流域水循环模拟与调控研究室（简称“水循环室”）成立于2003年3月，隶属于中国水利水电科学研究院水资源研究所。研究室现有正式职工7名，其中正高级工程师5名，高级工程师1名，助理工程师1名，另有科研助理1名，博硕士研究生10余名。
截至目前，研究室承担的项目获得国家科技进步一等奖1项、二等奖1项，国家优质工程奖1项，省部级科技进步一等奖4项、省部级勘察设计一等奖1项，发表学术论文400余篇，出版专著20余部，取得发明专利80余项，软件著作权40余项。
二、研究方向研究室面向国家治水实践重大需求，引领时代潮流，紧密围绕“流域水循环模拟与调控”基础研究、应用基础研究以及应用研究，形成了5个研究方向：
1、流域水循环机理与二元水循环模拟
2、流域水循环演变规律与水资源评价
3、干旱条件下水循环响应与调控
4、流域水循环伴生环境生态过程模拟
5、流域水资源水环境水生态综合治理
三、代表性成果（1）寒区水质水量联合调控关键技术及应用
国家水体污染控制与治理科技重大专项课题、国家科技支撑计划课题、国家自然科学基金项目等资助，获2021年度大禹水利科技进步奖一等奖。
全球寒区约占全球陆地面积的25%,我国寒区面积约占我国陆地面积的43%，其中东北地区是中国重要的粮食基地、重工业基地，在全国寒区中是受人类活动影响最大的区域。针对经济社会高速发展背景下，东北地区出现的水环境恶化、水资源不足和污染突发事件高风险问题，以松花江流域为靶区，研究提出了3项创新性成果:
1）揭示寒区大尺度流域水循环及污染迁移转化规律。明晰了土壤冻融过程中水-热污染迁移转化和冰封期河流污染迁移转化机制，实现了对于冰封期极低流量过程、农灌期和汛期面源污染过程、常规与特征污染物迁移转化过程的精细模拟。
2）提出基于水功能区达标的寒区水质水量联合调控技术。将污染减排与增加水环境容量结合，创建了寒区水质水量联合调控机制;研发了寒区农田面源污染全过程、全通量水质水量联合调控技术体系。
3）提出面向水污染突发事件的寒区流域多级防控与应急调度技术。实现了寒区水污染突发事件多源风险识别与评价、全过程多级防控、水文水动力耦合模拟与多工程应急调度、辅助决策与三维仿真等关键技术系统性融合。
成果在松辽流域、黄河流域、西藏等寒冷地区开展了近十年的应用，为最严格水资源管理、水资源保护，水生态修复、河(湖)长制等工作提供了技术支持2019-2020年累计取得经济效益14.57亿元。
图1 寒区水质水量联合调控关键技术及应用
（2）河流生态环境流量整体分析与流域综合调控关键技术
受国家自然科学基金重点项目、陕西省水利厅重点项目支持，获2018年大禹水利科技二等奖。
紧密结合当前河流生态环境流量研究关键问题与实践需求，选择人与生态用水激烈竞争的典型代表渭河作为典型研究区开展研究。针对性地提出了半干旱半湿润地区河流多层级生态环境流量整体确定方法，确定了渭河干流26个断面，18条重点支流30个断面以基本需水为保障红线、以弹性需水为调控核心、以适宜需水为理想目标的的三级生态环境流量过程。提出了“基本、弹性和适宜”的经济用水层次化需水理论 、流域层面总量控制与工程层面过程调度的两层调控模型，解决了社会经济和生态环境之间水资源竞争-协调的总量和过程问题。基于两层调控模型，提出了层级化调控方案，进行了可达性分析，使渭河生态环境流量调控落地。
图2 HEFASS方法
项目获2017年度中国水科院科技进步特2018大禹水利科技二等奖，出版专著5部，发表论文82篇，其中SCI检索25篇，获得软件著作权6项，发明专利申请9项、授权6项。
项目成果直接支撑了渭河生态流量指标的科学确定和有效保障。依据本成果，陕西省水利厅2014年以“壮士断腕”的决心，在非汛期关停魏家堡、杨凌等水电站，并于2016年向全省各级涉水行政主管部门印发了《陕西省基于生态流量保障的水量调度方案》(陕水资发【2016】51号)。
图3 《陕西省基于生态流量保障的水量调度方案》
（3）流域综合治理理论、关键技术及示范应用
针对黑臭水体治理的重大实践需求，以深圳市全线黑的坪山河等为对象，提出了三项原创成果:(1)“流域统筹-单元控制-系统均衡”的流域治理理念;(2)“流域-城市”分布式水量水质模型(WEP-URBAN);(3)“五位一体”的流域综合治理总体布局方案。
2019年以来，坪山河把口断面水质一半的月份达到IV类，一半达到11类。坪山河治理已成为城市水环境治理的表率，成绩为中央人民政府网、新华社、人民网、学习强国等国家级官方媒体报道荣获2020-2021年度国家优质工程奖、广东省优秀工程勘察设计一等奖。
图4 流域综合治理理论、关键技术及示范应用创新点
（4）鄱阳湖流域水生态文明评价体系与建设模式
受江西省水利重大项目等支持，获2019年赣鄱水利科学技术奖一等奖、2020年江西省科学技术进步奖三等奖。
项目针对鄱阳湖流域水生态文明建设的重大实践和理论需求，历经6年的系统研究取得以下重大创新成果:
1）基于“自然-社会”二元水循环理论，首次阐明了“自然-社会-人水关系”系“宏-中-微”多尺度关联、“山区-平原-湖区”多地貌组合、“历史-现状”统互馈、多时期传承的大湖流域水生态文明内涵。
2）首次基于“自然-社会-人水关系”创建了大湖流域水生态文明评价体系。结合历史演变、地貌单元和流域功能分区，首创了基于分布式多层次指标的大湖流域空间格局评价方法。
3）基于流域功能分区、不同行政区划层级结构、地貌特点以及经济社会发展定位，首次构建了鄱阳湖流域“山区-平原-湖区”水生态文明建设模式，并以此为统领提出了“市-县-乡-村”四级联动的水生态文明建设重点。
图5 江西省科学技术进步奖证书
四、代表性著作、奖项[1] Zuhao Zhou, Yangwen Jia, Yaqin Qiu, Jiajia Liu*, Hao Wang, Chong-Yu Xu, Jia Li, Lin Liu. Simulation of dualistic hydrological processes affected by intensive human activities based on distributed hydrological model [J]. Journal of Water Resources Planning and Management, 2018, 144(12):1-16.
[2] Jiajia Liu, Zuhao Zhou*, Ziqi Yan, Jiaguo Gong, Yangwen Jia, Chong-Yu Xu, Hao Wang. A new approach to separating the impacts of climate change and multiple human activities on water cycle processes based on a distributed hydrological model[J]. Journal of Hydrology, 2019, 578(11):1-13.
[3] Ziqi Yan, Zuhao Zhou, Jiajia Liu, Zhenyu Han, Ge Gao, Xintong Jiang. Ensemble projection of runoff in a large-scale basin: modeling with a global BMA approach [J]. Water Resources Research, 2020, 56(7). First published: 29 May 2020.
[4]周祖昊,刘佳嘉,严子奇,王浩,贾仰文. 河流域天然河川径流量演变归因分析[J]. 水科学进展. 2022,33(1):27-37.
[5]褚俊英,周祖昊,王浩,戴东宸. 流域综合治理的多维嵌套理论与技术体系[J]. 水资源保护,2019, 35(1): 1-5,13.
（二）代表性奖项
（1）未来30 - 50 年黄河流域径流变化趋势预测
针对气候变化和人类活动影响下黄河流域水资源衰减程度争论不休的问题，构建了黄河流域多因子驱动的分布式水循环模型，提出了基于陆气耦合和BMA全局算法的径流集合预测方法，定量开展了黄河天然径流量动态评价及贡献率辨识，成果应用于黄河流域第三次水资源评价、古贤水库论证、气候变化绿皮书、应对气候变化报告等。
图6 黄河流域多因子驱动的分布式水循环模型
（2）中国两相水循环通量模拟与解析
面向承载力调控需求，针对全国尺度水循环模拟存在的超大时空尺度、复杂地貌类型、气候类型多变等特点，基于课题单位自主研发的WEP模型，创新提出流域出口断面自动识别、多阀值虚拟河网融合等技术，构建了包括全国十大一级流域在内的全国WEP-CN分布式水循环模型,绘制了水循环两相水流图，实现了全国“自然-社会”二元水循环过程的多尺度分析和多元化呈现。
图7 全国WEP-CN分布式水循环模型
（3）供水管网优化维护模型及其技术研究
针对供水管网漏损控制的国家重大实践需求，提出了面向机理的供水管网运行健康状态诊断和动态评估方法，研发了管道健康快速诊断无损探测雷达设备样机，构建了由多个子模型嵌套耦合的动态供水管网优化维护模型，建立了基于GIS的管网优化维护决策支持系统，研制了具有主动止水功能的带状修复材料和智能套筒，课题多项成果进行了示范应用。2021年7月课题通过绩效评价。
图8 基于GIS的管网优化维护决策支持系统
（4）江河湖库旱限水位（流量）确定技术
为支持水利部抗旱“四预”工作，提出了基于水系统调控的生态、供水、灌溉分期分级响应的江河湖库旱限水位确定技术，系统地解决江河湖库控制节点干旱主动防控闽值确定的技术问题，并编制江河湖库水文干旱预警水位(流量)技术指南，支撑水利部水旱灾害防御司旱限水位工作的全国推广。
图9 江河湖库旱限水位成果
（5）青藏高原典型支流水循环模拟及径流演变规律
针对青藏高原地区冰川、积雪广泛分布的气候特点，以及该地区土壤层较薄，下伏较厚砂砾石层的地质特点，形成了基于“冰川-积雪-土壤-砂砾石”水热耦合的分布式水文模型、尼洋河流域冻土演变与水循环机理、尼洋河流域水资源演变规律等三项创新成果。为研究青藏高原典型流域径流不同来源及对气候变化的响应提供了理论支持，为径流演变规律分析及预测提供了型工具。
图10 基于“冰川-积雪-土壤-砂砾石”水热耦合的分布式水文模型
六、科室负责人简介
周祖昊，博士，正高级工程师、博士生导师、室主任。中组部、团中央第12批“博士服务团”成员，科技部“中青年科技创新领军人才”、中央国家机关青年“创新奖”等称号获得者。毕业于武汉大学水利水电工程专业，主要研究方向为流域水循环机理、流域分布式水循环模型、水资源演变规律、水资源规划与调度、流域水循环伴生过程模拟与综合调控等。获得国家科技进步一等奖 1项，国家科技进步二等奖1项，省部级科技进步一等奖3项，省部级优秀工程勘察设计一等奖1项。发表学术论文232篇，其中SCI/EI检索75篇；主持编写专著7部，参编11部；取得发明专利 46项，软件著作权36项。
七、科室成员简介
褚俊英，博士，正高级工程师。毕业于清华大学环境科学与工程专业，主要研究方向为复杂环境系统分析、流域综合治理优化调控、城市节水与水量水质模拟。作为负责人或技术骨干承担国家级、省部级科研项目60余项，在流域综合治理技术经济优选、环境影响评价与水资源保护规划、城市给排水系统模拟、节水制度设计与规划、河湖水系生态流量过程分析等方面取得多项科研成果。发表学术论文70余篇，参与撰写专著20部，取得发明专利20项，软件著作权7项。成果获大禹水利科技进步一等奖3项、山西省和广西自治区科技进步一等奖各1项。
牛存稳，博士，正高级工程师。毕业于中国水利水电科学研究院，主要研究方向为流域水循环伴生过程模拟，基于分布式流域水文模型（WEP），研发了流域水质模型，实现了流域水量水质联合评价、水功能区纳污能力计算、流域水环境演变规律和归因分析等，较好地支撑了流域水资源保护规划、水污染防治规划等实践工作。作为主要参加人员，参与国家级、省部级项目30余项。获国家科技进步一等奖和大禹水利科学技术一等奖各1次，省部级业务主管部门特等奖5次。参与出版专著9部，发表论文98篇，其中SCI论文31篇，EI论文22篇，取得发明专利授权30余项。
严子奇，博士，正高级工程师。毕业于中科院地理科学与资源研究所，主要从事流域水循环模拟、水资源评价、干旱条件下水循环响应与调控等领域研究。主持或参加国家重点研发计划项目、自然科学基金重点项目、创新群体基金项目、面上基金、中国工程院重大咨询项目等国家 级、省部级重点科研项目60余项，在水文模拟及其不确定性、多系统干旱风险分析、面向生态的流域水系统调度技术等方面取得一系列创新成果。获省部级一等奖1项，三等奖2项。在国内外知名期刊上发表论文50余篇，其中SCI/EI论文20余篇，参编专著8部，取得发明专利30余项。
刘佳嘉，博士，正高级工程师。毕业于中国水利水电科学研究院，主要研究方向为分布式水文模型开发构建、流域水资源演变规律研究及归因分析、流域水循环伴生过程模拟与综合调控 等。作为技术负责和主要参加人员，参与国家级、省部级项目30余项。以分布式水文模型WEP-L为基础并对其进行改进，研究流域二元水循环及其伴生过程，分析机理、成因等科学问题，并对项目研究提供支撑。获省部级二等奖1项，三等奖1项。发表学术论文60余篇，其中SCI/EI检索论文20余篇，参与出版专著10余部；取得发明专利40余项，软件著作权30余项。
王坤，博士，高级工程师。毕业于中国科学院生态环境研究中心，主要从事全球水循环演变及效应、水循环模拟研究。迄今共参与国家和地方科研、生产项目10余项，包括国家重点研发计划课题“陆地水循环演变及其在全球变化中的作用研究”、“雄安新区多水源联合调配与地下水保护”、杰青项目“变化环境下水资源演变机理与适应性调控”、水专项课题“白洋淀与大清河流域（雄安新区）水生态环境整治与水安全保障关键技术研究与示范”等。参与撰写专著4部，发表论文20余篇，其中SCI 检索10余篇，EI检索4篇。
于新哲，硕士，助理工程师。毕业于美国南加州大学，主要研究方向为流域水循环模拟、污染物扩散迁移模拟等。作为主要参加人员，参加国家级科研项目2项。发表SCI/EI检索论文1篇，取得发明专利1项。
董佳爽，科研财务助理。负责“流域水循环模拟与调控”研究室ISO9001管理、项目的预算支出、项目归档等日常科研财务相关工作。
八、研究室活动
图11 黄河源牛头碑合影
图12 黄河源考察
图13 水循环室合影
九、招生信息课题组常年招收水循环模拟与评价方向的博士后、博士研究生、硕士研究生，有意者请将简历资料发送至各位老师。
博士生导师：
周祖昊，邮箱：zhzh@iwhr.com，电话：010-68785610
硕士生导师：
褚俊英，邮箱：jchu@iwhr.com，电话：010-68785610
牛存稳，邮箱：niucw@iwhr.com，电话：010-68785606
严子奇，邮箱：yanzq@iwhr.com，电话：010-68785606
