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　　□楊芳 倪藝萍 谷金鈺 王譽(yù)翔

　　珠江河口是珠江的尾閭和大灣區(qū)的核心。作為世界上最復(fù)雜的河口，承擔(dān)泄洪、納潮、港口、航運(yùn)等多方面重要任務(wù)，治理與保護(hù)好珠江河口是建設(shè)世界一流灣區(qū)的內(nèi)在要求。河口長期面臨臺(tái)風(fēng)、風(fēng)暴潮與咸潮等多重影響，河口涉河工程、設(shè)備設(shè)施的結(jié)構(gòu)安全與穩(wěn)定運(yùn)行受到嚴(yán)峻考驗(yàn)。2020年3月，水利部部署開展“流域水治理重大科技問題研究”，著力從戰(zhàn)略層面破解包括珠江河口治理與大灣區(qū)水安全保障在內(nèi)的重大科技難題?！吨榻涌诰C合治理規(guī)劃（2021—2035年）》明確提出“保持河口河勢(shì)穩(wěn)定，全面提升防洪潮能力”，特別是《關(guān)于全面推進(jìn)江河保護(hù)治理的意見》進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)維護(hù)河口區(qū)域生態(tài)、行洪、供水、納潮等多元功能，不僅凸顯河口在國家發(fā)展戰(zhàn)略與水安全格局中的關(guān)鍵地位，也對(duì)河口涉水工程及設(shè)備設(shè)施的安全運(yùn)行科學(xué)論證提出了更高要求。

　　為推動(dòng)水利科研成果快速轉(zhuǎn)化推廣，珠江水利科學(xué)研究院打造“政產(chǎn)學(xué)研用”一體化水利科技創(chuàng)新機(jī)制，依托三亞崖州灣科技城深海大型裝備科學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，發(fā)揮模型測(cè)控技術(shù)團(tuán)隊(duì)研發(fā)優(yōu)勢(shì)，聯(lián)合浙江大學(xué)成功研制國內(nèi)首座聚波水池。這不僅突破了我國在極端工況模擬試驗(yàn)裝置領(lǐng)域的技術(shù)瓶頸，更填補(bǔ)了我國在河口海岸綜合開發(fā)治理、水利工程及水上設(shè)備設(shè)施風(fēng)浪流試驗(yàn)裝備方面的空白。

　　該大型聚波水池裝備具有造風(fēng)、造流、造波三大核心功能，同時(shí)配有水下升降平臺(tái)及配套設(shè)施，可對(duì)風(fēng)、浪、流等物理場(chǎng)同步模擬。該大型裝備具有三大特色亮點(diǎn)：一是多種極端波浪精準(zhǔn)模擬。作為國內(nèi)首個(gè)圓形風(fēng)浪流模擬裝備，水池直徑達(dá)27米，最大工作水深達(dá)2米，在水池四周布設(shè)了132塊可協(xié)同運(yùn)動(dòng)的造波單元，推波板可在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)水體形成波浪。依托自主研發(fā)的各種造波算法，同步精準(zhǔn)調(diào)控不同推波板的運(yùn)動(dòng)軌跡，可生成聚焦波、規(guī)則波、不規(guī)則波等多種常用波形，其中聚焦波最大高度可突破10米，用于模擬風(fēng)暴潮、海嘯等極端場(chǎng)景下引發(fā)的畸形波，為水利工程裝備的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)證、可靠度評(píng)估，以及極端環(huán)境下的傾覆風(fēng)險(xiǎn)模擬等研究，提供真實(shí)、可靠的試驗(yàn)場(chǎng)景與數(shù)據(jù)依據(jù)。二是全向式復(fù)雜流場(chǎng)穩(wěn)定模擬。通過在水池底部精準(zhǔn)布設(shè)18臺(tái)雙向變頻貫流泵，在造流算法驅(qū)動(dòng)下，通過精細(xì)化控制水泵進(jìn)出口流量、流速、流向參數(shù)，可模擬均勻流、往復(fù)流等復(fù)雜流態(tài)，最大流速高達(dá)1.8米每秒，精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)流速與流向控制的實(shí)時(shí)控制，高度還原在潮汐、風(fēng)暴環(huán)境下的水流運(yùn)動(dòng)規(guī)律，為水利工程近岸沖刷及防沖刷措施、河口河床的演變規(guī)律和趨勢(shì)等研究提供高保真的流場(chǎng)試驗(yàn)環(huán)境。三是風(fēng)、浪、流多物理場(chǎng)協(xié)同模擬。該裝備還搭載了4×4矩陣式造風(fēng)模塊，最大風(fēng)速超過15米每秒，能夠復(fù)現(xiàn)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)過境時(shí)的強(qiáng)風(fēng)環(huán)境，并可與浪、流物理場(chǎng)協(xié)同耦合模擬，完整還原自然環(huán)境中“風(fēng)驅(qū)浪生、浪隨流變”的復(fù)雜作用關(guān)系。同時(shí)，為適配不同類型試驗(yàn)對(duì)象的需求，水池中部專門設(shè)置了可升降平臺(tái)，方便安放防波堤、橋梁等模型，既能滿足不同模擬水深下的工況測(cè)試需求，也為試驗(yàn)裝置的安裝、調(diào)試與數(shù)據(jù)采集提供了便捷條件，進(jìn)一步拓展了裝備的試驗(yàn)應(yīng)用范圍。

　　珠科院團(tuán)隊(duì)利用自有測(cè)控裝備，開展了港珠澳大橋、浮標(biāo)等模擬驗(yàn)證研究工作，保證承載體能夠抵御超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)、風(fēng)暴潮的影響。依托該項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)和裝備，未來可以為我國水網(wǎng)工程的“綱、目、結(jié)”提供模型試驗(yàn)，有效保障水利基礎(chǔ)設(shè)施安全運(yùn)行。一直以來，珠科院致力于風(fēng)浪流模擬測(cè)控技術(shù)與裝備研發(fā)制造，已形成一支多學(xué)科深度融合的復(fù)合型模型測(cè)控技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)——涵蓋波浪模擬、水動(dòng)力學(xué)、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)電一體化、數(shù)字化集成等核心專業(yè)力量，構(gòu)建起“理論研究—技術(shù)研發(fā)—裝備制造—系統(tǒng)集成”的創(chuàng)新鏈條。在關(guān)鍵技術(shù)攻堅(jiān)中，團(tuán)隊(duì)突破多項(xiàng)行業(yè)瓶頸，在造波算法、潮流控制算法、機(jī)械設(shè)計(jì)、軟件開發(fā)等方面積累了多項(xiàng)自主核心技術(shù)，形成了一整套具有珠科院特色優(yōu)勢(shì)的水利物理模型試驗(yàn)測(cè)控技術(shù)解決方案，并長期為各大高校、科研機(jī)構(gòu)及企業(yè)單位提供模型測(cè)控技術(shù)支撐服務(wù)。

　　目前，聚波水池還面向研究機(jī)構(gòu)、社會(huì)團(tuán)體、高校學(xué)生等開放，打造互動(dòng)式水利科普平臺(tái)。通過現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)展示風(fēng)浪流形成和演變過程，公眾可直觀感受極端天氣下，風(fēng)浪流對(duì)試驗(yàn)對(duì)象造成的結(jié)構(gòu)變形、結(jié)構(gòu)破壞、基礎(chǔ)沖刷等沖擊過程。