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(wèn)題，通過(guò)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(wú)調(diào)節(jié)水庫(kù)，在設(shè)計(jì)、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(xiàng)目研究50余項(xiàng)（不包括設(shè)計(jì)單位開展的三維計(jì)算、河工模型試驗(yàn)和施工現(xiàn)場(chǎng)開展的小型試驗(yàn)項(xiàng)目等），其中由于技術(shù)難度大，有6個(gè)課題被列為國(guó)家“十一五”科技支撐計(jì)劃課題，1個(gè)項(xiàng)目被列為“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目。這些科技項(xiàng)目取得的創(chuàng)新成果，在工程設(shè)計(jì)和施工中推廣應(yīng)用，保證了工程建設(shè)進(jìn)度和質(zhì)量，同時(shí)有力促進(jìn)了國(guó)內(nèi)大型調(diào)水工程設(shè)計(jì)、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(jì)長(zhǎng)度約387km，約占輸水干線總長(zhǎng)的27%。中線工程膨脹土渠段最大挖深達(dá)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(zhǎng)年涉水，渠道邊坡穩(wěn)定問(wèn)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(jì)、方案優(yōu)化、施工和質(zhì)量控制。值得一提的是，通過(guò)研究，對(duì)單一換填非膨脹黏性土的方案進(jìn)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(jì)效益、社會(huì)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(guò)6m的渠段共長(zhǎng)約139.5km，全填方渠道長(zhǎng)約66.3km，最大填方高度達(dá)23m。高填方一旦失穩(wěn)，將危及渠道兩岸人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。

高填方渠道的復(fù)雜性主要來(lái)自三方面:一是我國(guó)沒(méi)有填方渠道設(shè)計(jì)規(guī)范，目前工程設(shè)計(jì)主要參照土石壩或堤防設(shè)計(jì)規(guī)范，但中線工程填方渠道設(shè)計(jì)工況與土石壩或堤防存在很大差別，使得渠道的安全風(fēng)險(xiǎn)大增；二是長(zhǎng)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(shí)間順序先后差異，渠道差異沉降問(wèn)題較突出；三是填方渠道風(fēng)險(xiǎn)源多，對(duì)這樣一個(gè)巨型線性工程原有的監(jiān)測(cè)技術(shù)難以有效進(jìn)行實(shí)時(shí)、連續(xù)的監(jiān)控。

該課題研究成果主要體現(xiàn)在四個(gè)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(jì)與施工，減小和控制了沉降差異；二是對(duì)渠段分段填筑所形成缺口的回填料、施工工藝和措施等進(jìn)行優(yōu)化，縮短了工期；三是提出渠道預(yù)警預(yù)測(cè)指標(biāo)體系及預(yù)警預(yù)測(cè)模型，進(jìn)而提出中線工程自動(dòng)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(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)，為高填方碾壓施工質(zhì)量的全過(guò)程、精細(xì)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(guó)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(duì)制造、運(yùn)輸、安裝、吊裝的難度加大，國(guó)內(nèi)沒(méi)有相關(guān)設(shè)計(jì)、施工規(guī)范。

通過(guò)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(wèn)題。課題研究成果全面運(yùn)用于南水北調(diào)工程設(shè)計(jì)、建設(shè)和試運(yùn)行中。

4m超大口徑PCCP的成功運(yùn)用標(biāo)志著我國(guó)PCCP的研制和應(yīng)用技術(shù)等取得了歷史性突破，對(duì)我國(guó)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(guó)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(zhǎng)、洞徑大、水壓大，設(shè)計(jì)及施工難度大

該課題對(duì)穿黃隧洞、大型超深豎井的工作性態(tài)、抗震特性進(jìn)行深入研究，并通過(guò)穿黃隧洞襯砌1∶1仿真試驗(yàn)研究，真實(shí)模擬隧洞水土環(huán)境和受力條件，驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案、提出優(yōu)化措施，提供了試驗(yàn)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(jì)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(diǎn)，是技術(shù)最復(fù)雜、工程建設(shè)管理難度最大的項(xiàng)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(jì)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(yùn)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(wèn)題

南水北調(diào)中線工程總干渠通過(guò)10多個(gè)煤礦采空區(qū)及煤礦區(qū)，存在壓煤和渠道通過(guò)采空區(qū)的穩(wěn)定問(wèn)題。部分煤礦開采年代長(zhǎng)，開采過(guò)程及形成的采空區(qū)條件復(fù)雜，國(guó)內(nèi)外缺少成熟的技術(shù)手段和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，也沒(méi)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(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，成功應(yīng)用于河南禹州采空區(qū)處理工程中。通過(guò)對(duì)采空區(qū)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的有效管理與分析及渠道變形穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)研究，開發(fā)了禹州采空區(qū)沉陷預(yù)測(cè)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(guó)內(nèi)沒(méi)有先例，如何保障如此規(guī)模宏大、輸水過(guò)程狀況復(fù)雜、控制節(jié)點(diǎn)多、技術(shù)要求高且渠道調(diào)蓄能力有限的總干渠運(yùn)行安全，是南水北調(diào)中線工程必須解決的難點(diǎn)問(wèn)題之一。

課題建立的供水計(jì)劃生成模型、冰期輸水調(diào)度模型、總干渠水力學(xué)模型等，是中線總干渠運(yùn)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(yùn)行時(shí)，黃河以北渠段會(huì)出現(xiàn)不同的冰情。本課題通過(guò)理論分析、數(shù)值模擬和試驗(yàn)?zāi)�擬相結(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(wèn)題，為中線工程的運(yùn)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(yùn)行期繼續(xù)開展冰期輸水冰情原型觀測(cè)研究

主要技術(shù)成果包括以下幾個(gè)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(yùn)行控制方法，實(shí)現(xiàn)了冰期安全輸水；二是開發(fā)了冰情分析與預(yù)報(bào)及冰期輸水控制模型，優(yōu)化了冬季供水過(guò)程，典型工況的轉(zhuǎn)換時(shí)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(fèi)用，減少了運(yùn)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(yùn)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(lái)，工程不僅顯現(xiàn)出巨大的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益，生態(tài)效益也十分顯著。而進(jìn)入運(yùn)行管理階段，又對(duì)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(yùn)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(wèn)題、渠道襯砌抗浮穩(wěn)定問(wèn)題、渠道滲漏問(wèn)題等危及工程安全的問(wèn)題，需要通過(guò)迅速、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)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(wú)調(diào)節(jié)水庫(kù)，黃河以北地區(qū)700多km渠道涉及冬季輸水結(jié)冰問(wèn)題，需要進(jìn)一步研究完善冰期輸水的調(diào)度運(yùn)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(lái)，水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到Ⅱ類，但由于中線工程運(yùn)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(wèn)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(wèn)題，需要進(jìn)一步研究防范水生態(tài)問(wèn)題的措施和與水廠等建立聯(lián)動(dòng)機(jī)制，確保水質(zhì)安全。

2.維修維護(hù)主要需求

通水運(yùn)行以來(lái)，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(kuò)大；從通水角度，要求盡量降低對(duì)調(diào)度運(yùn)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(yàn)，優(yōu)化施工工藝及流程等，做好技術(shù)儲(chǔ)備。

3.應(yīng)急搶險(xiǎn)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(cè)一旦出現(xiàn)超過(guò)警戒值的變形或裂縫等，如何快速、準(zhǔn)確尋找滲漏源頭，通過(guò)何種檢測(cè)手段準(zhǔn)確、高效地檢測(cè)和判斷損傷位置、大小、危害程度、發(fā)展趨勢(shì)等，對(duì)組織應(yīng)急搶險(xiǎn)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(xiǎn)設(shè)備實(shí)施困難，影響工程應(yīng)急搶險(xiǎn)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(jì)中的工程巡檢、維護(hù)、檢修、安全監(jiān)測(cè)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(jìn)行利用新科技等進(jìn)行更新改造。如何利用已有的先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)中線工程智慧化管理，是時(shí)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(yuǎn)期需水目標(biāo)），如何實(shí)現(xiàn)短時(shí)間應(yīng)急供水，進(jìn)一步提高供水保證率等問(wèn)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(shí)施生態(tài)補(bǔ)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(wú)僅有。為了做好工程的設(shè)計(jì)工作，中線建管局組織編制了35本初步設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定。這些初步設(shè)計(jì)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(diǎn)，對(duì)設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)內(nèi)容、技術(shù)方法和工作深度進(jìn)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(jìn)展情況和科技項(xiàng)目的研究成果，陸續(xù)編制和發(fā)布了14個(gè)施工期技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

上述技術(shù)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)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(duì)技術(shù)規(guī)定進(jìn)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(diǎn)項(xiàng)目？

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

針對(duì)不同建筑物可能發(fā)生的險(xiǎn)情，研究南水北調(diào)工程險(xiǎn)情災(zāi)變模式及演變規(guī)律、應(yīng)急搶險(xiǎn)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(xué)問(wèn)題；研發(fā)適用性強(qiáng)、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(dòng)式巡測(cè)技術(shù)及裝備，深挖方渠坡險(xiǎn)情快速評(píng)價(jià)與搶險(xiǎn)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(hù)岸工程土石料快速固化搶險(xiǎn)技術(shù)，水庫(kù)與堤壩滲漏通道定位檢測(cè)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(xiǎn)與快速修復(fù)應(yīng)急調(diào)度技術(shù)等。

2017年8月，該項(xiàng)目已通過(guò)科技部的評(píng)審，被列為國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目。

2.南水北調(diào)工程運(yùn)行安全檢測(cè)技術(shù)研究與示范

針對(duì)南水北調(diào)工程的環(huán)境條件、運(yùn)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(yùn)行性能演變規(guī)律、病害機(jī)理及長(zhǎng)期安全運(yùn)行關(guān)鍵影響因素研究；研究隱患的分級(jí)分類，根據(jù)隱患類型，進(jìn)行檢測(cè)方法的適應(yīng)性及檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究，提出安全診斷技術(shù)與評(píng)估方案；研究大型建筑物損傷信息多場(chǎng)多維度感知和提取方法，研發(fā)大型輸水建筑物安全檢測(cè)技術(shù)與裝備；針對(duì)南水北調(diào)長(zhǎng)線路特點(diǎn)，研發(fā)長(zhǎng)距離線性工程一體化智能檢測(cè)技術(shù)與裝備；研發(fā)南水北調(diào)工程運(yùn)行監(jiān)測(cè)檢測(cè)大數(shù)據(jù)分析與智能預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)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(yùn)行數(shù)據(jù)融合技術(shù)研究并進(jìn)行應(yīng)用示范，提升我國(guó)在該領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)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(tái)

作為國(guó)家“十三五”科技支撐項(xiàng)目“水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)”的一部分，針對(duì)水質(zhì)保障存在的問(wèn)題，一是開展中線總干渠藻類貝類異常增殖機(jī)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(píng)價(jià)技術(shù)體系，構(gòu)建適用于中線現(xiàn)狀運(yùn)行需求的水質(zhì)安全監(jiān)測(cè)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(bào)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)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(kù)；五是構(gòu)建面向南水北調(diào)中線全過(guò)程、多指標(biāo)的，集水質(zhì)監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)、預(yù)警、調(diào)控、處置為一體的綜合管理業(yè)務(wù)化平臺(tái)；六是構(gòu)建跨區(qū)域多部門水質(zhì)信息共享與反饋機(jī)制，以及水質(zhì)常規(guī)調(diào)度與應(yīng)急調(diào)控協(xié)作機(jī)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(kù)調(diào)蓄規(guī)模合理、綜合開發(fā)利用為原則對(duì)水庫(kù)建設(shè)進(jìn)行規(guī)劃，圍繞“調(diào)蓄水庫(kù)、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(xiàng)提出綜合開發(fā)利用規(guī)劃，并對(duì)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(jìn)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(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、GIS技術(shù)、BIM技術(shù)、實(shí)景建模、遙感監(jiān)測(cè)、無(wú)人機(jī)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)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(fēng)險(xiǎn)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(biāo)準(zhǔn)、一張地圖展示、一個(gè)應(yīng)用平臺(tái)”實(shí)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(tái)，為中線工程的現(xiàn)代化發(fā)展做出貢獻(xiàn)。