夏軍院士：科技創新支撐長江流域綜合管理——中國科學院院士、武漢大學水安全研究院院長夏軍解讀“長江模擬器”科學內涵
發布日期：2021-08-27 來源：南水北調與水利科技 瀏覽次數：
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核心提示：夏軍院士：科技創新支撐長江流域綜合管理——中國科學院院士、武漢大學水安全研究院院長夏軍解讀“長江模擬器”科學內涵
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——中國科學院院士、武漢大學水安全研究院院長夏軍解讀“長江模擬器”科學內涵
編者按：今年6月，長江模擬器示范基地在重慶成立。長江模擬器將為智慧水利體系建設提供科技引領，為流域水災害預警、流域水環境水生態現狀評估、流域水資源和生態系統管理與調控提供有效手段，為流域長遠規劃、管理和應對提供科學依據。水利部部長李國英在“三對標一規劃”行動總結講話中提出推進智慧水利建設，以數字化、網絡化、智能化為主線，加快構建具有預報、預警、預演、預案功能的智慧水利體系。中國水利報記者為此采訪參與長江模擬器建設的中國科學院院士、武漢大學水安全研究院院長夏軍，對長江模擬器的功能以及未來發展等問題答疑解惑。長江模擬器具有監測-模擬評價預警決策支持功能，可應用于農業、水資源管理、航運、防洪、環境保護等多個領域，服務于美麗中國、長江大保護的綠色發展目標。夏軍：長江模擬器，簡單地講就是以長江流域為對象，以流域水循環為紐帶，將自然過程與社會經濟過程相耦合的流域模擬系統及其裝置。它強調上、中、下游以及湖庫-岸線城市群的互聯互動，強調自然科學與社會科學的深度交叉，強調大數據和人工智能信息支持，具有監測-模擬-評價預警決策支持功能。可應用于農業、水資源管理、航運、防洪、環境保護等多個領域，服務于美麗中國、長江大保護的綠色發展目標。
問：與國家大科學裝置地球模擬器相比，長江模擬器在功能上有哪些不同？
長江模擬器以流域為研究對象，具有更高的空間分辨率、更快的時間響應，以直接服務于流域生態文明建設為目標；長江模擬器的建成，有助于地球模擬器的計算成果應用；兩大科學裝置協同運行，將有力促進中國地球科學的發展,提升中國地球科學研究的國際地位。夏軍：2018年開始建設的地球模擬器大科學裝置，是目前國家唯一在建的地球科學大裝置。從2009年開始醞釀，到落地建設經過了10年時間。地球模擬器起源于全球大氣和海洋環流模式，側重地球系統各圈層大尺度數值模擬，建設目標更趨向于超大數據科學運算設施和計算方法的研發。對流域的管理和調控而言，需與高分辨率的流域模擬器相結合，側重流域尺度陸表生態水文過程、河湖水動力過程和人類活動過程的模擬。長江模擬器以流域為研究對象，具有更高的空間分辨率、更快的時間響應，以直接服務于流域生態文明建設為目標。長江模擬器將在監測監控體系的建設、科學數據中心建設、集成現有科學研究成果和水環境水生態治理技術、公眾參與和公眾教育、科學研究與政府決策服務方面體現出與地球模擬器不同的特色。長江模擬器的建成，有助于地球模擬器的計算成果應用；地球模擬器可為長江模擬器提供更為精細和精確度更高的氣象水文輸入，從而提高長江模擬器的模擬精度。兩大科學裝置協同運行，將有力促進中國地球科學的發展，提升中國地球科學研究的國際地位。了解過去長江,再現長江流域水系產生和演化的過程；認識現在長江，對流域水系統進行實時監測、評估、預警和調控，診斷問題成因、提出管理措施；展望未來長江，模擬預測水生態水環境演變趨勢，提出相應調控對策和政策措施建議。夏軍：長江模擬器以“了解過去長江、認識現在長江、展望未來長江”為其主要功能。一是了解過去長江，即基于中生代以來的地質歷史時期的考古、古地質、古地貌、古氣候研究成果，再現長江流域水系產生和演化的過程。包括長江流域古氣候演變、長江流域水系形成、古湖泊演化、長江文明誕生和城市文明的演化過程。二是認識現在長江，即通過建設流域水系統全面監測監控能力，發展流域水系統全面模擬能力，具備對流域水系統進行實時監測、評估、預警和調控的能力。模擬再現近40年來的長江流域水環境水生態的演變過程，系統診斷流域水環境水生態問題的成因和機制，提出綜合調控策略和具體管理措施。三是展望未來長江，即針對未來可能的氣候變化情景及社會經濟發展情景，模擬預測不同情景下的流域水生態水環境演變趨勢。通過模擬分析不同綠色發展路徑下的流域綠色發展水平的時空差異，提出相應的調控對策和政策措施建議。
問：長江模擬器的研發，在流域綜合管理中起到什么作用？
長江模擬器是科技創新支撐長江流域綜合管理的體現，是支撐綠色發展和生態文明建設的先進科學利器，將為流域水災害預警、流域水環境水生態現狀評估、流域水資源和生態系統管理與調控提供有效科技手段，為流域長遠規劃、管理和應對提供科學依據。夏軍：通過建設長江模擬器，實現水循環、水環境、水生態和社會經濟過程耦合模擬，集成創新流域水生態恢復和水環境治理技術體系，長江模擬器可以說是科技創新支撐長江流域綜合管理的體現。長江模擬器建成后，將匯集長江上中下游的水文氣象、生態保護、城市建設、產業發展等數據，實現水循環、水生態、水環境和經濟社會多過程的耦合模擬，打造支撐綠色發展和生態文明建設的先進科學利器，促進全流域系統治理水平、綠色發展水平和生態文明水平提升，為國家生態文明建設作出戰略性、基礎性和前瞻性貢獻。長江模擬器建設涉及6個關鍵環節，包括建設長江流域空天地一體化立體監測系統，建設長江流域多源數據共享系統，研發長江流域水系統綜合模擬模型，建立長江流域綠色發展評估系統，建立長江流域生態文明公眾參與和教育平臺，建成科學研究與政府決策的溝通平臺。長江模擬器的建成，將為流域水災害預警、流域水環境水生態現狀評估、流域水資源和生態系統管理與調控提供有效科技手段,為流域長遠規劃、管理和應對提供科學依據。
問：長江模擬器對于公眾認識了解長江，能夠傳遞哪些信息？
夏軍：公眾需求將以長江保護法的相關規定為出發點，在保障公眾的知情權和參與權方面，在公眾宣傳和公眾教育方面，長江模擬器結合支撐大河文明館建設，開發過去長江、現在長江、未來長江相應的模塊展示功能，以網頁版和手機版的形式，滿足公眾認識長江、參與保護長江的需求。2020—2021年，完成“過去長江”的部分功能展示、“現在長江”系統軟件、展示平臺等初步搭建，掛牌“美麗中國”項目示范基地，啟動建設廣陽島野外科學觀測站；2022—2023年，拓展長江模擬器科研功能，推進長江模擬器產業應用；2024—2030年，拓展完善基礎設施和功能和長江模擬器產業運用。夏軍：長江模擬器裝置分三期進行，計劃用10年時間完成全部建設任務。2020—2021年，將現有研究成果與智慧廣陽島、大河文明館建設結合，完成“過去長江”中長江流域相關的古地理、古氣候等功能展示，完成“現在長江”系統軟件的初步開發、計算平臺的建設、展示平臺的初步搭建，模擬長江干流湖庫-岸線城市群的水生態水環境現狀，掛牌“”美麗中國”項目示范基地。同時，啟動建設廣陽島野外科學觀測站，為長江模擬器運行提供長期數據服務。2022—2023年，首先是拓展長江模擬器科研功能。完善“過去長江”中長江形成過程、長江流域文明誕生與演化等模塊功能，完成流域侵蝕模型及水生生物多樣評估模型研制、“現在長江”中長江流域野外實時監測網絡構建和“未來長江”的模擬、模型開發，投入運行廣陽島野外科學觀測站。其次是推進長江模擬器產業應用。推進與行業管理部門、科研機構、科技企業的成果共享和相互促進，以“政產研學用”創新加快產業化進程，衍生孵化具有產業化前景的產品、技術或服務，發揮好科技支撐弓|領作用。2024—2030年，對標國家重大科學基礎設施建設要求和長江流域治理的需求變化，拓展完善基礎設施和功能，持續推動長江流域水系統科學研究水平的提升，在流域系統治理和生態修復中充分發揮作用,努力將長江模擬器建設成為國家大科學裝置；拓展長江模擬器產業運用，打造生態監測設施研發與生產、物聯網設備與技術服務、流域系統診斷與評估服務、流域生態修復治理技術服務和流域產業發展規劃咨詢服務為一體的長江模擬器特色科創產業園。
文章來源：中國水利報（2021年8月26日第4912期）
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