劉運(yùn)飛,賴躍強(qiáng),姜小蘭,黃 玲

(長(zhǎng)江科學(xué)院 《長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)》編輯部，湖北 武漢 430010)

1 南水北調(diào)工程概況

南水北調(diào)工程是中華人民共和國(guó)的戰(zhàn)略性工程，分東、中、西3條線路：東線工程起點(diǎn)位于江蘇揚(yáng)州江都水利樞紐；中線工程起點(diǎn)位于漢江中上游丹江口水庫，供水區(qū)域?yàn)楹幽?、河北、北京、天津四個(gè)省(市)；西線工程正在規(guī)劃實(shí)施。通過3條調(diào)水線路與長(zhǎng)江、黃河、淮河和海河四大江河的聯(lián)系，構(gòu)成以“四橫三縱”為主體的總體布局，以利于實(shí)現(xiàn)中國(guó)水資源南北調(diào)配、東西互濟(jì)的合理配置格局，解決我國(guó)北方地區(qū)，尤其是黃淮海流域的水資源短缺問題，規(guī)劃區(qū)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(xué)術(shù)交流平臺(tái)，在南水北調(diào)工程中可以發(fā)揮科技支撐作用。

為探究水利科技期刊在南水北調(diào)工程中發(fā)揮的科技支撐作用，并明確下一步對(duì)該工程前沿研究領(lǐng)域的報(bào)道方向，以《長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)》(以下簡(jiǎn)稱《院報(bào)》)為例，分析《院報(bào)》在南水北調(diào)工程中發(fā)揮的重要科技支撐作用。筆者通過中國(guó)知網(wǎng)(CNKI)搜索摘要中包含“調(diào)水”的詞語，查閱了《院報(bào)》刊載的南水北調(diào)工程從論證階段到工程運(yùn)行各個(gè)時(shí)期的學(xué)術(shù)論文，按專業(yè)研究領(lǐng)域分類闡述《院報(bào)》在南水北調(diào)工程中發(fā)揮的科技支撐作用。

2 《院報(bào)》在南水北調(diào)工程中發(fā)揮的科技支撐作用

2.1 土力學(xué)專業(yè)方面

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

1995年12月南水北調(diào)工程開始全面論證。2001年程展林[3]通過研究南水北調(diào)工程砂基中泥漿盾構(gòu)法隧道施工開挖面的穩(wěn)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(diào)中線工程總干渠膨脹軟巖渠坡支護(hù)措施、軟巖地基承載力以及采煤區(qū)地表變形塌陷等主要巖土力學(xué)問題；周小文等[5-6]研究了穿黃隧道地基在地震和盾構(gòu)機(jī)施工時(shí)震動(dòng)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(yīng)力分布；龔壁衛(wèi)等[7]為解決膨脹土的裂隙性、膨脹性問題提出了南水北調(diào)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(diào)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(diào)工程開工。2005年周小文等[9]基于Kriging法判別了大區(qū)域場(chǎng)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(shè)置合理的反濾層以提高下游壩殼料滲透穩(wěn)定性。

2013年11月南水北調(diào)東線工程正式通水，2014年12月南水北調(diào)中線一期工程正式通水。2016年張家發(fā)等[11]對(duì)南水北調(diào)中線一期工程膨脹土渠坡滲透系數(shù)進(jìn)行了分類并提出了其對(duì)應(yīng)的滲控措施；2017年崔皓東等[12]對(duì)南水北調(diào)中線挖方渠段滲控措施進(jìn)行了優(yōu)化研究；2021年張恒晟等[13]發(fā)現(xiàn)南水北調(diào)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(bào)》在土力學(xué)專業(yè)方面刊載的代表了土力學(xué)各研究方向的部分論文，可知《院報(bào)》在土力學(xué)專業(yè)方面，除報(bào)道了南水北調(diào)中線工程沿線土料與地基特性的常規(guī)試驗(yàn)研究成果外，還報(bào)道了一些重要的研究課題成果，如：隧道工程盾構(gòu)施工的泥漿特性和開挖面穩(wěn)定性研究；南水北調(diào)工程中線總干渠黃土高邊坡穩(wěn)定分析與滲流控制研究及其滲漏與蒸發(fā)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(duì)壩體和基礎(chǔ)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(yè)方面

1995年河流專家殷瑞蘭[14]在南水北調(diào)中線工程可行性研究階段論證中，認(rèn)為從丹江口水庫北調(diào)150億m3水量，對(duì)防洪、引水、航運(yùn)的影響利大于弊。1999年董耀華等[15]研究了南水北調(diào)中線方案總干渠冰期輸水問題；吳艷春等[16]設(shè)計(jì)出了一個(gè)集流量、摻砂、水位檢測(cè)與控制為一體的全自動(dòng)控制系統(tǒng)，提高了南水北調(diào)河工模型檢測(cè)與控制自動(dòng)化水平。2008年張洪霞等[17]研究了丹江口大壩加高運(yùn)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(yàn)，分析了三峽工程蓄水運(yùn)用后引江濟(jì)漢水環(huán)境補(bǔ)償工程(南水北調(diào)中線二期工程)取水口河段河道演變對(duì)引水的影響和引水工程布置對(duì)該河段河勢(shì)、水位、流速、流態(tài)等變化的影響，以及引水渠進(jìn)水閘消能、沉沙池沉沙和沉螺池阻螺的效果。

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

2.3 水工結(jié)構(gòu)與材料專業(yè)方面

1998年王樹清等[19]提出了調(diào)水工程隧洞施工防水材料配方硬度及斷面型式的設(shè)計(jì)思想與具體方法。1999年趙瑜等[20]探討了南水北調(diào)中線工程大型預(yù)應(yīng)力混凝土箱形渡槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。2001年何英杰等[21]通過南水北調(diào)穿黃盾構(gòu)隧道仿真模型試驗(yàn)，對(duì)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(yù)緊力的大小及管片接頭不同的受力狀態(tài)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，為盾構(gòu)隧道管片設(shè)計(jì)提供了參考。2002年戴湘和等[22]對(duì)南水北調(diào)穿黃渡槽的2種設(shè)計(jì)方案分別選擇了典型的數(shù)學(xué)力學(xué)模型，對(duì)渡槽進(jìn)行抗震計(jì)算；李曉鄂等[23]根據(jù)南水北調(diào)穿黃工程地質(zhì)條件，確定了高壓噴射注漿固結(jié)材料的設(shè)計(jì)施工參數(shù)。2008年溫森等[24]采用隨機(jī)有限元方法計(jì)算了南水北調(diào)西線的一個(gè)隧洞斷面變形。2010年霍澤冰等[25]分析了大型渡槽設(shè)置隔震支座的效果，為南水北調(diào)渡槽的隔震設(shè)計(jì)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(fù)合材料成功應(yīng)用于南水北調(diào)中線工程，該材料具有環(huán)保、高耐侯性、高黏結(jié)性、干燥和潮濕面均可施工等特性，能有效提高混凝土等結(jié)構(gòu)的抗紫外老化、抗沖磨、抗?jié)B、抗碳化、抗凍融、抗化學(xué)侵蝕等耐久性能，能延長(zhǎng)工程使用壽命。2015年鄺亞力等[27]研究了南水北調(diào)中線淅川段高填方渠段新型聚脲結(jié)構(gòu)縫修補(bǔ)材料。2020年長(zhǎng)江科學(xué)院自主研發(fā)的CKY-CFJ1水泥基滲透結(jié)晶型防水材料成功應(yīng)用于南水北調(diào)工程中[28]。

可見，《院報(bào)》發(fā)揮的科技交流平臺(tái)作用在水工結(jié)構(gòu)專業(yè)方面主要體現(xiàn)為渡槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路及其抗震設(shè)計(jì)、穿黃盾構(gòu)隧道仿真模型設(shè)計(jì)提供了科學(xué)依據(jù)，在水工材料專業(yè)方面主要體現(xiàn)在優(yōu)化了南水北調(diào)隧道施工防水材料、確定了穿黃工程高壓噴射注漿固結(jié)材料的設(shè)計(jì)施工參數(shù)、成功應(yīng)用了能提高工程修復(fù)效果和使用壽命的新型灌漿材料。

2.4 水力學(xué)專業(yè)方面

2002年黃國(guó)兵等[29]闡述了陶岔樞紐(南水北調(diào)中線工程的水源工程)后期擴(kuò)建工程堆石壩加高后引水閘的泄流能力、涵洞水流流態(tài)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(yàn)成果，優(yōu)化了設(shè)計(jì)方案，并提出了通過合理的閘門調(diào)度方式改善涵洞內(nèi)水力特性的具體措施；周赤等[30]為南水北調(diào)中線工程倒虹吸管道的設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理提供了科學(xué)依據(jù)；黃國(guó)兵等[31]研究了南水北調(diào)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(kuò)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(tài)、壓力、水頭局部損失等水力學(xué)問題。2014年黃國(guó)兵等[32]綜述了南水北調(diào)中線工程總干渠節(jié)制閘流量計(jì)算公式、渠道糙率問題、突發(fā)事件下渠道應(yīng)急調(diào)度、穿黃隧洞布置形式及水力特性、冬季冰期輸水等幾個(gè)主要方面的水力學(xué)研究成果。2021年王才歡等[33]提出了消減南水北調(diào)中線總干渠十二里河渡槽超常大波動(dòng)的工程措施及閘門調(diào)度運(yùn)行方案。

《院報(bào)》刊載的有關(guān)南水北調(diào)水力學(xué)專業(yè)的科研成果解決了南水北調(diào)引水加高續(xù)建溢流表孔的有關(guān)水力學(xué)問題，提出了南水北調(diào)總線工程的水源工程——陶岔樞紐后期擴(kuò)建工程堆石壩加高方案引水閘設(shè)計(jì)方案的修改建議，為南水北調(diào)中線工程倒虹吸管道的設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理提供了依據(jù)，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(kuò)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(tài)、壓力、水頭局部損失等試驗(yàn)成果，確定了穿黃隧洞布置形式，消除了渡槽超常波動(dòng)等。

2.5 水資源與環(huán)境專業(yè)方面

2002年李志亮等[34]提出長(zhǎng)江下游干流水環(huán)境，不僅影響本區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，而且還影響南水北調(diào)東線工程水源地的水質(zhì)。2003年，熊文等[35]預(yù)測(cè)了南水北調(diào)中線工程實(shí)施后漢江中下游水文情勢(shì)影響和水華發(fā)生的頻率，并提出了控制漢江中下游富營(yíng)養(yǎng)化的措施。2004年王維平等[36]基于已開工的南水北調(diào)東線工程山東段和膠東調(diào)水工程，建立了山東省水資源優(yōu)化配置模型，探討了山東省長(zhǎng)江水、黃河水和當(dāng)?shù)厮?lián)合運(yùn)用和優(yōu)化配置。2009年徐揚(yáng)等[37]通過長(zhǎng)系列調(diào)算研究了南水北調(diào)中線工程以及引江濟(jì)漢工程實(shí)施后對(duì)其河道內(nèi)生態(tài)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(duì)漢江中下游進(jìn)行供水風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)，并采取相對(duì)應(yīng)的措施，降低跨流域調(diào)水對(duì)其水源供水風(fēng)險(xiǎn)的影響。2015年王振華等[40]提出了完善南水北調(diào)中線水源地水質(zhì)保護(hù)法規(guī)的立法建議。2016年王若晨等[41]分析了調(diào)水背景下丹江口水庫優(yōu)化調(diào)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(diào)中線水源地保護(hù)與管理?xiàng)l例》等相關(guān)法規(guī)，以解決南水北調(diào)中線水源地保護(hù)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(diào)水的規(guī)模。2021年孫正蘭等[44]探討了南水北調(diào)東線源頭江都水利樞紐下游水文情勢(shì)及其影響因素。

2002年南水北調(diào)開始施工后，水利科技工作者對(duì)南水北調(diào)的水源地的水資源和環(huán)境越來越重視?！对簣?bào)》發(fā)表的相關(guān)論文成果主要有：論證保護(hù)南水北調(diào)水源地水資源和環(huán)境的重要性；預(yù)測(cè)了南水北調(diào)中線一期工程實(shí)施后“水華”發(fā)生的頻率，并提出了控制漢江中下游富營(yíng)養(yǎng)化的措施; 探討了長(zhǎng)江水、黃河水的聯(lián)合運(yùn)用和優(yōu)化配置; 研究了漢江中下游河道內(nèi)生態(tài)需水量; 完善了南水北調(diào)中線水源地水質(zhì)保護(hù)法規(guī)的立法；明確了漢江流域水資源承載能力及其支撐流域調(diào)水的規(guī)模等。

2.6 其他研究領(lǐng)域

2002年陳俊等[45]闡述了丹江口大壩加高施工期度汛時(shí)的主要試驗(yàn)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(huì)對(duì)南水北調(diào)輸水隧洞產(chǎn)生破壞影響。2004年張孟玫等[47]在Visual C++6.0軟件開發(fā)平臺(tái)上研制開發(fā)的箱涵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)成功應(yīng)用于南水北調(diào)北京段和北京五環(huán)路地下通道的箱涵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。2008年趙延喜等[48]建立了一個(gè)基于模糊概率的巖爆風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型，并成功應(yīng)用于南水北調(diào)西線工程泥曲-杜柯河段隧洞部分東段的巖爆風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。2010年李亞龍等[49]研究了南水北調(diào)中線水源區(qū)植被恢復(fù)的產(chǎn)流產(chǎn)沙效應(yīng)初步研究。2013年甘孝清等[50]將分布式光纖加熱技術(shù)成功應(yīng)用于南水北調(diào)中線一期工程滲漏監(jiān)測(cè)中。

由此可見，《院報(bào)》在防洪、爆破、信息技術(shù)、水土保持、工程安全監(jiān)測(cè)等研究領(lǐng)域也發(fā)揮了科技支撐作用。

3 結(jié)論與建議

(1)《院報(bào)》對(duì)南水北調(diào)工程中的土力學(xué)、河流泥沙、水工結(jié)構(gòu)與材料、水力學(xué)、水資源與環(huán)境等專業(yè)方面的科學(xué)問題的研究成果進(jìn)行了報(bào)道，為南水北調(diào)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，總干渠巖土力學(xué)問題的治理方案和冰期安全輸水，水源地水質(zhì)保護(hù)法規(guī)立法，以及工程施工運(yùn)行問題中采取的應(yīng)對(duì)措施等提供了科技支撐。

(2)報(bào)道的南水北調(diào)科研成果貫穿了該工程前期規(guī)劃、設(shè)計(jì)論證、施工和運(yùn)行各個(gè)時(shí)期，主要報(bào)道了南水北調(diào)中線工程各個(gè)時(shí)期的科研成果，但對(duì)東線工程施工和運(yùn)行期以及西線工程前期規(guī)劃期的科研成果鮮有報(bào)道。在報(bào)道的南水北調(diào)中線科研成果中主要是南水北調(diào)中線一期的科研成果，對(duì)南水北調(diào)中線二期的科研成果鮮有報(bào)道。

目前南水北調(diào)工程進(jìn)入新階段，建議水利期刊切實(shí)落實(shí)2021年習(xí)近平總書記主持召開推進(jìn)南水北調(diào)后續(xù)工程高質(zhì)量發(fā)展座談會(huì)上發(fā)表的重要講話精神，全面貫徹新發(fā)展理念，按照高質(zhì)量發(fā)展要求，統(tǒng)籌發(fā)展和安全，堅(jiān)持“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的治水思路，遵循確有需要、生態(tài)安全、可以持續(xù)的重大水利工程論證原則，積極組織、報(bào)道和宣傳相關(guān)科研成果為南水北調(diào)工程正在推進(jìn)的東、中線后續(xù)工程規(guī)劃建設(shè)和西線工程規(guī)劃方案比選論證及其理論創(chuàng)新和科技進(jìn)步搭建學(xué)術(shù)研究交流的平臺(tái)。