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创意无限 河海大学学科实验室里造巨浪

2009/2/12/00:17 来源:龙虎网

在南京有一所高校,被誉为中国水利专家的摇篮,这就是河海大学。在教育部学位中心的学科评比中,河海的水利工程学科名列全国第一,得分比第二名清华大学高出4分。昨天,学校有关老师向记者介绍了属于这个学院的精彩。

河海大学水电工程实验室仿真模型。校方供图

河海大学水电工程实验室仿真模型。校方供图

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    众所周知,中国的水资源总量较大而利用率较低。如何利用这笔大自然给与的财富?历代中国人都在想办法。

  在南京有一所高校,被誉为中国水利专家的摇篮,这就是河海大学。在教育部学位中心的学科评比中,河海的水利工程学科名列全国第一,得分比第二名清华大学高出4分。昨天,学校有关老师向记者介绍了属于这个学院的精彩。

  设计“调压井”为高坝支招

  建国以来,我国修建了8.6万座水坝。近年来,随着“西部大开发”的步伐,建设了一系列堪称“世界第一”的水电站:大渡河上游的双江口水电站是世界最高土石坝、也是世界第一高坝;四川雅砻江的锦屏水电站是世界第一高拱坝;澜沧江下游的糯扎渡水电站是世界第一高粘土心墙堆石坝;湖北清江的水布垭水电站是世界第一高面板堆石坝……

  河海大学为这些世界级的大坝开展了基础理论研究和科技攻关,其成果为大坝设计提供了重要的指导作用。

  拿双江口水电站举例,坝高有322米,一旦打开水坝,奔涌的高速水流足够把墙壁打个大洞。大坝里一般设有多达十多个水轮机,但水轮机并不总是全部打开的,而是根据水流状况和实际需要进行调节,在调节时,水流瞬间发生变化,对结构物产生很大压力。

  如何缓冲这股压力?河海大学水利工程学院为此设计出了“调压井”,在结构物旁边修建一个“井”状通道,对水流产生缓冲作用。他们通过计算,设计出不同的“调压井”模型,应用于不同的水电站。对于“瞬变流”特别大的地段,还设计出“多级调压井”,有效攻克了这一“世界难题”。

  实验室里模拟暴雨、海浪

  说到实验室,多数人的联想就是小房间里摆放着各种精密仪器。但如果你走进河海大学的实验室,这一印象将被彻底颠覆。

  河海大学90周年校庆前夕,国务院总理温家宝来到该校,他站在面积达7000多平方米的试验大厅中间,面对数百平方米的波浪池,不禁感叹:“河海大,实验室也大!”在寸土寸金的南京,建立如此大面积的实验室需要巨额资金投入,但这是必要的。学校介绍,建水坝是一项系统工程,河水流量、含沙程度、河道地形等许多因素需要综合考虑。在实施工程前必须在实验室里进行模拟。

  众所周知,天气对河流的影响很大。一旦降雨,雨水会冲刷河流两岸的护坡,土质不同,产生的水流与含沙量也不同。

  但天气情况是相当复杂的,护坡的“产流产沙”量如何估算呢?河海大学的“人工降雨实验室”就帮了大忙。这个实验室的屋顶布满水管,水管上有许多大小不一的筛孔。根据需要,这个屋顶可以模拟强度不同的降雨,无论狂风暴雨还是绵绵细雨,都能方便地呈现。实验人员只要按比例缩小,做出河道的模型,再经“雨水”冲刷,就能方便地获得数据,供工程设计师参考。

  类似的还有泥沙实验室、航道实验室、工程水动力实验室等。实验室用到的不少仪器都是世界最先进的,比如有的可以用激光测量水流速度,大大提高了实验的科学价值。

  每研究一个大型水电项目,河海的教授、研究生们都要在实验室里进行各种模拟。通过实验室检验的“产品”才能投放到实际工程中去。

  给三峡大坝当医生的院士

  作为国家发改委批准建设的全国唯一的“水工程研究中心”,河海大学当仁不让地在“三峡工程”中发挥了重要作用。

  毕业于该校、并一直在校任教的吴中如院士担任了三峡工程的安全监测负责人。为了确保工程万无一失,三峡水坝建设时,周围预埋了很多“传感器”。这些仪器可以监测水底结构的温度、变形情况、位置移动、承受的压力等,从而预防大坝可能产生的破坏,防患于未然。“传感器”埋在哪里非常重要,位置不对可能会对一些漏洞“视而不见”。这些都要靠专家的眼力、经验以及系统论证。

  吴中如院士举例说,1959年12月,法国马尔巴塞坝因为没有配备足够数量的观测人员和仪器,对大坝安全监测工作掉以轻心,致使大坝在暴雨中溃决。溃堤后水库内洪水汹涌而下,股宽1公里,深7~15米的巨流以每小时70公里的速度直冲下游,坝下5公里处的费雷茄斯城在45分钟之内变成了废墟,8公里处一座兵营500名士兵全部遇难身亡。

  吴院士还介绍了佛子岭水库应用“大坝安全综合评价专家系统”取得的综合效益。经过分析论证,佛子岭汛期限制水位从113米提高到118米,每年增加蓄水量8000万立方米,增加发电量300万度,增加粮食4000万公斤,应用3年产生直接经济效益1245万元。近年来,吴中如院士的科研成果累计直接产生经济效益达4亿多元。

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