《生态水力学物理模型理论与数值模拟方法》

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所属学科领域:研究领域为水利工程基础科学(TV1)。主要研究内容:生态水力学物理模型实验理论与方法:研究目标植物对水分和水流胁迫响应机制的识别方法;研究藻类水华爆发的水动力机制和鱼类行为对水动力适应性机制;建立生态水力学模型实验理论与方法,确定建立水生植物、鱼类和底栖动物等目标生物对水动力因子的响应曲线。空间显式生态水力学数值模拟体系:针对藻类水华空间斑块现象、水生植物局部竞争性演替以及底栖指示性动物群落结构的变化,研究基于元胞自动机的藻类、岸边带植被和底栖动物动态模型;针对鱼类生境变化,研究基于个体的鱼类动态模型;构建生态水力学数值模拟体系。湖库水华风险控制与生态调度:揭示大型水库分层异重流产生机制,建立分层异重流发展过程模型;确定栖息地不同修复程度下的河流生态流量过程,研究工程生态调度与经济效益之间耦联关系;提出面向湖库水华风险控制和坝下生态流量需求的生态调度模式。发现点:系统建立了水动力对目标生物生理与行为作用机制的实验理论和识别方法,创新和发展了生态水力学物理模型理论;突破了水动力模型和生态模型时空尺度耦合的瓶颈,构建了系统的空间显式生态水力学数值模拟体系;建立了湖库水华风险控制和坝下生态调度优化技术,解决了生态水力学的工程应用难题。科学价值:水动力因子对目标生物生理与行为的作用机制是量化水文及水动力变化对水生态系统累积性影响的核心,生物对水动力响应关系的物理模型理论与识别方法深化了生态水力学理论,奠定了工程水生态系统效应分析的基础。生态水力学数值模拟解决了工程对水生态系统累积影响定量评价的难题,是准确量化河道生态基流的关键,也是湖库藻类水华预测预警的关键,空间显式生态水力学数值模拟完善和深化了生态水力学定量研究方法。水体垂向临界紊流强度是湖库水华控制的关键,现下河道生态流量过程是水库生态调度的根本依据,通过优化调度合理平衡了生态需求和工程效益之间的矛盾,体现生态水力学研究的工程应用价值。相关研究成果发表在Water Research, Environmental Science and Technology, Ecological Modelling等该领域主流SCI收录期刊,得到国际同行的好评与引用。8篇代表性论文他引284次,SCI他引245次;20篇主要论文他引440次,SCI他引376次;单篇最高他引102次;出版专著4部,获发明专利4件。

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