2021年度大禹獎(jiǎng)部分獲獎(jiǎng)成果展示

2021 年度大禹獎(jiǎng)科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)長(zhǎng)三角地區(qū)水安全保障技術(shù)研究與應(yīng)用

項(xiàng)目針對(duì)長(zhǎng)三角地區(qū)面臨的洪澇災(zāi)害、水資源供給、水生態(tài)環(huán)境等突出問(wèn)題，以提升區(qū)域水安全保障科技支撐能力為總目標(biāo)，圍繞洪澇風(fēng)險(xiǎn)可控、水資源調(diào)配均衡、水環(huán)境容量提升的具體目標(biāo)，從理論方法、技術(shù)體系、平臺(tái)裝備和示范應(yīng)用層面開(kāi)展研究，創(chuàng)新了區(qū)域水循環(huán)演變、河湖水動(dòng)力與水環(huán)境響應(yīng)機(jī)制、河湖多尺度水資源協(xié)同調(diào)度3個(gè)理論，突破了太湖全湖區(qū)風(fēng)生流大比尺物理模型構(gòu)建與模擬、長(zhǎng)三角風(fēng)—浪—潮作用下防洪安全預(yù)報(bào)預(yù)警、平原河網(wǎng)數(shù)據(jù)同化與多尺度分級(jí)智能模擬、多目標(biāo)復(fù)雜江河湖庫(kù)水資源協(xié)同聯(lián)合調(diào)度和平原河網(wǎng)水動(dòng)力智能調(diào)控、城市水品質(zhì)提升等10 項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)了水循環(huán)模擬平臺(tái)和一體化海島海水淡化裝備，形成了長(zhǎng)三角水安全保障系統(tǒng)性解決方案。

目前，項(xiàng)目技術(shù)成果已經(jīng)在長(zhǎng)三角地區(qū)系統(tǒng)應(yīng)用，建成防洪安全保障、水資源聯(lián)合調(diào)度、水環(huán)境品質(zhì)提升3 類(lèi)7 個(gè)示范區(qū)，實(shí)現(xiàn)了枯水季節(jié)供水保障率提高10%、河網(wǎng)水體流動(dòng)性提高10%以上，形成15 億m3以上水資源當(dāng)量效益，產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益超36 億元，社會(huì)、經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境間接效益數(shù)百億元。

此外，成果還推廣應(yīng)用到長(zhǎng)三角的上海（嘉定、臨港）、南京、無(wú)錫、徐州、寧波、紹興、湖州、嵊泗以及珠三角的廣州（南沙）、佛山、中山、東莞、天津、成都等20 多個(gè)地區(qū)，顯著提升了長(zhǎng)三角地區(qū)水安全保障能力和區(qū)域綜合競(jìng)爭(zhēng)力，將在長(zhǎng)三角一體化發(fā)展國(guó)家戰(zhàn)略中發(fā)揮示范引領(lǐng)作用。

2021 年度大禹獎(jiǎng)技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)復(fù)雜條件下土工多場(chǎng)多尺度測(cè)試關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用

土工測(cè)試是巖土工程學(xué)科的重要方向，肩負(fù)著獲取土的基本參數(shù)、研究土的物理力學(xué)性質(zhì)、建立土的本構(gòu)模型、監(jiān)測(cè)與評(píng)估巖土工程安全等重任。項(xiàng)目針對(duì)新階段我國(guó)水利工程建設(shè)面臨的高應(yīng)力、高水頭、高寒、高地震烈度等復(fù)雜條件，圍繞應(yīng)力、變形、滲流、溫度等多場(chǎng)耦合作用下單元尺度、模型尺度、原位尺度的土工測(cè)試關(guān)鍵技術(shù)，形成了系列原創(chuàng)成果，具體體現(xiàn)在：

①針對(duì)高寒區(qū)土體長(zhǎng)時(shí)間跨度凍融循環(huán)模擬與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中的難題，提出了超重力條件下基于半導(dǎo)體換熱的土體干濕—凍融循環(huán)模擬關(guān)鍵技術(shù)，自主研發(fā)了國(guó)內(nèi)外首臺(tái)超重力場(chǎng)凍融循環(huán)離心模型試驗(yàn)系統(tǒng)，研制了土體全斷面凍脹變形和三維凍脹力監(jiān)測(cè)設(shè)備，突破了土體多維凍融特性測(cè)試的技術(shù)瓶頸。

②為解決傳統(tǒng)技術(shù)在高應(yīng)力、高水頭、大長(zhǎng)度條件下的變形監(jiān)測(cè)與滲流測(cè)試短板，自主研發(fā)了高土石壩壩體內(nèi)部變形測(cè)量管道機(jī)器人系統(tǒng)及基于分布式傳感光纖技術(shù)的變形測(cè)量技術(shù)，研制了國(guó)內(nèi)外最大尺寸的雙向數(shù)控滲透儀，實(shí)現(xiàn)了超長(zhǎng)土石壩內(nèi)部變形的連續(xù)高精度監(jiān)測(cè)、160m 水頭和6MPa上覆荷載下筑壩材料滲透試驗(yàn)，突破了高應(yīng)力、高水頭條件下變形監(jiān)測(cè)與滲流測(cè)試技術(shù)瓶頸。

③圍繞高地震烈度下土體動(dòng)力測(cè)試過(guò)程中圍壓控制、超重力場(chǎng)振動(dòng)臺(tái)大尺度模擬的難題，發(fā)明了液壓驅(qū)動(dòng)圍壓補(bǔ)償技術(shù)，自主研制了國(guó)內(nèi)外首臺(tái)大型液壓式振動(dòng)三軸儀，研發(fā)了NS-2 型電液伺服液壓驅(qū)動(dòng)式離心機(jī)振動(dòng)臺(tái)，滿足了高地震烈度下大型水工建筑物動(dòng)力測(cè)試與物理模型試驗(yàn)的需求。

④創(chuàng)新土體接觸特性測(cè)試技術(shù)，自主研制了NHRI-4000 型高性能大型接觸面直剪儀，滿足了土與結(jié)構(gòu)物接觸面特性測(cè)試的需求，研發(fā)了土體薄弱層面剪切強(qiáng)度特性的三軸測(cè)試方法，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)過(guò)程中土體剪切帶參數(shù)的精準(zhǔn)捕捉。

2021 年度大禹獎(jiǎng)科學(xué)普及獎(jiǎng)《威水超人》澳門(mén)節(jié)水系列科普作品

《威水超人》（“威水”是粵語(yǔ)中“厲害、了不起”的意思）是我國(guó)首套以“節(jié)水”為主題的粵語(yǔ)系列科普作品，作品立足澳門(mén)實(shí)際，采取了話劇、廣告、AR、繪本等形式，動(dòng)靜相宜、形神皆具、視聽(tīng)兼?zhèn)?。話劇舞臺(tái)性、代入感強(qiáng)，情節(jié)沖突引人入勝，通過(guò)藝術(shù)加工形式向觀眾直接展示節(jié)水宣傳主題；廣告詼諧幽默，受眾范圍廣，宣傳普及率高；AR 技術(shù)的應(yīng)用通過(guò)手機(jī)端實(shí)現(xiàn)交互，極具視覺(jué)沖擊力和感染力，使節(jié)水工作普及宣傳有效實(shí)用；繪本主題鮮明、淺顯易懂、色彩繽紛，獨(dú)創(chuàng)的小游戲讓小朋友和家人、老師等深度參與節(jié)水小任務(wù)，實(shí)現(xiàn)多元互動(dòng)，節(jié)水妙招即學(xué)即會(huì)，深入人心。系列作品科普受眾以學(xué)生為主體，繼而擴(kuò)展到澳門(mén)全社會(huì)，宣傳我國(guó)水資源狀況和澳門(mén)水情，開(kāi)展節(jié)水科普教育，傳播節(jié)水知識(shí)，將節(jié)水理念落實(shí)到生活中的點(diǎn)點(diǎn)滴滴。同時(shí)，系列作品體現(xiàn)了“飲水思源”的主題理念，通過(guò)“同飲一江水，思源懷祖國(guó)”等科普主題大力弘揚(yáng)愛(ài)國(guó)主義教育。

系列作品得以廣泛推介，科普范圍立足本地、輻射全國(guó)，覆蓋了澳門(mén)75%以上幼小學(xué)校，節(jié)水英雄“威水超人”和“水汪汪姐姐”已成為澳門(mén)節(jié)水宣傳代言人，促進(jìn)了澳門(mén)全民節(jié)水認(rèn)識(shí)和節(jié)水習(xí)慣的形成，取得了顯著的節(jié)水宣傳效果。

2021 年度大禹獎(jiǎng)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)獎(jiǎng)大連理工大學(xué)高土石壩等土工構(gòu)筑物高性能分析軟件研發(fā)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)

我國(guó)約82%的水能資源集中在西部地區(qū)，該地區(qū)地震頻發(fā)、強(qiáng)度大，強(qiáng)震區(qū)建壩“難以避讓”，抗震安全是大壩設(shè)計(jì)的重中之重。商業(yè)通用軟件難以滿足高土石壩等大型土工構(gòu)筑物建設(shè)中面臨的多場(chǎng)耦合、強(qiáng)非線性、非連續(xù)、跨尺度、精細(xì)化分析等計(jì)算難題與技術(shù)挑戰(zhàn)，基于通用型商業(yè)軟件的二次開(kāi)發(fā)也面臨難度大、黑匣子多、調(diào)試?yán)щy等問(wèn)題，更為重要的是沒(méi)有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，時(shí)刻存在“卡脖子”的風(fēng)險(xiǎn)。

研究團(tuán)隊(duì)聚焦國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，依托國(guó)家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃、重大項(xiàng)目、重點(diǎn)項(xiàng)目等30 余項(xiàng)國(guó)家級(jí)課題，通過(guò)整合“七五”“八五”“九五”“十五”期間開(kāi)發(fā)的有限元分析程序，重構(gòu)了新一代軟件框架，并經(jīng)過(guò)持續(xù)20 余年潛心研究積淀，集成國(guó)內(nèi)外先進(jìn)理論方法及團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新成果，自主研發(fā)了高土石壩等土工構(gòu)筑物高性能分析軟件系統(tǒng)GEODYNA7.0 及系列配套軟件（包括穩(wěn)定分析GeoStable、FemStable2D 和FemStable3D、可視化前處理ArcherPre、反演分析InverProcedure 等），源代碼約40 萬(wàn)行，克服了商用軟件深度開(kāi)發(fā)難、調(diào)試?yán)щy等諸多局限性，攻克了大壩—庫(kù)水—地基全體系動(dòng)力耦合作用、筑壩材料強(qiáng)非線性、非連續(xù)和跨尺度精細(xì)化等一系列重大技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)高土石壩抗震安全分析軟件完全取代國(guó)外商用軟件，消除了“卡脖子”的威脅。

團(tuán)隊(duì)出版學(xué)術(shù)專(zhuān)著4 部，發(fā)表學(xué)術(shù)論文180 余篇（SCI收錄90 余篇）；獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)和自然科學(xué)二等獎(jiǎng)3 項(xiàng)、省部級(jí)科技特等獎(jiǎng)和一等獎(jiǎng)9 項(xiàng)。研發(fā)軟件系統(tǒng)支撐了近100 名研究生的學(xué)位論文研究，推廣應(yīng)用于我國(guó)50 多個(gè)土石壩工程（七度以上地震區(qū)200m 以上高土石壩應(yīng)用率約90%）和17 個(gè)核電廠工程（百萬(wàn)千瓦級(jí)的核電廠應(yīng)用率約85%）。研究成果得到行業(yè)廣泛認(rèn)可，為我國(guó)水利水電工程技術(shù)成為走向世界的“國(guó)家名片”提供了關(guān)鍵支撐，經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益顯著。

團(tuán)隊(duì)主要由8 名高土石壩等土工構(gòu)筑物抗震和數(shù)值分析方向的學(xué)術(shù)骨干組成，包括中國(guó)工程院院士1 名、長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授1 名、國(guó)家“百千萬(wàn)人才工程”入選者1 名、長(zhǎng)江學(xué)者青年教授1 名、新世紀(jì)優(yōu)秀人才計(jì)劃入選者1 名、中國(guó)科協(xié)青年人才托舉工程入選者1 名。