存在于自然界的流体运动中,大多是多组分、多相的,因此,研究自然环境中大气和水的运动及其所携带的物质输运,是环境预测和治理中的关键科学问题。本项目结合我国国情,以土壤侵蚀和河口环境两个典型问题为背景,研究以水为载体的自然环境中的多组分、多相复杂流动的基本特性和相互作用机理。重点分析复杂流动中诸如对流、扩散、吸附、溶解、絮凝、光合、分解等物理、化学和生物子过程,通过理论分析、实验研究,结合现场观测,建立合理的土壤侵蚀和水质演化动力学模型,揭示自然流动中的物质输运规律,发展可应用于交叉领域的多相流学科分支,为我国西部和沿海环境预测与治理提供科学依据,为通过基于过程的途径进行环境科学及其应用研究提供范例。
本项目结合我国国情,以土壤侵蚀和河口海岸环境问题为背景,研究以水为载体的自然环境中的多组分、多相复杂流动的基本特性和相互作用机理。重点分析了一维和二维且有植被覆盖的复杂坡面上的降雨入渗、产流和侵蚀的规律、河口振荡边界层中的湍流和猝发事件的时空特征以及海岸带波、流、地形相互作用下的复杂流动(包括波生流),并研究了其中的物理、化学和生物子过程。通过理论分析、实验研究,并结合现场数据,建立了考虑相互作用的降水产流、侵蚀、泥沙输运、水质动力学模型,揭示了坡面产流和侵蚀、泥沙起动和沉降以及水质演化的基本规律,获得了对这类典型多组分多相复杂流动中物理、化学、生物子过程的新认识。我们的模型已应用于我国西部黄土高原黑草河流域的土壤侵蚀问题,以及河口泥沙输运、渤海湾和博多湾的水质演化、渤海湾的溢油污染等沿海环境问题,获得了对我国西部和沿海环境预测和治理有实际指导意义的成果,尤其是土壤侵蚀界限坡度可直接应用于指导退耕还林的环境治理措施。同时,在国内外学术期刊和国际会议上发表高质量的论文95篇,项目负责人李家春院士荣获第五届周培源力学奖,我们建立的"水环境中污染物模型"获得教育部自然科学奖一等奖。