為山區河流開發利用保駕護航
——記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（以下簡稱“實驗室”）于1988年5月由原國家計委正式批準建設，1990年1月經原國家教委批準，正式向國內外開放，1992年1月通過國家驗收，2005年4月8日經科技部審核批準由“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”，是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之一。

淵源久遠 特色鮮明

四川大學的水利學科源自1944年建立的四川大學理工學院土木水利系。水力學及河流動力學早在1952年即被列為學校重點建設學科，1981年入選首批博士點，1988年被批準為全國唯一的水力學國家重點學科。2000年，水利工程學科獲準一級學科博士學位授予權。2005年，以實驗室為核心，獲教育部批準建設“985工程”科技創新Ⅰ類平臺。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，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，重點面向山區河流開發和保護，長期結合西南山區河流的特點開展研究，在工程水力學、山區河流泥沙、高壩大庫水環境、巖石力學等領域學科特色鮮明。

四川大學

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。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。

交叉研究 創新進取

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。

“坐底仿生水沙觀測系統”正式投放雅魯藏布江（楊雪 攝）

其中，高速水力學與高壩工程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，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則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，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，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，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，水利水電工程管理等。

實驗室承擔了包括國家重點研發計劃首席科學家項目、“973計劃”首席科學家項目課題，“863計劃”課題，科技支撐計劃課題，國家自然科學基金重點項目，重大國際合作項目等在內的一大批國家級應用基礎研究項目，取得了豐富的基礎理論研究成果，顯著提高了我國在本領域的理論研究水平。實驗室通過提升承擔國家重大科研任務的能力和高水平創新能力，不斷取得具有國際領先水平的標志性重要創新成果，從而有力地支撐我國水利水電建設和西部大開發。

凝聚隊伍 擔當重任

實驗室長期堅持培養與引進相結合的隊伍建設方針，歷多年的建設和發展，逐漸凝聚了一支具有“求是、創新、協作”精神、年齡梯次和知識結構合理的高水平科研團隊，在承擔重要科研任務、取得創新性科研成果、開展國內外學術交流與合作、培養研究生和實驗室公共平臺建設等方面發揮了重要作用。

2021年5月15日，由實驗室作為負責單位之一的國家第二次青藏高原綜合科學考察研究“水系固體物質源-匯過程與演變”專題分隊，成功在雅魯藏布江投放了實驗室自主研發的我國首個“坐底仿生水沙觀測系統”。中央電視臺、《科技日報》、人民網等國內主流媒體對此次活動進行了跟蹤報道。

“坐底仿生水沙觀測系統”是我國第一套專門用于山區河流強水動力環境條件下的水沙綜合觀測系統。系統主體支架研發耗時半年，是在同濟大學“金字塔框架”海洋觀測系統的基礎上，為適應山區河流強水動力條件改進而來。扁平的外形設計靈感來自長江流域支流上一種底棲魚——石巴子（又名石爬子）。系統搭載了多普勒剖面流速儀（ADCP）、激光粒度儀（L I S T）、高頻多普勒流速儀（ADV）、超級濁度儀、沉積物捕集器等先進觀測設備。經過早期縮尺模型水槽試驗、重慶北碚水文站試驗性投放和羊村水文站預投放試驗等多次嘗試后，于2021年5月15日上午10點成功投放于雅魯藏布江羊村水文斷面主流區。

此系統具有多要素、全過程、連續性監測功能，可實現對雅魯藏布江重要河段垂向流速分布、水流紊動強度和懸移質泥沙濃度、粒度等指標進行分鐘級連續監測；可通過對獲取的固體物質進行實驗室礦物成分測試，定量化研究青藏高原河流沉積物來源、組成及搬運動力過程。研究成果可為評估青藏高原生態環境變化、災害風險早期識別提供科學支撐。