山水間的工程建設
——水力學與山區(qū)河流開發(fā)保護國家重點實驗室

水力學與山區(qū)河流開發(fā)保護國家重點實驗室的前身為在四川大學設立的“高速水力學國家重點實驗室”?！案咚偎W國家重點實驗室”于1988年5月由國家計委批準設立，1990年1月，經(jīng)國家教委批準，實驗室正式向國內(nèi)外開放，并于1992年1月，正式通過國家驗收，成為我國水利水電科學領(lǐng)域的一支重要力量。2005年4月8日，經(jīng)國家科技部審核批準，由“高速水力學國家重點實驗室”更名為“水力學與山區(qū)河流開發(fā)保護國家重點實驗室”，成為我國最早的內(nèi)陸水利水電工程領(lǐng)域國家重點實驗室和從事應用基礎(chǔ)研究的工程類實驗室。

走進實驗室

水力學與山區(qū)河流開發(fā)保護國家重點實驗室以山區(qū)河流開發(fā)（尤其是高壩大型水利水電工程）和保護（尤其是山區(qū)河流開發(fā)所引起的河流健康和水環(huán)境保護）領(lǐng)域的科學研究、人才培養(yǎng)和開放平臺建設為主要任務；以我國西南山區(qū)河流和世界級高壩工程中的水力學（包括工程水力學、山區(qū)河流動力學和環(huán)境水力學）和巖石力學的應用基礎(chǔ)研究為主要特色；以建設工程水力學和山區(qū)河流開發(fā)保護領(lǐng)域國際一流的學術(shù)平臺，促進我國在水力學與山區(qū)河流開發(fā)保護領(lǐng)域的科技創(chuàng)新、人才培養(yǎng)和學術(shù)交流，支撐水利水電工程建設和山區(qū)河流災害防治為總體目標。

實驗室現(xiàn)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，擁有水利工程、力學、環(huán)境科學與工程3個博士學位授權(quán)一級學科，以及巖土工程、結(jié)構(gòu)工程和生態(tài)學3個博士學位授權(quán)點。同時，實驗室擁有一支實力雄厚、結(jié)構(gòu)合理的研究隊伍，副高級職稱以上研究人員占50%，碩士學歷以上占科研人員比例為67%，35歲以下人員占43%。學術(shù)帶頭人在把握和發(fā)展研究方向上起到關(guān)鍵作用，從而形成了實驗室明確的研究主攻方向和鮮明的學術(shù)特色，通過對外開放與國際交流，及時了解水科學在世界范圍內(nèi)的發(fā)展動向，促進了學術(shù)隊伍的提高，是培養(yǎng)博士、碩士等高層次科技人才的搖籃。

高壩工程泄水建筑物

實驗室科研設施齊全、設備精良，建筑面積近20000m2，實驗場約30000m2，擁有大型變壓箱及循環(huán)水洞系統(tǒng)、二維激光測速及動態(tài)粒子分析系統(tǒng)、粒度分析系統(tǒng)、大型變坡陡槽、多功能高速射流試驗系統(tǒng)、激光多普勒及PIV測速系統(tǒng)、激光粒度分析系統(tǒng)、高速攝像系統(tǒng)、遙感圖片分析系統(tǒng)等一大批總體國內(nèi)領(lǐng)先、部分國際先進的精密儀器和大型專業(yè)實驗設備25余臺（套）。

相互交叉的研究方向

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(qū)河流工程、環(huán)境水利學與山區(qū)河流保護、大壩與庫岸安全、水信息學與水利新技術(shù)。5個研究方向緊密圍繞以高壩工程為重點的山區(qū)河流開發(fā)及其相關(guān)的環(huán)境保護問題，構(gòu)成一個相互交叉的有機整體。

其中，高速水力學與高壩工程是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(shù)、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(shù)及高壩工程泄水建筑物優(yōu)化設計的理論與技術(shù)等。

河流動力學與山區(qū)河流工程以解決山區(qū)河流災害防治問題為首要目標，主要研究山區(qū)河流寬級配推移質(zhì)泥沙運動規(guī)律、實體和數(shù)值河流泥沙模擬技術(shù)及其應用、植被作用下復式河道河床演變特性，以及山洪形成與致災機理及其減災防災對策措施等。

環(huán)境水利學與山區(qū)河流保護以解決水利水電工程環(huán)境保護問題為首要目標，主要研究大型深水庫環(huán)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(tài)環(huán)境的影響與生態(tài)修復、河流生態(tài)需水與水電站生態(tài)調(diào)度的理論與應用以及水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的研究及擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的水環(huán)境監(jiān)測儀器研制開發(fā)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(chǔ)理論與方法、高陡邊坡變形失穩(wěn)機制與工程對策、高壩與地基穩(wěn)定的物理和數(shù)值模擬方法、大壩安全監(jiān)控與管理及水庫滑坡機理與防治技術(shù)等。

水信息學與水利新技術(shù)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(xiàn)象的數(shù)值模擬技術(shù)、梯級水電站優(yōu)化調(diào)度理論與技術(shù)和水利水電工程管理等。

面向西部戰(zhàn)場

根據(jù)地處西部的特點，實驗室積極面向西部大開發(fā)主戰(zhàn)場，先后承擔了西部大開發(fā)重點工程，結(jié)合金沙江、雅礱江、大渡河、岷江等江河上的大型工程，配合勘測設計、研究有關(guān)重大技術(shù)難題，已承擔各類大、中、小型電站的科學實驗任務多項，先后參與有關(guān)南水北調(diào)、三峽、溪洛渡、向家壩、龍灘、錦屏、小浪底、小灣、三板溪、瀑布溝、紫坪鋪、獅子坪、水布埡等水利水電工程與西藏建設工程等重點工程的課題研究。通過這些具有重要科學價值和工程應用前景的研究工作，充分鍛煉和體現(xiàn)了實驗室學術(shù)隊伍的能力和水平，同時為國家的水電事業(yè)建設做出了貢獻。2019年3月，實驗室在2018年工程領(lǐng)域和材料領(lǐng)域國家重點實驗室評估中被科技部評為工程領(lǐng)域良好類實驗室。

長期以來，受暴雨洪水與滑坡、泥石流災害的影響，山區(qū)河流床沙多為寬級配卵礫石泥沙，甚至會出現(xiàn)較多的漂石，從而影響近底水流結(jié)構(gòu)與推移質(zhì)輸移特性。水力學與山區(qū)河流開發(fā)保護國家重點實驗室在關(guān)于山區(qū)河流淺水條件下漂石對河床響應與泥沙補給影響的研究中，基于野外漂石河流的調(diào)查，通過概化水槽試驗，探討了漂石顆粒對河床沖淤的影響，同時他們還對比分析了不同水沙條件下漂石對推移質(zhì)輸沙率過程的影響，根據(jù)床面粗化程度與漂石狀態(tài)相異的兩種類型對比試驗，探討了漂石對不同水沙條件下推移質(zhì)輸沙率的影響程度。最終實驗室得出結(jié)論，隨著漂石顆粒相對淹沒度的減少，漂石對其尾部區(qū)域水流的混摻越加突出，從而對河床的沖刷能力變大，而根據(jù)本試驗采用的水沙參數(shù)，漂石對推移質(zhì)輸沙率的擴大效應為幾倍至十幾倍。

除此之外，實驗室還開展了關(guān)于結(jié)構(gòu)變化對魚道水力學特性影響的研究。在實驗中，為了研究底孔和坡度對魚道的流速、流態(tài)等水力學特性指標產(chǎn)生的影響，實驗室采用標準k－ε湍流模型對不同工況的魚道進行了數(shù)值模擬計算。研究表明，豎縫式魚道的最大流速一般出現(xiàn)在豎縫附近，并且對于豎縫處的測點，一般是底層流速更大； 增加底孔會降低豎縫處的流速，但底孔處流速偏大，而當放緩坡度一半時，豎縫處平均流速會降低約20%以上。實驗室由此推導出，就流速而言，放緩坡度會降低魚道中的流速，從而對魚類洄游有利。

培養(yǎng)科研人才

近年來，實驗室積極開展廣泛的國內(nèi)外學術(shù)交流及合作研究，邀請外國專家來室進行學術(shù)訪問。國外（境外）前往實驗室講學、交流、科技合作的學者共50多人次，有美國、英國、新西蘭的3名專家和留學生來室長期工作，并與國外重要水力學實驗室建立了不同形式的協(xié)作關(guān)系。日本山梨大學通過日本國文部省兩次提供2000萬日元用于雙邊交流及實驗室人員赴日本從事科研，英國丹迪大學通過英國文化基金會為實驗室提供了12人次在英國從事合作科研的全部經(jīng)費。此外，實驗室還和美國IOWA大學、美國克拉克遜大學、德國斯圖加特大學、英國伯明翰大學、日本九州大學、香港大學、香港城市大學、臺灣大學及英國瓦靈福德水力實驗室等建立了合作關(guān)系，并取得了一批實質(zhì)性的研究成果。

今后，實驗室將繼續(xù)通過高層次隊伍建設和現(xiàn)代化公共平臺建設，在工程水力學、山區(qū)河流動力學、高壩大庫水環(huán)境、大壩與庫岸安全以及梯級電站智能調(diào)度等領(lǐng)域達到和保持國際先進水平。