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曹志先

职称:教授,博士生导师

邮箱:zxcao@whu.edu.cn

研究领域及招生方向

研究方向(基础):明渠水力学、泥沙运动力学、冰水动力学、计算河流动力学、计算水力学

研究方向(应用):水库泥沙、山洪泥石流、溃坝洪水、堰塞湖、城市洪水与排水、航道演变与维护

招生专业:水力学及河流动力学、港口航道与海岸工程、流体力学

招生类型:专业学位硕士、学术学位硕士、专业学位博士、学术学位博士

教育背景

1982.09-1986.07 武汉大学,河流力学与工程,本科

1986.09-1988.12 武汉大学,水力学及河流力学,硕士

1988.12-1991.12 武汉大学,水力学及河流力学,博士

工作经历

1991.12-1993.11 天津大学力学系,博士后

1993.12-1996.10 中山大学环境科学系,副教授;天津大学水利系,副教授

1996.11-至今 天津大学建工学院,教授;3344体育网址,教授

2008.08-2017.03 英国Heriot-Watt University, Civil Engineering, Professor of River Dynamics

开设课程

《河流泥沙运动力学》(本科生);

《水利学科研究内容与方法》(硕士生)

《水沙科学基础理论研究与进展》(博士生)

代表性科研项目

1. 国家自然科学基金重点项目(2023/01-2027/12), 长江源区游荡型河流水沙相互作用与河床演变机制研究,项目负责人。

2. 国家自然科学基金面上项目 (2021/01-2024/12), 引导水库被埋没底孔排沙的水沙动力学机理与数学模型研究, 项目负责人。

3. 国家自然科学基金面上项目 (2017/01-2020/12), 明槽挟沙水流两相流模式理论研究, 项目负责人。

4. 国家自然科学基金重点项目课题 (2015/01-2019/12), 泥石流孕育发生和发展的动力学模型与机理研究,课题负责人。

5. 国家自然科学基金面上项目 (2013/01-2016/12), 泥石流能量传递机制与耦合数学模拟研究, 项目负责人。

6. 国家自然科学基金面上项目 (2012/01-2015/12), 明槽湍流非均匀推移质泥沙输运机制与积分模式研究, 项目负责人。

7. 国家自然科学基金面上项目 (2010/01-2012/12), 不同流体介质湍流输沙的共同规律与特性研究, 项目负责人。

8. 国家自然科学基金重点项目课题 (2008/01-2011/12), 暴雨山洪形成与演化水动力学数值模拟研究,课题负责人。

9. 国家自然科学基金面上项目 (2007/01-2009/12), 异重流耦合积分模式与演化机理研究, 项目负责人。

10. 国家自然科学基金委委主任基金项目 (2005/01-2007/12), 高坝大库滑坡体诱发水沙灾害的机理与数学模型研究, 项目负责人。

11. 国家重点基础研究发展计划 (973计划) 项目课题 (编号2007CB714106), 坝堤溃决及致灾过程预报理论与方法, 2007-2011, 课题负责人。

12. 欧盟第六框架计划 (EU 6th Framework Program) 项目HYDRATE–山洪有效预报的水文气象数据资源与技术 (Hydrometeorological Data Resources and Technologies for Effective Flash Flood Forecasting), 2006-2010, 中方负责人。

13. 中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司项目,尼泊尔上崔树里1水电站工程沉沙池水力学与沉沙和冲排沙数值计算,2022/09-2023/04,项目负责人。

14. 长江航道规划设计研究院研发项目,长江航道科研实验新基地建设三期工程二维数学模型软件研发,2020/10-2022/10,项目负责人。

15. 长江航道局科技项目,长江中游典型弯道三维水流结构及其对船舶航行安全的影响研究,2021/05-2021/12,项目负责人。

16. 湖南省水利科技重点项目,洞庭湖区烂泥湖水系洪涝灾害风险评估与管控对策研究,2019/01-2020/12,项目负责人。

17. 山西省汾河流域管理局项目,汾河流域生态修复核心区干流蓄水闸坝段水沙河床演变规律及其调控方法研究,2018/11-2020/12,项目负责人。

18. 中国电建集团海外投资有限公司项目,南欧江第五级水库冲砂底孔振动机理与减振方法研究,2017/10-2019/12,项目负责人。

19. 湖南省水利科技项目,湖南省典型城市洪水形成与致灾机理及对策研究,11/2017-06/2018, 项目负责人。

20. 中国电建集团海外投资有限公司项目,南欧江第六级水库滑坡涌浪水沙耦合数学模拟研究,2017/04-2017/12,项目负责人。

21. 长江航道局重点科技项目,新水沙条件下长江中下游典型航道水沙运动规律及滩槽演变机理研究,2016/04-2018/12,项目负责人。

22. 山西省水利科技项目,山西省中小河流治理模式研究与应用,2013/12-2015/03,项目负责人。

23. 山西省水利科技项目,山西省典型小流域山洪灾害预警指标研究,2012/12-2013/12,项目负责人。

学术兼职

1. Associate Editor, International Journal of Sediment Research, Elsevier, since 2014.

2. Associate Editor-in-Chief, Journal of Mountain Science, Springer, since 2021.

3. Associate Editor, Water, MDPI, since 2023.

4. Editorial Advisory Board member, Earth Surface Processes and Landforms, Wiley, since 2022.

5. Editorial board member, Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics, Taylor & Francis, since 2008.

奖励与荣誉

天津市自然科学一等奖(2005,排名第三)

英国土木工程师学会Telford奖 (2003,排名第一)

代表性学术成果

1. Xu, H., Cao, Z.X., Wang, Q. (2023). “Experimental investigation on reservoir sediment flushing through a bottom tunnel with an initially covered intake.” Journal of Hydraulic Engineering, American Society of Civil Engineers, 149(8), 04023024.

2. Li, J., Cao, Z.X., Borthwick, A. (2022). “Quantifying multiple uncertainties in modelling shallow water-sediment flows: A stochastic Galerkin framework with Haar wavelet expansion and an operator-splitting approach.” Applied Mathematical Modelling, Elsevier, 106, 259-275.

3. Liu, J.X., Cao, Z.X., Li, X.C. (2022). “Coupled modelling of flow and non-capacity sediment transport in sewer flushing channel.” Water Research, Elsevier, 219, 118557.

4. Liu, J.X., Cao, Z.X., Li, X.C., Wang, J.W., Hou, J.M., Li, D.L., Ma, Y. (2022). “Modelling urban flooding integrated with flow and sediment transport in drainage networks.” Science of the Total Environment, Elsevier, 850, 158027.

5. Huang, R, Ni, Y.F., Cao Z.X. (2022). “Coupled modeling of rainfall-induced floods and sediment transport at the catchment scale.” International Journal of Sediment Research, Elsevier, 37(6), 715-728.

6. Li, J., Cao, Z.X., Cui, Y., Fan, X., Yang, W.J., Huang, W., Borthwick, A. (2021). “Hydro-sediment-morphodynamic processes of the Baige landslide-induced barrier lake, Jinsha River, China.” Journal of Hydrology, Elsevier, 596, 126134.

7. Ni, Y.F., Cao, Z.X., Qi, W., Cai, X., Zhao, A. (2021). “Morphodynamic processes in rivers with cascade movable weirs – A case study of the middle Fen River.” Journal of Hydrology, Elsevier, 603, 127133.

8. Li, J., Cao, Z.X., Cui, Y., Borthwick, A. (2020). “Barrier lake formation due to landslide impacting a river - a numerical study using a double layer-averaged two-phase flow model.” Applied Mathematical Modelling, Elsevier, 80, 574-601.

9. Cao, Z.X., Li, J., Borthwick, A., Liu, Q., Pender, G. (2020). “Grain-energy release governs mobility of debris flow due to solid–liquid mass release.” Earth Surface Processes and Landforms, Wiley, https://doi.org/10.1002/esp.4939.

10. Li, J., Cao, Z.X., Liu, Q.Q. (2019). “Waves and sediment transport due to granular landslides impacting reservoirs.” Water Resources Research, American Geophysical Union, 55, 495-518.

11. Ni, Y.F., Cao, Z.X., Borthwick, A.L., Liu, Q.Q. (2018). “Semi-analytical solutions for ideal dam-break sediment-laden flows on inclined slopes.” Water Resources Research, American Geophysical Union, 54, 2731-2748.

12. Li, J., Cao, Z.X., Hu, K., Pender, G., Liu, Q. (2018). “A depth-averaged two-phase model for debris flows over erodible beds.” Earth Surface Processes and Landforms, Wiley, 43, 817-839.

13. Cao, Z.X., Xia, C.C., Pender, G., Liu, Q.Q. (2017). “Shallow water hydro – sediment – morphodynamic equations for fluvial processes.” Journal of Hydraulic Engineering, American Society of Civil Engineers, 143(5), DOI: 10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0001281.

14. Qian, H.L., Cao, Z.X., Liu, H.H., Pender, G. (2017). “Numerical modelling of alternate bar formation, development and sediment sorting in straight channels.” Earth Surface Processes and Landforms, Wiley, 42, 555-574. DOI: 10.1002/esp.3988.

15. Cao, Z.X., Li, J., Pender, G., Liu, Q.Q. (2015). “Whole-process modeling of reservoir turbidity currents by a double layer-averaged model.” Journal of Hydraulic Engineering, American Society of Civil Engineers, 141(2), DOI: 10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0000951.

16. Cao, Z.X., Hu, P.H., Hu, K.H., Pender, G., Liu, Q.Q. (2015). “Modelling roll waves with shallow water equations and turbulent closure.” Journal of Hydraulic Research, International Association for Hydro-environment Engineering and Research, 53(2), 161-177.

17. Cao, Z.X., Hu, P., Pender, G. (2011). “Multiple time scales of fluvial processes with bed load sediment and the implications for mathematical modeling.” Journal of Hydraulic Engineering, American Society of Civil Engineers, 137(3), 267-276.

18. Cao, Z.X., Li, Y., Yue, Z. (2007). “Multiple time scales of alluvial rivers carrying suspended sediment and their implications for mathematical modeling.” Advances in Water Resources, Elsevier, 30(4), 715-729.

19. Cao, Z.X., Pender, G., Wallis, S., Carling, P. (2004). “Computational dam-break hydraulics over erodible sediment bed.” Journal of Hydraulic Engineering, American Society of Civil Engineers, 130(7), 689-703.

20. Cao, Z.X., Egashira, S., Carling, P. (2003). “Role of suspended-sediment particle size in modifying velocity profiles in open channel flows.” Water Resources Research, American Geophysical Union, 39(2), art. no. 1029, 15 pages.

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