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坝工科技创新服务战略

时间:2023-05-17 09:53:25

坝工科技创新服务战略

摘要:在推进中国式现代化进程中,科技学术团体要找准自身任务和目标,坚持面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康,作出应有的贡献。围绕服务好国家水网构建、服务好国家粮食安全、服务好国家“双碳”目标三个方面,提出中国大坝工程学会创新推动水利水电和坝工领域科技进步、服务国家重大战略的方向与建议。

关键词:国家战略;国家水网;粮食安全;“双碳”目标;科技创新;中国大坝工程学会

党的二十大擘画了全面建设社会主义现代化国家、以中国式现代化全面推进中华民族伟大复兴的宏伟蓝图。中国大坝工程学会作为国家社团组织中的科技学术团体,贯彻落实党的二十大精神的一项重要内容就是在推进中国式现代化进程中找准自身的目标任务,坚持面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康,为推进中国式现代化进程作出应有的贡献。

一、服务好国家水网构建

在构建国家水网中,水库大坝是重要的“结点”,是连接自然水流系统与经济社会系统的桥梁。根据全国第一次水利普查结果,我国流域面积大于50km2的河流有4.5万多条,在这些河流上,截至目前有9.7万多座水库,按照国际标准,其中坝高大于15m或库容大于300万m3的水库大坝超过3.8万座,位居世界第一。党的十八大以来,随着我国筑坝技术步入世界前列,高坝大库建设成为这10年坝工建设的重要标志。10年来,我国新建成坝高100m以上的高坝大库77座,占同期世界100m以上建坝总数的52%。其中,白鹤滩、乌东德等坝高超过200m的超高坝有8座,新增总库容1035亿m3,水电站装机容量7527万kW,构成国家水网中新的重要“结点”。江河上的水库大坝,不仅造福于人类社会,而且改变了江河物质和能量的传输规律,改变了江河形态和水生生物系统的生境,改变了库区人民群众的生活生产条件和方式,许多江河控制性枢纽工程、巨型水电站对江河水系和经济社会系统具有牵一发而动全身的作用。作为大坝工程科技学术团体,要从构建国家水网“结点”的角度对水库大坝进行再研究,为国家水网建设提供科技支撑和服务。1.筑牢水库大坝自身安全保障体系水库大坝作为国家水网的重要“结点”,关系江河水系安澜,关系人民福祉,关系经济社会发展,大坝安全是构建国家水网的重大课题。要大力推进人工智能等现代筑坝技术的科技创新,合理提高水库大坝建筑物等级和标准,运用新一代信息技术提高水库大坝安全监测水平,确保水库大坝建设质量和运行安全,防止人为灾害。2.发挥好国家水网重要“结点”的综合效益江河控制性枢纽工程和重要水电站具有调蓄径流、防御洪水、保障供水、提供清洁能源、改善航运、生态调度等综合功能。面对气候变化带来的江河水文过程的不确定性,要研究并运用水库大坝数字孪生等新技术,不断提升对降雨、产汇流过程、入库洪水、干旱缺水的预警预报水平,为完善水库大坝调度规程提供科学依据,统筹兼顾除害与兴利、安全与效益,不断提升水库大坝作为国家水网重要“结点”的综合效益。3.发挥好水库大坝对国家水网的生态补水功能国家水网本底是江河水系,江河水系生态系统的完整性、稳定性和多样性,展示着国家水网的生机。水库大坝具有调蓄江河径流的功能,尤其是江河支流上的水库,大多数为年调节和多年调节类型,对江河天然径流过程影响大,对河流生态系统的完整性、稳定性和多样性影响大。因此,在水库大坝调度运用过程中,应坚持生态优先原则,按照法律和水行政主管部门关于江河生态流量的要求,科学合理调度水库大坝,下泄生态流量,维系江河生态系统健康和可持续。4.促进库区和谐发展库区移民群众是水库大坝建设的贡献者。水库大坝建成后,库区因蓄水淹没而导致生产资料减少、环境容量改变,虽然国家依法给予补偿,但水库水电站运行单位应该按照共同富裕的理念,关心库区经济社会发展和人民群众生计问题,真正做到建设一座水库大坝带动一方经济、造福库区百姓。

二、服务好国家粮食安全

党的二十大报告明确指出,全方位夯实粮食安全根基,逐步把永久基本农田全部建成高标准农田。2023年中央一号文件提出,实施新一轮千亿斤粮食产能提升行动。建设高标准农田、新增千亿斤粮食产能、增加灌溉面积和提升灌溉保证率是重要基础。有关研究表明,我国粮食产量增长与耕地灌溉面积增长呈明显的线性关系。2005年是个节点,伴随着耕地灌溉面积从2005年的9亿亩(1亩=1/15hm2,下同)增长到2022年的约10.5亿亩,我国粮食生产从此摆脱了“两丰一歉”的历史性规律,出现连续丰收的景象,2015年起更是连续8年粮食产量超过1.3万亿斤(6.5亿t),其中灌区生产的粮食约占粮食总产量的85%,可见灌溉对我国粮食安全起到至关重要的保障作用。我国耕地设计灌溉面积中,以水库作为水源的灌溉面积约5亿亩,尤其在南方地区,水库灌溉更是占据主导地位。发展灌溉面积和提升灌溉保证率,水库灌溉具有巨大潜力,这种潜力就在于增加山区水资源与土地资源的契合度。我国南方多为山区,水土资源不仅存在区域上的错位问题,而且存在高程上的错位问题。水土资源区域上的错位可以通过引调水工程解决,如滇中引水工程、鄂北水资源配置工程等。高程上的错位现在有条件通过水库连通解决。我国许多干流上的高坝大库型水电站,蓄水量巨大,但因位于高山深谷之中,水库高程相对较低,主要功能为发电,很少用于供水和灌溉。而山区土地一般在山上,高程高,主要靠中小河流上的中小水库保障供水和灌溉,这也是南方中小水库多的主要原因。但是随着城镇化发展和城镇人口的增加,大量中小型水库转向重点保障城镇供水,灌溉水源呈现不足,灌溉保证率逐渐降低。因此,按照国家水网建设规划纲要中关于实施水源工程间水系连通的要求,结合新能源建设和抽水蓄能电站建设,现在南方一些省份开始研究论证将不同高程的大水库与中小水库连接起来,“长藤结瓜”,对中小水库进行补水,替代城镇供水水源,还中小水库主要兴利功能于灌溉,增加水库灌溉面积,提高灌溉保证率。南方部分省份的设想和实践表明,水库是灌溉的重要水源,水库间的连通将大幅度提升水土资源的契合度,为增加灌溉面积和提升灌溉保证率奠定基础,为新增粮食产能作贡献。中国大坝工程学会的许多会员单位是水库水电站的拥有者和管理者,应该积极主动研究水库连通中的工程、技术和经济问题,为夯实国家粮食安全根基提供强有力的科技支撑。

三、服务好国家“双碳”目标

党的二十大报告指出,要立足我国能源资源禀赋,坚持先立后破,有计划分步骤实施碳达峰行动;重点控制化石能源消费,加快规划建设新型能源体系。新型能源体系中,风能、太阳能是主力军。据相关专家统计,到2030年实现碳达峰目标时,我国温室气体排放量约为120亿t,而我国碳汇潜力约为12亿t,2060年前实现碳中和必将是一项极为艰巨的任务。有关方面预测,如果进行新能源替代,预计到2050年,我国风能和太阳能总装机规模将达到35亿kW,到2060年会进一步增长。风能和太阳能发电具有间歇性、波动性、随机性的特点,大规模并网带来的电网安全稳定问题,必然对灵活调节电源产生大规模需求。2022年中国大坝工程学会组织部分院士和专家学者开展了“‘双碳’目标下大力推进水风光储一体化发展”的专题调研。调研形成以下结论和建议:第一,由于我国缺少油、气等灵活性调节电源,以及大规模煤电机组的灵活性改造仍然要排放二氧化碳,常规水电站和抽水蓄能电站必然成为新型能源体系中灵活性调节电源的主力军。第二,目前国际上一般认为水电调节风能、太阳能电源的比例为1∶2~1∶4,如按照1∶4的配比估算,我国2050年对风能、太阳能的调节能力需求约为9亿kW,2060年需要的调节能力更多,无论是抽水蓄能还是常规水电站,均超出我国以功率计算的水能资源禀赋上限。第三,在大力发展抽水蓄能电站的同时,调整常规水电站功能定位是必要的。应充分利用水能资源丰富,高坝大库型水电站数量多、调蓄潜力大、调度灵活的特点,将常规水电站由电量供应向容量支撑转变,由独立发电主体向新型电力系统调节主体转变。对于具有调节库容的水电站,应进一步扩大机组,增大容量,提高调节能力,支撑风能、太阳能电站的大规模发展。第四,在新能源体系建设中,把水风光储一体化开发方式和技术路线作为国家重点支持领域和行业要求,并在市场竞争的基础上,探索创新水风光储一体化项目开发权的配置模式,深入研究价格、税收、补偿等利益共享机制。实践中,中国大坝工程学会的一些会员单位已经开展了水风光储一体化发展的成功探索,希望更多的会员单位加入到水风光储一体化开发方式的研究论证中,通过科技创新和开发方式创新,使水库大坝更好地为“双碳”目标战略服务。

四、坚持“四个面向”总要求,创新推动水

利水电和坝工领域科技进步在推进中国式现代化建设进程中,水利水电事业迎来新的发展高潮。构建国家水网形成的现代水利基础设施网络建设新布局,推进供给侧改革中水利水电建设释放出的投资需求新动力,一大批在建和即将上马的水利水电新项目,国家建设质量强国、网络强国、数字强国对现代水库大坝建设和运行的新要求,江河生态系统保护和修复赋予坝工建设者的新使命,要求中国大坝工程学会必须以全新的精神面貌投入到新时代新阶段水利水电事业的蓬勃发展中。中国大坝工程学会目前拥有376家会员单位,其中水利水电企业、勘测设计和科学研究单位占大多数。学会的16个专业技术委员会要聚焦本专业领域服务国家重大需求的科技问题,聚焦影响本专业领域的具有“卡脖子”性质的科技难题,加强学术交流,相互启发,推动科技创新和技术进步。例如,水库泥沙处理与资源利用技术专业委员会,服务于黄河流域生态保护和高质量发展这一国家重大战略,聚焦湖库泥沙淤积处理和资源利用这一世界性难题,与中国产学研合作促进会联合组建中国湖库清淤与泥沙利用协同创新平台,对提升黄河流域水库清淤技术和泥沙资源化利用发挥了很好的促进作用。泥沙技术专业委员会这种主动服务国家战略、聚焦科技难题、为科技工作者主动搭建平台、促进行业科技进步的做法值得大家借鉴。

作者:矫勇 单位:中国大坝工程学会

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