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

專家簡介：

張永勇，中國科學院陸地水循環及地表過程重點實驗室生態水文與水環境研究室副研究員、碩士生導師。國際水文科學協會（IAHS）會員、國際水資源協會（IWRA）會員、國際水利工程研究學會（IAHR）會員。1981年8月生。2003年畢業于華東交通大學獲工學學士學位；2008年畢業于武漢大學獲水文及水資源專業工學博士學位。2008～2010年期間，在中國科學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從事生態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。在國內外學術期刊上已發表論文60余篇，其中SCI論文28篇；出版專著2部；獲軟件著作權7項。論文獲評2010年度中國百篇最具影響國際學術論文、中國自然資源學會2012年學術年會青年優秀論文。2014年入選中國科學院青年創新促進會會員。

如果問水利工程，特別是閘壩，會產生哪些好處？你可能會數出很多，像防洪排澇、拒咸蓄淡、澆灌供水、通航養殖、景觀娛樂等。然而，事有利弊，水利工程也并非十全十美。不合理的調度會對河流生態環境產生不利的影響，如：河道淤積，降低河流蓄洪能力；阻斷魚類洄游通道，導致生物多樣性退化；水體自凈能力降低，加劇水體污染等。

如何評估多閘壩工程對流域水文及水環境的影響？如何刻畫多閘壩流域閘壩調度規則與水文水質過程的作用關系、實現流域尺度三者的耦合……張永勇的工作就是在回答這些問題。出生于1981年的他，希望能夠腳踏實地，將多閘壩流域與水相關的研究做專、做精、做出特色，更好地為多閘壩流域綜合管理和治理等獻智獻策。

在不斷攻關中成長

2003年9月，張永勇在武漢大學水利水電學院開始碩博連讀的學習生涯，攻讀環境工程專業碩士、水文水資源專業博士。那時，他主要研究方向是城市化地區水資源承載力。幾乎同一時間，在導師夏軍教授指導下也開始開展多閘壩重污染流域，尤其是淮河流域的系列研究。“淮河流域是我國水利工程密度最大的流域，我又對水環境問題很感興趣，于是，在博士時期，一直研究流域閘壩工程的水文水環境效應等?！睆堄烙抡f。

“機緣巧合”，張永勇這樣形容當年的際遇。短短3年，他以技術骨干的身份參與數個國家級或省部級項目。到2008年在中國科學院地理科學與資源研究所做博士后時，他已經從“技術骨干”升格為“項目負責人”，主持第44批中國博士后科學基金以及第三批博士后特別資助，均關注多閘壩流域水文和水污染問題。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境效應量化研究”國家自然科學基金青年基金的資助。張永勇主要以淮河中上游流域為研究區，以沙潁河、渦河、洪汝河及南部山區水系閘壩群為研究重點，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境效應的新思路，并深入分析了主要水系閘壩群效應。以該項目為基礎，他發表SCI論文5篇、出版專著1部、獲軟件著作權2項，超額完成各項考核指標。他也在該項目過程中從中國科學院陸地水循環及地表過程重點實驗室博士后成長為副研究員，并在2013年獲得國家自然科學基金青年—面上連續資助項目，開展“多閘壩重污染河流水量水質演變及其生態效應量化”的研究。

到目前為止，他已經在國內外地學水文水資源方向重要期刊中發表論文60余篇（SCI28篇），其中，以第一或通訊作者共發表SCI15篇、CSCD14篇；截止到目前，SCI引用303次，他引217次；此外，還出版專著2部，獲軟件著作權7項。

放眼淮河之外

中國是全球閘壩最多的國家。這也意味著，閘壩建設是利或弊，尤為重要，其影響效應已經成為河流開發利用必須回答的關鍵問題，也是環境水文與水利學的熱點研究方向之一。

早在2011年，張永勇就在一篇文章中指出，閘壩調控對不同時間尺度的徑流過程影響顯著。那么，到底閘壩等水利工程對徑流情勢、污染過程和河流生態系統的作用機制是怎樣的？他十分關注這一問題，并在后來通過機理實驗和野外觀測發現，閘壩對流速和水質的調控能力均與閘門的相對開度和上游來水量成反比，科學解釋了汛期閘壩防洪調度和非汛期突發性水污染事件發生的原因?；春恿饔蜷l壩不合理調度引發的突發性水污染事件大多發生在汛前第一場洪水時期，直接原因在于污染源超標排放、閘壩建設和不合理調度，而流域中上游大面積強降雨事件只是主要觸發因子。進一步地，為更好地分析人類活動和氣候變化多重影響下復雜流域的水循環過程，他構建了流域水循環—環境生態水系統模型（HEQM）。與國內外廣泛使用的SWAT相比，HEQM包括水文循環、作物生長、生物地球化學等8個模塊，適用性更強；將水和營養源兩大同時發生、相互聯系的循環作為聯系與水相關過程的重要紐帶，過程耦合機制更為合理。同時，還具有土壤營養物質轉化過程細致等優點。更重要的是，HEQM將我國的閘壩調度規則耦合到模型中，使得閘壩泄流過程刻畫更適用于中國。事實上，在多閘壩重污染流域（淮河流域）水量水質模擬中，他和團隊就以HEQM和SWAT模型做了對比。其中，前者在徑流和水質濃度模擬精度方面有顯著提高。這一模型獲得水資源一區期刊（Hydrology and Earth System Sciences）審稿人的高度評價。

此外，在水利工程的徑流情勢和水質效應量化研究上，他建立了基于徑流情勢、污染貢獻的閘壩效應評估指標體系，并將國際上廣泛應用的環境流量分析方法引入研究，提出了流域尺度“耦合—分離—聚類—調度”閘壩群效應與應對的系統分析方法，為客觀認識水利工程的綜合效應提供了新的思路，對水利工程聯合調度和水資源合理配置提供了理論依據，也為其他環境變化因素（如氣候變化）對徑流情勢—水質的區域影響評估提供了方法借鑒。

或許經歷使然，張永勇的研究中，淮河流域占據了相當大的比例。但他的眼光從沒有局限于淮河。其實，HEQM模型就被應用到深圳飲用水源地等多閘壩控制流域水量水質耦合模擬與調控上。而“新安江、潮白河上游以及太湖典型農業小流域非點源產污的區域特征”“海綿城市試點雨洪模擬與低影響開發措施優化”和“氣候變化對河西走廊徑流情勢影響”等研究中，也有效運用了該模型為技術手段。他的研究得到了同行的肯定，以第一作者發表在Water Resources Management 的SCI論文被評為2010年度最具影響的國際學術論文。

從“淮河+”到“學科+”，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性創新或應用性創新，理論性創新還有待加強?！艾F在國際上提出了‘未來地球計劃’，要打破學科壁壘去做綜合性研究，這是一個趨勢。”他時刻保持著警醒，希望在學術交流和學科碰撞中發現問題，引發新的思路，讓研究得以升華。現在，他在水利工程對水環境的影響上已經積累了豐富的經驗，接下來的科研生涯中，會對水生態抱以更大關注，同時在評估模型上精益求精。人生如逆水行舟，不進則退。在張永勇看來，科研亦如此，“一個人的成功是要99%的汗水加1%的靈感”，他的態度就是“要勤奮前行”。