張永勇：讓水利工程與河流和諧共處

本刊記者 劉昊林

張永勇：讓水利工程與河流和諧共處

本刊記者 劉昊林

專(zhuān)家簡(jiǎn)介：

張永勇，中國(guó)科學(xué)院陸地水循環(huán)及地表過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室生態(tài)水文與水環(huán)境研究室副研究員、碩士生導(dǎo)師。國(guó)際水文科學(xué)協(xié)會(huì)（IAHS）會(huì)員、國(guó)際水資源協(xié)會(huì)（IWRA）會(huì)員、國(guó)際水利工程研究學(xué)會(huì)（IAHR）會(huì)員。1981年8月生。2003年畢業(yè)于華東交通大學(xué)獲工學(xué)學(xué)士學(xué)位；2008年畢業(yè)于武漢大學(xué)獲水文及水資源專(zhuān)業(yè)工學(xué)博士學(xué)位。2008～2010年期間，在中國(guó)科學(xué)院地理所從事自然地理方向的博士后研究；2009～2010年期間，在澳大利亞格里菲斯大學(xué)從事生態(tài)水文方面的博士后研究；2010年7月留所任助理研究員；2011年12月晉升為副研究員。在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊上已發(fā)表論文60余篇，其中SCI論文28篇；出版專(zhuān)著2部；獲軟件著作權(quán)7項(xiàng)。論文獲評(píng)2010年度中國(guó)百篇最具影響國(guó)際學(xué)術(shù)論文、中國(guó)自然資源學(xué)會(huì)2012年學(xué)術(shù)年會(huì)青年優(yōu)秀論文。2014年入選中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)會(huì)員。

如果問(wèn)水利工程，特別是閘壩，會(huì)產(chǎn)生哪些好處？你可能會(huì)數(shù)出很多，像防洪排澇、拒咸蓄淡、澆灌供水、通航養(yǎng)殖、景觀娛樂(lè)等。然而，事有利弊，水利工程也并非十全十美。不合理的調(diào)度會(huì)對(duì)河流生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利的影響，如：河道淤積，降低河流蓄洪能力；阻斷魚(yú)類(lèi)洄游通道，導(dǎo)致生物多樣性退化；水體自凈能力降低，加劇水體污染等。

如何評(píng)估多閘壩工程對(duì)流域水文及水環(huán)境的影響？如何刻畫(huà)多閘壩流域閘壩調(diào)度規(guī)則與水文水質(zhì)過(guò)程的作用關(guān)系、實(shí)現(xiàn)流域尺度三者的耦合……張永勇的工作就是在回答這些問(wèn)題。出生于1981年的他，希望能夠腳踏實(shí)地，將多閘壩流域與水相關(guān)的研究做專(zhuān)、做精、做出特色，更好地為多閘壩流域綜合管理和治理等獻(xiàn)智獻(xiàn)策。

在不斷攻關(guān)中成長(zhǎng)

2003年9月，張永勇在武漢大學(xué)水利水電學(xué)院開(kāi)始碩博連讀的學(xué)習(xí)生涯，攻讀環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)碩士、水文水資源專(zhuān)業(yè)博士。那時(shí)，他主要研究方向是城市化地區(qū)水資源承載力。幾乎同一時(shí)間，在導(dǎo)師夏軍教授指導(dǎo)下也開(kāi)始開(kāi)展多閘壩重污染流域，尤其是淮河流域的系列研究?！盎春恿饔蚴俏覈?guó)水利工程密度最大的流域，我又對(duì)水環(huán)境問(wèn)題很感興趣，于是，在博士時(shí)期，一直研究流域閘壩工程的水文水環(huán)境效應(yīng)等?！睆堄烙抡f(shuō)。

“機(jī)緣巧合”，張永勇這樣形容當(dāng)年的際遇。短短3年，他以技術(shù)骨干的身份參與數(shù)個(gè)國(guó)家級(jí)或省部級(jí)項(xiàng)目。到2008年在中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所做博士后時(shí)，他已經(jīng)從“技術(shù)骨干”升格為“項(xiàng)目負(fù)責(zé)人”，主持第44批中國(guó)博士后科學(xué)基金以及第三批博士后特別資助，均關(guān)注多閘壩流域水文和水污染問(wèn)題。并在2010年作為博士后獲得“多閘壩重污染流域閘壩群水文及水環(huán)境效應(yīng)量化研究”國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金的資助。張永勇主要以淮河中上游流域?yàn)檠芯繀^(qū)，以沙潁河、渦河、洪汝河及南部山區(qū)水系閘壩群為研究重點(diǎn)，在之后的3年中，提出了以水系為單元量化閘壩群水文水環(huán)境效應(yīng)的新思路，并深入分析了主要水系閘壩群效應(yīng)。以該項(xiàng)目為基礎(chǔ)，他發(fā)表SCI論文5篇、出版專(zhuān)著1部、獲軟件著作權(quán)2項(xiàng)，超額完成各項(xiàng)考核指標(biāo)。他也在該項(xiàng)目過(guò)程中從中國(guó)科學(xué)院陸地水循環(huán)及地表過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士后成長(zhǎng)為副研究員，并在2013年獲得國(guó)家自然科學(xué)基金青年—面上連續(xù)資助項(xiàng)目，開(kāi)展“多閘壩重污染河流水量水質(zhì)演變及其生態(tài)效應(yīng)量化”的研究。

到目前為止，他已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外地學(xué)水文水資源方向重要期刊中發(fā)表論文60余篇（SCI28篇），其中，以第一或通訊作者共發(fā)表SCI15篇、CSCD14篇；截止到目前，SCI引用303次，他引217次；此外，還出版專(zhuān)著2部，獲軟件著作權(quán)7項(xiàng)。

放眼淮河之外

中國(guó)是全球閘壩最多的國(guó)家。這也意味著，閘壩建設(shè)是利或弊，尤為重要，其影響效應(yīng)已經(jīng)成為河流開(kāi)發(fā)利用必須回答的關(guān)鍵問(wèn)題，也是環(huán)境水文與水利學(xué)的熱點(diǎn)研究方向之一。

早在2011年，張永勇就在一篇文章中指出，閘壩調(diào)控對(duì)不同時(shí)間尺度的徑流過(guò)程影響顯著。那么，到底閘壩等水利工程對(duì)徑流情勢(shì)、污染過(guò)程和河流生態(tài)系統(tǒng)的作用機(jī)制是怎樣的？他十分關(guān)注這一問(wèn)題，并在后來(lái)通過(guò)機(jī)理實(shí)驗(yàn)和野外觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，閘壩對(duì)流速和水質(zhì)的調(diào)控能力均與閘門(mén)的相對(duì)開(kāi)度和上游來(lái)水量成反比，科學(xué)解釋了汛期閘壩防洪調(diào)度和非汛期突發(fā)性水污染事件發(fā)生的原因?；春恿饔蜷l壩不合理調(diào)度引發(fā)的突發(fā)性水污染事件大多發(fā)生在汛前第一場(chǎng)洪水時(shí)期，直接原因在于污染源超標(biāo)排放、閘壩建設(shè)和不合理調(diào)度，而流域中上游大面積強(qiáng)降雨事件只是主要觸發(fā)因子。進(jìn)一步地，為更好地分析人類(lèi)活動(dòng)和氣候變化多重影響下復(fù)雜流域的水循環(huán)過(guò)程，他構(gòu)建了流域水循環(huán)—環(huán)境生態(tài)水系統(tǒng)模型（HEQM）。與國(guó)內(nèi)外廣泛使用的SWAT相比，HEQM包括水文循環(huán)、作物生長(zhǎng)、生物地球化學(xué)等8個(gè)模塊，適用性更強(qiáng)；將水和營(yíng)養(yǎng)源兩大同時(shí)發(fā)生、相互聯(lián)系的循環(huán)作為聯(lián)系與水相關(guān)過(guò)程的重要紐帶，過(guò)程耦合機(jī)制更為合理。同時(shí)，還具有土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程細(xì)致等優(yōu)點(diǎn)。更重要的是，HEQM將我國(guó)的閘壩調(diào)度規(guī)則耦合到模型中，使得閘壩泄流過(guò)程刻畫(huà)更適用于中國(guó)。事實(shí)上，在多閘壩重污染流域（淮河流域）水量水質(zhì)模擬中，他和團(tuán)隊(duì)就以HEQM和SWAT模型做了對(duì)比。其中，前者在徑流和水質(zhì)濃度模擬精度方面有顯著提高。這一模型獲得水資源一區(qū)期刊（Hydrology and Earth System Sciences）審稿人的高度評(píng)價(jià)。

此外，在水利工程的徑流情勢(shì)和水質(zhì)效應(yīng)量化研究上，他建立了基于徑流情勢(shì)、污染貢獻(xiàn)的閘壩效應(yīng)評(píng)估指標(biāo)體系，并將國(guó)際上廣泛應(yīng)用的環(huán)境流量分析方法引入研究，提出了流域尺度“耦合—分離—聚類(lèi)—調(diào)度”閘壩群效應(yīng)與應(yīng)對(duì)的系統(tǒng)分析方法，為客觀認(rèn)識(shí)水利工程的綜合效應(yīng)提供了新的思路，對(duì)水利工程聯(lián)合調(diào)度和水資源合理配置提供了理論依據(jù)，也為其他環(huán)境變化因素（如氣候變化）對(duì)徑流情勢(shì)—水質(zhì)的區(qū)域影響評(píng)估提供了方法借鑒。

或許經(jīng)歷使然，張永勇的研究中，淮河流域占據(jù)了相當(dāng)大的比例。但他的眼光從沒(méi)有局限于淮河。其實(shí)，HEQM模型就被應(yīng)用到深圳飲用水源地等多閘壩控制流域水量水質(zhì)耦合模擬與調(diào)控上。而“新安江、潮白河上游以及太湖典型農(nóng)業(yè)小流域非點(diǎn)源產(chǎn)污的區(qū)域特征”“海綿城市試點(diǎn)雨洪模擬與低影響開(kāi)發(fā)措施優(yōu)化”和“氣候變化對(duì)河西走廊徑流情勢(shì)影響”等研究中，也有效運(yùn)用了該模型為技術(shù)手段。他的研究得到了同行的肯定，以第一作者發(fā)表在Water Resources Management 的SCI論文被評(píng)為2010年度最具影響的國(guó)際學(xué)術(shù)論文。

從“淮河+”到“學(xué)科+”，張永勇的路越走越寬廣。他卻謙遜地表示，自己充其量算是技術(shù)性創(chuàng)新或應(yīng)用性創(chuàng)新，理論性創(chuàng)新還有待加強(qiáng)?！艾F(xiàn)在國(guó)際上提出了‘未來(lái)地球計(jì)劃’，要打破學(xué)科壁壘去做綜合性研究，這是一個(gè)趨勢(shì)?！彼麜r(shí)刻保持著警醒，希望在學(xué)術(shù)交流和學(xué)科碰撞中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，引發(fā)新的思路，讓研究得以升華?，F(xiàn)在，他在水利工程對(duì)水環(huán)境的影響上已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，接下來(lái)的科研生涯中，會(huì)對(duì)水生態(tài)抱以更大關(guān)注，同時(shí)在評(píng)估模型上精益求精。人生如逆水行舟，不進(jìn)則退。在張永勇看來(lái)，科研亦如此，“一個(gè)人的成功是要99%的汗水加1%的靈感”，他的態(tài)度就是“要勤奮前行”。