在我國西北的廣袤大地上，縱橫交錯的引調水工程網絡如同大地的血脈，穿越高寒干旱的戈壁、荒漠與高山區，為這片水資源稀缺的土地帶來生命的希望。然而，寒旱區的極端自然環境給引調水工程的規劃、設計、建設與運維帶來了前所未有的挑戰。近年來，隨著一系列科技創新成果的應用，寒旱區引調水工程正逐步突破自然環境限制，邁向綠色化、韌性化、智能化的智慧水利新時代。
寒旱區挑戰：自然環境下的工程困境
寒旱區，作為全球水資源分布最不均衡、自然條件最為嚴苛的區域之一，其引調水工程長期面臨高寒干旱、凍融循環、干濕交替、鹽堿侵蝕以及復雜地質條件等多重考驗。這些極端環境因素相互交織，共同構成了威脅引調水工程安全的四大“殺手”：凍融循環的“冰火考驗”、干濕交替的“呼吸效應”、鹽堿侵蝕的“化學戰”以及復雜地質的“不定時炸彈”。
在凍融循環作用下，水工建筑物內部及周邊土體中的水分在冬季結冰膨脹、夏季融化收縮，如此反復作用，導致建筑物內部產生大量微裂紋，并逐漸擴展連通，最終形成貫通裂縫，嚴重影響工程性能。干濕交替則會加劇土體結構的松散化與承載力下降，進一步引起水工材料的劣化和工程結構損壞。鹽堿侵蝕通過鹽分的結晶、溶解與遷移，腐蝕混凝土和銹蝕鋼筋，對工程穩定性構成極大威脅。而復雜地質條件則可能引發水工建筑物破壞及邊坡失穩等工程災變，增加工程運行風險。
科技破局：全鏈條創新保障體系構建
為應對寒旱區引調水工程所面臨的重重挑戰，科研團隊依托甘肅、青海、新疆、內蒙古等區域的大型引調水工程，構建了一套全鏈條科技服務保障體系。該體系從溯本清源、理論奠基到技術突圍，全方位解析了寒旱區引調水工程的災變機理，為工程韌性提升與災變防控提供了科學依據。
科研團隊綜合運用資料收集、現場調研、室內試驗、現場監測、理論分析與數值模擬等多種方法，結合大數據分析與人工智能技術，系統研究了典型水工建筑物的災害類型、形成機理及分布特征。通過宏觀-細觀-微觀多尺度分析，揭示了多因素耦合作用下水工材料的性能劣化機理與提升機制，為工程安全保障提供了重要參考。
同時，科研團隊還構建了寒旱區引調水工程-環境系統多物理場耦合理論，結合數值仿真與試驗驗證，成功再現了工程內部復雜的多物理場耦合過程。該理論實現了對工程服役性能的科學評估與預測，為寒旱區引調水工程的設計、建設與運維奠定了重要理論基礎。此外，還建立了復雜環境多災種作用下寒旱區引調水工程韌性評估理論與方法，顯著提升了工程“健康診斷-災害預警”的精準度與可靠性。
技術創新：材料、結構與管控的協同發展
在技術創新方面，科研團隊從材料革新、結構創新與智能管控等多角度出發，取得了系列創新性研究成果。針對寒旱區的特殊環境，團隊成功研制出新型高韌性混凝土及多功能防護涂層。這些材料具有自適應調溫、抗凍融、耐鹽堿侵蝕等復合性能，顯著提升了水工建筑物在極端環境下的耐久性。
同時，團隊還設計開發了多種工程防護結構及裝置，如主動加熱防凍系統、削力自適應結構、柔性緩沖吸能裝置以及高效排鹽減壓系統等。這些新結構新裝置能夠有效抵御極端環境對工程的不利影響，提升了引調水工程建筑物的韌性抗災能力。
尤為值得一提的是，科研團隊還構建了集動態監測、健康診斷、災害預警與應急處置于一體的工程運行風險智能管控技術體系。該體系通過實時監控工程運行狀態，實現了對工程風險的精準識別與動態管控，為寒旱區引調水工程的長壽命安全運維提供了重要支撐。
實踐應用：科技創新成果落地見效
目前，這些科技創新成果已在多個寒旱區引調水工程中得到了成功應用。以某大型引調水工程為例，通過采用新型高韌性混凝土和多功能防護涂層，工程結構的耐久性得到了顯著提升。同時，利用主動加熱防凍系統、削力自適應結構等新措施，有效解決了嚴苛環境對工程的破壞問題。此外，工程運行風險智能管控技術體系的運用，實現了對工程運行狀態的實時監控和精準管理，大幅降低了運維成本與安全風險。
隨著科技的不斷進步，寒旱區引調水工程的建設與防護技術正逐步向綠色化、韌性化、智能化方向發展。低碳韌性新材料的持續研發，將為寒旱區引調水工程綠色高質量建養提供有力保障。智能建造技術的應用，將實現高寒干旱極端環境下的少人化、低擾動、自動化施工。隨著“天-空-地”一體化立體監測網絡的完善，以及人工智能和數字孿生技術的發展，將全面實現對復雜環境下引調水工程網絡的智能化安全管控與優化調度。
未來，引調水工程將不僅具備更強的“自我保護”能力，還將逐步實現“智能化運行”。這意味著未來將能夠更加高效、安全地管理和利用水資源，為經濟社會的可持續發展提供堅實保障。科技創新的力量正引領著寒旱區引調水工程邁向智慧水利的新時代，也為全球水治理體系貢獻著中國智慧與中國方案。
（作者系中國科學院西北生態環境資源研究院副院長、研究員，冰凍圈科學與凍土工程全國重點實驗室主任）
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