中國水電科學(xué)技術(shù)發(fā)展成就

科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，工程是直接生產(chǎn)力。我國水電堅持科技研究面向生產(chǎn)建設(shè)、生產(chǎn)建設(shè)依靠科技發(fā)展的政策，以科學(xué)技術(shù)為引領(lǐng)，工程創(chuàng)新為靈魂，不斷推進水電科學(xué)能力、技術(shù)能力和工程能力的提升。“大型水電站的技術(shù)開發(fā)”在“六五”期間就列入國家科技攻關(guān)計劃。以國家發(fā)展規(guī)劃的重點工程為依托，水電水利規(guī)劃設(shè)計總院組織行業(yè)力量持續(xù)四十年的科技攻關(guān)，解決行業(yè)發(fā)展中的一系列重大科學(xué)技術(shù)問題。水電壩工技術(shù)、泄洪消能、地下工程、高邊坡治理及大壩抗震和施工技術(shù)水平全面躋身世界前列。

一、壩工技術(shù)取得重大突破

“高壩筑壩技術(shù)”立足世界前沿，通過國家“六五”至“十一五”四十年的科技攻關(guān)，300米級特高拱壩技術(shù)，200米級特高碾壓混凝土重力壩、混凝土面板壩堆石壩技術(shù)和心墻堆石壩技術(shù)，100米級碾壓混凝土拱壩筑壩技術(shù)全面突破。筑壩技術(shù)創(chuàng)新成為我國工程創(chuàng)新的主戰(zhàn)場。進入21世紀(jì)以來，我國建成了一批高水平大壩工程。錦屏一級（305米）、小灣（294.5米）、溪洛渡（285.5米）等三座拱壩的高度和技術(shù)難度名列世界前三。

在土石壩方面，建成了有國際影響力的水布埡（壩高233米，國際最高）、三板溪和洪家渡等面板壩以及小浪底、瀑布溝、糯扎渡等心墻堆石壩。在碾壓混凝土壩方面，已建成超過100米的，既有重力壩又有拱壩。碾壓混凝土重力壩有當(dāng)時最高的光照（壩高200.5米；現(xiàn)在埃塞俄比亞的扎巴Ⅲ壩高246米）、龍灘（已建壩高192米，遠(yuǎn)景壩高216.5米）、黃登（壩高203米）等壩。碾壓混凝土拱壩有萬家口子（壩高167.5米，國際最高）、沙牌、大花水等壩。

全球已建超過200米高壩63座，中國有13座；250米以上高壩15座，中國有5座。我國壩工建設(shè)水平，無論數(shù)量與規(guī)模，還是技術(shù)難度和工程創(chuàng)新等方面，都已進入世界壩工的先進或領(lǐng)先行列。

二、泄洪消能技術(shù)處于國際領(lǐng)先

我國西南水電開發(fā)地處深山峽谷，水頭高、流速大，泄洪消能問題十分突出。如二灘、錦屏一級、小灣和溪洛渡等工程的泄流水頭超過150米，流速超過30米/秒，有的超過50米/秒。國外高壩設(shè)計泄量超過10000米3/秒的工程不多。我國高壩設(shè)計泄流量普遍超過10000米3/秒，二灘工程已超過20000米3/秒，溪洛渡工程超過40000米3/秒。單寬流量多數(shù)已突破200米3/（秒？米），少數(shù)300米3/（秒？米），個別達(dá)到600米3/（秒？米）；下泄功率大多數(shù)達(dá)千萬千瓦級，甚至上億千瓦級，溪洛渡工程下泄功率達(dá)9800萬千瓦。我國壩工技術(shù)指標(biāo)遠(yuǎn)超過國外同類壩水平。我國成功解決了“高水頭、大流量、窄河谷”的泄洪消能關(guān)鍵技術(shù)問題，而且水流激振對建筑物的影響降到最小。各種新型消能工技術(shù)成功應(yīng)用，極大地拓寬了水電行業(yè)高水頭、大單寬流量泄洪消能的設(shè)計思路。

溪洛渡壩身最大可能泄量達(dá)到30000米3/秒量級，為技術(shù)上的一項重大突破。拉西瓦工程首先提出采用了反拱型底板水墊塘，可使入池水流擴散更充分，沖擊荷載更分散，還可減少對河床兩岸坡腳的開挖，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性也有提高。

我國率先提出并成功實踐了縱向分散和摻氣的寬尾墩設(shè)計技術(shù)，形成了寬尾墩與挑流、底流、戽流、臺階式等相結(jié)合的聯(lián)合消能工。五強溪、巖灘、大朝山和百色等采用寬尾墩＋臺階式壩面＋消力池綜合消能，其中百色最大單寬流量達(dá)200米3/（秒？米），為目前國內(nèi)外最高水平。向家壩工程采用了淹沒跌坎式底流消能，最大泄量48680米3/秒，入池單寬流量225米3/（秒？米）。

我國還創(chuàng)新提出了環(huán)境友好型旋流消能式泄洪洞。沙牌水電站旋流豎井式泄洪洞消能率達(dá)73％；溪洛渡水電站旋流豎井式泄洪洞的水頭達(dá)200米、流量1000米3/秒；公伯峽水電站單洞泄量1060米3/秒，消能率達(dá)85％以上。旋流消能式泄洪洞由于布置方便、消能率高，且利用導(dǎo)流洞改建對減少投資和縮短工期都具有很大意義，已在國內(nèi)外工程界普遍推廣使用。

三、地下工程技術(shù)日趨成熟

我國已建成各類水工隧洞總長接近1000千米，地下廠房100多座。工程實踐有力促進了地下工程設(shè)計理論和方法不斷發(fā)展，施工水平不斷提升；而卸荷巖體力學(xué)、巖體與水耦合等基礎(chǔ)理論與方法體系的不斷完善，也極大地推動了地下工程技術(shù)水平的提升。在工程實踐中，提出了適用高地應(yīng)力、高外水壓條件下的錦屏圍巖分類JPF體系，彌補了國內(nèi)外同類研究中對高地應(yīng)力和高外水壓力考慮的不足。這些成果已應(yīng)用于錦屏二級、江邊水電站引水隧洞圍巖分類。在巖體試驗方面，大型三軸剛性伺服實驗機已應(yīng)用于巖石材料在全應(yīng)力路徑下的參數(shù)測定，電鏡掃描、CT技術(shù)應(yīng)用于巖體材料的微觀與細(xì)觀的結(jié)構(gòu)觀測研究；各種地應(yīng)力測量技術(shù)，如應(yīng)力恢復(fù)法、應(yīng)力解除法、應(yīng)變恢復(fù)法、應(yīng)變解除法、水壓致裂法、聲發(fā)射法、X射線法、重力法等廣泛應(yīng)用于地下工程的現(xiàn)場測試。溪洛渡地下廠房，采用了離散化多主應(yīng)力面三維加載系統(tǒng)、步進機械臂和微型掘進機技術(shù)、微型高精度位移量測技術(shù)、聲波測試技術(shù)、光纖測量技術(shù)以及內(nèi)窺攝影技術(shù)，解決了地下洞室群地質(zhì)力學(xué)模型試驗中的復(fù)雜三維地應(yīng)力仿真，開辟了大型洞室試驗研究的新途徑。

目前我國建設(shè)的地下廠房跨度已超過33米，高度達(dá)到70多米，長度可達(dá)300米，引水洞更是長達(dá)17千米，而其最大埋深達(dá)2500米，且為高地應(yīng)力、大突涌水的巖溶地層。我國建成了世界最大開挖跨度最大（33.4米）、最大開挖高度最高（88.2米）的向家壩地下廠房，綜合規(guī)模和難度最大的錦屏二級水電站地下洞室群。

四、高邊坡治理技術(shù)不斷進步

高邊坡穩(wěn)定在水電開發(fā)中是一個非常突出的問題。我國西南、西北地區(qū)的河谷自然邊坡有的高達(dá)千米乃至千米以上，高達(dá)數(shù)百米的人工邊坡已屢見不鮮。小灣工程開挖邊坡高達(dá)600～700米，錦屏一級為500～600米。通過多年科技攻關(guān)與工程實踐，在高邊坡穩(wěn)定分析方法、安全控制標(biāo)準(zhǔn)及處理措施等方面取得很大進步，群錨機理認(rèn)識不斷深化，各項測試技術(shù)、監(jiān)測反饋技術(shù)和快速施工技術(shù)水平不斷提高，對數(shù)百米級的巖質(zhì)高邊坡處理形成了行之有效的成套技術(shù)。

在高邊坡理論研究中，提出了力學(xué)閉合解的計算公式，數(shù)值分析收斂性能超越了國外現(xiàn)有的方法。在安全控制指標(biāo)取值方面，提出了邊坡不同工況下安全系數(shù)的取值范圍、邊坡處理設(shè)計原則和邊坡穩(wěn)定風(fēng)險度的方法。

在高邊坡治理實施中，創(chuàng)造性地將信息化動態(tài)治理理念貫穿于工程實踐中，即根據(jù)開挖揭示的地質(zhì)條件及邊坡變形情況，建立嚴(yán)格的監(jiān)控體系，及時對監(jiān)測信息進行分析，一方面反饋優(yōu)化治理方案；另一方面分期、分區(qū)合理選擇安全控制指標(biāo)和分步驟實施，較好地解決了安全、經(jīng)濟和工期之間的突出矛盾。這些研究成果成功應(yīng)用于李家峽、龍灘、龍羊峽、三峽、洪家渡、小灣、錦屏一級等許多水電站工程的高邊坡治理。

五、大壩抗震技術(shù)保持科學(xué)發(fā)展前沿

我國的大壩抗震研究跟蹤科學(xué)發(fā)展前沿，開拓思路，敢于突破，獨立自主創(chuàng)新了抗震設(shè)計理論和方法，形成了一套工作方法和評價標(biāo)準(zhǔn)。“5？12”汶川特大地震災(zāi)區(qū)的大、中型水電工程，在遭受遠(yuǎn)超其設(shè)計烈度的地震作用，雖有不同程度的震損現(xiàn)象，但沒有發(fā)生潰壩，也未出現(xiàn)威脅下游安全的險情，均經(jīng)受住了嚴(yán)峻的考驗。我國水電工程大壩抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計理論和方法符合西南地震特點，抗震措施有效。我國在壩址地震動輸入研究、大壩體系地震響應(yīng)分析、大壩混凝土動態(tài)強度標(biāo)準(zhǔn)值、三維細(xì)觀力學(xué)非線性動力分析方法及CT掃描和高采樣頻率聲發(fā)射等新的測試技術(shù)、地震模擬振動試驗和現(xiàn)場測振試驗研究方面，取得很多原創(chuàng)性技術(shù)成果。大壩震害預(yù)警與決策系統(tǒng)，成功應(yīng)用于小灣、三峽、二灘、潘家口等水電大壩工程的強震安全監(jiān)測。

六、水電施工技術(shù)發(fā)展成就巨大

我國水電各項施工技術(shù)也不斷提高。導(dǎo)截流技術(shù)與規(guī)模均得到很大提升，白鶴灘、烏東德、溪洛渡、糯扎渡等工程的導(dǎo)流隧洞開挖跨度均大于20米，圍堰高度超過75米。防滲墻、帷幕灌漿和高噴灌漿技術(shù)均取得了較大進展。大渡河瀘定電站壩基防滲墻最深達(dá)110米，正在建設(shè)的西藏旁多水利樞紐工程防滲墻最深成墻深度達(dá)158.47米，創(chuàng)造了防滲墻施工深度的世界之最。地下工程施工動態(tài)仿真、高地應(yīng)力巖爆防治、TBM開挖等關(guān)鍵技術(shù)取得重大突破。溪洛渡地下廠房月平均開挖強度達(dá)到2.88萬米3，錦屏二級水電站在高強巖爆和大突涌水條件下，3臺TBM月最高進尺達(dá)到753.3米。三峽工程創(chuàng)造的月最高混凝土澆筑強度55.4萬米3，年最高強度548萬米3新世界紀(jì)錄，至今無壩能夠突破。大壩施工全過程仿真技術(shù)快速發(fā)展。糯扎渡工程還采用大壩填筑質(zhì)量GPS監(jiān)控系統(tǒng)，發(fā)揮了實時、自動、連續(xù)、全過程、高精度填筑質(zhì)量監(jiān)控功效，有效提高了大壩填筑質(zhì)量與質(zhì)量控制管理水平。