開拓創新，引領水利事業新發展
——水沙科學與水利水電工程國家重點實驗室

水沙科學與水利水電工程國家重點實驗室（以下簡稱“實驗室”）經科技部批準于2006年7月籌建，首任實驗室主任為王光謙院士。2008年、2013年、2018年，實驗室連續三次評估獲“優秀”。

緊盯前沿 服務國家

實驗室依托清華大學建設，立足國家需求、緊盯國際前沿，秉承清華“頂天、立地、樹人”的優良傳統，突出“綜合、交叉、互補”的學科優勢，倡導“工程科學、工程技術、工程實踐”三位一體的科研理念，重視“智庫、科學、技術”3個層次的原始創新，在水沙科學與水利水電工程領域發揮科技引領、支撐和示范作用，致力于成為國際水利科學與工程研究的著名機構、我國水利科學探索和技術創新的智力高地和優秀水利人才培養的重要基地。

實驗室的根本任務包括：（1）探索工程科學。當前水利學科研究已達到前所未有的廣度和深度，并且新的復雜科學問題不斷涌現，實驗室立足于學科前沿，努力開拓創新，推動和引領學科發展。（2）創新工程技術。實驗室重視系列化的成套技術研發，發明和發展具有我國自主知識產權的新材料、新工藝和實用工程技術及產品。（3）培養杰出人才。實驗室著重于杰出人才培養，著力于研究團隊建設，著眼于科學精神傳承，成為支撐我國水利水電事業可持續發展的重要人才基地。（4）服務國家重大需求。水利是國民經濟的命脈，實驗室把服務事關國計民生的重大需求作為主要任務，積極為國家水利戰略規劃和水利事業發展提供重要決策依據和技術支撐。

針對水利學科發展的工程科學領域和國家重大需求的工程技術領域，實驗室確立5個主要研究方向。

（1）水文水資源科學。此方向包括區域水文過程與水生態環境的耦合機理及模擬方法；水資源系統的協調及適應性優化理論及技術；水旱災害形成機理及預報方法；流域水資源系統理論及動力學模型；現代遙感與大數據技術。

（2）水沙科學與水環境。此方向包括流域水沙過程的動力學與調控機制；河、湖（庫）污染物輸移機理；河流過程、形態和功能的自然演化及與人類活動的相互作用；集約利用河流資源、實現河流工程可持續的理論、技術與措施。

（3）巖土力學與工程。此方向包括高壩壩基、高邊坡非線性破壞機理與設計理論；土動力學與土工抗震工程；巖土材料多尺度本構關系及巖土體多相多場耦合機制；巖土材料力學特性測試系統研發；環境巖土及地下資源開發。

（4）樞紐工程與智能管理。此方向包括復雜荷載作用下壩體材料工程特性和性能修復技術；高壩地基系統靜動力分析；樞紐工程長期性能與模擬技術；新壩型與新型水工結構；樞紐工程智能化設計、施工、運維技術。

（5）水動力學與水力機械。此方向包括水動力學與空化機理、多相流理論；水力機械動力特性及可靠性分析；水力機械系統動態學、內部流動機理與控制。

秉承傳統 堅持特色

實驗室秉承清華大學水利學科的優良傳統，始終堅持基礎理論研究和關鍵工程技術創新并重的特色，近年來在天空河流理論與工程研究、環境生態水沙動力學理論與技術、土體與結構一體化抗震設計理論研究與實踐、特高拱壩智能梯度控裂技術、復雜工況下水力機械不穩定性分析及其抑制研究方面，取得了一批高水平、有影響的重要成果。

天空河流理論與工程研究。王光謙院士于2014年提出“天河”猜想——大氣水汽通量場中存在著通量相對較高的水汽輸送網絡結構，形成全球及區域水汽輸送的主干通道，稱為“天河”。經過數年努力，研究團隊提出了“天河”和“白水”概念，建立了“天河”動力學方程、“白水”降水轉化分析方法，研發了空中水資源開發利用的關鍵技術和裝備，推動了國際大科學計劃的立項實施，引領國際天河研究，產生了廣泛的國內外影響。

白鶴灘水電站

環境生態水沙動力學理論與技術。此代表性成果在水—沙—河床、污染物、生物膜、底棲動物等多尺度相互作用理論和模擬技術體系方面取得系列原創突破。其中，水—沙—床同步量測平臺，破解了泥沙運動基礎認識的系列難題；生態環境泥沙基礎理論，解決了污染物在水—沙—床面分配定量化的難題；泥沙顆粒—生物膜—底棲動物—河床動力作用機制，解決了青藏高原地形急變帶河流生態評價難題。

土體與結構一體化抗震設計理論研究與實踐。土工抗震是結構抗震不可或缺的重要組成部分，以往不考慮土體與結構協同工作的抗震設計，輕視了土體的抗震能力，造成很大浪費和安全風險。此成果將土工抗震的研究對象從以往的只針對“土體”提升到更注重“土體與結構系統”，對帶有普遍性和基礎性的關鍵工程科學難題展開了長期深入研究，創建了以“土體與結構一體化設計”為核心的土工抗震理論與技術體系。基于此成果的抗震設計實踐，實驗室主持研編了國家標準《地下結構抗震設計標準》，是國內外第一部專門針對各種主要地下結構的抗震設計規范。

特高拱壩智能梯度控裂技術。特高拱壩基礎復雜、水推力巨大、應力水平高、安全穩定要求極高，一旦開裂就對其長期運行安全造成隱患，其防裂控裂技術一直是世界難題。實驗室圍繞施工中的壩塊防裂、橫縫適時張開兩個核心技術問題，突破了拱壩混凝土控裂技術瓶頸，取得了系列原創成果，并獲得2015年度國家科技進步獎二等獎。相關成果在我國溪洛渡、白鶴灘、烏東德等特高拱壩工程中得到應用，推廣應用前景廣闊。

復雜工況下水力機械不穩定性分析及其抑制研究。其中，針對空化、漩渦流動不穩定性機理的研究揭示了空化體積二階導數為低頻空化水壓脈動激增的根源，探明了水輪機在不同空化數下螺旋渦帶的形態演變過程及其誘發壓力脈動特征；率先捕捉到多個前緣凸起翼型吸力面上的復雜非周期性流場特征，為復雜工況下水力機械性能和穩定性的優化提供了重要的理論基礎和技術指導。

這些成果為水利學科發展、工程建設與江河治理、水資源合理利用與生態環境保護作出了重要貢獻，為開創云水資源新學科方向作出了寶貴探索。