主要完成单位：河南省水利勘测设计研究有限公司

项目简介：

　　南水北调中线工程是一项跨地区、跨流域的特大型调水工程。2020年4月29日，中线工程首次启动加大流量输水，入渠流量从每秒350m³/s提升至420m³/s。加大流量输水期间，部分输水渡槽进出口因卡门涡街诱发，出现流态紊乱现象；槽内水位大幅波动，槽内流量超过330m³/s时，水体拍打横梁，出现局部溢水，槽内水位波动幅度达0.5～0.7m；流量达到350m³/s时，漫槽现象频发，水位波动幅度1m以上。渡槽紊乱流态严重制约了中线工程输水能力，亟需开展工程措施设计研究，确保输水能力。

　　中线工程自通水以来，已成为沿线大中型城市的重要水源，尚不具备停水检修条件。渡槽出口水深7.7m，流速约2.6m/s，在动水环境下修建流态优化工程难度大、施工风险高。流态优化工程设计与施工方案设计、原建筑物结构安全等因素高度关联，设计难度极大。

　　为解决输水渡槽流态紊乱问题，通过构建三维水动力学模型，分析流态紊乱原因，借助率定后数模对流态改善的工程措施开展研究，研究了不同体型、结构、材料、长度的导流设施，确定了新建导流墩的工程措施消除流态紊乱现象，BIM技术贯穿整个研究过程。

　　为确保动水环境下导流墩能够安全施工，发明了分层、分段薄壁空腔装配式导流墩结构，研发并制造了水面起重吊装设备，借助导流墩浮力与水面起重平台浮力完成导流墩水面拼装，边拼装边下沉直至着床就位；导流墩底部设止水结构和灌浆结构，导流墩下沉就位后，自身形成围堰，便于施工人员进入导流墩内部开展底部基础回填灌注施工。创新的导流墩结构、水面起重设备设计解决了施工技术难题。

　　南水北调中线工程典型输水渡槽建设导流墩后，渡槽出口流态紊乱和渡槽内部水位起伏现象消失。过流能力由330m³/s提升到380m³/s，输水能力提高约14%，水头损失减少约42mm，确保了中线工程的输水能力。

　　本项目为动水环境下改扩建项目，设计方案与施工方案高度关联，设计方案决定工程施工是否技术可行，决定工程的投资，决定项目的成败和供水安全。本项目创新点：（1）提出和实践了一套在不影响正常输水情况下，对大型输水渡槽进行流态优化的整体解决方案，包括理论研究、模型实验、原型试验、材料和结构设计、施工工艺研究、高精度水情监测、效果分析评价等全套流程。（2）发明了一种在动水环境下，水平分层、竖向分段、薄壁空腔的可装配式混凝土结构，并得到实际检验，为南水北调不停水情况下水面施工奠定了基础。（3）研发了一套在高流速、大水深、差流态动水环境下，水面上安全无损装配导流墩的施工工艺和方法，并得到实际检验，实现了南水北调不停水情况下安全可靠的工程结构改造。（4）提出和实践了理论计算、数值模拟、物模试验和现场原型试验“四位一体”的渡槽流态研究方法。

　　本项目已授权发明专利8项、实用新型专利6项；发表核心论文1篇，其它论文3篇；荣获2021年“智水杯”全国水工程BIM应用大赛铜奖；经河南省水利厅水利科技攻关项目验收，专家组认为本项目达到国际先进水平。