水利科技期刊在南水北調工程中發揮的科技支撐作用
——以《長江科學院院報》為例

劉運飛,賴躍強,姜小蘭,黃 玲

(長江科學院 《長江科學院院報》編輯部，湖北 武漢 430010)

1 南水北調工程概況

南水北調工程是中華人民共和國的戰略性工程，分東、中、西3條線路：東線工程起點位于江蘇揚州江都水利樞紐；中線工程起點位于漢江中上游丹江口水庫，供水區域為河南、河北、北京、天津四個省(市)；西線工程正在規劃實施。通過3條調水線路與長江、黃河、淮河和海河四大江河的聯系，構成以“四橫三縱”為主體的總體布局，以利于實現中國水資源南北調配、東西互濟的合理配置格局，解決我國北方地區，尤其是黃淮海流域的水資源短缺問題，規劃區人口4.38億人[1]。水利科技期刊作為宣傳和推廣水利科技成果的學術交流平臺，在南水北調工程中可以發揮科技支撐作用。

為探究水利科技期刊在南水北調工程中發揮的科技支撐作用，并明確下一步對該工程前沿研究領域的報道方向，以《長江科學院院報》(以下簡稱《院報》)為例，分析《院報》在南水北調工程中發揮的重要科技支撐作用。筆者通過中國知網(CNKI)搜索摘要中包含“調水”的詞語，查閱了《院報》刊載的南水北調工程從論證階段到工程運行各個時期的學術論文，按專業研究領域分類闡述《院報》在南水北調工程中發揮的科技支撐作用。

2 《院報》在南水北調工程中發揮的科技支撐作用

2.1 土力學專業方面

早在南水北調全面論證前期，1990年著名土力學專家包承綱等[2]為規劃中的“南水北調”中線工程引水渠道的安全施工與正常運用提出建議。

1995年12月南水北調工程開始全面論證。2001年程展林[3]通過研究南水北調工程砂基中泥漿盾構法隧道施工開挖面的穩定性，提出了中粗砂地基中臨界泥漿壓力公式。2002年周火明等[4]提出了南水北調中線工程總干渠膨脹軟巖渠坡支護措施、軟巖地基承載力以及采煤區地表變形塌陷等主要巖土力學問題；周小文等[5-6]研究了穿黃隧道地基在地震和盾構機施工時震動引起砂層液化的可能性及防治措施，得到不同工況下穿黃隧道上的土壓力分布和襯砌的應力分布；龔壁衛等[7]為解決膨脹土的裂隙性、膨脹性問題提出了南水北調中線總干渠膨脹土渠段的工程處理措施；吳昌瑜等[8]找出了南水北調中線總干渠滲漏的主要影響因素以及控制這些影響的方法。

2002年12月南水北調工程開工。2005年周小文等[9]基于Kriging法判別了大區域場地砂土液化范圍。2009年張偉等[10]揭示了丹江口大壩下游砂卵石壩殼料局部滲透比降偏大的情況，建議通過在排水棱體和下游擋墻前設置合理的反濾層以提高下游壩殼料滲透穩定性。

2013年11月南水北調東線工程正式通水，2014年12月南水北調中線一期工程正式通水。2016年張家發等[11]對南水北調中線一期工程膨脹土渠坡滲透系數進行了分類并提出了其對應的滲控措施；2017年崔皓東等[12]對南水北調中線挖方渠段滲控措施進行了優化研究；2021年張恒晟等[13]發現南水北調中線總干渠水泥改性土削坡棄料可以作為改性填料使用。

上述列舉了《院報》在土力學專業方面刊載的代表了土力學各研究方向的部分論文，可知《院報》在土力學專業方面，除報道了南水北調中線工程沿線土料與地基特性的常規試驗研究成果外，還報道了一些重要的研究課題成果，如：隧道工程盾構施工的泥漿特性和開挖面穩定性研究；南水北調工程中線總干渠黃土高邊坡穩定分析與滲流控制研究及其滲漏與蒸發損失分析；穿黃隧道工程砂層液化問題研究；丹江口大壩加高對壩體和基礎滲流的影響分析與控制措施研究；固廢棄物利用等。

2.2 河流泥沙專業方面

1995年河流專家殷瑞蘭[14]在南水北調中線工程可行性研究階段論證中，認為從丹江口水庫北調150億m3水量，對防洪、引水、航運的影響利大于弊。1999年董耀華等[15]研究了南水北調中線方案總干渠冰期輸水問題；吳艷春等[16]設計出了一個集流量、摻砂、水位檢測與控制為一體的全自動控制系統，提高了南水北調河工模型檢測與控制自動化水平。2008年張洪霞等[17]研究了丹江口大壩加高運行后下游河道的演變特征。2010年張慧等[18]通過河工模型試驗，分析了三峽工程蓄水運用后引江濟漢水環境補償工程(南水北調中線二期工程)取水口河段河道演變對引水的影響和引水工程布置對該河段河勢、水位、流速、流態等變化的影響，以及引水渠進水閘消能、沉沙池沉沙和沉螺池阻螺的效果。

由上可知《院報》所報道的河流泥沙專業方面的科研成果主要是為該工程的立項、冰期引水安全、河工模型自動化、河床演變、水利血防等方面提供了科技支撐。

2.3 水工結構與材料專業方面

1998年王樹清等[19]提出了調水工程隧洞施工防水材料配方硬度及斷面型式的設計思想與具體方法。1999年趙瑜等[20]探討了南水北調中線工程大型預應力混凝土箱形渡槽的結構設計。2001年何英杰等[21]通過南水北調穿黃盾構隧道仿真模型試驗，對影響接頭剛度的主要因素即連接螺栓的布置、螺栓墊圈的厚度、管片與管片之間墊層材料的性能和厚度、連接螺栓的預緊力的大小及管片接頭不同的受力狀態進行了系統的分析，為盾構隧道管片設計提供了參考。2002年戴湘和等[22]對南水北調穿黃渡槽的2種設計方案分別選擇了典型的數學力學模型，對渡槽進行抗震計算；李曉鄂等[23]根據南水北調穿黃工程地質條件，確定了高壓噴射注漿固結材料的設計施工參數。2008年溫森等[24]采用隨機有限元方法計算了南水北調西線的一個隧洞斷面變形。2010年霍澤冰等[25]分析了大型渡槽設置隔震支座的效果，為南水北調渡槽的隔震設計提供了參考。2011年魏濤等[26]將一種新型的納米二氧化硅/聚脲復合材料成功應用于南水北調中線工程，該材料具有環保、高耐侯性、高黏結性、干燥和潮濕面均可施工等特性，能有效提高混凝土等結構的抗紫外老化、抗沖磨、抗滲、抗碳化、抗凍融、抗化學侵蝕等耐久性能，能延長工程使用壽命。2015年鄺亞力等[27]研究了南水北調中線淅川段高填方渠段新型聚脲結構縫修補材料。2020年長江科學院自主研發的CKY-CFJ1水泥基滲透結晶型防水材料成功應用于南水北調工程中[28]。

可見，《院報》發揮的科技交流平臺作用在水工結構專業方面主要體現為渡槽結構設計思路及其抗震設計、穿黃盾構隧道仿真模型設計提供了科學依據，在水工材料專業方面主要體現在優化了南水北調隧道施工防水材料、確定了穿黃工程高壓噴射注漿固結材料的設計施工參數、成功應用了能提高工程修復效果和使用壽命的新型灌漿材料。

2.4 水力學專業方面

2002年黃國兵等[29]闡述了陶岔樞紐(南水北調中線工程的水源工程)后期擴建工程堆石壩加高后引水閘的泄流能力、涵洞水流流態的判別與分析、下游水流銜接及建筑物邊壁壓力特性等水工模型試驗成果，優化了設計方案，并提出了通過合理的閘門調度方式改善涵洞內水力特性的具體措施；周赤等[30]為南水北調中線工程倒虹吸管道的設計和運行管理提供了科學依據；黃國兵等[31]研究了南水北調中線工程水源工程丹江口大壩加高、引水樞紐陶岔渠首水閘擴建工程、輸水總干渠的漳河渡槽等的泄水能力、消能防沖、水流形態、壓力、水頭局部損失等水力學問題。2014年黃國兵等[32]綜述了南水北調中線工程總干渠節制閘流量計算公式、渠道糙率問題、突發事件下渠道應急調度、穿黃隧洞布置形式及水力特性、冬季冰期輸水等幾個主要方面的水力學研究成果。2021年王才歡等[33]提出了消減南水北調中線總干渠十二里河渡槽超常大波動的工程措施及閘門調度運行方案。

《院報》刊載的有關南水北調水力學專業的科研成果解決了南水北調引水加高續建溢流表孔的有關水力學問題，提出了南水北調總線工程的水源工程——陶岔樞紐后期擴建工程堆石壩加高方案引水閘設計方案的修改建議，為南水北調中線工程倒虹吸管道的設計和運行管理提供了依據，獲得了水源工程丹江口大壩加高、引水樞紐陶岔渠首水閘擴建工程、輸水總干渠的漳河渡槽的泄水能力、消能防沖、水流形態、壓力、水頭局部損失等試驗成果，確定了穿黃隧洞布置形式，消除了渡槽超常波動等。

2.5 水資源與環境專業方面

2002年李志亮等[34]提出長江下游干流水環境，不僅影響本區域的經濟發展，而且還影響南水北調東線工程水源地的水質。2003年，熊文等[35]預測了南水北調中線工程實施后漢江中下游水文情勢影響和水華發生的頻率，并提出了控制漢江中下游富營養化的措施。2004年王維平等[36]基于已開工的南水北調東線工程山東段和膠東調水工程，建立了山東省水資源優化配置模型，探討了山東省長江水、黃河水和當地水聯合運用和優化配置。2009年徐揚等[37]通過長系列調算研究了南水北調中線工程以及引江濟漢工程實施后對其河道內生態需水滿足率的影響。2011年霍軍軍等[38]提出丹江口水庫采取汛末提前蓄水方案能明顯提高水庫興利效益。2013年常福宣等[39]對漢江中下游進行供水風險分級，并采取相對應的措施，降低跨流域調水對其水源供水風險的影響。2015年王振華等[40]提出了完善南水北調中線水源地水質保護法規的立法建議。2016年王若晨等[41]分析了調水背景下丹江口水庫優化調度與效益。2019年王新才等[42]提出宜盡快制定并頒布《南水北調中線水源地保護與管理條例》等相關法規，以解決南水北調中線水源地保護和管理中存在的突出問題。2020年常文娟等[43]基于耗水視角研究了漢江流域水資源承載能力及其支撐流域調水的規模。2021年孫正蘭等[44]探討了南水北調東線源頭江都水利樞紐下游水文情勢及其影響因素。

2002年南水北調開始施工后，水利科技工作者對南水北調的水源地的水資源和環境越來越重視?！对簣蟆钒l表的相關論文成果主要有：論證保護南水北調水源地水資源和環境的重要性；預測了南水北調中線一期工程實施后“水華”發生的頻率，并提出了控制漢江中下游富營養化的措施; 探討了長江水、黃河水的聯合運用和優化配置; 研究了漢江中下游河道內生態需水量; 完善了南水北調中線水源地水質保護法規的立法；明確了漢江流域水資源承載能力及其支撐流域調水的規模等。

2.6 其他研究領域

2002年陳俊等[45]闡述了丹江口大壩加高施工期度汛時的主要試驗成果。2003年吳新霞等[46]論證了西氣東輸管道破裂引起的天然氣爆炸不會對南水北調輸水隧洞產生破壞影響。2004年張孟玫等[47]在Visual C++6.0軟件開發平臺上研制開發的箱涵結構設計CAD系統成功應用于南水北調北京段和北京五環路地下通道的箱涵結構設計中。2008年趙延喜等[48]建立了一個基于模糊概率的巖爆風險預測模型，并成功應用于南水北調西線工程泥曲-杜柯河段隧洞部分東段的巖爆風險評估。2010年李亞龍等[49]研究了南水北調中線水源區植被恢復的產流產沙效應初步研究。2013年甘孝清等[50]將分布式光纖加熱技術成功應用于南水北調中線一期工程滲漏監測中。

由此可見，《院報》在防洪、爆破、信息技術、水土保持、工程安全監測等研究領域也發揮了科技支撐作用。

3 結論與建議

(1)《院報》對南水北調工程中的土力學、河流泥沙、水工結構與材料、水力學、水資源與環境等專業方面的科學問題的研究成果進行了報道，為南水北調中線工程丹江口大壩加高、陶岔引水閘、穿黃隧洞、渡槽等水工建筑物的結構設計，總干渠巖土力學問題的治理方案和冰期安全輸水，水源地水質保護法規立法，以及工程施工運行問題中采取的應對措施等提供了科技支撐。

(2)報道的南水北調科研成果貫穿了該工程前期規劃、設計論證、施工和運行各個時期，主要報道了南水北調中線工程各個時期的科研成果，但對東線工程施工和運行期以及西線工程前期規劃期的科研成果鮮有報道。在報道的南水北調中線科研成果中主要是南水北調中線一期的科研成果，對南水北調中線二期的科研成果鮮有報道。

目前南水北調工程進入新階段，建議水利期刊切實落實2021年習近平總書記主持召開推進南水北調后續工程高質量發展座談會上發表的重要講話精神，全面貫徹新發展理念，按照高質量發展要求，統籌發展和安全，堅持“節水優先、空間均衡、系統治理、兩手發力”的治水思路，遵循確有需要、生態安全、可以持續的重大水利工程論證原則，積極組織、報道和宣傳相關科研成果為南水北調工程正在推進的東、中線后續工程規劃建設和西線工程規劃方案比選論證及其理論創新和科技進步搭建學術研究交流的平臺。