(1)基本情况
地下水是自然界水循环的重要组成部分,是生产、生活、生态不可或缺的战略性水资源。地下水保护与合理开发利用是国家水资源安全保障的重要一环,存在迫切的科研与实践应用需求。水资源所的地下水相关研究起始于1980年代,重点围绕“水资源评价”与“地下水管理”展开。结合国家在地下水研究方面的实际需要,中国水科院水资源所于2017年成立地下水研究室,陆垂裕正高为研究室主任。目前,研究室共有正式职工8人,博士后1人,财务助理1名以及十余名博士、硕士研究生。
面向国家在地下水科学研究与实践应用方面的重大战略需求,以地下水及其相关的生态地质环境为研究对象,以实现地下水可持续利用和生态地质环境健康发展为研究目标,开展地下水循环演变规律、地下水合理开发利用与调控、地下水污染防控与治理、生态系统控制与恢复等关键理论研究与技术研究,为地下水资源的开发、利用、节约、保护、管理提供科学依据和技术支撑。结合水资源研究所在水文水资源领域学科专业齐全的优势,充分利用流域水循环模拟与调控国家重点实验室平台条件,建设一支富有创新活力的专业研究团队。通过学科融合和自主创新,系统构建针对我国地下水特点和实际问题的理论与技术体系,推出具有竞争力优势和自主知识产权的技术产品。
二、研究方向(1)地下水系统演化与资源环境评价
(2)地下水流动系统数值模拟技术
(3)地下水污染物转化运移机理与模拟技术
(4)区域地下水超采控制与修复治理
(5)地下水环境质量评估与污染防控
(6)脆弱区地质生态系统控制与保护
(7)地下水管理相关标准、办法与制度
三、代表性成果(不超过10项)(1)地下水数值模拟模型 SkyCoMuS
SkyCoMuS模型为基于面向对象的C++语言编写的地下水数值模拟模型,通过有限差分格式算法对三维地下水动力学方程进行求解。该模型采用面向对象技术对模型各部分的功能进行高度模块化设计,形成了良好的程序架构,使得模型易于理解、修改和添加新的模拟功能模块。该模型以SQLServer数据库或者文本文件作为输入输出系统接口,并依托ArcGIS平台开发了简易界面,相关程序已经公开发布(http://www.hydrotools.top/hydroModel/SkyCoMuS)。除具备地下水数值模拟模型常见的模拟功能,一个特色是独创有“全有效单元法”,彻底解决了网格单元“疏干-湿润转化”这一长期学科难题;另一个特色是对河流-湖泊-地下水相互作用具备完善的耦合模拟能力;已在华北平原、西北内陆的苏干湖流域、艾丁湖流域取得了较好的应用效果。
图1 SkyCoMuS模型原理
图2 SkyCoMuS模型应用
(2)地表-地下水耦合水文模型 MODCYCLE
MODCYCLE模型可详细反演流域/区域“降水-地表水-土壤水-地下水”转化过程并具有较强物理机制,能考虑多种人类活动对水循环的影响。在架构上该模型采用面向对象的方式模块化开发,并以数据库作为模型的数据管理平台,提高了模型功能扩展的灵活性和数据组织的高效性,还具有并行运算等功能特色。该模型在适应高强度人类活动影响下的流域水循环模拟方面具有一定优势,目前已在海河流域、西辽河流域、三江平原、淮北平原等地开展了系列实例模拟研究应用,并取得了较好的应用效果。
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图3 MODCYCLE模拟原理
图4 MODCYCLE空间数据展布
图5 山丘/平原区地表-地下水耦合模拟
平原区渠系系统渗漏与分水模拟 平原区河道-湖泊-地下水耦合模拟
SQL-SERVER数据库输入输出管理 OpenMP支持并行计算
变土地利用模拟 强大的水平衡分析能力
图6 特色功能
图7 MODCYCLE模型应用
(重点研发课题《京津冀地区地下水超采治理修复关键技术与示范》)
四、代表性著作、奖项图8 出版专著
图9 发表论文
研究室人员近年来发表学术论文共计200余篇 ,其中SCI文章94篇。多篇SCI论文发表在水文学与水资源的顶级期刊 , 如 《 Water Resources Research》 、 《 Journal of Hydrology 》、 《Hydrology and Earth System Sciences》、《Hydrological Processes》、《Groundwater》、《水利学报》等。
(2)代表性奖项
图10 代表性奖项
研究室近年共获得省部级以上奖项17项,其中一等奖12项,二等奖4项、三等奖1项。其中《流域水循环演变机理与水资源高效利用》获得国家科学技术进步一等奖。
五、科室负责人简介陆垂裕,男,汉族,1976年10月出生,博士后,正高级工程师,中共党员。现任中国水利水电科学研究院水资源所地下水研究室主任,国际水文科学协会中国委员会地下水分委会副主席,国际水利与环境工程学会地下水力学和管理委员会委员,流域水循环模拟与调控国家重点实验室固定成员,水利部京津冀水安全保障重点实验室地下水方向学术带头人。长期从事分布式水文模型/地下水数值模型研发、地下水超采综合治理,地下水量-水位双控、含水层回补、地下水数字孪生等方面研究工作。研发了通用地下水数值模型SkyCoMuS(http://www.hydrotools.top/hydroModel/SkyCoMuS),流域地表-地下水分布式耦合模型MODCYCLE。主持及参加国家自然科学基金项目、国家重点基础研究发展计划973计划课题、国家科技攻关计划课题、国家“863”课题、澳大利亚科学院国际合作项目、科技部西部开发重大攻关项目、水利部公益性行业科研专项项目、GEF全球环境基金项目、中国工程院重大咨询项目、水利部重大科技项目、流域水资源规划及其他省部级横向项目60余项。主编及参编专著11部,发表文章90余篇,其中SCI/EI检索50多篇,获得国家发明专利授权27项,软件著作权23项。工作以来获国家级科技进步一等奖1项(排名第7),省部级科技进步一等奖7项,省部级科技进步二等奖2项。
六、科室成员简介唐蕴,女,1968年11月生,正高级工程师,工学博士。2008年1月毕业于中国水利水电科学研究院水文水资源专业,获得工学博士学位;1993年6月毕业于中国地质大学(北京)水文地质系,获得工学硕士学位,硕士毕业后在中国水利水电科学研究院工作。长期从事水资源开发利用中的生态环境保护研究及规划工作。作为项目或技术负责人完成科技部科技基础性工作专项“地下水脆弱性评价导则研究”、“海河973”专题等国家级和省部级以上科研项目20多项。作为主要编写人完成国家级和省级以上规划10项以上。在地下水保护和管理领域取得了较为丰硕的成果,参与提出了地下水功能区划分技术,并在全国水资源综合规划的专项规划《全国地下水利用与保护规划》中应用。该划分技术体系已列入《水资源规划规范(GB/T51051-2014)》。作为主要起草人之一,编制了国家和水利行业标准2部。在国内外核心期刊和国际重要学术会议上发表论文三十多篇,其中SCI/EI论文5篇,出版专著5部。获得全国优秀水利水电工程勘测设计奖金质奖一项,大禹水利科学技术三等奖一项。
李传哲,男,汉族,1983年出生,工学博士,国家公派留学回国人员,教授级高级工程师,世界银行(WB)和亚洲开发银行(ADB)评估专家、中澳流域管理联合研究中心主要负责人、政府间气候变化专门委员会(IPCC)AR5/AR6国际评审专家、第三次和第四次国家气候变化评估报告水资源领域领衔专家、气象大百科全书词条作者。兼任国际水文科学协会(IAHS)中国委员会地表水专委会委员,山东农业大学客座教授,武汉大学、华北水利水电大学、济南大学等高校研究生导师。主要研究方向为流域水循环模拟与调控、地下水资源动态预测、水资源优化配置、气候变化与人类活动的水文响应等。先后主持国家自然科学基金、国家重点基础研究发展计划973计划专题、国家科技支撑计划专题、中澳国际合作专项、国家水体污染控制与治理科技重大专项、中国工程院重大咨询课题、国家重点研发计划项目专题、水利部公益性行业专项等国家重大科研项目及地方技术咨询项目60余项。获省部级科技进步奖5项(其中特等奖1项、一等奖2项)、中国自然资源学会“青年优秀论文奖”。编写标准2部,出版学术专著8部,译著1部,发表论文100余篇,其中SCI论文50余篇,授权第一发明人国家发明专利20余项、计算机软件著作权30余项,培养和指导硕士、博士研究生20余名。主持完成的5项技术成果入选水利先进实用技术重点推广指导目录,多项政策建议被省部级领导批示采纳。
孙青言,1984年生,中国水利水电科学研究院正高级工程师。2014年毕业于中国水利水电科学研究院,获博士学位。主要从事流域水循环模拟与调控、地表水与地下水耦合模拟与应用、地下水保护与修复等方面的研究,在地表水与地下水耦合模型、地下水数值模型的开发、应用与研究方面拥有丰富的经验。作为项目负责人承担并完成国家自然科学基金项目1项,作为技术骨干先后参与国家“十三五”重点研发计划课题、中国工程院重大咨询项目、省部级重点研发计划项目、省部级重大咨询项目20余项。发表学术论文40余篇,其中EI/SCI20余篇;出版专著3部,参编专著5部,参与翻译外文专著2部;申请国家发明专利17项,已获授权7项;获得省部级科学技术一等奖1项、学会特等奖1项。
秦韬,男,汉族,1986年出生,河北唐山人,高级工程师。2009年获北京交通大学理学学位,2019年天津大学工程博士,现于中国水利水电科学研究院水资源所地下水研究室工作。从事水文水资源、地下水循环、地下水合理开发利用与调控方面研究工作,参与十三五重点研发课题1项,参与申请十三五水专项。参与编写专著2部,发表文章9篇,其中SCI/EI共4篇,获得国家发明专利授权2项。
严聆嘉,女,汉族,1992年出生,工程师,博士,现任职于水资源研究所地下水研究室。目前主要从事水文水资源、流域水循环模拟、地下水资源合理利用与管控等方面的研究。作为负责人及技术骨干先后参与国家“十三五”重点研发计划课题、省部级重点研发计划项目、省部级重大咨询项目10余项。发表科研论文10余篇,获国家发明专利授权16项,软件著作权5项,参与撰写专著三部,获省部级一等奖一项。
吴初,男,汉族,1989年出生,中共党员,高级工程师。2020年毕业于中国地质大学(北京),获水利工程专业博士学位,现于中国水利水电科学研究院水资源研究所地下水室工作,中国可持续发展研究会水问题专业委员会委员,水利部京津冀水安全保障重点实验室固定成员。主要从事变化环境下地下水循环与数值模拟、地下水资源环境评价、地下水治理与保护等方面研究,主持十四五重点研发计划项目子课题2项和水利重大科技项目3项,参与地方科技支撑项目10余项。目前以第一/通讯作者发表学术论文20余篇,SCI论文15篇,出版专著3部,授权发明专利10余项,软件著作权3项,获得省部级特等奖一项,担任STOTEN、JMS、WARM和现代地质等期刊的长期审稿人。
刘蓉,女,汉族,1993年出生,工程师。2023年6月毕业于天津大学,获水利工程博士学位,毕业后加入中国水利水电科学研究院水资源研究所地下水室。主要从事地下水系统模拟与保护、水资源评价、地下水超采综合治理等方面的研究,发表科研论文20余篇,获得省部级特等奖一项,获国家发明专利授权及软件著作10余项,参与撰写专著一部。
王丽娟,女,汉族,1987年出生,毕业于东华理工大学。2009-2015年于台企及私营企业工作。2016年8月至今于水资源研究所地下水室任科研财务助理,主要负责地下水室账务处理及报销等工作,科研项目合同申请、签订、资料归档等工作,以及科室其他日常工作。
陆文,男,汉族,1996年出生,博士后。2024年6月毕业于中国水利水电科学研究院水资源所,获水文学及水资源博士学位,现为地下水研究室博士后。主要从事地表水-地下水耦合模拟与调控、地下水系统模拟与保护等方面的研究。发表科研论文十余篇,获得国家发明专利7项,作为技术骨干参与省部级项目六项。
七、 研究室活动
图11 研究室成员活动合影
八、招生信息课题组常年招收地下水相关研究方向的博士后、博士研究生、硕士研究生,有意者可将简历投递至陆垂裕老师邮箱cylu@iwhr.com。