重大水利工程大壩深水檢測及突發事件監測預警與應急處置

蔡躍波，盛金保，向衍

（1. 水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院，南京 210029；2. 水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室，南京 210029）

“國家重點研發計劃”

重大水利工程大壩深水檢測及突發事件監測預警與應急處置

蔡躍波1,2，盛金保1,2，向衍1,2

（1. 水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院，南京 210029；2. 水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室，南京 210029）

一、研究目標

水庫大壩是保障國家水資源安全的重要基礎設施，為突破大壩深水安全保障技術壁壘，攻克非常規條件下大壩潰決早期預警與應急處置技術瓶頸，整體提升重大水利工程大壩安全保障科技水平，項目擬針對非常規條件下大壩性能演化與災變機理、極端條件下大壩安全診斷和風險控制理論與方法、深水環境下的大壩安全保障體系等關鍵科學問題，以及大壩深水檢測修補加固技術和裝備、極端條件下大壩失事早期預警與應急處置等關鍵技術，實現如下研究目標：

（1）在機理與規律方面，揭示極端條件及庫水位驟升驟降等非常規運行工況下大壩服役性能演化規律與災變觸發機理；明晰突發事件應急臨機決策與處置互饋響應機制。

（2）在理論與方法方面，建立非常規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險評估理論；構建大壩突發事件應急處置效果評價指標體系與評估方法；提出深水大壩滲漏多源信息融合診斷與評估方法。

（3）在技術與標準方面，創建極端條件下大壩安全判別準則、風險控制標準及失事早期預警標準；研發100m級深水環境大壩滲漏探測、大粒徑淤積物疏浚、構筑物附著物清理、深孔泄水建筑物疏堵、極端條件下大壩損毀快速修復等關鍵技術，編制相應標準或指南。

（4）在材料與裝備方面，突破100m級深水大壩安全保障技術壁壘，研制深水缺陷探測與智能作業水下機器人（ROV）以及小型化載人潛水作業裝備；開發滲漏檢測、應急監測與缺陷快速探測新設備；研發深水水下高性能修補加固系列材料。

（5）在系統與集成方面，研發基于大數據的大壩病險診斷專家系統；集成深水環境實測滲流場與ROV遙控與加固作業可視化平臺；開發大壩突發事件監測預警及應急處置智能決策支持系統。

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與安全運行方面的科技需求，重點開展水利工程大壩深水檢測與修補加固技術和裝備，以及特大洪水、強震、重大地質災害、異常干旱、極端低溫、戰爭與恐怖破壞等極端條件下大壩潰決早期監測預警與應急處置等關鍵技術研究，從而促進科技成果應用，培育和發展水安全產業，形成重點區域水資源安全供給系統性技術解決方案及配套技術裝備。本項目也屬于《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006—2020年）》確定的重點領域及其優先主題中的“10.公共安全”領域內容。

二、研究內容及技術路線

項目從基礎與應用基礎、應用技術研發、集成示范與推廣三個層面進行全鏈條設計，通過調研、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用，借助水工、巖土、材料、信息、控制、管理等多學科交叉融合，設置非常規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險評估理論和方法、大壩失事早期預警標準與應急響應機制及處置效果評估方法、大壩深水滲漏探測技術與設備、大壩深水檢測修補潛水器與加固平臺、深水大粒徑疏浚與構筑物附著物清理技術與裝備、深孔泄水建筑物疏堵與閘門修復技術及裝備、大壩突發事件應急監測與隱患快速探測新技術、深水環境大壩缺陷修補材料與技術及示范、極端條件下大壩應急搶險與損毀快速修復技術10個課題。項目技術路線圖見圖1。

三、預期成果與效益

水庫大壩是調控水資源時空分布、優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，是經濟社會發展不可替代的基礎設施，是生態環境改善不可分割的保障系統，關系防洪安全、供水安全、糧食安全乃至經濟安全、生態安全、國家安全，具有很強的公益性、基礎性、戰略性。本項目研究成果直接服務于重大水利工程大壩深水檢測與修補加固，以及潰壩突發事件監測預警與應急處置，為進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行，提高潰壩災害防控能力，具有極高的科學價值和廣闊的推廣應用前景，社會效益、經濟效益和生態環境效益極其顯著。

圖1 項目技術路線圖

（1）科學價值。通過本項目協同攻關研究，研發新裝備并取得專利技術和軟件著作權，形成相關行業技術標準，并在典型工程中示范應用，將突破大壩深水安全保障技術壁壘，攻克非常規條件下大壩潰決早期預警與應急處置技術瓶頸，全面提升水資源領域科技創新水平，極大促進行業科技進步，支撐未來國家水資源安全保障實踐。

（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生。本項目研究成果為大壩安全運行和應急管理提供先進的技術保障，特別是大壩深水檢測修補潛水器與加固平臺、大壩深水滲漏探測、深孔泄水建筑物疏堵與閘門修復、大壩突發事件應急監測與隱患快速探測、深水環境大壩缺陷修補、極端條件下大壩應急搶險與損毀快速修復等關鍵技術均是增強潰壩災害防控能力的必要保障手段，可最大程度減免潰壩災害給公共安全、人民生命財產及經濟社會發展造成的巨大破壞，保障公共安全和經濟社會可持續發展, 社會效益顯著、影響深遠。

（3）經濟效益。項目成果為水庫大壩應急管理及高壩大庫深水檢測與修補加固提供先進技術手段，優化協調水庫大壩發電、灌溉、供水等綜合效益，由此帶來的直接經濟效益難以估量。基于項目研究成果形成的可推廣的深水滲漏檢測技術及設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；將先進的水下機器人檢測技術運用于水利行業，將極大推進水利智能化、自動化的發展，直接經濟效益顯著；深水大粒徑疏浚與構筑物附著物清理技術與裝備對保障高壩大庫安全運行和延長使用壽命意義重大，產生的直接經濟效益和間接經濟效益均十分巨大。與此同時，對水庫突發事件的科學應急管理可以減少潰壩災害盲目防范和應對方式粗放所付代價，顯著提升應急管理水平與事故防范效率，大大降低管理與防范成本；研發的大壩突發事件應急監（檢）測和應急搶險實用技術與裝備，可有效降低潰決風險、減少生命和財產損失、加快災后重建，具有廣闊的推廣應用前景，經濟效益巨大。

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

10.16868/j.cnki.1674-6252.2017.05.105

國家重點研發計劃“水資源高效開發利用”重點專項（2016YFC0401600）。

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