时代造英雄,奉献写华章。
过去50年里,几代水科院人,心系水利,志在高端,敢为人先,勇于创新,取得了一项又一项科研成果。50年来,无论是科研成果,还是论文、专利,抑或是国家级奖励等,水科院人均在我国水利水电行业拔得头筹。
有这样一组数字,令水科院人引以为自豪。50年来,水科院取得了一大批原创性科研成果,先后有420余项科研成果获省部级以上科技奖励,其中70余项获得国家级奖励。
细究这些成果,更是令人赞叹。它们或瞄准世界前沿,提出原创理论和方法;或针对工程建设,解决关键技术难题;或研究水利发展宏观、战略问题,为国家、行业主管部门决策提供强大科技支撑;或参与水利科技成果推广,在华夏大地上留下了水科院人坚实的足迹。
基础研究
前沿探索 创新发现
如果把现代科技比作一条长河,基础研究则是其源头。人类文明进步史告诉我们,基础研究的每次重大突破,都推动了科技创新,促进经济社会发展。
我国水问题严重而复杂。50年来,水科院人瞄准水问题前沿,开展基础研究,取得累累硕果。这些研究成果,有的廓清了问题,有的探寻了规律,有的重塑了理论体系,有的发现了新方法,为治水提供了先导。
回望水科院50年基础研究成果,“泥沙运动随机理论研究”堪称代表。
泥沙问题非常复杂,廓清泥沙问题非常重要。1964年,考虑到已有泥沙运动理论不够深刻,缺乏系统性,抱定为国争光的思想,水科院人韩其为瞄准了泥沙运动随机理论这一前沿,采取概率论(随机理论)与力学结合的途径进行研究,先后进行了30年。该项研究建立了较为完整的理论体系,使泥沙运动中一系列迄今尚未解决的问题得到了注释,从而推动了泥沙运动理论的发展,成果具有显著的开创性,学术上达到了国际领先水平。该成果获1993年度国家自然科学三等奖。
此外,水科院人创建了水库异重流理论,提出了异重流潜入条件、阻力、含沙量及排沙量计算公式,为水库减淤及异重流排沙奠定了理论基础。
1978—1984年,林秉南、李桂芬等开展的“宽尾墩、窄缝挑坎新型消能工及掺气减蚀的研究和应用”,开发了宽尾墩消能工,开展新型消能工研究,对高速水流的掺气减蚀研究作出了重大贡献。这一研究成果应用于工程实践后,缩短了工程工期,减少了造价,经济和社会效益显著。成果获1985年度国家科技进步二等奖。
“黄河口演变规律及整治研究”成果,同样值得称道。1991—1995年间,胡春宏参加了这一“八五”国家重点科技攻关项目。在几年时间里,他和其他科研人员一起,对黄河河口演变规律与发展趋势及整治方略进行了系统研究,建立了考虑诸多因素模拟黄河口泥沙冲淤的平面二维数学模型,提出了整治方略和措施,为黄河口的开发治理规划提供了科学依据。如今这项创新成果,已被黄委和胜利油田等部门采用。据不完全统计,仅1996年就产生了数亿元的经济效益,长期可创造几十亿元的效益。
王浩院士领衔的“黄河流域水资源演变规律与二元演化模型”研究,提出了基于有效性广义水资源评价研究方法、流域二元水循环动态模拟等重大成果,被纳入“国家重点基础研究发展规划”资源环境领域“十一五”规划框架和科技部“国家前瞻技术研究”项目当中;同时被水利部作为未来水资源评价的重大科学技术装备,并开始应用于全国水资源综合规划、黄河流域水资源综合规划、流域内省区水资源综合规划以及流域内节水型社会建设等生产实践,实施效果良好,取得了巨大的社会经济效益。
应用研究
重大工程 支撑有力
水科院人投身国家经济建设主战场,哪里有大型水利工程,哪里就有水科院人探索的足迹。三峡、小浪底等诸多著名水利水电工程,无不凝聚着水科院人的智慧和汗水。
水科院人参与了这些工程的前期论证、枢纽布置、泥沙、结构优化、抗震、复杂地基处理、机电装备、自动控制、安全监测、新型筑坝材料、施工工艺以及面板堆石坝、碾压混凝土坝等新型坝型的筑坝技术等研究,解决了许多关键技术,为一系列重大决策提供了强有力科技支撑。
葛洲坝水电站是长江干流上兴建的第一座水电站,是我国最大容量的低水头水电站。葛洲坝水电站运行要求采用五叶片转轮的轴流式水轮机。为葛洲坝水电站开发具有世界先进水平的、全面满足葛洲坝运行水头范围及性能要求的、自主创新的轴流式水轮机五叶片转轮,历史性地落到了水科院人的肩上。以刘玉明、白铁英、单鹰、蒋学运、梁建国等为主的水科院人不负众望,从1971年开始,历时10年,开展了“葛洲坝二、三江工程及其水电机组”研究,经多种方案设计及其模型试验,最终开发出了能全面满足葛洲坝工程要求的轴流式水轮机及其五叶片转轮,解决了葛洲坝工程关键技术难题。新开发的水轮机及其转轮的各种性能优于当时国内已有的国内外其他转轮,填补了国内水轮机五叶片转轮的空白,经生产后被葛洲坝工程采用,并列入国内水轮机系列型谱中。不仅葛洲坝二、三江工程机组采用该水轮机及其转轮,葛洲坝大江机组也采用该技术。列入国内水轮机系列型谱后,被多个该水头段的水电站机组采用。这项创新成果捧得1985年度国家科技进步特等奖。
1993年,位于贵州省乌江上游的普定大坝,拔地而起,成为当时世界上最高的碾压混凝土拱坝。这座中国碾压混凝土筑坝史上里程碑式的工程,同样倾注了包括水科院人在内的许多研究人员的心血。当时,科研人员结合普定大坝建设,开展了“八五”国家科技攻关专题“普定碾压混凝土拱坝筑坝技术研究”,取得了开创性研究成果。据参与该项研究的结构材料研究所胡平介绍,水科院人参与的研究领域,涵盖了温度控制和防裂措施、筑坝材料优选、变态混凝土技术、施工工法和施工质量控制等子题。该项成果获1998年度国家科学技术进步一等奖。更为重要的是,研究成果推动了碾压混凝土筑坝技术在中国的应用。此后,在龙滩、观音阁、沙牌、大朝山、桃林口、景洪、汾河二库、蔺河口、招徕河、光照、鱼简河、索风营等大型碾压混凝土大坝建设中,研究成果被广泛应用于工程设计和施工中,并得以长足发展。
为方便大坝设计,1976年,朱伯芳等科研人员开始进行“拱坝优化方法、程序与应用”研究。经过10年努力,研究人员建立了数学模型,编制了通用计算程序,可根据大中小各种拱坝的要求,求出给定条件下拱坝的最优体型,既可大大提高拱坝设计的效率,又能大量节省工程投资、缩短工期、提高工程效益。成果已应用于数十个大中小工程,一般可节省10%~35%。黄河李家峡拱坝高165米,优化后节约混凝土70万立方米,减少投资约1亿元,缩短工期约一年,成果获1988年度国家科学技术进步二等奖。
不仅如此,水科院人还发挥自己的专长,完成了我国约200座大型火电厂和几乎所有核电厂的冷却水、低放废水、粉煤灰排放等研究,完成了我国许多大型水电站电厂的机组改造项目,取得了许多重大成果。
广东大亚湾核电站,是我国第一座中外合资兴建的大型商业核电站,位于深圳市东部45公里处的大亚湾畔。1987年8月主体工程开工,1994年建成投入商业运行。至今年6月底,已连续安全运行14年,累计实现上网电量约1928亿千瓦时。
大亚湾核电站的建设,凝结着水科院人的智慧和果敢。在1983年核电站选址阶段,水科院人参与了厂址的现场勘查,对大亚湾整个水域的潮流运动进行了调研分析,做了相关试验,发现了该工程布置方案存在的原则性缺憾,提出了新的港口和取排水口布置方案,并被采用,大幅节省了工程投资。目前,该方案已经实施了20多年,运行情况良好,节省投资2亿元。这项研究成果获1992年度国家科技进步一等奖。
规划研究
宏观决策 不可或缺
50年来,水科院人参与了全国和重要江河流域的水资源调查与配置、水环境保护、防洪抗旱、河道整治、跨流域调水等一系列事关我国水利水电事业战略发展的重大规划和研究。全国水资源综合规划、全国防洪规划、全国节水型社会建设规划、全国灌区节水改造规划、全国农村饮水安全工程规划,水利发展“十一五”规划等全国重大规划的编制工作,都有水科院人的参与和贡献。
水是基础性的自然资源和战略性的经济资源,水资源的可持续利用是经济和社会可持续发展的重要保证。但在过去很长一段时间内,我国水资源的家底及开发利用状况并不完全掌握,影响了水资源开发、利用、节约、保护等决策。
根据国家确定的1978—1985年国家重点科研项目《全国农业自然资源调查和农业区划研究》的要求,陈志恺和其他科研人员一起,完成了“全国水资源初步评价”,提出了全国地表水、地下水、水资源总量及其时空分布规律的基础性成果,并第一次对全国各分区的水资源开发利用现状、水质污染状况、供需发展趋势做出了全面评价,编制完成了《中国水资源初步评价报告》及相关图表,填补了我国水资源基础调查评价工作空白,为全国水资源的科学开发、利用、规划、管理和保护提供了必要依据。提出的主要评价结果在后来相关工作中得到了验证和检验,该项研究所形成的多项评价技术和方法一直沿用至今。成果获1985年度国家科技进步二等奖。
1996年,由水科院人参与完成的“中国历史大洪水调查与研究分析”,研究了中国洪水与干旱形成机理、区域特点,灾害的自然史、1949年以来的演变特点。研究成果成为最近10年水旱灾害自然与社会学的研究基础,在灾害与减灾研究中被普遍应用,获2001年度国家科学技术进步二等奖。
2007年5月30日,国务院正式批准了《全国农村饮水安全工程“十一五”规划》。这是我国政府从全面建设小康社会和构建社会主义和谐社会的高度,按照执政为民的要求,从广大人民群众最关心、最直接、最现实的利益出发做出的重大战略决策。规划的制定,凝结了水科院人的心血和汗水。
2004年,水利部将“《全国农村饮水安全工程‘十一五’规划》若干重大技术问题研究”列为基建前期科研项目,水科院人高占义和刘文朝等参与了该课题研究。经过2年努力,2006年12月,不乏创新的沉甸甸的成果出来了,并得到了很好的推广应用:《农村饮用水安全卫生评价指标体系》和《村镇供水工程技术规范》已正式颁布并在全国施行;调查复核评估方法已在全国县级调查、逐级复核评估中采用;《村镇供水工程技术辅助设计软件》已在全国1000多个县使用;建设适度规模的连片集中供水工程的发展模式,水处理、消毒等关键技术集成模式,“六制”及用水户全程参与的建管模式,已被各地采纳;典型工程人均综合投资估算指标法,已在各级规划中采用;《2005—2006年农村饮水安全应急工程规划》《全国农村饮水安全工程“十一五”规划》均在国务院常务会议上审议通过,开始指导全国农村饮水安全工作。目前,农村饮水安全项目,全部按规划顺利实施完成,形成了巨大的社会、经济效益。
科技推广
华夏大地 铸就辉煌
水科院人发挥技术优势,用高水平的成果,收获了绿色的希望。
我国地处多发和强烈地震带,特别是20世纪60年代以来,多次发生强烈地震,震害严重。水科院人汪闻韶根据水利水电建设和工程安全需要,全身心投入了土工抗震研究和实践,对地震荷载作用下土的动力特性理论、动力反应分析理论、安全评价方法及动力特性测试技术等方面进行了较全面的工作,提出了我国土坝及地基抗震设计理论(思想)和原则,取得了许多开拓性和创造性成果,这些成果得到推广应用,产生了巨大的经济社会效益。他也成为我国土动力学学科的奠基者和创建者之一。
1986—1989年,水科院人参与了国家“七五”重点科技攻关项目“低压管道输水灌溉技术研究和推广”项目。
“研究适合我国国情的低压管道输水灌溉技术,使之尽快发挥巨大社会经济效益。”带着这样的信念,数百名科技人员联合攻关,历经3年,研究创造出了一整套低压管道输水灌溉技术体系。运用这套体系,低压管道输水灌溉渠系水的利用率已由土渠的0.5~0.6提高到0.9以上,实现了节地、节电、增产目标。截至1990年底,项目直接应用面积389.2万亩,年创经济效益1.49亿元。项目辐射面积近千万亩,在项目影响推动下,全国低压输水灌溉面积已达3500万亩,为缓解北方水资源紧缺状况作出了重大贡献。成果获1991年度国家科技进步二等奖。
1996年9月国务院正式批准立项,实施“全国300个节水增产重点县建设技术推广项目”,水科院人参与了该项目工作。研究人员研究、完善并推广了12项节水灌溉技术,建立了适用于不同类型区的8套节水工程模式,建立起5种节水灌溉工程管理模式,建立起8大推广节水灌溉技术支撑体系,建立起6大推广的组织管理方式和政策措施。5年间,300个重点县共投入节水工程建设资金151亿元,新增节水灌溉工程面积4600余万亩,重点县的灌溉水利用率平均提高26%,农业综合生产能力平均提高17%,每年可节水约60亿立方米,增产粮食50多亿公斤,增产经济作物56亿公斤,为全国节水灌溉的发展和推广应用起到了极大的示范推广和辐射带动作用,并促进了农业种植结构、产业结构的调整,以及农村经济的发展,改善了生态环境并带动了节水灌溉设备的产业化,效益显著,成果获2003年度国家科学技术进步二等奖。
由水科院人参与的、2000年完成的“九五”国家重点科技攻关计划项目“节水农业技术研究与示范”,1999—2004年期间,项目成果应用取得直接经济效益16.9亿元。组装的5大类节水农业成套技术在我国北方11个省份累计推广应用面积1810.8万亩,增产粮食和经济作物13.2亿公斤,使灌溉水利用率达到60%以上,节水20%~30%。2005年度国家科学技术进步二等奖。
水科院所属中水科技公司自主研发的三峡右岸电站计算机监控系统,2008年1月通过了三峡总公司的初步验收,并得到了高度评价:根据系统目前运行的情况,该系统的结构合理,可扩展性强,实时性好,人机界面友善,运行稳定,安全可靠,达到或超过了合同规定的指标要求,与进口的监控系统相比较来看,右岸电站的监控系统技术上不亚于进口监控系统,在很多方面要优于国外的系统,更符合中国国情。目前,该监控系统成功应用于国内外200多个大中型水电工程中,代表了目前国内计算机监控系统的领先水平。
回望50年,水科院人在水资源、防洪减灾、水环境、泥沙、农业节水、牧区水利、水力学、岩土、水工结构与材料、结构抗震、机电与自动化等众多领域取得了丰硕成果,为我国水利水电事业发展乃至经济社会发展,作出了巨大的贡献,成为铸就在华夏大地上的丰碑。同时,这些成果,也铸就了水科院50年辉煌,成就了水科院在水利科研领域的重要地位,更奠定了未来打造世界一流水科院的基础。
如今的水科院人,与时俱进,前行在水利科研大舞台上,他们潜心研究水问题以及重大水利工程建设的关键技术问题,不断为经济社会发展提供科技支撑和保障。
壮哉,50年!壮哉,水科人!