水利部黃河泥沙重點實驗室

二、支持機構名稱

黃河水利委員會黃河水利科學研究院

3.重點實驗室主任、副主任

導演姜恩輝

副主任 張俊華 高國明

四、引言

（一）基本信息

水利部黃河泥沙重點實驗室于2004年6月通過評審認證。實驗室自運行以來，注重團隊建設，突出梯隊效應，逐步形成了一支人才結構合理、富有團隊精神、開拓創新的科研隊伍。

實驗室目前有固定科研人員50人，其中正高級教授24人，高級工程師15人，博士后2人，博士20人，碩士26人，涉及水力學與河流動力學、水文與水資源、水利水電工程、港口海岸與近海工程、計算機與系統工程等學科領域。

實驗室組織機構主要由直屬機構和依托機構兩部分組成，直屬機構下設管理機構、學術委員會、研究團隊等；依托機構包括泥沙研究所、水力學研究所、小浪底中心、河流中心、泥沙利用中心、超級計算中心等科研平臺。

（2）實驗設備與設施

實驗室擁有位于河南鄭州沙門的“模型黃河”試驗基地，已建成3座大型河道工程模型試驗廳，以及水力學試驗廳、基礎研究試驗廳等，試驗廳（室）總面積約5.8萬平方米。

依托黃河泥沙處理與資源化利用工程技術研究中心，建立了焦作、洛陽泥沙資源化利用示范基地；依托黃河超級計算中心，解決了海量數據存儲、實時計算修正、多模型系統聯動等實際難題。

實驗室擁有先進的實驗測量儀器和技術設備1000余臺（套），包括并行計算機、測量儀器校準系統、大型基礎實驗水箱、一體化測控系統、淺地層剖面儀等設備。

（三）主要業務方向

河流泥沙動力學基礎研究。包括沿河泥沙調整與河床自動調整機理；高含沙水流水沙相互作用機理、高含沙水流“揭床”現象形成機理；水庫異重流運行規律與調控機理、河流海洋動力作用下泥沙運動規律；泥沙對污染物遷移轉化影響機理等。

河床演變與河道綜合治理。包括黃河下游“次級懸河”的成因、治理對策、游蕩性河流整治理論與工程技術研究；河口綜合治理措施與技術；河道疏浚排沙、堤防加固技術與效果研究；防洪（冰）工程機理與防洪減冰工程技術研究等。

工程泥沙與泥沙資源化利用。包括泥沙均衡輸移條件與河床動平衡臨界閾值，多沙河流水庫群調度理論與技術；黃河泥沙處理與資源化利用集成技術，深水水庫泥沙水力懸浮輸送技術研究。

環境泥沙。泥沙運動對污染物遷移轉化、歸宿、處理與控制的作用和影響；含沙河流泥沙對污染物的吸附與解吸作用；黃河流域水沙生產輸移及其與環境變化的耦合機理；流域梯級開發生態環境影響評價等。

多沙河流數值模擬與洪水演進預報。河流實體模型相似理論、設計方法與試驗技術研究；水庫、河道、河口及樞紐模型測量與控制技術研究；泥沙數學模型計算模式、數值計算方法及理論與技術研究、多沙水流問題處理；“模型黃河”數字化關鍵技術研究；復雜邊界條件下水沙耦合數值模擬。

（四）主要業績

實驗室緊密結合黃河治理發展需求開展創新研究，取得一大批具有國際影響力的系統性、原創性成果，在黃河下游治理、水沙調控、防洪安全等方面發揮了重要的科技支撐作用，為連年保障黃河安全作出了重大貢獻。

在游蕩性河流高含沙水流成床規律、災害效應、河型轉化、河勢演變機理等方面取得了一批原創性成果，建立了游蕩性河道整治理論體系與方法，并直接應用于黃河重大治理實踐。

在河道整治理論研究中，首次通過理論研究揭示了“河流蜿蜒”、“大水趨直、小水坐彎”、河道彎曲蠕變等河勢演變現象的規律與機理，提出了游蕩性河段河型轉變規律，創造性地提出了“分段整治、突出節點工程”的新思路。

在工程泥沙領域，首創了水庫群水沙聯合調度，形成非均勻流格局，均衡泥沙輸移條件與河床動平衡臨界閾值，多泥沙河流水庫群聯合調度理論與技術。

在泥沙資源化利用方面，提出了深水水庫淤泥處理與泥沙利用有機結合的新理念、新技術；建立了泥沙理化性質的泥沙固結指標體系，研制了系列膠凝產品，開發了一系列新型生態建筑產品和防洪搶險材料，列入水利部重點科技成果推廣計劃。

在環境泥沙研究領域，首次系統闡述了廣義河流健康的科學內涵，提出了黃河環境流量與水量的確定方法、黃河泥沙空間配置優化理論與方法。

在實體模型模擬理論與技術方面，創造性地提出了一套高含沙量洪水實體模型相似規律與檢驗方法；首次成功模擬游蕩性河流河勢演變問題，實現大型動床模型主槽阻力自動相似；提出的數十個泥沙理論公式被高校教材廣泛引用；擁有自主研發權的“多沙河流洪水演變與沖淤演變數學模型”得到廣泛應用；相關模型已納入國家防洪指揮系統黃河防洪調度系統。目前，“模型黃河”基地已成為面向國內外交流的教學科研基地，黨和國家領導人多次視察并給予高度評價。

近10年來，黃河泥沙重點實驗室完成國家級、省部級及國際合作項目61項，發表論文793篇，其中SCI、EI收錄95篇，出版專著51部，主編、參編行業規范、工程手冊5部，轉讓專利和技術32項，獲國家科技進步獎4項，獲省部級科技進步獎31項。成果直接應用于黃河治理開發，為黃河水利委員會2010年榮獲李光耀水資源榮譽獎做出了突出貢獻。

實驗室研究團隊

模擬黃河試驗基地

大型變坡水槽

模型段面板自動生產系統

黃河下游河道模型模擬洪水演變

小浪底水庫異重流輸沙模型模擬

黃河下游二維水沙模型預測洪水演進

國家科學技術獎

1. 項目名稱

游蕩河演變規律及其在黃河、塔里木河治理工程中的應用

二、獲獎年份、獎項名稱及級別

榮獲2008年國家科技進步二等獎

3. 主要貢獻者

王光乾、胡春紅、張洪武、吳寶勝、夏俊強、姚文懿、付旭東、王彥貴、張俊華、鐘德裕

四、主要完成單位

清華大學、中國水利水電科學研究院、黃河水利委員會黃河水利科學研究所

五、成果

塔里木河上游游蕩河道

塔里木河中游蜿蜒河道

塔里木河兩岸茂密的胡楊林

本項目系統研究了塔里木河干流河勢變遷、河流沖淤及相關識別指標，探討了洪水、河岸崩塌沖刷、淺灘淤積、河勢擺動及改道等河床演變因素對干流河流兩岸生態植被環境的作用和影響。

通過深入分析主流河道斷面形態和水沙輸運特征，考慮到主流河道基礎資料缺乏、水資源流失（洪水溢流、水改、滲漏和蒸發）嚴重的問題，首次建立了適用于主流河道不同河道形態（枯水、平地、漫灘）的水沙輸運計算模型，開發了主流河道沖淤泥沙數學模型，為預測塔里木河干流河床演變趨勢和河道綜合治理效果提供了有力工具。深入分析了水堤工程對河道沖淤及河道兩側生態環境的影響，得出堤防修建后，中游向下游河道輸水比例會增加，導致河道中游淤積減少或沖刷加劇，下游河段淤積加劇； 解釋稱，水堤及其配套工程實施后，可保持主流河道中上游兩側生態環境，并可改善下游河道兩側生態環境。

項目主要創新點：首次提出了塔里木河干流河型劃分標準、河流穩定性指標、斷面水力幾何形狀及近期河流流量波動范圍；建立了塔里木河干流挾沙能力計算公式；揭示了塔里木河干流河床演變基本規律；首次論證了塔里木河干流存在游蕩型、彎曲型和過渡型3種河型，為塔里木河干流治理提供了技術支持。

項目推廣應用：針對塔里木河干流特性、水資源損耗特點和生態環境建設要求，提出了干流水堤的規劃原則、布置形式及堤距、堤高，河道整治位置與形式，引水工程及疊梁式生態閘等治理措施。

1. 項目名稱

黃河水沙調度理論與實踐

二、獲獎年份、獎項名稱及級別

榮獲2010年國家科技進步一等獎

3. 主要貢獻者

李國英、廖亦煒、張金良、劉繼祥、張俊華、張紅月、薛松貴、趙先榮、張勇、翟家瑞、姜恩輝、牛玉國、李文學、魏向陽、王振宇

四、主要完成單位

黃河水利委員會

五、成果

小浪底水庫調水調沙期間排沙

黃河下游調水調沙期間洪水演進

黃河以淤積多、洪澇多、遷移多、洪澇災害嚴重著稱，根本原因是水少沙多，水沙關系不協調。突出的表現是：下游河道嚴重淤積萎縮，調水調沙前局部河段流量已降至1800立方米/秒；“二級懸河”發展迅速，防洪形勢日益嚴峻；下游灘區189萬群眾長期難以脫貧致富，嚴重影響社會穩定發展。解決黃河水少沙多和水沙關系不平衡的根本途徑是增水減沙、調水調沙。 黃河水沙調節就是利用干、支流水庫調控入下游的水沙關系，形成相對協調的水沙關系，充分發揮下游河道的輸沙能力，遏制河道萎縮，恢復和維持中水河道。

該項目是一次大型原型科學試驗和生產實踐，屬于水利學中的河流泥沙工程、防洪工程、水利工程管理技術、水文技術等學科。目前國內外尚無兼顧水沙聯合調度的調水調沙參考模型、調度技術和經驗。該項目揭示了黃河河道水沙輸移規律，建立完善了水沙調度理論體系；提出了黃河中游水沙輸移規律黃河水利水電學院，成功實現了變異性的人工整形，發展了水庫輸沙方法；首次成功進行了大型原型調水調沙試驗與實踐，建立了較為完整的黃河水沙調度理論，為黃河治理開發開辟了一條新路； 首創了人工塑造變異性、形成水沙協調過程，創建了以小浪底水庫為主體調節、水沙空間尺度對接、干流水庫群水沙聯合調節的黃河水沙調節模式；實現了系統集成創新，提升了應用基礎與應用技術研究水平。

工程實現了黃河下游主槽全線持續沖刷，過流能力由1800立方米每秒恢復至3880立方米每秒。有??效調整了小浪底水庫淤積面積和下游河道斷面形貌；為保障黃河防洪安全、保護灘區人民生命財產安全、維護社會穩定做出了貢獻；改變了人們長期以來對黃河大規模占水運沙的漠視態度，促進了水資源的合理利用；河口地區生態系統得到有效改善，候鳥種類和種群數量增加，植被長勢良好，魚類等水生動物數量明顯增加黃河水利水電學院，具有巨大的社會效益、經濟效益和生態環境效益。

該成果具有很強的實用性，已在2008年國務院批準的黃河流域防洪規劃、2004年水利部印發的《小浪底水庫攔沙初期調度規程》、黃河防洪指揮部印發的《指揮調度規程》和《年度洪水調度計劃》、利用陶勛洪水沖刷潼關高程以及清華大學、復旦大學、武漢大學等院校的教學中得到應用。成果對黃河治理、實現黃河長治久安發揮了重要作用，為國內外多沙河流治理提供了支撐和借鑒。

2007年12月，河南省科技廳組織的鑒定認為，研究成果在塑造與協調水沙關系、減少水庫淤積、恢復下游河流行洪能力、實現黃河治理戰略等技術方面總體達到了國際領先水平。

1. 項目名稱

水沙災害形成機理及防治關鍵技術

二、獲獎年份、獎項名稱及級別

榮獲2010年國家科技進步二等獎

3. 主要貢獻者

倪金仁、李義天、姜恩輝、李天鴻、韓鵬、薛安、趙連軍、李英奎、劉仁志、李秀霞

四、主要完成單位

北京大學、武漢大學、黃河水利委員會黃河水利科學研究院

五、成果

黃土高原

黃河下游塌岸

滑坡

水庫滑坡

我國河流中上游水土流失嚴重，泥石流、滑坡、崩塌頻繁發生，下游河道淤積嚴重，水流含沙量??高，河岸潰決風險大，水沙災害問題十分突出。近年來，受泥沙災害影響，形成了“小水大災”的群體性水沙災害鏈式發展。該項目從全流域視角出發，針對水沙災害形成機理與防治關鍵科技問題開展了近10年的研究，取得了系統創新成果。

（1）建立了河流泥沙災害理論體系，包括概念體系、方法體系和防治管理體系。概念體系確立了泥沙災害的概念、屬性、分類、等級、成因機制、災害效應，泥沙災害系統的概念、層次、結構、活動模式（災害鏈和災害簇集），以及泥沙災害與環境、人類活動的關系；方法體系提出了泥沙災害過程動力學方法、評價方法和系統模擬預測方法；防治管理體系提出了泥沙災害的監測、預報、防治和管理方法。泥沙災害理論體系的建立豐富和發展了沉積學、災害學和地貌學，為指導河流水沙災害防治提供了科學依據。

(2) 提出了漸進性水土流失快速評估方法、突發性水沙災害快速分區方法、高含沙洪水快速預測模型、堤防潰口快速模擬方法和蓄滯洪區洪災風險快速預測與反饋方法。該方法克服了常用的流域水土流失一般方程存在的模型參數難確定、數據可重用性差、不能定量評估人類活動影響等缺點；克服了傳統方法在泥石流、滑坡、崩塌、洪水等突發性水沙災害分區對數據完整性要求嚴格的缺點；解決了黃河下游不同水沙條件下游蕩型河道高含沙洪水的快速準確預報問題；實現了蓄滯洪區單個或多個特定敏感點洪災風險的快速預測與反饋。

（3）提出復雜水沙關系條件下防洪減災與蓄洪區調度技術?；谥貥嬒嗫臻g技術的水沙時間序列神經網絡模型顯著提高了河流水沙過程預報精度。針對黃河下游不同水沙條件下游蕩性河道沖淤演變特征，采用數學模型與物理模型相結合的方法，揭示黃河高含沙洪水演變過程、水沙輸運規律和河床形成機理，直接指導典型游蕩性河段河道管理。針對洞庭湖區河網復雜的水沙輸運關系，提出了具有河網水沙輸運特征的神經網絡模型，為復雜區域、長時間跨度水沙過程模擬與調控提供了新技術。

成果被黃河水利委員會及其水土保持局、水文局、河南河務局、黃河防洪抗旱指揮部、長江水利委員會總工辦、水文局、中國地質環境監測院、湖北省水利水電勘測設計院等單位采用，社會效益和生態效益顯著。

1. 項目名稱

黃河小浪底工程關鍵技術與實踐

二、獲獎年份、獎項名稱及級別

榮獲2013年國家科技進步二等獎

3. 主要貢獻者

尹寶和、林秀山、賈金生、王慶明、董德忠、劉繼祥、張俊華、曹英超、張立新、李志明

四、主要完成單位

水利部小浪底水電建設管理局、黃河勘測規劃設計有限公司、中國水利水電科學研究院、黃河水利委員會、水利部黃河水利科學研究院、交通運輸部、國家能源局南京水利科學研究院、天津大學、華北水利水電大學、中國水電第十四工程局有限公司、中國水電第三工程局有限公司、中國水電第六工程局有限公司、中國水電基礎設施局有限公司、中國水電第一工程局有限公司

五、成果

小浪底工程

小浪底樞紐建設面臨三大世界性技術難題，被國內外專家公認為世界大壩建設史上最具挑戰性的工程之一：（1）水文泥沙條件復雜。黃河水少沙多，水沙來源不同、分布不均；（2）地形地質條件復雜。河床礫石覆蓋層厚度超過70米，斷層貫穿壩體，軟弱泥層發育，山體較薄；（3）運行調度條件復雜。多目標開發、水沙條件復雜、確保進水口不堵，給樞紐調度運行帶來前所未有的技術挑戰。

小浪底工程建設實現的重大技術創新：（1）提出了水庫長遠使用規劃和優化調度辦法，對黃河治理和水利行業科技進步發揮了重大作用；（2）研究確定了各具特色的樞紐建筑物總體布置方案，為在復雜、多泥沙河流上修建高壩大型水庫樹立了成功的典范；（3）采用垂直防滲為主、內覆和天然鋪蓋為輔的高土石壩設計技術，成功設計建成了我國第一座高堆石壩；（4）成功設計建成了大型取水塔群和大型綜合消能水墊塘； (5)在高淤高水頭條件下，創造性地采用多級孔板隧洞消能技術，將3條大直徑導流洞改建為永久性泄洪洞，大大減輕了高速含沙水流對流道的磨蝕，促進了隧洞消能技術的發展網校哪個好，為特大型水利水電工程導流洞再利用開辟了一條重要而新的途徑；(6)在高水頭、大直徑有壓隧洞中首次采用雙圈纏繞無粘結后張預應力混凝土襯砌技術，成功解決了高壓滲水影響左岸薄山體穩定的技術難題，填補了國內空白；(7)在Ⅲ類緩傾砂巖、頁巖地層中，成功采用噴射混凝土柔性支護作永久性支護及巖壁吊車梁技術，大大節省了工程量和投資。 是國內目前規模最大的砂巖、頁巖地層地下廠房；（8）在國內首次大規模采用雙層保護預應力錨索、鋼纖維噴混凝土技術，成功處理地質條件十分復雜的進出口巖質高邊坡。

小米項目的成功構造確保了黃河的下游的持續流動；基本上滿足了工業水和國內水的需求，改善了天津，赫比，赫吉多，和其他地區充分實現了項目發展目標，并在洪水控制，減少淤泥，供水和灌溉方面發揮了巨大的社會和經濟利益。

2012年2月，水資源部國家科學技術部的一項評估得出的結論是，在小米項目的調查，設計和建筑管理中，該項目加強了科學和技術研究，創新并介紹了高效設備，并引入了高級技術，并在國際領先地位上取得了許多領先的水平和水平的工作。整體，并創建了一個成功的例子，以在富裕的河流上建造“高水壩和大型水庫”，從而積累了豐富的經驗來建設類似項目。