4月27日，中國地理學會公布2023年度“中國地理科學十大研究進展”，“長江模擬器研發及其應用”位居榜首。中國科學院水生生物研究所負責研發長江模擬器的生態環境板塊。

圖1 中國地理科學十大研究進展證書

長江模擬器，是指以長江流域為對象，以流域水循環為紐帶，將自然過程與人文過程相耦合而研發的流域模擬系統及科學裝置。長江流域模擬器強調長江上、中、下游以及湖庫－岸線－城市群的互聯互動，強調長江洪水防御、水力發電與水生生物保護等的聯合調度，強調長江流域保護與發展的協調，具有“監測—模擬—評估—預警—決策—調控”一體化功能。

圖2 長江模擬器

2019年水生所王洪鑄研究員主持了中國科學院A類戰略性先導科技專項“美麗中國生態文明建設科技工程專項”項目四“長江經濟帶干流水環境水生態綜合治理與應用”課題四“長江經濟帶干流岸線生態修復與調控關鍵技術” 。參加單位還有中國科學院精密測量科學與技術創新研究院、長江航道整治中心、長江航道規劃設計研究院、長江武漢航道工程局。該課題負責研發其中的生態環境板塊，主要包括：水文-水動力-食物網模塊（王洪鑄、高文娟、班璇等）、岸線質量評估模塊（王丁、梅志剛、范飛等）、面源污染模塊和景觀配置模塊（張亮、宋春雷、李思思等）、修復技術及示范（周巧紅、李明、程飛、邱東茹等）。

圖3 長江模擬器-生態環境板塊

長江模擬器水文-水動力-食物網模塊，模擬了三峽水庫下泄流量周年動態、棲息地與中游干流三個江段魚類資源和江豚數量的定量關系。根據模擬結果，確定了面向魚類和江豚保護的三峽水庫調度最佳參數，即：2-3月流量為6000~7000 m³/s，滿足航運需求（航運最低需求為6000 m³/s），同時盡量保持低流量，以使漫灘植物有足夠的萌發面積；4月7000-8000 m³/s 、5月8000~13000 m³/s、6月13000~18000 m³/s，4月15日至6月15日期間盡可能地慢速騰庫容（日增最好小于 160 m³/s），以使植物有足夠的生長期；5-6月制造洪峰以滿足四大家魚產卵需求，日漲水量大于2000 m³/s，漲水次數約5次，總漲水量大于10000 m³/s。模擬結果還顯示：恢復河漫灘面積至關重要。相關建議得到長江水利委員會重視，相關成果獲2023年湖北省科學技術進步一等獎。

圖4 面向魚類和江豚保護的三峽水庫調度最佳參數

長江模擬器-岸線質量評估模塊，闡明了近50年長江河漫灘演變及其驅動代表性水生生物長江江豚種群瀕危的機制，制定了長江岸線質量評估指數體系，評估了不同歷史時期長江岸線質量狀況，構建了結合防洪、航運、糧食安全等多目標融合的長江岸線綜合保護對策。提出了以子堤拆除、局部微水文改造等為手段的長江中下游大堤內河漫灘保護和恢復方案（~3024平方公里）。而恢復這些河漫灘，每年可固定削減總氮19000噸、總磷2400噸，增加110000噸漁產潛力。作為長江生物多樣性恢復的指標之一，這個漁產潛力可以支撐約2000頭長江江豚生存，從而實現將江豚的干流種群數量恢復至2006年以前的水平。相關的研究結論在Science等雜志發表，推動河漫灘質量演變結果在農業農村部《長江流域漁業生態環境公報》發布。

圖5 恢復3024km²河漫灘方案

長江模擬器-面源污染模塊，基于精密測量院自主開發的分布式面源污染模型（STEM-NPS），可實現面源污染“源頭發生量-過程截留量-入水體量”三量計算與關鍵源區的辨識。耦合其他模型集成至長江模擬器時，通過柵格-子流域尺度轉換，提高模型運算效率。模型包含面源污染、點源污染與入江負荷子模塊，覆蓋1212個子流域模擬單元，包含129個地級行政區，通過模擬氮磷面源污染負荷及入江水質，展示其時空變化，為長江流域面源污染的監測、評估與管理提供決策支持。

圖6 模擬1980-2018年長江流域總氮、總磷面源污染年均負荷分布

長江模擬器-景觀配置模塊，綜合利用面源污染模型模擬所得負荷和水質數據及《長江岸線保護和開發利用規劃》中的岸線分區和水質目標，提出面源污染削減目標。模塊進一步提供可自定義的緩沖帶配置，包括合理的緩沖帶寬度和占比，以盡可能達到面源污染攔截率，并對比展示攔截前后的面源污染負荷。該模塊旨在使決策者能根據不同江段的特定需求制定岸線緩沖帶配置策略，以達成面源污染削減目標，促進長江干流的水環境質量改善。相關建議和方案均被自然資源部采納，并應用于《長江經濟帶國土空間規劃》的編制。

圖7 長江干流陸向緩沖帶現狀與生態建設方案要點

（建設后預計緩沖帶可攔截總磷80-90%，攔截總氮70-80%）

長江模擬器研發為長江大保護和長江經濟帶高質量綠色發展提供了重要科技支撐，對提升流域管理水平和創新區域綠色發展模式具有重大的科學和實踐意義。