水庫(kù)大壩是保障國(guó)家水資源安全的重要基礎(chǔ)設(shè)施。我國(guó)現(xiàn)有水庫(kù)9.8萬(wàn)多座。其中，大型水庫(kù)近800座，壩高100米以上超過(guò)200座，高壩大庫(kù)安全運(yùn)行極為重要。

突破100米級(jí)深水大壩安全保障技術(shù)壁壘，研制一款小型化載人潛水作業(yè)平臺(tái)為大壩做水下“體檢”，是國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“重大水利工程大壩深水檢測(cè)及突發(fā)事件監(jiān)測(cè)預(yù)警與應(yīng)急處置”項(xiàng)目的目標(biāo)之一。

（禹龍?zhí)栐谒拇ㄥ\屏一級(jí)水電站進(jìn)行試驗(yàn)）

“4年多來(lái)，我們先后完成了‘禹龍’號(hào)大壩深水檢測(cè)載人潛水器的方案設(shè)計(jì)、總裝建造、聯(lián)合調(diào)試和水池試驗(yàn)，并在三個(gè)不同壩型的水庫(kù)進(jìn)行了示范性應(yīng)用試驗(yàn)，共完成水下20多次巡檢作業(yè)任務(wù)。其中，在四川錦屏一級(jí)水電站進(jìn)行的試驗(yàn)中，最大下潛作業(yè)深度超過(guò)200米?！薄坝睚垺碧?hào)潛水器項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、南京水利科學(xué)研究院原副院長(zhǎng)蔡躍波介紹。

12月5日，在雅礱江錦屏一級(jí)水電站召開的專家咨詢會(huì)上，以中國(guó)工程院院士張建云為組長(zhǎng)的專家組一致認(rèn)為，“禹龍”號(hào)潛水器的研制，首次實(shí)現(xiàn)了水利水電行業(yè)深水復(fù)雜環(huán)境載人潛水檢測(cè)裝備從0到1的突破，攻克了大壩深水檢測(cè)載人潛水器多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了專家實(shí)時(shí)診斷大壩復(fù)雜病害的目標(biāo)，為高壩大庫(kù)安全維護(hù)與處治決策提供了裝備技術(shù)保障。

搭載工程師近距離“問(wèn)診”大壩

上世紀(jì)80年代末，參與山東臨沂一處大（2）型水庫(kù)除險(xiǎn)加固的經(jīng)歷，令水利部原副總工程師龐進(jìn)武記憶尤新。

當(dāng)時(shí)，專家根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷該水庫(kù)的防滲材料有問(wèn)題導(dǎo)致漏水，要將水放空后進(jìn)行處理。沒(méi)想到，水放完后，卻發(fā)現(xiàn)并不是防滲材料的問(wèn)題。

“你想想，臨沂是一個(gè)缺水地區(qū)，白白放掉大量水庫(kù)水，下游兩年的灌溉都會(huì)成問(wèn)題。如果當(dāng)時(shí)有載人潛水設(shè)備帶專家下水進(jìn)行檢測(cè)判斷，可能情況就不一樣了?？梢哉f(shuō)，‘禹龍?zhí)枴瘽撍鞯难兄瞥晒?，為大壩深水檢測(cè)帶來(lái)了一個(gè)突破性的技術(shù)手段和裝備。”龐進(jìn)武指出。

（“禹龍”號(hào)在浙江湯浦水庫(kù)進(jìn)行試驗(yàn)）

大壩水下檢測(cè)技術(shù)進(jìn)展，也一直是國(guó)家能源局大壩監(jiān)察中心總工張秀麗關(guān)注的重點(diǎn)之一。實(shí)際工作中，她和同事們經(jīng)常會(huì)碰到的一個(gè)難題是，無(wú)人潛水器（ROV）或者潛水員下潛拍回的照片，不一定是大壩工程師真正需要的，而懂大壩的工程師往往又不會(huì)潛水。

“多年來(lái)，我一直有個(gè)夢(mèng)想，希望能有載人潛水設(shè)備搭載大壩工程師去大壩水下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)診斷，這將極大有助于相關(guān)問(wèn)題的解決。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀摩，我們看到‘禹龍’號(hào)實(shí)現(xiàn)了在大壩深水環(huán)境下載人潛水檢測(cè)的目標(biāo)，這對(duì)大壩檢測(cè)來(lái)說(shuō)無(wú)疑是一個(gè)重大的跨越，為行業(yè)打造了一項(xiàng)重器?！睆埿沱愓f(shuō)。

令專家們倍感欣喜的“禹龍?zhí)枴睗撍?，長(zhǎng)4.7米，寬度和高度都在2.4米左右，總重6.6噸，是一種可搭載兩位成員的潛水器，設(shè)計(jì)最大潛水深度為300米。

“‘禹龍?zhí)枴哂?0度開角的大直徑球冠型觀察窗，極大提高了觀察視野及檢測(cè)效率，搭載有專用的清洗及示蹤工具，同時(shí)可模塊化搭載三維成像、三維激光測(cè)距等作業(yè)工具，非常適合進(jìn)行高壩大庫(kù)的檢測(cè)等工作?！薄坝睚垺碧?hào)總設(shè)計(jì)師、中國(guó)船舶集團(tuán)第七O二研究所研究員王磊介紹。

破解大壩深水環(huán)境載人深潛多項(xiàng)難題

為什么要研制“禹龍”號(hào)潛水器，研制中攻克了哪些技術(shù)難題，是蔡躍波經(jīng)常會(huì)被問(wèn)到的問(wèn)題。

蔡躍波指出，下潛水深并不是大壩深水檢測(cè)載人潛水器研制面臨的核心難點(diǎn)，真正復(fù)雜困難的在于大壩水下環(huán)境水面狹窄、建筑物結(jié)構(gòu)復(fù)雜、水體能見度低、泄引水建筑物附近水流速高。此外，從運(yùn)輸條件看，大壩檢測(cè)載人潛水器只能通過(guò)鐵路、公路運(yùn)輸，必須小型化、輕型化。

（“禹龍?zhí)枴痹谡憬瓬炙畮?kù)進(jìn)行試驗(yàn)）

在大壩深水環(huán)境下發(fā)現(xiàn)大壩可能存在的缺陷，并對(duì)缺陷進(jìn)行定性定量的檢測(cè)面臨諸多困難。蔡躍波指出，在大壩深水環(huán)境下實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)水下定位，防止碰撞壩體；低能見度的情況下清晰識(shí)別觀察目標(biāo)，進(jìn)行檢查和定量探測(cè)；大幅提升抗高速水流能力，進(jìn)行懸停作業(yè)，都是“禹龍”號(hào)潛水器研制過(guò)程中面臨的技術(shù)難題。

由于水庫(kù)大壩建筑物會(huì)對(duì)聲音產(chǎn)生強(qiáng)烈反射，僅靠傳統(tǒng)的聲學(xué)定位方式難以滿足大壩深水檢測(cè)載人潛水器的定位需求。為破解大壩深水環(huán)境下定位難題，“禹龍”號(hào)潛水器項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，采用慣導(dǎo)、聲學(xué)定位、浮標(biāo)定位與物理標(biāo)定相結(jié)合的多信息融合技術(shù)，形成一套組合式定位裝置，實(shí)現(xiàn)精確定位。

“此外，從作業(yè)能力看，用于大壩檢測(cè)的載人潛水器要進(jìn)行壩面清掃淤泥、噴墨示蹤、激光測(cè)距等工程作業(yè)，其中一些精細(xì)化的操作對(duì)潛水器的作業(yè)工具提出了較高要求?！辈誊S波說(shuō)道。

開展不同壩型大壩水下檢測(cè)示范應(yīng)用

從2016年正式立項(xiàng)開始，“禹龍”號(hào)潛水器項(xiàng)目先后完成了方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、總裝建造、聯(lián)合調(diào)試、水池試驗(yàn)，在2020年6月進(jìn)入到水庫(kù)試驗(yàn)階段。

在真實(shí)水庫(kù)環(huán)境條件下檢驗(yàn)潛水器全系統(tǒng)及設(shè)備功能和人員操作適應(yīng)性，是“禹龍”號(hào)潛水器研制過(guò)程中的重要一環(huán)。

（“禹龍?zhí)枴痹谡憬瓬炙畮?kù)進(jìn)行試驗(yàn)）

位于浙江紹興的湯浦水庫(kù)是“禹龍”號(hào)潛水器進(jìn)行水庫(kù)試驗(yàn)的第一站。湯浦水庫(kù)大壩是一座面板壩，即用面板作防滲體設(shè)在上游壩面的土石壩。

根據(jù)試驗(yàn)要求，項(xiàng)目人員在湯浦水庫(kù)開展基于面板壩的潛水器布放與回收試驗(yàn)。蔡躍波介紹，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在湯浦水庫(kù)進(jìn)行了動(dòng)力、姿態(tài)、導(dǎo)航、聲吶探測(cè)、水下觀察、通信、水下清理及缺陷探測(cè)示蹤等多功能、多性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，為后續(xù)深水環(huán)境試驗(yàn)與示范應(yīng)用積累了經(jīng)驗(yàn)。

（“禹龍”號(hào)在浙江新安江水電站進(jìn)行試驗(yàn)）

順利完成水庫(kù)試驗(yàn)“首秀”后，“禹龍”號(hào)潛水器在浙江新安江水電站開展了基于重力壩的潛水器水下作業(yè)試驗(yàn)。重力壩是由混凝土或漿砌石修筑的大體積檔水建筑物，其基本剖面是直角三角形，整體是由若干壩段組成，主要依靠壩體自重來(lái)維持穩(wěn)定。

2020年11月，“禹龍”號(hào)潛水器迎來(lái)了更大的挑戰(zhàn)，在雅礱江錦屏一級(jí)水電站開展大深度示范性應(yīng)用試驗(yàn)。錦屏一級(jí)水電站大壩最大壩高305米，是目前世界上最高的雙曲薄拱壩，蓄水深度超過(guò)200米。

“11月12日，我和主駕駛員、702所高級(jí)工程師沈丹一起，搭乘‘禹龍’號(hào)潛水器下潛至200.7米深度，基本達(dá)到所在壩段的最底部，在該深度處完成了水下定位、附著物清理、噴墨示蹤、激光測(cè)距等作業(yè)任務(wù)。繼面板壩、重力壩試驗(yàn)之后，又完成特高拱壩示范應(yīng)用，充分表明“禹龍”號(hào)潛水器適應(yīng)能力廣、作業(yè)能力強(qiáng)?！辈誊S波介紹。

針對(duì)“禹龍”號(hào)潛水器的后續(xù)研發(fā)，專家建議，進(jìn)一步完善大壩深水檢測(cè)成套技術(shù)研發(fā)，盡快形成裝備標(biāo)準(zhǔn)化，促進(jìn)成果的推廣應(yīng)用；加強(qiáng)水下檢測(cè)與修補(bǔ)加固搭載工具與關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，提升智能化水平，進(jìn)一步拓展“禹龍”號(hào)潛水器功能。、

（科技日?qǐng)?bào)記者 唐婷）