水庫大壩是保障國家水資源安全的重要基礎(chǔ)設(shè)施。我國現(xiàn)有水庫9.8萬多座。其中，大型水庫近800座，壩高100米以上超過200座，高壩大庫安全運行極為重要。

突破100米級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)平臺為大壩做水下“體檢”，是國家重點研發(fā)計劃“重大水利工程大壩深水檢測及突發(fā)事件監(jiān)測預(yù)警與應(yīng)急處置”項目的目標(biāo)之一。

（禹龍?zhí)栐谒拇ㄥ\屏一級水電站進行試驗）

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

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

搭載工程師近距離“問診”大壩

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

當(dāng)時，專家根據(jù)經(jīng)驗判斷該水庫的防滲材料有問題導(dǎo)致漏水，要將水放空后進行處理。沒想到，水放完后，卻發(fā)現(xiàn)并不是防滲材料的問題。

“你想想，臨沂是一個缺水地區(qū)，白白放掉大量水庫水，下游兩年的灌溉都會成問題。如果當(dāng)時有載人潛水設(shè)備帶專家下水進行檢測判斷，可能情況就不一樣了?？梢哉f，‘禹龍?zhí)枴瘽撍鞯难兄瞥晒Γ瑸榇髩紊钏畽z測帶來了一個突破性的技術(shù)手段和裝備?！饼嬤M武指出。

（“禹龍”號在浙江湯浦水庫進行試驗）

大壩水下檢測技術(shù)進展，也一直是國家能源局大壩監(jiān)察中心總工張秀麗關(guān)注的重點之一。實際工作中，她和同事們經(jīng)常會碰到的一個難題是，無人潛水器（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潛水。

“多年來，我一直有個夢想，希望能有載人潛水設(shè)備搭載大壩工程師去大壩水下進行現(xiàn)場診斷，這將極大有助于相關(guān)問題的解決。經(jīng)過現(xiàn)場觀摩，我們看到‘禹龍’號實現(xiàn)了在大壩深水環(huán)境下載人潛水檢測的目標(biāo)，這對大壩檢測來說無疑是一個重大的跨越，為行業(yè)打造了一項重器?！睆埿沱愓f。

令專家們倍感欣喜的“禹龍?zhí)枴睗撍鳎L4.7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效率，搭載有專用的清洗及示蹤工具，同時可模塊化搭載三維成像、三維激光測距等作業(yè)工具，非常適合進行高壩大庫的檢測等工作?！薄坝睚垺碧柨傇O(shè)計師、中國船舶集團第七O二研究所研究員王磊介紹。

破解大壩深水環(huán)境載人深潛多項難題

為什么要研制“禹龍”號潛水器，研制中攻克了哪些技術(shù)難題，是蔡躍波經(jīng)常會被問到的問題。

蔡躍波指出，下潛水深并不是大壩深水檢測載人潛水器研制面臨的核心難點，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，從運輸條件看，大壩檢測載人潛水器只能通過鐵路、公路運輸，必須小型化、輕型化。

（“禹龍?zhí)枴痹谡憬瓬炙畮爝M行試驗）

在大壩深水環(huán)境下發(fā)現(xiàn)大壩可能存在的缺陷，并對缺陷進行定性定量的檢測面臨諸多困難。蔡躍波指出，在大壩深水環(huán)境下實現(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別觀察目標(biāo)，進行檢查和定量探測；大幅提升抗高速水流能力，進行懸停作業(yè)，都是“禹龍”號潛水器研制過程中面臨的技術(shù)難題。

由于水庫大壩建筑物會對聲音產(chǎn)生強烈反射，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”號潛水器項目團隊，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，實現(xiàn)精確定位。

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

開展不同壩型大壩水下檢測示范應(yīng)用

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

在真實水庫環(huán)境條件下檢驗潛水器全系統(tǒng)及設(shè)備功能和人員操作適應(yīng)性，是“禹龍”號潛水器研制過程中的重要一環(huán)。

（“禹龍?zhí)枴痹谡憬瓬炙畮爝M行試驗）

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

根據(jù)試驗要求，項目人員在湯浦水庫開展基于面板壩的潛水器布放與回收試驗。蔡躍波介紹，項目團隊在湯浦水庫進行了動力、姿態(tài)、導(dǎo)航、聲吶探測、水下觀察、通信、水下清理及缺陷探測示蹤等多功能、多性能試驗，試驗結(jié)果達到預(yù)期目標(biāo)，為后續(xù)深水環(huán)境試驗與示范應(yīng)用積累了經(jīng)驗。

（“禹龍”號在浙江新安江水電站進行試驗）

順利完成水庫試驗“首秀”后，“禹龍”號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。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維持穩(wěn)定。

2020年11月，“禹龍”號潛水器迎來了更大的挑戰(zhàn)，在雅礱江錦屏一級水電站開展大深度示范性應(yīng)用試驗。錦屏一級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200米。

“11月12日，我和主駕駛員、702所高級工程師沈丹一起，搭乘‘禹龍’號潛水器下潛至200.7米深度，基本達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、激光測距等作業(yè)任務(wù)。繼面板壩、重力壩試驗之后，又完成特高拱壩示范應(yīng)用，充分表明“禹龍”號潛水器適應(yīng)能力廣、作業(yè)能力強?！辈誊S波介紹。

針對“禹龍”號潛水器的后續(xù)研發(fā)，專家建議，進一步完善大壩深水檢測成套技術(shù)研發(fā)，盡快形成裝備標(biāo)準(zhǔn)化，促進成果的推廣應(yīng)用；加強水下檢測與修補加固搭載工具與關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，提升智能化水平，進一步拓展“禹龍”號潛水器功能。、

（科技日報記者 唐婷）