“七五”期间，围绕二滩水电工程建设，对常态混凝土高拱坝进行了系统研究，取得了拱坝地基评价标准，坝体与泄洪消能结构、新型材料使用与施工技术等使用价值高的科技成果。在这批实用性强、水平高的科技成果支撑下，工程建设取得了举世瞩目的优异成绩。围绕坝高95m的西北口混凝土面板堆石坝建设，开展当时中国的现代混凝土面板坝技术研究。在国家有关部门的大力支持下，经过同行业专家与广大水电科技攻关队伍的不懈努力，取得了混凝土面板堆石坝筑坝技术从设计到施工的系统成果，对于促进混凝土面板堆石坝在中国空前发展具有重大意义。由于不断创新和发展，目前中国面板坝建设高度已达到200m，整体技术达到国际先进水平。

    “八五”期间，水电行业开展了碾压混凝土和高土石坝、高边坡处理技术的系统研究，其中最为突出的创新性成果有两项。一项是普定碾压混凝土拱坝筑坝技术，它解决了碾压混凝土筑坝三个最关键的问题：一是全断面碾压混凝土筑坝技术，破除了“金包银”(常态混凝土包裹碾压混凝土一日本的碾压混凝土筑坝模式)式的坝体结构，实现了大坝碾压混凝土通仓连续浇筑，大大简化了仓面布置，加速了工程进度；二是解决了碾压混凝土铺筑的层间结合，坝体钻孔取样试验表明，全断面碾压层间结合致密，整体性与防渗效果好；三是坝体上游部位采用二级配碾压混凝土防渗，简化了上游防渗结构。普定碾压混凝土拱坝建设整体科技水平名列世界前茅，为世界同行所赞誉。另一项创新成果是龙滩碾压混凝土筑坝技术。龙滩碾压混凝土重力坝坝高216.5m，为当前世界上最高的碾压混凝土重力坝，科技攻关重点对龙滩碾压混凝土重力坝进行了方案布置、结构设计理论与方法、混凝土级配与性能、施工方法与现场环境等全方面的科学研究，解决了两个关键问题：一是碾压混凝土重力坝作为龙滩大坝的主选坝型技术上是可行的；二是碾压混凝土在高温多雨地区施工在技术难题可以解决。这些重大成果为龙滩碾压混凝土重力坝坝型通过国家有关部门审查和批准提供了重要科学依据。

    “九五”期间，我国水电科技工作者在“七五”、“八五”期间取得成果的基础上，结合水电工程建设需要，进行了涉及范围更加广泛，起点更高的科技攻关，成效卓著。

    1．200m级高碾压混凝土重力坝技术  在“八五”攻关成果的基础上，通过对高碾压混凝土重力坝的设计方法，高碾压混凝土重力坝渗流分析和防渗结构，碾压混凝土材料性能和耐久性，碾压混凝土大仓面、高强度铺筑的施工技术与方法等研究，总结出一套适应200m级的高碾压混凝土重力坝筑坝技术，为龙滩工程开工兴建提供技术支持。

    2．100m以上高碾压混凝土拱坝技术  依托132m高的沙牌碾压混凝土拱坝建设，取得了高碾压混凝土拱坝分缝及建坝材料特性、碾压混凝土拌和设备研制、快速施工技术、现场快速质量检测与原型观测等成果。有效地解决了碾压混凝土拱坝分缝、混凝土料的生产与运送等关键技术问题。

    3．200m级高混凝土面板堆石坝技术研究  在国家电力公司的领导下，依托水布垭面板堆石坝工程组织开展了200m级混凝土面板堆石坝技术研究，重点研究了堆石坝材料、接缝止水、面板混凝土及计算分析方法等关键技术，取得了面板坝筑坝材料特性、应力变形分析、强震区模型试验与动力分析、面板混凝土抗裂及耐久性、适应大变形的接缝止水结构和材料等一批创新成果。这些科技研究成果，论证了200m以上高度混凝土面板堆石坝的技术可行性，为水布垭工程最终选定混凝土面板堆石坝方案提供了科学依据，是中国混凝土面板坝筑坝技术的全面升级和发展进程中的重要里程碑。

    4．300m级高拱坝枢纽设计关键技术  结合金沙江溪洛渡水电站和澜沧江小湾水电站开展了300m级高拱坝枢纽布置关键技术研究，取得了大流量泄洪、超大型地下洞室群合理布置及围岩稳定、坝址及近坝库岸滑坡体稳定性、高拱坝施工技术等系统研究成果。论证了小湾高拱坝增大坝身泄洪量，减少一条泄洪隧洞的技术可行性；优化了溪洛渡坝身表孔、深孔体型和反拱消力池底板等结构措施，解决了坝身宣泄30000m³/s流量等工程重大技术难题；提出了小湾、溪洛渡等工程复杂地层结构中超大型地下洞室群的优化设计和施工方案。

    5．快速勘探技术的综合应用研究  重点进行了遥感技术及其应用、综合物探技术研究与分析、钻探新技术的开发和应用、工程地质综合分析技术的开发和应用等研究，取得了相应的技术成果。其中钻孔彩色电视全孔壁成像系统，采用便携式微机，实现了现场采集图像数据和实时处理成全孔壁平面展开图像，极大地方便了现场观察和判断分析，改进了井下光学系统和照明条件，成功地减少了图像的干涉光斑，优化了井下探头的密封设计，使该系统上了新台阶。地质综合分析技术，建立了反映岩体质量地质量化指标和力学参数的相互关系，在国内外首次提出缓倾结构面渗透参数现场测试法和确定结构面及岩体渗透参数的结构面控制反演法，成功地确定了溪洛渡坝区岩体结构面的渗透参数。

    6．拱坝沿拱座基面滑动机制及控制标准研究通过采用刚体极限平衡法、三维有限元法、互动算法以及地质力学模型试验等综合分析方法，对二滩、小湾、李家峡、白山等十几座拱坝进行了整体稳定和点安全度分析，提出了不同条件下拱坝沿拱座基面滑动发展的趋势，参照原型观测成果正确评价了这些拱坝的安全稳定性状。研究表明，拱坝沿拱座基面滑动的实质是剪切强度破坏，拱坝破坏过程是由弹性状态进入非线性状态后，首先产生坝踵开裂，然后产生剪切破坏了塑性区的扩展，最终导致整体破坏；拱坝一般可不考虑沿建基面的滑动，但在特殊地形地质和特殊体形条件下，拱坝有局部发生沿建基面滑动的可能。通过对研究成果的综合分析，结合已建拱坝正常运行的实际情况，研究提出了拱坝沿建基面滑动安全度控制标准可在现行规范中对拱坝坝肩深层抗滑稳定安全系数的基础上适当降低的建议。以上成果及结论对正在进行的拱坝规范修订工作，以及我国高拱坝的设计和安全评价有着重要的指导意义。

    7．特殊地质工程研究  特殊工程研究主要包括水电工程中地下洞室有害气体的测试评价方法及安全防护技术研究；深厚覆盖层地基围堰基础处理新技术研究；黄河上游中型水电站新第三系红层工程地质特性研究；岩基强度及各向异性参数研究；大朝山水电站地下厂房开挖支护设计和施工综合分析；黄河李家峡水电站坝前滑坡运行期稳定性研究；数字化地形图实用技术研究；多路径加载及围岩各向异性对地下洞室周边应力影响研究；土工膜用于岩溶地貌库区防渗技术的研究；水工结构技术标准关键问题研究。研究取得的大部分成果已在工程建设中应用，取得了显著的经济效益。

    8．非常规水工建筑技术研究  非常规水工建筑技术研究的重点研究项目为过流面板堆石坝技术、沥青混凝土面板防渗技术、拱坝结构的非整体分析、碾压混凝土新型掺和料开发应用、新型消能结构、高寒地区碾压混凝土筑坝技术、中高面板坝施工组织和施工技术等。主要研究成果和技术创新包括：

    在面板坝重点技术方面，提出了溢流面板堆石坝溢洪道布置原则、水力学与结构设计方法、高性能混凝土配合比设计以及施工工艺等成果，建成了国内首座溢流混凝土面板堆石坝，拓宽了面板坝的应用范围，对面板坝的发展有重要意义；研究取得的沥青混凝土原材料优选、沥青混凝土配合比优化、防渗结构设计方法、施工工艺，以及裂缝防治处理措施等成果，已应用于天荒坪抽水蓄能电站上库沥青混凝土防渗护面工程，效果良好；混凝土面板堆石坝趾板和坝体不均匀沉降对面板的影响、中高面板坝填筑模拟技术，土石坝填筑质量检验方法等研究成果，对指导我国混凝土面板堆石坝的设计和施工具有重要的参考价值。

    在碾压混凝土筑坝技术方面，进行了磷矿渣和凝灰岩混磨后作为碾压混凝土新型掺和料的应用研究，开发的PT掺和料已成功地应用于大朝山碾压混凝土坝，为缺少粉煤灰地区使用掺和料开辟了新途径；项目研究还取得了高寒地区碾压混凝土原材料优选与配合比，特殊气候条件下碾压混凝土施工工艺与质量控制等成果，提出了高寒地区影响碾压混凝土耐久性的主要因素相应的控制指标。

    非整体拱坝结构分析研究方面，结合小湾、溪洛渡、二滩和龙羊峡4座高拱坝进行了结构分析研究，取得了“横缝”和“上游底缝”对拱坝结构影响的计算分析等成果。这些成果深入分析了设缝对拱坝受力状况的影响，提出了设计、施工应该注意的问题和建议，对高拱坝建设具有重要参考价值。

    新型消能工技术研究方面，对窄缝消能工水力特性进行了深入的理论分析和系列的模型试验，提出了一整套水力计算参数选择方法和相应的计算公式，为汇水道设计和规范编制提供了依据；“宽尾墩、台阶式坝面和戽式消力池”联合消能工，溢流坝段直接采用碾压混凝土台阶式溢流坝面，取消了表面高标号常态混凝土，并成功地应用于大朝山碾压混凝土坝，实现了溢流坝段全断面快速碾压施工，加快了工程进度，有较高的工程推广应用价值。

    二、21世纪中国水电建设技术创新的战略安排

    (一) 21世纪中国水电建设的主要特点

    (1) 我国水电富矿在西部地区，因此今后相当长一段时间水电建设的重点在西部，西部水电开发是我国西部大开发战略的重要组成部分。

    (2) 西部站点山高谷深、水湍峡长者居多，工程规模巨大，面临着复杂地基条件、高水头大流量泄洪消能、高边坡巨型地下洞室稳定加固、强震区工程抗震设防等技术难题。

    (3) 西南多润湿高温，西北多干旱严寒。

    (二) 当前水电建设急需进一步解决的关键技术问题

    从20世纪80年代开始至21世纪初，中国水电科学技术成果丰硕可观，科技成果转化率高，而且创新程度高，特别是新坝型成果的创新已为国内外同行业人士所借鉴。

    纵观近20年来的水工科研，其成果所能覆盖的限度大约是200m左右的高坝，这实际上已经是一个令世人瞩目的高指标，但在中国西部规划和建设中的高坝很多，不少是在200～300m，有的还超过300m。建设300m级的高坝，其技术难点很多，即使同一个技术概念，高坝和低坝其内涵也不尽相同。因此应把200～300m的高坝作为重心，围绕这一重心组织力量，精心安排，系统全面开展科技攻关，把解决中国西部水电开发中以下关键技术问题，作为水利水电行业21世纪前瞻性技术创新工作的战略目标去实现。

    1．水电工程勘察技术  遥感、物探与测试技术的开发和完善，研究应用地球物探进行工程物性指标三维空间判释，建立地质调查—物探测试—实验室一体化的工程地质勘测体系。开展水电工程地质问题分析和决策方法研究，依据水电工程的地质数据特征，分类建立各种地质数据库，应用系统科学和决策学的理论和方法，进行工程地质系统的建立，开发水电工程地质专家分析系统，使工程地质问题的决策由目前的定性为主，过渡到定量为主和科学决策的方法上。开展大型水电工程地质环境问题研究，使水电工程的社会环境效益进一步改善。

    2．高坝筑坝技术的研究  形成300m级高拱坝、200～300m级高混凝土面板堆石坝、200m级碾压混凝土重力坝等配套技术。在300m级高拱坝结构问题方面，以已建高拱坝原型观测资料为基础进行反馈分析，开展高拱坝结构稳定性及抗震安全性，抗滑稳定分析方法及安全系数取值问题研究，提出合理的高拱坝应力控制标准，在保证坝体应力、变形、安全的条件下，进一步优化体形结构。

    在高土石坝筑坝技术方面，重点研究200m以上级高土石坝技术，以水布垭混凝土面板堆石坝(233m)为基础，以糯扎渡心墙坝(261m)、苗家坝混凝土面板堆石坝(300m)为目标，研究：①堆石料变形和渗透特性，特别是高应力和复杂应力条件下的变形性能以及风化料筑坝变形的长期稳定性研究；②力学参数的选取及坝体应力应变计算方法研究，提出适合特高堆石坝计算分析的方法；③研究和完善超高面板坝上游防渗结构，提出适合高水头变形大的周边逢结构和材料，以及抗裂、抗渗性能高、耐久性能好的混凝土配合比；④开展趾板建基面标准研究，提出深厚覆盖层上建趾板技术方法和措施；⑤对于土质心墙坝，重点研究拓宽心墙防渗土料的应用范围。

   在研究和完善200m级高碾压混凝土筑坝技术方面，主要研究内容有：①对碾压混凝土重力坝，重点研究成层体系混凝土坝的稳定和应力分析方法，层面抗剪断和应力应变特性，坝体防渗、排水技术和相应的处理方案优化混凝土配合比，完善大仓面连续浇筑的温控计算方法和措施；②开展高碾压混凝土拱坝关键技术问题研究，建立高碾压混凝土拱坝结构设计及计算理论和方法，合理确定坝体细部结构，提出保持拱坝整体性的措施及防裂、抗裂措施。

    3．高水头、大流量的泄洪消能技术研究  高水头、大流量的泄洪消能技术研究项目为：优化枢纽布置，研究不同坝型泄水建筑物合理的布置形式及高水头、大单宽流量的泄水建筑物体型，提出过流面平整度控制标准和掺气减蚀措施，解决好消能防冲问题，提高消能效果，控制雾化范围，开发新型抗磨损、抗空蚀材料，开展导流建筑物与永久建筑的结合问题研究，降低工程造价。

    4．大型地下洞室的稳定技术  主要研究内容有：①综合分析岩体结构面、地应力、渗压以及施工等因素对大型地下洞室群稳定性的影响，研究围岩整体稳定的仿真计算方法、稳定性判别准则与合理的支护方式，优化防渗排水措施；②研究深埋长隧洞的勘探技术、岩爆规律及有害气体的预报和防范措施；③建立大型地下洞室群专家系统信息库，为设计和施工提供依据。

    5．深厚覆盖层处理技术研究  深厚覆盖层处理技术研究项目为：①研究确定和了解覆盖层分布范围、分层特性的经济、高效的勘探手段和技术，探索联合室内和现场原位试验确定其工程特性的新的途径，改进和完善现有的试验手段和技术，以充分反映深厚覆盖层所处的工程环境条件(如高固结应力、大变形等)；②研究和开发用于深厚覆盖层静、动力工作性状以及深厚覆盖层与上部建筑物相作用分析方法，建立基于以变形和渗流控制为基础的评价标准体系；③通过对不同典型渗控措施效果的对比研究，探讨适用于深厚覆盖层工程特点的加固处理方案，开发适用于深厚覆盖层量大面广、工程量巨大的加固处理手段。

    6．高边坡稳定技术  进一步进行水电工程边坡资料的登录工作，为工程设计和施工提供重要的参考依据。开发边坡工程地质条件的新型快速勘探技术，提高工程地质勘测精度和水平。开展复杂地质条件下边坡的失稳机理研究，开发和完善适用于不同失稳模式的边坡稳定分析配套软件，尤其是在复杂边界条件下的三维分析软件系统，为分析评价和处理提供依据。进一步研究和探讨边坡加固处理技术，尤其是各种加固处理措施的作用机制和效果，使现有的加固处理方案建立在更为经济合理的基础之上。建立边坡安全监测预警预报系统。

    7．抽水蓄能电站关键技术  在抽水蓄能电站效益分析评价与经营管理模式研究方面，研究在新的电力管理机制下，随着厂网分家、同网同价、竞价上网政策的实施，抽水蓄能电站运行的管理模式，电价政策与效益分配等问题，以促进抽水蓄能电站的发展。

    在抽水蓄能电站工程结构问题研究方面，重点研究：①开展地下厂房结构布置和振动特性研究，抽水蓄能机组蜗壳与外围混凝土联合作用分析研究等；②复杂地基上库盆防渗及渗流控制技术研究，包括防渗型式选择、接头处理、水库蓄水对基础及建筑物的影响及相应措施，对高悬水库基础的渗流场进行分析，提出渗流控制标准和相应的渗流控制措施等；③开展井式进／出水口的水力学问题研究；④进一步开展大PD值预应力钢筋混凝土高压管道结构及埋藏式钢岔管结构受力分析研究，提高中国大PD值压力管道的设计水平，降低工程造价。

    在抽水蓄能电站机组运行技术研究方面，开展机组起动方式、工况转换及变频起动装置(SFC)谐波分析和预防措施研究，进一步优化水泵水轮机和发电电动机的主要技术参数、机组总体结构及主要机电设备布置形式，提高抽水蓄能电站的运行稳定性。

    8．水电规划及优化运行关键技术  在流域水电站的梯级规划研究方面，主要研究新的规划手段与方法，如信息技术与专家系统、新的技术标准与经济评估准则。积极开展“西电东送”骨干水电工程综合性研究，重点进行水火电互补的联合优化调度研究，对梯级水电站特性参数和优化补偿调节方式的影响研究，梯级电站季节性电能的动态开发对策研究，及梯级联合调度的研究以及运行方式经济性等软课题研究。

    在优化运行关键技术方面，主要研究自动化控制管理技术，对水电站各项水工建筑物进行监测、收集与分析运行状况，核对设计与施工成果，及时发现与处理问题、保证正常的运行工况。

    9．大型水电机组的关键技术  对大型混流式机组，需要解决的重大运行技术问题是：结构优化设计、整机动态应力分析及整机刚度、强度研究；蜗壳钢板和混凝土联合受力的三维计算及真机应用研究；转轮叶片水下动态特性研究，疲劳计算分析及寿命预估；叶道涡及压力脉动的研究；轴系稳定和振动研究，整机动力特性和振动分析的研究；水力机组振动和脉动有关规程规范的研究。

    10．风力发电技术 研究风力发电技术，掌握风电资源和风电场勘测、选址技术，跟踪海上风电场的规划和勘测设计技术，形成风力发电场的设计、建设和部分设备制造能力。

    11．新材料、新工艺应用研究，以及大坝安全监测技术研究  研究新型混凝土及掺和料，包括纤维混凝土的应用研究，掺和料、新型外加剂的开发等；开展新型防渗止水材料，特别是适合超高面板坝的填缝止水材料和高碾压混凝土上游面防渗材料；研制适应用与大孔隙、高地下水流速、细裂隙等特殊地层情况的灌浆材料及相应的施工工艺。

    12．技术标准建设  加强水利水电国家和行业技术标准制修订，建立健全技术标准体系及其管理体制、投入机制，满足我国水利水电事业发展的需要。

(信息来源:中国水电工程顾问集团公司)