一、基础理论研究工作

　　河流动力学及枢纽泥沙问题的研究方面，针对我国各大河流治理和港口航道工程建设中的泥沙问题，并结合大型水利水运工程科研工作，展开了一系列的专业基础理论和应用基础研究。例如：“泥沙模型相似律及试验方法研究”、“长江下游河床演变规律及发展趋势的研究”、“江河崩岸成因机理与规律的研究”、“粘性土起动规律的研究”、“新型筑坝与护岸工程技术的研究”、“山区河流急险滩航道整治技术研究”、“感潮河段通航设计水位及泥沙问题的研究”等，已形成自己的特色，研究成果对我国泥沙研究与河道治理技术的发展具有重要的影响，引起国内外同行的高度重视。主要研究成果有：河床紊流的随机理论、全沙模型试验相似理论、长系列泥沙模型试验理论和实践、高浓度泥沙模型试验的关键技术、悬沙和底沙不平衡输沙规律、推移质输移公式、泥沙起动公式、挟沙能力公式、水库（河道）二维及三维全沙数学模型等。出版有《紊流力学》（上、下册）等专著。著名泥沙学者窦国仁院士和黄胜等老一代研究人员为该学科的发展作出了杰出贡献，并为该所的后续发展提供了有力支撑。

“河床紊流的随机理论及其应用”，进行了河床紊流和减阻流的理论和试验研究，提出了紊流随机理论，纠正了出现光滑区、过渡区、粗糙区原因的传统概念；较全面系统地解决了明渠水流、管道水流和减阻流的脉动结构、时均结构和阻力规律，使由试验得出的著名的尼古拉兹阻力系数图得到了理论上的全面概括，这些主要研究成果在《中国科学》和《中国科学通报》发表，引起科学界很大反响，此成果获得1987年度国家自然科学二等奖。

先后承担完成了“七五”国家重点科技攻关项目“长江三峡工程变动回水区长河段泥沙模型试验研究”、“三峡枢纽泥沙淤积、施工通航及枢纽防淤减淤措施的研究”；“八五”国家重点科技攻关项目“三峡水库变动回水区涪陵河段泥沙淤积研究”、“三峡工程坝区泥沙淤积对通航和发电的影响及防治措施优选研究”；“九五”三峡科技攻关项目“长江三峡工程引航道全包方案坝区泥沙淤积对通航影响及对策研究”、“三维紊流泥沙数学模型及其在三峡坝区泥沙冲淤计算中的应用”、“葛洲坝枢纽下游水位变化及对船闸与航道影响研究”。多年来，该专业方向多项科研成果获奖，其中由窦国仁和须清华等完成的“葛洲坝二、三江工程及其水力发电机组”项目，参与其中不同研究内容研究的科技人员在1985年、1987年两次获得了国家科技进步特等奖的证书。“三峡工程坝区河势和泥沙淤积及通航建筑物布置与防淤冲淤措施优化研究”获1997年度交通部科技进步二等奖。

1988年，三峡回水变动区长河段泥沙模型试验研究，研究了上起四川江津附近，下到涪陵剪刀峡约175公里支流嘉陵江重庆磁口到入泄口约18公里，模型天然河道总长近200公里。详细研究了三峡大坝正常蓄水150米到180米各方案变动回水区河段泥沙冲淤规律及其对航道和主要港区的影响，试验河段水库运用期的淤积量、淤积部位及淤积后的河势。为研究万吨级船队直驶重庆九龙坡港区，从水流比降、流速、航道宽度和曲率半径等方面分析了航行条件，阐述了重点河段的泥沙冲淤特性和河床演变规律，为三峡工程论证工作提供了重要科学依据，1989年，“三峡库尾变动回水区泥沙淤积和航道整治清淤措施模型试验”，完成了“180米”方案和“156米”方案的长系列试验任务，取得了很好的成果，与其它参加攻关单位共同获得了国家科委、国家计经委和财政部颁发的科技攻关荣誉证书。1990年完成国家重点科技攻关项目“长江三峡工程坝区泥沙模型试验”，依据全沙模型相似理论，进行了150米、170米、175米方案多组长系列模型试验，提出多篇成果报告。1999年，交通部项目“三峡水利枢纽通航建筑物全包正向取水方案坝区泥沙淤积和通航水流条件试验研究”完成了三峡水库运行初期阶段（30+2年前）的试验研究。“三峡工程坝区泥沙淤积对通航和发电的影响及防治措施优选研究”，预报了枢纽初、中、后各运行期的情况，研究成果得到了肯定和好评。

1995年，国家攻关项目“长江三峡变动回水区涪陵河段泥沙模型试验”，受到国家科委致电表彰和慰问； “三峡工程坝区河势和泥沙淤积及通航道建物布置与防淤、减淤、冲淤措施优化研究”经专家组1994年评审认为，南科院按时高质量的完成了任务书规定的各项内容，试验成果可以作为设计工作的依据。“三峡工程变动回水区泥沙淤积及其对航运和洪水位的影响”获交通部科技进步一等奖。

河道整治研究方向已形成成套的河道水流、泥沙物理模型试验技术，包括模型相似理论及模型试验方法，并积累了丰富的经验。可进行各类定床、动床的水流、泥沙河工模型试验研究；拥有一、二维有限差和有限元等不同计算模式的河流水流、泥沙数学模型，以及相应的水沙联合求解、边界控制、模型嵌套、坐标变换、动态显示等多种前后处理数值模拟技术。1986年唐存本教授提出“河床断面法”确定航道整治线宽度，为黄河北干流及多沙河流航道整治提供了技术支撑。1989年完成“江汉游荡性河段河床演变规律和整治计算方法的研究”，在分析河床演变规律的基础上，提出控制中水河势，以适合的整治线线形规划枯水等整治原则，对整治方法进行了系统研究，提出了“丁坝水力长度”、“丁坝水流压缩系数”的概念等，提高了航道整治的理论水平，先后提出五篇成果，通过专家鉴定和国家级验收，科研成果获交通部科技进步二等奖。

南科院在河口分类、潮波变形、拦门沙演变、挡潮闸淤积规律以及细颗粒泥沙在河口盐淡水混合环境中的动力特性等方面的研究成果在国内外学术界备受瞩目。拥有一、二维有限差和有限元等不同计算模式以及波、流、泥沙联合求解、动边界自动控制、计算糙率函数化、曲线坐标变换、流体动态显示等多种计算技术。该研究方向以理论分析、模型试验和数值计算为主要研究手段，遥感信息分析和同位素探测等高新技术在本研究方向得到充分的应用。在河口潮波变形、河口拦门沙机理、最大浑浊带成因、细颗粒泥沙特性等河口动力学研究方面形成了比较系统的理论和方法，“河口航道回淤预报公式”在国内得到广泛应用，建闸河口防淤减淤研究处于国内领先水平。研究范围北至丹东鸭绿江口，南至北部湾防城河口；长江口、珠江口、瓯江口为其长期研究对象。主要研究成果有长江口深水航道整治、珠江口综合治理规划、瓯江口综合开发等。

承担的长江口深水航道治理工程的研究任务包括物理模型、数学模型和仪器设备研制等十余个项目。1986年完成“长江口三沙治理和通航航道研究”，项目包括三个方面16个专题，三个方面是三沙治理研究、通海航道研究和新技术应用研究，经交通部组织鉴定，从总体上已达到国际先进水平。长江口整体物理模型对长江口一期工程导堤、丁坝及疏浚的施工顺序、施工组合进行了研究，还对分流口及堤头冲刷进行了试验。所提成果为设计和施工单位的决策提供了科学依据。1991年，院“长江口专题组”提前两年完成了“八五”国家攻关项目“长江口拦门沙航道演变规律的研究”课题，报告提出了开发北槽-12.5米深水航道方案是合理的、可行的。交通部、电力工业部对国家“八五”攻关项目专题进行了中期评估，“长江口拦门沙航道演变规律研究”（整治技术研究）、被评为优秀（A类）。“长江口拦门沙航道演变规律与深水航道整治方案研究”专题于1994年3月提前通过了国家计委主持的成果鉴定验收。1998年完成的“长江口系列变率模型”课题研究了上海长江口整体模型进行波浪条件下悬沙动床试验的可能性，并提出了切实可行的模型设计。承担的长江口深水航道治理工程一期工程导堤、丁坝及疏浚施工组合优化方案研究、长江口深水港港址选择研究，在交通部召开的专家评审会上获得充分肯定。

 1991年开始，国家攻关项目“珠江崖门口航道整治技术的研究”经过多年的现场调查、数学模型、物理模型以及综合研究分析，指出黄茅海有开挖成深水航道的可能性，提出了一整套包括潮流、波浪及大风浪作用下崖门口出海航道泥沙回淤的预报模式，可用于其它类似河口及外海航道开挖后的回淤预报。项目取得的成果表明，稳定3000吨级航道和开发5000吨级航道在技术上是可行的；进一步开发深水航道，如10000吨级航道也是可能的。项目提出的最优航道整治方案及对建港和围海的建议，已在工程建设中被采纳，专题获交通部科技进步二等奖。

1997年承担的横向项目“黄骅港浑水动床模型试验研究”，抓住了潮流、波浪耦合作用下泥沙研究的关键，对黄骅港环抱式港池口门位置和航道走向进行了多方案研究，主要研究结论为黄骅港规划和一期工程设计所采用。该项目成果获1998年交通部科技进步二等奖。

此外，南科院1995年承担“八五”攻关项目“现场多功能定点观测系统的研制”按合同进度完成了所承担的研制工作，样机组装提前完成。交通部已把该研究成果列入“九五”规划的推广项目。专题获交通部科技进步二等奖。

二、面对行业发展要求，为行业决策和重点工程建设提供科技支撑

   积极开展河流动力学及枢纽泥沙问题的研究，1991年完成的横向项目“小浪底水利枢纽进水塔防沙和防淤堵浑水整体模型试验”，首次将包括低含沙水流和高含沙水流的泥沙模型相似理论应用到了实际模型试验中，使南科院的泥沙模型试验理论和技术提高到一个新的水平。“黄河小浪底枢纽泥沙问题研究”提出了既能适用于低含沙水流又能复演高含沙水流的泥沙模型相似率，指出了进行泥沙物理模型试验的关键技术，该成果对黄河小浪底工程的设计和水库调度运用提供了重要的决策依据，研究成果1995年获水利部科技进步一等奖；此外，1991年还完成了“内蒙达拉特电厂取水河段整体动床模型试验”、“宁夏沙坡头水电枢纽工程底沙整体模型试验”、“广东飞来峡枢纽整体动床泥沙模型试验研究”等课题。

河道整治研究方面，“河道二维全沙数学模型”通过ADI法和动边界技术，较好地反映了河道在各级流量下平面流动问题，对长江砖灶子河段的验证计算表明，在水位、流速、流态、冲淤部位和冲淤数量等方面，数学模型均能给出与天然实测值基本一致的结果，获1989年度交通部科技进步二等奖。

1984-2000年期间，完成了广西境内西江的龙圩水道、盐蛇滩、湴滩、十五滩等十多个滩群的系统整治试验研究，提出的整治方案施工后均取得显著效果。

1989年完成“淮河中游正阳关到茨淮新河口段大型防洪河工模型试验研究”，探讨了恢复正阳关到茨淮新河口段设计水位的各种组合方案110组；“哈尔滨松花江公路大桥航道整治模型试验研究”，通过多组工程方案的试验与分析，明确了疏浚与整治相结合的原则，工程实施后经现场观测证实，新辟航道的深度、厚度、曲率半径及桥上直线段长度均达到通航标准，河道冲淤变化与试验结果接近。

1992年完成的“湘江航运开发技术研究”，综合考虑各种因素，提出了兼顾两岸航道和港口水域又使行洪影响降到最低的整治工程方案，交通部组织的施工验收表明，滩群的整治达到了预期效果。1993年完成“长江八卦洲汊道整治河工模型试验研究”在总结前期工程效果的基础上，采用水流及泥沙模型，通过工程后水流与河床变化对比试验，对八卦洲下一步整治措施进行了探讨，推荐了洲头鱼嘴等工程方案。“镇江大港航道治理及码头淤积问题模型试验研究”解决了工程建设中的关键技术问题。1994年还完成了“长江南通河段整治工程模型试验研究”、“京杭大运河苏南段船行波及护岸工程”、“淮河干流淮浓——正阳光段河工模型试验”等项目。

1997年完成的水利部科技计划项目“河道堤防风险和设防标准的研究”以沂沭泗流域的防洪规划为具体依托对象，提出了沂沭泗地区河道防洪标准偏低、抗洪能力较差，需要打找洪水出路的建议，对制订流域防洪规划起到了主要的决策支持作用。

　　潮汐河口治理研究方面，1988年完成“河口航道回淤的计算方法及其在黄埔港新沙港区的应用”，从不恒定流悬沙运动方程出发，导出了港口航道开挖后淤积厚度的计算式，建立了两个两维数学模型，用数模得到的流速数值并根据分析实测确定相关参数，进行回淤量的预报。1997年完成汕头港外拦门沙整治工程泥沙试验研究报告，研究成果包括拦门沙整治的原则和整治方案的确定、模型试验定量预报拦门沙整治功效等，还介绍了建堤五年来和竣工一年来地形演变的跟踪观测成果，拦沙、防浪、导流、束水攻沙等功效与模型试验预测相符。

从70年代至今，我院一直致力于瓯江河口的治理研究，主要通过河床演变分析、物理模型试验、数值模拟及原型监测等手段，建立了一系列关于瓯江流域研究的理论，是我国最早也是能力最强的从事瓯江流域研究的科研单位之一，完成的科研报告近百篇。70年代至90年代初，以口内治理为主，进行了温州港“四期”整治工程，稳定了滩槽，改善了港区和航道的水深，极大的发挥瓯江流域的航运事业；90年代以后，以口外滩涂资源开发为主。基于四十多年的长期河床演变分析、水沙运动规律研究和工程实践经验的总结，我院于1994年开始进行温州浅滩围涂工程的研究，历经多年，提交了“温州浅滩”围涂工程的一系列研究成果，确定了浅滩围涂工程的可行性。

在海岸工程泥沙运动机理、港口航道泥沙回淤预测技术、大型海岸、跨江大桥桥墩冲刷防护、复杂条件下建港、海岸风暴潮、海岸冲刷与防护技术等方面取得了较突出的成绩。开展了淤泥质、沙质、粉砂质海岸的泥沙运动与演变，潮流、波浪作用下海岸泥沙运动，港口航道淤积的计算及整治措施，港口航道淤积的计算及治理，沿岸输沙，粘性泥沙絮凝问题等方面研究，并取得了一系列理论成果，其中港口航道泥沙回淤、潮流及风浪作用下含沙量确定及海岸输沙计算方法被列入了《海港水文规范》，粘性泥沙絮凝研究得到同行的广泛应用；海岸带资源的综合利用与工程防护，大型跨江海大桥基础冲刷计算及防护技术，电厂取排水泥沙，岛屿、辐射沙洲、潮汐通道复杂条件下深水港建设等研究成果也得到了成功的应用。针对连云港扩建中泥沙问题，深入开展了淤泥质海岸建港问题的研究，提出了采取工程措施改变港区水沙动力条件以减少泥沙淤积的建设思路，为我国淤泥质海岸建港、浅水深用提供了又一成功范例。主持完成的连云港泥沙回淤计算方法获水利部科技进步二等奖，并列入《海港水文规范》；主持完成的汕头港导流挡沙堤研究获得交通部科技进步二等奖；江苏海岸带调查项目获得江苏科技进步特等奖。

承担的其它研究项目包括：1989年，“锦州港潮流淤积模型试验”提出了海湾潮流淤积试验成果。1991年完成“砂质海岸航道港池淤积计算方法”，经对国内外典型港口和潮汐资料验证获得较好效果，可用于工程可行性预报。1991年开始的“宁波港北仑港区整体物理模型试验”课题组在整体物理模型试验中采用了摄像机录像，通过计算机进行图像处理，测得了沿水深三个水层的随时间变化的流速图，较好地解决了北仑港十五万吨级码头的选址问题。其中包括“蛇口港整体物理模型”和“吕泗港整体物理模型”等三个大模型。此外，还完成了“广州港出海航道二期工程可行性研究”、“汕头港外航道拦门沙整治二期工程预可行性研究”等项目。

防浪掩护与防浪建筑物的研究方面，在国内最早引进不规则波造波系统。先后开展了波群的统计特性分析及模拟、浮式防波堤、桩柱波浪力、风暴潮灾害及防治技术、堤坝护坡技术、波浪爬高和越浪量、面板结构上托力、波浪作用下建筑物附近局部冲刷、系泊船舶运动及撞击力、护面块体强度模拟、波浪对电厂取排水口作用、大范围波浪传播变形数学模型、台风暴潮数学模型、台风浪数学模型、港域波浪传播数学模型等方面研究，获多项国家、省部级科技进步奖。该研究方向已形成港口整体防浪掩护、海岸防护工程及堤坝护坡、结构物波浪水流力、波流作用下系泊船舶运动、波浪作用下结构物周围局部冲刷等模型试验成套试验技术。拥有先进、可靠的模型试验设备和量测仪器，包括装备有二次反射波主动吸收装置的不规则波、风、流水槽一座，175m长不规则波、风、流长水槽一座，以及不规则波水池两座。拥有波高仪、多维波浪总力仪、压力仪和国产波高仪、总力仪、压力传感器、六分量仪、护舷传感器、拉力传感器、风速仪、流速仪等系列量测仪器。

在数学模型方面，先后自主研制开发了适合大范围水域波浪折射、绕射计算的非线性抛物型方程数学模型、台风浪数学模型、港域波浪折射-绕射-反射联合计算数学模型、港域不规则波数学模型、波生流数学模型、波-流共同作用数学模型等。这些波浪数学模型已应用于长江口航道整治工程、上海洋山深水港等六十多项大型港口和海岸工程。

南科院根据国内外关于波浪绕射的理论、实验研究以及现场研究成果进行总结，在此基础上提出了计算港内波浪的方法，编写了“港口工程技术规范第二篇《海港水文》—港内波浪要素的计算”，规范条文包括单突堤与双突堤后的规则波绕射计算方法，考虑到直立堤与斜坡堤类型的区别，提出了港内水深变化较大时的折射、绕射计算方法。该成果1985年获国家科技进步二等奖。

1989年完成的“防浪护坡的某些设计问题与工程措施”在试验研究的基础上，探讨了船行波要素的确定，得出紧靠船边的最大波高、临近渠坡的最大波高以及渠坡前最大波的波向与波陡的计算公式和图表；探讨了防浪林台的典型布局和防浪林消波系数的确定并提出了防浪林台的典型布置原则和防浪林消浪系数的计算公式及图表；探讨了两种新型护面人工块体的抗浪性能，并给出了设计所需的计算公式和图表。

1999年承担的交通部重点项目“港口工程中波浪——结构——地基的相互作用”综合考虑了波高、周期、泥沙粒径、泥沙比重、水深和柱径等各种因素的影响，对圆柱周围局部冲刷进行了系统的试验研究和相应的理论分析。“潮汐河口湾治导线对潮波变形及其影响的研究”已通过部的验收鉴定。

深水筑港及近海工程的研究方面，先后开展了南京新生圩港、宁波港北仑港及江浙海塘、海堤的修复工程以及国家一大批重大港口建设工程项目的研究。“南京新生圩深水泊位河工模型试验研究”提出了为保证港区水深稳定的以洲头鱼嘴为主体的港区河道整治工程方案，于1984年付诸施工，工程实施后确已减缓了左汊的淤积趋势，维持了右汊内新生圩港区的水深及正常作用，稳定了八卦洲汊道的整个河势，该研究成果改变了此江段不能建大型港口的结论，我院李昌华教授1986年获得江苏省人民政府的特别嘉奖，研究成果1985年获江苏省科技进步二等奖。

《遥感技术在海洋环境与资源调查中的开发与研究》课题利用不同时相的陆地卫星、气象卫星的卫片100余幅和部分cct数据，测得杭州湾泥沙含量数据1000多个，建立了陆地卫星和气象卫星两种悬沙遥感定量模式。两种定量式经杭州湾实测资料验证，能满足悬遥含量监测的实际应用要求。该成果提供了气象遥感悬浮泥沙含量图23幅、陆地卫星遥感悬浮泥沙含量图7幅，这些图反映了杭州湾口内外不同季节、潮流和风况等因素作用下的悬浮泥沙的空间分布和输移特征，特别是取得的大风天悬浮泥沙含量的分布资料，是船测方法难以取得的。该成果1987年获国家科技进步二等奖。

 “江苏省海岸带和海涂资源综合调查”历时5年，其海岸防护和保滩促淤工程的试点经验，已在江苏省海岸防护工程中应用推广；挡潮闸闸下淤积的解淤措施也为江苏省及国内有关部门采纳。该成果1985年度获江苏省科技进步特等奖；1995年完成“几种类型海港淤积和减淤措施的研究”，对原提出的航道、港池淤积预报方法中有些因子做了适当变换和修正，使之既能用于淤泥质海岸航道、港池的淤积计算，也能估算沙质及沙质海岸航道、港池的淤积和冲刷；同时提出了波、流共同作用下推移质净输沙率关系式，并进一步就沙质海岸和港口外航道推移质造成的回淤量预报和潮汐通道的稳定性判别标准作了探讨。其中“淤泥质海岸航道、港池淤积计算方法及其应用推广”已在国内25个大、中、小型海港建设中应用。该研究成果1995获水利部科技进步二等奖。

　　工程分析与工程管理应用软件开发的研究中，1990年完成的“微机潮汐控制和数据采集”介绍了三种机型潮汐控制和数据采集系统：STD总线型、IBM-PC/XT型和单板机型的工作原理及其硬件组成和应用软件。三种系统适用于不同要求的模型试验，实现了模型多边界的水位同步控制和水位、流速数据采集及数据处理。除用于定床模型外，已使用于动床模型、浑水模型、冷却水模型和污染模型等试验。除潮汐模型试验使用外，已推广至水工和河工模型试验。

1992年完成的“水工整体模型试验的自动化控制及现场数据采集处理系统”安装在西北水科所水工室珠寺枢纽模型上。由一台微机集中控制和数据采集处理，并包括三维自动化测桥、水位仪、地形仪、流速流向仪、波高仪、测压装置等。其系统功能：（1）上游流量和下游水位的自动控制；（2）三维测桥自动控制和自动定位；（3）水位、流速流向、水面横比降、水下地形、多点压力等的自动量测。

1997年完成“三维动态仿真模型研究”，先后研究探索了地形的三维可视化模拟，局部冲刷、波浪、潮汐引起的地形淹没和流场及浓度扩散等三维可视化动态模型。研究成果再现了长江口地形以及波浪引起的圆柱周围地形冲刷模型等。