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安全-生态-智能库坝建设的挑战与展望
1
作者 周创兵 向衍 +1 位作者 姚池 盛金保 《中国水利》 2026年第2期1-10,共10页
我国已建成全球规模最大的库坝体系,水库大坝在防洪、发电、通航、供水等方面发挥了不可替代的作用。然而,大量早期建设的库坝工程服役时间长、对运行环境和功能需求变化的适应性不够;超标准洪水增大了土坝溃决风险;快速城镇化加大了“... 我国已建成全球规模最大的库坝体系,水库大坝在防洪、发电、通航、供水等方面发挥了不可替代的作用。然而,大量早期建设的库坝工程服役时间长、对运行环境和功能需求变化的适应性不够;超标准洪水增大了土坝溃决风险;快速城镇化加大了“城市头顶一盆水”的库坝潜在风险;同时,水库淤损、生态环境影响以及非常规安全风险等也带来严峻挑战。安全大坝、生态大坝、智能大坝是应对新挑战的库坝发展新理念,具有内在的历史逻辑、理论逻辑和现实逻辑。安全层面,需从传统工程安全拓展至系统安全层次,通过功能评估、韧性提升与除险加固等提升风险防控能力;生态层面,要求通过工程和非工程措施,最大限度减小工程对河流生态系统的负面影响,并主动发挥其防洪减灾、调水调沙等正向生态效益;智能层面,应加快库坝透彻感知、智能运维、智能诊断和自主决策的技术突破,建设数字孪生库坝系统,实现库坝全生命周期的数智化管控。未来,需要从保障国家水安全的战略高度,统筹推进安全-生态-智能库坝建设与运维,为流域防洪工程建设、国家水网工程建设及复苏河湖生态环境等提供坚实基础。 展开更多
关键词 大坝 安全 生态 智能 库坝工程 数字孪生
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高坝水下缺陷检测与诊断评估:现状与挑战 被引量：3
2
作者 向衍 王亚坤 +3 位作者 陈哲 戴波 陈思宇 沈光泽 《水科学进展》 北大核心 2025年第4期537-552,共16页
高坝大库作为水安全保障体系中的支撑性基础设施,其安全稳定运行对社会经济可持续发展和公共安全至关重要。然而,高坝大库部分隐患缺陷隐蔽于水面以下,严重影响其全生命周期的安全健康服役。本文基于国内外高坝水下出险案例分析,系统梳... 高坝大库作为水安全保障体系中的支撑性基础设施,其安全稳定运行对社会经济可持续发展和公共安全至关重要。然而,高坝大库部分隐患缺陷隐蔽于水面以下,严重影响其全生命周期的安全健康服役。本文基于国内外高坝水下出险案例分析,系统梳理了光学成像检测、声学成像检测等缺陷检测方法和检测装备,评述了水下缺陷检测、损伤识别、深水孪生场景构建及健康诊断评估领域的最新研究进展。在此基础上,提出当前亟待解决的关键科学问题,包括多场扰动下声-光融合成像、深水缺陷高分辨率检测、多源数据融合表征、水下-岸基孪生场景误差传递及缺陷快速诊断等技术方法,以期为高坝水下精准探测与安全诊断评估提供科技支撑。 展开更多
关键词 缺陷识别 高坝大库 水下检测 数字孪生 结构健康诊断
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水库大坝智慧运维技术创新与实践 被引量：4
3
作者 向衍 戴波 王亚坤 《中国水利》 2025年第16期81-90,共10页
我国水库大坝数量多、坝龄长、类型复杂,环境变化与强人类活动影响等带来诸多现实挑战,传统运维模式已难以满足“全生命周期管理”和“精准化防控”需求。梳理了我国水库大坝安全运维发展历程,分析了我国水库大坝运维面临的挑战,系统阐... 我国水库大坝数量多、坝龄长、类型复杂,环境变化与强人类活动影响等带来诸多现实挑战,传统运维模式已难以满足“全生命周期管理”和“精准化防控”需求。梳理了我国水库大坝安全运维发展历程,分析了我国水库大坝运维面临的挑战,系统阐述了水库大坝智慧运维内涵与特征,明晰了“透彻感知、自主分析、智能决策、精准执行”的大坝全生命周期运维管理逻辑,建立了基于OODA-PDCA的新时代水库大坝智慧运维体系,从透彻感知、风险态势分析、科学决策和处置措施等方面概述了水库大坝智慧运维关键技术,并通过区域大坝风险实时预警平台实践案例验证了技术体系的可行性。水库大坝智慧运维已成为保障水利基础设施高质量发展和高水平安全的核心路径,为提升水库大坝运维效能、保障工程安全提供理论支撑与实践参考。 展开更多
关键词 水库大坝 智慧运维 透彻感知 风险态势 科学决策 处置措施
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基于人机协同的库坝系统水下缺陷检测与修复加固范式
4
作者 向衍 王亚坤 +4 位作者 雷勇 沈光泽 王磊 王文胜 张炜博 《水科学进展》 北大核心 2025年第6期1016-1029,共14页
随着水库大坝运行年限的增长和服役环境的动态变化,深水环境下库坝系统结构缺陷的精准检测与修复加固已成为保障重大水利基础设施长期安全运行的关键挑战。通过空间层级、任务流程与知识流动3个维度的系统重构,构建“水下-岸基、载人-... 随着水库大坝运行年限的增长和服役环境的动态变化,深水环境下库坝系统结构缺陷的精准检测与修复加固已成为保障重大水利基础设施长期安全运行的关键挑战。通过空间层级、任务流程与知识流动3个维度的系统重构,构建“水下-岸基、载人-无人、检测-修复、机具-材料-工艺、专家-现场、设备-缆线-障碍”六大协同机制,本文提出一种融合多源数据、诊断评估与作业管控的“三融合六协同”人机协同作业范式。研制了300 m级模块化多功能深水修复平台,突破了深水环境下无人化全工序作业的技术与装备瓶颈;开发了基于人机协同的集成管控数字孪生系统,实现了作业装备状态、环境参数与风险态势的实时映射与动态调度。在云南省某大型水电站附属建筑物的示范应用中,所提方法成功实现了模拟缺陷的水下全流程修复作业,验证了该技术路径的可行性与工程适用性。研究成果为库坝系统深水修复提供了系统化解决方案,对推动重大水利基础设施的智慧运维与安全保障具有重要推广价值。 展开更多
关键词 库坝系统 深水环境 水下缺陷检测 水下修复加固 人机协同 集成管控
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智能大坝研究进展与发展路径思考 被引量：5
5
作者 刘六宴 李宏恩 +1 位作者 高长胜 向衍 《岩土工程学报》 北大核心 2025年第10期2003-2014,共12页
气候变化与强人类活动给水库大坝安全管理带来新的挑战,传统安全管理理念和技术手段已难以满足新阶段水库大坝安全高质量管理需求。云计算、物联网、大数据、人工智能等新一代信息技术的快速发展为水库大坝安全管理行业的数字化、网络... 气候变化与强人类活动给水库大坝安全管理带来新的挑战,传统安全管理理念和技术手段已难以满足新阶段水库大坝安全高质量管理需求。云计算、物联网、大数据、人工智能等新一代信息技术的快速发展为水库大坝安全管理行业的数字化、网络化、智能化变革提供了重要契机。智能大坝作为水库大坝安全管理行业现代化发展的重要标志,是助力发展水利新质生产力的重要载体,如何利用智能技术升级改造传统水库大坝建设管理体系,有效提高建设管理效率与安全保障裕度成为行业研究的重点和难点。全面梳理了智能大坝建设的研究进展,提出了统筹水库大坝规划设计、施工建设、蓄水运行、除险加固等全周期的智能大坝建设与改造研究思路,建议了进一步发展智能大坝建设管理的实施路径。旨在持续提升水库大坝安全保障能力,推动大坝安全管理通过智能大坝建设由“工程管理”向“智慧管理”转变。 展开更多
关键词 智能大坝 全生命期 智能改造 工程安全 信息技术 人工智能
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国内外高坝出险分析及对策研究 被引量：3
6
作者 周凤杰 向衍 王亚坤 《水力发电》 2025年第2期49-57,共9页
高坝大库是保障国家水安全和能源安全的重要组成部分,确保其安全运行和功能发挥是国家战略需求。高坝出险可能造成严重生命和经济财产损失,通过收集43个国家的201个典型高坝出险案例,从区域、时间和特征等方面开展多维度多层次分析,深... 高坝大库是保障国家水安全和能源安全的重要组成部分,确保其安全运行和功能发挥是国家战略需求。高坝出险可能造成严重生命和经济财产损失,通过收集43个国家的201个典型高坝出险案例,从区域、时间和特征等方面开展多维度多层次分析,深入剖析高坝出险模式,开展考虑高坝安全影响因素和出险模式下的高坝失效路径挖掘,在此基础上提出高坝出险防范对策。研究结果表明:高重力坝、高拱坝出现频数最高的出险模式为裂缝、渗漏出险,上游面深水区裂缝、渗漏具有埋深大、危害性高的特点;高混凝土面板堆石坝的突出问题为面板挤压破坏、面板脱空、水平施工缝挤压破坏;高心墙土石坝、均质土坝溃坝失事案例数目明显高于其他坝型,持续高强降雨、超标洪水引发的库水漫顶是致使溃坝失事频数最高的失事路径。 展开更多
关键词 高坝安全 出险模式 失效路径 防范对策
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水库大坝退役拆除及对生态环境影响研究 被引量：24
7
作者 向衍 盛金保 +2 位作者 杨孟 张士辰 杨正华 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第11期1758-1764,共7页
尽管国内外的水库工程在防洪、灌溉、发电、供水、航运、水产养殖等方面发挥了巨大作用,但随着使用寿命、功能退化、加固维修费用高等,部分水库大坝将退役或被拆除。了解关于拆坝带来的潜在影响的一条途径是回顾在本河流系统上修建大坝... 尽管国内外的水库工程在防洪、灌溉、发电、供水、航运、水产养殖等方面发挥了巨大作用,但随着使用寿命、功能退化、加固维修费用高等,部分水库大坝将退役或被拆除。了解关于拆坝带来的潜在影响的一条途径是回顾在本河流系统上修建大坝所造成的后果。首先从水库大坝对气候、水质、生物、水库淤积等方面的影响综述了水库大坝的修建及其环境影响。结合国内外实际,综述了我国和美国的拆坝现状,分析了大坝拆除的原因以及拆坝对生态环境影响的时空影响,综述了拆坝后评估生态环境影响的方法,并首次对国内某水库进行了河流生境评估调研。结果表明,水库大坝的兴建与退役拆除均是复杂的系统工程,水库大坝退役拆除及对生态环境影响研究具有重要的意义,我国在这方面刚刚起步。 展开更多
关键词 水库 大坝 退役 生态环境 评估
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土石坝长效服役与风险管理研究进展 被引量：24
8
作者 向衍 盛金保 +3 位作者 刘成栋 方致远 张凯 程正飞 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2018年第5期86-94,共9页
基于对我国土石坝工程建设与安全现状的阐述,从土石坝内部侵蚀机理、土石坝隐患病害监测检测与诊断技术、防渗系统服役性能、风险分析与退役拆除等方面,论述土石坝长效服役与风险评估理论、方法及其技术的研究现状。认为今后应从深水环... 基于对我国土石坝工程建设与安全现状的阐述,从土石坝内部侵蚀机理、土石坝隐患病害监测检测与诊断技术、防渗系统服役性能、风险分析与退役拆除等方面,论述土石坝长效服役与风险评估理论、方法及其技术的研究现状。认为今后应从深水环境下大坝的缺陷探测以及隐患快速探测技术、土石坝长效服役性态的多源信息融合推理技术、水库大坝退役决策技术、土石坝溃决影响区次生衍生事件演化机制等方面进行深入研究,并形成成熟的土石坝工程全生命周期的安全保障与风险防控体系,以建立健全土石坝工程长效服役保障与提升的理论与方法体系。 展开更多
关键词 土石坝 长效服役 风险管理 隐患探测 退役评估
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基于大坝安全监测资料的物理力学参数反演 被引量：32
9
作者 向衍 苏怀智 吴中如 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2004年第8期98-102,共5页
本文介绍了采用实数编码遗传算法反演物理力学参数的基本步骤,然后结合通用的商业有限元软件MSC.Mar,并利用其与FORTRAN语言的接口,编写了基于MSC.Marc的物理力学参数的遗传算法反演程序。文中结合某重力坝溢流坝段的监测资料,利用该方... 本文介绍了采用实数编码遗传算法反演物理力学参数的基本步骤,然后结合通用的商业有限元软件MSC.Mar,并利用其与FORTRAN语言的接口,编写了基于MSC.Marc的物理力学参数的遗传算法反演程序。文中结合某重力坝溢流坝段的监测资料,利用该方法反演了大坝坝体弹性模量和坝基变形模量。算例表明,采用遗传算法—MSC.Marc反演大坝坝体及坝基的物理力学参数是可行的。 展开更多
关键词 遗传算法 大坝 反演 力学参数
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水库大坝安全智慧管理的内涵与应用前景 被引量：25
10
作者 向衍 盛金保 刘成栋 《中国水利》 2018年第20期34-38,共5页
虽然我国水库大坝建设领域取得了世界瞩目的成就,但管理水平相对滞后,信息化应用程度较低,智能诊断与协同管理能力薄弱,亟待利用物联网、云计算、大数据等现代信息技术手段,全面感知多源信息,通过数据融合,实现大坝安全智能诊断与智慧管... 虽然我国水库大坝建设领域取得了世界瞩目的成就,但管理水平相对滞后,信息化应用程度较低,智能诊断与协同管理能力薄弱,亟待利用物联网、云计算、大数据等现代信息技术手段,全面感知多源信息,通过数据融合,实现大坝安全智能诊断与智慧管理,为充分发挥水利基础设施整体效能、进一步提升大坝应急管理能力、切实保障大坝安全运行提供科技支撑。剖析了水库大坝智慧管理的特点和难点,介绍了智慧管理关键技术发展现状,提出了水库大坝安全智慧管理的内涵及其透彻感知、全面互联、深度融合、广泛共享、智能应用、泛在服务等重要特征,展望了发展趋势和应用前景。 展开更多
关键词 水库大坝 安全 智慧管理 内涵
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基于MSC.Marc的物理力学参数反演 被引量：8
11
作者 向衍 郑东健 +1 位作者 何旭升 吴中如 《水电能源科学》 2003年第4期7-10,共4页
在比较反演分析方法的基础上,应用基于遗传算法的优化反演方法来反演物理力学参数。结合计算力学和有限元软件系统的发展,提出了基于有限元软件MSC.Marc的物理力学参数反演方法。结合某重力坝23#溢流坝段的安全监测资料,利用该方法反演... 在比较反演分析方法的基础上,应用基于遗传算法的优化反演方法来反演物理力学参数。结合计算力学和有限元软件系统的发展,提出了基于有限元软件MSC.Marc的物理力学参数反演方法。结合某重力坝23#溢流坝段的安全监测资料,利用该方法反演得到了该大坝坝体弹性模量和坝基变形模量。算例表明,采用遗传算法和MSC.Marc反演物理力学参数是可行的。 展开更多
关键词 大坝 安全监测 物理力学参数 反演 MSC.Marc 有限元软件 参数反演
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数据挖掘技术在大坝安全决策支持系统中的应用 被引量：9
12
作者 向衍 吴中如 傅志敏 《水力发电》 北大核心 2003年第1期20-23,共4页
数据挖掘技术是一个新兴的、具有广阔应用前景和极富挑战性的研究领域。在充分研究大坝安全决策支持系统的基础上 ,结合数据挖掘技术的概念与方法等 ,对数据挖掘技术在大坝安全决策支持系统中的应用进行论述。与此同时 。
关键词 大坝 安全 决策支持系统 数据挖掘
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基于遗传算法的物理力学参数反演 被引量：5
13
作者 向衍 苏怀智 顾冲时 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2003年第6期55-58,共4页
基于遗传算法的直接随机寻优特性,首先介绍了采用实数编码遗传算法反演物理力学参数的基本步骤,然后在三维有限单元法的基础上,结合水平位移等大坝安全监测资料,提出了大坝坝体弹性模量和坝基变形模量的反演方法。并结合某重力坝8#坝段... 基于遗传算法的直接随机寻优特性,首先介绍了采用实数编码遗传算法反演物理力学参数的基本步骤,然后在三维有限单元法的基础上,结合水平位移等大坝安全监测资料,提出了大坝坝体弹性模量和坝基变形模量的反演方法。并结合某重力坝8#坝段的安全监测资料,利用该方法反演得到了该大坝坝体弹性模量和坝基变形模量。算例表明,采用遗传算法—三维有限单元法反演大坝坝体及坝基的物理力学参数是可行的。 展开更多
关键词 遗传算法 弹性模量 安全监测 坝基变形 重力坝 三维有限单元法
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基于数据仓库技术的大坝安全决策支持系统 被引量：4
14
作者 向衍 吴中如 傅志敏 《水电能源科学》 2002年第4期14-16,共3页
在研究和分析传统大坝安全辅助决策系统的基础上,结合计算机科学与技术的发展,提出了融合数据仓库、在线分析处理和数据挖掘等技术的大坝安全决策支持系统的解决方案。
关键词 大坝安全 决策支持系统 数据仓库 在线分析处理 数据挖掘
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地震对英得尔水库溃坝的影响分析 被引量：2
15
作者 向衍 马福恒 袁辉 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2007年第5期31-33,43,共4页
英得尔水库于2005年4月28日凌晨坝上溢洪道垮塌,造成右副坝溃坝事件。溃坝前当地曾发生了两次地震。为分析地震对水库溃坝的影响程度,首先运用加卸载响应比理论研究了坝体的全时程加卸载动力响应规律,结果表明大坝在地震中处于稳定状态... 英得尔水库于2005年4月28日凌晨坝上溢洪道垮塌,造成右副坝溃坝事件。溃坝前当地曾发生了两次地震。为分析地震对水库溃坝的影响程度,首先运用加卸载响应比理论研究了坝体的全时程加卸载动力响应规律,结果表明大坝在地震中处于稳定状态;然后考虑地震荷载进行结构抗震稳定分析,结果表明地震是加速溢洪道坝段失稳的重要原因。 展开更多
关键词 英得尔水库 溢洪道 垮塌 地震 加卸载响应比
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混凝土坝坝体与坝基互馈的分析理论和方法 被引量：3
16
作者 向衍 吴中如 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第A01期3017-3024,共8页
针对经典接触力学假设接触表面为几何光滑面的不足,基于Hertz接触力学和弹塑性理论,考虑坝体与坝基互馈面在外界荷载作用下面积的变化,并借助岩体水力学知识,建立坝体与坝基系统中渗流场与应力场的互馈模型;研究混凝土坝坝体与坝基互馈... 针对经典接触力学假设接触表面为几何光滑面的不足,基于Hertz接触力学和弹塑性理论,考虑坝体与坝基互馈面在外界荷载作用下面积的变化,并借助岩体水力学知识,建立坝体与坝基系统中渗流场与应力场的互馈模型;研究混凝土坝坝体与坝基互馈力学模型的算法,并基于遗传算法开发相应计算程序。最后,就水口混凝土重力坝进行互馈计算。 展开更多
关键词 水利工程 混凝土坝 坝体 坝基 互馈
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土石坝工程安全预警系统关键技术 被引量：2
17
作者 向衍 马福恒 刘成栋 《河海大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2008年第5期634-639,共6页
基于系统工程的预警原理,结合土石坝工程的特点,研究了土石坝工程安全预警系统架构,并将其分为警源分析子系统、警兆辨识子系统、警情分析子系统.重点研究了警源分析子系统和警情分析子系统,并将其中涉及的水库大坝的虚拟现实技术、溃... 基于系统工程的预警原理,结合土石坝工程的特点,研究了土石坝工程安全预警系统架构,并将其分为警源分析子系统、警兆辨识子系统、警情分析子系统.重点研究了警源分析子系统和警情分析子系统,并将其中涉及的水库大坝的虚拟现实技术、溃坝洪水估算、下游洪水演进预测等关键技术应用于浙闽台流域某土石坝工程中.结果表明,土石坝工程安全预警系统对预警土石坝的安全具有一定的作用. 展开更多
关键词 土石坝 预警系统 系统工程
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某水库溢洪道垮塌成因分析 被引量：1
18
作者 向衍 马福恒 袁辉 《水力发电》 北大核心 2007年第6期89-92,共4页
青海省某水库左右坝上溢洪道于2005年4月28日6:40左右垮塌,造成右副坝垮塌事件。在现场查看的基础上,对水库垮塌坝段的结构变形、渗流性态等进行了计算分析,并对某水库的溃坝原因进行了综合分析。所得结论为,溃坝的主要原因是右副坝上... 青海省某水库左右坝上溢洪道于2005年4月28日6:40左右垮塌,造成右副坝垮塌事件。在现场查看的基础上,对水库垮塌坝段的结构变形、渗流性态等进行了计算分析,并对某水库的溃坝原因进行了综合分析。所得结论为,溃坝的主要原因是右副坝上溢洪道底板和边墙与坝体接触部位的裂缝产生的接触渗流,另外,溃坝当日发生的地震加速了大坝失稳。 展开更多
关键词 溢洪道 垮塌 成因 某水库
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大坝安全监测贫信息的灰模型 被引量：1
19
作者 向衍 马福恒 郭浩亮 《水利水运工程学报》 CSCD 北大核心 2004年第1期57-60,共4页
根据灰理论利用大坝安全监测中的贫信息,建立了灰色关联度的GM(1,N)状态模型.对某钢筋混凝土平板坝的水平位移分析结果表明,在大坝监测资料系列较短的情况下,运用该模型可为评价大坝安全状况提供依据.
关键词 大坝 安全监测 贫信息 灰模型 GM(1 N)模型 关联度 水平位移
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混凝土坝与坝基互馈面及其确定 被引量：1
20
作者 向衍 吴中如 《水利水运工程学报》 CSCD 北大核心 2007年第1期12-20,共9页
基于混凝土坝坝体与坝基互馈作用面的特性,运用优势面理论建立了坝体与坝基互馈优势面的评价指标和分类模型.并以确定三峡工程典型坝段的互馈优势面为例,说明该确定方法简便可行.
关键词 坝基 互馈面 决策树 混凝土坝
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