第三章 国家科技支撑计划项目研究管理
第一节 “十一五”国家科技支撑计划
“南水北调工程若干关键技术研究与应用”项目经过可行性论证、课题评审及预算评审评估等工作,2007年科技部以《关于“十一五”国家科技支撑计划南水北调工程若干关键技术研究与应用项目的批复》（国科发计字〔2007〕204号）批准列入“十一五”国家科技支撑计划组织实施。
一、项目概况
南水北调工程是一个非常复杂的超大型项目集群，工程横穿4个流域带，影响众多地区，线路长，涉及面广，其规模及难度国内外均无先例，建设管理十分复杂，存在一系列没有解决或者没有工程实例的技术难关和项目管理难题需通过科学研究解决。开展南水北调工程关键技术问题研究，对保证和促进工程的顺利实施十分必要和紧迫,具有重大的理论与现实意义。
“南水北调工程若干关键技术研究与应用”项目由16个课题组成。各课题承担单位均按照课题研究计划及任务书要求积极推动相关工作开展，课题各项指标完成情况与课题任务书计划匹配，实现了既定的阶段研究目标，执行情况良好。
二、立项背景
（一）项目意义
南水北调工程渠线长，包含的项目多，工程范围涉及长江、淮河、黄河、海河四大流域，东、中线一期工程涉及北京、天津、山东、江苏、河北、河南、湖北等五省二市，经济社会和管理关系十分复杂。工程建设既有一般工程的共性问题，也有在勘察、设计、施工、建设、管理和环境影响等层面的独特性、复杂性。工程面临的关键问题如下。
（1）丹江口水库大坝加高过程中新老坝体结合、高水头作用下坝基帷幕灌浆等技术难题。南水北调中线一期工程的水源为丹江口水库，为满足中线调水自流供水及水量的需要，要在保持现有工程功能正常运行的前提上，对原坝进行加高的改建工作。丹江口大坝加高是在初期工程运行使用条件下进行加高施工，其加高规模、大坝高度、技术难度在国内外均属少见，对于混凝土大坝加高工程国内尚缺少设计施工技术规范，并无成熟可供借鉴的经验，而且丹江口大坝加高期间必须继续承担初期工程的防洪、发电、灌溉等多项任务，所以大坝加高工程存在诸多需研究解决的关键技术问题。
（2）渠道工程在结构、机械化施工等方面存在技术难题，与国际上渠道工程设计、施工及运行管理的先进水平存在一定差距。南水北调工程以长线渠道输水为主要特点，渠道沿线穿越的地形、地质条件复杂，水文、气象以及运行条件差异变化很大，需要尽快研究边坡在不同工况下抗滑稳定允许最小安全系数及其配套的地质参数，提出合理的优化方案。在渠道边坡稳定控制，渠道衬砌结构、材料与施工质量控制，大型渠道自动化衬砌施工技术，渠道清污及生态环境修复技术，渠道土石方优化调配技术方面深入研究，对南水北调工程等长距离调水渠道工程建设技术水平的提高，技术标准的编制，我国大型渠道施工设备国产化和产业化都具有重大的现实意义。
（3）我国低扬程大流量水泵技术水平，尤其是灯泡贯流泵的技术水平与发达国家相比还相当落后，联合调度运用的经验和水平不高。南水北调东线工程采用13级低扬程大流量泵站提水，泵及泵站效率及优化调度是影响工程运营成本的关键因素。此外，我国低扬程大流量水泵技术水平，尤其是灯泡贯流泵的技术水平与发达国家相比还相当落后。南水北调东线工程淮阴三站、蔺家坝站以及泗阳站等采用灯泡贯流泵，在综合研究分析国内外灯泡贯流泵技术基础上，重点开展贯流泵结构关键技术研究，贯流泵装置水力性能优化研究、引进方式和大泵检测技术研究以及梯级泵群优化调度运行方法研究十分必要。
（4）预应力钢筒混凝土管（Prestressed Concrete Cylinder Pipe，PCCP）在我国生产与应用的时间还较短，存在着设计方法、结构可靠度、预应力损失、管芯和保护层的应变、管芯裂缝、耐久性等若干基本问题。我国多数工程设计和生产完全采用美国标准，而美国标准是基于其国内的原材料质量水平、试验方法、设计理念、生产水平等制定的，并引用了众多的相关美国标准，因此基于我国国情考虑要做到完全采用美国标准是不可能的，往往造成不同工程具有不同质量标准、同一工程不同人员对有关问题的理解不能完全统一，其结果是管道质量水平参差不齐，工程隐患难以避免。南水北调中线干线工程北京段为国内首次使用大口径4m直径PCCP的大型输水工程，对管道制造、安装等技术提出更高要求，在制造、安装上都缺乏相应技术和经验,针对我国预应力钢筒混凝土管道研究严重滞后的现实，开展管道制造、安装技术研究势在必行。
（5）大型渡槽槽身荷载及尺寸巨大，设计、施工等遇到了前所未有的困难。尽管我国目前已建渡槽数以万计，但多数为农业灌溉渡槽，尚无专门的水工渡槽设计规范。渡槽的结构设计采用传统计算方法，而南水北调渡槽流量大于150m3/s以上，荷载及尺寸巨大，很难采用传统的方法进行计算，若采用预应力结构，则计算更为复杂，因此需在结构、材料、施工工艺、抗震等方面开展针对性的研究。
(6)南水北调西线工程隧道具有超长、大埋深、地质条件复杂、施工环境恶劣等特点，还存在一系列没有解决或没有工程实例的技术问题。深埋长隧洞为南水北调西线工程的主要组成部分，而西线一期工程隧洞最大自然分段长度72km，属于超长隧洞，高寒缺氧是工程区的基本地理特征。因此，隧洞施工，只能采用TBM施工为主、钻爆法为辅的施工方案。深埋长隧洞跨越的工程地质单元多，水文地质条件复杂，围岩安全稳定性要求严格，而且工程地质问题隐蔽、复杂。因此，南水北调西线工程的关键技术问题可以概括为三个关键：关键在于超长输水隧洞，超长隧洞的关键在于TBM施工，TBM施工的关键在于围岩评价。而“快速、经济、安全”地完成掘进是各项工作的终极目标。
（7）南水北调中线工程涉及多个省市，流域间和地区间水事关系复杂，如何从国家宏观调度的层面上协调各地区各部门之间的水资源供求关系，进行科学、合理、高效、便捷的调度是一个关键性问题。南水北调中线工程贯通长江、淮河、黄河、海河四大流域，涉及多个省市，流域间和地区间水事关系复杂，调水与防洪、发电、航运、灌溉等存在矛盾，生产、生活、生态用水部门在利用北调水和本地水之间存在着竞争性和偏向性，水源区和受水区的来水和需水情势季节性变化大，存在着相互制约、相互影响的关系，其水资源调度是一个典型的涉及多流域、多地区、多部门的多目标复杂决策问题。对水资源进行科学、合理、高效、便捷的调度，是确保实现工程的规划目标、促进工程效益充分发挥，促进水资源在更高层次和更大范围上重新优化组合和平衡，以及经济效益、社会效益、生态环境效益统一的关键性问题。
（8）在全球气候变化和高强度人类活动的影响下，南水北调西线工程水源区的生态与环境发生了显著变化。为保证区域的和谐发展，在调水工程的建设与运行管理中，需要在系统揭示其所带来的生态与环境影响的基础上，通过综合生态水文调控以及非工程措施的建设，避免和最大限度地减少工程本身所带来的负面影响，改善区域的生态与环境状况。
（9）要保证庞大复杂的系统安全、可靠、高效、有序地调度运行，需对南水北调运行风险管理的关键技术问题开展攻关研究。南水北调工程是一个复杂的大型跨流域调水工程，其输水线路长，时空变化差异大，其运行管理涉及问题复杂，既有技术层面的问题，又有管理层面的问题。南水北调运行管理的科学合理性不仅直接关系到供水目标的实现和工程的安全运行，也关系到社会公共效益和市场效益的统一实现。因此需对南水北调运行管理的关键技术问题深入研究,确定南水北调工程开通后各种复杂情形下的实际运行管理规则，在此基础上进行输水系统可靠度及风险分析，研究控制风险的措施和对策，使得整个系统的综合风险最低，提高供水可靠性和安全性。
（10）在膨胀土渠坡处理措施、施工控制、处理效果等方面尚缺乏针对性的研究，设计方案有待优化。南水北调中线工程输水总干渠在南阳、沙河及邯郸等地带分布有膨胀土，约占总干渠总长的27%。膨胀土具有吸水膨胀、失水收缩的工程特性，易造成地基隆起、基础开裂、边坡失稳等一系列工程问题或事故，对工程建设和长期运行造成严重后果和巨大的经济损失。如何消除膨胀土给工程带来的危害是南水北调工程的一个关键问题，它直接影响到工程的顺利建设和输水的安全。亟须开展膨胀土地质条件下渠道破坏机理及处理技术研究，选取典型渠段进行现场试验，提出切实可行和可靠的处理措施。
（11）中线穿黄隧洞工程从隧洞结构、破坏机理到盾构施工技术、风险控制等均有很大的技术难度。中线穿黄隧洞采用盾构掘进施工，在黄河下最小埋深23m，一次性掘进3.45km，黄河河床由于长期冲刷与淤积交替作用，地层条件十分复杂，砂土层交错分布，并可能存在孤石、枯树等不明障碍物，施工风险较大，而且出现风险时，对施工人员和机械的危害较大，防范与处理难度大。对隧洞施工期风险进行分析研究，并提出对应预案，对于工程的安全顺利施工是十分必要的。中线穿黄隧洞衬砌为双层结构，承受内水、外水压力。外层为管片，内层为预应力环锚，两层结构分别单独受力，中间还设有弹性垫层，这种衬砌结构此前在国内外还没有应用的先例。如何保证衬砌结构在复杂荷载条件下的稳定和安全运行，发现问题及时应对，需要深入研究。
（12）为达到中线工程输水“安全、可靠、实时、经济”的目标，亟待解决中线工程输水能力与冰害防治等技术问题。南水北调中线一期工程采用以明渠为主、局部管（箱）涵的方案，单线基本自流向北京、天津、河北、河南供水，总水头差不足100m。为确保中线工程输水稳定性和可靠性，急需对总干渠系统输水过程的稳定性和可靠性、总干渠（含建筑物）水面线和超高问题、各控制闸工作时的相互影响、闸前常水位输水模式的实现方式，以及冬季冰期的输水能力和冰害防治等问题开展深入研究。
（13）南水北调属特大型工程项目群，包含众多项目类型，亟须采用系统的、全局的观点对工程项目管理、工程信息采集和分类、管理决策支持和项目应急处置等开展科技攻关。南水北调工程为多线路调水，属于带状项目，存在多项目同时施工的现实，面临众多社会关系需要协调，建设管理和调度十分复杂。因此，结合超大型工程项目管理面临的重大技术问题和南水北调工程直管、代建和委托管理的特点，从工程项目管理、工程信息采集和分类、管理决策支持和项目应急处置等方面进行专题研究，研制出一套较完善的、适合中国大型工程项目的管理理论、管理技术和技术标准，结合南水北调工程的特点，建立起南水北调工程建设和调度管理决策支持系统框架，提高系统的运作效率和管理水平。
（14）黄姜加工生产已成为南水北调中线水源区尚未有效控制的污染源。黄姜是南水北调中线水源区陕西、湖北及河南等地区农民脱贫致富的重要经济来源。但是由于此前黄姜加工业无实用处理技术,黄姜加工生产已成为南水北调中线水源区尚未有效控制的污染源。此前，我国对黄姜的加工利用是粗放型的，污水排放给当地水体保护带来了巨大压力，对生态造成了破坏，对中线水源地的安全产生潜在的影响。为了引导水源地农民走上环境与经济双赢的道路,必须引入新技术实现黄姜资源的高值开发及资源综合利用,改变黄姜的加工工艺现状，消除南水北调中线工程水源区这一重大安全隐患，保证南水北调中线水源区的水质安全。
（15）东、中线一期工程和区域经济社会可持续发展的关系、经济社会的可持续发展和生态环境的改善等问题须进一步研究。南水北调工程建设必将对水源区和受水区产业结构和资源配置产生巨大影响，加快产业结构调整形成新的经济增长点。根据《中国可持续发展水资源利用战略》报告对未来30年需水的预测，即使南水北调工程东、中线一期工程完成后，受水区水资源也不能从根本上得到解决，缺水形势依然严峻。“十一五”期间是我国社会主义现代化建设的关键时期，必须进一步研究南水北调东、中线一期工程和区域经济社会可持续发展的关系，依靠科技进步，保证经济社会的可持续发展和生态环境的改善。
（16）考虑到南水北调工程对我国整体水资源配置格局的调整，应进行工程调水和当地水源的合理配置，充分发挥工程的最大社会经济效益和生态环境效益。随着南水北调东、中线工程开工建设和相继建成，考虑工程对我国整体水资源配置格局的调整，如何进行工程调水和当地水源的合理配置、充分发挥工程的最大社会经济效益和生态环境效益，已成为亟待解决的重大科技问题之一。当前水资源调配研究大多针对特定地区和（或）特定流域来开展，对于涉及长江、黄河、淮河、海河四大流域的南水北调工程来说，其水量调配过程极其复杂，涉及众多水源、受水区及水利工程，急需研究其水量调配机制、理论、方法及评价，重点要研究调水与当地水资源之间以及水利工程之间的联合优化配置。
综上所述，亟须针对南水北调工程建设的若干关键技术开展研究，为南水北调工程建设提供技术支撑，确保工程建设顺利进行，提高工程建设的技术水平，规范工程建设管理和科学评价，提高工程管理效率，确保工程质量和安全，降低运营成本，建设一流工程。同时，本项目紧密结合国家重大基础建设工程中急需的关键技术问题开展研究，通过项目实施取得重要的科学技术成果。
（二）总体目标
项目从解决南水北调工程建设亟须解决的重大关键枢纽和典型工程建筑物的结构、材料、施工技术与工艺、质量控制、关键设备等难题出发，实现关键技术的突破，提高工程建设管理水平，优化设计，降低工程建设管理和调度成本，充分发挥工程的投资效益和社会效益，为保障工程建设高质量、高效率地有序推进和生态环境安全提供技术支撑。项目的总体目标如下：
（1）针对南水北调工程的建筑物结构若干重要问题，研究攻克丹江口大坝加高、穿黄隧洞、超大口径PCCP管道、大流量预应力渡槽、大型渠道、膨胀土地基渠段、大型贯流泵，西线超长隧洞的设计、制造、施工、材料、软件等关键技术，保证工程建设质量、安全和进度，为南水北调东、中线一期工程建设提供科技支撑。
（2）研究提出冰害防治技术，提出风险评价技术，研究制定若干应对工程建设中可能出现的异常和突发状况应急处置方案。
（3）开发南水北调东中线流域、区域水资源合理配置技术，建立“四横三纵”水网的综合调配技术体系，提出南水北调水资源整体配置方案，提出西线环境评价新技术，提出黄姜清洁化生产工艺，保障水质安全。
（三）项目验收
项目实施周期是2006年12月至2009年12月，后经向科技部申请，实施周期延长至2010年12月。2010年12月至2011年3月，国务院南水北调办和水利部对项目所属16个课题组织了课题验收。验收专家组听取了各课题组的成果汇报，对递交的技术文档进行了认真的审阅，并就成果中有关技术问题进行了质疑，经过充分讨论，专家组认为各课题均完成了任务书规定的研究任务，一致同意全部通过验收。
（四）考核指标
项目的考核指标如下：
（1）攻克新老混凝土结合关键技术、大坝抗震安全评价、帷幕耐久性评价和高水头帷幕补强灌浆处理措施，保证丹江口大坝加高后的坝体安全；开发大型渠道混凝土衬砌质量的快速、无损检测技术，设备与数据处理技术，研制大型渠道自动化衬砌综合施工工艺与设备，开发大型渠道高效清污技术和大型自动化清污机。
（2）开发大型灯泡贯流泵结构关键技术和贯流泵水力模型，制定南水北调多级泵站科学调度与优化决策系统。
（3）开发预应力钢筒混凝土管管道（PCCP）结构分析有限元数学模型和结构分析程序，攻克超大口径PCCP双线安装和洞穿管施工关键技术。解决大流量预应力渡槽设计和施工中的温度荷载计算问题、抗震性能及减震措施、渡槽的新型结构型式及相应的设计理论和方法、巨型渡槽施工技术及施工设备、渡槽的破坏机理和破坏修补措施、外部裂缝预防和补救措施以及新型材料等关键技术和工艺设备问题。应用课题成果给出的技术体系，对现有的大流量预应力渡槽工程进行优化设计。
（4）开发深埋地质结构探测和综合勘察理论与方法，提出复杂地质环境下隧道的设计原理和支护技术，建立TBM施工的风险管理模型，攻克南水北调西线超长隧洞TBM施工关键技术。
（5）开发南水北调东、中线工程膨胀土（岩）渠坡处理关键技术与施工工艺，建立多媒体仿真系统。提出输水隧道抗震安全措施，攻克南水北调中线穿黄工程关键技术与工艺，建立施工期安全应急处理方案。
（6）建立南水北调中线工程输水模拟平台，提出总干渠冬季输水模式及冰害防治措施。开发南水北调工程建设与运行信息采集和风险识别技术，建立基于WebGIS的分级决策、信息流向和可视化决策系统，形成南水北调工程建设与运行应急处置支持平台。
（7）开发南水北调东中线流域、区域水资源合理配置技术，建立“四横三纵”水网的综合调配技术体系，提出南水北调水资源整体配置方案。开展东、中线一期工程典型区生态保育关键技术与工程措施研究及示范，提出受水区农业资源性节水的生产模式、节水型城市建设的激励机制及管理模式。
（8）构建开发气候-水文-生态模拟平台，定量评估变化环境下西线工程对各类影响区生态环境影响，科学核算基于区域生态与环境安全的径流控制标准；提出基于区域生态与环境安全的综合生态水文调控方案。
（9）开发黄姜皂素清洁生产与资源综合利用一体化技术与工艺,示范工程维持稳定运行，并取得良好经济效益。
（10）申请发明专利15项以上，形成南水北调工程专用技术标准及规程规范20项以上。
三、项目设置
项目设置符合《国家科技发展纲要》提出的优先资助领域及前沿领域中的目标要求，在引导带动设备设计制造技术和相关工艺水平的提高、实现水资源优化配置与综合开发利用以及新材料技术，先进制造技术等领域取得突破，实现工程建设目标。
“十一五”国家科技支撑计划列入了“南水北调工程若干关键技术研究与应用”共16个课题，具体如下。
（一）丹江口大坝加高工程关键技术研究
1.研究目标
针对丹江口大坝加高工程中存在的新老混凝土结合问题、新老坝体联合工作条件下的大坝抗震安全问题、大坝基础帷幕耐久性评价及高水头作用下帷幕补强灌浆技术问题等关键技术难题，在总结前期设计研究成果的基础上，采用理论分析、数值模拟、室内实验、现场试验和原型观测等方法开展研究。课题研究的目标是提出切实可行的工程技术措施，解决丹江口大坝加高工程的技术难题，同时对研究成果进行全面系统的总结，提高我国大坝加高技术水平，指导今后复杂环境下的大坝加高工程设计和施工。
2.研究任务
（1）新老混凝土结合状态与安全评价。考虑丹江口初期工程大坝中存在裂缝等缺陷前提下，仿真模拟不同坝段加高工程的实际施工进度、工程措施及运行情况，用非线性有限元计算方法，研究大坝存在裂缝、老化、缺陷条件下，在水压、温度场、加高附加荷载等作用下的初期受力和安全状态，分析新老坝体结合面开合随时间的变化过程及坝体的应力变化过程，研究不同的结合面状态对大坝应力状态的影响，明确结合面状态与加高后大坝安全度的相关性规律，提出满足大坝安全度要求的各项技术指标。
（2）改善新老混凝土结合状态工程措施研究。确定新老混凝土结合面的各项物理力学指标；研究结合面表面处理、温度控制、结构缝等各种可行的工程措施对结合面开合状态以及大坝整体性能的影响；对各种工程措施进行优选，提出满足大坝整体性、受力安全及抗震安全的工程措施。
（3）新老混凝土结合面灌浆措施研究。结合面开裂随时间的渐进过程和可能的结合面开裂状况，研究结合面开裂后可灌性、灌浆对未开裂部位的影响以及灌浆后结合面的稳定性；论证结合面灌浆的必要性、可行性；提出具体灌浆技术要求，包括灌浆时机、灌浆时水库水位限制、灌浆材料、灌浆部位、灌浆工艺等技术指标，避免结合面灌浆对大坝整体性带来不利影响，保证在实施结合面灌浆后新老混凝土的长期稳定性。
（4）大坝抗震安全问题研究。考虑丹江口大坝老坝体中存在裂缝等缺陷前提下，用非线性有限元方法对大坝加高后的不同坝段在地震荷载作用下进行应力分析，重点分析结合面不同结合状态对大坝抗震性能的影响，提出满足大坝抗震安全的技术指标。
（5）初期工程帷幕耐久性研究。根据丹江口大坝初期工程坝基渗控处理设计及施工情况，现场抽样检查和取样，对初期工程的灌浆质量、裂隙充填物成分进行室内试验研究，分析评价初期工程帷幕的耐久性是否满足加高工程要求。
（6）高水头大坝帷幕补强灌浆技术研究。通过同类工程的设计、施工总结，结合不同上游水位条件下大坝的坝基应力稳定分析、现场观测和相关工程经验，采用现场取样、室内试验、模拟分析、现场试验相结合的方法，研究高水头作用下初期工程局部帷幕补强加固、帷幕改造可灌性、灌浆方法，材料配方、灌浆压力控制和施工工艺等。
3.考核指标
申请专利1～2项；制定相关技术标准或技术规定1～3个；出版专著1～2部，撰写论文20～30篇。
4.技术创新点
（1）形成了一套对大坝加高工程新老混凝土结合面开合变化和受力状态的分析方法及安全评价方法，提出了满足安全要求的新老混凝土结合面技术指标。
（2）提出了保证新老混凝土结合质量和提高大坝整体性的成套技术，主要包括：新浇混凝土采取温度控制、保温措施，对结合面进行界面处理、设置三角形键槽、合理布置锚筋、预留结合面灌浆系统等措施。
（3）提出了新老混凝土结合面灌浆处理的成套技术，包括灌浆时机、灌浆区位、灌浆压力、灌浆材料及灌浆工艺等。
（4）研发了局部接触非线性问题的组合网格法分析程序，改进了传统的弥散裂缝模型及接触模型，研发了基于混凝土四参数等效动态损伤模型的计算程序，提出了生成时频非平稳人工地震动的新方法。
（5）首次开展了高水头坝基帷幕检测及耐久性研究，丙凝灌浆帷幕耐久性的定量研究在国内尚属首创，提出了防渗帷幕的防渗性能及耐久性评价方法。
（6）首次在大型水电工程高水头帷幕补强灌浆中开展水泥浆液扩散试验研究、涌水孔段不同待凝时间效果分析及快速施工工艺研究，提出了高水头下帷幕补强灌浆的成套技术，包括灌浆方法与工艺、灌浆材料及配比、灌浆压力等控制指标。
（二）大型渠道设计与施工新技术研究
1.研究目标
开展渠道边坡稳定控制，渠道衬砌结构、材料与施工质量控制，大型渠道机械化衬砌施工技术，渠道清污及生态环境修复技术，渠线及土石方调配等方面研究，研制长斜坡大型渠道混凝土振动碾压成型成套设备、振捣滑模成型成套设备、渠道智能化的回转式清污设备及液压抓斗式清污设备；提出确定渠道边坡、渠道衬砌结构及施工质量控制的技术方法；建立基于虚拟现实的长距离渠线优化与土石方平衡系统，最终推出整套大型渠道设计施工新技术。
2.研究任务
（1）渠道边坡优化技术。通过对不同设计条件、不同地质条件、不同施工方法、不同运行工况下渠道边坡稳定的优化理论研究和计算软件的开发，获得满足渠道边坡稳定条件下的经济合理的渠道边坡优化技术成果，并形成技术指导文件。
（2）高水头侧渗深挖渠段的边坡稳定及安全技术。根据工程地质、水文地质、输水工程运行特点、施工条件等，进行系统研究，解决现状地基渗流稳定性分析与评价、高水头侧渗深挖方渠道边坡稳定与安全技术研究等技术难题，并形成技术指导文件。
（3）渠道防渗漏、防冻胀、防扬压的新型材料和结构型式。结合南水北调工程特点和工程实际，以解决输水渠道的防渗漏、防冻胀、防扬压、防湿陷、防膨胀等为研究目标，实现南水北调输水渠道的安全高效运行。
（4）大型渠道机械化衬砌施工技术。建立渠道斜坡混凝土振动碾压和振捣滑模密实成型工艺理论体系；研制出具有智能控制的自动找正，自动导向，衬砌混凝土数据自动采集、处理、输出集成功能，整体为模块化结构的长斜坡振捣滑模衬砌机；具有坡面修整、混凝土垫层密实成型功能，整体为模块化结构的长斜坡振动碾压衬砌机；长斜坡衬砌混凝土切缝机和填缝机。满足南水北调渠道工程建设的需要。
（5）渠道混凝土衬砌无损检测技术。改进、研制基于探地雷达和声波探测技术的渠道混凝土衬砌质量检测专用设备；开发针对检测结果的数据处理、分析系统软件；编制渠道混凝土衬砌施工质量无损检测技术规范；研究探地雷达探测衬砌层剖面底部反射特征的确定，薄板混凝土层内电磁波波速测定，斜坡面高频信号的发射、接收及高频电磁振荡信号的压制等技术难题。
（6）高性能混凝土技术研究。研究复杂条件下混凝土的抗渗及抗裂问题、混凝土的抗冻融抗冲刷问题，以及特殊条件下特种混凝土的配制及施工等关键技术问题；主要研究解决高性能混凝土的耐久微观机理，抗裂、抗渗、耐久的配合比优化及施工工艺等技术难题。
（7）大型渠道清污技术及设备研制。研究清除调水工程中倒虹吸、泵站进口拦污栅和栅前区的各类污物的关键技术；解决原有各类清污设备存在的适应性和清污效果差、运行可靠性差、机械化程度不高，难以满足长距离渠道全天候运行及其冰凌期安全运行的要求等问题；研究回转式清污机耙齿装置和格栅抓斗移动式液压抓斗装置如何满足大跨度和适应清除各种污物的技术问题；研究自动化、智能化格栅抓斗移动式清污设备涉及的自动定位、控制液压抓斗开合油管收放技术实现问题；研制出大跨度的自动化、智能化大型回转式清污设备和大型格栅抓斗式移动清污设备。
（8）渠道沿线生态环境修复技术。从水力稳定与生态稳定的角度，提出适合南水北调工程特点的渠道非过水断面生态护坡的结构型式、材料、合理的布置方式以及堤岸带生态修复技术，为堤岸沿线生态保护带的规划、建设提供理论依据和施工标准。
（9）基于虚拟现实的长距离渠线优化与土石方平衡系统。建立渠道信息模型，建立全新的基于3D环境的渠道设计、土石方调配新方法，编制通用软件系统，可以替代渠道设计规划的传统方式方法，显著提高设计效率与精度，结合虚拟现实与GIS空间分析技术，实现大型渠道建设的挖填方基本平衡，减少弃土、借土工程量和土地（耕地）占压，达到节省工程投资和节约土地资源的目的。
3.考核指标
提出大型渠道边坡稳定与优化技术及其相关设计方法，并形成技术指导文件；提出高水头侧渗深挖方渠道边坡稳定分析方法，形成技术指导文件；提出渠道新结构型式：渗漏量不大于0.04m3/（m2·d），冻胀残余量小于允许法向位移值0.5cm；确定高性能补偿收缩混凝土与微膨胀混凝土的适宜配比（补偿收缩混凝土达到C30F200W12，微膨胀混凝土达到C40F300W15）；提出大型渠道机械化衬砌的综合施工工艺，研制出大型渠道机械化衬砌系列成套设备2～4套并应用；提出大型渠道混凝土衬砌质量快速无损检测方法与技术标准以及专用探测设备及处理分析软件系统；提出大型渠道高效清污技术，研制智能化回转清污系列设备和智能化抓斗清污系列设备各1套；提出大型渠道非过水边坡生态环境修复技术1套；建立基于虚拟现实的长距离渠线优化与土石方平衡系统，并实现渠道三维可视可算；国内发明专利6项，实用新型专利10项。
4.技术创新点
（1）首次分析了大板混凝土衬砌对大型输水渠道边坡的影响，揭示了大板混凝土衬砌对渠道边坡变形约束影响的规律，以及全断面大板混凝土衬砌对增加渠道边坡抗滑稳定性的影响。
（2）针对渠道选线存在的准确度不高、耗时长、方案比选少等问题，首次建立了三维渠道信息模型，完成了渠道三维土石方优化交互设计，实现了土石方实时优化计算。
（3）首次提出了基于双层规则化的渠道地面网格模型表示方法和土石方分段间相临段优先的优化策略，具有完全自主产权。
（三）大型贯流泵关键技术与泵站联合调度优化
1.研究目标
研究大型贯流泵关键技术与泵站联合调度优化，开展大型贯流泵机组结构关键技术研究,大型贯流泵泵站结构抗振安全度评价及优化设计,泵站选型合理性评价体系研究,贯流泵装置水力性能优化理论与应用,灯泡式贯流泵引进方式和大泵检测技术,以及南水北调东线梯级泵站（群）优化调度方法研究。
2.研究任务
（1）大型贯流泵机组结构关键技术研究。对灯泡式、轴伸式和竖井式等贯流泵机组结构型式进行分析比较，开展大型灯泡贯流泵机组结构关键技术的研究，解决灯泡体位置、最佳叶轮直径、流道型线优化、传动方式、流量调节方式和支撑型式等关键技术问题，提高机组稳定性、可靠性和泵装置效率。
（2）大型贯流泵泵站结构抗振安全度评价及优化设计。开发相应的分析软件，研究水力、机组和泵房结构振动特性，分析考虑水流、机组、泵房结构及地基相互作用下机组和泵房结构的振动响应，进行优化设计，保证泵站稳定、安全和可靠运行。
（3）泵站选型合理性评价体系研究。在建立泵装置能量特性、汽蚀特性、水力脉动特性和水力损失等参数数据库的基础上，建立多维数学模型，构建选型合理性评价体系。通过模糊综合评判等方法，对不同泵站选型合理性进行综合评价，指导大型泵站的设计选型。
（4）贯流泵装置水力性能优化理论与应用。通过研究贯流泵装置的参数化设计理论和造型技术，研究多目标、多工况和多约束的优化理论及组合优化策略，实现CAD和CFD技术的有机结合，从根本上提高贯流泵装置水力模型的设计水平和设计效率，实现不同泵站贯流泵装置的针对性设计。
（5）灯泡式贯流泵引进方式和大泵检测技术。以有利于促进和提高我国大型灯泡贯流泵研制水平为目标，分析灯泡式贯流泵引进方式，实现关键技术的引进；提出大泵流量在线监测方法；开发出大泵稳定性检测系统。
（6）南水北调东线梯级泵站（群）优化调度方法。开展南水北调东线梯级泵站（群）的联合调度研究，提出调水系统站间、站群、站间-站群-级间联合优化运行数学模型与通用解法；通过南水北调东线江苏境内典型工程的优化调度，总结实时优化调度准则、开发软件系统；使之提高水资源利用率，节省供水成本。
3.考核指标
制定选型合理性分析原则，建立数据库和数学模型，对不同泵站选型合理性进行评价，指导大型泵站的设计选型；设计制造两种新型贯流泵机组，应用于南水北调东线工程，形成相关的泵机组制造、安装与检修技术。在现有水平上，贯流泵机组可靠性和耐久性得到提高；提出复杂体系下液固耦合振动效应的贯流泵泵站结构振动分析方法，开发相应的并行计算分析软件，使得对大型泵站的水力和机组振动进行仿真分析成为可能；建立基于“三多”优化设计理论的贯流泵装置模型针对性设计技术，开发1套贯流泵装置水力模型。通过分析流道对装置性能的影响，优化流道水力设计，要求贯流泵装置模型的最优工况点扬程在2.0～3.0m，效率大于73.5%，汽蚀比转数大于1100；运行范围1.0～5.0m，最大扬程力争达到6.5m，在工作扬程4.0m左右时，泵装置效率提高到76%以上。开发出大型水泵稳定性在线和离线检测装置；提出适用于东线工程特点的梯级泵站复杂系统的站间、站群、站间-站群-级间联合运行数学模型与通用求解方法、优化操作准则;开发软件系统，应用至南水北调东线典型工程，与现状运行方案比较，节省供水成本5%～8%。申请发明专利、实用新型专利2项以上;发表论文50篇以上，其中EI收录10篇以上。出版专著1本以上，国内软件著作权3项以上，获省部级及以上科技进步奖2项以上。
4.技术创新点
创新地采用能量特性法分析泵机组的运行稳定性，建立包括能量特性（经济）、可靠性和稳定性三方面综合评判泵型选择合理性的评价指标体系，提出了泵型选择的评价方法。
（四）超大口径PCCP管道结构安全与质量控制研究
1.研究目标
以南水北调工程建设及我国PCCP的设计、制造和安装标准的制定与完善为课题目标。根据国内外PCCP工程建设过程中曾经出现或暴露出的问题和国内专家所普遍关注的有关问题，结合南水北调工程建设实际，针对我国PCCP管研究滞后的现实，对超大口径PCCP管道结构安全、安装工艺及质量控制标准进行系统研究。
2.研究任务
（1）室内原材料及混凝土、砂浆试验研究。包括PCCP管芯混凝土碱活性骨料应用试验研究、PCCP混凝土和砂浆性能参数试验研究及PCCP接头砂浆开发。提出具体的、可操作的关于原材料质量控制、裂缝控制、提高混凝土和砂浆耐久性等技术措施，并在PCCP工程中得到应用。提出管芯混凝土总碱量的控制措施、骨料碱活性的抑制措施，以提高和改善管芯混凝土的耐久性。提出符合我国规范体系和材料标准的一整套PCCP设计参数。开发抗裂、高耐久性保护层砂浆，开发使用ECC的高韧性承插口灌注砂浆。
（2）结构计算方法研究与程序开发。研究PCCP结构计算方法、编制采用美国供水协会标准C304设计方法和满足我国现行设计规范的PCCP设计软件，以及用有限元法设计PCCP的软件。
（3）大型管道现场试验。开展4m超大口径PCCP管的制造工艺及质量控制试验、4m直径PCCP运输方法和运输能力试验、4m直径PCCP吊装和安装工艺及质量控制试验、4m超大口径PCCP管道结构原型试验、PCCP阴极保护现场试验、PCCP外防腐涂层自动化喷涂工艺现场试验等。
（4）安装工艺及质量控制标准研究。结合南水北调PCCP工程建设，试验总结PCCP管道的沟槽安装工艺和洞内安装工艺，并提出相应的质量控制和验收标准。
（5）管道水力特性研究。获得我国PCCP管道的糙率值，利用适当的手段对其进行研究，并计算预测南水北调工程北京段4m直径PCCP管的沿程阻力系数（综合糙率系数n），为南水北调PCCP管段设计及运行提供依据。
（6）管道防护、防腐蚀及安全性研究。包括阴极保护技术与混凝土表面防腐涂层研究、裂缝对PCCP结构安全的影响评价、钢丝预应力松弛对PCCP结构安全的影响评价。
3.考核指标
提出具体的、可操作的关于原材料质量控制、裂缝控制、提高混凝土和砂浆耐久性等技术措施并在PCCP工程中得到应用；提出管芯混凝土总碱量的控制措施、骨料碱活性的抑制措施；提出符合我国规范体系和材料标准的一整套PCCP设计参数；开发抗裂、高耐久性保护层砂浆，开发使用ECC的高韧性承插口灌注砂浆；建立适用于我国实际的PCCP管结构设计方法；编制出具有我国自主知识产权的、与国际标准接轨的最佳PCCP设计软件和采用有限元法设计的PCCP软件；制定出超大口径PCCP管的安装工艺及质量控制标准；取得反映PCCP管材料特性、壁面粗糙程度分布以及管道接头影响的综合糙率值；提出PCCP外防腐涂料机械化施工工艺和PCCP管阴极保护新技术和方法；提出《大型管道现场试验报告》；提出PCCP结构安全评估方法及裂缝对PCCP结构安全的影响评价方法、徐变和钢丝预应力松弛对PCCP结构安全影响的评价方法；提出《预应力钢筒混凝土管设计标准》的制定建议，提出《预应力钢筒混凝土管施工及验收标准》的制定建议，提出《PCCP外防腐涂层检验标准》和《PCCP外防腐涂层机械化施工工艺》，提出《PCCP管阴极保护技术》。
申请专利1~2项；获得计算机软件著作权2项；出版专著1~2部，发表论文10篇以上。
4.技术创新点
（1）配制出PCCP管芯用高强度、低总碱含量混凝土和PCCP接头ECC灌缝砂浆；取得一整套符合我国规范体系的PCCP设计参数。
（2）提出了PCCP预应力钢丝缠丝过程和刚度贡献的数值缠丝模型。
（3）在我国首次进行了4m超大口径PCCP管道的制造工艺试验、管道结构原型试验、现场运输试验、现场安装试验、管道防护和防腐试验等系列现场试验。
（4）提出了超大口径PCCP沟槽安装和洞内安装工法，解决了工程施工中的难题，满足了工期要求。
（五）大流量预应力渡槽设计和施工技术研究
1.研究目标
（1）提出自重小、承载能力大的新型渡槽结构型式及设计计算方法,配制出高抗裂低渗透的高性能混凝土,设计研究一种新型渡槽伸缩缝止水结构与材料,提出具有高承载力减震支座的结构型式。
（2）确定最佳的渡槽上部结构减振方案，提出渡槽桩基的有效避震措施；提出软岩地基条件下大型渡槽基础的合理型式及计算方法。
（3）提出合理的施工技术方案及渡槽混凝土结构施工方法的“标准化”或“导则”性研究成果；在建筑材料强度、施工及温度控制、混凝土养护、预应力钢筋的张拉等方面提出合理的质量控制指标及控制方法。
（4）建立简单直观的开裂风险评估体系。基于风险评估，从材料、施工、设计、管理等方面系统地提出综合治理混凝土结构温度和收缩裂缝的控制成套技术，并对混凝土材料组成和结构型式进行优化，制定渡槽混凝土结构裂缝控制成套技术方案。
（5）提出不同环境条件下渡槽结构设计的耐久性指标，研制出耐久性好的高性能混凝土，提出提高渡槽结构耐久性的工程措施和施工工艺。提出基于可靠度理论的渡槽时变可靠性分析方法，提出灌注桩无损检测可靠性分析方法，建立含有缺陷的灌注桩可靠度分析模型。
（6）研究大型预应力渡槽可能的破坏模式及破坏机理，并针对不同的可能破坏模式提出合理有效的预防及补救措施。
（7）进行现场渡槽原型的观测研究，验证理论研究和室内试验成果的正确性，优化结构型式、完善施工工艺，为后续工程渡槽结构型式的选择提供科学依据。
2.研究任务
（1）大型渡槽温度边界条件及荷载作用机理，结构新型式及优化设计，新材料，止水、支座等新结构研究,包括：①处于大气对流、日辐射、骤然温降等复杂环境中的渡槽温度边界条件和主要影响因素的确定，沿线水温模型的确定，时变温度应力计算的初始温度场的确定；②大型有限元通用软件进行多向预应力混凝土结构设计计算方法，包括有限元分析中施加预应力的方法、预应力损失的模拟、张拉顺序的优化以及预应力渡槽结构设计中的结构力学方法和弹性理论的有限元方法相结合的问题；③竖向荷载与水平荷载共同作用下的群桩-土-承台共同作用机理与设计计算方法，以及桩基的优化设计，群桩-土-承台的工作性状的数值模拟；④软岩嵌岩桩荷载传递机理的研究，以及嵌岩桩基承载力的设计计算方法；⑤混凝土开裂敏感性试验与评价方法，如何从材料配比与微结构优化方面提高高性能混凝土的抗渗、抗碳化与抗冻等问题。
（2）渡槽和槽墩支柱的抗震性能、减震措施研究,包括：①考虑土-渡槽结构相互作用的拟动力试验，模拟地震对渡槽结构的作用；②渡槽结构动力特性和动力响应原型试验条件的实现；③桩基-土动力相互作用的数值模拟；④桩基-土动力相互作用的室内模型试验技术和本构模型。
（3）渡槽施工技术及施工工艺研究，施工质量控制指标及控制方法研究，包括：①大型渡槽预应力混凝土叠合结构施工技术和施工工艺；②渡槽高性能混凝土的防裂施工技术和施工工艺；③预应力混凝土结构渡槽的施工质量控制方法及控制指标。
（4）渡槽外部裂缝预防及补救措施，以及与此相关的新型涂料开发，包括：①在模拟实际结构内部条件下养护的混凝土材料的力学、热学及宏观体积变化性能的测定方法；②基于混凝土水化硬化速率、结构型式及环境条件的混凝土结构内温度场和湿度场随混凝土浇筑龄期的变化规律；③混凝土结构内部与约束、温度、湿度相关联的应力分布随时间的变化模型及三维仿真计算方法；④渡槽结构的裂缝控制试验模型的制作和试验技术；⑤渡槽施工和运行期间的实时监测及评估；⑥混凝土结构开裂风险的表征，判据的建立，开裂风险评估分析程序的开发。
（5）大型渡槽的耐久性及可靠性研究，包括：①大型渡槽混凝土耐久性作用机理的研究；②大型渡槽混凝土耐久寿命预测模型的建立；③由于基于可靠度理论的渡槽可靠性计算结果的实用性和可靠性依赖于影响渡槽安全的主要参数的准确性，对于渡槽来说模型试验与实际情况有一定差异，如何充分利用类似工程的数据以及如何在小样本情况下确定渡槽安全分析主要参数的概率模型及其统计参数是渡槽可靠度分析中的技术难点；④如何建立合理的渡槽结构抗力衰减模型，在此基础上提出可行的渡槽时变可靠度分析方法；⑤如何确定渡槽下部灌注桩基础中缺陷的统计特性,在此基础上分析含有缺陷桩基础的可靠度。
（6）大型预应力渡槽失效的破坏模式、破坏机理及对渡槽造成的危害程度，以及相应的预防及补救措施研究。多因素作用下大型预应力渡槽失效模式的识别方法是综合研究地震破坏、预应力失效、混凝土结构裂缝、止水失效、基础失稳等导致大型预应力渡槽失效的模式、破坏机理及对渡槽造成危害程度的评价的主要技术难点。
3.考核指标
用课题成果给出的技术体系对现有的大流量预应力渡槽工程进行优化设计，预计可节约投资10%～20%，渡槽单跨经济跨越能力可达30～50m，减震效果可达30%以上；开发水泥基渗透结晶型防水材料在槽身混凝土表面的防渗技术，提高混凝土抗渗透能力30%以上；开发研制一种混凝土表面保温保湿防水抗裂材料：其导热系数不大于0.1W/（m·K），渗透系数不大于1×10-10m/s，与混凝土黏结强度不小于0.2MPa；开发研制一种潮湿型混凝土裂缝灌浆材料：浆液黏度小于350cP，固化后抗压强度60MPa以上，抗拉强度12MPa以上，与混凝土的黏结强度4.0MPa以上，混凝土抗拉破坏；高承载、抗震效果好的大流量预应力渡槽支座，单个支座承载力大于4000T，减震系数大于30%；申请发明专利：高抗裂高耐久的渡槽高性能混凝土配制与防裂成套技术、大流量预应力渡槽避震设施；国内外学术期刊上和专业性重要会议上发表论文20篇。
4.技术创新点
（1）制备了一种新型渡槽伸缩缝密封止水材料，它具有优良的耐久性、自流平性、自黏结性和抗位移变形能力的特点，能较好地满足大型渡槽伸缩缝密封止水材料性能要求。
（2）提出了一种新型渡槽伸缩缝复合止水结构型式，能较好地保证大型渡槽伸缩缝止水效果。
（3）研制了大型渡槽现场动力特性试验的仪器和设备，并在漕河渡槽进行了原型试验，并获得了大型渡槽的动力特性，在国内外属于首次。
（六）西线超长隧洞TBM施工关键技术问题研究
1.研究目标
采用综合集成的地质、地球物理探测、岩石力学性质室内外试验与测试、数值反分析、工程验证的研究方法，借助于现场勘探试验洞的扩挖和试验，进行基于TBM施工的围岩评价原理与技术研究、影响超长隧洞TBM施工技术的关键因素研究、复杂赋存环境下输水隧洞变形机制与长期稳定性研究，为南水北调西线工程深埋超长输水隧洞工程勘测、设计、施工与运行环境的安全，提出一种多学科综合的理论、方法与技术评价体系，为南水北调西线及其他水电工程、矿山的深埋长隧道的围岩评价、安全性分析、设计优化、TBM施工参数确定、灾害预测预报和防治等提供关键的理论方法和技术支持。
2.研究任务
基于TBM施工的围岩评价原理与技术研究、影响超长隧洞TBM施工技术的关键因素研究和复杂赋存环境下输水隧洞变形机制与长期稳定性研究，为超长隧洞的TBM安全施工和长期稳定性评价提供关键的理论和技术支持。
3.考核指标
（1）形成适合于西线地质条件的TBM隧洞地质评价与勘察设计的岩体质量分级体系；提供一套对岩体结构及赋存环境多学科综合的理论、方法与技术评价体系；提出TBM施工的围岩分类建议标准，申报企业标准。
（2）开发一种与TBM施工方法相适应的以地球物理超前探测为主、多源信息综合集成（综合参数法）的地质超前预报技术体系。
（3）提出高原寒冷缺氧环境条件下隧洞施工通风计算方法；提出西线隧洞通风设备及通风管的技术参数和选型配套方法；开发超长隧洞TBM施工通风系统及效果模拟软件一套；提出超长隧洞TBM施工独头掘进25km、独头通风长度14km的解决方案。研制新型风机一套。
（4）采用不确定性理论，分析西线工程深埋超长隧洞TBM施工风险发生的分布特征和规律；提出西线工程深埋超长隧洞TBM施工风险分析方法与评估模型，研究深埋超长隧洞TBM施工的风险接受准则及接受等级；提出南水北调西线工程深埋超长隧洞TBM施工风险分析、管理、评价、预警综合系统研究框架。
（5）选择西线深埋长隧洞2~3个典型区间进行全断面掘进数值分析，提出全断面掘进深埋长隧洞围岩开挖变形与应力演化规律、岩体结构影响规律；通过工程类比借鉴国内外同类工程相关成果，建立深埋长隧洞全断面掘进围岩开挖扰动损伤区预测理论与方法。
（6）根据工程西线的地质和地震特征，进行相关数值模拟和理论分析工作，定量分析非一致地震荷载情况下西线深埋长隧洞的变形破坏机制。
（7）进一步丰富深埋陡倾角层状裂隙岩体中长隧洞设计方法，通过深埋陡倾角层状裂隙岩体中长隧洞围岩稳定及衬砌结构受力分析，为不同赋存环境下西线隧洞工程设计提供依据。
（8）在国内外著名刊物上发表学术论文70篇以上。出版专著5部。
4.技术创新点
（1）首次提出了TBM施工围岩分类标准。
（2）对TBM施工中地下水超前预报技术进行了创新性的研究。
（3）首次引入颗粒流数值分析方法，研究隧洞突水、突泥机理。
（七）南水北调中线水资源调度关键技术研究
1.研究目标
在系统构建二元水循环模拟平台的基础上，研究中线水资源联合调度关键技术，确立中线水资源联合调度原则，并建立中线水资源调度决策支持系统。
2.研究任务
主要包括汉江流域及中线受水区二元水循环模拟技术研究、水源区水资源调度技术研究、受水区水资源调度技术研究、水源区与受水区联合调配技术研究和南水北调中线水资源调度决策支持系统研究等。
3.指标考核
建立基于二元水循环模拟理论框架的中线汉江流域和受水区水循环模拟平台；建立一整套模拟与优化相结合的，具备宏观总控、动态修正功能等特点的大型跨流域水资源调度模型体系技术；提出符合科学发展观的、政府调控与市场机制相结合的跨流域水资源调度机制和准则；提出汉江上游全口径水资源时空演变规律研究、丹江口水库汛限水位动态控制技术、汉江中下游用水结构优化方案、受水区生态用水和农业用水的相机补充调度机制；建立服务于中线水源、干线和受水区的，辅助进行水资源年度、月度（旬、周）调度方案制定的决策支持系统，实现成果的应用和推广。
出版学术专著1部以上，在国内外重要刊物和重要会议上公开发表高质量学术论文20篇以上，形成1项以上的软件著作权。
4.技术创新点
（1）建立了汉江流域及中线受水区分布式二元水循环模拟平台，成功应用于汉江流域和中线受水区（北京市、河北省、天津市、河南省）的水循环模拟。
（2）考虑气象因素和上游水库调节因素，综合利用逐步回归模型、BP神经网络模型、秩相关模型、多重转移概率模型、自相关模型等多种模型，完成了丹江口水库及其上游石泉水库、安康水库、黄龙滩水库和受水区主要水库的中长期径流预报模型的编制。
（八）西线工程对调水区生态环境影响评估及综合调控技术
1.研究目标
以宜宾以上的长江流域为整体研究靶区，在系统识别西线工程对调水区生态与环境的影响类型及其作用范围的基础上，揭示区域生态与环境的演变规律及其安全控制性指标，并科学核算基于区域生态与环境安全的径流控制标准；在统一的气候-水文-生态耦合模拟平台上，客观、公正地就调水工程运行调度对调水区的生态与环境影响进行定量评估，提出基于区域生态与环境安全的综合生态水文调控方案。
2.研究任务
以宜宾以上长江流域为整体研究靶区，在界定西线工程对调水区生态与环境影响范围及类型的基础上，建立区域生态与环境演变的表征指标体系，并进行生态与环境演变规律的揭示；确立西线工程调水区的生态与环境保护目标，并对其径流过程的需求进行评估。在气候-水文-生态耦合模拟平台上，分别对南水北调工程总体规划、西线工程前期项目建议书及其他规划修正方案中确立的调水规模情势下，西线工程运行调度对调水区的生态与环境影响进行定量评估，并提出维系区域生态与环境安全的综合生态水文调控对策。在对本课题研究成果进行整体凝练的基础上，编制《调水工程生态与环境影响定量评估技术导则》（草案）。
3.指标考核
构建具有物理机制的统一气候-水文-生态耦合模拟评估平台。统一的气候-水文-生态模拟平台是进行西线工程对调水区生态环境影响公正、客观评估的核心；系统界定西线工程对调水区生态环境影响的范围与类型，建立分类体系，获得综合影响区域的电子地图。将长江宜宾以上流域作为西线工程对生态环境影响评估的靶区，从影响机制与时效的角度，建立西线工程对调水区生态环境影响的分类体系，在地学空间分析的基础上进行综合类型区划；确立各类影响区在不同水文情势下的生态与环境保护目标阈值及水文需求。建立西线工程调水区生态环境演变表征指标体系，确立诊断性指标；在定量诠释西线工程调水区生态与环境的演变规律及趋势的基础上，确立各类影响区的生态与环境保护阈值。在明晰需求主体（生态与环境保护目标）和需求机制的基础上，科学界定生态需水的水量及过程特征；定量评估西线工程对各类影响区域生态与环境影响，提出系统的生态水文调控方案。通过有无调水工程两类情景下各类影响区生态与环境状况的对比分析，定量评估西线工程对各类影响区域生态与环境的影响及其综合影响；重点针对坝址上下游区、干旱河谷、湿地及自然保护区等重点区域进行深入分析。结合各类影响区生态与环境演变规律和西线工程的影响，采用主客体协同方法，提出系统的生态水文调控方案；形成技术导则，出版研究论著。编制《调水工程生态与环境影响评估技术导则》；出版学术论著2~3部，编撰图集1册；发表学术论文30篇左右，其中SCI/EI论文5~6篇。
4.技术创新点
（1）研发了大尺度区域具有物理机制的气候-水文-生态耦合模拟模型。
（2）提出区域生态环境的诊断指标，并确定安全阈值。
（3）提出基于生态水文作用机制和水生态服务功能的动态生态环境需水评价理论与方法。
（4）提出基于区域生态安全的调水区生态环境定量影响评价理论与方法。
（5）提出面向流域整体安全的递进式生态水文调控理论与方法。
（九）南水北调运行风险管理关键技术问题研究
1.研究目标
通过识别、评价、预测南水北调中、东线的工程风险、水文风险、生态与环境风险、经济风险和社会风险等，研究提出南水北调工程完工后各种复杂情形下的调水运行风险分析方法，制定相应的运行风险管理和控制措施，建立风险管理预案，为南水北调工程高效安全运行提供科技支撑。
2.研究任务
从南水北调工程运行可能发生的工程风险、水文风险、环境风险、经济风险和社会风险等方面着手，针对运行问题，系统地研究南水北调运行风险因子识别、评价和控制理论，提出风险控制措施和制定风险安全保障预案为聚焦点，开展南水北调运行的工程、水文、环境、经济和社会风险属性与特征研究，揭示南水北调运行的空间结构与时间演变的过程及其耦合作用，分析南水北调长距离调水情况下，风险发生、发展的变化机理，建立基于贝叶斯网络技术的综合风险分析模型，并对未来运行和管理中的风险进行预测，完善和提出风险控制理论和方法，提出大型调水工程的运行风险管理预案。
3.考核指标
提出南水北调运行单一风险和综合风险因子识别方法；提出南水北调运行单一风险和综合风险的评估方法；提出南水北调风险控制标准；制定南水北调运行风险管理安全保障预案；提交南水北调运行风险调度预案1份；发表学术论文15篇，编写专著1部。
4.技术创新点
（1）首次系统地对南水北调工程的运行风险管理进行研究。
（2）创新性地提出了适合南水北调工程运行特点的风险理论方法和框架。
（3）全面识别了南水北调工程运行综合风险因子并进行作用机理分析。
（4）综合构建了复杂调水工程多层次时空风险预测体系并进行了应用。
（5）开创性地建立了南水北调工程运行风险控制标准，解决了特大型调水工程运行风险评价与控制的关键难点。
（6）提出了南水北调工程运行风险控制措施，制定了南水北调工程运行安全保障预案。
（十）膨胀土地段渠道破坏机理及处理技术研究
1.研究目标
优选提出膨胀土（岩）处理的关键技术，提出膨胀土（岩）渠边坡稳定分析方法，开展膨胀土（岩）渠坡处理现场原型试验，比较验证不同措施的处理效果，研究土工格栅、土工袋、纤维土在膨胀土渠坡处理中的应用，提出膨胀土（岩）渠坡处理设计原则和施工质量控制方法，促进膨胀土（岩）渠坡处理设计理论的完善。
2.研究任务
（1）膨胀土（岩）体基本特性研究专题进行中线膨胀土地质结构的分带特征研究；膨胀土体的裂隙分布研究；地下水分布及影响研究；膨胀土的基本理化及胀缩特性研究；不同含水条件下的膨胀土体强度、变形特性研究；膨胀土体非饱和渗透特性研究；中线膨胀岩水文地质及工程地质特征研究；膨胀岩的基本特性研究；气候与地下水对膨胀岩体工程特性影响研究。
（2）膨胀土（岩）渠坡破坏机理及分析方法研究专题进行膨胀土渠坡破坏特征及破坏模式研究；膨胀土渠坡的破坏机理的试验研究；膨胀土渠坡稳定计算参数的合理取值；膨胀土渠坡破坏稳定分析方法；膨胀岩渠坡破坏特征及破坏模式研究；膨胀岩渠坡的破坏机理的试验研究；膨胀岩渠坡稳定计算参数的合理取值；膨胀岩渠坡破坏稳定分析方法。
（3）膨胀土（岩）处理技术研究专题进行膨胀土物理改性措施研究；膨胀土化学改性措施研究；膨胀土渠坡综合处理措施试验研究；膨胀土渠坡处理措施综合评价；膨胀岩的处理措施研究；膨胀岩渠坡处理措施现场验证试验研究；膨胀岩渠坡处理措施综合评价。
（4）膨胀土（岩）渠坡的设计与施工研究专题进行膨胀土现场鉴别方法研究；膨胀土渠坡的设计与施工研究；膨胀土渠坡施工控制指标及质量检测方法研究；膨胀岩现场鉴别方法研究；膨胀岩渠坡的设计与施工研究；膨胀岩渠坡施工控制指标及质量检测方法研究。
3.考核指标
将土工格栅、土工袋等新技术用于大型膨胀土渠坡的加固处理，并形成2项专利和成套实用技术；系统提出膨胀土（岩）渠坡处理施工工艺、质量控制、设计和施工导则，填补国内外相关领域的空白；首次建立适合于膨胀土（岩）渠坡特点的稳定分析方法，可形成有自主知识产权的膨胀土边坡稳定分析软件系统；在国内外核心期刊上发表论文30篇以上，编写专著2部。
4.技术创新点
（1）首次从工程应用角度提出了膨胀土（岩）裂隙垂直分带特征以及规模的分类标准。
（2）首次从对边坡稳定的控制的力学机制上把膨胀土（岩）裂隙分为随机分布的裂隙和具有优势方向的组合裂隙。
（3）首次建立了一个可在现场凭借地质人员进行膨胀土（岩）等级快速判别的定性和半定量方法。
（十一）复杂地质条件下穿黄隧洞工程关键技术研究
1.研究目标
进一步研究完善穿黄隧洞衬砌结构型式，验证设计方案、提出优化措施，为技术创新，整体提升技术理论水平提供试验依据；为按预定目标优质、高效完成穿黄隧洞工程建设,节省工程投资、提升施工技术水平，确保工程安全顺利实施，提供技术保障。
2.研究任务
穿黄隧洞衬砌破坏机理及风险预防，垫层排水可靠性研究；隧洞衬砌1∶1仿真模型试验研究，验证设计，优化设计；穿黄隧洞抗震技术研究，回避风险方案；隧洞自动化监控系统可行性研究；盾构法施工关键技术及施工控制标准。
3.考核指标
盾构法施工水工隧洞新型衬砌型式；软土地层水底水工隧洞抗震理论及应用；隧洞衬砌环锚预应力技术跨越；超深大型竖井设计与施工；复杂地质条件下泥水平衡盾构长距离施工；多套模板大型穿行式混凝土台车研究与应用；隧洞长距离安全自动化监控系统；穿黄输水隧洞施工控制标准（修编《南水北调中线一期穿黄工程输水隧洞施工技术规程》）；撰写论文18～32篇。
4.技术创新点
（1）穿黄隧洞复合衬砌的外衬为拼装式管片环，由盾构掘进施工过程完成，内衬为预应力钢筋混凝土结构，此种结构型式在国内盾构隧洞中尚属首例，为创新型结构。
（2）穿黄隧洞衬砌1∶1仿真模型试验规模之大、仿真程度之高，为国内水利行业首例。
（3）针对盾构机加长，导致竖井内无法布置常规反力架，在不采用增设盲洞和扩大竖井直径条件下，设计了新型盾构出发反力座，成功地满足盾构机在竖井内组装与出发要求，节省了工程投资。
（十二）中线工程输水能力与冰害防治技术研究
1.研究目标
针对南水北调中线工程的长距离复杂输水系统技术研究和工程实际需要确立：①建立中线工程输水模拟平台，检验总干渠的输水稳定性和可靠性及输水方式；②论证中线工程输水响应特性和稳定性，检验渠道设计参数和运行模式的合理性，校核退水闸的退水能力；③开发中线工程总干渠输水模拟模型，研究闸前常水位输水模式的实现方式；④应用非恒定流水力学模型校核并确定中线各渠段的设计超高，探索我国大规模输水工程的超高设计标准和规范；⑤建立中线工程冬季输水数学模型，研究工程的冰期输水能力及冰害防治技术；⑥探索中线工程冰期输水模式；⑦研究极端冰害条件和防冰措施，保证中线工程冬季输水安全。
2.研究任务
（1）中线工程输水模拟平台专题进行输水模拟平台的场景模型研制；专用数据库建设；输水模拟平台集成研究。
（2）中线渠道输水系统的水力学数值仿真研究专题进行渠道输水过程的响应特性研究。研究不同运行工况下输水渠道的非恒定流响应特征，模拟渠道的输水响应过程，分析渠道内的水位及流量变化关系，确定渠道输水的响应时间和响应范围，分析分水口门、节制闸调节及退水闸退水时渠道系统的响应及扰动问题，研究输水系统的总体响应特征；渠道输水系统的稳定性研究；设计参数的检验及渠道运行模式的合理性研究；退水闸的退水能力校核研究；节制闸的调控方式的响应研究；闸门开度变化引起的水流波动相关性分析。
（3）闸前常水位输水模式实现方式的研究专题进行渠道输水运行模式研究。在现有的渠道设计框架内，对闸前常水位运行模式进行研究；节制闸开度控制方式研究，拟定供水过程中的节制闸开度调节过程，满足总干渠建筑物设计对闸前水位上升和下降幅度和速度的要求；总干渠运行总体控制模式研究；运行实时控制系统开发；应急措施研究；总干渠典型渠段物理模型试验。
（4）大型输水渠道工程的超高设计标准和规范的研究专题进行中线干渠各渠段的超高校核；大型输水工程渠道超高标准和规范的研究。
（5）冰期输水能力及冰害防治技术研究专题进行中线工程冰情预报专家系统研究；开发中线工程总干渠冰期输水过程数学模型；冰期输水能力变化研究；冰害防治措施研究；输冰能力、拦冰能力、排冰能力的实体模型试验研究。
（6）中线干渠冰期输水模式专题进行冰盖形成期输水模式研究；研究确定闸前目标水位；研究形成稳定冰盖输水模式；研究稳定冰盖期，水流对冰盖的影响；研究冰盖下最大输水能力；冰盖融化期输水模式研究；研究排冰需水量；研究冰盖融化期输水模式；冰期输水模式的实现方式；冰盖的稳定性试验研究。
（7）极端冰害条件和防冰措施研究专题进行极端冰害发生条件的研究；研究危害性冰坝发生的条件；研究其他极端冰害条件；冰盖对建筑物的作用以及破坏机理研究；漂移冰体对建筑物作用力的模型试验研究；极端冰害的应对措施和技术研究；研究不同类型渠道极端冰害下的工程应对措施。
3.考核指标
基于中线工程电子渠道的模拟平台，开发的中线渠道水力学模型与调度模型集成在模拟平台下；提出总干渠闸前常水位输水模式的实现方式和闸门的控制方式，提出突发事件的退水方式及调度应对措施；提出总干渠各段超高标准，分析输水工程的水流损益影响；提出冰期输水能力与冰害防治措施，冰期输水调度模式及管理方法，极端冰害条件应对措施和技术等系列成果；申请3～4项具有自主知识产权的发明专利或著作权；发表高质量的论文40～45篇以上，出版学术专著1～2部，提交相关研究报告10～15篇。
4.技术创新点
在大型、长距离、复杂调水工程的输水控制和冰害防治技术上有新的突破，提高了工程的输水效率和可靠性。
（十三）工程建设与调度管理决策支持技术研究
1.研究目标
以南水北调工程为原型，制定适用于大型水利工程建设的项目群管理方法和信息标准，提出适合南水北调工程的项目群规划、管理技术及其实施方案，在分析南水北调工程建设与运营风险的基础上设计突发状况应急处置方案和应急管理技术；设计群决策支持系统原型系统，建立统一的信息分类和编码体系，制定数据采集、处理和仿真机制，设计工程施工形象进度可视化仿真原型系统；提供数据建模、分析方法、挖掘技术和数据挖掘分析算法，设计工程建设与调度管理数据挖掘原型系统；提出南水北调工程建设信息采集技术，建立基于Web技术分级决策信息流向和可视化决策系统，形成应急处置支持平台。
2.研究任务
开展工程建设与调度管理总体框架研究；工程建设管理的理论与方法研究；工程建设与调度的管理技术研究；工程运营初期的管理技术研究；工程建设与运营初期的管理实践研究；工程建设与调度管理群决策支持系统体系结构与集成技术研究；工程建设与调度管理信息采集、处理与仿真技术研究；工程建设与调度管理数据挖掘技术研究。
3.考核指标
完成南水北调工程建设与调度管理信息数据手册（规范）,南水北调工程建设项目管理技术、准则与手册；南水北调工程建设与调度管理决策数据库设计报告；南水北调工程建设与调度管理决策的组织与流程规范设计报告；南水北调工程建设与调度决策、优化、控制方案设计报告；南水北调工程建设与调度风险管理及应急处置方案设计报告；南水北调工程建设与调度管理技术标准与技术体系规范；南水北调工程运营初期调度决策与优化控制方案设计报告；南水北调工程运营初期调度框架；南水北调工程东线工程建设与运营初期的决策、优化、控制方案设计报告；南水北调工程东线工程建设与调度风险管理与应急处置方案设计报告；南水北调工程建设与调度管理的群决策支持系统设计报告；南水北调工程建设与调度管理的群决策支持系统试验原型系统（软件）,基于三维的南水北调工程建设形象进度仿真软件，基于WebGIS的南水北调工程建设和调度管理信息采集技术与软件，基于SAS平台的南水北调工程建设与调度管理数据挖掘软件，基于时间序列的南水北调工程建设与调度管理数据仓库，基于Web技术分级决策信息流向和可视化决策系统；应急处置支持平台，南水北调工程建设和调度管理决策支持系统设计报告；南水北调工程建设和调度管理决策支持系统使用报告，南水北调工程建设和调度管理决策支持系统源程序；在国内外核心期刊发表学术论文50～60篇,获国内发明专利2～3个、软件著作权2～3个，建立研发基地。
4.技术创新点
提出工程建设与调度管理数据挖掘、数据建模、分析算法和知识挖掘方面的创新理论与方法，以及基于时间序列的调水工程建设与调度管理数据挖掘算法。
（十四）丹江口水源区黄姜加工新工艺关键技术研究
1.研究目标
基于循环经济理念，利用高效资源化生产技术提取黄姜中具有药用价值的皂素，实现资源的高值化综合利用。同时结合物理-生物-化学法，对黄姜的纤维、淀粉或副产物糖液充分利用，减少生产中的污染负荷。进一步采用以生物技术为主体、多种技术集成的工艺，处理黄姜皂素生产废水，保证废水达标排放。通过黄姜资源高效综合利用及废水处理集成生产工艺，确保南水北调中线水源区水质安全，促进黄姜产业的可持续发展，实现经济和环境效益的同步增长。
2.研究任务
采用北京大学、中国地质大学（武汉）和郧阳师范高等专科学校研发的黄姜资源高效利用及废水处理一体化技术、基于SMRH工艺的循环经济生产系统关键技术以及基于直接分离法黄姜清洁生产工艺关键技术等多种技术研究，改变现有黄姜加工工艺现状，提高黄姜资源高值开发及资源综合利用程度，解决黄姜加工污染问题。
3.考核指标
形成自主知识产权的黄姜资源高效综合利用及废水高效处理一体化集成技术；形成黄姜皂素清洁生产工艺，污染物负荷减少90%以上；与传统工艺相比皂素提取率提高10%以上；资源综合利用率达90%；提出黄姜加工废水的高效处理工艺：一体化工艺出水水质出水指标达到国家皂素行业水污染物排放标准，其中主控指标CODCr≤300mg/L，
;每生产1t皂素的废水处理运行成本控制在3000元以下；形成年产50t皂素的黄姜加工、糖液生产酒精生产线及与之配套的废水处理系统，并设计年产200t皂素规模的黄姜加工循环经济示范工程;申请发明专利10项以上，撰写专著2部，发表论文20篇以上。
4.技术创新点
（1）开发了“催化-溶剂法”黄姜皂素清洁生产新工艺，提高皂素产量并降低溶剂用量。
（2）开发了兼有脱硫功能的两相厌氧和基于固定化微生物-曝气生物滤池好氧工艺的黄姜加工废水高效处理集成技术。
（3）开发了基于SMRH工艺的循环经济生产系统关键技术。
（4）开发了基于直接分离法黄姜清洁生产工艺关键技术。
（十五）东、中线一期工程沿线区域生态影响评估技术研究
1.研究目标
提出东、中线一期工程受水区农业资源性节水模式,探索受水区节水型城市建设激励机制与管理模式,分析论证合理控制地下水开采的水资源合理配置模式,科学示范典型区生态水文效应与关键调控技术,综合集成调水工程对区域生态影响评估技术。
2.研究任务
进行东、中线一期工程受水区农业资源性节水模式研究,受水区节水型城市建设的激励机制及管理模式研究,受水区地下水调控与经济、社会发展和生态环境修复的合理配置模式研究,河流及湖泊、沼泽湿地水文调控技术及其生态效应示范,典型区域生态影响仿真示范,一期工程沿线区域生态影响评估技术研究。
3.考核指标
提出有关调水对区域生态效应评价的理论框架,通过节水合理性分析、地下水调控与区域生态环境修复关系分析、生态-水文响应分析，研究建立城市节水模型、外调水-本地水联合调配模型、生态-水文响应模型等3个主要分析计算模型；开展湿地水文效应与调控技术原型示范，进行典型地段生态景观效应数字模型示范；在国内外重要刊物和重要会议上公开发表高质量学术论文20篇以上，其中SCI、EI、ISTP收录论文5篇以上；出版学术专著1部以上。
4.技术创新点
（1）系统建立了调水、节水、治污、控制地下水超采和受水区用水新秩序等对生态影响的综合评估技术，包括水量调控技术、水质调控技术、工程生态景观构建技术、水文与生态相互关系搭建技术和生态效益评估技术。
（2）在调查研究6个典型县农业用水与节水状况基础上，进行工程、农艺、管理三大措施配套，分析农业资源性节水措施的经济性和可行性，南水北调工程为农业供水与农业节水的经济合理性以及农业资源性节水对生态环境的影响。
（3）在建立受水区38个城市供水、用水与社会经济数据库基础上，择定天津、邯郸、淮安3个典型城市建立并运用城市节水SD模型，定量研究了产业结构调整、提高水价、降低用水定额和非常规水源利用等四种调控方式的节水量与节水效益；研究提出了经济社会发展与水资源利用的驱动-响应分析以及不同类型城市的节水水平和效益分析评价技术，提出了受水区城市节水的激励机制和管理模式，在理论和实践上均有一定的创新性。
（4）建立了海河流域受水区水资源合理配置模型和Modflow地下水模拟模型，实现了不同规划水平年水资源合理配置到分布式地下水模型过程式仿真计算；采用外调水与当地水补偿式联合配置方法，提出了基于受水区地下水调控与生态环境修复的水资源合理配置模式，首次提出了一期工程对海河流域生态环境影响的定量成果。
（5）围绕人工湿地公园的水力环境、底质、植物和微生物四大环境要素，开展了人工湿地公园构建技术的试验和示范研究，提出了人工湿地公园构建的关键技术。
（6）利用虚拟GIS技术展示中线邯郸段区域地理特征、自然生态环境、历史人文景观、城市建设状态等，开展了景观、生态环境仿真系统的设计与开发，构建了中线一期工程邯郸段区域复合生态廊道三维模型，在结合调水工程研究复合生态廊道及其生态效应的三维可视化展示技术方面具有创新性。
（7）提出了东、中线一期工程地表生态系统中人工水土保持林、城市绿地、湿地、河流等，地下生态系统中控制地下水降落漏斗和地面沉降等受水区生态环境效益评估方法，并首次提出了与调水相关的受水区生态效益定量评估结果。
（十六）南水北调水资源综合配置技术研究
1.研究目标和任务
一是在知识创新层面，形成超大泛流域水资源综合配置理论方法和模型工具。二是在支撑发展层面，要提出南水北调东、中线一期工程通水后，黄淮海三大流域之间、流域生态与经济之间、流域内区域之间、区域内城市与农村之间的全口径水资源整体科学配置方案。三是在工程规划层面，要在黄淮海流域水资源整体配置的基础上，提出不同规划水平年适宜的调水规模参数，并回答东、中线二期工程和西线工程规划的关键问题。
2.考核指标
形成跨流域水资源配置理论方法与模型技术，提出黄淮海流域水资源综合配置成果；提出东、中线二期工程主要调水规模参数与水平年；提出西线工程合理供水目标、供水范围、调水规模以及配置建议方案；出版相关理论、方法与模型技术专著1部以上，发表高质量论文20篇以上。
3.技术创新点
（1）提出了全口径缺水定量识别技术。
（2）黄淮海流域现状缺水定量识别，包括对生活、工业、农业和生态分项缺水量及其空间分布进行了系统识别。
（3）黄淮海泛流域水资源整体配置，提出了二级区地市的基本口径对黄淮海泛流域2015年、2020年和2030年水资源配置方案和供需平衡分析结果。
（4）东中线受水区重点地区水资源配置成果，提出了包括北京、天津和河北缺水形势和解决途径，对中线二期工程的必要性进行了论证。
四、技术路线
国务院南水北调办组织实施的11个课题研究项目技术路线如下。
（一） 丹江口大坝加高工程关键技术研究
运用非线性有限元仿真分析方法，根据丹江口大坝加高典型坝段实际状况建立有限元模型，模拟丹江口大坝混凝土实际浇筑过程、温控措施和蓄水过程，考虑材料热力学参数随时间的变化过程,研究新老坝体结合面开裂变化情况和应力变化情况。采用水容重超载法分析大坝典型坝段在结合面实际结合状态下的安全度，分析不同结合面开合状态对大坝安全的影响，从而提出满足大坝安全度要求的各项技术指标。
采用三维有限元非线性仿真计算方法，结合现场实际施工安排，考虑新老混凝土结合面不同的计算参数、灌浆压力、灌浆时机等因素，研究不同灌浆时间对结合面接触状态的影响、不同灌浆压力对结合面接触状态的影响、不同水库水位灌浆对结合面接触状态的影响、灌浆措施对新老混凝土结合面及坝踵应力的影响、缝面接触灌浆对坝踵应力的影响等问题。通过这些研究，分析结合面开裂后的可灌性、灌浆对未开裂部位的影响以及灌浆后结合面的稳定性,论证结合面灌浆的必要性、可行性,提出具体灌浆技术要求。
（二）大型渠道设计与施工新技术研究
研究与南水北调渠道工程建设密切配合，边试验研究、边验证分析、边示范推广。紧密结合南水北调工程设计与施工实践，在对工程地质、水文地质和输水工程运行特点、施工条件等进行综合分析的基础上，通过对工程现场详细勘查，进行有针对性的试验研究，对渠道设计技术的研究结合南水北调工程的规划设计实际开展现场试验，取得实际观测资料，采取多方案对比、模型试验和计算机模拟相结合的方法，优化设计技术和工程方案。对相关软件系统的研究开发全部采用面向对象方法，并基于先进的通信和计算机网络技术，对设计与施工技术进行综合研究。相关设备的研制以自主研发和引进、消化、再创新相结合，以自主创新为主。以国内著名科研、设计单位为技术依托，以设备生产厂家为研发基地，实行产学研结合，研究、制造和推广应用紧密结合。
（三）大型贯流泵关键技术与泵站联合调度优化
1.大型贯流泵机组结构关键技术研究
收集贯流泵机组结构型式资料，对已有贯流泵装置进行结构、可靠性和水力性能比较；收集贯流泵机组运行及维修资料，对已有贯流泵机组进行综合比较分析，研究工况调节方式定量比较选用方法；提出机组传动方式的选用原则与方法；研究大型贯流泵机组关键部件、灯泡体位置与支撑方式；研究贯流泵机组密封技术；研究电机的通风散热方式优化设计选用；考虑可靠性和经济性，对待建典型泵站灯泡贯流泵机组总体结构和功能设计选择；撰写研究报告与相关学术论文，提交相关研究成果，项目验收。
2.大型贯流泵泵站结构抗振安全度评价及优化设计
贯流泵流道内水流流态按紊流考虑，考虑站内流体与泵房结构、结构与上下游水体、结构与饱和地基之间相互作用，同时采用黏弹性阻尼器合理模拟截断边界处地基的辐射阻尼效应。采用随机振动分析和动力时程分析两种方法进行基于实测振动参数的大型贯流泵结构应力变形分析。利用自行开发的软件分别研究水力振动特性、考虑机组结构与水体相互作用的机组结构自振特性和考虑结构与地基及上下游水体相互作用的泵站结构的自振特性。针对淮阴三站和蔺家坝等灯泡贯流泵站工程，进行泵站机组和泵房结构自振特性分析及优化设计。运用自主开发的分析软件，研究考虑流固耦合振动的水流脉动压力、机组和结构振动响应，并与现场实测结果相比较，对相关计算参数进行反演，验证计算模型的正确性。
3.泵型选择合理性评价体系
首先逐一分析影响泵型选择合理性的主要因素，包括经济性（性能）、可靠性和稳定性等，然后采用综合的方法进行多维度的模糊综合分析，形成综合评判的原则。在具体手段上首先分析国内外泵型选择及其合理性评价取得的成果及其发展趋势，然后采用数学分析与计算机编程相结合的方法进行数据库的建立和评价模型的构建，紧密结合泵站的泵型选择开展工作，并及时将评判结果反馈给工程设计单位，指导其开展泵型选择工作。
4.贯流泵装置水力性能优化理论与应用
以全流道贯流泵装置为对象，通过广泛的CFD分析和一定的内、外特性测试，揭示贯流泵装置内部流动机理及其对外特性的影响，掌握进水流道、叶轮、导叶和出水流道之间相互影响的规律，确定影响贯流泵装置水力性能的主要几何参数；为了满足不同工况的运行要求，建立可靠的“三多”优化设计理论与方法；优化过程以CAD和CFD为核心，采用遗传算法、试验设计、序列二次规划、响应曲面模型等的组合优化策略；通过美国Engineous Software公司的多学科优化软件iSIGHT实现CAD和CFD的有机结合，实现优化过程的自动化；结合具体泵站，完成2套贯流泵装置水力模型的针对性优化设计；在高精度水力机械试验台上测试贯流泵装置的能量特性、空化特性及飞逸特性；采用动态测试技术，测量关键点的水流压力脉动；采用五孔探针、PIV和LDV测量关键断面的流速及压力分布；揭示贯流泵装置内部流动机理，验证和完善优化理论和方法。
5.灯泡式贯流泵引进方式和大泵检测技术
在深入分析东线一期工程淮阴三站等贯流泵站建设中设备招标、引进工作经验的基础上，提出急需引进并能够引进的关键技术，实现其引进消化吸收。在实验室对大型水泵模型装置进行电磁流量计、内置式超声波流量计精度比较，对差压测流法进行差压系数率定，研究确定最优的测压孔位置；在依托工程真机上进行内置式超声波流量计与差压测流法的比测以及差压系数、测压孔位置原、模型校对，研究测压孔位置对流量测试误差的影响，论证大型水泵在线差压流量监测的可行性以及精度、误差量级。
（四）超大口径PCCP管道结构安全与质量控制研究
1.室内原材料及混凝土、砂浆试验研究
（1）碱活性骨料应用研究。分析管芯混凝土采用的各类原材料中碱含量的来源与控制因素，结合国内类似工程混凝土降低总碱量的技术措施以及国内已有的骨料碱活性抑制研究成果，通过室内试验分析论证不同研究成果用于PCCP的可行性，提出中线PCCP工程科学可行的混凝土总碱量控制和骨料碱活性抑制等技术措施。
（2）混凝土和砂浆性能参数试验研究。针对南水北调PCCP工程采用的施工配合比，对混凝土和砂浆的力学性能、变形性能和耐久性能展开研究；以室内试验为主，通过对比我国规范体系配制的混凝土与美国标准配制的混凝土各项性能的相关性，提出一整套符合我国规范体系及原材料现状的、采用ANSI/AWWA C304标准设计的PCCP结构设计参数。
（3）PCCP高性能混凝土及砂浆的开发。围绕降低和解决管芯混凝土和保护层砂浆开裂这一问题，通过室内模拟试验和室外现场观测试验，分析影响裂缝发生的主要原因，对比生产工艺和管道铺设工艺，分析和评估裂缝对PCCP管材可用性的影响。
2.高性能PCCP接头灌注砂浆研究
通过试验研究矿物掺和料、减水剂、增稠剂、纤维、膨胀剂、阻锈剂、内养护材料等改性组分对灌缝砂浆的影响规律，研究不同组分对灌缝砂浆的工作性、抗裂性和耐久性的影响。结合试验结果为工程提供高工作性、抗裂性好及耐久性优良的灌缝砂浆配合比。
3.预应力钢筒混凝土管道设计系统（PCCP-CDP）
进行软件需求调查分析，研究分析国外同类软件的功能；进行软件整体设计，完成软件原型；根据软件原型征求用户意见，根据反馈信息完善软件设计；编制软件详细设计说明和技术条件；根据详细设计和技术条件，进行软件开发；开展软件测试，对软件计算结果的正确性进行验证；编制软件帮助文档资料。
（五）大流量预应力渡槽设计和施工技术研究
采用综合调查，模型及材料实验，数值模拟、理论分析和仿真分析相结合的综合手段进行。在收集整理国内外有关大中型渡槽工程技术现状和已进行的南水北调工程可研、初设阶段有关渡槽的设计成果及所提出问题的基础上，对大流量预应力渡槽设计中的关键问题进行分析、计算、实验、验证，并结合典型工程进行研究，提出设计优化和持续改进的具体建议。
1.大型渡槽温度边界条件及荷载作用机理，结构新型式及优化设计，新材料，止水、支座等新结构研究
采用一维热力学-水动力学数学模型并结合沿线气温条件确定渡槽全线的温度边界条件。采用热力学理论对渡槽的温度边界进行计算分析，采用瞬态温度场理论对施工期和运行期温度场和应力场进行计算分析。将计算结果与人工气候模拟环境实验室实测资料和现场实测资料进行比较分析,采用预应力和高性能混凝土技术提高混凝土的抗裂性能。结合施工方法、施工技术和施工工艺研究经济合理的槽身结构型式。采用三维有限元对提出的结构型式进行分析计算，合理配筋；采用理论分析、计算建模和设计方法多方面互相渗透和结合，现场试验与数值模拟相结合，从不同的角度、不同的方法进行试验和分析，成果相互印证。根据不同水文与地质条件，进行跨河渡槽基础类型的合理型式的选定和设计、超大承载力桩及桩群承载力计算方法及优化设计的研究。结合现场试验，对软岩嵌固桩基础的承载力及其可靠性进行研究；通过资料收集和调研国内外典型工程混凝土设计资料，结合建筑行业高性能混凝土的设计理论及现场条件分析，进行渡槽高性能混凝土设计研究，找出高抗裂和高耐久混凝土抗裂性能的主导因素。将结构动力分析与振动台试验相结合，进行减震支座的减震性能研究，确定合理可行的减震措施及减震支座结构。
2.渡槽和槽墩支柱的抗震性能及减震措施研究
采用ANSYS进行渡槽结构静动力、流固耦合和相互作用分析。考虑不同水位对渡槽动力特性的影响，利用时程分析法、反应谱法分析渡槽在选定的地震波作用下的动力响应。除进行支座等局部构件的振动台动力试验外，进行大比尺的渡槽-基础-土模型和渡槽的重点部位拟动力试验研究，确定渡槽整个结构体系的抗震性能。
3.渡槽外部裂缝预防和补救措施，以及与此相关的新型涂料开发
从材料、荷载、施工和结构等不同方面开展外部裂缝产生成因分析，采用通用程序和自编程序相结合的方法，对混凝土结构的温度场、应力场和开裂全过程进行仿真分析，确定结构容易开裂的部位。考虑环境和结构型式的影响，从混凝土原材料、配合比、纤维掺入料和保温措施等方面提出改善混凝土抗裂性能的具体措施。对裂缝修补材料、混凝土表面保温和防渗材料进行比较分析，寻求或研制适合渡槽工作环境的相应材料。
4.大型渡槽的耐久性及可靠性研究
从材料的耐久性及钢筋混凝土结构老化机理等方面进行大流量预应力渡槽耐久性的研究，提出耐久性的控制指标。根据钢筋混凝土老化机理建立不同损伤形式下的损伤函数，提出渡槽承载能力随时间变化的计算模型。在此基础上采用系统可靠性理论来分析渡槽整体可靠性。采用室内离心机试验和数值模拟方法分析桩的承载力，采用全概率理论分析桩的失效概率，提出定量考察桩基承载力的方法。
5.大流量预应力渡槽的原型观测试验
根据水工结构安全监测及温度、应力、应变、位移的监测要求，采取重点位置观测和一般位置校核相结合的方法，在渡槽中埋设无应力计、应变计、钢筋计、温度传感器等观测渡槽的温度场和应力场分布；采用精密水准法观测渡槽的沉降和挠度；采用脉动法或外部激励法观测渡槽在不同水位下的动力特性。
（六）膨胀土地段渠道破坏机理及处理技术研究
研究中线膨胀土、膨胀岩的胀缩特性及强度特性，建立胀缩模型及裂隙性膨胀土的强度试验方法。通过大型物理模型实验、土工离心模型、现场原型实验及数值分析研究膨胀土（岩）渠道破坏模式及破坏机理。针对膨胀土的特点和渠道破坏模式及机理，开发针对性的稳定性分析方法，并进行模型和现场试验验证和参数取值的分析。土工模型试验和现场原型试验研究处理技术包括覆盖压重、膨胀土改性和柔性支挡等，通过现场模拟运行工况结合观测结果，评价各种措施的技术可靠性，最后从施工方便性、经济合理性角度进行综合评价，并推荐出因地制宜的膨胀土（岩）渠坡处理方案。通过现场试验对各种处理措施的施工工艺、质量控制、设计要点等进行系统研究，并整理参数和工艺等质量评定标准；指导编制监理实施细则，在此基础上，开展对渠道设计和处理措施施工的总结性研究及标准设计。
（七）复杂地质条件下穿黄隧洞工程关键技术研究
1.穿黄隧洞工作条件与建筑物型式
穿黄隧洞地质条件复杂，为优化过河建筑物型式，基于对地下建筑物的工作条件深入研究，对可能的过河建筑物型式进行专门论证，以便从技术上、施工上、工程投资、工程运用上优选过河建筑物型式。拟对三种建筑物型式作进一步研究：第一种为在基岩中穿行的深埋隧洞过河方案；第二种为在河床覆盖层中穿行的盾构隧洞过河方案，又分两种型式:外衬为拼装式管片环，内衬为预应力结构双层衬砌结构型式；外衬为拼装式管片环，内衬为钢板结构双层衬砌结构型式。
2.穿黄河隧洞双层衬砌结构受力与变形研究
穿黄河隧洞设计上与常规的水工隧洞和盾构法施工的交通隧道均有所不同，采用双层复合衬砌，属于创新型结构，需要结合其工作特点对双层复合结构受力与变形特性进行研究，并就各种可能的结构方案进行比较，以便指导穿黄河隧洞衬砌设计，提升隧洞结构技术水平。
3.穿黄河隧洞大型盾构工作竖井结构特性研究
穿黄河隧洞采用盾构法施工。盾构机自北岸向南岸掘进，北岸竖井为盾构机出发井，南岸为中继竖井，均位于黄河低漫滩，处高地下水位中，地质条件复杂，曾就沉井和地下连续墙两种结构型式比较，推荐采用地下连续墙围护方案，其中北岸竖井地下连续墙深76.6m，基坑深50.1m，属超深基坑。施工的规模、技术难度均为水利行业的前列。为确保工程安全，减小施工风险，确保工程进度，有必要通过对竖井合理的结构型式、竖井结构特性、防渗方案、加固措施、变形控制等作进一步的深入研究。
4.穿黄河隧洞抗震技术研究
穿黄河隧洞工程位于地震区，通过分析地震作用下隧洞的地震响应，分析地震引起的不均匀沉陷对隧洞纵向变形的影响，隧洞和竖井连接部位在地震时可能发生的破坏形式，评价其安全性，并提出相应的工程措施和建议。
5.穿黄河隧洞衬砌1∶1仿真试验研究
试验分准备性试验和地下模型试验两阶段进行，通过在地面建立的三个1∶1仿真模型和在地下建立的较真实反映隧洞工作性态的1∶1仿真模型，真实地模拟隧洞的外部水土压力和内部水压条件；按设计要求进行安全监测布置；通过试验全面了解内、外衬结构受力与变形情况、内、外衬防排水情况、预应力结构特性、张拉锚固工艺等，以实现试验关于验证设计理论，优化设计，完善施工工艺的总体目标。
（八）中线工程输水能力与冰害防治技术研究
1.中线工程输水模拟平台框架设计
中线工程输水模拟平台包括信息采集与存储、信息服务、支撑应用和用户应用等几个方面的内容，因此平台由数据层、基础平台层和专业应用层组成。各层之间采用标准化的协议与接口将平台构造成一个有机的整体。系统为分层结构型式，具有良好的开放性和可靠性，不同层之间，如服务层次、构件层次和信息资源层次间协同工作，以实现信息交换和共享，避免重复开发，降低维护和建设费用。
2.中线渠道输水系统的水力学数值仿真研究
采用面向对象仿真、图形化建模、自适应建模、实时可视化等技术，开发一个具有自主知识产权的、适用于输水系统的、能完成图形化建模和灵活地进行仿真模型调试、仿真研究和实时调控的工作平台。
3.中线工程冰期输水特性研究
利用构建的南水北调中线工程的一期冰期输水数学模拟平台，对中线工程黄河以北干渠在不同的气温典型年、不同输水流量和闸前控制水位等条件下的冬季输水过程进行数值仿真，模拟冰期渠道的水深、流量等水力参数的变化过程，渠道断面平均水温、流冰量的变化过程，及渠道沿线的冰盖推进和演变过程。
4.极端冰害条件及防冰措施研究
采用理论分析和实验研究的手段深入分析了极端冰害发生条件、冰盖对建筑物的作用力、漂移冰体对建筑物的作用力、冰的力学特性等问题，提出极端冰害的应对措施。
（九）工程建设与调度管理决策支持技术研究
1.工程建设与调度管理总体框架研究
通过对南水北调工程建设管理与运营管理的管理框架和决策需求的分析，确定研究范畴，明确研究的目标和需要解决的关键问题。提出以工程建设的多项目管理和水资源调度的供应链管理为指导的决策支持技术开发思路，对工程建设期和运营初期具有基础价值和重要意义的若干管理决策关键支持技术重点进行研究。
2.工程建设管理的理论与方法研究
针对南水北调是一典型的由众多项目组成的大型复杂工程，其建设期的管理体系内部管理层次和接口多、建设过程的管理协调和风险控制都已超越了现行的项目管理理论范畴等特点，探讨南水北调工程建设管理的结构与特征，研究并提出南水北调工程多项目管理、项目群管理和项目组合管理的内涵、对象以及相互关系，建立项目群和项目组合的理论模型，构建项目群和项目组合的生命周期，揭示多项目管理的一般管理流程，并对管理技术与方法进行研究，从而建立大型工程多项目管理的理论方法体系。在此基础上，对多项目管理的理论方法在南水北调工程中的应用进行研究，系统地构建南水北调工程建设期的管理目标体系，揭示南水北调工程多项目的生命周期，构建南水北调工程多项目管理流程，提出南水北调中线干线工程建设管理局（简称“中线建管局”）和南水北调东线江苏水源有限责任公司（简称“江苏水源公司”）多项目管理业务流程优化方案，分析基于项目群和项目组合管理理论的南水北调工程模块化管理问题，分析并提出基于多项目管理的南水北调工程组织优化方案。
3.工程建设与调度的管理技术研究
重点构建南水北调工程建设与调度的管理技术，深入研究和完善多项目管理的相关技术。从管理信息流程再造技术、管理链技术、项目组合技术、基于多资源约束的多项目进度管理技术、应急管理技术、基于案例推理技术的工程索赔管理技术等方面研究南水北调工程多项目管理技术体系，并提出这些技术应用于南水北调工程的多项目管理准则。
4.工程运营初期的管理技术研究
南水北调运营管理就是要利用先进的管理方法和技术手段，以实现优化配置水资源，满足受水区用水需求，调水活动的社会与经济综合效益最大化的目标。根据东线工程运营管理的要求，结合东线工程的实际，在人水和谐思想的指导下，构建合理的东线跨流域调水运营机制和管理体制，研究和建立运营调度决策技术和方法。
5.工程建设与运营初期的管理研究
在已完成的南水北调中线、东线工程建设与调度的管理理论和管理技术研究的基础上，围绕东线运营初期管理实践，给出东线运营初期的合理运营与管理模式，进而研究运营初期调度管理的优化、控制方案及决策支持系统。针对东线工程运营初期存在的风险问题，研究东线运营初期风险管理问题，包括风险识别、风险分类、风险度量、应急处置技术和应急方案设计等。
6.工程建设与调度管理信息采集、处理与仿真技术研究
针对工程建设管理是一种动态的管理，需要及时地对大量的动态信息进行快速处理和直观表示，对点线面一体化业务流程通用模型和业务系统架构、轻量级单点登录策略和门户架构、面向信息共享的管理实体自动编码及其更新技术在南水北调建设与调度管理的应用进行研究。
（十）丹江口水源区黄姜加工新工艺关键技术研究
1.黄姜资源高值产品开发和中间产物利用技术研究
围绕黄姜皂素清洁生产和污染减排这一目标，开展基于物理、生物方法的高值产品开发和中间产物利用的研究工作，获得物理分离纤维和淀粉的控制参数，获得生物结合酸法酸水解优化条件，筛选出适于生物水解法制取皂甙元的复合酶，获得淀粉生物转化葡萄糖和酒精的优化条件，探索淀粉和水溶性皂苷的药用途径。
2.“催化-溶剂法”黄姜皂素清洁生产工艺中试研究
中试采用与小试基本相同的技术路线，在小试的基础上利用多功能提取设备，放大300倍进行中试，以期在较大生产规模条件下达到与小试相同的技术经济指标。中试研究旨在验证该工艺的可行性，并确定工艺及设备参数，保证稳定运行。中试研究分为间歇式中试和连续式中试两部分。
3.“催化-溶剂法”黄姜加工废水处理研究
开发以兼有脱硫功能的两相厌氧和以“固定化微生物-曝气生物滤池（G-BAF）”为主的好氧处理工艺（TPAD-GBAF，即“中和/沉淀-水解酸化-脱硫-甲烷发酵-G-BAF”），于2005年7—12月在实验室处理传统黄姜加工废水获得成功。为了实现“催化-溶剂法”黄姜皂素清洁生产和废水处理技术的全线贯通，采用两相厌氧和固定化曝气生物滤池集成技术（TPAD-GBAF）对“催化-溶剂法”黄姜皂素清洁生产废水进行了2个多月的小试研究。
（十一）东、中线一期工程沿线区域生态影响评估技术研究
南水北调工程受水区生态修复应建立在节水、治污、控制地下水超采和建立受水区用水新秩序框架下，单纯针对生态系统的评估不能反映调水工程的真实影响。南水北调工程生态影响评估技术由水循环调控技术、水质调控技术和生态系统评估技术三大部分组成。南水北调来水后将引起受水区的城市供水、再生水量、入湖（库）水量、入海水量以及回补地下水量的转换关系的改变，在对这种关系进行评估的基础上完成生态效益评估。
五、研究成果
项目研究成果与项目实施前国内、国际同类技术水平相比较，全面提升了我国在调水工程设计、施工、机械设备、管理等多方面的技术水平，填补了多项国内空白，形成具有中国特色的调水工程技术体系，进一步推动了水利行业相关科学的新发展，使行业共性技术、关键技术研究及应用达到新水平。研究成果的应用节约了工程投资，改善了生态环境，为南水北调工程建设的顺利进行提供了有利支撑。
项目的各课题取得的成果已经广泛应用于南水北调工程设计、施工和管理，如丹江口大坝加高技术、大型渠道设计与施工新技术、大型贯流泵关键技术与泵站联合调度优化、穿黄隧洞设计和施工技术、PCCP管道安装工艺及质量控制、大流量预应力渡槽设计和施工技术等，解决了南水北调工程设计、施工、管理中的诸多重大技术问题，促进了南水北调工程的建设，保障了南水北调工程质量和进度，同时部分成果在其他水利工程建设中也得到了广泛应用。
部分研究成果，如“大型渠道机械化施工技术”专题针对南水北调工程急需解决的关键技术开展研究。南水北调工程有近1500km的渠道需要衬砌，需要长斜坡渠道衬砌成型设备约50套。此外，全国450余座大型灌区工程和平原水库坝坡护砌工程以及其他远距离调水工程的衬砌长度有15000km之多，需要衬砌设备约200套。同时，第三世界国家纷纷兴修调水与灌溉工程，对此类设备也有大量需求。该专题的研究成果填补了我国在大型渠道机械化成型技术装备的设计、制造、施工工艺和工程技术方面的空白，保障了南水北调工程的顺利实施，全面提升了我国大型渠道机械化成型技术水平，推进了我国水利和工程机械行业的科技进步和发展。该专题研制的大型渠道机械化衬砌设备已实现了系列化、国产化（国产化率90%）、产业化。这些设备在南水北调工程的渠道、平原水库、灌溉渠道等工程建设中得到了全面推广，并销售到巴基斯坦和委内瑞拉等国。共计新增产值6660万元，新增利润1665万元，税金1132万元；与购买国外同类设备相比，节约设备购置费2.22亿元。已有多个国家与项目组取得联系，确立了购置设备意向。而且产品出口国外，从而打破了国际市场上欧美发达国家在大型渠道机械化衬砌技术与设备的垄断地位，形成了我国大型渠道衬砌设备在国际市场上的竞争力。
“十一五”期间，共在国内外发表科技论文705篇，其中向国外发表143篇；出版科技著作35部，共1104.8万字；申请国内专利100项，其中申请发明专利50项，获得国内专利授权56项，其中获得国内发明专利授权10项；登记计算机软件著作权23项；完成制定国家标准1项，行业标准4项，南水北调工程专用技术标准23项，制定行业标准2项。
项目研究共研制新产品、新材料、新工艺、新装置等58项，如大型渠道机械化衬砌设备、大流量预应力渡槽架槽机设备、大流量预应力渡槽造槽机设备、PCCP新型承插口构造、PCCP阴极保护测试探头、杠杆式拉伸徐变仪、水泥基材料早期热膨胀系数试验装置、膨胀土（岩）膨胀等级快速判别技术、膨胀岩渠坡快速防护材料等。项目取得的技术成果大部分已经应用到南水北调工程和其他工程中，为已建和在建工程提供了系统的技术支撑，保证了南水北调工程建设高质量、高效率地有序推进，取得了良好的经济、社会、生态效益。
通过项目实施培养了一批能够组织和承担国家级科技项目的人才，形成了多个工程建设与调度的管理技术的创新研究团队及人才培育基地。培养了年轻骨干人员375名，培养博士研究生99人，硕士研究生193人。
项目开展过程中，共建立了27个试验基地、中试线、生产线，同时通过项目示范、技术培训、技术咨询、技术转让等多种形式，进行科技成果的推广和转化，使一批推广价值好、见效快的科技成果迅速得到了推广应用，取得了良好的效果，有力地促进了南水北调工程建设质量和进度，带动了相关产业的发展，培育出一批优势企业。
（一）丹江口大坝加高工程关键技术研究
研究成果已运用于目前国内最大规模的大坝加高工程——丹江口混凝土大坝加高工程的设计与施工，部分研究成果为国内首创，主要成果如下。
1.解决的关键技术问题
（1）新老混凝土结合状态与安全评价：研究了丹江口大坝加高新老混凝土结合面开合变化规律，掌握了不同新老混凝土结合状态下坝体的静动力特性及安全状况，提出了满足安全要求的结合面技术指标。研究成果表明，在坝段缺陷经过设计提出的处理措施后，其运行安全性均可满足要求。
（2）改善新老混凝土结合状态工程措施研究：研究了不同处理措施对新老混凝土结合面结合状态的影响效果，提出直接贴坡浇筑方式，简化了施工程序；提出采用高强度等级、微膨胀性能的混凝土进行浇筑，并提出了混凝土温度控制标准、初期通水降温和施工期保温等温控措施；提出了贴坡混凝土施工期限制水位为152m的控制条件；提出了结合面凿毛、砂浆界面剂、增设三角形键槽、设置锚杆、预留结合面灌浆系统等综合处理措施。
（3）新老混凝土结合面灌浆措施研究：研究了结合面开裂随时间的渐进过程和可能的结合面开裂状况，结合面开裂后可灌性、灌浆对未开裂部位的影响以及灌浆后结合面的稳定性;提出了灌浆技术要求，包括灌浆时机，灌浆时水库水位限制、灌浆材料，灌浆工艺等技术指标。
（4）大坝抗震安全问题研究：针对典型坝段采用材料力学法和有限单元法进行大坝静动分析研究，评价大坝抗震安全，成果表明大坝满足抗震安全要求；研发了局部接触非线性组合网格法的动力分析程序和大坝混凝土动态损伤分析程序，进行了超设计地震荷载时大坝头部稳定性分析和评价；提出了时频非平稳地震动合成的新方法，对丹江口典型坝段进行设计地震作用下及地震超载条件下的损伤破坏计算分析，揭示了大坝的抗震薄弱部位；提出了余震生成的原则和方法及主-余震作用的组合模式，分析余震对丹江口大坝非线性地震反应的影响；提出了大坝抗震工程措施。
（5）初期工程帷幕耐久性研究：通过资料收集与分析、现场钻孔检查、现场测试、室内试验、耐久性分析研究，评价了初期工程防渗帷幕的防渗效果；综合室内试验结果，推算水泥灌浆帷幕和丙凝灌浆帷幕的服役年限；综合分析帷幕防渗性能和耐久性，最终确定防渗帷幕需补强的部位、范围及所需工程量。
（6）高水头大坝帷幕补强灌浆技术研究：通过高水头帷幕补强灌浆的调研、分析和现场灌浆试验研究，提出了丹江口大坝高水头帷幕补强灌浆的灌浆方法、灌浆材料、灌浆压力、施工工艺和控制指标等。
2.取得专利、标准及专著等成果
取得专利3项，分别是发明专利“混凝土表面保护材料及其制备方法”、实用新型专利“嵌入式测缝计”、实用新型专利“步进电机驱动化学灌浆泵”。制定行业标准和技术规定3项，分别是《水工混凝土外保温聚苯板施工技术规范》（CECS 268：2010）、《丙烯酸盐灌浆材料》（JC/T 2037—2010）、《丹江口加高工程初期大坝上游面裂缝处理技术规定》。出版了专著1部，撰写了论文28篇。
（二）大型渠道设计与施工新技术研究
已解决的关键技术和取得的重大科技成果如下。
1.渠道边坡优化技术
（1）首次建立了完整的大型渠道边坡稳定评价体系和边坡优化技术体系，并形成技术指导文件。
（2）提出了通过控制渠坡抗滑稳定安全系数富余度水平及避免抗剪强度指标过于保守可以优化渠道边坡的观点，提出了基于边坡稳定和费用最小的梯形渠道综合优化设计方法。
（3）首次分析了大板混凝土衬砌对大型输水渠道边坡的影响，揭示了大板混凝土衬砌对渠道边坡变形约束影响的规律，以及全断面大板混凝土衬砌对增加渠道边坡的抗滑稳定性的影响。
（4）引入改进的粒子群仿生智能优化法对位移反分析目标函数进行优化，提出了改进粒子群算法的反分析模型，用于反演渠道边坡稳定变形的土体力学参数。
（5）提出了基于小波变换模极大值原理的监测数据预处理分析方法，恢复了原有监测信号。利用边坡变形分析的非线性智能数学模型和物元关系建立了评价边坡安全状态的物元评价模型，开发了“大型渠道土质边坡变形监测与失稳预报软件”。
（6）根据边坡最大水平位移和边坡整体运动特征相似的规律，提出了以最大水平位移作为有限元强度折减法边坡失稳判据，根据最大水平位移（最大沉降）和强度折减系数关系曲线特征确定抗滑稳定安全系数的方法。
（7）针对常用邓肯系列模型在模拟土体复杂应力状态下不同方向加卸载变形规律存在的局限性，根据复杂应力状态下考虑不同方向加卸载土体柔度矩阵的规律，建立了能反映应力不同方向加卸载的修正邓肯模型，通过试验确定了模型参数。
2.高水头侧渗深挖方渠段的边坡稳定及安全技术
（1）提出渠道边坡渗透变形分析模型、计算理论及控制措施的成套技术,提出了高水头侧渗条件下渠坡的渗流控制原则。
（2）建立了有垂直截渗措施的高水头侧渗条件下渠坡土体的二维饱和土稳定流模型及非饱和土非稳定流模型，可逼真模拟汛期渠坡的渗流状态，结合实例分析了不同截渗方案的截渗效果。
（3）建立了考虑渗流场与应力场耦合的渠坡变形数值分析模型，结合实例分析了高水头侧渗条件下截渗墙方案渠坡及截渗墙的应力场及变形分布特征。
（4）建立了考虑渗流场与应力场耦合的渠坡稳定性评价模型，分析了高水头侧渗及地下水位升降对渠坡稳定性的影响。
（5）初步建立了搅拌桩截渗墙失效概率分析的模糊事故树法的理论框架。
（6）针对采用暗管内排+盲沟排水方式预防扬压力破坏的大型衬砌渠道，通过现场试验和理论分析，总结了衬砌渠道扬压力动态分布的规律和计算模型，提出了防扬压、保安全的控制运用方案。
（7）编写了《高水头侧渗深挖方渠段的边坡稳定及安全技术》指导文件。
3.渠道防渗漏、防冻胀、防扬压的新型材料和结构型式
（1）采用自行研发的新型混凝土防渗材料作为混凝土添加剂，制备了具有裂缝自愈合功能的高性能防渗抗裂渠道混凝土，显著提高了渠道混凝土的防渗性能。
（2）采用挤塑聚苯乙烯保温板（XPS）作为渠道保温材料，明显提高了渠道防冻胀能力，并通过在保温板表面成型抗滑层，满足了渠道机械化衬砌施工的要求。
（3）提出的防淤堵逆止式排水防扬压新措施，不仅能明显降低渠道地区地下水位，减少地下水对混凝土衬砌的破坏，而且可避免渠内泥沙进入出水室内淤堵逆止阀。
（4）采用暗管井排无扬压运行控制技术,将地下水降至坡面和渠底的临界处,既可避免扬压力对衬砌板的破坏,又达到经济运行的目的。
（5）结合防渗漏、防冻胀新材料和防扬压新装置的研究成果，提出了多种输水渠道的结构型式，以满足不同工程地质、水文地质和气候条件输水渠道的结构型式设计要求。
4.大型渠道机械化衬砌施工技术
（1）创新研制了具有自主知识产权的自动控制振捣滑模、振动碾压成型两类长斜坡渠道机械化衬砌成套设备，研发了SM和LSM系列长斜坡大型渠道振捣滑模衬砌成套设备，CM系列长斜坡大型渠道振捣滑模衬砌成套设备以及与这两大类设备配套的CDM长斜坡布料机，CLM长斜坡混凝土切缝机。
（2）创新研制了高频电动振捣装置及利用该装置密实提浆成型的振捣滑模衬砌成型机、自动行走振动碾压成型车和坡长36m斜坡的振动碾压成型机，以及带有振动振捣密实平料功能的长斜坡混凝土布料机。
（3）编制了《渠道混凝土衬砌机械化施工技术规程》（NSBD5—2006）、《渠道混凝土衬砌机械化施工质量评定验收标准（试行）》（NSBD8—2007）。
5.渠道混凝土衬砌无损检测技术
（1）以两种典型配比的渠道混凝土为研究对象，研究了渠道混凝土介电特征及控制因素，建立介电模型，进而确定了基于混凝土组分快速确定电磁波速的模型估算法，实现了衬砌层厚度GPR检测剖面的快速解译。
（2）系统分析了保温板和砂砾垫层两种典型渠道衬砌结构及衬砌缺陷探地雷达检测剖面图谱特征，给出了用于信号判定的典型异常特征。
（3）研制了1.5G屏蔽天线，改进了采集软件系统，集成普通的LTD雷达主机形成具有实时处理、解译功能的专用渠道衬砌检测雷达系统，该系统可实现5~20cm衬砌混凝土厚度及缺陷检测，厚度检测分辨率大于1cm。
（4）研究实现了渠道衬砌质量探地雷达检测剖面的高分辨率处理、反射界面追踪和异常自动判定等关键技术，并基于这些成果利用VC++编制了数据处理软件，构建了检测数据处理分析及检测报告自动生成的软件平台。
（5）编制了涵盖探地雷达及超声波两种无损检测技术的渠道混凝土衬砌质量无损检测规程，包括一般规定、现场检测、数据处理与解译、检测质量分析等内容，规范了相关检测工作，为该技术进一步推广奠定了基础。
6.高性能混凝土技术研究
（1）针对C30和C40两种强度等级混凝土的设计要求，进行了3种粉煤灰掺量的粉煤灰高性能混凝土,以及8%、10%和12%三种膨胀剂掺量的补偿收缩高性能混凝土和微膨胀高性能混凝土的对比试验。根据试验结果，分别提出了满足设计要求的混凝土配合比及其性能试验结果。
（2）试验证明石粉含量高的机制砂混凝土物理力学性能、抗冻性能、变形性能均有下降。针对南水北调穿黄工程的混凝土具有较高的抗裂和抗冻要求的特点，提出了严格控制细骨料（机制砂）中的石粉含量的混凝土配置方案。
（3）研制的可控温湿度风速条件混凝土抗裂试验装置，能够进行特定温湿度和风速条件下的混凝土开裂试验，对混凝土抗裂性进行评价，也能对比不同温湿度和风速条件下混凝土开裂的差别，获得该混凝土开裂的气候敏感因子，以评估混凝土开裂的气候影响因素，继而指导混凝土的施工养护工作。
（4）干燥养护条件下平板开裂和圆环开裂试验表明，掺加膨胀剂的混凝土反而更易开裂。因此，补偿收缩高性能混凝土必须保证充分的潮湿养护。
（5）研究成果在东线穿黄工程中成功应用，混凝土的各项技术指标符合设计要求，节约了大量维护费用，具有显著的环境生态效益。
7.大型渠道清污技术及设备研制
（1）采用计算流体动力学（CFD）模拟仿真技术和水工模型试验，首次研究了清污机栅体（拦污栅）流线型结构，并建立了理论基础和参考模式。
（2）针对回转式清污机研究的液压马达驱动技术、链条液压自动张紧机构，克服了电机驱动方式经常发生的链条或剪切销机械破坏故障，解决了两侧链条传动的张紧及磨损偏差,具有保持恒定张紧力和磨损自动补偿张紧功能，延长了链条的使用寿命；采用有限元分析方法优化的新型整体式齿耙结构，实现了回转式清污机的大跨度，有效地解决了卸污不彻底的难题，避免了二次污染。
（3）在总结各类清污技术优缺点和设备运行经验教训的基础上，研制了往复式清污机，为大型渠道等工程提供了一种清污机新机型，具有更为明显的技术优势。
（4）对移动抓斗式清污机进行了引进、消化、吸收和改进,可根据用户需求采用多种控制方式进行工作模式选择。移动抓斗式清污机已经在南水北调东线二级坝泵站和万年闸泵站得到应用，效果良好。
8.渠道沿线生态环境修复技术
（1）研究得出了不同植物配置条件下大型输水渠道水土流失规律、污染物迁移消减规律。
（2）建立了渠岸带污染物迁移数值模拟模型，提出了考虑植物根系对溶质吸收的HYDRUS-2D新方法。
（3）提出了不同断面类型、不同边界条件下渠岸带植物防护体系，包括草种选择与组合以及生态修复乔灌草优化配置方式。
（4）系统提出了大型渠道非过水断面边坡生态修复工程治理模式，设计了非过水断面内坡截渗除污系统。
（5）分析提出了输水渠道沿线缓冲带适宜宽度、布置类型和建植方式。
（6）研究提出了大型输水渠道生态修复主要技术参数，为相关工程建设和管理提供了技术依据。
9.基于虚拟现实的长距离渠线优化与土石方平衡系统
（1）针对渠道选线存在的准确度不高、耗时长、方案比选少等问题，首次建立了三维渠道信息模型，完成了渠道三维土石方优化交互设计，实现了土石方实时优化计算,可快速、准确地进行多方案、多因素、长距离渠道设计。
（2）提出了具有双网格地形划分模式，加快地形数据的处理，更加适用于渠道设计这种不规则带状地形的应用、相临分段优先的土石方优化策略；具有真实感的三维显示、视图和数据实时联合演示、渠道数字模型的交互式设计、水力学计算和三维虚拟整合展示，支持不同方案的对比，提供了多种类型的数据输出和接口等研究成果。
（3）研制的系统具有灵活高效的用户接口设计能力、可视化交互功能，快速设计和多方案比选等特点，可较好实现图形和数据的实时处理，图形平台独立开发具有完全自主知识版权。
（4）成果获得了“基于双层规则化的渠道地面网格系统”和“基于三维数学模型的渠道线型优化设计系统”国家软件著作权，并提出了基于双层规则化的渠道地面网格模型表示方法和土石方分段间相临段优先的优化策略，为国内外首创，具有完全自主产权。
获国家科技进步奖二等奖两项，分别是“大型渠道混凝土机械化衬砌成型技术与设备”“南水北调东线济平干渠工程设计施工技术研究”；获山东省科技进步奖一等奖一项，即“大型渠道衬砌高性能混凝土研究与应用”；形成标准2项，分别是《渠道混凝土衬砌机械化施工技术规程》（NSBD5—2006），《渠道混凝土衬砌机械化施工质量评定验收标准（试行）》（NSBD8—2007）；获得国家实用新型专利授权10项，分别为“振捣滑模衬砌机”“渠道成型机自动平衡控制装置”“衬砌机”“渠道成型机”“一种用于清污机前的破冰装置”“一种回转式清污机”“回转式清污机用新型耙齿结构”“一种回转式清污机链条自动张紧装置”“一种拦污栅或清污机用栅体”“一种清污机智能电控柜”;获得的计算机软件著作权3项，分别为“基于双层规则化的渠道地面网格系统”“基于三维数学模型的渠道线型优化设计系统”“渠道混凝土衬砌无损检测数据处理系统软件”；获得国家重点新产品1项，即“大型渠道混凝土机械化衬砌成型技术与设备”。
山东省南水北调建管局与山东省水利勘测设计院联合建成了试验研究与产业开发基地——山东省水利科技产业园，设有水工材料、岩土工程、水土保持、水力学与水环境等专业试验室，配备有多台套大型仪器设备，建有混凝土外加剂、保温板、土工布（膜）等生产车间，具有研发与生产相结合的优越条件，能够使科研成果尽快转化为生产力。
依靠山东水总机械工程有限公司建成了水利机械设备生产基地。通过课题的实施，研制开发大型渠道机械化衬砌成套设备、大型渠道清污机械设备，在山东水利工程机械总厂形成了批量规模生产能力。衬砌机生产能力达到20台(套)，清污设备生产能力达到30台(套)。
山东省调水工程技术研究中心（山东省水业发展研究院）因承担了课题研究工作，于2008年12月被批准为高新技术企业。
自主创新研制的振捣滑膜、振动碾压机械化混凝土成型设备，实现了大型渠道混凝土衬砌机械化，大大提高了工作效率和混凝土内在质量。
制定了《渠道混凝土衬砌机械化施工技术规程》（NSBD5—2006）、《渠道混凝土衬砌机械化施工质量评定验收标准（试行）》（NSBD8—2007），实现了大型渠道混凝土衬砌标准化。
开发的基于虚拟现实的长距离渠线优化与土石方平衡系统为渠道设计人员在初期选线提供了更多的优化选择，优选方案可以大大节省将来施工中的占地、土石方等费用。系统能够支持100km超长的渠道设计，对我国南水北调的设计和发展具有创新性意义。
（三）大型贯流泵关键技术与泵站联合调度优化
(1)重点对灯泡式机组的总体结构型式、工况调节方式、机组传动方式、部件支撑型式、密封技术、电机通风方式、机组加工工艺进行了研究，得到了实用新型的灯泡贯流泵机组结构型式,提出了灯泡贯流泵机组传动方式选用原则和方法、机组工况调节方式定量选择方法、机组电机过滤清洁通风方式和电机通风方式优化设计方法。研究成果已应用于金湖泵站和泗洪泵站的工程设计。
(2)以淮阴三站工程为依托，对大型灯泡贯流泵站结构设计及振动安全度评价进行了系统研究,开发了具有自主知识产权的大型灯泡贯流泵站静动力及流固耦合有限元分析软件,提出了定性与定量相结合预测泵站振动响应和振动安全度评价方法。针对大型灯泡贯流泵站的结构特点，提出了具有自主知识产权的橡胶垫减振设计方法和控制措施。
（3）建立了标准化的泵模型特性选型数据库，提出了泵型选择的装置特性3D表示方法；分析影响大型泵机组可靠性的主要因素，提出可靠性指标计算的方法；创新地采用能量特性法分析泵机组的运行稳定性；建立包括能量特性（经济）、可靠性和稳定性三方面综合评判泵型选择合理性的评价指标体系，提出了泵型选择的评价方法。
（4）研究开发了四套灯泡贯流泵装置（GL-2008-01、02、03和04），根据同台试验结果，贯流泵装置水力模型最优工况点效率分别达到79.4%、81.9%、82.02%和80.22%，空化比转速均达到1100以上，水力性能先进。叶片出口采用非线性环量分布及CFD技术分析，提出了降低贯流泵内部阻力、改进流道型线等优化设计措施。提出了贯流泵装置多工况设计方法与贯流泵装置自动优化技术。
(5)提出了大型贯流泵的合作引进方式及引进重点内容的建议；研究了内置式超声波流量计与进水流道差压测流法两种大泵流量测试方法；以NI公司CRIO数据采集模块和LabVIEW软件为开发平台，应用FPGA编程，研制了适用于水泵机组运行状态监测的装置，可进行水泵及泵站运行稳定性评价、故障诊断和状态检修。
（6）综合考虑叶片及变频变速调节方式、峰谷电价、潮汐等复杂因素，首次系统地提出了单机组及多机组、串并联泵站（群）优化运行数学模型及优化理论方法；针对东线源头泵站，考虑峰谷电价和潮汐影响，研究提出了最优开机时刻的分布规律；开展了南水北调东线工程大型泵站变频变速优化运行模式的适应性研究，从能耗角度分析得到了叶片全调节与变频变速的适用范围，提出了在不同扬程和调水量变化条件下典型单站、站群的优化运行方案。
发表论文98篇，取得软件著作权5项，获得发明专利3项、实用新型专利9项。
（四）超大口径PCCP管道结构安全与质量控制研究
1.室内原材料及混凝土、砂浆试验研究
（1）通过原材料优选、采用聚羧酸系新型低碱高性能减水剂、优化混凝土配合比和掺粉煤灰等综合技术措施，配置出强度等级为C60总碱量小于2.5kg/m3的PCCP管芯高强混凝土。确定了分别用于夏季（编号2）和春秋季（编号1）的PCCP管芯混凝土配合比。
（2）采用中美两国标准，分别对管芯高强混凝土的力学性能、热学性能、变形性能、混凝土的应力-应变关系等进行了系列对比试验，取得南水北调工程所用PCCP管芯混凝土材料的圆柱体试件与立方体试件抗压强度的换算系数为0.85，提出了符合我国规范体系和材料标准的一整套PCCP建议设计参数，为我国PCCP设计规范的制定提供了依据。
（3）复合掺加矿物掺和料、减水剂、增稠剂、纤维、膨胀剂、阻锈剂、内养护材料等原材料，首次开发出了高工作性、高抗裂性与高耐久性的PCCP接头ECC灌缝砂浆，并在南水北调中线PCCP管道工程做了示范应用。
2.结构计算方法研究与程序开发
（1）通过研究国内外PCCP的相关标准，推导出了PCCP弯矩重分布的计算公式，丰富和完善了PCCP结构计算理论。
（2）从合理考虑钢丝刚度贡献与承载作用及其行为特性的基本思想出发，首次提出了PCCP考虑预应力钢丝缠丝过程和刚度贡献的数值缠丝模型。基于现场试验提出了预应力钢丝失锚长度的概念和计算公式，并建立了PCCP预应力损失模拟分析的断丝模型。
（3）研发出了预应力钢筒混凝土压力管设计软件（PCCP-CDP），取得计算机软件著作权，该软件比国内外类似软件具有更强大的设计功能，具有预应力钢筒混凝土压力管（PCCP）的设计计算、检验计算、荷载计算及工程量统计等功能。
（4）研发出了预应力钢筒混凝土管（PCCP）仿真分析系统（PCCP-FEM），取得计算机软件著作权。主要用于PCCP在各计算工况下的结构受载响应分析，是首次开发的一款专门针对PCCP的受载响应进行分析的有限元软件，弥补了结构力学计算方法中采用极限状态设计方法的不足，可给出管道结构在各种外荷载作用下的各阶段的受力性态及其发展规律，揭示管道结构应力变形的分布过程。
3.大型管道现场试验
（1）4m超大口径PCCP管的制造工艺及质量控制试验。在4m超大口径PCCP的研制过程中，通过一系列现场试验，研发了4m直径PCCP新型承插口，确定了承插口配合间隙范围、接口椭圆度控制标准、无溶剂环氧煤沥青（煤焦油）涂层质量检验方法及标准，研制改进了补偿平衡式缠丝机、砂浆同步刮平装置、无动力倾管机、伸缩式气动吊具等超大口径PCCP管道生产专用设备，研制成功的PCCP外防腐涂层自动化喷涂工艺，可在保护层砂浆上立即喷涂无溶剂环氧煤焦油涂层，既提高生产效率，又确保保护层砂浆不开裂，提高PCCP管道的耐久性。生产出高质量的PCCP管道，与国外产品相比，在覆土深度、工作压力、管壁厚度等方面均有许多技术上的突破。
（2）4m超大口径PCCP运输方法和运输能力试验。结合南水北调工程PCCP管运输方式和施工实践，对工程所采用的凹心平板车和专用驮管车等运输设备，进行4m直径PCCP管道运输工艺试验和效益试验分析，研究PCCP管运输方式，提出了管道安全运输的防护措施与控制方法，确定了相关运输标准；研究超大口径PCCP管运输对道路、环境的要求,确定了大口径PCCP管设备运输效率。
（3）4m直径PCCP吊装和安装工艺及质量控制试验。结合南水北调4m直径PCCP管的现场安装，进行现场生产性试验，总结工程施工经验，进行不同设备安装方法、密封胶圈安装方法和防扭曲措施、接口打压指标、接头填缝工艺、回填分区及碾压标准等一系列现场试验，提出了适合我国国情的大口径PCCP管工法及其安装安全操作规程、安装质量控制要点和技术参数。
（4）4m超大口径PCCP管道的结构安全原型试验。对南水北调PCCP工程所使用的4m直径合格PCCP管道、长期放置PCCP管、管芯裂缝PCCP管及断丝管道进行内水压试验、三点法荷载试验等一系列现场原型试验，取得丰富的试验数据。
（5）PCCP阴极保护现场试验。结合南水北调工程4m直径PCCP管道制造、铺设安装、阴极保护布置在工程建设管线中选取了1km试验管道段，进行了外加电流阴极保护方式与现场对比试验、锌合金牺牲阳极材料与锌带阳极PCCP管道阴极保护对比试验。
（6）PCCP外壁防腐涂层机械化自动喷涂工艺试验。通过PCCP外壁防腐涂装工艺的一系列室内及现场试验研究，在国内首次实现了与PCCP喷浆机结合的PCCP外壁防腐涂层机械化自动喷涂工艺，该工艺所使用的涂料具有高的绝缘特性和抗腐蚀介质渗透功能，可在粗糙的水泥砂浆和混凝土表面一次涂装形成所需厚度且涂层厚度均匀；涂层与水泥砂浆和混凝土有很好的附着力，可直接在初凝的水泥砂浆和混凝土表面涂装，见图3-1-1。
图3-1-1 在初凝的砂浆层表面涂装防腐层
（7）长距离分段静水压试验。因工程建设区无水源、工期紧，为验证新建PCCP管线的工程质量，在全部管线建成后进行了长距离分段静水压试验。通过长距离分段水压试验，采集、整理、分析水压试验期各安全监测设备检测数据，对南水北调PCCP输水管道工程中的管道、接头、管件、各种阀件及镇墩、连通、分水口等附属建筑物的设计、施工、安装阶段进行综合验证。
4.安装工艺及质量控制标准研究
（1）超大口径PCCP管线沟槽安装技术。南水北调4m直径PCCP管线沟槽安装采用了龙门起重机安装PCCP管配合人工内拉法或外拉法实现管道对接。该方法具有经济性，使用设备常规化、通用性强。
（2）超大口径PCCP管线洞内安装技术。南水北调超大口径PCCP管线洞内安装采用隧洞驮管车可完成穿管、驮管、运管、调管和装管等一系列工序，实现了对PCCP的快速起重、安全运输、精确调整对中、成功安装，缩短了施工工期。隧洞管道驮管车应用技术有效解决了在隧洞内狭小空间中铺设超大口径隧洞管的技术难题。
（3）质量控制标准研究。结合工程建设实践经验和试验研究成果，综合编制超大口径PCCP安装及验收标准制定建议、超大口径PCCP制造标准制定建议、超大口径PCCP生产工艺技术规程制定建议、超大口径PCCP质量检验规程制定建议、PCCP管外表面防腐涂层通用技术条件制定建议、PCCP管外表面防腐质量检验技术规范制定建议、PCCP外防腐涂层无溶剂环氧煤焦油防腐蚀涂料施工工艺规范制定建议、PCCP设计规范制定建议。
5.管道水力特性研究
提出了一种通过粗糙度直接测量而获得沿程阻力系数或糙率n计算的新方法，该方法解决了对超大口径管道无法直接进行室内水力学试验操作的难题。给出了由壁面绝对粗糙度转化为管道当量粗糙度的修正系数，借此可直接利用理论公式进行水力学计算。给出了一套适用的λ-Re图表，可为国内PCCP管道的水力设计提供参考。
6.管道防护、防腐蚀及安全性研究
（1）PCCP阴极保护技术。提出了新建PCCP工程阴极保护防护参数、保护电位准则和布置方式,PCCP阴极保护测试探头的测试方法，超大口径PCCP牺牲阳极轴向布置条件下保护电位分布的数值计算方法。
（2）混凝土表面防腐涂层研究。通过试验，选用的无溶剂环氧煤焦油重防腐涂料技术指标达到国外同类产品技术水平；无溶剂环氧煤焦油重防腐蚀涂料可以通过机械喷涂方式直接涂装在干态、湿态的混凝土表面，且一次成膜厚度达到设计要求；涂装于湿态混凝土表面的涂层经过蒸汽养护后，与混凝土具有良好的附着强度，涂层坚硬、完好；其附着强度与干喷的附着强度基本一致，满足防腐技术要求；旋转喷浆机上干喷、湿喷涂装工艺流程合理可行，涂装一根直径4m的PCCP管用时约15分钟，可以适应规模工业化生产要求。
（3）裂缝对PCCP结构安全的影响评价。选取工程中出现典型管芯纵向裂缝的PCCP进行承载力外压试验，再通过数值模拟裂缝对PCCP承载力的影响，试验表明PCCP现场试验值超过设计值，而数值计算结果与试验值相近。
（4）断丝根数对PCCP结构安全的影响评价。模拟了工程中可能出现的断丝现象，通过对PCCP断丝的数值模拟得出：随着断丝数的增多，各极限状态所允许施加的内水压逐渐减小；断丝区混凝土最容易出现裂缝，随着内水压的增大，断丝区的钢筒也更容易屈服，离断丝区越近，钢丝应力越大，屈服得也越早；在断丝数不超过25根的情况时，PCCP管的整体工作性能仍然良好，在内压、外部土荷载、水体和管自重作用下仍处于安全状态，发生爆管的可能性不高；当断丝数超过25根时，仅有外部土荷载、管和流体自重作用而无内水压作用时，混凝土就已经开裂，当有内水压作用时，水容易沿着裂缝流至钢筒或钢丝层，造成腐蚀，从而影响PCCP的耐久性。在这种情况下，虽然在达到弹性极限状态（钢筒屈服）之前PCCP仍能承担一定的内水压，但随着时间的推移，钢筒或钢丝的锈蚀以及混凝土的劣化会增加爆管的风险。
（5）钢丝预应力松弛对PCCP结构安全的影响评价。针对可能出现的预应力钢丝松弛现象，对放置时间达到360天的PCCP管进行内水压承载试验，得出了内水压情况下PCCP的破坏特征。
7.已形成标准、专利情况及发表论文情况
在PCCP原材料、结构安全和耐久性研究的基础上，形成超大口径PCCP制造标准、超大口径PCCP工艺技术规程、超大口径PCCP检验规程、PCCP管外表面防腐涂层通用技术条件、PCCP管外表面防腐涂层质量检验技术标准、无溶剂环氧煤焦油重防腐蚀涂料施工工艺标准、超大口径PCCP安装及施工验收标准等8个规范、规程编制建议。
获得专利授权7项，其中发明专利2项。取得计算机软件著作权2项。发表论文23篇，出版专著1本。
8.已建成的试验基地、中试线、生产线等情况
通过南水北调工程初步建成了一个科技试验基地。基地能够生产直径1.8~4m的PCCP，年产量（按直径4m计）达60km。在南水北调京石段评比活动中该基地获2006年度南水北调中线干线工程“优秀建设单位”,2007年被评为“中线干线工程施工单位综合考核第一名”和南水北调工程“文明工地”。
（五）大流量预应力渡槽设计和施工技术研究
1.大型渡槽温度边界条件及荷载作用机理，结构新型式及优化设计，新材料、止水、支座等新结构研究
（1）提出了施工期和运行期各种复杂气候条件下大型渡槽温度边界条件和温度场的计算方法。
（2）完成了温度荷载作用机理及对渡槽结构的影响研究。
（3）提出了适用于南水北调中线大流量渡槽的新型多厢梁式渡槽结构及相应结构分析设计方法。
（4）提出了大型有限元通用软件进行多向预应力混凝土结构设计计算方法。
（5）提出了特大型渡槽的平面问题和空间问题相结合的分析方法。
（6）提出了提高软岩嵌固桩基础承载力的工程措施及不等高基岩面长短桩设计与优化方法。
（7）基于渡槽高性能混凝土的抗裂和耐久性要求，提出了渡槽高性能混凝土的原材料质量控制指标、混凝土配制方案、混凝土辅助防裂材料、混凝土耐久性设计控制指标及混凝土防裂施工的技术要求。
（8）从材料配比与微结构优化方面，提高了渡槽高性能混凝土的防裂、抗渗、抗碳化与抗冻等耐久性。
（9）通过抗裂性能、水化热、力学性能等综合评价，聚丙烯纤维、纤维素纤维、水化热降低剂、粉煤灰、矿粉、缓凝型聚羧酸盐减水剂等可作为混凝土减缩、降温、阻裂或增韧的防裂技术措施。
（10）建立了温度-应力试验机结合平板法塑性收缩开裂试验和绝热温升试验综合评价预应力渡槽混凝土抗裂性能的评价方法，提出了相应的评价指标。
（11）采用多种微观测试方法系统测试分析了掺粉煤灰对渡槽混凝土高性能形成的作用机理，并分析了聚丙烯纤维、纤维素纤维的阻裂与水化热降低剂的作用机理。
（12）制备了一种新型渡槽伸缩缝密封止水材料，它具有优良的耐久性、自流平性、自黏结性和抗位移变形能力的特点，能较好地满足大型渡槽伸缩缝密封止水材料性能要求；提出了一种新型渡槽伸缩缝复合止水结构型式，能较好地保证大型渡槽伸缩缝止水效果，满足南水北调工程的需求。
2.渡槽和槽墩支柱的抗震性能研究
（1）研究了渡槽结构的自振特性，获得了在槽体内不同水位和采用减震措施时渡槽结构自振特性的规律，建立了相应的计算分析方法。
（2）研究了渡槽内水体和结构的液固耦合的机理和提出了相应的计算方法。
（3）建立了适合于渡槽结构实际情况的地震动力响应的分析方法，包括拟静力法、反应谱方法和时程分析方法，提出了渡槽地震响应的简化分析方法。
（4）建立了不同桩土作用模型的减震动力分析方法，并进行了计算研究，获得了具有工程意义的研究成果。
（5）建立了桩-土相互作用的试验方法，并进行了试验研究，获得了桩在不同深度的应力和位移分布状况。进行了抗震型盆式支座性能试验，获得了盆式支座性能的具体参数。
（6）对于渡槽高矮墩试验模型进行了计算比较分析，建立了渡槽模型的简化方法，建立了桩-土-结构-流体相互作用的渡槽拟动力试验的数值模拟方法。
（7）制作了桩-土-结构-流体相互作用条件下的渡槽结构拟动力试验模型，建立了渡槽结构拟动力试验研究方法。
（8）对于拟动力试验结果和数值模拟结果进行了比较分析和研究，进一步完善了渡槽结构的抗震计算方法。
（9）提出了桩基-土动力相互作用的数值模拟方法，建立地基土体和桩土接触面的非线性动力本构模型，分级加载的应力历史影响进行桩基和场地的动力反应特性分析。
（10）提出了长短桩和等长桩方案的基桩动力反应和优化设计方法。
3.渡槽施工技术及施工工艺研究，施工质量控制指标及控制方法研究
（1）完成了大吨位的造槽机和架槽机成套技术研究，填补了国内水利行业无大型渡槽施工成套装备的空白，开创了大型渡槽预制吊装架设和移动模架现浇的新型施工方法。
（2）完成了大吨位预制渡槽施工吊装架设研究，解决了预制架设施工中的关键技术难题，填补了国内大型预制渡槽施工装备的空白，开创了大型渡槽预制吊装架设的新型施工方法。
（3）提出了改进型的内贴U形复合式伸缩止水装置，包括止水带厚度与变形部分断面型式、止水带与底部混凝土间黏结GB胶板、止水压块、固定方式、预留槽设置等，更好地适应了渡槽间伸缩止水三向变形的需要。
（4）完成了渡槽大吨位支座选型，推荐采用新型减震球形钢支座来满足减震、抗震和耐久性要求。
（5）提出了大型渡槽混凝土施工裂缝控制方法的建议、混凝土养护方法的建议、预应力施工及张拉顺序的建议。
（6）完成了《南水北调中线一期工程总干渠初步设计梁式渡槽土建工程设计技术规定》修编。
4.渡槽外部裂缝预防和补救措施以及与此相关的新型涂料开发
（1）研究了渡槽混凝土热膨胀系数、导温导热系数、强度和弹性模型等热学、力学和变形参数的测试方法和相应的变化规律。
（2）开发了渡槽混凝土温度场和应力场的仿真分析程序。
（3）完善了渡槽温度模型试验技术，并浇筑了相应的模型开展了温度场和应力场变化规律研究。
（4）基于渡槽模型和仿真分析，获得了施工期和运行期混凝土内部温度场和湿度场变化规律。探明了内部温度场的分布规律，并基于温度场分布规律进行渡槽抗裂性能评价。
（5）基于渡槽模型和仿真分析，获得了施工期和运行期混凝土内部应力场的发展规律。探明了内部应力场的分布规律，并基于应力场分布规律进行渡槽抗裂性能评价。
（6）提出了渡槽施工期和运行期温度场、湿度场和应力场的测控方案，并根据监控结果评价渡槽的抗裂性能。
（7）基于温度场和应力场分析，探明了渡槽混凝土的开裂机理。
（8）提出了大流量预应力渡槽裂缝控制成套技术方案。
（9）自行研制的液态水泥基渗透结晶型防渗涂料，可显著提高混凝土的抗渗性。该材料施工简单，可直接涂刷在混凝土表面。
（10）制备了保温性能优、黏结性能和抗压抗折强度高、吸水率小、耐久性好的渡槽保温材料。
5.大型渡槽的耐久性及可靠性研究
（1）提出了影响钢筋混凝土渡槽耐久性的主要因素,建立了碳化、冻融双因素耦合作用下的寿命预测模型。
（2）针对灌注桩完整性检测可靠性定量评估的问题，提出了评估声波透射法检测可靠性的方法;定义了遇到缺陷概率和检测到缺陷概率两个指标，为现场试验结果给出了理论解释;提出了基于贝叶斯理论的桩基缺陷统计参数估计方法，从而为准确估计桩基缺陷参数提供了新思路；提出了一种分析桩底含有沉渣的灌注桩可靠度的方法。
6.大流量预应力渡槽的原型观测试验
（1）在混凝土理论配合比基础上，确定了渡槽C50高性能混凝土的配合比，并进行了混凝土耐久性试验，建立了C50高性能混凝土配合比耐久性与孔结构特征的联系，提出了基于混合料热相容性的原材料优选思路。
（2）研制了大型渡槽现场动力特性试验的仪器和设备，并在漕河渡槽进行了原型试验，并获得了大型渡槽的动力特性，在国内外属于首次。
7.取得的相关成果
(1)取得的专利：获得国家发明专利1项，获得国家实用新型专利8项。
(2)取得的新产品及新装置：大型渡槽槽身伸缩缝高可靠性止水材料及复合止水结构型式；配制出了具有抗裂、低渗透、体积稳定性好的C50级预应力渡槽高性能混凝土材料；研制了大流量预应力渡槽架槽机设备；研制了大流量预应力渡槽造槽机设备；制备了满足渡槽要求的保温材料；研制了一种液态渗透结晶型防渗材料。
(3)形成的标准：《南水北调中线大型梁式渡槽结构设计和施工指南》《南水北调中线一期工程总干渠初步设计梁式渡槽土建工程设计技术规定》《南水北调中线一期工程总干渠初步设计涵洞槽土建工程设计技术规定》。
（六）膨胀土地段渠道破坏机理及处理技术研究
1.在膨胀土（岩）裂隙性认识方面取得进展
裂隙性是膨胀土（岩）的典型结构特征，多裂隙构成的裂隙结构体及软弱结构面，产生了复杂的物理力学效应，裂隙问题是膨胀土边坡稳定的关键问题之一。经过膨胀土（岩）现场试验，对膨胀土（岩）的裂隙分布、分类和对边坡稳定的控制机制方面获得了新的认识。
首次从工程应用角度提出了膨胀土（岩）裂隙垂直分带特征以及规模的分类标准，发现膨胀土长大裂隙以中缓倾角为主，裂隙产状与地貌关系密切，发现膨胀土长大裂隙发育密度平面上与膨胀性和地貌有关，垂向上具有明显的分带规律，裂隙面是膨胀土内部最薄弱的部位，现场试验揭示了膨胀土裂隙在一定范围内具有优势方向并对渠坡稳定起着主要控制作用。因此，大裂隙与长大裂隙的发育规律对预测渠道开挖后的危险地段具有标志性意义。
首次从对边坡稳定的控制的力学机制上把膨胀土（岩）裂隙分为随机分布的裂隙和具有优势方向的组合裂隙，膨胀土（岩）中存在的具有优势方向的裂隙组合，其倾向性与边坡坡向的关系决定了边坡的稳定性，也影响膨胀土土体强度参数的选取，研究给出了裂隙膨胀土渠坡强度参数的取值原则。
2.提出了膨胀土渠坡破坏的两种模式及对应的力学机制
通过现场原型试验、室内大型静力模型试验和数值分析，揭示了膨胀土（岩）裂隙性和膨胀性对渠坡破坏的作用机理。系统分析了现场和室内试验所揭示的膨胀土（岩）渠坡的破坏特征，研究了膨胀土（岩）地质条件、物质成分、气候环境等多种因素对渠坡稳定的影响，结合室内膨胀土渠坡滑坡的机理性试验和数值分析，首次从膨胀土渠坡失稳的力学机制出发，明确提出了膨胀土（岩）渠坡两种破坏模式：膨胀性控制的边坡失稳（主要表现为浅层滑动）和裂隙强度控制的边坡失稳（既有浅层，也有深层滑动，取决于裂隙的分布位置和倾向性）。
3.建立了符合膨胀土渠坡特点的稳定性分析方法
根据膨胀土（岩）渠坡破坏模式和机理，提出了膨胀土（岩）渠坡稳定包含裂隙强度控制下的稳定和膨胀作用下的浅层稳定新观点，并建立了膨胀土（岩）渠坡稳定分析方法，解决了膨胀土（岩）渠坡设计中的关键问题，在膨胀土（岩）渠坡稳定分析理论上取得了突破。
4.建立了膨胀土强度和变形参数确定方法
系统研究了膨胀土的强度理论，通过试验揭示了膨胀土强度的非线性特性,提出了在进行膨胀土强度试验时应根据可能滑动面上实际应力状态，合理确定固结试验应力，对于膨胀土边坡的浅层破坏，应选择σn＜60kPa条件下相应的强度参数。
提出了裂隙面强度三轴试验新方法，首次将计算机X射线断层扫描技术（CT技术）引入裂隙面的强度试验，通过测量裂隙面真实产状，准确分析裂隙面上的破坏应力；提出了裂隙面强度参数的整理方法,克服了以往利用直剪试验难以保证完全按照裂隙面剪切的缺点。
针对膨胀土的膨胀特性，通过对膨胀土膨胀变形的试验研究了膨胀土膨胀规律，综合提出了考虑不同起始含水率的膨胀土膨胀本构关系。
鉴于膨胀土中存在倾向性的组合裂隙，裂隙组合的倾向性与边坡的关系决定了边坡的稳定性，提出了以土块强度和裂隙面强度为控制指标结合裂隙的空间分布特征来确定膨胀土（岩）体强度参数的选取方法，即裂隙倾向呈顺坡向时，土体强度取裂隙面强度参数；裂隙倾向呈逆坡向时，边坡土体强度取土块强度。
5.提出了膨胀土（岩）渠坡处理技术及作用机理
针对膨胀作用下的浅层滑坡，重点研究了就地回填利用开挖膨胀土（岩）的措施。研究和验证了防护-压重的综合措施，在总结已有膨胀土（岩）渠坡处理方法优缺点的基础上，结合大型渠道工程特点，采用物理力学特性试验、模型试验及数值分析等方法，系统研究了土工格栅加筋、土工袋、纤维土、土工膜封闭覆盖、水泥改性土、粉煤灰改性及活性酶、CondorSS溶液等处理方法的作用机理和适用性，提出了土工格栅加筋、土工袋、土工膜封闭覆盖、水泥改性土等四种处理方法的优化参数。
针对膨胀土和膨胀岩渠坡，分别在南阳和新乡开展了大规模现场原型试验，经过各种工况模拟，验证了换填非膨胀黏性土、土工格栅加筋回填膨胀土、土工袋、水泥改性土及土工膜封闭覆盖等方法的处理效果和适用性，结合观测成果分析，论证了以上几种处理方法的优缺点，综合分析了处理效果、施工工艺及投资，并推荐了膨胀土（岩）渠坡的处理方案；研究提出了膨胀土回填压实控制的双密度标准;研究提出了水泥改性膨胀土、土工格栅加筋膨胀土、土工袋技术等成套的施工工艺和质量控制标准，在现场施工性试验基础上提出了膨胀土岩地段渠道设计和施工的技术要求。
6.提出了符合膨胀土（岩）渠坡破坏机理的设计新理念
根据膨胀土（岩）宏观分带和裂隙分布特征及渠坡破坏模式的深入研究，渠坡稳定性归纳为膨胀作用下的浅层破坏和裂隙强度控制下的重力整体失稳两种模式。这两种模式的失稳机制不同，其处理方法也必然不同：针对膨胀作用下的浅层破坏，提出应采用压重防护措施进行处理；针对裂隙强度控制下的重力整体失稳，提出应采用支挡措施进行处理。要保证渠坡的稳定性，必须采取不同措施，同时满足以上两方面的稳定性。
7.解决了膨胀作用下浅层失稳的渠道设计和施工关键问题
从膨胀土渠道开挖技术、处理填筑技术、处理方案、处理效果试验、施工工艺、处理措施经济指标等方面对膨胀土渠坡的设计与施工进行了系统研究，提出了不同条件下的渠坡设计方案及相应的施工技术标准。通过两个试验段的大型原型试验，对不同处理措施从设计、施工工艺、施工检测标准、质量控制、投资分析等方面进行综合评价，提出了系统完整的膨胀土（岩）渠坡处理技术，包括渠坡稳定和变形复核、设计坡比、处理方案选择等，并给出了处理层厚度、压实度等的确定方法；研究提出了水泥改性膨胀土、土工格栅加筋膨胀土、土工袋技术等成套的施工工艺和质量控制标准，在现场施工性试验基础上提出了膨胀土岩地段渠道设计和施工的技术要求，填补了同等规模膨胀土处理设计与施工的空白。在全面分析室内研究和现场试验成果的基础上，提出了一般膨胀土（岩）渠道边坡的处理方案和设计参数，研究成果为南水北调中线工程膨胀岩（土）渠坡处理措施的可靠性、经济合理性以及施工工艺控制等方面提供了有力依据和技术指导，对于指导其他工程和提高膨胀土（岩）处理水平都有重要的参考价值和意义。
8.提出了膨胀土（岩）现场快速判别技术
针对膨胀土（岩）渠道开挖特点和先期勘探的代表性不足，研究提出了宏观地质描述和土膏电导率测定相结合的膨胀等级快速判别方法，供大开挖中快速判别膨胀土（岩）等级，进而复核渠道处理方案。
经过膨胀土（岩）现场原型试验中的工程开挖和地质编录，结合室内专项实验，分析研究了膨胀土的地质时代、地貌特征、岩性、裂隙特征、颜色特征、钙质结核特征等与膨胀土形成环境及膨胀性密切相关的宏观特征指标及其与土体膨胀性的关联性，由它们构成的鉴别指标可以准确地判别膨胀土的膨胀等级；根据膨胀土（岩）黏土矿物的自由电荷使黏土矿物具有一系列化学、物理特性的原理，利用电荷数量与膨胀土（岩）的膨胀性之间具有的相关性，提出了简便快捷的电导率仪现场鉴别方法。把这两种方法相结合，建立了可在现场凭借地质人员进行膨胀土（岩）等级快速判别的定性和半定量方法。在地质综合判断基础上，采用电阻率仪测定土体电阻率，可进一步确定同一类膨胀土体膨胀性的差异。
获得实用新型专利7项，发明专利1项。
研发了膨胀土（岩）边坡的非线性有限元计算方法及软件和膨胀土（岩）边坡的非连续变形分析方法及软件，共2套。
建成了潞王坟膨胀岩试验段及南阳膨胀土试验段2个示范工程。
“南水北调中线工程膨胀岩膨胀特性研究”获得了“河南省水利科技进步一等奖”。
发表学术论文46篇，其中国外期刊或会议发表13篇，编写专著3部。
（七）复杂地质条件下穿黄隧洞工程关键技术研究
(1)通过对隧洞双层复合衬砌结构特性研究和穿黄隧洞衬砌1∶1仿真模型试验研究，论证了内衬与外衬之间加设垫层方案与采取一定措施的无垫层的复合衬砌方案均是技术上可行的方案。
(2)隧洞外衬由七块管片拼接而成，为模拟管片环接头的工作特性，建立拼装式管片结构接头计算模型,并通过分析外衬与柔性土之间的关系,建立外部土体与外衬的相互作用模型,已用于穿黄隧洞衬砌结构设计。
(3)针对盾构机加长，导致竖井内无法布置常规反力架，在不采用增设盲洞和扩大竖井直径条件下，设计了新型盾构始发反力座，成功地满足了盾构机在竖井内组装与出发的要求，节省了工程投资。
（4）此前地下连续墙与满堂内衬一般采用单独受力的结构型式，本工程针对竖井超深，外部水土压力大的特点，通过研究，提出了地下连续墙墙面凿毛、加设插筋，与满堂内衬联合受力方案，并在工程中成功应用。
(5)南岸竖井位于邙山坡脚，通过优化竖井内衬布置，进行结构加固，解决了邙山边坡对竖井的偏压问题。
(6)通过对穿黄隧洞取样、试验，得到各项地基土动力特性参数，并按此计算了地基土体的地震残余变形，论证了地基震陷、液化深度以及隧洞管段间最大残余变形差均在设计允许范围之内，隧洞与周围地基土层间未发生脱开现象,并通过对典型的过河洞段、邙山洞段和北岸出口竖井段分别进行三维地震反应分析，证实在设计地震动作用下，隧洞结构安全。
(7)为确保信息长距离传输的准确，进行接线方式的研究与优化，完善了洞内接线技术、电缆牵引就位技术，并为监测内衬环锚预应力研制了薄壁环锚矩形测力器，取得了国家知识产权局实用新型技术专利。
(8)穿黄隧洞衬砌1∶1仿真模型试验研究为隧洞双层复合衬砌结构特性、偏薄内衬大吨位锚索成功张拉、预应力衬砌结构计算模型提供了试验依据。
(9)穿黄隧洞衬砌1∶1仿真模型试验揭示了双层复合衬砌有垫层方案应重视由于排水不畅，对外衬安全的不利影响，必须加以防范；并认为,对于长达4.25km的长大隧洞，其中任何一个衬砌段垫层的施工如未能达到设计要求，均有可能留下隐患，因此对垫层的施工质量应特别重视。
(10)对于修建在高地下水位的北岸工作竖井，通过采用铣槽机等先进机具,行之有效的地基加固、防渗措施等施工技术，建造了墙深76.6m、内径18m、外径20.8m的地下连续墙，并采用逆作法建造了深50.1m、厚0.8m的满堂内衬，满足盾构机在竖井内组装、始发与掘进施工要求。
（11）在深达50.5m的超深基坑中，采取地基加固、防水密封和冷冻技术等综合措施，克服了高地下水、粉细砂带来的困难，始发成功；采取气囊密封防水新技术，顺利到达南岸竖井。
（12）在穿黄隧洞长距离施工中，在高水头、地质条件复杂条件下，解决了高压舱换刀和古树、孤石处理等难题，采用泥水盾构机，完成了盾构机长距离4250m单头掘进，贯通误差仅为2.5cm。
（13）穿黄工程于2005年9月27日开工，开工后立即进行穿黄隧洞施工。为指导穿黄隧洞施工与验收，在南水北调工程建设监管中心组织下，由长江水利委员会长江勘测规划设计研究院（简称“长江设计院”）主编了《南水北调中线一期穿黄工程输水隧洞施工技术规程》（NSBD4—2006），并由国务院南水北调办于2006年7月27日发布执行，在穿黄隧洞施工和全线贯通发挥了正确指导作用。穿黄隧洞工程开工后，长江设计院通过总结施工经验以及穿黄隧洞衬砌1∶1仿真试验研究成果，有关技术要求进一步纳入穿黄输水隧洞施工控制标准，使其在穿黄隧洞工程获得更大的工程效益，并在此基础上，进一步发挥其社会效益。
（14）取得专利1项，制定行业标准1项，发表论文3篇。
（八）工程输水能力与冰害防治技术研究
（1）采用地理信息系统、遥感、数据库、虚拟现实、网络、系统集成等技术开发了南水北调中线工程三维仿真平台、二维模拟平台和WebGIS信息发布平台，在该平台上可深入分析中线工程的水力特性、运行控制方式、冰期输水能力和冰期控制方式等，实现信息的查询和共享。
（2）利用面向对象建模和模块化建模思想实现了复杂输水系统的自适应建模的数值仿真平台，可实现中线工程各种工况的建模与计算，分析了中线工程的水力特性，论证了中线工程的输水能力。
（3）提出了闸前常水位分布式集中控制模式，基于“下游控制”概念，提出了“前馈+反馈+解耦”的控制系统组成方案。研究了变闸前水位的控制方式，控制算法与闸前常水位控制算法相互协调，可实现中线工程“安全、可靠、适时、适量”的输水目标。
（4）分析了闸前常水位等多种运行方式的适用性以及应用条件，重点比较了控制容积运行方式；分析了模糊推理的自适应PID控制方法，提高了系统的控制效果。
（5）利用神经网络理论开发了沿线气温稳定转负日期的预报模型。试验研究了冰盖的力学特性，分析了拦冰索的拦冰性能，并对拦冰索的结构型式进行了优化。
（6）深入分析了中线工程冰期输水的最大输水能力，结合中线工程冬季运行期间的冰期特性，提出了中线工程冰期运行的控制方式。中线工程冰期输水期间应采用闸前常水位方式运行，在运行期间，应采用反馈和解耦控制算法，以保证冰盖的稳定性。采用本研究提出的运行控制方式，可避免冰害的发生，从而实现冰期的安全、可靠输水。
（7）在综合分析国内外研究成果和利用数值模拟分析南水北调中线工程运行特性的基础上，提出了大型输水渠道超高设计公式和方法。
（8）开发了长距离明渠输水渠道控制模型，试验验证了研究提出的控制算法，深入分析了长距离输水渠道的水力性能。
（9）在国内外学术刊物和学术会议上发表科技论文47篇，撰写专著1部；获得计算机软件著作权4项，申请国内专利6项。
（九）建设与调度管理决策支持技术研究
(1)从项目群管理角度为南水北调工程建设与调度管理提出了新的研究思路，完善了多项目管理和项目群管理理论。
(2)提出了南水北调工程项目群划分标准，提出建立了项目群规划的一般方法。
（3）提出了南水北调运营初期的决策框架，并初步建立了适用大规模调水工程的初期运营理论。
（4）从信息系统建设、决策管理、优化与控制、风险分析和应急处置管理四个角度构建了南水北调工程建设与调度管理的管理技术系统。
（5）构建了支持工程建设与调度管理的多主体群决策支持系统的体系结构模型、设计多主体群决策环境下工程建设与调度管理海量空间信息的共享系统和仿真大型结构物的施工进度实时动态的建模方法。
（6）提出了工程建设与调度管理数据挖掘、数据建模、分析算法和知识挖掘方面的创新理论与方法和基于时间序列的调水工程建设与调度管理数据挖掘算法。
（7）形成了南水北调工程中线和东线工程实验研究基地。各项目申请单位多年参与南水北调工程的建设，通过大量的前期研究工作，收集了大量数据资料，积累了一定的经验，奠定了较好的理论和实践研究基础。建立了南水北调东、中线工程建设与调度管理决策支持系统，形成大型水利工程建设与管理决策支持系统示范基地。
（8）在国内外核心期刊上发表了59篇学术论文，取得国内发明专利6项，软件著作权8项。
（十）丹江口水源区黄姜加工新工艺关键技术研究
（1）开发了“催化-溶剂法”黄姜皂素清洁生产新工艺，工艺核心是通过添加催化剂/助剂，破坏纤维和淀粉对皂甙的包裹并抑制纤维和淀粉过度膨胀，从而提高皂素产量并降低溶剂用量。小试和中试研究数据证明，新工艺较传统工艺生产周期缩短88%；皂素得率与传统工艺持平（2.6%～2.8%），且纯度较高；新工艺可回收约80%的纤维和淀粉；进入酸水解物料量为传统工艺的1/5，酸用量较传统工艺减少70%；COD排放量和氨氮排放量较传统工艺分别削减80%和84%。
（2）开发了兼有脱硫功能的两相厌氧和基于固定化微生物-曝气生物滤池好氧工艺的黄姜加工废水高效处理集成技术。消减了硫化物对产甲烷菌的抑制作用，固定化微生物-曝气生物滤池系统中固定了高效脱氮微生物，提高了有机物和氨氮的去除效率。经历时两年的系统小试、中试研究和三个月工程规模（240m3/d）实际运行，表明该工艺是可行的，生产每吨皂素产生的废水处理运行费用小于3000元。研发的处理工艺可为规模为每年200t皂素的示范工程提供技术支撑。
（3）开发了基于SMRH工艺的循环经济生产系统关键技术。开发了糖化醪三级分离技术和新型组合脱酸技术，与传统工艺相比，该工艺黄姜皂素收率提高11.5%，污染负荷削减85%，并实现了工业化生产。开发了黄姜副产糖液生产酒精技术，并将纤维素制成有型燃料，黄姜资源综合利用率大于90%。
（4）开发了基于直接分离法黄姜清洁生产工艺关键技术。采用直接分离法黄姜皂素生产新技术，皂素收率较传统工艺提高11%以上，并形成了年产100t皂素的生产能力，经过生产实践，工艺和设备运行稳定，达到了工业应用水平。新工艺实现了黄姜淀粉与纤维回收利用，资源利用率达到95%，污染负荷削减92.8%。
（5）建成了湖北百科皂素有限公司示范点、河北廊坊黄姜清洁生产中试系统、竹溪创艺皂素有限公司示范点、十堰市秦岭中地公司示范点。
(6)发表学术论文32篇，其中SCI收录20篇。
（十一）东、中线一期工程沿线区域生态影响评估技术研究
主要技术成果可概括为“一个理论体系框架，两类模式示范，三类生态水文响应分析模型，四类评价结论”。
（1）在理论层面提出了由水循环调控技术、水质安全与调控技术和水生态效应评估技术三大部分组成（见图3-1-2）的调水对受水区生态环境影响的评估技术体系框架。
图3-1-2 评估技术体系框架
1)水循环调控技术。一期工程通水后，以外调水置换当地供水量，增加地表水量，控制地下水超采，恢复地下水位是水域生态系统恢复的关键。可置换出的水量与受水区节水方式和力度、水资源合理配置模式等密切相关，故本次水循环调控技术重点研究并提出了城市节水的激励机制与管理模式、农业资源性节水模式和地下水调控与生态环境修复水资源合理配置模式三方面内容。
2）水质安全与调控技术。包括两部分，一是针对河流环境容量低，污水处理厂达标排水仍满足不了水功能区水质要求等问题，研究构建并示范了中水湿地公园水深度处理技术，主要包括湿地二维水动力学模拟、水质模拟、水生植物引种、曝气风车、绕流坝、生态坝、水景观三维立体演示等技术；二是针对水库（包括作为调节水库的湖泊）库区的污染物情况或突发污染事件，研究和提出了以三维水动力水质耦合数学模型和水库水质安全与生态恢复模拟技术为主的水库水质调控技术，保障供水安全同时改善湖泊生态。
3)水生态效应评估技术。从生态系统的结构和功能评价河流、湖沼湿地、河口-近岸海域等自然生态系统:①在区域水循环调控技术和水质调控技术共同作用的基础上，通过构建河流、湖沼湿地、河口-近岸海域生态与水文模型进行生态效应定量评价，研究区域入河水量、入湖水量和回补地下水量的动态变化过程；②从实物量和价值量上进行南水北调工程的生态与环境作用的生态效益评估；③研究构建调水工程复合生态廊道，利用虚拟GIS技术对典型地段的区域地理特征、自然生态环境、历史人文景观、城市建设状态等进行展示，直观表现南水北调工程对研究区域的潜在生态影响。
(2)在方法层面取得了三类八项模型成果。
通过节水合理性分析、地下水调控与区域生态环境修复关系分析、生态-水文响应分析，研究建立了以下模型：
1）天津、邯郸、淮安三个典型城市的节水模型。
2）海河流域外调水-当地水联合调配模型，海河流域平原区地下水模型和邯郸地区分布式流域水循环模型。
3）王庆坨水库、北大港水库三维水动力水质耦合数学模型，北大港湿地的生态水文模型，玉符河生态水文模型，漳卫新河河口近岸海域生态水文模型（水动力模型）等三类八项生态水文响应分析计算模型。
(3)在示范层面开展了原型和模拟两类示范。从物理模型和计算机实体仿真两方面提出对调水工程直接生态效应的有效分析模式，一是开展湿地水文效应与调控技术原型示范，二是利用虚拟GIS技术进行典型地段生态景观效应数字模型示范。
(4)在实践层面提出了四类技术模式及一期工程对受水区生态环境影响的定量评估结果。研究提出有助于生态环境恢复的“南水北调工程受水区农业资源性节水模式”“受水区城市节水的激励机制及管理模式”“受水区地下水调控与生态环境修复合理配置模式”和“南水北调工程生态恢复技术模式”。应用研究的评估技术方法，首次提出了南水北调东、中线一期工程对受水区生态环境影响的定量评估系列结果。
在国内外期刊上发表科技论文23篇（其中SCI论文2篇，EI论文5篇），出版专著1部。
在山东省平阴县污水处理厂西侧，南水北调胶东输水干线与入黄中水输送工程的交汇处，利用500亩鱼塘，研究、设计并建成中水湿地公园一处，将人工湿地的降污作用与公园的景观效果相结合，深度净化污水处理厂出水。