高坝枢纽泄洪消能建筑物智能巡检与安全评价理论方法和技术研究展望

摘要

高坝枢纽是支撑水能高效开发和水资源综合利用的重要战略基础设施，持续并稳定地为经济社会发展提供能源供给、防洪保障，产生了巨大的社会效益和经济效益。西南地区高坝枢纽众多，拥有白鹤滩、溪洛渡、锦屏一级、大岗山等一批大型、特大型高坝枢纽，大机组发电、大流量泄洪、高速水流消能成为常态。泄洪消能建筑物破坏成为高坝枢纽工程中常见的威胁大坝安全的关键问题，定期对运行期的水电枢纽开展泄洪消能结构过流面损伤巡检已成为掌握其工作性态、评价结构安全状况的重要手段。随着装备技术、信息技术的创新与发展，依托水下机器人开展高坝枢纽水工建筑物损伤智能检测成为趋势。然而，受制于西南河流含沙水体、水下附着淤积等复杂苛刻检测条件，目前对高速水流与过流面损伤的耦合机制认识尚不清，损伤检测、评价的理论方法和技术手段还较为缺乏，巡检范围大、巡检效率低、环境适应性差之间的矛盾也需要破解，损伤感知方法与损伤识别效率仍需改进，高效精准巡检和科学全面评价依然存在诸多困难。针对高坝枢纽泄洪消能建筑物运行期面临的结构安全重大需求，需要重点解决3方面关键科学问题：1）高速水流与过流面耦合作用下的损伤形成机理与演化规律；2）适用于复杂环境的自适应巡检理论与方法；3）机理分析与数据驱动融合的结构安全风险分析和评价理论。提出高坝枢纽泄洪消能建筑物智能巡检与安全评价理论方法需要关注的4个重要研究方面如下：1）高速水流作用下过流面耦合损伤演变机理；2）复杂环境多信息认知机理与自适应巡检方法；3）泄洪消能结构损伤特征智能辨识与量化方法；4）多元信息融合的结构安全分析与评价体系。通过对智能巡检与安全评价理论方法的深入研究，揭示西南高山峡谷地区泄洪消能建筑物过流面损伤形成机理与演化规律，研发复杂环境强适应性泄洪孔口及水垫塘结构自主智能巡检方法，突破多维感知信息的损伤智能分类与量化关键技术，构建“巡检—监测—模拟”多元数据融合的结构安全分析与评价模型，并以大渡河大岗山水电站为典型案例，对智能巡检方法和评价模型进行应用验证，支撑大渡河流域大岗山水电站关键泄洪消能建筑物的安全运维与智能管控，以期为高坝运行安全和损伤防控提供切实的理论和技术方法。研究成果对保障梯级水电站群发电安全，提高水电运维的精细化管理水平具有重大科学价值和指导意义。

关键词

高坝枢纽 / 泄洪消能 / 水力模拟 / 工程安全 / 智能巡检