文章刊登于《中国科技产业》杂志
202607期“院士专论”
水，是孕育文明的摇篮，亦是考验文明的试金石。我国作为世界上水旱灾害最为严重的国家之一，自古便与“水患”展开了一场跨越千年的博弈。从大禹“凿龙门、疏九河”，到李冰父子“深淘滩、低作堰”修建都江堰，治水始终是关乎社稷安危、民生福祉的头等大事。“治国先治水”的古训，不仅镌刻在历史的竹简上，更融入了中华民族的血脉基因。
新中国成立前，这片土地上水旱灾害仍频——平均每三年便有一次大洪灾或大旱灾肆虐，黄河“百年一决口、三年两改道”，长江流域“十年九涝”，每次灾难都伴随着数十万乃至上百万生命的消逝。1949年前，我国水利工程调蓄能力严重不足，全国坝高高于15米的水库大坝仅有22座，面对滔天洪水或持久干旱，往往束手无策。彼时，西方水利技术领先，而我国治水多依赖经验，缺乏科学理论与现代工程技术支撑，“水多了发愁，水少了更愁”成为亿万百姓的生存写照。
一代代中国水利人以“功成不必在我”的精神境界和“功成必定有我”的历史担当，传承大禹精神，赓续治水薪火。钱正英主席一生秉持为子孙后代负责、为河流永续利用负责的治水理念，反复强调要树立“人与河流和谐发展”的新观念；张光斗院士一生坚守“要到工程第一线去”的信念，常说“工人能去，我为什么不能去”，并身体力行，年逾八旬仍坚持深入葛洲坝、三峡等重大工程现场；潘家铮院士一生恪守“对工程负责，对历史负责”的严谨态度，强调“不说假话是做人的道德底线”，在三峡等重大工程实践中，把工程质量与历史责任紧密相连。科学家精神如同一条红线，贯穿了中国水利事业的发展脉络。如今，我国共建成水库9.5万座，形成世界上规模最大、功能最全、惠及人口最多的水利基础设施体系，但面对极端气候频发、水资源供需矛盾加剧的新挑战，建造更安全、更智能、更生态的大坝，依然是固守江河安澜、保障国家水安全的时代使命。
一、安全大坝：固守江河安澜的“铜墙铁壁”
在传统农耕社会，人类面对洪水基本只能“被动防御”，修筑土堤、疏浚河道，一旦遭遇超标准洪水，往往“束手就擒”。新中国成立后，治水方略发生了根本性变革，国家将根治水患、兴修水利作为治国安邦的要务，逐步建立起以水库为骨干、堤防为基础、蓄滞洪区为补充的防洪工程体系。进入21世纪，特别是“十四五”以来，我国水库大坝安全水平持续提升，2022-2025年连续四年实现全国各类水库无一垮坝，牢牢守住了安全底线。
然而，守护安澜并非易事。我国现有水库大坝中，土石坝占比超过90%，这类大坝在遭遇超标准洪水漫顶时易发生灾难性的速溃。数据显示，全球坝高15米以上的溃坝事件中，44%是由洪水漫顶导致，而我国漫顶导致的溃坝占比达51%。相比之下，混凝土坝漫顶不溃，但因其造价高且非岩基不能建，占比小于5%。
为破解这一安全困局，我国首创胶结坝新坝型,巧妙融合了土石坝和混凝土坝的优点，利用少量水泥、粉煤灰、外加剂等胶凝材料，将当地廉价的砂砾石、开挖弃料“胶结”成整体筑坝，彻底改变了散粒体材料“一冲即散”的致命弱点，与混凝土坝比造价显著降低、地基要求放宽。目前，胶结坝技术已在四川顺江堰、山西守口堡、突尼斯梅莱格等国内外40余座工程成功应用，多座工程经受住了过洪考验。其中，山西守口堡大坝作为目前已建最高胶结坝（坝高61.6米），相较传统混凝土坝方案节省投资约20%。
当前，我国专家正在开展“胶结坝在水库大坝加固中的应用”研究，目标是实现已建土石坝加固后漫顶不溃，力争为全国的土石坝提供“安全铠甲”解决方案；在高坝领域，100米级高胶结坝关键技术攻关已取得突破，未来有望应用于更高的大坝建设中。
二、生态大坝：绘就人水和谐的“绿色画卷”
随着可持续发展对储水设施需求的增加，以及能源转型的推进，水库大坝作为应对全球气候变化、调节水资源时空分布的关键基础设施，其战略重要性愈发凸显。与此同时，对生态友好的重视程度也与日俱增，要求系统评估大坝工程对生态环境的影响，并采取措施消除或缓解不利影响。为此，我国围绕水环境监测、生态流量确定、生态调度等开展了大量研究，在分层取水、新型过鱼设施设计、水库群生态调度等方面取得了诸多创新成果。
大坝工程在发挥防洪、供水、发电等综合效益的同时，不可避免对流域自然生态带来扰动。如何让有坝河流的生态更好是新时代水利人面临的必答题。立足生态文明建设的要求，我国创新性提出了“生态大坝”的系统性解决方案，将生态优先、绿色发展理念贯穿于大坝规划、建设、运行、管理的全生命周期，在保障水安全的同时，协同推进江河湖库保护治理，维护河流健康生命，促进人与自然和谐共生。以乌东德水电站为例，其研发的“尾水集鱼系统”，利用发电尾水形成的诱导流，成功构建了鱼类洄游的“高速通道”，截至2024年底，已累计过鱼57种、超过13万尾，有效缓解了工程对珍稀特有鱼类的影响。在保障生态流量方面，天生桥二级水电站通过“生态穿孔”改造，在水库水位以下约14米处开凿深孔，每年向大坝下游稳定泄放不少于5.3亿立方米的生态流量，下游河道生态恢复效果显著。大藤峡水利枢纽从规划设计到建设、运行阶段全周期布局和建设系统性水生态保护体系，打造“鱼类保育中心、双鱼道、双增殖站、人造生境”，全方位守护流域生物多样性。
面对新形势新要求，未来工程建设，将进一步加强对生态大坝内涵的研究，拓展和深化生态友好的理论和技术边界，比如研发更高效的仿自然鱼道、更低影响的环保施工技术、基于AI的水生生物识别与保护系统等。同时，积极探索水权交易、碳汇交易等生态产品价值实现机制，让保护生态者受益，从而形成良性循环。只有将生态优先的理念真正落到实处，构建起完整的生态大坝建设理论体系，才能实现“江河安澜”与“万物共生”的辩证统一。
三、智能大坝：赋能水利新质生产力的“智慧大脑”
建设具有透彻感知、智能分析、自主馈控功能的“智能大坝”，是推进新一代信息技术在坝工领域的全方位全链条应用的核心载体，也是水利新质生产力发展的重要组成部分。它以物理大坝为基础、时空数据为底座、数学模型为核心、水利知识为驱动，对大坝性态全要素和运行管理全过程进行数字化映射和智能化模拟，实现“透彻监测感知、智能分析预测、前瞻决策支持”，推动大坝安全高效可持续运行。
目前，我国智能大坝建设已在大坝智能化施工、“天空地水工”一体化感知、水情水位预测预报、工程安全监测探测和智能调度等方面取得丰硕成果，正推动水利水电行业从传统经验驱动向数据智能驱动跨越。在全面感知层面，我国正加快构建由气象卫星和测雨雷达网、雨量站网、水文站网“三道防线”耦合贯通的现代化雨水情监测预报体系，以及“天空地水工”一体化监测感知体系。在智能化施工建设方面，以钟登华院士为首的科研团队，先后结合黄登RCC混凝土坝、两河口心墙堆石坝大坝等一系列200米、300米级高坝，开发了智能建造成套技术。白鹤滩特高拱坝中埋设了数千支传感仪器，实现对变形、渗流、应力应变等关键指标的实时采集和智能预警，监测规模与水平位居世界前列；大渡河流域通过自主研发的智能巡检机器人和智能安全帽，构建了多目标集成的大数据预测预警模型，实现了从“人跑现场”到“数据跑系统”的转变。数字孪生技术则为大坝装上了“智慧大脑”。通过在虚拟空间构建与物理大坝完全一致的数字镜像，工程师可以在“云端”对大坝进行全方位全过程的模拟、分析和预演。老丰满大坝、南水北调丹江口大坝加高等工程，采用数字孪生技术实现大坝真实安全状态诊断分析，为重要技术决策提供了科学依据。数字孪生小浪底平台聚焦防洪调度与工程安全，实现了设备智能化与决策精准化；数字孪生乌东德、白鹤滩则基于BIM和CAE技术，支撑了工程从施工、蓄水到运行的“四预”（预报、预警、预演、预案）应用，极大提升了风险防控能力。
然而，在看得见的数据背后，水下检测、修补加固和应急处置能力不足的问题依然突出，成为制约大坝智能化向纵深发展的短板。目前，我国现有技术水平主要满足水深不超过60米情况下的常规水下作业，对于水深超过百米的高坝深水区，水下缺陷的精准识别、可视化诊断、微创修补及快速加固等技术，尚显薄弱。未来，智能大坝的发展将聚焦于两大方向：一是加快突破深水机器人、声呐三维成像、水下3D打印修复等关键技术，补齐深水作业短板；二是推动智能大坝向“会思考、会行动”的更高阶段迈进，通过引入人工智能等先进技术，加快构建从“发现问题”到“自主处置问题”的闭环，让大坝真正成为能够自我感知、自我诊断、自我修复的“智慧体”，为中国式现代化提供更为坚实的水安全保障。
安全大坝、生态大坝、智能大坝，三者相辅相成、有机统一，共同构成了新时代中国大坝建设的“三位一体”总体布局。而构建“三个大坝”融合发展的治理体系，需要从以下几方面着力：一是强化顶层设计，把“三个大坝”建设纳入国家水网建设、黄河流域生态保护和高质量发展、长江经济带发展等重大战略，统筹谋划、一体推进；二是完善法规标准，修订完善水库大坝安全管理条例等法律法规，制定修订安全大坝、生态大坝、智能大坝相关技术标准和规范，形成系统完备、科学规范、运行有效的制度体系；三是加强科技创新，围绕安全大坝的抗灾韧性提升、生态大坝的河流伦理实践、智能大坝的数字孪生与人工智能等前沿方向，加大研发投入，突破关键核心技术，培育高水平创新团队；四是提升管理能力，加强水库大坝管理单位能力建设，完善现代化水库运行管理矩阵，强化“四预”措施落实，提升基层一线人员专业素养和应急处置能力；五是深化国际合作，积极参与国际大坝委员会等国际组织活动，推动“三个大坝”理念和实践走向世界，为全球水治理贡献中国智慧和中国方案。
江河奔腾，岁月不息。在这片古老而又年轻的土地上，一代代水利人用智慧与汗水铸就的大坝，不仅是拦截洪水的“铜墙铁壁”，更是滋养文明的“生命之源”。站在新的历史起点上，我们要深入贯彻习近平总书记关于治水的重要论述，牢固树立安全、生态、智能的大坝理念，奋力谱写新时代中国大坝建设的壮丽篇章，为保障国家水安全、建设美丽中国、实现中华民族伟大复兴的中国梦作出新的更大贡献。
热门跟贴