高坝枢纽泄洪消能建筑物智能巡检与安全评价理论方法和技术研究展望

西南高坝枢纽众多,高拱坝泄洪孔口及水垫塘等泄洪消能建筑物的定期巡检与安全评价已成为保障工程安全运行的关键。受制于西南河流含沙水体、水下附着淤积等复杂苛刻检测条件,对高速水流与过流面损伤的耦合机制认识不清,缺乏损伤检测、评价的理论方法和技术手段等问题,高效精准巡检和科学全面评价仍存在诸多困难。针对西南高坝枢纽泄洪消能建筑物运行期面临的结构安全问题,系统开展高拱坝泄洪孔口及水垫塘过流面的磨蚀、裂缝等典型损伤特征及演变规律、损伤智能识别及结构安全风险评价等问题研究,揭示高速水流作用下过流面耦合损伤演变机理,突破适用于孔口及水垫塘等复杂环境的自适应智能巡检方法,研发多维感知信息的损伤智能分类与量化关键技术,并构建“巡检-监测-模拟”多源数据融合的泄洪消能结构安全分析与评价模型,并以大渡河大岗山水电站为典型案例,对智能巡检方法和评价模型进行应用验证,以期为高坝运行安全和损伤防控提供切实的理论和技术方法。     

挑流消能几个问题之管见

挑流消能是泄水建筑物最常用的消能方式之一。随着高坝工程安全与环境保护对泄洪消能要求的不断提高,新型的鼻坎形式及消能技术日益得到完善。针对高坝泄洪挑流消能工的水流挑距、冲刷、冲击等问题,从理论研究进展对工程实践中面临的问题进行了较为系统的综述,可为水利水电工程消能防冲设计、防洪安全及生态环境保护提供一定的参考。     

水坝泄水气体过饱和对鱼类影响及减缓技术研究综述

水坝泄水总溶解气体（TDG）过饱和可导致鱼类患气泡病甚至死亡,给水生态系统健康带来严重危害。近年来随着中国越来越多的高坝工程投入运行,水坝泄水气体过饱和对鱼类影响逐渐成为制约高坝泄水安全运行的重要生态风险。本文需要通过对国内外研究文献的梳理分析,结合研究团队近年来在该领域的研究成果,从鱼类耐受性响应、过饱和TDG规律、减缓技术以及发展动态等几个方面对水坝泄水气体过饱和对鱼类影响及减缓技术研究开展了回顾分析。首先面向我国长江上游特有鱼类保护需求,分析了溶解气体过饱和危害以及不同特征鱼类对溶解气体过饱和的躲避能力和耐受规律。在此基础上,从过饱和TDG生成和释放角度,揭示了水坝泄水溶解气体过饱和规律及其模拟预测方法,从工程措施、调度措施和生态功能利用措施三方面阐述了过饱和气体减缓技术及其工程应用现状。基于我国高坝工程泄水生态安全需求,开展了国内外发展动态分析,指出进一步深入揭示高坝泄水气体过饱和机制、完善和发展高坝泄水过饱和气体预测方法和技术、加强和深化过饱和TDG减缓技术的工程可行性研究、实施基于减缓过饱和TDG影响的流域梯级多目标优化调度、推进我国关于鱼类对过饱和TDG耐受标准的建立是当前面临的关键问题与技术挑战。本文成果旨在为水坝泄水气体过饱和问题的解决以及高坝运行生态安全保障研究提供思路借鉴和科学依据。     

山区河流水灾害问题及应对（特约稿）

全球重大自然灾害正深刻影响着人类的生存和发展,如何更有效地应对各类自然灾害尤为重要。2008年“5·12”汶川大地震后,“地球人都要有灾害意识,地球人都要有灾害教育”已深入人心,中国人的灾害意识和防灾技术水平均得到了较大幅度的提升。由于独特的区域地质构造、地形地貌和水文气象等条件,中国西部地区一直是水灾害频发的区域,防灾减灾工作已成为影响区域社会经济及国家整体发展的重要方面。作为国家布局在西部的高水平研究型综合大学,四川大学传承和创新了都江堰的治水智慧,在应对高坝泄洪与防洪安全、高坝工程结构安全、山洪泥沙灾害与滑坡防治、流域生态环境保护等山区水灾害方面进行了积极探索,取得了一系列重要成果。主要有：1）开发细观实验与模拟技术,揭示了高坝水力学复杂水流现象的细观机理,建立了更加可靠的判别准则和计算方法,形成系统的细观水力学体系,并创新地提出了多级泄洪原理与技术;2）原创性地提出了地质力学模型破坏模拟与综合法试验新技术,揭示了高坝工程整体结构安全响应机制,建立了能够准确反映受复杂地质环境及超标洪水等因素影响下高坝-坝基-库水整体结构安全评价体系;3）揭示了山洪与泥沙共同作用下“小水大灾”机制,提出了特大山洪泥沙灾害“降阶防控”技术,将山洪泥沙灾害致灾不确定性降到可防控范围;4）引入应用三维激光扫描仪等新设备与技术实现了滑坡变形监测从“点、线、面”拓展到三维空间整体,提升了水动力型滑坡的灾害监测预警水平以及灾害应急响应能力;5）针对滑坡-堰塞坝物质组成和结构特性变异性大的问题,提出了滑坡-堰塞湖分类应急处置与综合治理技术;6）针对西南地区地理、生态与环境特点,提出了生态需水配置和过鱼、梯级水库水温预测成套方法和低温水控制、高坝泄水总溶解气体（TDG）过饱和的预测与调控等一整套维护水生生物生境的关键技术,将生态环境保护研究从工程局部及单一水环境领域,拓展到山区流域整体系统并形成多学科领域交叉的综合科学技术体系。最后,针对中国西部山区河流水灾害的特点以及国家防灾减灾救灾的总体需求,提出了变化环境下的水灾害形成与演化、耦合致灾机理与临界判据、水灾害动力灾变机制与演化过程、突变河流的生境-生物相互作用机制、灾变河流的生态演变机制和新平衡态、水灾害监测预警和风险评估、基础大数据库与云平台、水灾害流域协同管理与灾后重建等一系列山区水灾害领域的重大前沿科学技术问题,有助于促进下一步防灾减灾相关学科领域研究工作的发展。     

山区河流水灾害问题及应对

全球重大自然灾害正深刻影响着人类的生存和发展,如何更有效地应对各类自然灾害尤为重要。2008年"5·12"汶川大地震后,"地球人都要有灾害意识,地球人都要有灾害教育"已深入人心,中国人的灾害意识和防灾技术水平均得到了较大幅度的提升。由于独特的区域地质构造、地形地貌和水文气象等条件,中国西部地区一直是水灾害频发的区域,防灾减灾工作已成为影响区域社会经济及国家整体发展的重要方面。作为国家布局在西部的高水平研究型综合大学,四川大学传承和创新了都江堰的治水智慧,在应对高坝泄洪与防洪安全、高坝工程结构安全、山洪泥沙灾害与滑坡防治、流域生态环境保护等山区水灾害方面进行了积极探索,取得了一系列重要成果。主要有:1)开发细观实验与模拟技术,揭示了高坝水力学复杂水流现象的细观机理,建立了更加可靠的判别准则和计算方法,形成系统的细观水力学体系,并创新地提出了多级泄洪原理与技术;2)原创性地提出了地质力学模型破坏模拟与综合法试验新技术,揭示了高坝工程整体结构安全响应机制,建立了能够准确反映受复杂地质环境及超标洪水等因素影响下高坝-坝基-库水整体结构安全评价体系;3)揭示了山洪与泥沙共同作用下"小水大灾"机制,提出了特大山洪泥沙灾害"降阶防控"技术,将山洪泥沙灾害致灾不确定性降到可防控范围;4)引入应用三维激光扫描仪等新设备与技术实现了滑坡变形监测从"点、线、面"拓展到三维空间整体,提升了水动力型滑坡的灾害监测预警水平以及灾害应急响应能力;5)针对滑坡-堰塞坝物质组成和结构特性变异性大的问题,提出了滑坡-堰塞湖分类应急处置与综合治理技术;6)针对西南地区地理、生态与环境特点,提出了生态需水配置和过鱼、梯级水库水温预测成套方法和低温水控制、高坝泄水总溶解气体(TDG)过饱和的预测与调控等一整套维护水生生物生境的关键技术,将生态环境保护研究从工程局部及单一水环境领域,拓展到山区流域整体系统并形成多学科领域交叉的综合科学技术体系。最后,针对中国西部山区河流水灾害的特点以及国家防灾减灾救灾的总体需求,提出了变化环境下的水灾害形成与演化、耦合致灾机理与临界判据、水灾害动力灾变机制与演化过程、突变河流的生境-生物相互作用机制、灾变河流的生态演变机制和新平衡态、水灾害监测预警和风险评估、基础大数据库与云平台、水灾害流域协同管理与灾后重建等一系列山区水灾害领域的重大前沿科学技术问题,有助于促进下一步防灾减灾相关学科领域研究工作的发展。     

长江黄金航道整治技术研究构想与展望

当前,长江黄金航道面临着长江三峡枢纽和上游水库群联合运行带来的水沙条件新变化,以及防洪、航运、发电、供水、生态等水资源综合利用的新需求,亟待深入认识新水沙条件下航道演变机理及发展趋势、科学评估航道承载力及提升潜力、系统研发水资源综合高效利用目标下的航道整治技术,有效促进航道整治与生态环境保护的协调融合。“长江黄金航道整治技术研究与示范项目” 以提高航道通过能力,实现长江航道资源高效利用为目标,凝练了四大关键科学和技术问题：1）水沙变化条件下长江航道演变机理及发展趋势;2）长江重要生物-生境对航道整治工程的响应机制;3）多因素影响下长江航道滩群联动整治方法与技术;4）基于河流完整性的航道整治生境融入及再造技术。结合关键科学问题和技术的内涵,提出五大重点研究内容：1）研究长江不同类型河段复杂动力过程与滩槽演变的相互作用机理,预测长江航道演变趋势。2）研究长江生态航道的架构及评价体系,3）评估多功能河流航道承载力及可提升潜力。4）研究多库联调下山区河流卵石滩群联动航道整治技术、防洪-通航协同下中游强冲刷河段航道整治技术、下游复杂多分汊河段航道滩槽调控技术、径潮流河段深水航道协调治理与减淤技术等。5）研究长江航道整治工程的生境融入及再造技术,构建生态友好型航道整治模式。最后,将五大重点研究内容细分为八大前沿研究方向： 1）新水沙条件下长江航道演变机理及趋势预测;2）长江生态航道架构及评价方法体系;3）多目标协同下长江黄金航道承载力及提升潜力;4）多库联调下卵石滩群联动航道整治技术;5）防洪-通航协同下强冲刷河段航道整治技术;6）复杂多分汊河段航道滩槽调控技术;7）径潮流河段深水航道协调治理与减淤技术;8）长江典型生态保护段航道整治技术。基于以上内容,初步构建长江航道整治研究体系,以期为提高黄金航道通过能力提供理论基础和技术支撑。     

国家自然科学基金面上项目 挑射流冲刷特性及其比尺效应研究(项目批准号:51879129)

<正>长期以来,挑流消能工的设计一直是水利水电工程泄洪消能领域关心的核心问题之一。挑流消能是传统三大消能方式之一,对于以"高水头、深峡谷、大流量"为特征的高坝水利水电工程建设,尤为重要。挑流消能下游河道的冲刷设计,一直是水利水电工程泄水建筑物水力学的重要问题,直接关系到工程的经济和安全。由于来流受几何比尺、掺气、裂散、速度等的影响,下游河道冲刷受水深、模拟材料、床沙粒径等的影响,利用物理模型试验得到的冲刷相关成果,存在显著的比尺效应。本项研究的目标是在     

“西南水电高坝大库梯级开发的生态保护与恢复”研究构想

水电工程生态环境效应与调控是国际水利科学研究的长期热点。西南地区属于典型的生态脆弱区,水电高坝大库梯级开发将会改变河流的水文过程,从而影响河流中生源要素的生物地球化学行为及相应的物质场、能量场、化学场和生物场,最终改变河流生态系统的栖息地分布、物种构成以及相应的生态功能。西南水电高坝大库梯级开发的生态保护与恢复中急需研究解决的关键科学问题主要包括水电开发下大河流域物质输移过程变异规律、梯级高坝大库对生态环境影响机制及累积效应,同时还需要解决水电梯级开发多目标生态水文过程调控及工程技术、梯级水电开发下重要鱼类保护与生境修复关键技术、维持大河流域生态系统稳态的保护与修复技术三方面的关键技术难题。     

高坝空中挑射水流流速量测方法和仪器的研究

本文介绍高坝泄洪消能空中挑射水流流速研究的目的和意义;介绍作者对挑射水流流量方法的选择,对量测仪器研制的经验和成果,包括测速原理、仪器方框图、电原理图及对测流计算机软件的要求等。此项研究成果为研究挑射水流运行规律提供了测试手段,填补了国内外这方面技术的空白。     

水利水电施工中新技术的应用与分析

水利水电工程是以充分发挥水资源作用为出发点,利用水流流量、流速及落差等实现发电,因此与一般工程相比,水利水电工程的施工环境要复杂得多,往往远离平原建于地质灾害频发的山区,从而加大了工程的施工强度和技术难度。随着科学技术的快速发展,越来越多的新技术应运而生,并被广泛应用于水利水电施工中,使水利水电施工技术得以不断发展和完善,确保了水利水电施工的整体质量。为切实提高水利水电工程质量和效益,笔者在概括水利水电工程施工特点的基础上,对水利水电施工中现代新技术的合理应用进行分析。     

昭平台水库水利自动化系统的设计

昭平台水库由主坝、副坝、泄洪闸、输水洞及电站组成.采用分布式大坝监测系统,通过传感器对水库大坝的扬压力、水位等信息进行实时采集;利用PLC技术实现对闸门的自动控制;图像监视系统对水库重要设施进行实时监视.各系统通过光缆将监测的数据传至中心站,并对数据进行分析处理,实现了水库的水利自动化管理.该系统的应用可以提高水库的管理水平,充分发挥工程效益.     

龙开口水电站挑流消能方式

龙开口水电站坝址处河床窄、泄洪频率高、流量大,是典型的大单宽流量高混凝土坝,此类工程对泄水建筑物的消能防冲效果和运行安全性都有很高的要求.以水工模型优化试验为手段,通过对各典型工况消能防冲效果以及流态的研究,得出宽尾墩挑流方案的不足之处,同时探讨并论证了大差动-舌形坎挑流方案的优越性.研究成果对同类型工程枢纽的消能防冲设计有一定的借鉴意义.     

龙开口水电站宽尾墩挑流消能断面模型试验

龙开口水电站水库调节库容较小,具有日调节性能,采用坝顶开敞式溢流,下游采取挑流消能方式.坝址处河床狭窄,洪水期泄洪流量大且泄流频率高,是很典型的高坝、大单宽流量泄流枢纽.对于此类工程,消能防冲是需要解决的主要问题.以水工断面模型试验为手段,以堰面流态、水舌形态及冲坑尺寸作为判别标准,通过多个试验方案的分析比较,阐明宽尾墩挑流联合消能方式运用于此工程的优越性,并对宽尾墩的两种体型进行比较,对宽尾墩的具体尺寸进行了适当的优化,提出了消能防冲最优的宽尾墩型式和具体尺寸参数,为设计提供了有力的依据.     

强震区高进水塔抗震动力分析及体型优化设计

以我国西南强地震高发区域正规划、设计或开工建设一批高坝大库型水电工程项目为背景,依托长河坝工程的发电引水进口塔,研究了强地震激励作用下高进水塔的力学行为和结构性能.通过三维有限元建模并由反应谱计算结果,分析进水塔结构在地震作用下的危险部位,通过对结构体型不断优化,得到对抗震设计和降低投资成本均有利的最优体型.研究结果对类似工程选择合理高效的塔体体型、建立相应的结构安全评价准则具有一定的参考意义.     

大坝防洪安全的风险分析

综合考虑水文、水力不确定性因素及调洪起始水位、调洪规则可选择性等对大坝防洪安全的影响 ,采用随机模拟方法计算大坝防洪安全综合风险率。应用一阶季节性自回归模型对入库洪水进行模拟 ,应用三角分布和正态分布描述水力不确定性对泄洪能力的影响 ,给定调洪起始水位和调洪规则 ,经过水库调洪演算 ,得到水库最高调洪水位随机分布和洪水漫顶风险率。实例结果表明 :水文因素是水库防洪风险的主要影响因素 ,水力因素、调洪规则、起调水位对水库泄洪风险有一定作用     

不同引渠形式下深式短管进口泄流能力的试验研究

为研究红岩河水库导流泄洪洞深式短管进口引渠形式由明渠改成涵洞后对其泄洪能力的影响,对其在明渠和涵洞两种形式下分别做水工模型试验,验证其水力特性。结果表明,较明渠形式,涵洞形式下的导流泄洪洞同水位下泄流量有不同程度的减小,下泄流量减小在导流泄洪洞进口为压力流状态时表现明显,且减小值随水位的升高而变大;大坝度汛期100年一遇洪水时,试验下泄流量较设计下泄流量约小6.35%;运行期100年一遇洪水时,试验下泄流量较设计下泄流量约小6.51%;运行期2 000年一遇洪水时,试验下泄流量较设计下泄流量约小6.95%。建议在将红岩河水库导流泄洪洞深式短管进口引渠由明渠改成涵洞形式后,需关注导流泄洪洞的下泄流量减小问题,避免由于水库下泄流量不足引起的大坝安全问题。     

上游溃坝洪水在某水库水文计算中的影响分析

当上游有水库,其防洪标准低于下游水库时,下游水库必须考虑上游水库溃坝洪水的影响.否则,会造成计算结果的差异.一旦出现溃坝,必将威胁下游水库的安全.综合国内外研究成果,以某中型水库大坝安全鉴定的水文计算为例,探讨上游溃坝洪水对下游水库调洪演算的影响,并给出上游存在多个这样的水库(防洪标准可不相同)时的处理方法,为类似工程提供参考.     

枢纽分散泄流对下游河道通航水流条件的影响研究——以景洪电站为例

应用平均水深有限元法平面二维水流数学模型,以景供电站大坝泄流为例,采用流场一致判别标准,分析了大坝全断面泄流和分散泄流坝后流场的变化情况和流速的分方．得到了大坝分散泄流与全断面泄流流场趋于一致的最大沿程距,建立了泄流流量与最大沿程距间的关系式,确保汛期船舶的行船安全情况下,为大坝孔口泄流提供科学依据．