為山區(qū)河流開發(fā)利用保駕護(hù)航
——記水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國家重點實驗室

水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國家重點實驗室（以下簡稱“實驗室”）于1988年5月由原國家計委正式批準(zhǔn)建設(shè)，1990年1月經(jīng)原國家教委批準(zhǔn)，正式向國內(nèi)外開放，1992年1月通過國家驗收，2005年4月8日經(jīng)科技部審核批準(zhǔn)由“高速水力學(xué)國家重點實驗室”更名為“水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國家重點實驗室”，是我國最早的內(nèi)陸水利水電工程領(lǐng)域國家重點實驗室和從事應(yīng)用基礎(chǔ)研究的工程類實驗室之一。

淵源久遠(yuǎn) 特色鮮明

四川大學(xué)的水利學(xué)科源自1944年建立的四川大學(xué)理工學(xué)院土木水利系。水力學(xué)及河流動力學(xué)早在1952年即被列為學(xué)校重點建設(shè)學(xué)科，1981年入選首批博士點，1988年被批準(zhǔn)為全國唯一的水力學(xué)國家重點學(xué)科。2000年，水利工程學(xué)科獲準(zhǔn)一級學(xué)科博士學(xué)位授予權(quán)。2005年，以實驗室為核心，獲教育部批準(zhǔn)建設(shè)“985工程”科技創(chuàng)新Ⅰ類平臺。實驗室現(xiàn)擁有水力學(xué)及河流動力學(xué)、巖土工程和固體力學(xué)3個國家重點學(xué)科，水利工程、力學(xué)、環(huán)境科學(xué)與工程3個博士學(xué)位授權(quán)一級學(xué)科，以及巖土工程、結(jié)構(gòu)工程和生態(tài)學(xué)3個博士學(xué)位授權(quán)點，重點面向山區(qū)河流開發(fā)和保護(hù)，長期結(jié)合西南山區(qū)河流的特點開展研究，在工程水力學(xué)、山區(qū)河流泥沙、高壩大庫水環(huán)境、巖石力學(xué)等領(lǐng)域?qū)W科特色鮮明。

四川大學(xué)

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(hù)（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(hù)）領(lǐng)域的科學(xué)研究、人才培養(yǎng)和開放平臺建設(shè)為主要任務(wù)；以我國西南山區(qū)河流和世界級高壩工程中的水力學(xué)（包括工程水力學(xué)、山區(qū)河流動力學(xué)和環(huán)境水力學(xué)）和巖石力學(xué)的應(yīng)用基礎(chǔ)研究為主要特色；以建設(shè)工程水力學(xué)和山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)領(lǐng)域國際一流的學(xué)術(shù)平臺，促進(jìn)我國在水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)領(lǐng)域的科技創(chuàng)新、人才培養(yǎng)和學(xué)術(shù)交流，支撐水利水電工程建設(shè)和山區(qū)河流災(zāi)害防治為總體目標(biāo)。通過高層次隊伍建設(shè)和現(xiàn)代化公共平臺建設(shè)，在工程水力學(xué)、山區(qū)河流動力學(xué)、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(dá)到和保持國際先進(jìn)水平。

交叉研究 創(chuàng)新進(jìn)取

實驗室擁有5個研究方向，包括：高速水力學(xué)與高壩工程，河流動力學(xué)與山區(qū)河流工程，環(huán)境水利學(xué)與山區(qū)河流保護(hù)，大壩與庫岸安全，水信息學(xué)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(hù)問題，構(gòu)成一個相互交叉的有機(jī)整體。

“坐底仿生水沙觀測系統(tǒng)”正式投放雅魯藏布江（楊雪 攝）

其中，高速水力學(xué)與高壩工程以解決高壩工程泄洪安全問題為首要目標(biāo)，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(yù)測和控制，高水頭泄水建筑物摻氣減蝕新技術(shù)，高壩工程泄水建筑物優(yōu)化設(shè)計的理論與技術(shù)等。河流動力學(xué)與山區(qū)河流工程則以解決山區(qū)河流災(zāi)害防治問題為首要目標(biāo)，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(yīng)用，植被作用下復(fù)式河道河床演變特性，山洪形成與致災(zāi)機(jī)理及其減災(zāi)防災(zāi)對策措施等。環(huán)境水利學(xué)與山區(qū)河流保護(hù)以解決水利水電工程環(huán)境保護(hù)問題為首要目標(biāo)，主要研究：大型深水庫環(huán)境水力學(xué)特性，水體中污染物運動的預(yù)測，水利水電工程對生態(tài)環(huán)境的影響與生態(tài)修復(fù)，河流生態(tài)需水與水電站生態(tài)調(diào)度的理論與應(yīng)用，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(biāo)，主要研究：巖土力學(xué)基礎(chǔ)理論與方法，高陡邊坡變形失穩(wěn)機(jī)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，水庫滑坡機(jī)理與防治技術(shù)等。水信息學(xué)與水利新技術(shù)以支撐水電工程智能化運行為首要目標(biāo)，主要研究：水利水電工程中復(fù)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)，水利水電工程管理等。

實驗室承擔(dān)了包括國家重點研發(fā)計劃首席科學(xué)家項目、“973計劃”首席科學(xué)家項目課題，“863計劃”課題，科技支撐計劃課題，國家自然科學(xué)基金重點項目，重大國際合作項目等在內(nèi)的一大批國家級應(yīng)用基礎(chǔ)研究項目，取得了豐富的基礎(chǔ)理論研究成果，顯著提高了我國在本領(lǐng)域的理論研究水平。實驗室通過提升承擔(dān)國家重大科研任務(wù)的能力和高水平創(chuàng)新能力，不斷取得具有國際領(lǐng)先水平的標(biāo)志性重要創(chuàng)新成果，從而有力地支撐我國水利水電建設(shè)和西部大開發(fā)。

凝聚隊伍 擔(dān)當(dāng)重任

實驗室長期堅持培養(yǎng)與引進(jìn)相結(jié)合的隊伍建設(shè)方針，歷多年的建設(shè)和發(fā)展，逐漸凝聚了一支具有“求是、創(chuàng)新、協(xié)作”精神、年齡梯次和知識結(jié)構(gòu)合理的高水平科研團(tuán)隊，在承擔(dān)重要科研任務(wù)、取得創(chuàng)新性科研成果、開展國內(nèi)外學(xué)術(shù)交流與合作、培養(yǎng)研究生和實驗室公共平臺建設(shè)等方面發(fā)揮了重要作用。

2021年5月15日，由實驗室作為負(fù)責(zé)單位之一的國家第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究“水系固體物質(zhì)源-匯過程與演變”專題分隊，成功在雅魯藏布江投放了實驗室自主研發(fā)的我國首個“坐底仿生水沙觀測系統(tǒng)”。中央電視臺、《科技日報》、人民網(wǎng)等國內(nèi)主流媒體對此次活動進(jìn)行了跟蹤報道。

“坐底仿生水沙觀測系統(tǒng)”是我國第一套專門用于山區(qū)河流強(qiáng)水動力環(huán)境條件下的水沙綜合觀測系統(tǒng)。系統(tǒng)主體支架研發(fā)耗時半年，是在同濟(jì)大學(xué)“金字塔框架”海洋觀測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，為適應(yīng)山區(qū)河流強(qiáng)水動力條件改進(jìn)而來。扁平的外形設(shè)計靈感來自長江流域支流上一種底棲魚——石巴子（又名石爬子）。系統(tǒng)搭載了多普勒剖面流速儀（ADCP）、激光粒度儀（L I S T）、高頻多普勒流速儀（ADV）、超級濁度儀、沉積物捕集器等先進(jìn)觀測設(shè)備。經(jīng)過早期縮尺模型水槽試驗、重慶北碚水文站試驗性投放和羊村水文站預(yù)投放試驗等多次嘗試后，于2021年5月15日上午10點成功投放于雅魯藏布江羊村水文斷面主流區(qū)。

此系統(tǒng)具有多要素、全過程、連續(xù)性監(jiān)測功能，可實現(xiàn)對雅魯藏布江重要河段垂向流速分布、水流紊動強(qiáng)度和懸移質(zhì)泥沙濃度、粒度等指標(biāo)進(jìn)行分鐘級連續(xù)監(jiān)測；可通過對獲取的固體物質(zhì)進(jìn)行實驗室礦物成分測試，定量化研究青藏高原河流沉積物來源、組成及搬運動力過程。研究成果可為評估青藏高原生態(tài)環(huán)境變化、災(zāi)害風(fēng)險早期識別提供科學(xué)支撐。