重大水利工程大壩深水檢測及突發(fā)事件監(jiān)測預(yù)警與應(yīng)急處置

蔡躍波，盛金保，向衍

（1. 水利部交通運(yùn)輸部國家能源局南京水利科學(xué)研究院，南京 210029；2. 水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室，南京 210029）

“國家重點(diǎn)研發(fā)計劃”

重大水利工程大壩深水檢測及突發(fā)事件監(jiān)測預(yù)警與應(yīng)急處置

蔡躍波1,2，盛金保1,2，向衍1,2

（1. 水利部交通運(yùn)輸部國家能源局南京水利科學(xué)研究院，南京 210029；2. 水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室，南京 210029）

一、研究目標(biāo)

水庫大壩是保障國家水資源安全的重要基礎(chǔ)設(shè)施，為突破大壩深水安全保障技術(shù)壁壘，攻克非常規(guī)條件下大壩潰決早期預(yù)警與應(yīng)急處置技術(shù)瓶頸，整體提升重大水利工程大壩安全保障科技水平，項目擬針對非常規(guī)條件下大壩性能演化與災(zāi)變機(jī)理、極端條件下大壩安全診斷和風(fēng)險控制理論與方法、深水環(huán)境下的大壩安全保障體系等關(guān)鍵科學(xué)問題，以及大壩深水檢測修補(bǔ)加固技術(shù)和裝備、極端條件下大壩失事早期預(yù)警與應(yīng)急處置等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)如下研究目標(biāo)：

（1）在機(jī)理與規(guī)律方面，揭示極端條件及庫水位驟升驟降等非常規(guī)運(yùn)行工況下大壩服役性能演化規(guī)律與災(zāi)變觸發(fā)機(jī)理；明晰突發(fā)事件應(yīng)急臨機(jī)決策與處置互饋響應(yīng)機(jī)制。

（2）在理論與方法方面，建立非常規(guī)條件下大壩極限承載能力評估模型與破壞模式辨識方法；完善與豐富極端條件下大壩安全診斷及風(fēng)險評估理論；構(gòu)建大壩突發(fā)事件應(yīng)急處置效果評價指標(biāo)體系與評估方法；提出深水大壩滲漏多源信息融合診斷與評估方法。

（3）在技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)方面，創(chuàng)建極端條件下大壩安全判別準(zhǔn)則、風(fēng)險控制標(biāo)準(zhǔn)及失事早期預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)；研發(fā)100m級深水環(huán)境大壩滲漏探測、大粒徑淤積物疏浚、構(gòu)筑物附著物清理、深孔泄水建筑物疏堵、極端條件下大壩損毀快速修復(fù)等關(guān)鍵技術(shù)，編制相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)或指南。

（4）在材料與裝備方面，突破100m級深水大壩安全保障技術(shù)壁壘，研制深水缺陷探測與智能作業(yè)水下機(jī)器人（ROV）以及小型化載人潛水作業(yè)裝備；開發(fā)滲漏檢測、應(yīng)急監(jiān)測與缺陷快速探測新設(shè)備；研發(fā)深水水下高性能修補(bǔ)加固系列材料。

（5）在系統(tǒng)與集成方面，研發(fā)基于大數(shù)據(jù)的大壩病險診斷專家系統(tǒng)；集成深水環(huán)境實(shí)測滲流場與ROV遙控與加固作業(yè)可視化平臺；開發(fā)大壩突發(fā)事件監(jiān)測預(yù)警及應(yīng)急處置智能決策支持系統(tǒng)。

本項目緊密圍繞水資源安全供給中重大水利工程大壩建設(shè)與安全運(yùn)行方面的科技需求，重點(diǎn)開展水利工程大壩深水檢測與修補(bǔ)加固技術(shù)和裝備，以及特大洪水、強(qiáng)震、重大地質(zhì)災(zāi)害、異常干旱、極端低溫、戰(zhàn)爭與恐怖破壞等極端條件下大壩潰決早期監(jiān)測預(yù)警與應(yīng)急處置等關(guān)鍵技術(shù)研究，從而促進(jìn)科技成果應(yīng)用，培育和發(fā)展水安全產(chǎn)業(yè)，形成重點(diǎn)區(qū)域水資源安全供給系統(tǒng)性技術(shù)解決方案及配套技術(shù)裝備。本項目也屬于《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》確定的重點(diǎn)領(lǐng)域及其優(yōu)先主題中的“10.公共安全”領(lǐng)域內(nèi)容。

二、研究內(nèi)容及技術(shù)路線

項目從基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)、應(yīng)用技術(shù)研發(fā)、集成示范與推廣三個層面進(jìn)行全鏈條設(shè)計，通過調(diào)研、理論分析、試驗觀測、模型計算、新材料與新裝備研制等手段綜合應(yīng)用，借助水工、巖土、材料、信息、控制、管理等多學(xué)科交叉融合，設(shè)置非常規(guī)條件下大壩極限承載能力與破壞模式、極端條件下大壩安全診斷與風(fēng)險評估理論和方法、大壩失事早期預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)與應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制及處置效果評估方法、大壩深水滲漏探測技術(shù)與設(shè)備、大壩深水檢測修補(bǔ)潛水器與加固平臺、深水大粒徑疏浚與構(gòu)筑物附著物清理技術(shù)與裝備、深孔泄水建筑物疏堵與閘門修復(fù)技術(shù)及裝備、大壩突發(fā)事件應(yīng)急監(jiān)測與隱患快速探測新技術(shù)、深水環(huán)境大壩缺陷修補(bǔ)材料與技術(shù)及示范、極端條件下大壩應(yīng)急搶險與損毀快速修復(fù)技術(shù)10個課題。項目技術(shù)路線圖見圖1。

三、預(yù)期成果與效益

水庫大壩是調(diào)控水資源時空分布、優(yōu)化水資源配置的重要工程措施，是江河防洪工程體系重要組成部分，是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展不可替代的基礎(chǔ)設(shè)施，是生態(tài)環(huán)境改善不可分割的保障系統(tǒng)，關(guān)系防洪安全、供水安全、糧食安全乃至經(jīng)濟(jì)安全、生態(tài)安全、國家安全，具有很強(qiáng)的公益性、基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性。本項目研究成果直接服務(wù)于重大水利工程大壩深水檢測與修補(bǔ)加固，以及潰壩突發(fā)事件監(jiān)測預(yù)警與應(yīng)急處置，為進(jìn)一步健全我國大壩安全保障體系提供科技支撐，全面保障高壩大庫安全運(yùn)行，提高潰壩災(zāi)害防控能力，具有極高的科學(xué)價值和廣闊的推廣應(yīng)用前景，社會效益、經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境效益極其顯著。

圖1 項目技術(shù)路線圖

（1）科學(xué)價值。通過本項目協(xié)同攻關(guān)研究，研發(fā)新裝備并取得專利技術(shù)和軟件著作權(quán)，形成相關(guān)行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并在典型工程中示范應(yīng)用，將突破大壩深水安全保障技術(shù)壁壘，攻克非常規(guī)條件下大壩潰決早期預(yù)警與應(yīng)急處置技術(shù)瓶頸，全面提升水資源領(lǐng)域科技創(chuàng)新水平，極大促進(jìn)行業(yè)科技進(jìn)步，支撐未來國家水資源安全保障實(shí)踐。

（2）社會效益。大壩安全是重大公共安全課題，面對工程老化和極端事件的不利影響，大壩出險甚至潰壩事故仍偶有發(fā)生。本項目研究成果為大壩安全運(yùn)行和應(yīng)急管理提供先進(jìn)的技術(shù)保障，特別是大壩深水檢測修補(bǔ)潛水器與加固平臺、大壩深水滲漏探測、深孔泄水建筑物疏堵與閘門修復(fù)、大壩突發(fā)事件應(yīng)急監(jiān)測與隱患快速探測、深水環(huán)境大壩缺陷修補(bǔ)、極端條件下大壩應(yīng)急搶險與損毀快速修復(fù)等關(guān)鍵技術(shù)均是增強(qiáng)潰壩災(zāi)害防控能力的必要保障手段，可最大程度減免潰壩災(zāi)害給公共安全、人民生命財產(chǎn)及經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展造成的巨大破壞，保障公共安全和經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展, 社會效益顯著、影響深遠(yuǎn)。

（3）經(jīng)濟(jì)效益。項目成果為水庫大壩應(yīng)急管理及高壩大庫深水檢測與修補(bǔ)加固提供先進(jìn)技術(shù)手段，優(yōu)化協(xié)調(diào)水庫大壩發(fā)電、灌溉、供水等綜合效益，由此帶來的直接經(jīng)濟(jì)效益難以估量?；陧椖垦芯砍晒纬傻目赏茝V的深水滲漏檢測技術(shù)及設(shè)備為水庫大壩水下檢測提供了新的手段，為高壩大庫的深水檢測提供了全新的成套解決方案；將先進(jìn)的水下機(jī)器人檢測技術(shù)運(yùn)用于水利行業(yè)，將極大推進(jìn)水利智能化、自動化的發(fā)展，直接經(jīng)濟(jì)效益顯著；深水大粒徑疏浚與構(gòu)筑物附著物清理技術(shù)與裝備對保障高壩大庫安全運(yùn)行和延長使用壽命意義重大，產(chǎn)生的直接經(jīng)濟(jì)效益和間接經(jīng)濟(jì)效益均十分巨大。與此同時，對水庫突發(fā)事件的科學(xué)應(yīng)急管理可以減少潰壩災(zāi)害盲目防范和應(yīng)對方式粗放所付代價，顯著提升應(yīng)急管理水平與事故防范效率，大大降低管理與防范成本；研發(fā)的大壩突發(fā)事件應(yīng)急監(jiān)（檢）測和應(yīng)急搶險實(shí)用技術(shù)與裝備，可有效降低潰決風(fēng)險、減少生命和財產(chǎn)損失、加快災(zāi)后重建，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景，經(jīng)濟(jì)效益巨大。

（4）環(huán)境效益。水庫大壩是生態(tài)環(huán)境改善不可分割的保障系統(tǒng)，一旦潰壩將極大破壞生態(tài)環(huán)境。本項目研究解決的大壩深水檢測修補(bǔ)技術(shù)裝備與極端事件大壩潰決監(jiān)測預(yù)警與應(yīng)急處置技術(shù)，均是減少與控制水庫大壩特別是高壩大庫潰壩災(zāi)害、降低潰壩風(fēng)險的核心和關(guān)鍵技術(shù)，其環(huán)境效益也是巨大的。

10.16868/j.cnki.1674-6252.2017.05.105

國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“水資源高效開發(fā)利用”重點(diǎn)專項（2016YFC0401600）。

蔡躍波（1958—），男，教授級高工，博士生導(dǎo)師，主要從事水庫大壩安全管理與工程材料研究，E-mail:ybcai@nhri.cn。