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| ——記國家自然科學基金重大研究計劃“西南河流源區(qū)徑流變化和適應(yīng)性利用” |
編者按
在國家自然科學基金重大研究計劃“西南河流源區(qū)徑流變化和適應(yīng)性利用”的支持下，我國科學家直面徑流變化的世界級科學難題，歷時8年，7000余人次接力奮戰(zhàn)，百余次挺進青藏高原“生命禁區(qū)”。他們基于海量的第一手數(shù)據(jù)，將論文寫在“亞洲水塔”的雪域高原、峻嶺深谷與工程一線，一系列原創(chuàng)性理論與技術(shù)成果直接服務(wù)于國家重大工程，形成了具有鮮明特色的“中國學術(shù)流派”，極大增強了國際學術(shù)語境的“中國聲音”，貢獻了國際河流治理協(xié)同共贏的“中國方案”。
科研人員在科考中留影。研究團隊供圖
■本報記者甘曉
人們熟知的“亞洲水塔”在科學上被定義為“西南河流源區(qū)”，指的是我國青藏高原南部及東南毗鄰橫斷山的廣闊高原山區(qū)，雅魯藏布江、瀾滄江、怒江、長江以及黃河等亞洲大河集中發(fā)源于此。在我國極端缺水的現(xiàn)實下，該區(qū)域出境水量高達5000億立方米，接近全國年用水量的總和，但利用率還不足2%。
破解西南河流源區(qū)徑流變化這一科學難題，直接關(guān)系到我國實施生態(tài)安全屏障建設(shè)、水安全、清潔能源及“雙碳”目標、“一帶一路”倡議等多項國家重大戰(zhàn)略。
為此，國家自然科學基金委員會（以下簡稱自然科學基金委）在經(jīng)歷了近6年的反復論證、周密謀劃后，最終從我國眾多的水問題中遴選、聚焦到西南河流源區(qū)，并于2016年正式立項啟動國家自然科學基金重大研究計劃“西南河流源區(qū)徑流變化和適應(yīng)性利用”（以下簡稱重大研究計劃）。
2024年底，重大研究計劃以全優(yōu)成績完成結(jié)束評估。中國工程院院士、重大研究計劃指導專家組組長胡春宏感慨頗深：“踏遍青山情未老，‘亞洲水塔’是一片充滿魅力又極富挑戰(zhàn)的學術(shù)熱土。8年時間里，我們實現(xiàn)了把多學科交叉融合理論探索和服務(wù)重大戰(zhàn)略的具體實踐結(jié)合起來，努力把論文寫在雪域高原和峻嶺深谷中的工程現(xiàn)場，基石已筑、藍圖正繪、未來可期。”
時不我待，搶占世界科技制高點
多年前，中國科學院院士王光謙與胡春宏等專家就前瞻性地認識到，西南河流源區(qū)徑流利用涉及多項國家重大戰(zhàn)略需求，但基礎(chǔ)理論研究卻非常薄弱。2013年，國際水文科學協(xié)會提出了“新水文科學計劃IAHS-Panta Rhei（2013—2022）”。此后，全球?qū)W界陸續(xù)啟動了相關(guān)重大科學計劃，如加拿大科學院的“全球水未來”國家研究計劃、美國國家科學基金會的“水能糧互饋”研究計劃等。近10年來，該研究領(lǐng)域發(fā)表論文數(shù)量呈指數(shù)級增長。
胡春宏看到，盡管西南河流源區(qū)被國際學術(shù)界公認為研究徑流變化最理想的“熱區(qū)”“高點”，但該區(qū)域的基礎(chǔ)研究相對滯后。在重大研究計劃實施前，專家們查閱大量資料后發(fā)現(xiàn)，關(guān)于青藏高原的水科學研究在國際頂級期刊上發(fā)表的論文數(shù)量很少，而且有80%的論文由國外學者完成。這讓中國科學家既感到壓力，也產(chǎn)生了迎頭趕上的堅定決心和澎湃動力。
“以往歐美學者的研究成果主要依靠數(shù)學模型等間接手段獲得，缺乏實證資料的驗證，對徑流組成、變化歸因及未來趨勢等重要問題的認知存在片面性，形成嚴重誤導。”胡春宏指出，“如何糾正不正確的看法，打破歷史上形成的學術(shù)思想禁錮，也是我們面臨的重大挑戰(zhàn)。”
面對這一學術(shù)探索的“富礦”，科學家們決心牢牢抓住“徑流變化”這個牛鼻子，錨定國家戰(zhàn)略的重大需求，直面“世界屋脊”科學探索的難題，搶占“第三極”學術(shù)高地。
2016年，重大研究計劃就是在這樣的背景下正式啟動的。
勇闖生命禁區(qū)，只為填補監(jiān)測空白
重大研究計劃實施的區(qū)域山高谷深、高寒缺氧，河流源頭均為無人的生命禁區(qū)。據(jù)水利部資料，該區(qū)平均超過3萬平方公里的范圍內(nèi)才有1個基本水文站，站網(wǎng)密度不足全國平均的1/30，上千公里干流河長的雅魯藏布江僅有5個水文站。
中國工程院院士、指導專家組成員張建云在實施方案論證會上強調(diào)：“徑流變化研究需要序列資料對其動態(tài)細節(jié)進行精確刻畫。如何構(gòu)建覆蓋全域的以徑流要素為主的監(jiān)測體系，彌補資料短板，是重大研究計劃的首要難題和第一任務(wù)。”
為此，重大研究計劃在啟動會上率先部署6個“監(jiān)測和數(shù)據(jù)平臺類”項目。指導專家組要求所有項目“向北、向西、向高原”，把現(xiàn)場觀測和收集基礎(chǔ)資料作為項目開展的首要任務(wù)。
8年時間里，重大研究計劃資助的89個項目均組織了科考調(diào)查，匯交了海量第一手科學觀測數(shù)據(jù)，科考次數(shù)超100次，累計7000人次進入高原河流源區(qū)。
僅指導專家組和管理工作組就組織了8次專家組的源區(qū)高原科考，總行程超過5萬公里。指導專家組的胡春宏、張建云、王超、鄭春苗、倪廣恒，特邀知名專家劉叢強、康紹忠、吳豐昌、李華軍等學者深入五大河流的源頭區(qū)考察，對把握總體方向提出了卓有成效的意見。
科考途中，科學家們經(jīng)歷過“生死考驗”。2018年9月，胡春宏帶隊進入雅魯藏布江源頭杰瑪央宗冰川地區(qū)，為盡可能多地了解源區(qū)徑流情況，拓展了原計劃路線。無人區(qū)冰原景觀讓經(jīng)驗豐富的駕駛員也迷航了，他們在海拔5600米的高原停留了8個多小時，接近燃油耗盡才回到安全地帶。
2023年4月，科考隊在完成長江源頭姜根迪如冰川考察后的返程中，歷經(jīng)長達14小時高原長途后，中國工程院院士、指導專家組成員王超乘坐的汽車不慎沖入黑夜中的河流。
身陷冰冷、湍急的水流，年過六旬的王超臨危不懼：“不要慌！都別動！”他的冷靜指揮穩(wěn)住了同車人員的心態(tài)，等來了救援，最后安全脫險。
如今，胡春宏在接受《中國科學報》采訪時回憶：“真是不幸中的萬幸。從對源區(qū)的陌生到熟悉，再到科研成果的取得，凝聚了大家不畏艱難、勇于探索的科學家精神，冒點風險也值得。”
8年時間里，在科學家的共同努力下，河流源區(qū)新增1300多處監(jiān)測點，基于遙感技術(shù)的“衛(wèi)星水文站”的建立解決了無人區(qū)徑流觀測問題，構(gòu)建了西南源區(qū)天空地一體化監(jiān)測體系。清華大學青年教授龍笛帶領(lǐng)科研團隊勇于創(chuàng)新，利用新一代雷達、激光和重力衛(wèi)星等觀測新技術(shù)，提升了高原無人區(qū)觀測的技術(shù)水平。
這些觀測結(jié)果形成了八大類118套共計2000余萬條監(jiān)測數(shù)據(jù)的高質(zhì)量數(shù)據(jù)集，并實現(xiàn)全球共享。
“內(nèi)功”深厚，系統(tǒng)揭示徑流奧秘
重大研究計劃聚焦“徑流變化”“生源物質(zhì)變異”及“適應(yīng)性利用”三大核心科學問題，系列基礎(chǔ)研究成果達到國際前沿水平，展示了我國在該領(lǐng)域積淀的深厚“內(nèi)功”。
重大研究計劃實施后，我國學者在該領(lǐng)域的論文發(fā)表數(shù)量迅速增加，學者們共發(fā)表2800多篇論文，其中在《科學》《自然》及其重要子刊等高水平學術(shù)期刊上發(fā)表論文30余篇，同時出版專著19部。在國際頂級期刊上發(fā)表的該領(lǐng)域論文中，中國學者的貢獻由20%上升到70%。全球發(fā)文知識圖譜分析，2000年以前中國和美國為青藏高原水科學領(lǐng)域的共同研究中心，2024年中國已成為該領(lǐng)域唯一的“領(lǐng)跑者”。
這些成果的取得離不開重大研究計劃對有組織科研的實踐。來自全國100多家單位的1000多位專家學者參與其中，代表了全國該領(lǐng)域的優(yōu)勢力量。
參與重大研究計劃的多名骨干學者還在國際重要學會和期刊擔任領(lǐng)導職務(wù)，成為國際大型科學計劃的“領(lǐng)導者”。
同時，在瀾滄江-湄公河國際河流協(xié)調(diào)機制中，中國科學家接受中外媒體采訪報道的次數(shù)是重大研究計劃實施前10年總量的5倍。這表明，在水科學國際學術(shù)語境中，“中國聲音”大幅增強，國際學術(shù)影響力和國際輿論引導力得到跨越式發(fā)展。
“過去，我們?nèi)狈ο到y(tǒng)的監(jiān)測和理論支撐，面對國外質(zhì)疑時往往難以有力回應(yīng)。現(xiàn)在不同了，我們有了自己的研究成果和數(shù)據(jù)依據(jù)，可以理直氣壯地進行回應(yīng)和反駁。”胡春宏說。
重大研究計劃也培養(yǎng)了一批水科學領(lǐng)域青年人才，其中有9名獲得自然科學基金委的青年科學基金項目（A類）、6名獲得青年科學基金項目（B類），培養(yǎng)的研究生超過600名。專家們相信，這支充滿活力的青年力量將為持續(xù)推進創(chuàng)新性研究注入源源不斷的動力。
科學立論，支撐國家重大工程
在重大研究計劃實施中，科研團隊不僅與國家相關(guān)業(yè)務(wù)部門保持密切聯(lián)系，還與多家生產(chǎn)、規(guī)劃設(shè)計單位開展深度合作研究。據(jù)統(tǒng)計，這些生產(chǎn)單位實質(zhì)性參與50個項目，超過項目總數(shù)的一半。這一舉措確保了科研成果落地應(yīng)用。
值得一提的是，科學家們在徑流適應(yīng)性利用方法學方面取得的成果已服務(wù)于西南清潔能源基地多能互補、瀾湄跨境河流互惠合作、雅魯藏布江下游水電工程安全保障、國家水網(wǎng)工程戰(zhàn)略規(guī)劃等四項國家重大工程。
在指導專家組看來，基礎(chǔ)研究對于工程實踐具有根本性的支撐作用。重大研究計劃所聚焦的科學問題是從實際生產(chǎn)需求中提煉而來，凝聚了全國水利學者與工程實踐者的集體智慧。研究成果又回到實際生產(chǎn)中去，為國家重大工程提供了科技支撐。
例如，“雅江萬年洪水序列”成功應(yīng)用于2018年雅魯藏布江堰塞堵江的災害事件，為雅魯藏布江下游水電工程設(shè)計洪水標準提供了堅實、可靠的科學依據(jù)。而基于數(shù)據(jù)實證的泥沙輸移模型，準確解析了雅魯藏布江泥沙沖淤規(guī)律，解決了工程取水口防沙技術(shù)難題；提出了科學調(diào)控方案，解決了雅魯藏布江下游水電工程規(guī)劃設(shè)計面臨的急、難問題。
胡春宏認為，弄清基礎(chǔ)研究中的科學規(guī)律，對于在工程實踐中把握“度”至關(guān)重要。必須建立在科學認知的基礎(chǔ)上開展水資源利用，把握好“應(yīng)用的度”，即用到什么程度最合適。
在瀾滄江-湄公河國際河流治理中，科學家建立了多目標、多利益主體博弈的徑流適應(yīng)性利用方法和模型，明晰了徑流調(diào)控的關(guān)鍵閾值，提出了多目標的綜合調(diào)控維度并形成了跨境水-能-糧互饋合作共贏的“中國方案”。
《中國科學報》(2025-07-28第4版自然科學基金)