4月27日，中国地理学会公布2023年度“中国地理科学十大研究进展”，“长江模拟器研发及其应用”位居榜首。中国科学院水生生物研究所负责研发长江模拟器的生态环境板块。

图1 中国地理科学十大研究进展证书

长江模拟器，是指以长江流域为对象，以流域水循环为纽带，将自然过程与人文过程相耦合而研发的流域模拟系统及科学装置。长江流域模拟器强调长江上、中、下游以及湖库－岸线－城市群的互联互动，强调长江洪水防御、水力发电与水生生物保护等的联合调度，强调长江流域保护与发展的协调，具有“监测—模拟—评估—预警—决策—调控”一体化功能。

图2 长江模拟器

2019年水生所王洪铸研究员主持了中国科学院A类战略性先导科技专项“美丽中国生态文明建设科技工程专项”项目四“长江经济带干流水环境水生态综合治理与应用”课题四“长江经济带干流岸线生态修复与调控关键技术” 。参加单位还有中国科学院精密测量科学与技术创新研究院、长江航道整治中心、长江航道规划设计研究院、长江武汉航道工程局。该课题负责研发其中的生态环境板块，主要包括：水文-水动力-食物网模块（王洪铸、高文娟、班璇等）、岸线质量评估模块（王丁、梅志刚、范飞等）、面源污染模块和景观配置模块（张亮、宋春雷、李思思等）、修复技术及示范（周巧红、李明、程飞、邱东茹等）。

图3 长江模拟器-生态环境板块

长江模拟器水文-水动力-食物网模块，模拟了三峡水库下泄流量周年动态、栖息地与中游干流三个江段鱼类资源和江豚数量的定量关系。根据模拟结果，确定了面向鱼类和江豚保护的三峡水库调度最佳参数，即：2-3月流量为6000~7000 m³/s，满足航运需求（航运最低需求为6000 m³/s），同时尽量保持低流量，以使漫滩植物有足够的萌发面积；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日期间尽可能地慢速腾库容（日增最好小于 160 m³/s），以使植物有足够的生长期；5-6月制造洪峰以满足四大家鱼产卵需求，日涨水量大于2000 m³/s，涨水次数约5次，总涨水量大于10000 m³/s。模拟结果还显示：恢复河漫滩面积至关重要。相关建议得到长江水利委员会重视，相关成果获2023年湖北省科学技术进步一等奖。

图4 面向鱼类和江豚保护的三峡水库调度最佳参数

长江模拟器-岸线质量评估模块，阐明了近50年长江河漫滩演变及其驱动代表性水生生物长江江豚种群濒危的机制，制定了长江岸线质量评估指数体系，评估了不同历史时期长江岸线质量状况，构建了结合防洪、航运、粮食安全等多目标融合的长江岸线综合保护对策。提出了以子堤拆除、局部微水文改造等为手段的长江中下游大堤内河漫滩保护和恢复方案（~3024平方公里）。而恢复这些河漫滩，每年可固定削减总氮19000吨、总磷2400吨，增加110000吨渔产潜力。作为长江生物多样性恢复的指标之一，这个渔产潜力可以支撑约2000头长江江豚生存，从而实现将江豚的干流种群数量恢复至2006年以前的水平。相关的研究结论在Science等杂志发表，推动河漫滩质量演变结果在农业农村部《长江流域渔业生态环境公报》发布。

图5 恢复3024km²河漫滩方案

长江模拟器-面源污染模块，基于精密测量院自主开发的分布式面源污染模型（STEM-NPS），可实现面源污染“源头发生量-过程截留量-入水体量”三量计算与关键源区的辨识。耦合其他模型集成至长江模拟器时，通过栅格-子流域尺度转换，提高模型运算效率。模型包含面源污染、点源污染与入江负荷子模块，覆盖1212个子流域模拟单元，包含129个地级行政区，通过模拟氮磷面源污染负荷及入江水质，展示其时空变化，为长江流域面源污染的监测、评估与管理提供决策支持。

图6 模拟1980-2018年长江流域总氮、总磷面源污染年均负荷分布

长江模拟器-景观配置模块，综合利用面源污染模型模拟所得负荷和水质数据及《长江岸线保护和开发利用规划》中的岸线分区和水质目标，提出面源污染削减目标。模块进一步提供可自定义的缓冲带配置，包括合理的缓冲带宽度和占比，以尽可能达到面源污染拦截率，并对比展示拦截前后的面源污染负荷。该模块旨在使决策者能根据不同江段的特定需求制定岸线缓冲带配置策略，以达成面源污染削减目标，促进长江干流的水环境质量改善。相关建议和方案均被自然资源部采纳，并应用于《长江经济带国土空间规划》的编制。

图7 长江干流陆向缓冲带现状与生态建设方案要点

（建设后预计缓冲带可拦截总磷80-90%，拦截总氮70-80%）

长江模拟器研发为长江大保护和长江经济带高质量绿色发展提供了重要科技支撑，对提升流域管理水平和创新区域绿色发展模式具有重大的科学和实践意义。