2021年度大禹奖部分获奖成果展示

2021 年度大禹奖科技进步特等奖长三角地区水安全保障技术研究与应用

项目针对长三角地区面临的洪涝灾害、水资源供给、水生态环境等突出问题，以提升区域水安全保障科技支撑能力为总目标，围绕洪涝风险可控、水资源调配均衡、水环境容量提升的具体目标，从理论方法、技术体系、平台装备和示范应用层面开展研究，创新了区域水循环演变、河湖水动力与水环境响应机制、河湖多尺度水资源协同调度3个理论，突破了太湖全湖区风生流大比尺物理模型构建与模拟、长三角风—浪—潮作用下防洪安全预报预警、平原河网数据同化与多尺度分级智能模拟、多目标复杂江河湖库水资源协同联合调度和平原河网水动力智能调控、城市水品质提升等10 项关键技术，研发了水循环模拟平台和一体化海岛海水淡化装备，形成了长三角水安全保障系统性解决方案。

目前，项目技术成果已经在长三角地区系统应用，建成防洪安全保障、水资源联合调度、水环境品质提升3 类7 个示范区，实现了枯水季节供水保障率提高10%、河网水体流动性提高10%以上，形成15 亿m3以上水资源当量效益，产生直接经济效益超36 亿元，社会、经济与生态环境间接效益数百亿元。

此外，成果还推广应用到长三角的上海（嘉定、临港）、南京、无锡、徐州、宁波、绍兴、湖州、嵊泗以及珠三角的广州（南沙）、佛山、中山、东莞、天津、成都等20 多个地区，显著提升了长三角地区水安全保障能力和区域综合竞争力，将在长三角一体化发展国家战略中发挥示范引领作用。

2021 年度大禹奖技术发明一等奖复杂条件下土工多场多尺度测试关键技术及应用

土工测试是岩土工程学科的重要方向，肩负着获取土的基本参数、研究土的物理力学性质、建立土的本构模型、监测与评估岩土工程安全等重任。项目针对新阶段我国水利工程建设面临的高应力、高水头、高寒、高地震烈度等复杂条件，围绕应力、变形、渗流、温度等多场耦合作用下单元尺度、模型尺度、原位尺度的土工测试关键技术，形成了系列原创成果，具体体现在：

①针对高寒区土体长时间跨度冻融循环模拟与现场测试中的难题，提出了超重力条件下基于半导体换热的土体干湿—冻融循环模拟关键技术，自主研发了国内外首台超重力场冻融循环离心模型试验系统，研制了土体全断面冻胀变形和三维冻胀力监测设备，突破了土体多维冻融特性测试的技术瓶颈。

②为解决传统技术在高应力、高水头、大长度条件下的变形监测与渗流测试短板，自主研发了高土石坝坝体内部变形测量管道机器人系统及基于分布式传感光纤技术的变形测量技术，研制了国内外最大尺寸的双向数控渗透仪，实现了超长土石坝内部变形的连续高精度监测、160m 水头和6MPa上覆荷载下筑坝材料渗透试验，突破了高应力、高水头条件下变形监测与渗流测试技术瓶颈。

③围绕高地震烈度下土体动力测试过程中围压控制、超重力场振动台大尺度模拟的难题，发明了液压驱动围压补偿技术，自主研制了国内外首台大型液压式振动三轴仪，研发了NS-2 型电液伺服液压驱动式离心机振动台，满足了高地震烈度下大型水工建筑物动力测试与物理模型试验的需求。

④创新土体接触特性测试技术，自主研制了NHRI-4000 型高性能大型接触面直剪仪，满足了土与结构物接触面特性测试的需求，研发了土体薄弱层面剪切强度特性的三轴测试方法，实现了试验过程中土体剪切带参数的精准捕捉。

2021 年度大禹奖科学普及奖《威水超人》澳门节水系列科普作品

《威水超人》（“威水”是粤语中“厉害、了不起”的意思）是我国首套以“节水”为主题的粤语系列科普作品，作品立足澳门实际，采取了话剧、广告、AR、绘本等形式，动静相宜、形神皆具、视听兼备。话剧舞台性、代入感强，情节冲突引人入胜，通过艺术加工形式向观众直接展示节水宣传主题；广告诙谐幽默，受众范围广，宣传普及率高；AR 技术的应用通过手机端实现交互，极具视觉冲击力和感染力，使节水工作普及宣传有效实用；绘本主题鲜明、浅显易懂、色彩缤纷，独创的小游戏让小朋友和家人、老师等深度参与节水小任务，实现多元互动，节水妙招即学即会，深入人心。系列作品科普受众以学生为主体，继而扩展到澳门全社会，宣传我国水资源状况和澳门水情，开展节水科普教育，传播节水知识，将节水理念落实到生活中的点点滴滴。同时，系列作品体现了“饮水思源”的主题理念，通过“同饮一江水，思源怀祖国”等科普主题大力弘扬爱国主义教育。

系列作品得以广泛推介，科普范围立足本地、辐射全国，覆盖了澳门75%以上幼小学校，节水英雄“威水超人”和“水汪汪姐姐”已成为澳门节水宣传代言人，促进了澳门全民节水认识和节水习惯的形成，取得了显著的节水宣传效果。

2021 年度大禹奖创新团队奖大连理工大学高土石坝等土工构筑物高性能分析软件研发创新团队

我国约82%的水能资源集中在西部地区，该地区地震频发、强度大，强震区建坝“难以避让”，抗震安全是大坝设计的重中之重。商业通用软件难以满足高土石坝等大型土工构筑物建设中面临的多场耦合、强非线性、非连续、跨尺度、精细化分析等计算难题与技术挑战，基于通用型商业软件的二次开发也面临难度大、黑匣子多、调试困难等问题，更为重要的是没有自主知识产权，时刻存在“卡脖子”的风险。

研究团队聚焦国家重大战略需求，依托国家自然科学基金重大研究计划、重大项目、重点项目等30 余项国家级课题，通过整合“七五”“八五”“九五”“十五”期间开发的有限元分析程序，重构了新一代软件框架，并经过持续20 余年潜心研究积淀，集成国内外先进理论方法及团队创新成果，自主研发了高土石坝等土工构筑物高性能分析软件系统GEODYNA7.0 及系列配套软件（包括稳定分析GeoStable、FemStable2D 和FemStable3D、可视化前处理ArcherPre、反演分析InverProcedure 等），源代码约40 万行，克服了商用软件深度开发难、调试困难等诸多局限性，攻克了大坝—库水—地基全体系动力耦合作用、筑坝材料强非线性、非连续和跨尺度精细化等一系列重大技术难题，实现了我国高土石坝抗震安全分析软件完全取代国外商用软件，消除了“卡脖子”的威胁。

团队出版学术专著4 部，发表学术论文180 余篇（SCI收录90 余篇）；获国家科技进步奖和自然科学二等奖3 项、省部级科技特等奖和一等奖9 项。研发软件系统支撑了近100 名研究生的学位论文研究，推广应用于我国50 多个土石坝工程（七度以上地震区200m 以上高土石坝应用率约90%）和17 个核电厂工程（百万千瓦级的核电厂应用率约85%）。研究成果得到行业广泛认可，为我国水利水电工程技术成为走向世界的“国家名片”提供了关键支撑，经济与社会效益显著。

团队主要由8 名高土石坝等土工构筑物抗震和数值分析方向的学术骨干组成，包括中国工程院院士1 名、长江学者特聘教授1 名、国家“百千万人才工程”入选者1 名、长江学者青年教授1 名、新世纪优秀人才计划入选者1 名、中国科协青年人才托举工程入选者1 名。