中国水科院2016年十大科技成果

中国水科院2016年十大科技成果

1长距离输水工程水力控制理论与关键技术我国已建的跨流域输水工程达到31座，供水比例高达20%。长距离输水工程面临着构成复杂、输水方式多样，用水需求多变、水力调控扰动频繁，地形地势多样、多流态衔接复杂，水流惯性大、控制响应滞后严重，高纬度地区冰期输水问题突出等一系列问题，控制不当，极易出现爆管、结构物破坏、漫堤溃决和冰害等事故。本项成果面向工程重大需求，研发了自主创新的理论方法和成套关键技术，成果获得2016年度国家科技进步二等奖。（1）建立复杂长距离输水系统水力仿真与控制理论方法揭示了有压无压转换、急流缓流过渡、水气两相瞬变、冰凌全过程生消演变机理；构建了长距离输水系统沿程糙率、局部水头损失系数、故障参数的快速辨识和不确定度评定方法；创建了控制参数时域—频域联合的在线整定技术；揭示了不同运行控制方式下，扰动波在渠道内的运动特性及叠加、相消规律。扰动波在渠道内的运动特性（2）提出长距离管道输水系统成套水力控制新技术研发了适应

水击控制的多喷孔套筒式调流阀和压力自适应空气阀调压室；提出了长距离有压输水系统水力优化控制技术。

（3）提出长距离明渠输水系统“前馈-反馈-解耦”集散控制技术提出了“改进前馈+水位流量串级反馈+解耦”的闸门群

集散控制技术，实现了“粗调”、“细调”与“协调”作用的有机衔接，解决了水力滞后严重、不确定扰动多、渠池间耦合强烈、水位控制要求高等难题。（4）提出长距离输水系统冰害防治与冰期运行控制技术研发了适应气候及渠道冰

情水情变化的冰期自适应控制技术，保障了冰期渠道的运行安全，提高冰期输水能力10%~15%；提出了冰凌下潜的冰厚佛汝德数判据等系列极端冰害防治技术。成果已在我国引黄济青、引黄济津、南水北调中线、引滦入津、东深供水等19项大型调水工程中得到应用，取得了显著的社会经济效益。2高混凝土坝结构安全关键技术混凝土坝是世界高坝建设的主要坝型之一。欧美和前苏联在引领混凝土大坝建设过程中曾发生过严重开裂漏水、溃坝等重大事故，造成巨大生命财产损失，表明混凝土大坝安全问题尚未得到根本解决。20世纪90年代以来，我国有众多高混凝土坝工程投入建设，需要探索新的理念、方法，以攻克高混凝土坝建设关键技术难题，保障安全。本项研究提出了基于大坝真实性态的设计新理念，形成了安全优质高效建设成套技术，成果获得2016年度国家科技进步二等奖。（1）建立基于大坝真实性态的设计新理念和方法针对国内外以材料力学、刚体极限平衡法为基础设计200m以上高混凝土坝存在的问题，提出了有限元等效应力、变形体时程动态稳定、高压水劈裂等分析方法及控制标准，取得重大技术突破。提出了拱坝合理体形设计方

法并开发了配套软件，发明了高混凝土坝抗高压水劈裂的柔性防渗、自反滤防渗结构。成果纳入规范并应用于小湾、锦屏一级等300m级工程，其中小湾工程总渗漏量为2.4L/s，世界同类工程最低。（2）建立多元胶凝粉体配制高强高抗裂混凝土新方法发现了多元胶凝粉体的紧密堆积和复合胶凝

效应，提出了配制高坝混凝土的新方法，解决了传统方法配制混凝土时高强度与高抗裂、高耐久难以兼顾的难题，开启了高坝工程大规模使用I级粉煤灰、石灰石粉掺合料的先例。应用于三峡三期400万m3混凝土，抗裂系数提升

13.1%-50.0%，未见裂缝产生。成果纳入规范并得到广泛应用。（3）提出施工防裂智能监控新方法实现了混凝土拌制入仓、仓面环境控制、通水冷却、表面保护全过程智能监控，全面提升了温和区与高寒、大温差区混凝土坝施工防裂水平。应用于三峡三期、锦屏一级、藏木等高坝工程，是工程未发生危害性温度裂缝的关键。（4）研发混凝土坝全生命期仿真平台提出了高混凝土坝后期温升、混凝土性能衰减预测等9个模型，开发了混凝土坝真实性态仿真平台。实现了大坝混凝土浇筑、运行、老化全生命期仿真与预测，解决了高混凝土坝性态预测误差大的难题。用于锦屏一级等工程变形预测，误差小于3%。提出了基于微裂纹全景定量分析的混凝土损伤评价方法，建立了微观损伤与弹性波测定宏观性能之间的关系。用于丹江口等老坝工程，为决策提供了科学依

据。成果已应用于三峡巨型工程和锦屏一级、小湾等300m 级特高坝工程，为这些世界级工程的成功建设做出了重要贡献，为南水北调中线丹江口大坝的加高提供了重要技术支撑。推广应用到国内、外98座高混凝土坝工程；国内已建在建200m以上特高混凝土坝全部应用了研究成果。3梯级水库群面向生态的多目标综合调度关键技术受到连续枯水年以及大规模引调水的综合影响，汉江流域来水总体呈减少态势，流域内用水与流域外调水之间矛盾凸显。汉江流域径流过程发生了很大变化，导致汉江鱼类资源呈现衰退趋势，加剧了汉江中下游暴发春季硅藻水华的风险，给汉江流域生态环境保护带来了严峻的挑战，迫切需要建立一套面向生态的调度方式及理论方法。本项成果研究解决了三项关键技术问题，成果获得2016年度湖北省科技进步一等奖。（1）水库群面向生态的多目标综合调度模式针对调度的多目标问题，在传统防洪和兴利的基础上，进一步考虑河流湖库生态系统的最小生态、适宜生态需水控制指标，鱼类产卵繁殖所需水力学控制指标，控制水华暴发所需水力学控制指标等，建立了面向生态的水库群多目标综合调度模式。针对多目标问题，基于高维多目标问题解空间帕累托曲面的目标交换比的导数矩阵及梯度公式，创建了一套多目标优化与分析技术。水库群面向生态的多目标综合调度模式及多目标优化与分析技术（2）水库调度最优性原理

针对调度的维数灾问题，在结构化问题方面推导出了水库总可用水量与最优泄流量、最优余留水量之间存在单调关系，提出了水库调度单调性原理；在半结构化问题方面，发现了高维变量空间可行域的动态演进机制，提出了基于射线扫描的可行域动态生成方法。从而建立了求解水库优化调度问题的总方法论——水库优化调度最优性原理。研发了邻域搜索算法及射线搜索算法，并进一步结合聚合分析、敏感性分析以及替代模型技术，形成了一套完整的巨系统可行空间降维与动态搜索技术。基于水库调度最优性原理的高效求解算法（3）汉江梯级水库群多目标综合调度方案研究提出了汉江流域生态水文分区及各河段、各时段的生态环境需水量，提出了汉江中下游鱼类产卵繁殖代表站满足四大家鱼产卵繁殖的控制阈值，提出了关键控制站最小7日平均流量与水华发生概率的关系函数及控制水华暴发的最小流量阈值。在此基础上，建立了汉江梯级水库群带有生态学、水力学、工程学调度指令链条的多目标综合调度方案。汉江梯级水库群多目标综合调度方案成果已在湖北省电力公司、汉江集团，以及丹江口、崔家营等各级电厂的发电业务，湖北省水利厅供水及防洪业务，湖北水产局的生态保护业务中均得到了成功应用。

4洪水风险图编制技术体系我国洪水频发，影响范围广，损失严重。加强洪水风险管理工作具有十分紧迫的现实需求。