中日合作交流樱花系统

一、项目背景 1.1项目介绍 “樱花科技计划”是由11位日本诺贝尔奖获得者发起，由日本科学技术振兴机构（JST）全额资助，亚洲青少年短期访问日本学校、科研机构和企业等机构，与日本青少年以及各前沿领域科学家、研究人员等全面开展科技交流的一项国际交流活动。根据2014年中国科学技术部国际合作司与日本科技振兴机构共同签署的合作协议，该项目旨在通过产业界、学术界与官方之间的紧密合作加深中国未来一代与日本青少年在科学技术领域的交流。项目通过“结对子”的方式分别向双方上级主管部门中国科技部国际司和日本科学技术振兴机构进行申请。 2018年10月武汉大学水利水电学院张翔教授与日本上智大学地球环境学研究科黄光伟教授联合提交了申请，于11月成功获得中日双方主管部门的批准。2019年1月26日至2019年2月4日，张翔教授带队，刘嘉梅、徐晶2名教师，5名本科生、硕士生赴日进行了为期10天的科技交流与考察活动。 1.2项目目的 樱花科技计划旨在激发各国青年学生和科研人员对科技发展的热情，增进亚洲各国与日本的科技交流，期待为亚洲科技创新做出贡献。 本次交流活动赴日人数为8人，交流领域为湖沼富营养化及水环境修复，旨在通过合作开展湖沼富营养化形成原因和解决对策的中日比较研究。本次交流的预期目标是将日本湖沼环境修复研究与武汉的水环境管理进行比较，期望能够为中国的湖沼和河川环境保护做出贡献。 1.3项目意义 （1）促进知识共享，深化研究成果 交流双方团队均致力于湖沼富营养化与水环境修复方面的研究，并取得了一定的成果。通过二者的交流合作，定能促进知识共享，深化研究成果。在交流中获得思想的碰撞，在共享中加深理解，推进学术研究的进步。 （2）改进治理措施，解决生态难题 随着城市化的进程，越来越多的生态问题暴露出来，其中湖沼富营养化成为亟待解决的课题。通过中日双方对湖沼富营养化形成原因与解决对策的对比，将会对制定更科学合理的水环境修复方案大有裨益，为中日双方的生态环境作出深远贡献。 （3）共建友谊桥梁，巩固中日关系 本次交流活动建立起武汉大学与上智大学之间友谊的桥梁，在学术交流过程中，两个团队的思想、文化相互碰撞，科研、学术水平相互影响，在友好的氛围中共同学习、协同进步，不仅为促进合作打下了良好基础，而且巩固了中日双方的友好关系。 二、行程安排 1月26日 自武汉出发，到达东京羽田机场 1月27日 在上智大学进行见面会，双方进行学术报告 1月28日 印旙沼实地调查 1月29日 调研东京市城市雨洪管理系统，并赴手贺沼流域现场调查 1月30日 手贺沼采集水样并进行水质检测 1月31日 与上智大学国际交流办公室举行会议，并前往奥多摩川水库调研 2月1日 参观羽村取水堰，参观上智大学实验室，开展藻类分析 2月2日 大室山-湖泊-海岸带火山熔岩地貌调研 2月3日 柿田川地下涌泉保护区调研，成果发表会 2月4日 自东京出发，到达武汉天河机场 三、项目内容 3.1上智大学研讨会 1月27日，我们武大一行人在上智大学地球环境学系会议室与在日接待方上智大学的黄光伟教授及其三位博士生初见面，并举行了研讨会。 相互自我介绍之后，黄教授为我们介绍了接下来几天的行程。面对陌生的东京和未来几天密集的行程，我们心中都充满了期待，期望能在接下来的交流中学到很多知识。 接下来便进入了正题，首先由黄教授的博士生刘欢进行英文报告，报告主要介绍了东京手贺沼的水质指标变化情况以及手贺沼藻类的采样地点与观察方法。我们团队的硕士生陶士勇作为代表也作了名为基于水华预警的汉江中下游生态需水研究的英文报告，报告中着重介绍了基于模型计算在不同初始条件下，为控制汉江中下游水华暴发所需要的临界流量值。会后双方就报告内容以中英文进行讨论提问，让双方对湖沼富营养化的中日差异有了更深刻的理解。 3.2城市雨洪管理系统 1月29日上午我们前往东京城市雨洪调节池参观。 在参观之前，负责人先给我们讲解Kanda河的长度、流量等基本概况，并介绍了历来Kanda河流域的洪水灾害，最后简要介绍了一下地下排水设施的组成。 地下排水设施有三个组成部分：分别是洪水引入设施、洪水调节隧道和控制建筑。其中洪水引入设施包括三座，整个洪水调节隧道长达4.5km，直径10m，容量达5.4×105m3，共分为两大段。自启用以来，此地下调节池设施在减轻洪水灾害中起到了十分重要的作用。 随后我们步行十余层走下到地下泄洪管道中，近距离观察管道的建设。由于此设施接纳的洪水水量颇大并且处理会花相当长的时间，此管道被分为了两大段，并为两个时期建设而成。管道1于1988开始建设，在财政年度1998年建设完成。第二段工程于2008年彻底完成，接纳Zenpukuji河和Myoshoji河的水量。从实际观感上来说，管道直径非常大，管道内的空间十分宽阔，这对于没有参观过地下洪水调节设施的我们无疑是非常震撼的。 3.3手贺沼调研 1月29日至30日，团队一行前往手贺沼开展了野外调查。手贺沼是利根川水系下属湖泊，位于千叶县西北部，近些年来由于周边地区的生产活动、周边住宅地以及城市化进程的发展，手贺沼的水域面积和水质情况受到了严重影响，手贺沼从1974年到2001年，连续27年都是日本COD指标最差的湖泊。近年来，随着水质改善对策和湖沼水质保全特别措施法的实施，现在手贺沼的COD情况位于日本湖泊倒数第2位，手贺沼的变化历程也使其成为日本湖泊水环境研究的典型案例。在手贺沼野外，我们对湖泊沿岸的设施建设、排污口分布和生态情况进行了初步调查，与国内类似湖泊进行对比发现，日本在水环境的教育科普、景观建设、环境保护方面仍有许多我们学习的地方。同时我们采集了湖水样品，用于实验室内的藻类分析，并对湖水的溶解氧、COD、pH和硝酸根指标进行了现场测定，与国内典型湖泊水质情况进行比较，分析了水质差异的产生原因和解决对策，为中国的湖沼和河川环境保护提供参考。 3.4奥多摩川水库调研 1月31日，一行人前往位于奥多摩町多摩川上游的小河内坝参观学习。小河内坝于1938年开工，于1957年建设完成。坝高149米，蓄水面积4.25平方公里，有效贮水容量1亿8540万立方米，是当时世界上最大的供水大坝，主要负责首都东京的供水。除供水外，坝内建有多摩川第一发电站，因此水坝同时具备发电功能。奥多摩川水库流域特别重视水土流失的治理，流域植被茂密，生态保护措施发挥了重要的作用，有效减少了水库泥沙沉积。 3.5羽村取水堰调研 2月1日，一行人沿着多摩川顺流而下，来到了位于中游的羽村取水堰。羽村取水堰建成于1900年，是日本土木工程遗产，由固定堰和投渡堰组成。由于年代久远，投渡堰由原木构造的木栅栏修建而成。正常情况下投渡堰关闭，上游来水经过固定堰直接进入取水河道，通过多个取水门给各地供水；当多摩川干流在遭遇暴雨天气水位急剧上升时，为了避免洪水导致闸门的破坏，移除安装在投渡堰上的栅栏等，使得洪水直接流入多摩川河的主流。自建成日起，羽村取水堰一直按照这样的模式调度，并且没有出现过任何运行问题，其精巧而又简洁的设计值得国内相关水利工程建设者学习。 3.6火山熔岩地貌调研 2月2日，我们来到了位于静冈县伊豆半岛的大室山。大室山位于伊东市南部，伊豆半岛东侧，标高580公尺。它是由火山喷发后的碎屑物所堆积而成的，火山口直径250m，深75m，火山喷发流出的岩浆创造了伊豆高原大地，一部分形成了城崎海岸。大室山是日本火山碎石丘的代表，因为经过700年引以为豪的烧荒传统，没有培育树木，火山碎石丘的特征被完整保留下来。 我们在参观的过程中了解到，大室山还被认为是重要的单成火山喷火形式的代表，其山顶中央是凹陷30公尺深的火山口，从高空俯瞰大室山，整座山体接近对称、完美的圆锥体。它与富士山有著异曲同工之妙，两者都是圆锥型体，从外观看去像是画里才会出现的奇妙山丘。 接着，我们又来到了一碧湖。它是一座呈葫芦形状的美丽的湖泊，被称为“伊豆的眼睛”。一碧湖由一座圆形火口湖与沼地所组成，周长虽然只有4千米，却是湖泊不多的伊豆半岛上最大的湖。因为天城各山倒映在湖面的风景，被爱称为“伊豆之瞳“，深受人们喜爱。湖畔种有染井吉野等250株樱花树，另外湖中放养着鲤鱼、篾鲫、黑鲈鱼、蓝腮太阳鱼等鱼类，天气晴好时在这里钓鱼和划船的人们络绎不绝。 最后，我们一行人来到了城崎海岸。城崎海岸位于典型的深入式海岸线上，陡峭的断岩是天城山和大室山火山喷发时流出的溶岩冷却后形成的里亚式海岸。城崎海岸隆起的高数十米的断岩连绵9公里，景色优美壮观。海岸线旁一片郁郁葱葱的原生林台地，临海处礁石嶙峋，海浪奔涌，惊涛拍岸。海面上数十米的断崖划过了北方富户到南方八幡野，长约9公里。由城崎海岸沿富于变化的海岸线参观见习，看到了壮观的海景，并可眺望大岛等伊豆群岛，经过几千年火山的喷发与海水的冲撞，非常震撼人心。 3.7柿田川调研 2月3日上午，我们来到位于三岛县的柿田川地下涌泉保护区。柿田川全长1200米，pH7.2，色度0，浊度0，溶解氧约为9.5mg/L，年平均水温15℃。柿田川源自富士山天然降雨以及冰雪融水，水质极佳，可作为直接饮用水源。因地形原因在柿田川地下涌泉保护区内有多处地下水出露，形成神奇美丽的泉水群。根据氚同位素示踪分析，地下泉水出流以26至28年为循环。泉群的保护措施非常好，保留了泉群的自然景观特征，又设有多处展望台，可让游客欣赏到最为典型的泉水景观，水流清澈，部分区域水体呈碧蓝色，可见河底泥沙翻滚涌动，对提高公众的生态环境保护意识具有重要的意义。 四、收获与体会 陶士勇：非常感谢能够得到“樱花科技计划”的资助，在日本开展了10天非常充实有意义的交流活动，同时也非常感谢日本上智大学地球环境学研究科黄光伟教授团队的接待，让我们在学术交流、野外考察、日本文化方面体验到很多，也学习到很多。在日期间，柿田川地下涌泉、多摩川梯级水库、东京神田川雨洪管理系统、羽村取水堰，以及各野外考察地让人心旷神怡的生态环境状况给我留下了深刻的印象，让我对水利工程建设、生态环境保护和管理制度实施各关系之间如何维持平衡的这个问题产生了深深的思考，使我意识到现阶段的水利事业仍然需要先进的理念和措施进行完善。另外，在流域城市化方面我们还有很长的路要走，在日期间，日本便捷的轨道交通系统满足了我们大部分的野外考察需求，让我们在日本的城市和郊区体验到相同的交通、生活、环境、基础设施条件，并且我也能感受到公众对水环境问题的关注度、参与度和积极性，这是我们在环境保护事业理念上需要加强的地方，也是我们这一代人需要努力的方向。总而言之，通过此次交流活动，不仅学习了日本在流域生态环境保护方面的先进经验，同时领略了日本的风土人情和日本文化的独特魅力，受益匪浅。 刘宇栋：十分荣幸能够有机会接受樱花计划的邀请参与此次短期交流项目。通过为期十天的对于东京的考察和与上智大学黄光伟教授团队的交流，我的确受益匪浅。东京美丽的风景，可口的料理，现代化的文明程度，都给我留下了深刻的印象。更重要的是，与此同时我还参观了日本的各种先进的水利设施，也感受到了完备的管理制度对于环境改善的重要性。但是令我印象最为深刻的是日本国民强烈的环保意识，环境保护工作相当繁琐，政府部门无法面面俱到，很多细枝末节都是交给日本民间的环保团体去自发完善，民众自愿去管理与自己的生活息息相关的河流湖泊，这一点是国内非常欠缺的东西。但是，中国也还在不断的发展之中，取人之长，补己之短，希望回国后能够更加努力奋进，为中国的水利和环保事业贡献自己的一份力量。 谷芳华：谈及专业知识方面，我觉得此行收获颇丰。我见到高倍电子显微镜下水中浮游植物的形态各异，欣赏到火山喷发的岩浆岩在海边形成的壮观景象，了解到奥多摩川水库的建立过程以及工作机理。黄教授以生动有趣的故事使我们了解到东京湖泊富营养化现象的形成原因以及治理方式，他告诉我们失败的商业开发对手贺沼的影响，使其一度成为东京水质最差的湖泊；他告诉我们工农业的污染对印旙沼的生态影响，僵化的治理体系使湖泊水位长期维持在一个定值，生态系统不能受到扰动因而也变得僵化。在实地考察与教学的过程中，我们得到了最大限度的学习与进步，也更加深刻地认识到城市化对湖泊水质的影响，在中国如今快速发展的城市化进程中，这些都是十分宝贵的经验。 关于水利建设，我想中国有两方面可以向日本学习。首先，无论是地下调洪系统还是奥多摩川水库，都配备专门的讲解人员或者教育场馆，向参观人员清楚地展示出水利设施的组成结构、工作机理等方面。而在中国，这些设施更多的被认为属于专业范畴，普通人不需要了解，也不会向大众开放。但是我认为，作为国家的基础行业，切实关系到百姓的利益，水利设施有必要增加教育功能，使更多的人尤其是青少年所了解，才会更有利于其发展。另一方面，在我们去过的湖泊附近，都立有关于湖泊水质信息的公示牌，可是附近居民随时了解到水质状况。此外，日本有很多的民间组织自行进行水质保护等活动，甚至可以质疑政府。我认为，如果中国可以做到以上两点，那么将会有越来越多的公民投入到保护水资源的事业中去，公民的环保意识也会大大提高，中国水利事业也将更加辉煌。 肖汐：在寒假期间跟随张翔导师、师兄师姐和骨干教师参加“樱花科技计划”，前往日本开展了为期十天的学习交流活动，是一次非常珍贵和特别的体验。返程的最后一天正巧是大年三十，跟同行的人一起离家过年，大家都很有感触，这一路相互陪伴和帮助，是人生中一次非常难忘的经历。时间虽然不长，但却收获颇丰。不仅对上智大学在地球水环境领域的研究有所了解，而且对日本的科学技术、人文历史和文化氛围有了初步的认识。我们实地考察了日本受污染最严重的两个湖泊——印旛沼和手贺沼，并进行了实地采样和室内分析，认识到了在保护国内水环境生态方面的任重道远。在多摩川博物馆看到了寓教于乐的降雨径流模拟装置，深刻感慨设计者的奇妙构思。在东京神田川看到了巨大规模的地下防洪调节池，在柿田川公园看到了大小位置各异的地下涌泉，还前往大室山看到了火山喷发形成的熔岩地貌以及美丽的火山湖、火山海岸，学习到很多地质与生态环境知识。沿途中也欣赏到了美丽的风景，品尝到了传统的日本菜肴,同时也结识到了一群优秀有趣的朋友，很开心，也十分充实。非常感谢上智大学地球环境系的黄光伟教授，感谢日本政府对我们交流活动的支持，非常希望能有机会再去日本深入学习交流。​​​​​​ 邓梁堃：这个寒假我在学院张翔老师的带领下通过中日青少年科技交流计划的资助前往日本上智大学就中日湖泊富营养化现状与治理方式进行学习和探讨。在这为期10天的交流中，我们前往了东京及其周边有代表性的水库和河流。其中令我印象最深的是其水质之清洁，河流和水库周边生态环境保护十分到位，所呈现出的青山绿水很值得中国各地环境保护工作者学习。另外，我们学习交流中接触到的日本人都非常礼貌和热情，对待事情严谨而认真，让我充分感受到他们享誉盛名的工匠精神。希望我能好好回顾这次交流所学到的东西并在我今后的研究生活中好好运用起来。 五、总结 2019年1月26日至2月4日，由武汉大学水利水电学院张翔教授带队，刘嘉梅老师、徐晶老师以及2名研究生和3名本科生组成的“樱花科技计划”项目代表团共8人赴日进行了为期10天的交流考察活动，取得了圆满成功。交流活动主题为湖泊富营养化与流域生态环境保护在交流考察期间，代表团先后参观了上智大学地球环境学研究科和理工科土壤环境实验室，赴手贺沼开展了野外调查、水质采样和现场水质及室内藻类分析工作，考察了东京神田川城市雨洪调节池、多摩川梯级水库和流域生态环境保护措施、日本土木工程遗产羽村取水堰、柿田川地下涌泉生态环境保护和大室山-湖泊-海岸带火山熔岩地貌等。在赴日期间，代表团还拜访了上智大学副校长杉村美纪，并与黄光伟教授团队就科研合作与学生交流培养开展了深入的交流。本次“樱花科技计划”项目实施期间，同学们认真观察、积极思考，学习了日本在流域生态环境保护等方面的先进经验，同时也领略了日本的风土人情，感受了日本文化的独特魅力，活动取得了丰硕的成果。