护江河、守堤坝这些科技成果为水安全保驾护航

南京水利科学院牵头研发的“禹龙”号潜水器非常适合进行高坝大库的检测。受访单位供图

  6月21日上午,世界单机容量最大、在建规模最大的水电站——白鹤滩水电站14号机组发出了并网调试的第一度电。

  白鹤滩水电站装机容量1600万千瓦,建成后是仅次于三峡工程的世界第二大水电站。当世人目光集中到金沙江下游时,许多人不知道的是,在数千里之外的南京,还有一座1:50的“小白鹤滩水电站”。

  从2010年以来,水利部、交通运输部、国家能源局、南京水利科学研究院(以下简称南科院)的科技人员在此做了数不清的实验,确保白鹤滩水电站建成经得起时间和实践考验的世界级大坝。

  智慧水利守护江河安澜

  水是地球表层系统中最为活跃的因子,受气候变化的影响最为敏感。我国水资源和旱涝问题严峻,又是全球气候变化敏感区。

  在气候变化影响下,区域水资源和旱涝事件发生了哪些变化、为什么会变化、将来会怎样变化、如何应对等四大问题,是应对气候变化和水安全保障领域亟待解决的前沿和难点问题。

  “我们开展了基于分离耦合途径的区域水资源自然灾害机理研究,解决多因子驱动影响水资源变化和污染灾害变化的非线性难题。”水利部应对气候变化研究中心的专家表示。

  这一研究不仅阐明了千年和百年尺度黄淮海地区旱涝事件演变规律,又回答了“发生了哪些变化”“为什么会变化”以及“如何应对”等问题,该成果已被IPCC第五次评估报告、可持续发展国家报告、第三次气候变化国家评估报告,以及国家应对气候变化战略、规划和行动方案采纳,并荣获2018年度国家科技进步二等奖。

  “十三五”以来,南科院围绕服务国家重大战略和行业需求,强化水利科技创新,承担了水利、交通、能源等诸多领域前瞻性、基础性和关键性的科研任务,为“南水北调”“三峡工程”“白鹤滩水电站”等重大工程提供有力支撑。

  大国重器确保大坝安全

  眼下,正是降水最丰沛的季节,大江大河大水库等水利工程又迎来一年一度的安全大考。

  水利部数据显示,我国现有水库9万8千多座,但大部分建于20世纪50年代至70年代,受当时工程建设标准低、施工技术手段落后等因素影响,加之运行时间较长,部分水库存在有不同程度的病险问题。

  及时排查水库堤坝隐患,成为确保江河安澜和群众安全的重要任务。过去,水库检修多靠潜水员下潜拍照,再由技术人员判断应对。但往往拍回来的照片不一定是工程师想要的,而工程师又不会潜水。引进国外装备又面临技术壁垒,自主研发适合高坝大库深水环境检测、修补与加固装备迫在眉睫。

  2020年11月,一个身材浑圆、眼睛硕大、有点萌萌可爱的小家伙来到雅砻江锦屏一级水电

  站,一头扎进水下200米深处,并完成水下定位、附着物清理、喷墨示踪、激光测距等作业任务。

  “它就是南科院牵头研发的‘禹龙’号潜水器,可以搭载两名成员,还可以搭载三维成像、三维激光测距等作业工具,非常适合进行高坝大库的检测等工作。”水利部大坝中心专家介绍说。

  近年来,南科院持续创新,破解了一批事关行业科技进步的“卡脖子”技术和装备。

  走进南科院南京铁心桥基地,绿树掩映、飞鸟成群,有数座实验楼点缀其中。

  “我们现在所处的这栋楼号称中国的升船机博物馆,这里完成了国内几乎所有高水头船闸的水力学模型试验及升船机试验研究工作。”南科院水工水力学研究所有关负责同志说。

  在另一栋实验楼内,3座微缩版的水电站安身于此,其中就包括白鹤滩水电站1:50模型。高水头、大泄量如何消能,怎么设计才能减轻雾化的影响,如何减弱泄洪时下游河道的冲刷,提升泄洪效能该怎么做……这些重要设计都在这里完成试验。为了模拟水电站放水发电,科研人员建造了一个4000立方米的水库和2.5立方米/秒的水泵房,相当于一个30万人的小县城供水量。

  我国在澜沧江建设的梯级水电站,会不会阻碍了上游营养物质向下游输送,导致下游鱼类缺乏食物而减产?近年来,类似这样的质疑屡屡出现。

  “我们围绕梯级水电开发影响下生源要素循环与鱼类保护关键科学问题,自主研发了一系列采样监测新设备和感知传输系统,形成了梯级水电开发对鱼类生境影响机制分析与调控技术体系。”南科院生态环境研究所有关专家告诉记者,这项成果不仅改变了长期以来有关建坝对河流生源要素影响的传统认识,回应了国际社会近年来对我国水库温室气体排放的质疑,还有效解决了梯级水电工程影响下鱼类生境与种质资源保护问题,社会经济和生态效益显著。(记者 张 晔)

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