中國(guó)網(wǎng)/中國(guó)發(fā)展門(mén)戶(hù)網(wǎng)訊 黨的十八大以來(lái)，黨中央把推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)放在突出位置，2018年3月，十三屆全國(guó)人大一次會(huì)議通過(guò)憲法修正案，將新發(fā)展理念、生態(tài)文明和建設(shè)美麗中國(guó)的要求載入憲法，確立了生態(tài)文明的憲法地位。構(gòu)建生態(tài)文明體系，完善生態(tài)文明領(lǐng)域的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)機(jī)制，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的全面綠色轉(zhuǎn)型，是“十四五”期間國(guó)家發(fā)展的重要任務(wù)。

2014年，長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)成為新時(shí)期國(guó)家發(fā)展重大戰(zhàn)略。2016年、2018年、2020年、2023年，習(xí)近平總書(shū)記先后在重慶、武漢、南京、南昌主持召開(kāi)推動(dòng)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶綠色發(fā)展座談會(huì)，確定了“共抓大保護(hù)、不搞大開(kāi)發(fā)”“生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展”的整體方針，突顯了長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶高質(zhì)量綠色發(fā)展在國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)中的戰(zhàn)略地位。2019年以來(lái)，生態(tài)環(huán)境部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)聯(lián)合開(kāi)展了長(zhǎng)江保護(hù)修復(fù)攻堅(jiān)行動(dòng)計(jì)劃，流域水環(huán)境質(zhì)量得到明顯改善，水生態(tài)退化得到初步遏制，但面源污染控制不力、湖泊濕地萎縮、生物多樣性損失等問(wèn)題依然突出。受氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)的影響，未來(lái)長(zhǎng)江流域生態(tài)保護(hù)形勢(shì)依然嚴(yán)峻復(fù)雜，水環(huán)境治理和水生態(tài)修復(fù)任務(wù)依然面臨巨大挑戰(zhàn)。2021年3月1日，《中華人民共和國(guó)長(zhǎng)江保護(hù)法》正式實(shí)施。貫徹落實(shí)《長(zhǎng)江保護(hù)法》，在科學(xué)統(tǒng)籌的前提下進(jìn)行流域系統(tǒng)治理，最終實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)江流域生態(tài)優(yōu)先下的高質(zhì)量綠色發(fā)展，有2項(xiàng)重要工作需要盡快開(kāi)展：國(guó)家層面的全流域協(xié)調(diào)機(jī)制要盡快建立，加強(qiáng)科技創(chuàng)新的引領(lǐng)作用，支撐流域生態(tài)環(huán)境修復(fù)保護(hù)和綜合管理的流域水系統(tǒng)模擬調(diào)控裝置需要盡快建設(shè)。

針對(duì)全球變化帶來(lái)的生態(tài)與環(huán)境問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出和發(fā)展了一系列地球系統(tǒng)模型（ESMs）。以全球大氣動(dòng)力學(xué)模式為基礎(chǔ)，耦合海洋、陸地、冰凍圈等動(dòng)力學(xué)模式，旨在預(yù)測(cè)、重構(gòu)和深入理解全球氣候變化過(guò)程，評(píng)估氣候變化對(duì)生態(tài)和環(huán)境的影響。2002年3月，日本建成地球模擬器（ES），目前已發(fā)展至ES4版本。2012年，美國(guó)國(guó)家大氣海洋局地球物理流體動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)了地球系統(tǒng)模型（ESMs）。2018年，美國(guó)能源部主導(dǎo)發(fā)布了E級(jí)能源地球系統(tǒng)模型（E3SM），關(guān)注點(diǎn)除氣候變化預(yù)測(cè)外，還將評(píng)估氣候變化對(duì)能源基礎(chǔ)設(shè)施帶來(lái)的壓力。2020年，瑞士大氣和氣候科學(xué)研究所發(fā)展了一個(gè)模塊化地球系統(tǒng)模擬器（MESMER）。2010年，曾慶存等針對(duì)國(guó)際上地球系統(tǒng)動(dòng)力模式研究的趨勢(shì)，提出發(fā)展我國(guó)的地球系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模式。2022年10月，中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所聯(lián)合清華大學(xué)，正式建成“地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置”，對(duì)深入理解氣候變化對(duì)全球及中國(guó)區(qū)域環(huán)境的影響意義重大。2021年，于貴瑞等提出打造“陸地生態(tài)系統(tǒng)數(shù)值模擬器”，發(fā)展基于“多源數(shù)據(jù)分析—生態(tài)過(guò)程模擬—時(shí)空格局評(píng)估—生態(tài)預(yù)測(cè)預(yù)警”于一體的大陸尺度的陸地生態(tài)系統(tǒng)模擬分析裝置，作為中國(guó)國(guó)家生態(tài)系統(tǒng)觀(guān)測(cè)研究網(wǎng)絡(luò)的重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)內(nèi)容。但現(xiàn)有的地球系統(tǒng)模擬器側(cè)重于整個(gè)地球系統(tǒng)的刻畫(huà)，空間分辨率較粗。例如，“地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置”的最高空間分辨率目前為5 km，不能精細(xì)刻畫(huà)地面生態(tài)水文過(guò)程，也不能精細(xì)刻畫(huà)人為活動(dòng)與管理措施對(duì)流域生態(tài)水文過(guò)程的影響，而這些過(guò)程的精細(xì)模擬對(duì)流域水環(huán)境水生態(tài)的評(píng)估、預(yù)警、調(diào)控必不可少。

2019年初，中國(guó)科學(xué)院?jiǎn)?dòng)了“美麗中國(guó)生態(tài)文明科技建設(shè)工程”戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)（A類(lèi)），其中項(xiàng)目4“長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶干流水環(huán)境水生態(tài)綜合治理與應(yīng)用”主要針對(duì)以水為紐帶的長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶高質(zhì)量綠色發(fā)展所亟待解決的水生態(tài)和水環(huán)境問(wèn)題。研究團(tuán)隊(duì)率先提出“長(zhǎng)江模擬器”構(gòu)想，在流域信息空天地一體化監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)上，發(fā)展流域水系統(tǒng)綜合模擬系統(tǒng)，為流域水系統(tǒng)調(diào)控和統(tǒng)籌管理提供綜合的技術(shù)方案。本文主要針對(duì)長(zhǎng)江流域水生態(tài)問(wèn)題進(jìn)行剖析，介紹了長(zhǎng)江模擬器在流域水生態(tài)調(diào)度方面的研究和模擬實(shí)踐，期望為長(zhǎng)江流域水生態(tài)調(diào)度管理提供參考。

長(zhǎng)江流域水生態(tài)現(xiàn)狀與主要問(wèn)題

長(zhǎng)江水系具有十分重要的生態(tài)服務(wù)功能，是中華民族永續(xù)發(fā)展的重要支撐。長(zhǎng)江流域水生生物多樣性甚高，有魚(yú)類(lèi)400余種（淡水348種，特有166種）、兩棲動(dòng)物145種（特有49種）、軟體動(dòng)物296種（特有197種）、水生維管束植物298種，是十分重要的種質(zhì)資源庫(kù)，支撐流域淡水魚(yú)產(chǎn)量超過(guò)全國(guó)的70%，為世界的40%。受強(qiáng)烈的人類(lèi)活動(dòng)和氣候變化的綜合影響，長(zhǎng)江流域正面臨著部分區(qū)域水資源短缺、水污染嚴(yán)重、水生態(tài)受損等問(wèn)題，成為制約區(qū)域社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。5萬(wàn)余座水庫(kù)總庫(kù)容占到了全流域地表徑流總量的37%，極大地改變了長(zhǎng)江流域水循環(huán)特征和水生生物棲息地環(huán)境。

長(zhǎng)江流域水生態(tài)的主要問(wèn)題，突出表現(xiàn)為水生生物多樣性下降。目前，長(zhǎng)江流域白鱀豚、白鱘等珍稀物種基本滅絕，不少魚(yú)類(lèi)（約30%）、鳥(niǎo)類(lèi)、貝類(lèi)等動(dòng)物瀕危；中華鱘、達(dá)氏鱘、胭脂魚(yú)、四大家魚(yú)等卵苗量大幅減少，江湖捕魚(yú)產(chǎn)量近50年下降了近80%；江豚數(shù)量近20年減少了80%，現(xiàn)僅存1 249頭。長(zhǎng)江流域水生態(tài)問(wèn)題在上中下游有不同的表現(xiàn)，概括為4個(gè)方面。

上游梯級(jí)水庫(kù)群引起的水生態(tài)問(wèn)題

長(zhǎng)江上游流域水能資源豐富，金沙江中下游梯級(jí)水庫(kù)群、雅礱江流域梯級(jí)水庫(kù)群已陸續(xù)建成，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供了穩(wěn)定的能源支持。但梯級(jí)水庫(kù)群建設(shè)也顯著改變了水生生物的生境，突出表現(xiàn)為2個(gè)主要問(wèn)題。

總?cè)芙鈿怏w過(guò)飽和問(wèn)題對(duì)魚(yú)類(lèi)的影響持續(xù)存在。高壩運(yùn)行使得總?cè)芙鈿怏w（TDG）過(guò)飽和成為一個(gè)嚴(yán)重的水環(huán)境問(wèn)題。2014年，溪洛渡壩下持續(xù)1周多的TDG過(guò)飽和水流導(dǎo)致下游向家壩庫(kù)區(qū)10×104 kg魚(yú)類(lèi)死亡。而梯級(jí)水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度可導(dǎo)致TDG過(guò)飽和持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，以及過(guò)飽和水平較高的累積效應(yīng)。采用流動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型模擬預(yù)測(cè)TDG過(guò)飽和的發(fā)生分布，優(yōu)化水電站發(fā)電模式和運(yùn)行調(diào)度方式，是目前解決梯級(jí)水庫(kù)群高壩泄流TDG過(guò)飽和問(wèn)題的最優(yōu)方式。

梯級(jí)水庫(kù)群對(duì)魚(yú)類(lèi)生物多樣性的不利影響持續(xù)存在。梯級(jí)水庫(kù)群建設(shè)導(dǎo)致上游河道水文情勢(shì)顯著改變（包括流速降低、水溫分層改變等）、魚(yú)類(lèi)洄游通道阻斷、魚(yú)類(lèi)生境破碎化等問(wèn)題持續(xù)存在，魚(yú)類(lèi)多樣性顯著降低。溪洛渡和向家壩電站運(yùn)行后，綏江斷面魚(yú)類(lèi)物種數(shù)由54種下降至35種。2018年在長(zhǎng)江上游珍稀特有魚(yú)類(lèi)國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)宜賓段的調(diào)查結(jié)果表明，原有36個(gè)產(chǎn)卵場(chǎng)中，功能部分退化、嚴(yán)重退化的占到了61%。修建過(guò)魚(yú)設(shè)施、建設(shè)保護(hù)區(qū)和人工產(chǎn)卵場(chǎng)、水庫(kù)生態(tài)調(diào)度、生境替代等措施的綜合采用，將是建設(shè)綠色水電和魚(yú)類(lèi)保護(hù)相結(jié)合的最好模式。

三峽庫(kù)區(qū)水生態(tài)問(wèn)題

三峽水庫(kù)因防洪、發(fā)電等需要，其水位調(diào)節(jié)強(qiáng)度和頻度都比較強(qiáng)烈，產(chǎn)生了一系列的水環(huán)境水生態(tài)問(wèn)題。主要體現(xiàn)為庫(kù)區(qū)消落帶、支流回水區(qū)和庫(kù)區(qū)本身3個(gè)方面。

庫(kù)區(qū)消落帶水土流失與植被退化問(wèn)題。消落帶水位落差高達(dá)30 m、水淹時(shí)間長(zhǎng)、反季節(jié)水位波動(dòng)頻繁，導(dǎo)致原有植被大規(guī)模退化，產(chǎn)生了較嚴(yán)重的水土流失問(wèn)題。近年來(lái)通過(guò)一系列的生態(tài)修復(fù)與工程治理措施，消落帶生態(tài)系統(tǒng)健康絕大部分呈現(xiàn)出逐年穩(wěn)定與改善的趨勢(shì)，但庫(kù)首和庫(kù)尾消落帶治理仍需加強(qiáng)。

庫(kù)區(qū)支流回水區(qū)水華問(wèn)題。三峽工程蓄水后，支流回水區(qū)因營(yíng)養(yǎng)鹽輸入及水文情勢(shì)的改變，即出現(xiàn)水華問(wèn)題。改變庫(kù)灣水動(dòng)力及生境條件，三峽水庫(kù)采用潮汐式生態(tài)調(diào)度，成為抑制庫(kù)灣區(qū)水華的有效方式。但庫(kù)區(qū)水華預(yù)測(cè)預(yù)警、支流水體營(yíng)養(yǎng)鹽控制仍需加強(qiáng)。

庫(kù)區(qū)魚(yú)類(lèi)生物多樣性衰減問(wèn)題。水庫(kù)蓄水后，原有部分產(chǎn)卵場(chǎng)被淹沒(méi)，庫(kù)區(qū)魚(yú)種資源不斷減少。據(jù)調(diào)查，庫(kù)區(qū)干流魚(yú)種數(shù)由20世紀(jì)80年代的140—200種下降至2013—2015年的84種。魚(yú)類(lèi)資源的衰減與恢復(fù)，仍需深入研究其成因及恢復(fù)機(jī)制。

中下游水生態(tài)問(wèn)題

中下游地區(qū)水生態(tài)系統(tǒng)深受水利工程、河湖采砂、圍墾造田等人類(lèi)活動(dòng)的影響，其水生態(tài)問(wèn)題突出表現(xiàn)為3個(gè)方面。

河湖水文情勢(shì)改變及對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)的不利影響。水庫(kù)調(diào)蓄及其導(dǎo)致的河床下切改變了干流和通江湖泊的水文節(jié)律，對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了重要影響。三峽水庫(kù)運(yùn)行后，壩下年徑流總量降低了6%—10%，壩下年均輸沙量減少了63%—80%。出庫(kù)泥沙偏細(xì)，導(dǎo)致壩下河床沖刷下切，大通河段汛期同流量水位下降0.1—1 m。顯著改變的河湖水文情勢(shì)和水溫體制，破壞了水生植物生長(zhǎng)條件及魚(yú)類(lèi)洄游產(chǎn)卵和發(fā)育條件，并降低了水體自?xún)裟芰ΑＨ龒{水庫(kù)壩下干流春季水位的快速上升影響濕生和挺水植物的萌發(fā)，導(dǎo)致水鳥(niǎo)和魚(yú)類(lèi)棲息地發(fā)生較大改變，從而影響?hù)~(yú)類(lèi)和水鳥(niǎo)等動(dòng)物資源。中游河道的堤防工程、裁彎取直工程、堵叉工程、洲灘種樹(shù)工程，使得河道渠化，減少了水生生物的棲息地面積，水生生境異質(zhì)性降低，降低水生生物多樣性。

湖泊圍墾破壞了水生生態(tài)系統(tǒng)的完整性。湖泊的不斷圍墾和泥沙淤積及沿湖建設(shè)，導(dǎo)致湖泊濕地面積不斷萎縮、湖濱帶功能退化，水生和沿岸植被衰退，降低了湖岸帶污染物攔截和消減內(nèi)源污染的能力，破壞了湖泊生態(tài)系統(tǒng)完整性。

河湖采砂和航道整治對(duì)水生生物棲息地的破壞。河湖采砂和航道整治顯著改變河湖水文地貌和水文過(guò)程，破壞了底部棲息地，對(duì)底棲動(dòng)物和水生植物造成巨大影響。采砂導(dǎo)致的懸浮物濃度增加，降低了水體透明度，對(duì)浮游生物和水生植物都有較大影響。

典型通江湖泊的水生態(tài)問(wèn)題

長(zhǎng)江中下游淺水湖泊歷史上均與干流相通，構(gòu)成江湖復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，從而成為世界罕有的淡水物種資源庫(kù)。但是，20世紀(jì)50年代以來(lái)，江湖筑壩建閘嚴(yán)重影響了江湖系統(tǒng)的側(cè)向水文連通，只剩下洞庭湖、鄱陽(yáng)湖保持通江狀態(tài)。目前，洞庭湖、鄱陽(yáng)湖受水利工程調(diào)蓄、湖泊圍墾等人類(lèi)開(kāi)發(fā)行為的影響，湖泊濕地大規(guī)模喪失，江湖水沙交換關(guān)系和江湖水動(dòng)力學(xué)特征發(fā)生較大改變，進(jìn)而影響到湖泊水生態(tài)系統(tǒng)的完整性，造成生物多樣性下降和湖泊水質(zhì)下降等嚴(yán)峻的水生態(tài)問(wèn)題，主要表現(xiàn)為4個(gè)方面。

局部湖區(qū)藻華風(fēng)險(xiǎn)較高。鄱陽(yáng)湖都昌、軍山湖、康山湖、撮箕湖、戰(zhàn)備湖等湖區(qū)水面均觀(guān)測(cè)到大面積的藍(lán)藻聚集。尤其是東部湖灣，相對(duì)其他湖區(qū)而言，水流較緩而總磷、總氮濃度較高，已發(fā)生多次水華聚集現(xiàn)象。東洞庭湖也因水流緩慢而面臨較高的水華風(fēng)險(xiǎn)。

沉水植被大幅度減少。受水面萎縮影響，通江湖泊部分湖區(qū)水生生境向陸生生境演替，沉水植被面積大幅縮減，群落結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化、多樣性降低。

底棲動(dòng)物多樣性、完整性下降。鄱陽(yáng)湖底棲動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種由大型軟體動(dòng)物逐漸演變成小型軟體動(dòng)物和昆蟲(chóng)類(lèi)，多樣性下降明顯；而洞庭湖底棲動(dòng)物完整性也呈顯著下降趨勢(shì)。

干旱脅迫下魚(yú)類(lèi)和江豚受到威脅。全面禁漁之后，捕撈壓力減小，魚(yú)類(lèi)資源量增加，江豚數(shù)量也呈上漲趨勢(shì)。但受近年來(lái)頻繁低枯水及旱澇急轉(zhuǎn)影響，通江湖泊退水速率加快、水位驟降，使得部分來(lái)不及回退的江豚和魚(yú)類(lèi)滯留于低洼水體，干涸而死。

長(zhǎng)江流域水生態(tài)調(diào)度主要實(shí)踐與問(wèn)題

三峽水庫(kù)蓄水以來(lái)，科研人員即開(kāi)始關(guān)注水庫(kù)的生態(tài)調(diào)度問(wèn)題。程根偉等提出保持河流洪水節(jié)律、維持上下游輸沙平衡、促進(jìn)庫(kù)區(qū)水量交換、實(shí)現(xiàn)防洪補(bǔ)償調(diào)節(jié)的生態(tài)調(diào)度目標(biāo)。郭文獻(xiàn)等從壩下河道環(huán)境流量、中華鱘產(chǎn)卵期水文水動(dòng)力需求、四大家魚(yú)產(chǎn)卵期需求進(jìn)行了量化分析，討論了三峽水庫(kù)生態(tài)調(diào)度目標(biāo)。2011—2020年，長(zhǎng)江水利委員會(huì)在三峽水庫(kù)共開(kāi)展了14次促進(jìn)壩下江段四大家魚(yú)自然繁殖的生態(tài)調(diào)度試驗(yàn)。除2016年、2020年生態(tài)調(diào)度期間沒(méi)有出現(xiàn)大規(guī)模繁殖以外，其他年份生態(tài)調(diào)度的實(shí)施對(duì)促進(jìn)產(chǎn)漂流性卵魚(yú)類(lèi)繁殖起到了積極的作用。2020—2021年，漢江水利水電集團(tuán)在丹江口-王甫洲區(qū)間開(kāi)展了3次生態(tài)調(diào)度試驗(yàn)，針對(duì)伊樂(lè)藻等沉水植物過(guò)度生長(zhǎng)，在保障北調(diào)水量的前提下，采取加大下泄流量的方法，對(duì)沉水植被生長(zhǎng)進(jìn)行擾動(dòng)，有效抑制了王甫洲庫(kù)區(qū)的水草增長(zhǎng)。

從三峽水庫(kù)的生態(tài)調(diào)度實(shí)踐看，其調(diào)度目標(biāo)仍比較單一，僅考慮四大家魚(yú)的產(chǎn)卵需求。實(shí)際上，除產(chǎn)卵外，魚(yú)類(lèi)資源恢復(fù)還必需足夠大的餌料生物豐富的肥育水域。剛孵化的魚(yú)苗必需到浮游動(dòng)物豐富的緩流或靜水環(huán)境，否則魚(yú)苗到幼魚(yú)（10—20 cm）的成活率相差成千上萬(wàn)倍。食性轉(zhuǎn)換后的幼魚(yú)、亞成魚(yú)和成魚(yú)攝食浮游生物、底棲動(dòng)物或水生植物，其水文需求與餌料生物的類(lèi)似，也需要流速較低的環(huán)境。因此，未來(lái)流域生態(tài)調(diào)度還應(yīng)考慮以滿(mǎn)足多數(shù)魚(yú)類(lèi)生活史全過(guò)程及所需餌料生物（主要是漫灘植物）的水文過(guò)程需求為目標(biāo)。

長(zhǎng)江模擬器的研發(fā)與河道水生態(tài)調(diào)度設(shè)想

長(zhǎng)江模擬器的研發(fā)

長(zhǎng)江模擬器，是指以長(zhǎng)江流域?yàn)閷?duì)象，以流域水循環(huán)為紐帶，將自然過(guò)程與人文過(guò)程相耦合的流域模擬系統(tǒng)及科學(xué)裝置。長(zhǎng)江模擬器強(qiáng)調(diào)長(zhǎng)江上、中、下游及湖庫(kù)—岸線(xiàn)—城市群的互聯(lián)互動(dòng)，強(qiáng)調(diào)防洪、發(fā)電與水生生物保護(hù)等目標(biāo)相結(jié)合的聯(lián)合調(diào)度，以“了解過(guò)去長(zhǎng)江、認(rèn)識(shí)現(xiàn)在長(zhǎng)江、展望未來(lái)長(zhǎng)江”為目標(biāo)，具有“監(jiān)測(cè)—模擬—評(píng)估—預(yù)警—決策—調(diào)控”一體化功能。經(jīng)過(guò)近5年的探索，基本形成了長(zhǎng)江模擬器建設(shè)的系統(tǒng)框架（圖1），并從感知體系、模擬體系和服務(wù)體系建設(shè)著眼，形成了長(zhǎng)江模擬器的初代產(chǎn)品。

在感知體系建設(shè)方面，初步形成了流域空天地一體化監(jiān)測(cè)監(jiān)控體系。研發(fā)了基于連續(xù)精細(xì)吸收光譜的接觸式水下原位水質(zhì)探測(cè)系統(tǒng)和基于反射式高光譜成像技術(shù)的空、地基水質(zhì)探測(cè)系統(tǒng)，目前已在三峽庫(kù)區(qū)香溪河站和鄱陽(yáng)湖區(qū)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)水質(zhì)指標(biāo)的在線(xiàn)連續(xù)高頻觀(guān)測(cè)。采用遙感解譯的方式，獲取了鄱陽(yáng)湖、洞庭湖、太湖、洪湖1987—2021年長(zhǎng)序列水質(zhì)時(shí)空變化數(shù)據(jù)，獲取了武漢、重慶、上海、長(zhǎng)沙等典型城市黑臭水體數(shù)據(jù)，制作了長(zhǎng)江干流水質(zhì)月尺度解譯產(chǎn)品，獲取了近40年來(lái)長(zhǎng)江干流岸線(xiàn)的時(shí)空變化數(shù)據(jù)。與環(huán)境監(jiān)測(cè)部門(mén)初步建立了數(shù)據(jù)共享合作機(jī)制，聯(lián)合打造長(zhǎng)江流域水生態(tài)水環(huán)境監(jiān)測(cè)信息平臺(tái)。

在模型體系建設(shè)方面，構(gòu)建了長(zhǎng)江干流水系統(tǒng)綜合模擬與調(diào)控平臺(tái)。發(fā)展了流域分布式生態(tài)水文模擬模型、流域面源污染模擬模型、三峽水庫(kù)水動(dòng)力-水質(zhì)-調(diào)度耦合模型、長(zhǎng)江中下游干流水動(dòng)力-水質(zhì)耦合模型、鄱陽(yáng)湖及洞庭湖二維水動(dòng)力模型、長(zhǎng)江干流典型河段水生態(tài)模擬模型、長(zhǎng)江干流典型城市水系統(tǒng)模型等專(zhuān)業(yè)模型。專(zhuān)業(yè)模型耦合模擬的精度得到了檢驗(yàn)，在清溪場(chǎng)、萬(wàn)縣、城陵磯、漢口、湖口、大通6個(gè)關(guān)鍵斷面，流量、水位模擬的納什效率系數(shù)達(dá)到0.70以上，模型耦合模擬精度達(dá)到了預(yù)期。

在各專(zhuān)業(yè)模型的開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)上，研發(fā)了長(zhǎng)江模擬器軟件平臺(tái)，分專(zhuān)業(yè)版和決策版（圖2）。軟件平臺(tái)專(zhuān)業(yè)版中，各模型既可獨(dú)立運(yùn)行，也提供各模型耦合模擬定制化環(huán)境。軟件平臺(tái)決策版中，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)江模擬器“監(jiān)測(cè)—模擬—評(píng)估—預(yù)警—決策—調(diào)控”一體化功能，已開(kāi)發(fā)了監(jiān)測(cè)監(jiān)控、面源污染、水循環(huán)、水生態(tài)、岸線(xiàn)、城市群、調(diào)控決策7個(gè)模塊。監(jiān)測(cè)監(jiān)控模塊中，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目示范區(qū)和三個(gè)湖泊試驗(yàn)站實(shí)時(shí)在線(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的接入展示，接入了全流域水文實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。水循環(huán)模塊中，模擬分析了近40年和未來(lái)30年全流域水文循環(huán)的時(shí)空變化特征；基于15天短期天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了流域水文情勢(shì)的滾動(dòng)預(yù)報(bào)，可預(yù)報(bào)各水文響應(yīng)單元的產(chǎn)流、土壤濕度、蒸散發(fā)變化，預(yù)報(bào)干支流關(guān)鍵斷面的流量、水位變化，預(yù)報(bào)鄱陽(yáng)湖、洞庭湖的水情變化。湖庫(kù)模塊中，模擬了洞庭湖、鄱陽(yáng)湖近40年和未來(lái)30年湖泊水文水動(dòng)力過(guò)程，并可模擬鄱陽(yáng)湖建閘的水文情勢(shì)變化及其對(duì)候鳥(niǎo)棲息地的影響。岸線(xiàn)模塊中，獲取了中下游干流陸向和水向岸線(xiàn)質(zhì)量演變特征；建立了基于旗艦物種江豚生境需求的水向岸線(xiàn)質(zhì)量評(píng)估模型；建立了陸向岸線(xiàn)污染物攔截空間配置模型，確立了不同類(lèi)型的陸向岸線(xiàn)的空間配置方案，并應(yīng)用于長(zhǎng)江流域國(guó)土空間配置規(guī)劃。水生態(tài)模塊中，建立了典型河段的水文-水動(dòng)力-食物鏈關(guān)系模型，聯(lián)合流域水文模型、三峽調(diào)度模型、干流水動(dòng)力模型，首次確立了考慮水生生物食物鏈需求的三峽水庫(kù)生態(tài)調(diào)度方案。城市水系統(tǒng)模塊中，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)江中游城市群、成渝城市群的降雨—產(chǎn)流—用水—排水—產(chǎn)污過(guò)程耦合模擬；針對(duì)典型城市（重慶、武漢）開(kāi)展了城市化的水文效應(yīng)模擬、城市內(nèi)澇模擬；針對(duì)基于未來(lái)24 h逐時(shí)天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了武漢市建成區(qū)內(nèi)澇趨勢(shì)的滾動(dòng)預(yù)報(bào)，并可應(yīng)用于長(zhǎng)江流域各級(jí)城市。決策調(diào)控模塊中，建立了流域綠色發(fā)展評(píng)價(jià)模型，評(píng)估地級(jí)市尺度的綠色發(fā)展不同維度的時(shí)空差異，提出地級(jí)市尺度的綠色發(fā)展調(diào)控方案，并可模擬分析不同調(diào)控方案下流域面源污染的可能變化及其對(duì)干流水質(zhì)變化的可能貢獻(xiàn)。

在服務(wù)體系研發(fā)方面，針對(duì)公眾服務(wù)、數(shù)據(jù)應(yīng)用、政府決策、綜合治理技術(shù)等方面開(kāi)展了工作。開(kāi)發(fā)了長(zhǎng)江模擬器公眾版小程序，為公眾宣傳與公眾參與長(zhǎng)江大保護(hù)奠定了基礎(chǔ)；建設(shè)了長(zhǎng)江模擬器綜合數(shù)據(jù)庫(kù)，支撐長(zhǎng)江模擬器專(zhuān)業(yè)版、決策版、公眾版平臺(tái)，并為長(zhǎng)江流域科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)打下了基礎(chǔ)；政府決策服務(wù)方面，通過(guò)咨詢(xún)報(bào)告等為行業(yè)及區(qū)域管理提供了重要的決策咨詢(xún)建議；流域綜合治理技術(shù)服務(wù)方面，構(gòu)建了典型湖泊/湖區(qū)水生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)、城市水環(huán)境水生態(tài)綜合治理關(guān)鍵技術(shù)、長(zhǎng)江干流岸線(xiàn)生態(tài)修復(fù)及調(diào)控技術(shù)等，初步形成了長(zhǎng)江模擬器的服務(wù)體系。

長(zhǎng)江模擬器服務(wù)于科研用戶(hù)、公眾和政府決策的研發(fā)理念及其研發(fā)進(jìn)展，得到了重慶市政府的認(rèn)可。在中國(guó)科學(xué)院與重慶市政府戰(zhàn)略合作協(xié)議框架下，重慶市政府將長(zhǎng)江模擬器落地建設(shè)作為支撐重慶和整個(gè)長(zhǎng)江流域生態(tài)文明建設(shè)的科技利器。支持長(zhǎng)江模擬器研發(fā)與落地建設(shè)寫(xiě)入了2021年3月重慶市政府印發(fā)的《重慶市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》和2022年重慶市政府印發(fā)的《重慶市科技創(chuàng)新“十四五”規(guī)劃（2021—2025年）》，雙方將爭(zhēng)取把長(zhǎng)江模擬器打造為流域信息綜合集成平臺(tái)、流域水系統(tǒng)演變模擬平臺(tái)、流域綜合調(diào)控管理決策支持平臺(tái)，成為生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域又一個(gè)國(guó)家級(jí)重大科技基礎(chǔ)設(shè)施。

長(zhǎng)江模擬器的水生態(tài)調(diào)度設(shè)計(jì)

在長(zhǎng)江模擬器研發(fā)過(guò)程中，考慮了兩個(gè)大型通江湖泊洞庭湖、鄱陽(yáng)湖的生態(tài)水位需求，干流河道典型江段底棲動(dòng)物、魚(yú)類(lèi)、漫灘植被對(duì)河道水文節(jié)律（流量、流速）的響應(yīng)關(guān)系，河口壓咸流量需求，以防洪、發(fā)電、航運(yùn)需求為約束條件，以現(xiàn)有三峽水庫(kù)調(diào)度方案為基礎(chǔ)，建立了三峽水庫(kù)生態(tài)調(diào)度模型。設(shè)置了6種水庫(kù)出庫(kù)控制方式，包括假設(shè)無(wú)庫(kù)、現(xiàn)有優(yōu)化調(diào)度方式、規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)度方式、壩前水位控制方式、下泄流量控制方式、生態(tài)調(diào)度方式。通過(guò)三峽水庫(kù)不同調(diào)度方式與流域分布式水文模型、流域面源污染模型、干流水動(dòng)力水質(zhì)模型、通江湖泊水動(dòng)力模型、河道水生態(tài)模型聯(lián)合模擬，模擬分析不同調(diào)度方式下干流及通江湖泊水質(zhì)、水文、水生態(tài)過(guò)程的變化特征，以及水生生物生境的可能變化及食物鏈的不同響應(yīng)，從而確定三峽水庫(kù)適宜的水生態(tài)調(diào)度方案。

基于長(zhǎng)江模擬器的干流河道水生態(tài)調(diào)度研究

干流河道水生態(tài)調(diào)度模型構(gòu)建

長(zhǎng)江模擬器的干流河道水生態(tài)調(diào)度模型，以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)目標(biāo)所需的水文周期波動(dòng)過(guò)程為基礎(chǔ)，從現(xiàn)階段的流量目標(biāo)靜態(tài)化轉(zhuǎn)向?yàn)閯?dòng)態(tài)化，從刺激四大家魚(yú)產(chǎn)卵向滿(mǎn)足魚(yú)類(lèi)全生活史過(guò)程需求轉(zhuǎn)變。該調(diào)度模型由長(zhǎng)江模擬器中的流域水文模型、三峽水庫(kù)調(diào)度模型、干流一維水動(dòng)力模型、典型江段二維水動(dòng)力模型和多個(gè)典型河段水文-食物網(wǎng)模型聯(lián)合模擬完成，具體流程見(jiàn)附錄。模型輸入?yún)?shù)為三峽水庫(kù)出庫(kù)周年日流量，輸出參數(shù)為多個(gè)典型河段基礎(chǔ)生物（濕生植物、挺水植物、浮游植物、浮游動(dòng)物和底棲動(dòng)物）資源量、魚(yú)類(lèi)資源量和江豚潛在數(shù)量。基礎(chǔ)生物資源量估算，基于各基礎(chǔ)生物對(duì)水流生境因子（水深、流速）的需求，結(jié)合典型河段二維水動(dòng)力模型得出基礎(chǔ)生物適宜面積，該面積乘以生物量得到河段基礎(chǔ)生物的資源量。通過(guò)比較不同方案的模擬結(jié)果，分析環(huán)境變化下河道水生態(tài)效應(yīng)，即高級(jí)生物對(duì)水文、棲息地等環(huán)境條件的需求，并用于優(yōu)化三峽水庫(kù)的生態(tài)調(diào)度。

基于三峽調(diào)度下的干流河道水生態(tài)模型應(yīng)用

三峽水庫(kù)蓄水后實(shí)際運(yùn)行方式的水生態(tài)效應(yīng)模擬。本研究模擬分析了無(wú)庫(kù)和有庫(kù)條件（實(shí)際運(yùn)行模式）下干流河段水生生物的響應(yīng)。與無(wú)庫(kù)情形相比，三峽水庫(kù)實(shí)際運(yùn)行方式會(huì)導(dǎo)致魚(yú)類(lèi)和江豚數(shù)量減少2.8%（0.5%—4.9%）、濕生植物資源量減少3%（0—5.8%）、挺水植物減少5%（0.4%—8%）、底棲動(dòng)物減少0.6%（0—2.2%）、浮游生物影響不大。主要原因是枯水期（2—3月）為滿(mǎn)足航運(yùn)需求增高水位，導(dǎo)致漫灘濕生植物萌發(fā)面積減小；汛前消落期（5月25日—6月10日）短期內(nèi)大量放水（6月10日庫(kù)水位降至145 m），導(dǎo)致河道水位快速升高，不利于漫灘濕生植物生長(zhǎng)。此外，三峽出庫(kù)泥沙偏細(xì)，導(dǎo)致中下游河床沖刷加劇，底質(zhì)不穩(wěn)定，底棲動(dòng)物資源量減少，也是影響?hù)~(yú)類(lèi)資源的一個(gè)重要因素。

提出了三峽水庫(kù)生態(tài)調(diào)度可行的最佳參數(shù)。① 通過(guò)對(duì)不同調(diào)度方案進(jìn)行比選，在滿(mǎn)足防洪和航運(yùn)需求的前提下，考慮干流河段水生生物與河流水文情勢(shì)之間的關(guān)系，初步確定了三峽水庫(kù)生態(tài)調(diào)度的基本參數(shù)（圖3）。2—3月下泄流量為6 000—7 000 m3/s，可滿(mǎn)足航運(yùn)需求（航運(yùn)最低需求為6 000 m3/s），同時(shí)應(yīng)盡量保持低流量，以使漫灘植物有足夠的萌發(fā)面積；4月下泄流量區(qū)間保持為7 000—8 000 m3/s、5月為8 000—13 000 m3/s、6月為13 000—18 000 m3/s，既可滿(mǎn)足防汛需求，也對(duì)水生生物影響較小。其中，4月15日—6月15日，三峽防汛騰庫(kù)時(shí)，應(yīng)盡可能地慢速騰庫(kù)容（日增小于160 m3/s），使?jié)裆参镉凶銐虻纳L(zhǎng)期；5—6月，水溫達(dá)到18℃—30℃（最適18℃—24℃）時(shí)，制造洪峰以滿(mǎn)足四大家魚(yú)產(chǎn)卵需求，日漲水量大于2 000 m3/s，漲水次數(shù)約5次，總漲水量大于10 000 m3/s（短期的持續(xù)漲水對(duì)漫灘植物不會(huì)造成很大影響）。本方案已經(jīng)向長(zhǎng)江水利委員會(huì)和三峽水利樞紐梯級(jí)調(diào)度通信中心作了專(zhuān)門(mén)匯報(bào)。目前確立的三峽水庫(kù)生態(tài)調(diào)度方案，除考慮魚(yú)類(lèi)產(chǎn)卵需求外，還考慮了魚(yú)類(lèi)全生活史各個(gè)階段的水文過(guò)程需求。春末夏初，制造洪峰促進(jìn)產(chǎn)漂流性卵魚(yú)類(lèi)產(chǎn)卵，魚(yú)卵孵化后形成的仔稚魚(yú)需要到緩流區(qū)（流速<0.03 m/s）（河漫灘、通江湖泊等）攝食浮游動(dòng)物，此時(shí)淹沒(méi)的植物可營(yíng)造低流速的生境。食性轉(zhuǎn)換后的幼魚(yú)、亞成魚(yú)和成魚(yú)攝食浮游生物、底棲動(dòng)物或水生植物，也需要流速較低的環(huán)境。對(duì)于產(chǎn)粘性卵魚(yú)類(lèi)（如鯉、鯽、翹嘴鮊）需要植物體、砂石等作為粘卵基質(zhì)，若產(chǎn)卵期水體沒(méi)有合適的基質(zhì)，則需要水位上升以便親魚(yú)到水陸交錯(cuò)區(qū)產(chǎn)卵。因此，若要提高魚(yú)類(lèi)總資源量，生態(tài)調(diào)度需滿(mǎn)足魚(yú)類(lèi)全生活史各個(gè)階段的需求。

通江湖泊典型水情模擬及生態(tài)效應(yīng)

通江湖泊水動(dòng)力模型，基于通江湖泊精細(xì)地形高程和出入流流量水位等輸入信息，能夠反映通江湖泊與長(zhǎng)江之間的出流、頂托和倒灌作用，模擬湖泊流域和長(zhǎng)江來(lái)水共同作用下的湖泊水動(dòng)力變化，刻畫(huà)水面動(dòng)態(tài)的干濕變化過(guò)程。可應(yīng)于不同氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)影響下，江湖關(guān)系變化對(duì)通江湖泊水動(dòng)力的影響，捕捉典型水文年、典型水文階段的湖泊水動(dòng)力場(chǎng)，為湖泊水生態(tài)和濕地生態(tài)研究提供湖泊水文水動(dòng)力要素時(shí)空變化數(shù)據(jù)集。以鄱陽(yáng)湖為例，2006年枯水期水深時(shí)空分布模擬結(jié)果，很好地刻畫(huà)了鄱陽(yáng)湖河道深水、洲灘淺水以及北部深、南部淺的分布格局（圖4）。湖泊水動(dòng)力場(chǎng)的精細(xì)模擬，可用于航道規(guī)劃、候鳥(niǎo)和其他水生生物棲息地適宜性評(píng)估。

通江湖泊水利樞紐工程調(diào)控效應(yīng)

近20年來(lái)，鄱陽(yáng)湖枯水位降低、枯水期提前、枯水歷時(shí)延長(zhǎng)等問(wèn)題日益凸顯，并表現(xiàn)為常態(tài)化、趨勢(shì)化。建設(shè)鄱陽(yáng)湖水利樞紐工程，被當(dāng)?shù)卣J(rèn)為是一個(gè)“根本性”解決方案。為滿(mǎn)足鄱陽(yáng)湖擬建水利樞紐工程的影響評(píng)估需求，鄱陽(yáng)湖水動(dòng)力模塊專(zhuān)門(mén)增加了樞紐功能的定義與邊界刻畫(huà)，可分別進(jìn)行現(xiàn)狀條件和建閘情況下的評(píng)估計(jì)算。

考慮水利樞紐有效增加水資源的同時(shí)，需關(guān)注流速降低、換水周期延長(zhǎng)等可能帶來(lái)的水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。本研究選取2011年（枯水年）、2016年（豐水年）和2017年（平水年）3個(gè)典型年份，開(kāi)展了建閘前后湖泊水文水動(dòng)力變化評(píng)估。從影響時(shí)段看，9月蓄水期和退水初期影響最大，枯水年全湖平均水位建閘后相比建閘前提升了1.52 m，豐水年平均水位提升了1.07 m；12月份水位平均提升幅度均小于0.5 m。從空間影響來(lái)看，建閘主要影響湖區(qū)北部、中部及東部，對(duì)湖區(qū)西部和南部影響較小。對(duì)水動(dòng)力的影響主要集中在河道區(qū)，河道流速整體減小，閘前流速降幅較大；洲灘區(qū)域，本身流速偏小、流向不定，對(duì)水利樞紐的響應(yīng)不如河道區(qū)敏感。

通江湖泊候鳥(niǎo)棲息地潛在生境模擬

候鳥(niǎo)棲息地潛在生境模型以通江湖泊水動(dòng)力模型為基礎(chǔ)，基于湖泊水動(dòng)力模型輸出的水深計(jì)算結(jié)果，通過(guò)設(shè)定水深閾值，自動(dòng)提取候鳥(niǎo)潛在生境。通江湖泊候鳥(niǎo)棲息地水深閾值設(shè)置為50 cm，基本包含了通江湖泊所有候鳥(niǎo)類(lèi)型棲息地適宜的水深。考慮通江湖泊候鳥(niǎo)的遷徙和停留時(shí)間，主要計(jì)算時(shí)段為每年的1—2月和11—12月，同時(shí)兼顧適宜水深的持續(xù)時(shí)間。基于不同典型年、不同水情條件的水動(dòng)力模擬結(jié)果，可計(jì)算相應(yīng)條件下全年潛在適宜的候鳥(niǎo)棲息地空間分布及變化情況。

以2006年為例，鄱陽(yáng)湖適宜候鳥(niǎo)的潛在棲息地空間主要分布在湖區(qū)中部河口、自然保護(hù)區(qū)及淺水湖灣（圖5a），模擬結(jié)果與以往報(bào)道相符。水利樞紐建成運(yùn)行后，水深條件發(fā)生變化，潛在棲息地空間分布格局發(fā)生了相應(yīng)調(diào)整，其中湖區(qū)中部和東部面積略有減少，西部面積大為增加（圖5b）。即針對(duì)極端枯水年，建閘后的水位抬升，使得原本部分干涸灘地淹沒(méi)成為淺水洲灘，可有效增大候鳥(niǎo)棲息地適宜范圍。

小結(jié)與建議

小結(jié)

長(zhǎng)江模擬器考慮大型水庫(kù)調(diào)度對(duì)下游河道和通江湖泊水文情勢(shì)的影響，構(gòu)建了基于能流-食物鏈關(guān)系的河道水生態(tài)模型，可評(píng)估不同調(diào)度方式下河道水生生物的響應(yīng)，首次建立了考慮河道魚(yú)類(lèi)生長(zhǎng)史全過(guò)程水文需求的三峽水庫(kù)生態(tài)調(diào)度方案，深化了三峽生態(tài)調(diào)度的內(nèi)涵。但三峽調(diào)度涉及防洪、發(fā)電、航運(yùn)、生態(tài)、環(huán)境等多個(gè)方面，涉及多部門(mén)之間溝通合作問(wèn)題，模型開(kāi)發(fā)中發(fā)電和航運(yùn)調(diào)度模塊相對(duì)簡(jiǎn)單，未來(lái)需要進(jìn)一步深化。而三峽以上梯級(jí)水庫(kù)的聯(lián)合調(diào)度，如何在考慮防洪、發(fā)電的基礎(chǔ)上，進(jìn)行逐級(jí)的生態(tài)調(diào)度實(shí)踐，既需要梯級(jí)水庫(kù)水量的聯(lián)合調(diào)度，也需要針對(duì)具體河段的水生生物的基本需求和水生態(tài)保護(hù)目標(biāo)，需進(jìn)一步深入研究，開(kāi)發(fā)相應(yīng)的水動(dòng)力-水生態(tài)耦合模擬模塊。

長(zhǎng)江中下游通江湖泊的水生態(tài)問(wèn)題，還受下游流域多個(gè)水利工程的綜合作用，需要開(kāi)展三峽水庫(kù)與下游水利工程的聯(lián)合生態(tài)調(diào)度深度研究。例如鄱陽(yáng)湖的水生態(tài)調(diào)度，不僅僅涉及三峽調(diào)度，也涉及贛江流域上游水利工程的聯(lián)合調(diào)度。在通江湖泊水動(dòng)力模型研發(fā)基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的候鳥(niǎo)棲息地適宜性評(píng)估模型，可模擬分析不同調(diào)度方式和建閘與否對(duì)通江湖泊水文情勢(shì)和候鳥(niǎo)棲息地的可能影響。目前湖泊模型尚缺乏水動(dòng)力-水質(zhì)耦合模擬能力，尚不能模擬分析水動(dòng)力環(huán)境改變對(duì)湖泊水質(zhì)影響的時(shí)空分異特征，水生態(tài)過(guò)程的模擬也僅僅考慮了候鳥(niǎo)棲息地，相對(duì)簡(jiǎn)化。未來(lái)湖泊水動(dòng)力-水質(zhì)-水生態(tài)耦合模擬將是一個(gè)重要方向，可在目前水情預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，擴(kuò)展通江湖泊水動(dòng)力模型的功能和應(yīng)用領(lǐng)域。而處于面源污染模型下游的通江湖泊水質(zhì)模擬有賴(lài)于面源污染模擬的精度。長(zhǎng)江模擬器初步開(kāi)發(fā)了流域面源和點(diǎn)源污染模擬模型，可精細(xì)表達(dá)徑流路徑差異對(duì)污染物遷移過(guò)程的影響，識(shí)別污染物關(guān)鍵源區(qū)和關(guān)鍵時(shí)段，能直接對(duì)接管理防控需求，但限于水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料的共享限制、點(diǎn)源污染源精細(xì)分布空間信息掌握不足，其模擬精度還有很大的提升空間。

當(dāng)前研發(fā)的長(zhǎng)江模擬器，只能算是大型流域模擬的初代裝置，與規(guī)劃的目標(biāo)與理論框架之間的距離還很遠(yuǎn)。長(zhǎng)江模擬器在水生態(tài)調(diào)度方面的能力提升，還需要在描述能力、計(jì)算能力、大數(shù)據(jù)匯聚和處理能力、人文過(guò)程模型化、調(diào)控決策智慧化等方面加大力度。在科技創(chuàng)新領(lǐng)域，專(zhuān)業(yè)模型和模塊的不斷發(fā)展完善，將是長(zhǎng)江模擬器研發(fā)面臨的長(zhǎng)期任務(wù)。在流域綜合治理與政府決策輔助方面，要發(fā)展針對(duì)不同部門(mén)、不同層級(jí)的應(yīng)用實(shí)例，深入把握用戶(hù)需求，完善應(yīng)用功能開(kāi)發(fā)。在公眾教育與參與領(lǐng)域，進(jìn)一步理解公眾需求，針對(duì)性開(kāi)發(fā)公眾版相關(guān)功能，是長(zhǎng)江流域生態(tài)保護(hù)需要開(kāi)展的一項(xiàng)重要工作，也是長(zhǎng)江模擬器的重要使命。

建議

長(zhǎng)江模擬器研發(fā)過(guò)程中，《中華人民共和國(guó)長(zhǎng)江保護(hù)法》頒布實(shí)施，我們深刻體會(huì)到部門(mén)和政府間協(xié)調(diào)、流域統(tǒng)籌在長(zhǎng)江流域生態(tài)保護(hù)中的重要性，而缺乏強(qiáng)有力的科技支撐，是長(zhǎng)江流域水生態(tài)保護(hù)面臨的關(guān)鍵問(wèn)題。

建議盡早將長(zhǎng)江模擬器列入國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。發(fā)揮科技創(chuàng)新的引領(lǐng)作用，是推動(dòng)長(zhǎng)江流域系統(tǒng)治理與綠色發(fā)展的關(guān)鍵。流域模擬器已成為國(guó)際水文協(xié)會(huì)（IAHS）第3個(gè)十年計(jì)劃的重要?jiǎng)?chuàng)新方向。長(zhǎng)江模擬器是國(guó)際上首個(gè)大型流域模擬裝置，有中國(guó)科學(xué)院、高校、部門(mén)研究機(jī)構(gòu)等10余家研究單位參與，是科教資源優(yōu)化組合和協(xié)同創(chuàng)新配合的重要體現(xiàn)，提升了流域水系統(tǒng)科學(xué)的原始創(chuàng)新能力。長(zhǎng)江模擬器基于流域水系統(tǒng)綜合監(jiān)測(cè)信息，可實(shí)現(xiàn)對(duì)流域水系統(tǒng)不同時(shí)段和不同子區(qū)域水系統(tǒng)狀態(tài)的有效診斷和評(píng)價(jià)；通過(guò)對(duì)流域人文和自然過(guò)程的耦合模擬，綜合考慮流域上下游、左右岸、干支流、城市鄉(xiāng)村、工程措施與非工程措施等的影響，有助于實(shí)現(xiàn)流域“源頭治理”與“系統(tǒng)治理”相結(jié)合，采用標(biāo)本兼治的方法系統(tǒng)解決流域水環(huán)境問(wèn)題，促進(jìn)流域綠色可持續(xù)發(fā)展。國(guó)家在支持長(zhǎng)江模擬器重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，可依托長(zhǎng)江模擬器建成長(zhǎng)江流域科學(xué)數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)不同行業(yè)、不同類(lèi)型數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，打破行業(yè)數(shù)據(jù)共享壁壘；通過(guò)耦合不同的監(jiān)測(cè)技術(shù)、模型方法、治理及災(zāi)害管理技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)跨越不同行業(yè)和部門(mén)的模型融合，打造一個(gè)具有開(kāi)放性和可拓展性的耦合集成大科學(xué)裝置，提升流域水系統(tǒng)科學(xué)研究的創(chuàng)新能力，服務(wù)于長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶高質(zhì)量綠色發(fā)展。

建議開(kāi)展三峽水庫(kù)、上游水庫(kù)以及兩湖流域水庫(kù)的聯(lián)合生態(tài)調(diào)度研究和實(shí)驗(yàn)。考慮到三峽生態(tài)調(diào)度對(duì)兩湖影響具有較強(qiáng)的時(shí)空異質(zhì)性，在東洞庭湖和鄱陽(yáng)湖北部等區(qū)域效果相對(duì)顯著，但短期的作用效果有限，建議開(kāi)展三峽水庫(kù)、上游及兩湖流域水庫(kù)的聯(lián)合生態(tài)調(diào)度研究和實(shí)驗(yàn)。此外，兩湖大范圍的洪泛洲灘濕地作為產(chǎn)粘性卵魚(yú)類(lèi)產(chǎn)卵場(chǎng)和越冬候鳥(niǎo)重要棲息地，會(huì)隨著水體淹沒(méi)或出露動(dòng)態(tài)變化，開(kāi)展生態(tài)調(diào)度時(shí)，洲灘面積及水位變化情況也需要密切關(guān)注。未來(lái)聯(lián)合生態(tài)調(diào)度對(duì)水文連通、水體交換和水環(huán)境等影響疊加的生態(tài)效應(yīng)研究仍需要深化。

盡快依托長(zhǎng)江模擬器開(kāi)展面向魚(yú)類(lèi)和江豚保護(hù)的三峽水庫(kù)生態(tài)調(diào)度試驗(yàn)。“長(zhǎng)江模擬器”已耦合三峽調(diào)度模型、長(zhǎng)江中下游干流一維水動(dòng)力模型及典型江段水文-水動(dòng)力-食物網(wǎng)模型、湖泊水動(dòng)力模型和候鳥(niǎo)棲息地潛在生境模型，可作為依托開(kāi)展長(zhǎng)江流域的生態(tài)調(diào)度試驗(yàn)。但因河流、水庫(kù)高精度水下地形數(shù)據(jù)分散且難以獲得，故建議整合全國(guó)優(yōu)勢(shì)力量，集中研發(fā)“水文-水動(dòng)力-食物網(wǎng)”模型，為持續(xù)完善生態(tài)調(diào)度工作提供科學(xué)支撐。

（作者：夏軍，武漢大學(xué) 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所；林忠輝、占車(chē)生，中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所；高文娟、王洪鑄，中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所；李云良、姚靜，中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所；曾思棟，中國(guó)科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院；黃仁勇，長(zhǎng)江科學(xué)院。《中國(guó)科學(xué)院院刊》供稿）