监测水利工程 惠泽祖国民生——记中国水利水电科学研究院结构材料研究所高级工程师张龑

卫婷婷

张龑

水润民生，“水”是生态文明建设发力的关键点。我国历史上有许多伟大的水利工程，其中比较知名的有都江堰、京杭大运河、灵渠、坎儿井等，这些水利工程矗立在祖国的不同地区，是祖国的水利兴民事业的关键组成部分。

水利工程的建设关系到千秋万代，因此并不能只争一朝一夕。随着时间的流逝，其未来的监测与维护及风险预测也是一项持久的科技攻坚战。2022年以来，我国目标以重大水利工程、病险水库除险加固、灌区建设和现代化改造、水生态保护和中小河流治理及供水工程5类水利项目为重点，积极扩大有效投资。根据国务院常务会议精神和《关于切实加强水库除险加固和运行管护工作的通知》要求，“十四五”期间，水库除险加固的主要目标任务是，到2025年年底，全部完成现有病险水库的除险加固任务，总量预计1.94万座。如此浩大的工程，需要更多科技力量的支撑。

作为水利水电领域的青年科研工作者，中国水利水电科学研究院结构材料研究所高级工程师张龑多年来在水工结构振动和损伤识别、混凝土智能温控技术、结构健康新技术等技术研究中不断开拓，在深入祖国各个地区进行水利工程的监测与技术攻关的过程中积累了丰富的科研实践经验。“在国家政策的大背景下，我也希望能够为祖国的水利工程事业出一份力。”他说。水利兴则国兴，多年来张龑一直在这份事业上践行着自己的理想。因其在相关领域做出的突出科研成果，他还成功入选了水利部“2021年度水利青年拔尖人才”。

转换跑道——结缘水利工程研究

在考入大学之前，张龑曾学习了10年的美术，因此从事设计相关的工作一直是他的梦想。为了能够在相关领域深耕，高考毕业时，张龑毅然决然报考西北农林大学的优势学科——水利水电工程专业，并成功被录取。虽然经过大学4年的学习，张龑意识到这一专业的学习内容与美术设计关联并不大，但他却对水利水电工程这一领域产生了莫大兴趣。

兴趣是最好的老师，如果说最初选择这一专业是因为懵懂，现如今张龑则可以坚定地回答：“选择水利水电工程专业，是因为发自内心的热爱。”本科4年，张龑在这一领域中打下了扎实的专业基础，并取得了优异的专业成绩。大学毕业时，品学兼优的他被成功推免到天津大学水利工程专业，师从练继建教授进行硕博连读。

硕博阶段，张龑开始接触到更多科研项目。从小喜欢钻研的性格让他在研究中愈渐深入，在相关领域积累了丰富的经验。

2012年，张龑便开始跟随导师投入向家坝水电站的研究项目中，而这一项目也是其科研之路的关键节点。

向家坝水电站位于云南省水福市和四川省宜宾市的交界处，是一座以发电为主，兼有防洪、灌溉等综合效益的大型水利枢纽工程。其主要建筑物为地下厂房、左岸泄洪洞及引水系统，总库容约555亿立方米。电站21世纪初开始筹建，2006年正式动工。在大坝的建设过程中，人们发现：每次水库正常蓄水后，就会引发临近县城的震动，有的楼房甚至出现了裂缝，因此引起了当地居民的极大恐慌。

为了更好地解决相关科研问题，众多行业内的专家开始开会讨论，张龑也跟随自己的导师投身到相关研究中。在这段科研攻坚的日子里，张龑和研究团队成员白天一起做实验，晚上处理相关实验数据，几乎每天都要工作到晚上十一二点。最后他们的研究方案在众多团队中脱颖而出，得到了向家坝工程单位的青睐。

在这一项目中，张龑和团队成员根据向家坝工程场地振动的形成过程，以及结构振动系统的输入（泄流激励）、结构（多振源-泄流结构-场地振动传播系统）和输出（振动响应）三者相互关系，从理论上分析了泄流结构-大坝-周边场地在泄流激励下的系统振动规律。在相关研究基础之上，他又基于信号传播规律的特殊处理方式，确定了泄洪工程不同振源对场地振动的贡献量，建立了大型水工结构动力问题的有限元-无限耦合方法，实现了利用振源对泄洪工程场地振动强度和频谱分布规律的预测。相关研究成果为泄洪工程的前期设计及后期安全运行，在消除或减缓场地振动方面提供了一定的理论依据和技术支撑。“基于相关理论基础，我们给相关单位提出了一套解决方案，让其根据流量的大小，设计大坝的开孔方式，通过几年的沿用，效果显著。”而这一项目研究经历，也为张龑今后在相关领域开拓打下了坚实的基础。

在之后的求学之路上，张龑一门心思投入研究工作中去，先后参加了多项水利工程领域的研究项目，在领域内发表了多篇理论文章，最终于2015年6月顺利获得了天津大学水利工程专业博士学位。

创新不倦——为水利工程输入新思想

脚踏实地，久久为功。在张龑看来，科学研究是一场长距离旅程。在这一过程中，一定要耐得住寂寞。有目标、有决心，方能在研究领域实现自己的理想与价值。为了能够将自己在水利工程领域所取得的研究成果延续下去，2015年7月张龑进入了中国水利水电科学研究院水电中心（结构材料研究所）工作，在这里开始了全新的水利工程筑梦之旅。

中国的水利水电研究一直是基于祖国的行业现状而开展的。来到中国水利水电科学研究院这一平台后，随着国家政策的改变，张龑的研究方向也根据国家在相关领域的大环境做出了改变。“我之前主要研究各种水利设施在运行过程中的安全问题，现如今更关注各类水利设施在建设过程中的监测问题。”他说。来到中国水利水电科学研究院半年后，张龑还于2016年3月—2017年4月被借调到了水利部安全监督司。不同平台的历练，给了他不同的研究体验，也让他的科研水平在无形中得到了提升。

作为一名青年科研人，张龑始终认为：青年人应该永葆创新意识，做科研创新的排头兵。但是，随着水利工程专业的发展，生产性项目越来越多，许多水利工程领域创新性技术的开展变得十分艰难。为了打破这一现状，将自己的研究上升到新的阶段，2019年9月，张龑在国家留学基金委资助下前往美国塔夫茨大学（Tufts University），与国际知名学者开展合作研究。“通过这次研究之旅，我希望能给自己的研究输入更多新的思想。”张龑说。

然而这段研究旅程并没有想象中顺利，2019年年底新型冠状病毒感染疫情的突然来袭，让张龑的研究进程受到了极大影响。这段时间张龑在远程办公的同时，开始大量阅读领域内的相关文献，并在这一时期接触到了数字孪生这一水利工程领域的新兴技术。

数字孪生，也被称为数字映射、数字镜像，是智慧科学领域热门、前沿的概念，其显著特征是对实体对象的动态仿真。近些年来，数字孪生在水利工程建设过程的运用越来越广泛。在“数字孪生流域建设先行先试工作（2022—2023）”中，国家计划用2年左右时间在大江大河重点河段、主要支流、重要水利工程中，加强数字孪生、物联网、大数据、人工智能、5G等新一代信息技术与水利业务深度融合，在促进业务协同、创新工作模式、提升服务效能方面不断取得突破，打造一批可推广、可复制的成果和经验，带动全国数字孪生流域建设。在这一国家水利工程领域的发展大背景下，张龑回国后打算全身心投入数字孪生在水利功能领域的应用工作中去，为我国的水利事业发展注入新的能量。

张龑出国访学

回国后，张龑马不停蹄投入他所主持的国家自然科学基金青年基金项目“高坝泄洪诱发场地振动振源特性研究”中，而这一项目主要针对的便是向家坝工程遗留的科研问题而展开的。在这一项目中，张龑结合自己在相关领域积累的科研经验，成功研究出一套振源识别方法，并在领域里发表了相关学术文章。传统的方法主要通过传感器来进行振动数据的传输，之后科研人员再根据相关数据进行计算，现如今张龑选择采用摄像机来进行振动情况的分析，监测分析一体化，不仅减少了人工的成本，工作更加便捷，且精确度也有了极大的提升。

硕果累累——在项目研究中锤炼积淀

一步一个脚印，张龑奋斗的印记镌刻在了一个个水利工程现场，而他的科研理想，也在多年的不舍寸功中逐渐开花结果。

随着研究能力的提升，张龑逐渐承担起更多艰巨的科研任务。近些年来，他曾主持“十三五”国家重点研发计划专题2项、国家重点实验室自主课题1项、中国水科院专项3项，以及多项横向项目。作为技术骨干，参与国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目及其他国家和省部级重大课题十余项，承担深中通道、QBT水利枢纽等国内重大工程的科研和咨询工作，在项目研究中积累了丰富的经验。

深中通道为粤港澳大湾区核心枢纽工程，全长24公里，海底隧道长约6.8公里，沉管段长约5000米，由32个管节和1个最终接头组成，是世界最宽的钢壳混凝土海底沉管隧道。“沉管是由两个钢壳子中间塞进去混凝土而组成的，而混凝土在干燥的过程中，有膨胀或者收缩的可能性，但是在工艺上却要求两个钢壳子中间要完全重合。”张龑说。

但是一般来说，施工过程中无法保证如此理想化的结果，很有可能出现一些缝隙，而这些缝隙有没有影响整体的结构安全，便是深中通道所面临的关键问题。从2019年起，张龑所在的科研团队负责跟进这一科研项目，到现在为止已经完成了28个管节的检测，检测精度达到了毫米级。在他们的检测结果支撑下，深中通道的负荷率超过了93%。

水利工程研究需要时常扎根在项目一线。一年之内，张龑差不多有一半的时间都在全国各地出差，有时候在一个地方一待就是两三个月。水利工程一线，充满着许多不确定性，为了不耽误工程进度，张龑和团队成员熬夜攻关成了家常便饭。至今他仍记得在参加山西三河口的温控项目时，和团队熬夜工作到半夜两点，因为山里昼夜温差大，他发烧了两周身体才逐渐恢复。参加科研以来，诸如此类的事例比比皆是，但张龑没叫过一句苦。在他看来，所有的困难，都抵不过科研工作者的使命感。正是靠着这种脚踏实地的科研精神，张龑在科研之路上一步步成长，研究成果在大藤峡、丰满重建、西气东输等重大工程应用，经济社会效益显著。能将科研成果真正造福于祖国的水利工程建设，对于张龑来说，这便是对他科研付出的最大回报。

回望多年的科研之路，张龑心里十分感谢父母与恩师的引领。因为父母都在高校从事教职工作，所以张龑遇到的很多不管是工作还是生活中的问题，父母都会给他很多有益的建议。生活中有了烦恼，父母也是自己最忠实的聆听者。而恩师更是像灯塔一样，为他照耀科研前路，让他在这条道路上行走得更加坚定。

“我一直认为自己是一个随遇而安的人。”张龑直言。在所处的环境中，身上有什么责任，自己应该做什么，他始终有着清晰的认知。“一代代水利工程科研人都是在艰苦的环境中奋斗过来的，作为这一领域的青年科研人，我觉得自己也不能落后。”他坚定地说。

日月其迈，岁律更新。作为一名青年科研工作者，张龑始终使命在肩。青年科研人是祖国建设的中坚力量，未来他仍会将自己全部的精力放到水利工程事业中去，将数字孪生在这一领域的应用做得更加扎实，完善各类病险水库的监测，使水利工程能够长长久久地造福我国的千秋大业。