4个项目申报2021年山西省科学技术奖提名公示材料
一、山西岩溶大泉水文地质调查新技术及水资源开发与保护
（一）完成单位：山西省水利发展中心
（二）申报奖项：山西省科学技术进步奖二等奖
（三）项目简介
生态文明建设是关系中华民族永续发展的根本大计，“山水林田湖草生命共同体”的提出，是对人与自然关系认识的一种深化。岩溶大泉作为山西省最主要的生态文化和生态载体，不仅在国民经济建设、城市供水安全和维系生态系统稳定中发挥着关键作用，更是山西省生态文明建设高度的标杆。
《山西岩溶大泉水文地质调查新技术及水资源开发与保护》项目针对当前强烈人类活动和全球气候变化情况下，山西岩溶水文地质条件复杂、岩溶水资源衰减、岩水水质恶化和岩溶生态系统失稳等卡脖子问题，突破我省岩溶埋深大、监测数据缺乏、岩溶水污染途径隐蔽、岩溶有机污染分析检测手段不足等难题，自主研发和提出了一系列岩溶水文地质调查理论和技术成果，为我省岩溶水资源保护和社会生态可持续发展提供了技术牵领和实践路径：
1.项目集成和研发了水化学-环境多同位素识别解译岩溶地下水污染来源的岩溶水文地球化学调查技术，该技术经应用于晋祠泉域岩溶地下水污染组分来源识别，成功识别出受煤矿老窑水污染影响的岩溶地下水井位，形成了完整的岩溶地下水污染调查技术流程和山西特色的技术成果。
2.以岩溶水文地质调查为基础，结合岩溶水地球化学模拟技术，建立了岩溶水污染组分物源定量评估模型，科学评估了岩溶介质中石膏溶蚀与黄铁矿氧化对岩溶水水质的贡献，定量描述了采煤活动对岩溶地下水水质恶化的影响，解决了复杂岩溶地下水系统中污染来源的精准化界定难题。
3.以岩溶水系统理论为指导，借助先进的岩溶水文地质调查技术和理论，精确刻画了重点区段地表水-岩溶水相互作用行为，提出了人工回灌补给岩溶水源的理论认识和技术方案，形成了人工管理下的地表回灌补给岩溶地下水技术和岩溶地下水资源评估模型。
4.以山西岩溶地下水为对象，建立了符合我省省情的岩溶地下水痕量PAHs污染分析技术，并应用于岩溶大泉污染水文地质调查，查明了以PAHs为代表的有机污染组分在岩溶区地表和地下环境中的分布、迁移和转化行为，成功揭示了强烈人类活动影响下山西岩溶水系统中典型有机污染组分的来源、迁移和转化，解决了我省岩溶大泉有机污染监测手段不足、来源不明的认识难题，实现了岩溶大泉生态修复及水源地保护的技术支撑。
5.项目在查明和掌握山西岩溶地下水富集规律基础上，提出了严重缺水区找水方向和取水模式，形成了一整套山西西部严重缺水区岩溶水找水新技术，应用于国家大调查项目“西部严重缺水地区人畜饮用地下水勘查示范研究”，在中阳县、交口县、临县、岢岚县和五寨县的严重缺水地区开展了地下水勘查和开发利用示范，缓解了示范区的人畜饮用水困难，为解决缺水地区人畜饮用水困难提供了经验和技术支持。
6.项目取得国家专利2项，出版专著4部，培养硕士研究生3人，博士后1人，在国内外专业技术期刊发表论文26篇，其中国际SCI期刊论文7篇，EI检索论文1篇，中文一流期刊论文18篇。在自然资源、规划、生态环境、水利、应急等领域，尤其省自然资源保护与生态环境修复中发挥了重要作用，产生了非常显著的社会效益和经济效益。
（四）客观评价
1.科技奖励
本研究项目曾获2006年国土资源科学技术一等奖，2014年度山西省地质勘查局地质勘查成果奖。
2.论文成果获奖
项目科技论文获第三届岩溶青年学术论坛优秀报告奖（2021年），中国地质学会岩溶专业委员会第五届青年地学论坛青年研究生奖二等奖 (2018年) 。
3.技术研发奖励
项目技术研发人员获得“全国水利建设与管理先进个人（2013）”、“全国水利系统水资源工作先进个人（2012）”、山西省‘十一五’实施‘蓝天碧水’工程先进个人（2011）”、“山西省学术技术带头人”（2017）、“山西省三晋英才”（2019）、湖北省楚天学者（学子）（2011）等荣誉称号，受聘“中国岩溶”第八届编委，国际SCI期刊Minerals专题编委（Topic Editor）。
4.技术成果受邀做全国性学术大会报告
首届“中国岩溶专家论坛”大会报告；
第四届“北方岩溶和岩溶水学术会议”大会报告；
第一届“岩溶工程技术研讨会”大会报告；
“岩溶地下水与生态学术研讨会暨第二届岩溶青年学术论坛”大会报告。
5.人才培养
项目培养硕士3人，博士后1人；完成硕士毕业论文3部，博士后出站报告1部。
（五）推广应用情况
应用项目研发的水化学-环境多同位素识别解译岩溶地下水污染来源调查技术，成功识别出晋祠泉域受煤矿老窑水污染影响的岩溶地下水井位，为科学防治泉域岩溶地下水污染提供了目标靶区。
项目基于岩溶水文地质调查和岩溶水地球化学模拟技术，建立的岩溶水污染组分物源定量评估模型，应用于娘子关泉域，定量描述了岩溶地层石膏溶蚀和含煤地层黄铁矿氧化对岩溶水硫酸盐污染的贡献，解决了复杂岩溶系统中的污染来源精准化界定难题。
依据项目开展了神头泉和辛安泉流量衰减成因分析，提出的人工管理下的地表回灌补给岩溶地下水技术在《山西省岩溶大泉生态修复方案》中被采纳应用。
项目建立的山西岩溶地下水痕量PAHs污染分析技术成功应用于郭庄泉、柳林泉和娘子关等岩溶泉域地下水有机污染调查，揭示了强烈人类活动影响下山西岩溶水系统中典型有机污染组分的来源、迁移和转化，解决了我省岩溶大泉有机污染监测手段不足、来源不明的认识难题，实现了岩溶大泉生态修复及水源地保护的技术支撑。
项目形成的山西西部严重缺水地区岩溶地下水富集规律及找水技术，应用于中国地质调查局“西部严重缺水地区人畜饮用地下水勘查示范研究”项目，先后开展了中阳县、交口县、临县、岢岚县和五寨县的严重缺水区地下水勘查示范工程。查明了五县地下水分布和补径排条件，提出了找水方向和取水模式，进行了地下水开发利用示范，缓解了示范区的人畜饮用水困难，为解决缺水地区人畜饮用水困难提供了经验和技术支持。
（六）完成人合作关系说明
高旭波和候保俊等提出山西岩溶大泉水文地质调查新技术研发的理论和技术路线，总体负责项目技术和组织实施；张建友和张松涛形成了地表回灌补给岩溶地下水技术方案和流程；王宏和李成城研发了岩溶地下水痕量污染检测技术，并应用于岩溶大泉监测工作；任建会和闫泽洲研究了岩溶水富集规律，提出并形成了山西西部严重缺水区岩溶水找水技术。
二、山西中部引黄深埋超长隧洞引水工程关键技术研究和应用
（一）完成单位：山西中部引黄工程建设管理有限公司
（二）申报奖项：山西省科学技术进步奖二等奖
（三）项目简介
山西省中部引黄工程是山西省“十二五规划”大水网建设中的大型骨干引水工程，是山西省水资源合理配置和高效利用的基础性工程，是“中国梦”山西篇章的重要组成部分。本工程干线自天桥水电站库区取水，输水工程线路总长达到420公里，供水范围包括四市十六个县，工程总投资达到132.5亿元。水源工程是国家172项重大水利工程项目之一，取水工程地下泵站位于天桥泉域排泄区，主要含水层为奥陶系中统上马家沟组灰岩；输水隧洞跨越鄂尔多斯断块和吕梁-太行断块两大二级构造单元，面临断层破碎带、软岩大变形、岩溶、高地应力、瓦斯地层及地下水等复杂的工程地质问题。
课题组高仿真度模拟了深部大型地下泵站厂房的开挖支护、研发构建了交叉隧洞段施工稳定性分析系统和地下分水口三维水流模拟平台等，成功攻克了复杂环境下大型地下泵站厂房、深埋长距离隧洞的开挖支护优化设计、倒悬岩坎施作挡水围堰、引水隧洞分水闸室的水力计算等一系列工程关键技术难题。
本项目依托“中部引黄工程”的建设，紧密围绕山西水利科技规划中对“大水网”大型引调水工程的关键技术需求，项目成果成功应用于山西省中部引黄工程，有效保障了山西中部引黄工程的顺利实施；项目节约工程资金约8530万元，经济效益巨大，工程建成后工业及生活年平均供水2.7亿m3，农业年平均供水3.32亿m3，将解决山西中部吕梁等十六个县（市）的农业灌溉、工业及生活用水，从根本上解决了山西经济发展的水资源短板问题，保障我省水资源宏观调控战略的有效实施，为山西转型跨越发展奠定水基础，具有显著的社会效益。
项目取得国家发明专利1项，实用新型专利1项，软件著作权3项，一项山西省水利科技项目验收，培养硕士研究生7人，在北大核心期刊上发表论文20篇，其中EI检索论文19篇。项目研究成果在山西中部引黄工程中的成功应用，为长距离调水工程建设和安全运行提供技术和实践支撑，取得了显著的经济、社会和生态环境效益，相关技术在“大水网”等国内相关水利工程中得到了推广应用。
（四）客观评价
1.技术研发奖励
项目技术研发人员获得“2021年获中国交通运输协会科技进步一等奖，证书编号（CE-A-2020013）；2021年度科技创新人物(2021SSTM年度科学传播),2019年获PCCP行业30年特殊贡献奖；2015年获得山西省科技进步二等奖、山西省水利科技进步一等奖; 2007年获山东省科技进步三等奖；2009年获山东省水利厅科技进步二等奖;全国水利系统劳动模范（2019）;首届山西省水利行业青年科技奖;“山西省三晋英才”（2019）。
2.技术成果受邀做全国性学术大会报告
第十七次“中国岩石力学与工程学术年会”特邀报告
（五）推广应用情况
本项目属于水利工程技术领域中的引水工程，项目攻克了大型地下泵站厂房开挖、复杂环境下长距离大埋深隧洞优化设计方法、倒悬岩坎施作挡水围堰、引水隧洞分水闸室的水力计算等工程建设中关键技术。依据该项目研究成果和大量的试验数据，在保证工程施工安全的前提下，在隧洞开挖支护过程中加大了钢拱架间距，对于部分二类围岩交叉洞段，取消了钢拱架，全线施工主洞和支洞共节约钢拱架约1.26万吨，按每吨钢拱架0.65万元计算，节约资金约8530万元；节约各类锚杆6.65万米，节约资金330万元。两项合计，共节约资金8530万元，经济效益显著；分水口水力学模型试验研究验证了分水口分流能力，验证了闸门开度、闸前水位、闸门启闭速率等对隧洞过流能力的影响，对输水隧洞在今后的长期运营过程中的闸门调度和沿线分水闸的联动调度具有重要参考价值；倒悬岩坎施作挡水围堰、大型地下泵站厂房开挖支护的优化设计，保证了水源工程的顺利实施，降低施工成本，减少对周边环境的影响；引黄工程建成后工业及生活年平均供水2.7亿m3，农业年平均供水3.32亿m3，将解决山西中部吕梁等十六个县（市）的农业灌溉、工业及生活用水，从根本上解决了山西经济发展的水资源短板问题。
上述研究成果在山西中部引黄长距离引调水工程中成功应用，为工程建设和安全运行提供技术和实践支撑，产生了巨大的经济效益和社会效益。研究成果在山西省及我国其它地区的同类工程设计、施工及后期运营中都具有广泛的应用和推广价值。
（六）完成人合作关系说明
张成军、石建军承担了项目方案的总体设计，主持项目全面研究工作，项目成果凝练总结以及项目成果推广应用等；马菲、史玉洁、谢开运负责技术研究，具体方案的协调推进及成果总结应用；王克忠、喻军、邓浩浩负责开展理论实验研究及相关成果总结，承担关键技术的模型试验和理论研究工作。
三、基于水利普查成果资源平台的大数据分析及数据挖掘应用系统
（一）完成单位：山西省水利水电勘测设计研究院有限公司
（二）申报奖项：山西省科学技术进步奖三等奖
（三）项目简介
《基于水利普查成果资源平台的大数据分析及数据挖掘应用系统》的开发建设工作于2016年1月开始到2018年4月完成并进行应用，2018年7月27日山西省水利厅组织相关专家，对山西省水利水电勘测设计研究院有限公司承揽的《基于水利普查成果资源平台的大数据分析及数据挖掘应用系统》的开发项目进行了验收。
项目结合水利工作需求对水利普查成果资源大数据进行分析应用，采用数据仓库与数据挖掘技术获取水利行业信息化建设中的潜在知识，在技术应用中，数据仓库与数据挖掘技术对信息起着集中、净化和对未来趋势做出预测等作用，它们兼容各种来源的信息，对数据进行管理、查询和检索，通过相关分析、模拟和预测等手段进行科学加工与决策，提供多层次和多功能的信息服务。
项目采用面向对象的水利数据模型、SOA的技术架构等先进技术，采用水利工程GIS系统与大数据技术、数据仓库、数据挖掘相结合的方式，采用3S（GIS/RS/GPS）智能化集成技术，充分利用GIS系统所提供的空间数据处理和分析功能来开发数据挖掘系统，将数据挖掘系统嵌入到GIS中，利用空间数据挖掘技术，对具有空间特征的水利数据进行分析。
我省率先在全国开展“基于水利普查成果资源平台的大数据分析及数据挖掘应用”研究工作，建立了大数据分析及数据挖掘应用系统平台，系统平台在山西省大水网工程建设、汾河流域生态修复以及多项水利工程规划设计及水利管理工作中得到很好应用。系统平台有良好的扩充性，可集成行业各种应用系统，可逐步增加新产生的水利资源信息。系统实用性价值大，推广应用性极强，是面向山西水利、国土、农业、林业、环保、工业、国民经济发展规划及项目决策的信息化应用平台。
（四）客观评价
1.论文成果获奖
发表论文一篇（2017年6月在中国科学技术信息研究所出版的“中国科技成果”刊物上发表题名为“山西省水利普查成果共享服务平台建设与应用”的论文一篇）。
2.技术研发奖励
项目技术研发人员荣获了：“山西省科技进步二等奖”（2016年）、“山西省水利科技优秀成果一等奖”（2015）、“全国优秀水利水电工程勘察设计计算机软件铜质奖”（2015）、“山西省三晋英才”（2019）、“山西省勘测设计优秀工程师”（2019）、“优秀QC小组成果奖”（2014）。
3.人才培养
本项目研究工作由山西省水利水电勘测设计研究院完成，该院是国家甲级勘察设计单位，技术力量雄厚。在水利设计、水利规划、水文计算、软件开发、数据库建设、GIS应用、三维应用、网络技术方面有各种的专业技术人才，完成过许多应用系统的开发及建设工作，有较强的研发力量。
通过项目研究培养了人才，提高了技术，有10余人不同程度提高了大数据分析、数据挖掘、3S应用、软件开发、数据库建设、三维设计等技术应用水平。
项目的实施可形成“基于水利普查成果资源平台的大数据分析及数据挖掘应用”的信息应用平台，对水利资源信息深度挖掘分析应用提供支撑
（五）推广应用情况
项目建设完成以来，在山西省水利厅、山西省中部引黄建设管理局、汾河二库管理局、山西省水利水电勘测设计研究院、山西北龙工程咨询有限公司等山西省大水网工程建设、汾河流域生态修复以及多项水利工程规划设计及水利管理工作中得到很好应用。在勘测设计、规划，数据分析、信息提取、专题制作、信息查询、统计、信息展示等方面发挥作用。具体应用如下：
1.汾河流域生态修复规划
围绕汾河流域生态修复规划（2015-2030年）中目标及任务，利用3S技术、工程可视化技术、三维技术、软件开发技术、SOA架构等技术及手段，以汾河流域生态修复规划为依据，以汾河流域水利数据、生态数据、环境数据、地理数据为依托，通过对地理空间数据和生态修复专题数据的统一应用，建立汾河流域信息资源开发、利用、保护“一站式”地理信息协同数据体系，实现流域区域内生态修复规划信息的统一管理、整合、交换和共享，实现汾河流域生态修复项目现状信息、规划信息、建设信息“一张图”展示及应用。
采用数据挖掘、大数据分析处理等先进技术。实现系统平台强大的信息查询、统计分析、信息定位、空间分析、图层控制、量测计算、专题展示、路径漫游等功能。对汾河流域水利工程、灌区、水源涵养区、湿地以及九大支流进行综合分析、统计。
2.大水网中部引黄工程信息展示
围绕山西省中部引黄工程水资源开发利用信息化建设需求，利用GIS、RS技术、三维技术、工程可视化、虚拟仿真、软件技术、网络技术等，以山西省中部引黄工程区域为研究范围，建立一套整体工程电子沙盘信息系统。
采用数据挖掘、大数据分析处理等先进技术对山西省中部引黄工程整体布局、输水线路、水利枢纽工程，水资源分布、水网规划、引水工程、灌区、水利设施等信息进行综合分析、统计。
3.流域管理、一河一策
以保护水资源、防治水污染、改善水环境、修复水生态为主要任务，在河湖上全面建立河长制、构建责任明确、协调有序、监管严格、保护有力的河湖管理保护机制。
充分利用互联网+、3S（GIS、RS、GPS）、云计算、大数据等先进技术，高效整合水利、环保、城建、国土等行业现有的涉水信息资源，基于省政务云平台，开展贯穿“省、市、县、乡”四级的河长制信息化体系建设，建成“全面感知、泛在互联、业务协同、科学决策、智能服务”的河长制信息管理平台，实现“一级部署，三级应用”。
应用遥感技术、全球定位系统、地理信息系统、网络和通信等高科技手段，从空间结构、时间过程、特征属性和客观规律等方面对河流流域进行全息化描述，使管理过程可视化、决策科学化，提高了对流域水利管理的宏观把握、微观控制能力。
对我省沁河、桑干河流域内的河流水系、水库、灌区、泵站、机电井等水利工程数据进行了深度分析、提取、挖掘，形成了各水利资源配比分析、农业灌溉分析以及各水利工程专题图，为今后河流水利规划、设计、管理及决策提供信息化应用及信息技术支撑。
四、梯级供水泵站水资源调度运行分析决策支持平台
（一）完成单位：太原理工大学
（二）申报奖项：山西省科学技术进步奖二等奖
（三）项目简介
1.科学技术领域
本项目属于供水工程的研究与应用领域，是梯级泵站供水系统在水力特性及水力调度关键技术领域的突破，也是对解决梯级泵站安全、经济、节能运行及水资源调度核心技术“卡脖子”问题的探索。
2.主要科技内容
课题组攻克了水力学、信息技术、大数据决策分析等关键技术难题，通过近20年的研究和实践，以国家自然基金、省重点研发项目、省水利厅科学技术研究与推广项目及相关工程项目为依托，科研经费投入共756.37万元。首次提出梯级泵站安全、节能及经济运行指标“三位一体”的安全调度及运行模式，开发出功能全面、计算可靠的“梯级泵站水资源调度运行分析决策支持平台”，填补了国内外相关技术的空白，对于长距离、高扬程梯级泵站供水工程水资源调度及安全经济运行提供关键技术支撑，意义重大。
3.技术经济指标
安全运行指标：发生水锤时，水泵及管路各水力参数满足《泵站设计规范》的要求；节能运行指标：各级泵站水泵稳态运行工况下，电机效率、蝶阀阻力系数及变频调速装置满足相关规范要求；经济运行指标：以弃水量最小为目标，使水资源调度经济运行最优。
4.创新点
（1）梯级泵站水资源运行调度中，由于下游测需水量变化要求，级间供水运行工况复杂多变，通过建立数学模型，对其进行稳态运行工况工作点快速分析计算，提出高效、合理的水资源调度模式，使梯级泵站水力过渡过程的水力模拟参数有效结合，并绘制相应工况的管路特性曲线、水泵特性曲线及流量—效率曲线，解决梯级泵站上下级间的衔接失衡、水泵及泵站低效率运行等现象；
（2）平台对梯级泵站供水系统水泵停车工况、两阶段液控阀防护工况及进排气阀防护工况下水力特性参数进行快速分析计算，确定两阶段液控阀合理关闭行程及空气阀的合理安装位置，可为梯级泵站供水系统的泵、阀、电机、管路等相关设备边界条件的合理使用提供技术参考，是本研究的重要创新点；
（3）开发基于梯级泵站全面、方便、快捷的梯级供水泵站水资源调度运行分析决策支持平台，实现梯级泵站稳定工况与水锤防护工况一体化数值仿真，平台计算结果的可靠性、软件操作的便捷性及简洁的可视化图表输出也是本项目的创新点；
（4）提出梯级泵站安全运行指标、节能运行指标及经济运行指标“三位一体”的安全调度及运行模式，为供水工程高效、经济、安全的“智慧水务”开发提供技术支撑；
（5）项目基于梯级供水泵站水资源调度运行分析决策支持平台，为实现梯级泵站安全、经济、节能运行提供快速决策一站式技术支持。
5.促进行业科技进步作用及应用推广情况
项目成果已在多项梯级泵站供水工程中得以应用，保障了水资源调度及泵站安全经济运行，经济、社会及环境效益显著。累计服务社会项目近50项，产生经济效益8.5亿元。曾获中国产学研合作创新成果奖2项，省部级科技进步4项、省部级水利科技进步2项、水利科技优秀成果奖1项，授权与项目相关的发明专利1项，软件著作权8个，专著7部，学术论文140余篇（其中SCI收录7篇，EI收录五篇，中文核心期刊120余篇），培养硕士研究生112名，首次编写《智慧水利案例库建设及教学实践》研究生教材。面向生产单位和管理单位进行了培训实践，在水利厅机关、水利职业技术学院、各地市水务局及水利企业培训累计210学时；建立了太原理工大学供水工程展示平台，填补了山西水利学科研究生展示平台的空缺，培养了一支结构稳定优秀的科研团队。2019年1月太原理工大学研究生校企联合培养基地落地挂牌。
（四）客观评价
1.科技奖励
本研究项目曾获中国产学研合作促进会《中国产学研合作创新与促进奖二等奖》2次、山西省科技进步奖三等奖4次、山西省水利科技优秀成果奖二等奖2次、山西省教学研究成果奖三等奖2次。
2.知识产权证明
本次项目共获得发明专利1项、软件著作权8项。
3.项目出版专著、论文及标准材料
项目共出版专著7部。
4.人才培养
项目培养硕士学术论文140余篇（其中SCI收录7篇，EI收录五篇，中文核心期刊120余篇），培养硕士研究生112名，首次编写《智慧水利案例库建设及教学实践》研究生教材。面向生产单位和管理单位进行了培训实践，在水利厅机关、水利职业技术学院、各地市水务局及水利企业培训累计210学时；建立了太原理工大学供水工程展示平台，填补了山西水利学科研究生展示平台的空缺，培养了一支结构稳定优秀的科研团队。
（五）推广应用情况
梯级供水泵站水资源调度运行分析决策支持平台基于梯级供水泵站水资源调度运行实际，主要针对长距离、高扬程、地形复杂的地区调节水资源时空分布不均的问题。攻克了水力学、泵站优化调度、工程经济、信息技术、大数据决策分析领域极具挑战性的关键技术难题，研发构建梯级泵站供水系统调度运行分析平台，使各级泵站之间水力联系更加紧密，对供水工程进行合理的安全运算，保证工程运行期间水泵可以在高效区运行，提高供水工程的运行效率，降低能源消耗，实现梯级泵站的经济、安全、高效运行，而且对水资源的合理利用以及解决能源消耗过大的问题具有重大意义。
“梯级供水泵站水资源调度运行分析决策支持平台”已在国内外多项梯级供水泵站工程中得以应用，累计应用于社会服务项目近50项，产生效益8.5亿元，该系统的应用保证了供水工程的安全稳定运行，对梯级供水泵站工程优化设计、安全调度及经济运行具有重要指导意义，很大程度上解决了水资源短缺以及时空分布不均等问题，满足了群众对农业蓄水要求的呼声，为农业发展奠定了坚实基础，为农民实现增收，进一步加大扶贫力度，加快小康建设步伐，为收益区内基本实现小康生活水平的宏伟目标做出了巨大贡献。经济、社会及环境效益显著。