山水間的工程建設
——水力學與山區河流開發保護國家重點實驗室

水力學與山區河流開發保護國家重點實驗室的前身為在四川大學設立的“高速水力學國家重點實驗室”。“高速水力學國家重點實驗室”于1988年5月由國家計委批準設立，1990年1月，經國家教委批準，實驗室正式向國內外開放，并于1992年1月，正式通過國家驗收，成為我國水利水電科學領域的一支重要力量。2005年4月8日，經國家科技部審核批準，由“高速水力學國家重點實驗室”更名為“水力學與山區河流開發保護國家重點實驗室”，成為我國最早的內陸水利水電工程領域國家重點實驗室和從事應用基礎研究的工程類實驗室。

走進實驗室

水力學與山區河流開發保護國家重點實驗室以山區河流開發（尤其是高壩大型水利水電工程）和保護（尤其是山區河流開發所引起的河流健康和水環境保護）領域的科學研究、人才培養和開放平臺建設為主要任務；以我國西南山區河流和世界級高壩工程中的水力學（包括工程水力學、山區河流動力學和環境水力學）和巖石力學的應用基礎研究為主要特色；以建設工程水力學和山區河流開發保護領域國際一流的學術平臺，促進我國在水力學與山區河流開發保護領域的科技創新、人才培養和學術交流，支撐水利水電工程建設和山區河流災害防治為總體目標。

實驗室現擁有水力學及河流動力學、巖土工程和固體力學3個國家重點學科，擁有水利工程、力學、環境科學與工程3個博士學位授權一級學科，以及巖土工程、結構工程和生態學3個博士學位授權點。同時，實驗室擁有一支實力雄厚、結構合理的研究隊伍，副高級職稱以上研究人員占50%，碩士學歷以上占科研人員比例為67%，35歲以下人員占43%。學術帶頭人在把握和發展研究方向上起到關鍵作用，從而形成了實驗室明確的研究主攻方向和鮮明的學術特色，通過對外開放與國際交流，及時了解水科學在世界范圍內的發展動向，促進了學術隊伍的提高，是培養博士、碩士等高層次科技人才的搖籃。

高壩工程泄水建筑物

實驗室科研設施齊全、設備精良，建筑面積近20000m2，實驗場約30000m2，擁有大型變壓箱及循環水洞系統、二維激光測速及動態粒子分析系統、粒度分析系統、大型變坡陡槽、多功能高速射流試驗系統、激光多普勒及PIV測速系統、激光粒度分析系統、高速攝像系統、遙感圖片分析系統等一大批總體國內領先、部分國際先進的精密儀器和大型專業實驗設備25余臺（套）。

相互交叉的研究方向

實驗室擁有5個研究方向，包括：高速水力學與高壩工程、河流動力學與山區河流工程、環境水利學與山區河流保護、大壩與庫岸安全、水信息學與水利新技術。5個研究方向緊密圍繞以高壩工程為重點的山區河流開發及其相關的環境保護問題，構成一個相互交叉的有機整體。

其中，高速水力學與高壩工程是以解決高壩工程泄洪安全問題為首要目標，主要研究高壩泄洪消能及新型消能技術、高速水氣二相流特性及其對工程的影響、空化空蝕的預測和控制、高水頭泄水建筑物摻氣減蝕新技術及高壩工程泄水建筑物優化設計的理論與技術等。

河流動力學與山區河流工程以解決山區河流災害防治問題為首要目標，主要研究山區河流寬級配推移質泥沙運動規律、實體和數值河流泥沙模擬技術及其應用、植被作用下復式河道河床演變特性，以及山洪形成與致災機理及其減災防災對策措施等。

環境水利學與山區河流保護以解決水利水電工程環境保護問題為首要目標，主要研究大型深水庫環境水力學特性、水體中污染物運動的預測、水利水電工程對生態環境的影響與生態修復、河流生態需水與水電站生態調度的理論與應用以及水環境監測技術的研究及擁有自主知識產權的水環境監測儀器研制開發等。

大壩與庫岸安全以解決高壩與地基安全問題為首要目標，主要研究巖土力學基礎理論與方法、高陡邊坡變形失穩機制與工程對策、高壩與地基穩定的物理和數值模擬方法、大壩安全監控與管理及水庫滑坡機理與防治技術等。

水信息學與水利新技術以支撐水電工程智能化運行為首要目標，主要研究水利水電工程中復雜水流現象的數值模擬技術、梯級水電站優化調度理論與技術和水利水電工程管理等。

面向西部戰場

根據地處西部的特點，實驗室積極面向西部大開發主戰場，先后承擔了西部大開發重點工程，結合金沙江、雅礱江、大渡河、岷江等江河上的大型工程，配合勘測設計、研究有關重大技術難題，已承擔各類大、中、小型電站的科學實驗任務多項，先后參與有關南水北調、三峽、溪洛渡、向家壩、龍灘、錦屏、小浪底、小灣、三板溪、瀑布溝、紫坪鋪、獅子坪、水布埡等水利水電工程與西藏建設工程等重點工程的課題研究。通過這些具有重要科學價值和工程應用前景的研究工作，充分鍛煉和體現了實驗室學術隊伍的能力和水平，同時為國家的水電事業建設做出了貢獻。2019年3月，實驗室在2018年工程領域和材料領域國家重點實驗室評估中被科技部評為工程領域良好類實驗室。

長期以來，受暴雨洪水與滑坡、泥石流災害的影響，山區河流床沙多為寬級配卵礫石泥沙，甚至會出現較多的漂石，從而影響近底水流結構與推移質輸移特性。水力學與山區河流開發保護國家重點實驗室在關于山區河流淺水條件下漂石對河床響應與泥沙補給影響的研究中，基于野外漂石河流的調查，通過概化水槽試驗，探討了漂石顆粒對河床沖淤的影響，同時他們還對比分析了不同水沙條件下漂石對推移質輸沙率過程的影響，根據床面粗化程度與漂石狀態相異的兩種類型對比試驗，探討了漂石對不同水沙條件下推移質輸沙率的影響程度。最終實驗室得出結論，隨著漂石顆粒相對淹沒度的減少，漂石對其尾部區域水流的混摻越加突出，從而對河床的沖刷能力變大，而根據本試驗采用的水沙參數，漂石對推移質輸沙率的擴大效應為幾倍至十幾倍。

除此之外，實驗室還開展了關于結構變化對魚道水力學特性影響的研究。在實驗中，為了研究底孔和坡度對魚道的流速、流態等水力學特性指標產生的影響，實驗室采用標準k－ε湍流模型對不同工況的魚道進行了數值模擬計算。研究表明，豎縫式魚道的最大流速一般出現在豎縫附近，并且對于豎縫處的測點，一般是底層流速更大； 增加底孔會降低豎縫處的流速，但底孔處流速偏大，而當放緩坡度一半時，豎縫處平均流速會降低約20%以上。實驗室由此推導出，就流速而言，放緩坡度會降低魚道中的流速，從而對魚類洄游有利。

培養科研人才

近年來，實驗室積極開展廣泛的國內外學術交流及合作研究，邀請外國專家來室進行學術訪問。國外（境外）前往實驗室講學、交流、科技合作的學者共50多人次，有美國、英國、新西蘭的3名專家和留學生來室長期工作，并與國外重要水力學實驗室建立了不同形式的協作關系。日本山梨大學通過日本國文部省兩次提供2000萬日元用于雙邊交流及實驗室人員赴日本從事科研，英國丹迪大學通過英國文化基金會為實驗室提供了12人次在英國從事合作科研的全部經費。此外，實驗室還和美國IOWA大學、美國克拉克遜大學、德國斯圖加特大學、英國伯明翰大學、日本九州大學、香港大學、香港城市大學、臺灣大學及英國瓦靈福德水力實驗室等建立了合作關系，并取得了一批實質性的研究成果。

今后，實驗室將繼續通過高層次隊伍建設和現代化公共平臺建設，在工程水力學、山區河流動力學、高壩大庫水環境、大壩與庫岸安全以及梯級電站智能調度等領域達到和保持國際先進水平。