郑州大学水利工程学科建设创新中心以水利工程为主干学科,与交通运输工程、土木工程、环境科学与工程、测绘科学与技术、管理科学与工程融合交叉,实现水利工程学科交叉赋能。围绕水利工程安全保障与智能运维、地下工程灾害防控与韧性提升、涉水灾害链式动力机制与智慧防控等主攻方向进行布局,依托郑州超算中心、隧道掘进机及智能运维全国重点实验室等相关研究平台,推动跨学院、多学科力量集聚和交互探索,实现核心共性关键技术的突破,构建工程基础设施“设计-建设-运行-维护”全生命周期的水灾害防治理论与技术体系,培育国家级科技奖励、国家创新团队和国家级领军人才,打造“工程水灾变防控”科技创新高地和会聚型学科高峰。
(一)组织架构
水利工程学科建设创新中心设主任1人,全面主持中心各项工作,设常务副主任1人,副主任若干人,协助主任开展人事、科研、学科、研究生培养、实验室、行政管理等工作。创新中心下设虚拟研究所、学术评议机构、办公室和实验管理中心。虚拟研究所根据科研方向设置若干科研团队,可根据承担的课题情况灵活组建跨所的课题组,集中相关优势研发力量开展科技攻关。
(二)建设目标
面向国家水安全保障重大战略需求和学科发展前沿,贯彻新发展理念,强化学科交叉融合,建设以工程水灾变防控为特色的科学研究基地,形成新时期一流拔尖创新人才培养的体系和模式,培养一批具有国际竞争力的领军型人才,打造工程水灾变防控学科高峰,推进水利工程学科高质量特色发展。在地下排水管网智能化检测与非开挖修复、高性能混杂纤维增强聚合物复合材料及其增强结构、城市洪涝灾害防控等研究领域处于国际前沿,在区域特大干旱形成机理与协同调控研究领域达到国内领先水平。具备在水利工程领域支撑“黄河流域生态保护和高质量发展”、创新驱动发展等国家重大战略实施的能力。
(三)建设方向与研究队伍
学科聚焦我国水安全保障战略需求,建设着力布局“3+X”方向架构,在基础设施水灾变防控与修复、工程结构水损伤演化与性能提升、水工程系统安全运行与调控3个传统优势的研究方向上持续发力,力争实现国家级重大项目和国家级科研奖励新突破,同时增设水灾害和谐防控与智慧管理具有显著多学科交叉特色的研究方向,完善工程水灾变防控学科体系。
(1)学科方向一:基础设施水灾变防控与修复
主要研究内容:针对堤防、地下管道、道面等基础设施水灾变防控重大需求,研究堤防隐患快速普查与精准定位方法,研发锁结式高聚物防渗墙技术与大深度全段式水下混合保压注浆技术及装备;研究基于电磁、红外、视频、激光多源异构结构损伤数据的地下排水管网智能量化检测方法,研发地下排水管道非开挖智能修复材料、工艺与装备,搭建基于数字孪生的地下排水管网智能运维平台;研究基于动力和电磁等无损检测的隐蔽病害智能识别方法,开发隐蔽病害精细化维修高聚物注浆技术,为基础设施安全运行提供技术支撑。
特色和优势:集聚了以王复明院士为核心的基础设施安全防护研发团队,在基础设施无损检测与非开挖修复领域开展了三十多年的研究,解决了堤防、地下管道、道面等基础设施隐蔽病害诊治关键科学技术难题,取得了系统性创新成果;建立了地下基础设施非开挖技术国际联合研究中心、地下工程灾变防控省部共建协同创新中心及重大基础设施检测修复技术国家地方联合工程实验室等平台,打造了基础设施检测修复材料、技术及装备研发高地,研究水平居国内前列,引领行业技术发展,形成了鲜明特色和优势。相关研究成果先后获得国家科技进步二等奖、国家技术发明二等奖、河南省科技进步特等奖、一等奖、国际非开挖技术学术研究奖等科技奖励8项。
学科队伍构成:方向团队共70人,包括教授35人、副教授23人、优秀青年博士12人。方向带头人为王复明院士,核心骨干人员方宏远为教育部青年长江学者,钟燕辉为“百千万人才”国家级人选,王念念、段淑倩为中国科协青年托举人才。
(2)学科方向二:工程结构水损伤演化与性能提升
主要研究内容:重点开展涉水建筑物与结构受力特性、损伤灾变演化过程以及抗灾性能提升理论研究和关键技术研发。开发水工建筑物灾变性态智能感知装备,构建灾变风险管控方法体系;开展荷载与环境因素长期耦合作用下水工混凝土长期性能演变规律研究,探索基于功能团设计的高性能水工混凝土设计理论,研发长寿命、绿色水工混凝土及其制备工艺;基于涉水结构性能提升与“双碳”战略需求,开展低碳结构材料全寿命循环利用理论与技术、纤维聚合物复合材料筋增强结构设计理论与计算方法研究,提升工程结构抵抗水灾变能力。
特色和优势:团队经过多年研究,在高性能建筑材料与新结构体系、水工混凝土结构设计理论等领域形成鲜明特色并取得一批标志性成果。水工混凝土梁剪切、板受冲切承载力性能和非杆件体系混凝土结构裂缝控制研究成果写入行业设计规范;系统研究了纤维混凝土材料和结构增强性能,形成了新型纤维复合材料筋及增强混凝土结构基础理论、成套技术与装备研发中心;基于提升严酷环境下水工结构服役性能,研发了绿色高性能水工混凝土制备工艺并推广应用。研究成果入编了《水工混凝土结构设计规范》、《钢纤维混凝土结构设计规范》等多部国家及行业标准,获得国家科技进步二等奖1项、教育部科技进步二等奖1项,省部级科技进步12项。
学科队伍构成:方向团队共66人,包括教授28人、副教授25人、优秀青年博士13人。方向带头人为胡少伟杰青、长江,核心骨干人员高丹盈、张兰为国家万人计划领军人才,赵军为教育部新世纪优秀人才,郭进军为河南省学术带头人,张鹏为河南省杰青,冯虎为河南省青年科技奖获得者。
(3)学科方向三:水工程系统安全运行与风险调控
主要研究内容:结合我国水安全保障的战略需求,围绕洪涝、干旱等水灾害领域的关键问题,重点研究基于大数据的城市洪涝灾害形成机理与灾害场景推演、风险评估、预报预警的理论、模型与方法;基于可控破坏原理,研究特大干旱情景下供需水极限调控原理以及应对特大干旱的区域抗旱水源配置理论与方法;基于坡面产耗水特性,研究流域水系统精细化调控理论、调控模式和实施机制;以流域多源综合观测大数据和弹性分布式计算为基础,基于流域防洪与供水工程体系布局与结构特性,研发流域管理数字孪生模拟系统,形成自主创新的水工程系统灾害防控理论方法体系。
特色和优势:团队经过二十余年的科技攻关,在水资源优化配置和水旱灾害调控方面形成了独特的优势。将生态经济学原理和“二元”水循环理论结合,提出了水资源能值价值理论,解决了水资源经济、社会和生态环境价值难以统一度量的难题;基于生态经济学原理,从区域生态经济系统整体的角度,提出了区域水资源水质水量统一优化配置的理论构架,建立了区域水质水量统一优化配置模型,实现了水质与水量和经济与社会及生态环境的耦合;基于城市洪涝大数据挖掘,建立了大数据驱动的城市暴雨预报、洪涝动态模拟与实时校正、灾害损失评估及预报预警模型和方法体系,支撑了城市水工程系统安全运行与风险调控。相关成果获省部级科技奖励10项,其中一等奖3项、二等奖5项。
学科队伍构成:方向团队共52人,包括教授22人、副教授19人、优秀青年博士11人。方向带头人为梁秋华长江学者,核心骨干人员刘嘉琪为中国科学院资深院士、薛波为国家优秀青年基金获得者,吴泽宁为国家重点基金负责人,王慧亮为河南省杰青。
(4)学科方向四:水灾害和谐防控与智慧管理
主要研究内容:基于“水文-水动力-水质-水生生物”多过程耦合与交互影响分析,研究流域水沙运动与生态环境的互馈作用机理,揭示影响水生态环境安全的主导因素与影响机制;研究流域中传统污染物和新污染物耦合多尺度、多介质输移过程和转归机制,提出适应流域条件的水环境原位修复与治理创新技术,设计和研发适宜流域水环境安全调控集成装备;综合水生态文明建设、河湖水系连通、生态安全等目标需求,基于流域协同治理、节约集约用水、环境综合调控等方法,提出流域和城市水生态环境修复重大工程布局与建设路径优化方案。
特色和优势:研究团队针对洪涝、干旱、环境等水灾害防御重大需求和灾害治理多方协调难题,创立了人水和谐论、人水关系学,提出了水灾害和谐防控理论体系及系统应对方法,研发了流域协同治理、生态水利建设、高质量发展路径优选、遥感监测与智慧服务系统关键技术。在淮河流域闸坝型河流废水治理与生态安全利用关键技术研发与应用方面取得重大成效,成果已在河南、安徽、江苏、山东、内蒙等8个省/自治区共73项应用工程得到推广应用,为我国北方闸坝型河流治理及淮河干流水质改善提供了重要技术支撑与示范;获得国家科技进步二等奖2项,省部级奖励6项。
学科队伍构成:方向团队共48人,包括教授20人、副教授19人、优秀青年博士9人。方向带头人为全国黄大年式教师团队负责人左其亭教授,核心骨干人员邱国红为万人领军科技人才,窦明为宝钢优秀教师,徐洪斌为国家科技进步奖获得者。