成果

小浪底工程

小浪底枢纽建设面临三大世界性技术难题，被国内外专家公认为世界大坝建设史上最具挑战性的工程之一：（1）水文泥沙条件复杂。黄河水少沙多，水沙来源不同、分布不均；（2）地形地质条件复杂。河床砾石覆盖层厚度超过70米，断层贯穿坝体，软弱泥层发育，山体较薄；（3）运行调度条件复杂。多目标开发、水沙条件复杂、确保进水口不堵，给枢纽调度运行带来前所未有的技术挑战。

小浪底工程建设实现的重大技术创新：（1）提出了水库长远使用规划和优化调度办法，对黄河治理和水利行业科技进步发挥了重大作用；（2）研究确定了各具特色的枢纽建筑物总体布置方案，为在复杂、多泥沙河流上修建高坝大型水库树立了成功的典范；（3）采用垂直防渗为主、内覆和天然铺盖为辅的高土石坝设计技术，成功设计建成了我国第一座高堆石坝；（4）成功设计建成了大型取水塔群和大型综合消能水垫塘； (5)在高淤高水头条件下，创造性地采用多级孔板隧洞消能技术，将3条大直径导流洞改建为永久性泄洪洞，大大减轻了高速含沙水流对流道的磨蚀，促进了隧洞消能技术的发展网校哪个好，为特大型水利水电工程导流洞再利用开辟了一条重要而新的途径；(6)在高水头、大直径有压隧洞中首次采用双圈缠绕无粘结后张预应力混凝土衬砌技术，成功解决了高压渗水影响左岸薄山体稳定的技术难题，填补了国内空白；(7)在Ⅲ类缓倾砂岩、页岩地层中，成功采用喷射混凝土柔性支护作永久性支护及岩壁吊车梁技术，大大节省了工程量和投资。 是国内目前规模最大的砂岩、页岩地层地下厂房；（8）在国内首次大规模采用双层保护预应力锚索、钢纤维喷混凝土技术，成功处理地质条件十分复杂的进出口岩质高边坡。

小米项目的成功构造确保了黄河的下游的持续流动；基本上满足了工业水和国内水的需求，改善了天津，赫比，赫吉多，和其他地区充分实现了项目发展目标，并在洪水控制，减少淤泥，供水和灌溉方面发挥了巨大的社会和经济利益。

2012年2月，水资源部国家科学技术部的一项评估得出的结论是，在小米项目的调查，设计和建筑管理中，该项目加强了科学和技术研究，创新并介绍了高效设备，并引入了高级技术，并在国际领先地位上取得了许多领先的水平和水平的工作。整体，并创建了一个成功的例子，以在富裕的河流上建造“高水坝和大型水库”，从而积累了丰富的经验来建设类似项目。