一、研究所简介
北京工业大学水利工程学科2011年获批水利工程一级学科硕士学位授予权,具有水文学与水资源、水力学及河流动力学、水工结构工程、水利水电工程和港口/海岸及近海工程的5个二级学科硕士学位授予权。短短几年的发展,受到国内外同行的重视,2017首次参加全国学科评估并进入合格行列。
学科坚持“立足北京,服务北京,辐射全国,面向世界”的建设目标,已成为我国水利高级工程人才培养的重要基地之一,2000年前原华北水利水电学院北京研究生部培养出原水利部部长陈雷、原水利部科教司司长高波、北京市水科院所长李其军和国家节水灌溉中心主任张玉欣等优秀人才,2000年并入北京工业大学后组建的水利工程学科培养出西藏水利厅副厅长赵东晓、水利部水资源司水保护处处长李云成、中国水利水电科学研究院高级工程师胡孟、北京建筑大学副教授廖维张等青年优秀人才。
本学科相关的教学和科研人员近30余人,其中教授7人,副教授10人,专任教师博士化率达到了80%,留学归国人员4人。学科建设依托水资源与水工程研究所,所长张永祥教授。跨学科研究生导师包括长江学者、国家杰出基金获得者杜修力教授,以及戴福初教授、郑宏教授、陶连金教授、彭一江教授、许成顺教授、李亮教授等7人。兼职教授包括中国工程院院士王浩教授、北京海聚人才法国诺曼底大学王华清教授和国家优秀青年基金获得者刘家宏教授等3人。
水利工程招收水利工程学术硕士研究生和土木水利工程专业硕士研究生,每年招收硕士研究生10余名。培养掌握水利工程坚实的理论基础以及系统的专门知识,具有从事科学研究、工程设计、工程管理或相关技术工作的能的高层次应用型创新人才。
近年先后从日本、英国等引进海归人才,从清华大学、武汉大学、天津大学、北京师范大学和中国水科院等引进国内人才,学科学缘逐渐扩大。青年教师团队获学校“三全育人”班主任团队项目立项,教师参加北京工业大学青年教师教学基本功比赛并获奖。
学科承担了多项包括国家科技支撑计划、国家重点研发计划、国家自然基金和北京市科委重点项目等纵向和横向研究课题,累积到校经费两千余万元,并获多项科技奖励。
学科努力拓展对外交流工作,与法国、美国、英国等国家的大学和研究机构进行教学与科研交流。多名教师在本领域二级学会担任理事、相关行业评审专家顾问等。
二、研究方向
本学科在水资源管理与水环境保护、流域和城市水文分析理论和技术、水工结构抗震及大坝安全分析等方向,形成三个学科特色方向。
水利工程学科依托土木工程一流学科,通过“两个结合”,形成“两个特色”,水文学与水资源、水力学与河流动力学与学院给水排水工程等专业密切结合,依托水质科学与水环境恢复工程北京市重点实验室,形成水资源规划管理、水环境监测预警和水生态治理的特色;水工结构工程、水利水电工程与学院的结构工程、岩土工程、防灾减灾工程等专业密切结合,依托城市与工程安全减灾教育部重点实验室,形成水工结构抗震、大坝稳定性分析等特色。近年来,针对北京市城市内涝治理、国家城市水健康循环方略,将城市水文模拟与城市供排水模拟相结合,城市水文模拟方向发展迅速。
三、研究成果
本学科近十年聚焦国家重大工程建设、“京津冀协同发展”等国家重大发展战略需求,结合学科原有优势和特色取得众多研究成果。
水流和溶质运移理论和水资源优化管理方面,重点开展水流、水质和管理模型理论和方法研究。进行地表水-地下水耦合的水量水质数值模拟,建立城市水资源-环境-生态-经济管理模型,研发了三维水流和溶质数值模型和计算方法、管理模型优化算法和软件系统。北京市水资源管理、北京水体富营养化防治、南水北调东线山东段特征污染物迁移转化模拟以及相关部门水资源管理,“南水北调中线突发水污染检测调控与处置关键技术”获2018年水力发电科学技术奖一等奖。
在水资源综合利用方面,重点开展地下水-地表水综合利用研究和应用。多年开展北京典型区地表水与地下水综合利用研究,研发了地表水-地下水立体循环水质改善技术体系,用于北京副中心河道水体回补工程设计和地下水库回补技术导则,成果显著提升北京水资源和水质保障水平。开展了南水北调东线地下水与地表水补径排关系研究,以及污染物地表地下迁移转化研究,对保障东线调水水质安全具有重要意义。
水生态治理方面,重点开展水生态环境响应机制理论与应用。开展永定河流域生态修复的研究,从水文水资源、栖息地、水环境状况、水生物和生态服务功能方面完成了流域河流生态系统健康状况评估、生态系统分区及目标体系构建,项目研究成果支撑了世园会、冬奥会相关生态流量的恢复工作,妫水河水环境得到初步改善。
水环境风险评价方面,重点开展地表水和地下水水质风险研究与应用。开展德兴市河流污染风险管控研究,针对背景源、铜矿开采、金矿开采、农业面源等不同来源的河流重金属来源,分别评价其相应的生态风险,并应用于乐安河水体污染综合防治。多年开展北京郊区饮用水源水质调查和分析,进行地下水环境、地下水质量和地下水质量变化成因分析,保障了郊区居民的饮水安全。
在流域和城市水文方面。重点开展气候-水文、地表水-地下水、地表水-管网的空天地系统研究与应用。开展青海等源区径流变化机理与驱动机制研究,实现不同物理过程和径流来源的解析。开展北京硬化地面产汇流与蒸发过程研究,为北京市城市内涝防治的雨洪过程模拟提供了支撑作用。开展北京市道路生物滞留示范工程研究,为海绵城市建设和规划的结构和参数设计提供依据。
水工结构工程方面,重点研究水工结构抗震及大坝安全分析理论与技术。结合我国西部地区水电开发中高坝抗震问题,研究高坝抗震理论和方法及系统集成、高坝系统地震反应分析与高坝场址地震动,提出一套系统完整的时域显式整体波动分析法,研究成果被应用于重大水电工程的立项论证和抗震设计,创造了巨大的社会和经济效益。开展海河流域病险水库溃坝洪水演进数值模拟研究,构建溃坝洪灾风险评价模型,提出了工程与非工程风险转移措施,为病险水库除险加固提供技术支撑;开展长距离输水工程渠堤失事风险率研究,对保障长距离输水工程运行安全具有重要的意义。
在水工材料方面。重点研究新型材料制备和应用。以氧化石墨烯(GO)和纳米零价铁(NZVI)凝胶化建构具有三维孔道网络结构的石墨烯水凝胶负载纳米零价铁,解决纳米材料在地下水修复中出现的易团聚易钝化的应用瓶颈。建立基于吸附-解析、氧化还原作用的污染质运移动力学方程,对新型纳米材料应用于去除水体中污染物的理论和技术具有重要意义。
水系统信息化和预警预报方面,重点开展流域水系统监测体系和预警系统构建和应用。开展南水北调中线工程水源地及沿线水质监测预警关键技术研究,建成了由固定监测站台、浮标、智能检测车(船)、AUV、卫星遥感监测五大载体的天地一体化监测网络,集成开发水质动态智能服务层的水质评价、水质模拟和污染风险预报技术,水质数据信息传输层的预警物联网平台构建技术等关键技术,实现了中线水库与干渠水质立体智能感知、组网定位、远距离传输、联动预警、中枢决策等水质监测预警与预报服务功能。
水利建设工程管理研究方面,重点进行水利工程项目管理和水工经济分析。先后承担饮水安全工程建设管理年度考核、水资源管理项目咨询、企业质量/环境和职业健康安全一体化管理体系的建立等水利工程相关科研课题并得到应用。研究成果“首都圈水资源保障研究”获得水利部大禹水利科学技术奖二等奖。