为大坝“体检” 科技支撑重大水利水电工程建设

近年来，长江水利委员会长江科学院锚定国家重大需求，围绕重大水利水电工程项目建设与运行管理，攻克了一系列重大科学问题和关键技术难题，为国家水利事业发展和建设“大国重器”提供了科技支撑。

低热水泥混凝土配制技术解决大坝温控防裂难题

2022年6月16日，“西电东送”国家重大工程——乌东德水电站最后一台机组顺利完成72小时试运行，成功并入南方电网，正式投产发电。至此，乌东德水电站12台机组全部投产发电。

“项目前期要做碱-骨料试验，上个世纪90年代，我们和工程地质勘察人员共同进场勘察料源位置，并选样运回做试验。”长江科学院材料与结构研究所高级工程师李鹏翔说。

在长江科学院材料与结构研究所碱-骨料反应长期养护室，38度恒温条件下，一桶桶反应中的混凝土棱柱体试件码放至房顶。

李鹏翔介绍，碱-骨料反应（骨料里的石英与水泥里的碱发生化学反应）导致混凝土应力不均匀产生裂缝，是混凝土工程毁坏的重要原因之一。

据了解，碱-骨料试验是用骨料和水泥制成混凝土或砂浆试件，将其置于高温环境中加速反应，观测其膨胀率，预估未来若干年之后的混凝土碱-骨料反应，再根据试验结果来确定骨料料源、水泥和粉煤灰等工程混凝土用原材料和混凝土配合比。乌东德水电站大坝是坝高270米、坝顶上游面弧长326.95米的混凝土双曲拱坝，也是目前世界上最薄的300米级特高拱坝，厚高比仅0.19。

针对乌东德特高拱坝大体积混凝土温控防裂技术难题，长江科学院开展了低热硅酸盐水泥混凝土性能与应用关键技术研究，研发了高性能低热水泥大坝混凝土配制技术，并攻克了大体积混凝土温控防裂关键技术。

“这两项技术结束了水电大坝‘无坝不裂’的历史。”长江科学院材料与结构研究所所长李家正说。

李家正介绍，针对三峡工程、南水北调中线工程、溪洛渡、乌东德、白鹤滩等水利水电大国重器建设和服役安全，长江科学院研发了CW系列水工新材料及配套工艺，重点解决坝基不良地质体防渗补强、水工结构加固与耐久性防护、长距离输水建筑物减糙增效等重难点问题，形成了新的技术标准。

千米钻孔打破国内水电工程地应力测试纪录

2022年7月7日，南水北调中线工程后续水源——引江补汉工程正式开工建设。引江补汉工程是全面推进南水北调后续工程高质量发展、加快构建国家水网主骨架和大动脉的重要标志性工程。

2019年12月，长江科学院第一批科研人员奔赴引江补汉工程出水口丹江口工区开展地应力测试工作。

“坝上、坝下有3条线路，每条线路长200多公里，埋深大、线路长、地质条件复杂，隧洞沿线的地应力测试难度非常大。”长江科学院岩基研究所地应力理论与测试技术学科主任董志宏说。

长江科学院科研团队创新研发了“超深钻孔水压致裂法岩体破裂缝无时限定向技术”“绳索取芯钻杆双回路水压致裂法地应力测试装置及测试方法”及“水工隧洞绳索钻杆双回路水压致裂法地应力测试技术”等多项专利技术，形成创新性成果“复杂水工岩体地应力测试关键技术与实践”，获得2017年中国岩石力学与工程学会科技进步一等奖，并应用到引江补汉工程深埋隧洞高应力测试与分析工作中，有效提高了工作效率和准确率。

“在引江补汉工程中，我们完成了可研阶段及初步设计阶段大量岩体物理力学试验、地应力测试工作，其中千米级地应力测试钻孔5个，最大测深达1100米，创造了国内水利水电工程地应力测试深度的新纪录。”长江科学院副院长丁秀丽说。

长江科学院水力学所工程师严伟介绍，引江补汉工程实施后，丹江口大坝下游减水区与汇流区的水流流态将变得复杂，同时河道整治后河床冲淤变化复杂，具有明显的三维水流特征。

“首次采用船模技术、多船型船队、大范围的河道连续交叉监测，这是我们为引江补汉工程水力学研究工作量身定做的方案。”严伟说，各方案的优化及通航水力学和通航船模试验为最终方案确定扫除了不确定性。

安全监测自动化实现大坝分钟级安全“体检”

在云南省巧家县和四川省宁南县交界的金沙江干流河段上，横卧着目前世界在建规模最大、技术难度最高的水电工程——白鹤滩水电站。

2022年12月，总装机容量1600万千瓦的白鹤滩水电站最后一台机组完成72小时试运行，正式投产发电。至此，白鹤滩水电站16台百万千瓦水轮发电机组全部投产发电。

“借助安全监测自动化系统，白鹤滩水电站在运行过程中，通过接入的15000余支传感器，每5分钟将进行一次全身体检。”长江科学院工程安全与灾害防治研究所所长李端有说。

据介绍，白鹤滩水电站安全监测自动化系统使用长江科学院自主研发的CK系列安全监测智能采集单元及安全监测云服务系统软件进行构建，实现了监测仪器的自动化接入，并开发了功能全面、集成度高的安全监测信息管理系统，形成了白鹤滩水电站安全状态全面感知与监控预警体系。

李端有介绍说，针对水利水电工程施工期或运行期安全监测需求，长江科学院基于物联网技术研制了安全监测自动化成套设备及智能传感器，并开发了大坝安全监测数据管理及分析云服务系统，实现了大坝安全信息的智能感知、开放物联和智慧应用。

长江科学院研发的安全监测自动化系统还应用于乌东德水电站、向家坝水电站、溪洛渡水电站和丹江口水利枢纽工程、大藤峡水利枢纽、珠江三角洲水资源配置工程、引江济淮工程等20余项大型水利水电工程，为优化设计、指导施工和保障工程安全发挥了重要作用。

“以科技力量服务水利水电工程建设运行是长江科学院的一项重要使命。成立70多年来，长江科学院在三峡工程、南水北调、乌东德、白鹤滩、向家坝、溪洛渡、滇中引水、引江济淮等水利水电工程建设与运行中，提供了多专业、高质量的科技服务，有力支撑了国家水利水电事业发展和经济社会发展。”长江科学院院长卢金友说。