刘昌军 中国水利水电科学研究院防洪抗旱减灾工程技术研究中心

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主要从事山洪灾害防治、防洪工程安全与评价、水土流失计算分析等方面的研究工作,主持或参与完成了国际合作项目3项、世行贷款项目1项,国家“十一五”、“十三五”科技支撑项目3项,科技部、农业部、水利部、财政部等部级科研项目20余项,省级科研项目或咨询项目50余项;主持编制了行业规范1部,参与编制了全国山洪灾害防治项目、农村基层防汛预报预警体系建设项目等水利部重大项目规划、实施方案5项,编制山洪灾害防治项目相关技术要求和技术标准20余项;研发相关软件系统20余套,参编著作6部,发表论文150余篇(SCI/EI检索30篇以上)、ESI高被引用论文1篇,专利5项,先后获省部级一等奖2项,二等奖3项,三等3项,厅局级奖4项。

  1、基本情况

  姓名:  刘昌军  出生年月: 1976 年 10 月

  单位: 中国水利水电科学研究院防洪抗旱减灾工程技术研究中心

  水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心

  学历: 工学博士  职称:正高级工程师     职务:中心主任助理、研究室主任

  专业:  水利工程

  研究方向:山洪灾害防治理论与技术、遥感水文监测、洪水模拟与预报预警、堤坝渗透破坏机理与防治技术

  兼职:  中国水利学会城市专委会委员、中国水利学会减灾专委会委员

  2、学习及工作经历

  2009.9-2012.6     中国水利水电科学研究院岩体工程专业获工学博士学位

  2002.9-2005.6     河海大学水工结构工程专业获工学硕士学位

  1998.9-2002.6     河海大学水文地质工程地质专业获学士学位

  2005-至今 中国水利水电科学研究院减灾中心,历任助理工程师、工程师、高工、教高、研究室副主任、室主任、中心主任主任

  3、主要科研经历与业绩

  从事防洪减灾方面的研究和技术开发工作,作为全国山洪灾害项目组技术部负责人承担了全国山洪灾害防治项目建设管理和技术支撑工作。已系统地掌握了防洪减灾领域的相关支撑理论和技术,具有较强的科研能力和多学科交叉创新能力,主持或参与完成了国际合作项目3项、世行贷款项目1项,国家“十一五”、“十三五”科技支撑项目3项,科技部、农业部、水利部、财政部等部级科研项目20余项,省级科研项目或咨询项目50余项;主持编制了行业规范1部,参与编制了全国山洪灾害防治项目、农村基层防汛预报预警体系建设项目等水利部重大项目规划、实施方案等5项,编制了山洪灾害防治项目相关技术要求和技术标准20余项;研发相关软件系统20余套,参编著作6部,发表论文150余篇,(SCI/EI检索30篇以上)、ESI高被引用论文1篇,专利5项,先后获省部级一等奖2项,二等奖3项,三等3项,厅局级奖4项。获得水利部水旱灾害战略研究创新团队骨干成员、水科院五大人才计划创新团队负责人等荣誉称号。

  主要研究兴趣包括遥感水文要素分类与提取技术、小流域产汇流理论与模拟、分布式水文模型研发、山洪灾害监测预报预警技术、堤坝渗透破坏机理与防治、小流域水土流失监测模拟技术,主要工作成绩如下:

  (1)在遥感水文要素分类与提取技术研究方面,开展了基于高分辨率遥感影像和激光雷达数据的小流域特征及水文特征提取方法研究,探索了基于高精度数据的小流域下垫面特征及洪水时空演变特征及响应机理,揭示了小流域洪水特征与地形坡度、光照、地形地貌的关系及影响因素;从三个方面改进了深度学习方法,提出了基于深度学习的遥感影像和激光雷达的小流域水土保持和洪水影响要素特征提取技术方法,辨识了小流域微地形、地形地貌特征对缺资料小流域洪水响应机理的影响,研究成果发表在《Land Degradation & Development》、《Remote Sensing》等国际知名期刊上,得到国内外同行专家高度评价、对缺资料小流域水文特征分析具有重要推动作用。

  (2)在小流域产汇流理论与模拟研究方面,提出了基于地形地貌、小流域垂直分带特征的小流域产汇流响应单元划分理论与标准。原创性提出了缺资料小流域的时空变源混合产流模型理论方法,从超渗/蓄满的平面混合、垂向混合和时段混合三个方面,揭示了短历时降雨条件下小流域产流时空演变规律和产流非线性机理,提出了基于机器学习的小流域参数区域化方法,使缺资料地区小流域暴雨洪水预报精度提高30%以上,并适用于中国的湿润、半湿润、半干旱和干旱地区,研究成果发表在《Journal of Hydrology》、《Remote Sensing》、《Hydrology Research》和《水利学报》等国内外知名期刊上,在水文预报、洪水分析与模拟、山洪灾害监测预报预警等领域应用前景广阔。

  (3)在分布式水文模型研发方面,提出了基于人工智能和大数据驱动的新一代水文模型;研发了以历史暴雨洪水和率定参数为先验知识,以机器学习和并行计算为手段,以时空变源混合产流模型为核心算法,具有高适应性的智能化山洪模拟模型,解决了模型应用碎片化的难题;研发了模块化、参数化、智能化、可视化、自动化小流域暴雨洪水水文计算软件FFMS和三维可视化水动力学模拟软件FHMS,实现了水文水动力学模型松散耦合与快速建模。研究成果发表在《Journal of Hydrology》、《Natural Hazards》、《water》等期刊,并在河南、山东、北京等省山洪灾害预报预警中得到了广泛应用,在水文水资源领域具有重要推广应用价值。

  (4)在山洪灾害监测预报预警技术方面,提出了基于物联网的自监测、自分析、自预报、自预警和自组网的“五自一体”小流域山洪灾害监测预警技术,构建了山洪灾害防御多阶段多方法的预报预警体系,扩大了山洪灾害预警覆盖面,提出了山洪模型分布式并行计算架构OMHMS,构建了山区小流域暴雨洪水智慧预报预警平台,研究成果对山洪灾害防御具有重要意义。

  (5)在堤坝渗透破坏机理与防治方面,提出了堤坝渗流计算的管道子结构法、辐射井子结构法等有限元、无单元等二维、三维渗流计算方法,构建了基于水-气两相流的降雨入渗模拟方法,改进了IMPES全隐式求解方法,实现了降雨-入渗全耦合计算的无条件稳定;提出了达西渗流场统一模式的管涌发展概化数学模型和管涌发展的临界比降判别准则,采用有限元和无网格计算方法,实现了管涌区和渗流区的耦合计算;研发了三维可视化渗流有限元计算软件GWSS,在50余个水利工程渗流分析与渗控措施研究中得到广泛应用,为堤坝工程安全评价提供了技术支撑。

  (6)在小流域水土流失监测模拟技术方面。提出了基于时空变源分布式水文模型和土壤侵蚀模型的小流域水土流失水沙耦合模型,为小流域降雨侵蚀计算提供了一种新思路;构建了人为水土流失变化遥感监测增量减量提取模式,建立了自然—人为水土流失动态监测模式;基于数据仓库和OLAP技术构建了以行政区划和小流域双主线的水土保持全要素多维立方体数据模型,提升了水土保持时空信息在不同应用情景上的精度和效率;有效支撑了水土保持信息化强监管工作。

  4. 学术思想、学科发展思路与研究团队建设

  学术思想:(1)紧密围绕国家及行业发展的需要:围绕水旱灾害、防洪工程安全、水土保持遥感监测监管领域关注的重点问题,提炼关键科学问题与技术需求,并结合自身研究方向,寻求切实可行的突破点,制定近、远期研究目标与实施规划;(2)基础研究与技术研发并重:一方面坚持开展前沿基础研究,比如从小流域非线性产汇流机理入手,提炼形成小流域产汇流时空变源机制,从大数据分析、产汇流非线性理论和人工智能算法等方面构建了新一代水文模型,为洪水分析和水文预报、山洪灾害防御等提供科学依据;另一方面,开展山洪灾害领域亟待解决的关键技术研究,比如基于物联网的五自一体的小流域山洪监测预警技术、山洪灾害防御多阶段多方法的预警体系、山洪灾害分布式并行计算技术和智慧预报预警平台等,为山洪灾害防御提供服务;(3)重视多学科交叉融合:结合遥感、气象水文、岩土工程、水土保持、大数据分析和人工智能、物联网等学科的研究方法与研究手段,从多个视角分析、解决问题。例如,山洪灾害发生取决于降雨、小流域下垫面、洪水、防洪工程、人类活动等多重因素和多个环节的共同作用,要深入理解其中所蕴含的科学道理,开展多学科交叉融合研究很必要。

  学科发展思路与研究团队建设:以国家重大需求为导向,采用多学科交叉融合的研究方法,深入开展洪涝灾害、防洪工程领域的前沿科学问题与工程应用研究,不断发展洪涝灾害遥感应用技术、丰富山洪灾害防御的理论技术体系、完善堤坝渗透破坏机理研究、拓展水土流失遥感动态监测技术;努力建设一支在数值模拟与实验研究方面处于国际先进水平的团队。

  5. 科研感悟

  自己在科研道路上的进步,得益于导师的悉心指导,团队的帮助,院、所的大力支持。硕士、博士导师引领我进入堤坝渗透破坏机理研究领域,博士导师和减灾中心领导引领我进入遥感水文和山洪灾害防御的研究领域,正是他们的悉心指导、谆谆教诲和严格要求,我才能很快进入这些研究领域,找到适合自己的研究方向,并在科研道路上有所收获。院、中心、以及本人所在的研究团队为我的研究工作提供了很好的科研平台,相关的硬、软条件为我的研究工作提供了重要保障。在未来的研究工作中,将继续保持对科研的热爱,不畏艰辛,砥砺前行。

溃坝现场调查工作

在黑龙江抗洪现场留影

 

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