重大水利工程大坝深水检测及突发事件监测预警与应急处置

蔡跃波，盛金保，向衍

（1. 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，南京 210029；2. 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，南京 210029）

“国家重点研发计划”

重大水利工程大坝深水检测及突发事件监测预警与应急处置

蔡跃波1,2，盛金保1,2，向衍1,2

（1. 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，南京 210029；2. 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，南京 210029）

一、研究目标

水库大坝是保障国家水资源安全的重要基础设施，为突破大坝深水安全保障技术壁垒，攻克非常规条件下大坝溃决早期预警与应急处置技术瓶颈，整体提升重大水利工程大坝安全保障科技水平，项目拟针对非常规条件下大坝性能演化与灾变机理、极端条件下大坝安全诊断和风险控制理论与方法、深水环境下的大坝安全保障体系等关键科学问题，以及大坝深水检测修补加固技术和装备、极端条件下大坝失事早期预警与应急处置等关键技术，实现如下研究目标：

（1）在机理与规律方面，揭示极端条件及库水位骤升骤降等非常规运行工况下大坝服役性能演化规律与灾变触发机理；明晰突发事件应急临机决策与处置互馈响应机制。

（2）在理论与方法方面，建立非常规条件下大坝极限承载能力评估模型与破坏模式辨识方法；完善与丰富极端条件下大坝安全诊断及风险评估理论；构建大坝突发事件应急处置效果评价指标体系与评估方法；提出深水大坝渗漏多源信息融合诊断与评估方法。

（3）在技术与标准方面，创建极端条件下大坝安全判别准则、风险控制标准及失事早期预警标准；研发100m级深水环境大坝渗漏探测、大粒径淤积物疏浚、构筑物附着物清理、深孔泄水建筑物疏堵、极端条件下大坝损毁快速修复等关键技术，编制相应标准或指南。

（4）在材料与装备方面，突破100m级深水大坝安全保障技术壁垒，研制深水缺陷探测与智能作业水下机器人（ROV）以及小型化载人潜水作业装备；开发渗漏检测、应急监测与缺陷快速探测新设备；研发深水水下高性能修补加固系列材料。

（5）在系统与集成方面，研发基于大数据的大坝病险诊断专家系统；集成深水环境实测渗流场与ROV遥控与加固作业可视化平台；开发大坝突发事件监测预警及应急处置智能决策支持系统。

本项目紧密围绕水资源安全供给中重大水利工程大坝建设与安全运行方面的科技需求，重点开展水利工程大坝深水检测与修补加固技术和装备，以及特大洪水、强震、重大地质灾害、异常干旱、极端低温、战争与恐怖破坏等极端条件下大坝溃决早期监测预警与应急处置等关键技术研究，从而促进科技成果应用，培育和发展水安全产业，形成重点区域水资源安全供给系统性技术解决方案及配套技术装备。本项目也属于《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》确定的重点领域及其优先主题中的“10.公共安全”领域内容。

二、研究内容及技术路线

项目从基础与应用基础、应用技术研发、集成示范与推广三个层面进行全链条设计，通过调研、理论分析、试验观测、模型计算、新材料与新装备研制等手段综合应用，借助水工、岩土、材料、信息、控制、管理等多学科交叉融合，设置非常规条件下大坝极限承载能力与破坏模式、极端条件下大坝安全诊断与风险评估理论和方法、大坝失事早期预警标准与应急响应机制及处置效果评估方法、大坝深水渗漏探测技术与设备、大坝深水检测修补潜水器与加固平台、深水大粒径疏浚与构筑物附着物清理技术与装备、深孔泄水建筑物疏堵与闸门修复技术及装备、大坝突发事件应急监测与隐患快速探测新技术、深水环境大坝缺陷修补材料与技术及示范、极端条件下大坝应急抢险与损毁快速修复技术10个课题。项目技术路线图见图1。

三、预期成果与效益

水库大坝是调控水资源时空分布、优化水资源配置的重要工程措施，是江河防洪工程体系重要组成部分，是经济社会发展不可替代的基础设施，是生态环境改善不可分割的保障系统，关系防洪安全、供水安全、粮食安全乃至经济安全、生态安全、国家安全，具有很强的公益性、基础性、战略性。本项目研究成果直接服务于重大水利工程大坝深水检测与修补加固，以及溃坝突发事件监测预警与应急处置，为进一步健全我国大坝安全保障体系提供科技支撑，全面保障高坝大库安全运行，提高溃坝灾害防控能力，具有极高的科学价值和广阔的推广应用前景，社会效益、经济效益和生态环境效益极其显著。

图1 项目技术路线图

（1）科学价值。通过本项目协同攻关研究，研发新装备并取得专利技术和软件著作权，形成相关行业技术标准，并在典型工程中示范应用，将突破大坝深水安全保障技术壁垒，攻克非常规条件下大坝溃决早期预警与应急处置技术瓶颈，全面提升水资源领域科技创新水平，极大促进行业科技进步，支撑未来国家水资源安全保障实践。

（2）社会效益。大坝安全是重大公共安全课题，面对工程老化和极端事件的不利影响，大坝出险甚至溃坝事故仍偶有发生。本项目研究成果为大坝安全运行和应急管理提供先进的技术保障，特别是大坝深水检测修补潜水器与加固平台、大坝深水渗漏探测、深孔泄水建筑物疏堵与闸门修复、大坝突发事件应急监测与隐患快速探测、深水环境大坝缺陷修补、极端条件下大坝应急抢险与损毁快速修复等关键技术均是增强溃坝灾害防控能力的必要保障手段，可最大程度减免溃坝灾害给公共安全、人民生命财产及经济社会发展造成的巨大破坏，保障公共安全和经济社会可持续发展, 社会效益显著、影响深远。

（3）经济效益。项目成果为水库大坝应急管理及高坝大库深水检测与修补加固提供先进技术手段，优化协调水库大坝发电、灌溉、供水等综合效益，由此带来的直接经济效益难以估量。基于项目研究成果形成的可推广的深水渗漏检测技术及设备为水库大坝水下检测提供了新的手段，为高坝大库的深水检测提供了全新的成套解决方案；将先进的水下机器人检测技术运用于水利行业，将极大推进水利智能化、自动化的发展，直接经济效益显著；深水大粒径疏浚与构筑物附着物清理技术与装备对保障高坝大库安全运行和延长使用寿命意义重大，产生的直接经济效益和间接经济效益均十分巨大。与此同时，对水库突发事件的科学应急管理可以减少溃坝灾害盲目防范和应对方式粗放所付代价，显著提升应急管理水平与事故防范效率，大大降低管理与防范成本；研发的大坝突发事件应急监（检）测和应急抢险实用技术与装备，可有效降低溃决风险、减少生命和财产损失、加快灾后重建，具有广阔的推广应用前景，经济效益巨大。

（4）环境效益。水库大坝是生态环境改善不可分割的保障系统，一旦溃坝将极大破坏生态环境。本项目研究解决的大坝深水检测修补技术装备与极端事件大坝溃决监测预警与应急处置技术，均是减少与控制水库大坝特别是高坝大库溃坝灾害、降低溃坝风险的核心和关键技术，其环境效益也是巨大的。

10.16868/j.cnki.1674-6252.2017.05.105

国家重点研发计划“水资源高效开发利用”重点专项（2016YFC0401600）。

蔡跃波（1958—），男，教授级高工，博士生导师，主要从事水库大坝安全管理与工程材料研究，E-mail:ybcai@nhri.cn。