南水北調(diào)中線工程主要解決京津和華北地區(qū)城市缺水問題，通過將漢江優(yōu)質(zhì)水引入北方，緩解京津、華北地區(qū)城市用水矛盾，緩和城市擠占生態(tài)與農(nóng)業(yè)用水的矛盾，增加工業(yè)發(fā)展活力，改善生態(tài)環(huán)境，控制地下水超采。

中線干線工程沿線穿越膨脹(巖)土、濕陷性黃土、高地下水、煤礦采空區(qū)等不良地質(zhì)渠道，且沿線無調(diào)節(jié)水庫，在設(shè)計、建設(shè)、輸水調(diào)度等方面，面臨諸多挑戰(zhàn)。

建設(shè)期開展的關(guān)鍵技術(shù)研究及成果

建設(shè)期，中線工程共開展科技項目研究50余項（不包括設(shè)計單位開展的三維計算、河工模型試驗和施工現(xiàn)場開展的小型試驗項目等），其中由于技術(shù)難度大，有6個課題被列為國家“十一五”科技支撐計劃課題，1個項目被列為“十二五”科技支撐計劃項目。這些科技項目取得的創(chuàng)新成果，在工程設(shè)計和施工中推廣應(yīng)用，保證了工程建設(shè)進度和質(zhì)量，同時有力促進了國內(nèi)大型調(diào)水工程設(shè)計、施工和建設(shè)管理技術(shù)水平的提高。

1.膨脹土（巖）渠道工程關(guān)鍵技術(shù)

南水北調(diào)中線工程涉及膨脹土（巖）渠道累計長度約387km，約占輸水干線總長的27%。中線工程膨脹土渠段最大挖深達50m左右，且分布地域廣，大氣及土體干濕變化大，膨脹土脹縮作用更為突出，膨脹土穩(wěn)定性控制更加困難。與鐵路和公路等工程相比，水利工程渠道長年涉水，渠道邊坡穩(wěn)定問題更加復(fù)雜。

中線工程膨脹土（巖）的研究成果直接用于工程設(shè)計、方案優(yōu)化、施工和質(zhì)量控制。值得一提的是，通過研究，對單一換填非膨脹黏性土的方案進行了比較大的優(yōu)化和調(diào)整，有效減少了非膨脹土料的使用，減少了征地與移民，最大程度節(jié)約土地資源和降低工程成本，取得了明顯的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益。

2.總干渠高填方渠道關(guān)鍵技術(shù)

中線工程填方高度超過6m的渠段共長約139.5km，全填方渠道長約66.3km，最大填方高度達23m。高填方一旦失穩(wěn)，將危及渠道兩岸人民群眾生命財產(chǎn)安全。

高填方渠道的復(fù)雜性主要來自三方面:一是我國沒有填方渠道設(shè)計規(guī)范，目前工程設(shè)計主要參照土石壩或堤防設(shè)計規(guī)范，但中線工程填方渠道設(shè)計工況與土石壩或堤防存在很大差別，使得渠道的安全風險大增；二是長距離線性工程沿線地質(zhì)條件多變、填筑料源不一，加上填筑時間順序先后差異，渠道差異沉降問題較突出；三是填方渠道風險源多，對這樣一個巨型線性工程原有的監(jiān)測技術(shù)難以有效進行實時、連續(xù)的監(jiān)控。

該課題研究成果主要體現(xiàn)在四個方面：一是優(yōu)化了穿堤建筑物與渠道結(jié)合部位的設(shè)計與施工，減小和控制了沉降差異；二是對渠段分段填筑所形成缺口的回填料、施工工藝和措施等進行優(yōu)化，縮短了工期；三是提出渠道預(yù)警預(yù)測指標體系及預(yù)警預(yù)測模型，進而提出中線工程自動化安全監(jiān)控的支撐技術(shù)與建議方案；四是研制開發(fā)了高填方碾壓施工質(zhì)量實時監(jiān)控技術(shù)，為高填方碾壓施工質(zhì)量的全過程、精細化在線控制提供了新的途徑。

3.超大口徑PCCP關(guān)鍵技術(shù)

南水北調(diào)中線北京段工程在我國首次采用了4m超大口徑PCCP，工程的結(jié)構(gòu)安全和建設(shè)質(zhì)量要求高，超大口徑管道的使用對制造、運輸、安裝、吊裝的難度加大，國內(nèi)沒有相關(guān)設(shè)計、施工規(guī)范。

通過該課題，成功解決了超大口徑PCCP結(jié)構(gòu)安全與質(zhì)量控制的關(guān)鍵技術(shù)問題。課題研究成果全面運用于南水北調(diào)工程設(shè)計、建設(shè)和試運行中。

4m超大口徑PCCP的成功運用標志著我國PCCP的研制和應(yīng)用技術(shù)等取得了歷史性突破，對我國PCCP相關(guān)規(guī)范的制定具有指導(dǎo)意義。

4.穿黃隧洞工程關(guān)鍵技術(shù)

南水北調(diào)中線穿黃工程是中線的關(guān)鍵性工程。在國內(nèi)采用盾構(gòu)方式穿越大江大河尚屬首次，且穿黃河段為典型的游蕩性河段，地質(zhì)條件復(fù)雜。穿黃隧洞為大型有壓水工隧洞，內(nèi)水壓力大于0.5MPa，隧洞內(nèi)徑7m，外徑8.7m，并需考慮地震的不利影響。

圖中不同顏色代表不同土質(zhì)條件，可以看出穿黃隧洞穿越的地層非常不均勻，地質(zhì)條件復(fù)雜，穿黃穿越段距離長、洞徑大、水壓大，設(shè)計及施工難度大

該課題對穿黃隧洞、大型超深豎井的工作性態(tài)、抗震特性進行深入研究，并通過穿黃隧洞襯砌1∶1仿真試驗研究，真實模擬隧洞水土環(huán)境和受力條件，驗證設(shè)計方案、提出優(yōu)化措施，提供了試驗依據(jù)。

5.超大型渡槽關(guān)鍵技術(shù)

南水北調(diào)中線總干渠包括梁式輸水渡槽18座、涵洞式渡槽9座，共計27座。輸水渡槽具有跨度大、流量大、體型大、自重大、荷載大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點，是技術(shù)最復(fù)雜、工程建設(shè)管理難度最大的項目之一。

課題系統(tǒng)地解決了南水北調(diào)中線工程上的大流量預(yù)應(yīng)力渡槽設(shè)計和施工中的關(guān)鍵技術(shù)難題，為渡槽工程的建設(shè)及安全運行提供了科技支撐和技術(shù)保障。

6.總干渠穿越煤礦采空區(qū)問題

南水北調(diào)中線工程總干渠通過10多個煤礦采空區(qū)及煤礦區(qū)，存在壓煤和渠道通過采空區(qū)的穩(wěn)定問題。部分煤礦開采年代長，開采過程及形成的采空區(qū)條件復(fù)雜，國內(nèi)外缺少成熟的技術(shù)手段和相關(guān)經(jīng)驗，也沒有水利行業(yè)相關(guān)規(guī)范規(guī)程作為確定煤礦采空區(qū)注漿處理驗收標準的依據(jù)，工程建設(shè)具有挑戰(zhàn)性。

課題提出了大型輸水渠道下煤礦采空區(qū)的基礎(chǔ)處理措施及注漿處理的驗收標準，成功應(yīng)用于河南禹州采空區(qū)處理工程中。通過對采空區(qū)監(jiān)測數(shù)據(jù)的有效管理與分析及渠道變形穩(wěn)定標準研究，開發(fā)了禹州采空區(qū)沉陷預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)。

7.總干渠供水調(diào)度方案

南水北調(diào)中線一期工程總干渠工程的供水調(diào)度研究在國內(nèi)沒有先例，如何保障如此規(guī)模宏大、輸水過程狀況復(fù)雜、控制節(jié)點多、技術(shù)要求高且渠道調(diào)蓄能力有限的總干渠運行安全，是南水北調(diào)中線工程必須解決的難點問題之一。

課題建立的供水計劃生成模型、冰期輸水調(diào)度模型、總干渠水力學模型等，是中線總干渠運行調(diào)度的技術(shù)基礎(chǔ)，已充分應(yīng)用到年度調(diào)水方案中。另外研究成果還為調(diào)度應(yīng)急預(yù)案提供了技術(shù)支撐。

8.中線工程輸水能力與冰害防治技術(shù)

南水北調(diào)中線工程在冬季運行時，黃河以北渠段會出現(xiàn)不同的冰情。本課題通過理論分析、數(shù)值模擬和試驗?zāi)M相結(jié)合的方法，研究南水北調(diào)中線干線工程輸水能力與冰害防治關(guān)鍵技術(shù)問題，為中線工程的運行、調(diào)度提供科技支撐。

建設(shè)期中線建管局組織開展了中線工程輸水能力與冰害防治技術(shù)研究，運行期繼續(xù)開展冰期輸水冰情原型觀測研究

主要技術(shù)成果包括以下幾個方面：一是確定了南水北調(diào)中線工程冰期的最大輸水能力和冰期運行控制方法，實現(xiàn)了冰期安全輸水；二是開發(fā)了冰情分析與預(yù)報及冰期輸水控制模型，優(yōu)化了冬季供水過程，典型工況的轉(zhuǎn)換時間由14～15天縮短至4～5天，降低了渠道襯砌損壞有關(guān)的維修費用，減少了運行成本；三是提出的攔冰索措施在中線工程得到應(yīng)用，為防治極端冰害起到了積極作用。

運行期的技術(shù)需求有哪些？

2014年12月12日，南水北調(diào)中線干線工程正式全面通水。通水3年多來，工程不僅顯現(xiàn)出巨大的經(jīng)濟社會效益，生態(tài)效益也十分顯著。而進入運行管理階段，又對技術(shù)管理和科技創(chuàng)新工作提出了新任務(wù)和新要求。

1.保障工程安全平穩(wěn)運行的重大關(guān)鍵技術(shù)需求

南水北調(diào)工程建成后，仍然存在特殊渠段邊坡穩(wěn)定問題、渠道襯砌抗浮穩(wěn)定問題、渠道滲漏問題等危及工程安全的問題，需要通過迅速、準確地監(jiān)測數(shù)據(jù)來判斷工程狀態(tài)，確保工程安全。

中線工程全程采用自流輸水方式，全線無調(diào)節(jié)水庫，黃河以北地區(qū)700多km渠道涉及冬季輸水結(jié)冰問題，需要進一步研究完善冰期輸水的調(diào)度運行方案等，確保供水安全。

中線總干渠水質(zhì)安全決定著工程的成敗。通水以來，水質(zhì)穩(wěn)定達到Ⅱ類，但由于中線工程運行管理特性，水質(zhì)保障工作也有其脆弱性。在工程通水后，中線總干渠內(nèi)水質(zhì)水生態(tài)問題出現(xiàn)了一些新的以及在前期工作中未得到充分重視的問題，需要進一步研究防范水生態(tài)問題的措施和與水廠等建立聯(lián)動機制，確保水質(zhì)安全。

2.維修維護主要需求

通水運行以來，部分渠道襯砌板出現(xiàn)了裂縫、凍脹、剝蝕、塌陷、隆起等各種缺陷；部分建筑物局部如渡槽結(jié)構(gòu)縫等，出現(xiàn)滲漏等。從工程安全角度，要求及早消除缺陷和滲漏影響，防止缺陷或損傷擴大；從通水角度，要求盡量降低對調(diào)度運行的影響，需要開展不斷水情況下的水下修復(fù)研究及生產(chǎn)性試驗，優(yōu)化施工工藝及流程等，做好技術(shù)儲備。

3.應(yīng)急搶險主要需求

南水北調(diào)工程一旦發(fā)現(xiàn)滲漏，或者渠段監(jiān)測一旦出現(xiàn)超過警戒值的變形或裂縫等，如何快速、準確尋找滲漏源頭，通過何種檢測手段準確、高效地檢測和判斷損傷位置、大小、危害程度、發(fā)展趨勢等，對組織應(yīng)急搶險或修復(fù)具有重要意義。另外，由于南水北調(diào)工程的特性，有些大型通用搶險設(shè)備實施困難，影響工程應(yīng)急搶險的質(zhì)量和效率。

4.中線干線工程創(chuàng)新發(fā)展的需求

南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)的十年，也是科技蓬勃發(fā)展的十年，初步設(shè)計中的工程巡檢、維護、檢修、安全監(jiān)測等方案，與目前的現(xiàn)代化水平有一定差距，影響了提質(zhì)增效的要求，需要進行利用新科技等進行更新改造。如何利用已有的先進技術(shù)，實現(xiàn)中線工程智慧化管理，是時代提出的重大需求。另外，如何滿足供水需求變化（如新增雄安新區(qū)的近期、遠期需水目標），如何實現(xiàn)短時間應(yīng)急供水，進一步提高供水保證率等問題也亟待解決。

2018年4月，南水北調(diào)中線一期工程向位于雄安新區(qū)的白洋淀實施生態(tài)補水

5.大型渠道技術(shù)規(guī)定整編提升的需求

南水北調(diào)中線干線工程是超大型的跨流域調(diào)水工程，規(guī)模巨大，世界上絕無僅有。為了做好工程的設(shè)計工作，中線建管局組織編制了35本初步設(shè)計技術(shù)規(guī)定。這些初步設(shè)計技術(shù)規(guī)定是在參考已有規(guī)范的基礎(chǔ)上，根據(jù)中線干線工程特點，對設(shè)計原則、設(shè)計標準、設(shè)計內(nèi)容、技術(shù)方法和工作深度進行統(tǒng)一的規(guī)范和要求。在后續(xù)工程建設(shè)中，又根據(jù)工程進展情況和科技項目的研究成果，陸續(xù)編制和發(fā)布了14個施工期技術(shù)標準。

上述技術(shù)規(guī)定和標準不僅是南水北調(diào)中線干線工程的智慧結(jié)晶，也是水利建設(shè)調(diào)水工程的寶貴資料，對技術(shù)規(guī)定進行整編提升，成為今后水利調(diào)水工程的指導(dǎo)和參考是必要的。

近期開展了哪些重點項目？

1.南水北調(diào)工程應(yīng)急搶險和快速修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)與裝備研究

針對不同建筑物可能發(fā)生的險情，研究南水北調(diào)工程險情災(zāi)變模式及演變規(guī)律、應(yīng)急搶險修復(fù)與供水安全的保障條件及影響規(guī)律等關(guān)鍵科學問題；研發(fā)適用性強、不斷水、可重復(fù)使用的裝配式圍堰與多元襯砌體止水和滲控技術(shù)，渠坡變形移動式巡測技術(shù)及裝備，深挖方渠坡險情快速評價與搶險技術(shù)及裝備，輸水建筑物結(jié)構(gòu)加固與修復(fù)綜合技術(shù)及裝備，環(huán)境友好型智能水下清淤成套技術(shù)及裝備，防洪護岸工程土石料快速固化搶險技術(shù)，水庫與堤壩滲漏通道定位檢測技術(shù)，集中滲漏通道快速封堵材料與成套技術(shù)，提高供水保障的工程搶險與快速修復(fù)應(yīng)急調(diào)度技術(shù)等。

2017年8月，該項目已通過科技部的評審，被列為國家重點研發(fā)計劃項目。

2.南水北調(diào)工程運行安全檢測技術(shù)研究與示范

針對南水北調(diào)工程的環(huán)境條件、運行狀況和工程特性，開展多因素耦聯(lián)作用下南水北調(diào)工程運行性能演變規(guī)律、病害機理及長期安全運行關(guān)鍵影響因素研究；研究隱患的分級分類，根據(jù)隱患類型，進行檢測方法的適應(yīng)性及檢測技術(shù)標準的研究，提出安全診斷技術(shù)與評估方案；研究大型建筑物損傷信息多場多維度感知和提取方法，研發(fā)大型輸水建筑物安全檢測技術(shù)與裝備；針對南水北調(diào)長線路特點，研發(fā)長距離線性工程一體化智能檢測技術(shù)與裝備；研發(fā)南水北調(diào)工程運行監(jiān)測檢測大數(shù)據(jù)分析與智能預(yù)警系統(tǒng)，實現(xiàn)檢測手段和缺陷診斷智能化；選擇南水北調(diào)典型工程，開展南水北調(diào)工程安全運行數(shù)據(jù)融合技術(shù)研究并進行應(yīng)用示范，提升我國在該領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢和國際競爭力。

3.南水北調(diào)中線輸水水質(zhì)預(yù)警與業(yè)務(wù)化管理平臺

作為國家“十三五”科技支撐項目“水體污染控制與治理科技重大專項”的一部分，針對水質(zhì)保障存在的問題，一是開展中線總干渠藻類貝類異常增殖機理研究，研發(fā)多途徑防控技術(shù)體系；二是建立中線水質(zhì)安全監(jiān)控與評價技術(shù)體系，構(gòu)建適用于中線現(xiàn)狀運行需求的水質(zhì)安全監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系；三是面向中線輸供水系統(tǒng)、退水區(qū)，構(gòu)建渠-管-河耦合的水質(zhì)、藻類預(yù)報、風險評估和預(yù)警技術(shù)體系；四是構(gòu)建中線總干渠水污染事故、生態(tài)調(diào)控綜合調(diào)度預(yù)案庫；五是構(gòu)建面向南水北調(diào)中線全過程、多指標的，集水質(zhì)監(jiān)測、評價、預(yù)測、預(yù)警、調(diào)控、處置為一體的綜合管理業(yè)務(wù)化平臺；六是構(gòu)建跨區(qū)域多部門水質(zhì)信息共享與反饋機制，以及水質(zhì)常規(guī)調(diào)度與應(yīng)急調(diào)控協(xié)作機制。

4.南水北調(diào)中線一期總干渠沿線新建調(diào)蓄工程綜合開發(fā)利用研究

為了提高中線供水保證率，中線工程擬新建調(diào)蓄工程。本研究以大峪-象山調(diào)蓄工程為樣本，以征地移民盡量少、水庫調(diào)蓄規(guī)模合理、綜合開發(fā)利用為原則對水庫建設(shè)進行規(guī)劃，圍繞“調(diào)蓄水庫、抽水蓄能電站、清潔能源生產(chǎn)消納轉(zhuǎn)化、藻類防治、生態(tài)旅游開發(fā)”等五大子項提出綜合開發(fā)利用規(guī)劃，并對新建調(diào)蓄工程綜合開發(fā)的建管模式、水量電量調(diào)度模式、投融資模式等進行研究，為調(diào)蓄工程開發(fā)模式提供模型概念。

5.智慧中線管理系統(tǒng)

基于云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、GIS技術(shù)、BIM技術(shù)、實景建模、遙感監(jiān)測、無人機技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等，結(jié)合中線工程現(xiàn)有信息系統(tǒng)，構(gòu)建智慧中線管理系統(tǒng)，主要包括工程數(shù)字管理系統(tǒng)、工程風險管理系統(tǒng)、工程綜合管理系統(tǒng)、工程智能決策支持系統(tǒng)等，全面統(tǒng)籌中線工程管理事務(wù)。以“一套信息標準、一張地圖展示、一個應(yīng)用平臺”實現(xiàn)智慧中線信息的全面整合與共享，形成智慧中線管理系統(tǒng)平臺，為中線工程的現(xiàn)代化發(fā)展做出貢獻。

中線 工程 南水北調(diào)

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