項(xiàng)目名稱：    不同水動(dòng)力條件下污染物輸移過(guò)程及系統(tǒng)耦合模型研究

推薦單位：    教育部

項(xiàng)目簡(jiǎn)介：    不同水動(dòng)力條件下污染物輸移過(guò)程及系統(tǒng)耦合模型研究是水力學(xué)、河流水動(dòng)力學(xué)、地下水動(dòng)力學(xué)及海岸動(dòng)力學(xué)等領(lǐng)域的重要組成部分，適用于陸域水系水資源保護(hù)和海洋環(huán)境保護(hù)科學(xué)理論研究，應(yīng)用于水利、環(huán)保、海洋行業(yè)。課題組早在80年代后期就開始了相關(guān)研究。針對(duì)地表水、地下水及近海水環(huán)境質(zhì)量不斷下降的實(shí)際情況，從宏觀規(guī)律和微觀機(jī)理方面進(jìn)行了系統(tǒng)研究。主要研究?jī)?nèi)容和科學(xué)價(jià)值包括：

（1）研究污染物在地表水域不同水動(dòng)力條件下輸移過(guò)程和環(huán)境行為，探討不同時(shí)空尺度條件下江河湖庫(kù)水域中污染物輸移規(guī)律，建立符合不同水域特征的系統(tǒng)耦合模型，提出了兩相湍浮力分層流雙流體模型和考慮速度與溫度垂向分布不均勻引起流散效應(yīng)的全場(chǎng)模型，在輸移規(guī)律認(rèn)識(shí)、基本原理闡明和模擬方法建立上有創(chuàng)新性的科學(xué)價(jià)值。

（2）研究污染物質(zhì)在地下水系統(tǒng)不同水動(dòng)力條件下遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，探討地表水體和污染物入滲的內(nèi)部機(jī)理和環(huán)境行為，在地表水和地下水系統(tǒng)中污染物質(zhì)互相轉(zhuǎn)換機(jī)理、耦合模擬和計(jì)算方程離散格式等方面有新的進(jìn)展。

（3）研究陸地-海洋界面通量交換的機(jī)理和過(guò)程，探討陸源污染物地下入海路徑和通量，提出了"地下河口"的理論框架，揭示海灘邊界水動(dòng)力條件對(duì)近海地下水運(yùn)動(dòng)和傳質(zhì)的影響，探討地下水與海水交換量和污染物遷移內(nèi)在規(guī)律，提出了一種輻射應(yīng)力計(jì)算新方法和波浪增減水的實(shí)用模擬模型。

（4）研究不同水動(dòng)力條件下有機(jī)污染物在水生生物中富集與釋放規(guī)律及生物降解速率常數(shù)和降解半衰期，揭示化合物的毒性作用和生物降解機(jī)理，得到生物富集因子和化合物在魚體內(nèi)的代謝規(guī)律，為污染物對(duì)生物影響分析和生態(tài)評(píng)估奠定理論基礎(chǔ)。

成果已在國(guó)內(nèi)外期刊上發(fā)表論文282篇，其中SCI收錄116篇，EI收錄144篇。論文被他人引用932篇次，其中被SCI他人引用497篇次。成果已應(yīng)用于地表水和地下水資源保護(hù)工作、科學(xué)研究和人才培養(yǎng)之中，取得了系列創(chuàng)新性成果，揭示了基本規(guī)律，推動(dòng)了學(xué)科發(fā)展。

主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)：  （1）發(fā)現(xiàn)了太湖河網(wǎng)區(qū)河流不同水文和時(shí)空尺度對(duì)典型污染物（氮、磷、化學(xué)需氧量）輸移轉(zhuǎn)化有不同的影響規(guī)律，其中大尺度順直河流凈污能力弱于中小尺度自然河流，提出了河網(wǎng)區(qū)不同尺度河流污染物輸移特性的變換原理和變換方法，建立不同水文和時(shí)空尺度條件下水域納污能力一維、二維和三維模型，以及河網(wǎng)區(qū)河流～湖泊～河口耦合聯(lián)解模型。（水力學(xué)，論文[1]、[8]）

（2）發(fā)現(xiàn)了河流濱水帶和沉水植物不僅對(duì)河流水動(dòng)力條件和行洪能力產(chǎn)生重要影響，而且對(duì)水體中泥沙和污染物輸移、擴(kuò)散、沉降、再懸浮、轉(zhuǎn)化等也具有重要作用的自然現(xiàn)象，建立考慮水生植物影響作用下水體、泥沙和污染物輸移轉(zhuǎn)化模型，提出水生植物對(duì)水流影響的拖曳阻力和對(duì)污染物輸移轉(zhuǎn)化的附加作用項(xiàng)，為河流和湖泊水動(dòng)力特性和污染物輸移過(guò)程模擬提供了新方法。（水力學(xué)，論文[3]、[10]）

（3）提出了兩相湍浮力分層流雙流體模型和考慮速度與溫度垂向分布不均勻引起流散效應(yīng)的應(yīng)力代數(shù)全場(chǎng)模型，在銜接邊界處理、水動(dòng)力三角聯(lián)解、污染源控制反問題等方面有創(chuàng)新性成果。提出將BI-CGSTAB方法推廣應(yīng)用于橢圓型緩坡方程的求解的新方法，并首次在微機(jī)群集并行系統(tǒng)上進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)，計(jì)算效率提高了數(shù)十倍以上。（水力學(xué)，論文[5]、[6]）

（4）提出全新的"地下河口"理論框架，闡明了陸地～海洋交界帶內(nèi)在相互作用的機(jī)理，發(fā)現(xiàn)了海灘邊界水動(dòng)力條件對(duì)近海地下水運(yùn)動(dòng)和物質(zhì)輸移的影響規(guī)律，探明了地下水與海水、內(nèi)陸與海域污染物相互交換量的特性，提出了輻射應(yīng)力計(jì)算新方法和波浪增減水的實(shí)用模擬模型，建立了地下水波動(dòng)和污染物遷移模型，揭示了地下水超短以及超長(zhǎng)周期波動(dòng)的原理，推動(dòng)了沿海地下水和物質(zhì)輸移的科學(xué)理論和研究方法的發(fā)展。（水力學(xué)，論文[7]、[9]）

（5）發(fā)現(xiàn)了不同水動(dòng)力條件下污染物對(duì)多種水生生物的急性和聯(lián)合毒性、生物富集與釋放、生物代謝，以及在自然條件下的生物降解性過(guò)程和完整的化合物毒性作用機(jī)理，闡明了化合物的結(jié)構(gòu)與其生物活性之間內(nèi)在的定量關(guān)系，篩選出了水體中需要重點(diǎn)監(jiān)控的污染物名單，發(fā)展了QSBR技術(shù)，建立了有機(jī)毒物在不同水動(dòng)力條件下生物降解性預(yù)測(cè)模型，并成功用于生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)之中。（水力學(xué)，論文[2]、[4]）

主要完成人：  1.   王超

王超對(duì)推薦書《主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)》欄目中的第（1）、（2）和（5）發(fā)現(xiàn)點(diǎn)做出了貢獻(xiàn)，代表性論文[1]、[2]、[3]和[10]，投入本項(xiàng)目研究的工作量占本人工作量的80%，發(fā)現(xiàn)了河網(wǎng)區(qū)河流不同水文和時(shí)空尺度對(duì)污染物輸移轉(zhuǎn)化有不同的影響規(guī)律，提出了河網(wǎng)區(qū)不同尺度河流污染物輸移特性的變換原理和變換方法，建立不同尺度條件下水域納污能力模型及河網(wǎng)區(qū)河流～湖泊～河口耦合聯(lián)解模型。

2.   沈永明

沈永明對(duì)推薦書《主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)》欄目中的第（1）和（3）發(fā)現(xiàn)點(diǎn)做出了貢獻(xiàn)，代表性論文[5]、[6]和[8]，投入本項(xiàng)目研究的工作量占本人工作量的75%，提出了兩相湍浮力分層流雙流體模型和考慮速度與溫度垂向分布不均勻引起流散效應(yīng)的應(yīng)力代數(shù)模型，提出將BI-CGSTAB方法應(yīng)用于橢圓型緩坡方程的求解方法，并首次在微機(jī)群集并行系統(tǒng)上進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)，計(jì)算效率提高了數(shù)十倍以上。

3.   李凌

李凌對(duì)推薦書《主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)》欄目中的第（4）發(fā)現(xiàn)點(diǎn)做出了貢獻(xiàn)，代表性論文[7]和[9]，投入本項(xiàng)目研究的工作量占本人工作量的70%，提出全新"地下河口"理論框架，發(fā)現(xiàn)了海灘邊界水動(dòng)力條件對(duì)近海地下水運(yùn)動(dòng)和物質(zhì)輸移的影響規(guī)律，提出了輻射應(yīng)力計(jì)算和波浪增減水模擬模型及地下水波動(dòng)和污染物遷移模型，揭示了地下水超短以及超長(zhǎng)周期波動(dòng)的原理。

4.   陸光華

陸光華對(duì)推薦書《主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)》欄目中的第（2）和（5）發(fā)現(xiàn)點(diǎn)做出了貢獻(xiàn)，代表性論文[2]、[3]和[4]，投入本項(xiàng)目研究的工作量占本人工作量的65%，發(fā)現(xiàn)了污染物對(duì)多種水生生物的急性和聯(lián)合毒性、生物富集與代謝，闡明了化合物的結(jié)構(gòu)與生物活性之間內(nèi)在的定量關(guān)系，篩選出了水體中需要重點(diǎn)監(jiān)控的污染物名單，發(fā)展了QSBR技術(shù)，建立了有機(jī)毒物在水體中生物降解性模型。

5.   王沛芳

王沛芳對(duì)推薦書《主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)》欄目中的第（2）發(fā)現(xiàn)點(diǎn)做出了貢獻(xiàn)，代表性論文[10]，投入本項(xiàng)目研究的工作量占本人工作量的60%，發(fā)現(xiàn)了河流濱水帶和沉水植物不僅對(duì)河流水動(dòng)力條件和行洪能力產(chǎn)生重要影響，建立考慮水生植物影響作用下水體、泥沙和污染物輸移轉(zhuǎn)化模型，提出水生植物對(duì)水流影響的拖曳阻力和對(duì)污染物輸移轉(zhuǎn)化的附加作用項(xiàng)。

10篇代表性論文：  1.   Total concentrations and fractions of Cd, Cr, Pb, Cu, Ni and Zn in sewage sludge from municipal and industrial wastewater treatment plants

2.   Quantitative structure-activity relationships for the toxicity of substituted benzenes to Cyprinus carpio

3.   Quantitative structure- biodegradation relationship study for biodegradation rates of substituted benzenes by river bacteria

4.   QSAR study on the toxicity of substuted benzenes to the algae (Scenedesmus obliquus)

5.   Quasi-three-dimensional Refined Modelling of Turbulent Flow and Water Quality in Coastal Waters

6.   3D Numerical modeling of non-isotropic turbulent buoyant helicoidal flow and heat transfer in a curved open channel

7.   Similarity solution of axisymmetric flow in porous media

8.   A Three-dimensional Numerical Model of Hydrodynamics and Water Quality in Hakata Bay

9.   Field trial of a new aeration system for enhancing biodegradation in a biopile

10.  Modeling of the mixture of wastewater discharged from a submerged multiport diffuser in Nantong sea-area