金沙江上，铸就水电制高点
白鹤滩水电站
白鹤滩工程1∶50水工全整体物理模型，坝身6个表孔和7个深孔水舌空中碰撞消能
胡亚安（右）和白鹤滩水电站设计总工程师徐建荣坝顶合影
初秋时节，金沙江峡谷层峦叠嶂，白鹤滩水电站巨坝横亘山河之间，与两岸青山相映，雄浑壮阔的景象震撼人心。
作为当今世界在建规模最大的巨型水电工程之一，白鹤滩坐拥多项世界之最：世界最大单机容量百万千瓦水轮发电机组、300米级世界最不对称双曲拱坝、世界规模最大的反拱水垫塘消能体系……这座超级工程集多项顶尖技术于一身，代表着当代水电工程建设的世界最高水准。
也正因为如此，“白鹤滩水电站巨型枢纽工程关键技术”项目，获得了2025年度国家科学技术进步奖一等奖。
这份沉甸甸的荣誉背后，凝聚着无数科研人员数十年接续攻坚的心血。全国政协委员、中国工程院院士胡亚安，带领南京水利科学研究院科研团队以基础科研破解“大国重器”的关键瓶颈，为这座世界级水电站筑牢水力安全的技术根基。
“以水治水”破解泄洪消能难题
时间回到2006年。
彼时，金沙江下游的白鹤滩，还隐匿在险峻的V形高山峡谷之中，激流奔涌、地势险要，但我国水电规划建设者早已将目光投向这片江河峡谷。
白鹤滩是仅次于三峡的世界第二大水电站，装机容量达1600万千瓦，兼具发电、防洪等多重战略功能，可它的工程技术难度，却堪称全球水电工程的“珠穆朗玛峰”。
高山峡谷、巨大水头、不对称河谷地形，多重严苛条件叠加，无数技术难题横亘在建设者面前。
重大水利工程攻坚，科研先行。
“南京水利科学研究院从1935年建院以来，一直有服务国家重大水利工程的传统，从三峡工程到南水北调，从葛洲坝到向家坝，从未缺席。当白鹤滩的技术需求提出来的时候，我们自然要承担起这个责任。”胡亚安告诉记者。
胡亚安与团队直面的，正是白鹤滩最为棘手的泄洪消能难题，其所带来的水力学挑战前所未有。
这份挑战究竟有多严峻？
来看一组数据：白鹤滩坝址控制着金沙江91%的流域面积。汛期，洪水的下泄流量高达每秒4.6万立方米，这相当于每秒钟有4.6万吨水从190米的落差俯冲而下，产生的泄洪功率高达9万兆瓦。
难度还不止于此。“白鹤滩的河谷是明显不对称的，左右两岸地形差异很大，这意味着水流天然就不会均匀分布。如果简单地把水放下去，冲击力会集中在一侧，对河床和岸坡造成严重破坏。”胡亚安说。
为了实现大流量泄洪，大坝坝身上设有6个表孔、7个深孔，泄洪时13条水舌如同13条发狂的白色巨龙，同时以每秒几十米的速度砸向坝下。要在极短的时间内、在一个狭窄的峡谷河道里把巨大的水体能量安全地消刹掉，泄洪消能难度极大。
胡亚安想到了跳水，并提出了和跳水“压水花”如出一辙但规模宏大无数倍的构想：空中碰撞消能。
“我们构建了一套‘立体多层序’的能量消刹体系：上层空中碰撞把能量打散，中层水垫塘水体用自身厚度缓冲残余冲击，底层反拱底板承载最终的压力传递。”胡亚安表示。
简单来说，就是让多股巨大的能量在空中自行“内耗”：碰撞、破碎、散开。
胡亚安进一步解释，“整套方案的核心思想概括就是‘结构协调、水舌可控、能量分散’，说到底，就是‘以水治水’。”
复刻“微缩白鹤滩”搭建全尺度试验平台
创新构想落地，还需要严谨的试验验证，而白鹤滩泄洪消能工况复杂，传统研究手段难以满足论证需求。
“传统水工模型试验有个无解的困局：模型小了，放得下整个枢纽，但水的表面张力等效应失真，流态不准；模型大了，流态准了，场地又放不下，只能做局部，看不到整体。”胡亚安说。
而白鹤滩的复杂性，恰恰在于整体。坝身与泄洪洞同时运行时，水舌在空中交叉碰撞，雾化扩散影响周边，下游河道流态是所有建筑物共同作用的结果，这在任何一个单一模型里都看不到。
“所以在立项之初，我就希望建立一套能够全面模拟白鹤滩枢纽整体水力现象的研究体系，让每一个设计决策都有物理模型试验数据作为支撑，而不是仅仅依赖数值计算或经验外推。”胡亚安说。
放眼全球，此前还没有任何试验模型能够在同一尺度下同步模拟巨型枢纽的泄洪消能、雾化掺气、导流、引水发电等多类水力问题。胡亚安团队要做的，就是填补这一国际空白。
2006年起，胡亚安和他的团队先后建立了1∶100、1∶50、1∶35三座不同比尺的坝身泄洪消能模型，专门研究泄洪水舌的比尺效应——即模型大小对水流形态的影响规律。为后续工作奠定了理论基础。
然后，在比尺效应研究成果的指导下，建成了白鹤滩水电站大尺度全整体水工模型，比例尺1∶50。总长约95米，最高处达6米，足足有几层楼高。它精细模拟了坝址上游1公里、下游4公里的峡谷河道地形，包括坝身泄洪孔口、水垫塘、泄洪洞、电站进出水口和地下洞室群在内，所有泄水和发电建筑物一应俱全。
在这个巨大的“微缩白鹤滩”上，胡亚安团队第一次在一个平台上，同步模拟了泄洪消能、雾化、掺气、导流、引水发电等所有水力现象。
正是在这个模型上，他们揭示了水垫塘底板压力荷载的“局部拱”传递模式，底板不是独立承受冲击，而是通过拱效应把压力分担到相邻板块上。
基于这个认识，他们研发出了世界上最大的新型不对称反拱水垫塘结构，配合基于水舌轨迹调控的全坝不对称泄洪孔口结构，将动水冲击压强降低了18%，大幅度提高了底板稳定性。
“从碎片化、尺度受限的研究，跨越到系统级、全要素的同步模拟能力，这不只是技术的改进，而是研究模式的转变。”胡亚安说。
从2006年启动前期科研攻关，到2022年白鹤滩全面投产，再到斩获国家科技进步奖一等奖，近二十载光阴流转。
“这个一等奖不仅仅是对一个科研项目的认可，它验证了一种科研模式：从基础水力学研究出发，通过大尺度物理模型试验，将实验室的发现转化为工程设计的依据，最终确保一座1600万千瓦装机容量超级水电站的安全运行。对于在试验厅里度过了无数个日夜、长期驻扎在工程一线的团队成员来说，这是所能获得的最高的认可。”胡亚安说。
实现水电从“跟跑”到“领跑”
高坝矗立江河，技术铸就底气。
如今的白鹤滩水电站与乌东德、溪洛渡、向家坝、三峡、葛洲坝串联，构筑起世界规模最大的清洁能源走廊。除国家科学技术进步奖一等奖之外，工程还斩获菲迪克（FIDIC）最高荣誉奖，和中国空间站一同入选全球十大工程成就，累计创造6项世界第一。
但胡亚安认为，这座超级工程的里程碑意义，远不止于这些数字。
“在很长一段时间里，我们在许多高端工程领域处于‘跟跑’位置。白鹤滩标志着从‘跟跑’到‘领跑’的决定性转变。”他说。
全面自主意味着什么？不对称特高拱坝均衡调控设计原理、密集洞室群三层级控制建造方法、不对称泄洪消能与水力安全控制技术，每一项核心技术，都是国内自主攻关、自主验证、自主实施的。没有外国蓝图可以参照，因为在此之前，世界上没有人在如此复杂的条件下建过同类工程。
“我们不再是国际标准的跟随者，而是标准的制定者。”胡亚安说。
更重要的是，白鹤滩构建了一个完整的、自主可控的技术链条。从基础研究到设计方法，从施工技术到运行管理，每一个环节都由国内掌握。这意味着，未来哪怕条件更复杂、规模更宏大的工程，中国都可以在这个基础上自主推进，不受制于人。
而白鹤滩研发的技术，已经在多座大型水电工程中得到应用。
“经验在积累，方法在传承，每一个新工程都站在前一个的肩膀上。这种良性循环，才是‘自主’最深层的含义。”胡亚安说。
确保江河安澜是不变的初心
“那天坐在国家科学技术奖励大会的会场里，聆听习近平总书记的重要讲话，内心非常激动，也深感责任重大。对我们而言，就是要继续向水利科技的前沿推进，不仅为白鹤滩的运行安全提供持续支撑，更要为未来更加复杂、规模更加宏大的水电工程做好技术储备。”胡亚安说。
事实上，作为全国政协委员，胡亚安一直为水利工程事业的发展“鼓”与“呼”。
他关注教育、科技、人才的一体化发展。他多次呼吁要建设具有世界领先水平的水工程科学实验基地与基础研究中心，加大对长期的、基础性研究的投入，尤其是一些暂时没有直接工程应用但为未来突破奠基的研究，同样需要坚定的支持。
胡亚安还特别提到了青年人才培养。
20年白鹤滩科研征途，胡亚安团队培养出一批又一批研究生与青年科研骨干。在他看来，超级工程本身就是一所“超级课堂”。“他们面对的是几层楼高的巨大模型和教科书里没有答案的问题，他们亲手去操作、去琢磨，去和前辈的经验一次次碰撞，亲眼看到自己的研究成果变成白鹤滩工程上的一个个建筑。”
为此，他在多件政协提案中提出优化水利人才培养路径：强化学科交叉，因为现代水利工程不仅需要流体力学知识，还需要结构、材料、信息技术和生态学方面的素养；加大工程博士和工程硕士的培养力度；定期聘请一线工程师走进大学课堂，让教材内容与最新工程技术保持同步。
对青年水利人才，这位水利前辈也有着深切的期许：“我们这代水利人，见证了国家内河水运和水电工程从大规模建设到高质量发展的全过程。但下一代面临的挑战不同，在许多方面也更加复杂，比如气候变化、基础设施老化、生态修复、智慧水务等，这些不仅需要工程技术，还需要系统思维、跨学科知识和全球视野。”
胡亚安希望新一代水利工程师既有过硬的技术功底，又有深厚的家国情怀。“我们的战场仍然在大江大河，但工具在变，问题在演进。要拥抱新技术，贴近工程一线，并且永远不要忘记我们的初心：确保江河安澜、能源澎湃，服务国家发展、造福人民生活。”