開拓創(chuàng)新，引領(lǐng)水利事業(yè)新發(fā)展
——水沙科學(xué)與水利水電工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

水沙科學(xué)與水利水電工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（以下簡稱“實(shí)驗(yàn)室”）經(jīng)科技部批準(zhǔn)于2006年7月籌建，首任實(shí)驗(yàn)室主任為王光謙院士。2008年、2013年、2018年，實(shí)驗(yàn)室連續(xù)三次評估獲“優(yōu)秀”。

緊盯前沿 服務(wù)國家

實(shí)驗(yàn)室依托清華大學(xué)建設(shè)，立足國家需求、緊盯國際前沿，秉承清華“頂天、立地、樹人”的優(yōu)良傳統(tǒng)，突出“綜合、交叉、互補(bǔ)”的學(xué)科優(yōu)勢，倡導(dǎo)“工程科學(xué)、工程技術(shù)、工程實(shí)踐”三位一體的科研理念，重視“智庫、科學(xué)、技術(shù)”3個(gè)層次的原始創(chuàng)新，在水沙科學(xué)與水利水電工程領(lǐng)域發(fā)揮科技引領(lǐng)、支撐和示范作用，致力于成為國際水利科學(xué)與工程研究的著名機(jī)構(gòu)、我國水利科學(xué)探索和技術(shù)創(chuàng)新的智力高地和優(yōu)秀水利人才培養(yǎng)的重要基地。

實(shí)驗(yàn)室的根本任務(wù)包括：（1）探索工程科學(xué)。當(dāng)前水利學(xué)科研究已達(dá)到前所未有的廣度和深度，并且新的復(fù)雜科學(xué)問題不斷涌現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)室立足于學(xué)科前沿，努力開拓創(chuàng)新，推動(dòng)和引領(lǐng)學(xué)科發(fā)展。（2）創(chuàng)新工程技術(shù)。實(shí)驗(yàn)室重視系列化的成套技術(shù)研發(fā)，發(fā)明和發(fā)展具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新材料、新工藝和實(shí)用工程技術(shù)及產(chǎn)品。（3）培養(yǎng)杰出人才。實(shí)驗(yàn)室著重于杰出人才培養(yǎng)，著力于研究團(tuán)隊(duì)建設(shè)，著眼于科學(xué)精神傳承，成為支撐我國水利水電事業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要人才基地。（4）服務(wù)國家重大需求。水利是國民經(jīng)濟(jì)的命脈，實(shí)驗(yàn)室把服務(wù)事關(guān)國計(jì)民生的重大需求作為主要任務(wù)，積極為國家水利戰(zhàn)略規(guī)劃和水利事業(yè)發(fā)展提供重要決策依據(jù)和技術(shù)支撐。

針對水利學(xué)科發(fā)展的工程科學(xué)領(lǐng)域和國家重大需求的工程技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)驗(yàn)室確立5個(gè)主要研究方向。

（1）水文水資源科學(xué)。此方向包括區(qū)域水文過程與水生態(tài)環(huán)境的耦合機(jī)理及模擬方法；水資源系統(tǒng)的協(xié)調(diào)及適應(yīng)性優(yōu)化理論及技術(shù)；水旱災(zāi)害形成機(jī)理及預(yù)報(bào)方法；流域水資源系統(tǒng)理論及動(dòng)力學(xué)模型；現(xiàn)代遙感與大數(shù)據(jù)技術(shù)。

（2）水沙科學(xué)與水環(huán)境。此方向包括流域水沙過程的動(dòng)力學(xué)與調(diào)控機(jī)制；河、湖（庫）污染物輸移機(jī)理；河流過程、形態(tài)和功能的自然演化及與人類活動(dòng)的相互作用；集約利用河流資源、實(shí)現(xiàn)河流工程可持續(xù)的理論、技術(shù)與措施。

（3）巖土力學(xué)與工程。此方向包括高壩壩基、高邊坡非線性破壞機(jī)理與設(shè)計(jì)理論；土動(dòng)力學(xué)與土工抗震工程；巖土材料多尺度本構(gòu)關(guān)系及巖土體多相多場耦合機(jī)制；巖土材料力學(xué)特性測試系統(tǒng)研發(fā)；環(huán)境巖土及地下資源開發(fā)。

（4）樞紐工程與智能管理。此方向包括復(fù)雜荷載作用下壩體材料工程特性和性能修復(fù)技術(shù)；高壩地基系統(tǒng)靜動(dòng)力分析；樞紐工程長期性能與模擬技術(shù)；新壩型與新型水工結(jié)構(gòu)；樞紐工程智能化設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維技術(shù)。

（5）水動(dòng)力學(xué)與水力機(jī)械。此方向包括水動(dòng)力學(xué)與空化機(jī)理、多相流理論；水力機(jī)械動(dòng)力特性及可靠性分析；水力機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)學(xué)、內(nèi)部流動(dòng)機(jī)理與控制。

秉承傳統(tǒng) 堅(jiān)持特色

實(shí)驗(yàn)室秉承清華大學(xué)水利學(xué)科的優(yōu)良傳統(tǒng)，始終堅(jiān)持基礎(chǔ)理論研究和關(guān)鍵工程技術(shù)創(chuàng)新并重的特色，近年來在天空河流理論與工程研究、環(huán)境生態(tài)水沙動(dòng)力學(xué)理論與技術(shù)、土體與結(jié)構(gòu)一體化抗震設(shè)計(jì)理論研究與實(shí)踐、特高拱壩智能梯度控裂技術(shù)、復(fù)雜工況下水力機(jī)械不穩(wěn)定性分析及其抑制研究方面，取得了一批高水平、有影響的重要成果。

天空河流理論與工程研究。王光謙院士于2014年提出“天河”猜想——大氣水汽通量場中存在著通量相對較高的水汽輸送網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，形成全球及區(qū)域水汽輸送的主干通道，稱為“天河”。經(jīng)過數(shù)年努力，研究團(tuán)隊(duì)提出了“天河”和“白水”概念，建立了“天河”動(dòng)力學(xué)方程、“白水”降水轉(zhuǎn)化分析方法，研發(fā)了空中水資源開發(fā)利用的關(guān)鍵技術(shù)和裝備，推動(dòng)了國際大科學(xué)計(jì)劃的立項(xiàng)實(shí)施，引領(lǐng)國際天河研究，產(chǎn)生了廣泛的國內(nèi)外影響。

白鶴灘水電站

環(huán)境生態(tài)水沙動(dòng)力學(xué)理論與技術(shù)。此代表性成果在水—沙—河床、污染物、生物膜、底棲動(dòng)物等多尺度相互作用理論和模擬技術(shù)體系方面取得系列原創(chuàng)突破。其中，水—沙—床同步量測平臺(tái)，破解了泥沙運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)認(rèn)識(shí)的系列難題；生態(tài)環(huán)境泥沙基礎(chǔ)理論，解決了污染物在水—沙—床面分配定量化的難題；泥沙顆粒—生物膜—底棲動(dòng)物—河床動(dòng)力作用機(jī)制，解決了青藏高原地形急變帶河流生態(tài)評價(jià)難題。

土體與結(jié)構(gòu)一體化抗震設(shè)計(jì)理論研究與實(shí)踐。土工抗震是結(jié)構(gòu)抗震不可或缺的重要組成部分，以往不考慮土體與結(jié)構(gòu)協(xié)同工作的抗震設(shè)計(jì)，輕視了土體的抗震能力，造成很大浪費(fèi)和安全風(fēng)險(xiǎn)。此成果將土工抗震的研究對象從以往的只針對“土體”提升到更注重“土體與結(jié)構(gòu)系統(tǒng)”，對帶有普遍性和基礎(chǔ)性的關(guān)鍵工程科學(xué)難題展開了長期深入研究，創(chuàng)建了以“土體與結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)”為核心的土工抗震理論與技術(shù)體系。基于此成果的抗震設(shè)計(jì)實(shí)踐，實(shí)驗(yàn)室主持研編了國家標(biāo)準(zhǔn)《地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，是國內(nèi)外第一部專門針對各種主要地下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范。

特高拱壩智能梯度控裂技術(shù)。特高拱壩基礎(chǔ)復(fù)雜、水推力巨大、應(yīng)力水平高、安全穩(wěn)定要求極高，一旦開裂就對其長期運(yùn)行安全造成隱患，其防裂控裂技術(shù)一直是世界難題。實(shí)驗(yàn)室圍繞施工中的壩塊防裂、橫縫適時(shí)張開兩個(gè)核心技術(shù)問題，突破了拱壩混凝土控裂技術(shù)瓶頸，取得了系列原創(chuàng)成果，并獲得2015年度國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。相關(guān)成果在我國溪洛渡、白鶴灘、烏東德等特高拱壩工程中得到應(yīng)用，推廣應(yīng)用前景廣闊。

復(fù)雜工況下水力機(jī)械不穩(wěn)定性分析及其抑制研究。其中，針對空化、漩渦流動(dòng)不穩(wěn)定性機(jī)理的研究揭示了空化體積二階導(dǎo)數(shù)為低頻空化水壓脈動(dòng)激增的根源，探明了水輪機(jī)在不同空化數(shù)下螺旋渦帶的形態(tài)演變過程及其誘發(fā)壓力脈動(dòng)特征；率先捕捉到多個(gè)前緣凸起翼型吸力面上的復(fù)雜非周期性流場特征，為復(fù)雜工況下水力機(jī)械性能和穩(wěn)定性的優(yōu)化提供了重要的理論基礎(chǔ)和技術(shù)指導(dǎo)。

這些成果為水利學(xué)科發(fā)展、工程建設(shè)與江河治理、水資源合理利用與生態(tài)環(huán)境保護(hù)作出了重要貢獻(xiàn)，為開創(chuàng)云水資源新學(xué)科方向作出了寶貴探索。