DOI：10.3969/j.issn.1000-1123.2025.16.003

水库大坝是人类治理江河、开发利用水资源的重要基础设施，在保障防洪和粮食安全、抵御干旱灾害、生产低碳能源等方面发挥着关键作用。但是，在全球气候变化以及极端天气事件频发的背景下，大坝面临的环境条件更加复杂、更趋极端，有效防控风险、提升发展质量的要求更加迫切、更为凸显。面对共同的挑战，水利部部长李国英在2025年5月于四川成都举行的国际大坝委员会第28届大会上提出了“携手构建安全大坝、生态大坝、智能大坝”的倡议，得到与会各国代表广泛认同。其中构建智能大坝是应对风险挑战、把握时代之变、塑造发展动能的关键之举，要深刻认识其重大意义和内涵，以智能大坝为引领，推动全球坝工事业高质量发展。

01.我国大坝工程建设取得举世瞩目的成就，为保障国家安全和经济社会发展发挥了重要基础支撑作用

新中国成立后，我国高度重视水利基础设施建设，充分发挥社会主义集中力量办大事的制度优势，大规模开展水库大坝建设，取得举世瞩目的成就。从数量上看，经过70多年的建设，我国拥有了约9.5万座水库大坝，1800多亿m³的防洪库容，2024年水电装机容量达到4.36亿kW；根据国际大坝委员会的统计，全球坝高15m以上或者坝高5～15m、库容大于300万m³的大坝共有7.3万座，其中我国有4万余座。从规模上看，200m以上的高坝，全球已建76座，其中我国有21座；陆续建成了世界第一高拱坝锦屏一级大坝（坝高305m）、世界第一高面板堆石坝水布垭大坝（坝高233.2m）、世界水电装机容量最大的三峡大坝（装机容量2250万kW）；正在建设世界第一高心墙堆石坝双江口大坝（坝高315m）。从运行管理上看，我国开展了大规模水库除险加固工作，实施了雨水情监测预报“三道防线”建设、水库大坝安全监测能力提升、数字孪生工程建设、现代化水库运行管理矩阵构建等一系列工作，有效提升了大坝安全保障水平，已是世界上溃坝率最低的国家之一，2022年以来未发生溃坝事件。

在水库大坝大规模建设的驱动下，我国筑坝技术也实现了从弱到强、从跟随到引领的跨越。20世纪50—70年代，我国坚持自力更生、“土洋”结合，以探索、消化、吸收为主，土石坝、混凝土坝和浆砌石坝筑坝技术得到发展，坝高达到100m级。20世纪80—90年代，大坝建设基础理论、设计方法、分析技术取得长足进步，碾压混凝土坝、面板堆石坝得到迅速发展，建成了181m高的三峡大坝、240m高的二滩拱坝、160m高的小浪底黏土心墙堆石坝，从跟跑进入到并跑阶段。2000年后，相继建成294.5m高的小湾拱坝、192m高的龙滩一期碾压混凝土重力坝、233.2m高的水布垭面板堆石坝、261.5m高的糯扎渡心墙堆石坝、305m高的锦屏一级拱坝等，攻克了高海拔、高寒、高地震烈度等复杂环境下筑坝的一系列技术难题，筑坝技术水平进入世界前列。水库大坝建设在重视技术水平提升的同时，理念也在发生深刻变化，越来越重视大坝建设运行与江河生态环境的关系，探索有坝河流生态系统的再平衡。

水库大坝为国家经济社会发展提供了重要的防洪、供水、粮食、能源、生态等安全保障。水库大坝是流域防洪的“王牌”，如三峡工程使荆江河段的防洪标准由10年一遇提高到100年一遇，投入运行后累计拦洪约70次，其中洪峰流量超50000m³/s的编号洪水21次，累计拦蓄洪水2200亿m³。水库大坝是供水保障的“主心骨”，全年大中型水库供水2700多亿m³，约占总供水量的40%，丹江口水库库容319.5亿m³，每年调水超70亿m³，确保北京、天津等城市供水稳定。水库大坝是粮食保丰收的“定盘星”，2024年全国耕地灌溉面积为10.87亿亩（1亩=1/15hm²，下同），在耕地灌溉面积上生产的粮食产量占全国粮食总产量的80.35%，其中水库供水保障的灌溉面积超过5亿亩。水库大坝是清洁能源的“压舱石”和“稳定器”，我国水电年发电量已超1.4万亿kW·h，占清洁能源发电量的41%，水电还在促进风光等新能源消纳、保障电网稳定方面发挥了独特优势。水库大坝在生态保护方面也发挥着越来越重要的作用，以小浪底水库为核心的水库群联合调水调沙，使得黄河下游河道主河槽平均下降3.1m，保障黄河不断流，改善黄河三角洲生态环境，让中华民族的母亲河永葆生机活力。

02.气候变化背景下大坝安全高效可持续发展面临挑战，亟须理念创新与科技赋能

气候变化是人类面临的共同挑战。联合国政府间气候变化专门委员会第六次评估报告指出，2011—2020年的全球平均气温相对于1850—1900年升高了1.09℃；在未来持续变暖的情景下，极端天气事件如极端降水的发生频率和强度，均会有所提升。据最新研究，全球平均温度每升高1℃，极端暴雨的平均强度约增加7%；根据联合国防灾减灾署发布的《灾害造成的人类损失2000—2019》报告，与20世纪的最后20年相比，21世纪的前20年风暴事件增加了97%，洪涝事件增加了134%。2021年7月20日，河南郑州气象观测站最大小时降雨量达201.9mm，突破中国大陆小时降雨量历史极值；2025年7月23日—29日，北京密云全区平均降水量366.6mm，局地最大降水量为573.5mm，密云水库7天入库洪量达9.1亿m³，超过建库以来历史最大值。未来类似“几天下一年的雨”极端事件将会越来越多，对水库大坝安全运行带来极大的挑战。

一方面，我国现有水库数量多、高坝多、病险库多。现有约9.5万座水库大坝中，小型水库占大坝总数的95%左右，防洪设计标准、稳定安全系数、结构强度等设计标准相对偏低；80%以上水库大坝建设于20世纪50—70年代，受当时技术和经济条件制约，设施配套不齐全，施工质量参差不齐，耐久性偏低，加之坝龄达到50～70年，尽管实施了系列除险加固措施，但性能退化和老化问题仍不断显现。全球200m以上已建高坝有76座，我国占比达到27.6%，150m以上高坝我国拥有63座，这些高坝主要集中在西部地区，存在高海拔、高寒、高地震烈度、高边坡、高地应力、深厚覆盖层等极为复杂的工程环境问题，同时面临大流量泄洪、高速水流、大洞室群等问题，对大坝安全稳定性要求极高；另外高坝大库主要以梯级形式进行建设，流域大坝群的风险防控更要万无一失。因此，极端降雨洪水叠加水库大坝现存短板弱项的背景下，亟须理念创新和科技赋能保障大坝安全。

另一方面，大坝工程在实际运行中既要确保防洪安全，又要统筹考虑供水、灌溉、发电、航运、生态等众多需求，但水库库容有限，平衡难度很大。此外水库大坝运行往往受到上下游、左右岸的制约，并对上下游、左右岸产生影响，尤其以大坝群的模式运行时，如我国的金沙江梯级、大渡河梯级、雅砻江梯级、黄河上游梯级等，水库大坝之间需要精准调度、协同运行，才能更好发挥工程效益，但限于技术水平，现有的调度方案往往局部最优，难以有效保证综合效益的充分发挥。特别是全球气候变化影响加剧导致不确定、不稳定因素日益增多，进一步增加了多目标优化调度的难度。为此，需要进一步依靠科技赋能，在保证大坝安全的情况下，进行多目标决策调度，实现工程效益的“帕累托最优”。

03.加快推进智能大坝建设，是实现高质量发展和高水平安全良性互动的关键举措

近年来，物联网、大数据、人工智能等信息技术加速突破，产业网络化、智能化程度不断加深，推动全球经济社会深刻变革，成为引领科技创新的核心驱动力，催生了一系列新业务、新模式，如智能交通、智能航运、智能农业等。目前新一代信息技术已与大坝建设深度融合，催生了智能碾压、智能温控等智能建造技术，有效提升了工程建设质量和效率。智能传感技术、隐患识别技术、风险分析技术、综合调度技术及智能化装备的进一步成熟和应用场景的持续扩展，对大坝工程智能化运维的提升作用将越来越显著，体系化推进智能大坝建设正当其时。

在国际大坝委员会第28届大会“数智赋能水库大坝建设和运维”中国专场研讨会上，李国英部长系统阐述了智能大坝的理念。智能大坝是以物理大坝为基础、时空数据为底座、数学模型为核心、水利知识为驱动，对水库大坝性态全要素和运行管理全过程进行数字化映射、智能化模拟，实现大坝建设运行管理全生命周期透彻监测感知、智能分析预测、前瞻决策支持，提升大坝安全高效可持续运行水平。智能大坝是推动全球坝工事业理念重塑、技术变革、模式再造的重要举措，是对传统大坝运行模式的超越和创新，是实现建设运行管理高质量发展和高水平安全良性互动的关键举措。

基于智能大坝的透彻监测感知、智能分析预测、前瞻决策支持要求，大坝工程建（构）筑物物理特性、运行性态等得到准确识别，存在的质量问题、缺陷隐患得到精准诊断和维护处置，大坝工程运行状态和安全状态得到优化调整。工程设备设施运行状态得到准确判断和预测，设备故障得到及时处置，不良部件或设备得到适时更换和维护，运行方式得到优化调整。对大坝管理区间异常状态、非法闯入等异常行为实现跟踪监视，利用电子围栏、电子门禁、告警系统、无人设备等协同控制。面临洪水、地震、爆炸、岸坡失稳、溃坝等安全风险时，分析预测致灾后果，快速判别响应级别，提供动态决策方案，实现应急抢险调度。大坝工程及设备设施安全水平和耐久性将显著提高，运行区域安全将得到更好保障。

基于运筹学、智能算法等，在保障工程安全前提下，综合考虑防洪、供水、灌溉、发电、航运、生态等效益，实现高水平安全条件下的效益最大化。

通过对大坝防洪形势进行分析，以保障大坝防洪安全为目标，“逆向”推演大坝安全运行限制条件，制定和优化调度方案并迭代更新，实现风险科学研判，调整调度方案，确保大坝防洪安全；同时，基于洪水综合监视和分析，确定洪水调度的系统目标、功能和防洪边界，通过“正向预演－逆向推演”等，优化洪水调度方案，精准拦洪、削峰、错峰，提高上下游防洪效益。

基于实时监测供水系统的运行状态，并根据来水信息和供水需求，调整供水计划，自动调控供水设备，优化供水方案，提高供水的稳定性和响应能力，减少资源浪费和损失，提升水资源利用效率，增强供水效果。

基于水库生态环境的监测和生态调度预测模型，通过控制库湾藻华、保障下游生态需水、减缓水库水温影响、刺激目标鱼类繁殖、改善库区鱼类孵化条件、应急处置突发污染事件等，保障河库生态健康，支撑河湖生态复苏。

04.加快推进数字孪生关键技术研发，确保智能大坝预测未来的核心功能管用实用效用

智能大坝通过评估现状、预测未来、优化决策实现风险防控和效能提升，其核心特征是预测未来，实施路径是数字孪生。预测未来是智能大坝目标实现的根本需求，是功能作用的集中体现，是数字孪生的核心能力。

从目标实现角度看，预测未来是智能大坝保障安全、提升效能与可持续发展的根本需求。传统大坝依赖人工监测、现场巡视以及安全鉴定、大坝定检等保障安全，聚焦于大坝现状评估，对未来有一定的指导性，但严重缺乏精准预测能力，对工程安全和突发性风险只能被动应对，要实现“防患于未然”必须通过预测坝体缺陷隐患的发展、未来降雨洪水的趋势进行主动防控。同时，只有精准预测来水情况与各种用水需求，才能有效调配水资源，促进工程供水、发电、航运和生态等综合效益的发挥。

从功能作用角度看，预测未来是智能大坝透彻监测感知、智能分析预测、前瞻决策支持功能的集中体现。智能大坝通过上游水库、下游河道和坝址区“天空地水工”一体化监测感知体系，全周期全要素获取外部环境、大坝本体等有关信息，进行采集、传输和治理，是预测未来的基础。基于透彻监测感知数据，利用大数据、深度学习、云计算等技术，对大坝工程性态、设备运行状态、功能发挥情况等进行智能化分析诊断，是预测未来的关键。进一步，基于机理模型、智能模型等，进行决策优化和智能控制，是预测未来的延伸。透彻监测感知、智能分析预测、前瞻决策支持三者深度协同实现预测未来，构成了数据、模型、决策的闭环控制核心。

从技术手段看，预测未来是数字孪生技术的核心能力。智能大坝通过数字孪生技术实现，是数字孪生水利工程建设在大坝工程中的具体落地应用。数字孪生技术具备数字映射、智能模拟、前瞻预演的能力，通过与物理大坝同步仿真运行、虚实交互、耦合优化，实现实时监控、发现问题、优化调度的目标。智能模拟、前瞻预演实质是预测未来，是发现问题、优化调度的前提，是数字孪生技术的核心能力，也是智能大坝的核心能力。

05.技术创新与机制创新并重，分类推进智能大坝建设，确保建设任务落实落地

运行管理需求是智能大坝建设的根本驱动力，先进实用技术是智能大坝建设的核心支撑。近年来我国高坝建设和运行管理取得长足进步，但仍存在诸多技术问题亟须突破。要抢抓新一轮科技革命的有利时机，将智能大坝的目标导向和水库大坝运行管理的问题导向相结合，以提供实用、管用、效用的科技成果为目标，从理论方法、技术、装备、材料及工艺等方面进行创新研发，构建应用牵引、技术研发、应用验证、迭代升级的良性研发体系，推动水利新质生产力发展。

智能大坝建设要技术和机制并重，构建现代化的大坝工程运行管理机制、智能大坝建设机制、先进技术研发机制。运行管理机制方面，要加快构建现代化水库运行管理矩阵，全面提升水库运行管理精准化、信息化、现代化水平。智能大坝建设机制方面，做好建设目标、建设内容、技术框架、推进模式、保障机制等顶层设计工作，推进新建大坝工程和在役大坝工程试点建设工作，构建智能大坝技术标准体系，做好与数字孪生流域、数字孪生水网有效衔接。先进技术研发机制方面，要构建多元互补、高效协同、开放交融的研发体系，实现产学研用深度融合。

新建大坝将智能大坝的理念贯穿大坝建设运行管理全生命周期，智能系统与工程本体同步规划、同步建设、同步投用、同步运行。设计阶段、施工阶段、运行阶段通过统一数据中台实现信息的无缝衔接，打破传统建设模式的阶段割裂，实现设计、施工、运行全过程数据贯通与效能协同。施工阶段，采用智能温控、智能碾压、智能灌浆、仿真优化调控等技术，为智能大坝建设提供高质量本体，为分析诊断提供精准可靠的基础信息。运行阶段锚定安全、效益与生态的协同优化，安全层面通过水库-大坝-下游河道的“天空地水工”一体化监测感知体系，实现潜在风险的超前预警；效益层面依托流域或区域基础数据，采用智能化调度算法，实现单体大坝或大坝群的优化调度；生态层面将鱼类洄游通道、分层取水等智能调控设施与主体工程同步建设，在运行期开展生态调度，实现生态大坝的目标。

在役工程是智能大坝建设的重点和难点。重点体现在我国拥有在役大坝约9.5万座，智能大坝建设主要是在役大坝的智能化改造；难点体现在现有水库大坝工程本体质量参差不齐、设施设备不齐全、基础信息不完备、管理维护和调度运行能力不强等方面，智能化改造需要根据现实情况，分阶段分步骤逐步推进。智能化改造过程中，要对大坝工程的结构安全、运行状况、调度情况、管理流程等进行全面评估，基于评估结果确定智能大坝建设的方案，核心是明确大坝现状与智能大坝建设要求的差异，构建适配的智能化升级方案。工程感知要充分利用自监测、外诊断技术，突破老坝结构限制，实现环境、性态等信息的全要素、全过程动态感知。分析诊断要围绕精准预测、超前预警，构建洪水预报、结构安全、设备故障等算法模型，实现从被动监测到主动预警。决策调控要基于大坝工程功能，统筹考虑防洪、供水、灌溉、发电、航运、生态等功能需求，采用“正向—逆向—正向”动态推演迭代优化运行方式进行决策，实现优化调度。算力通信要围绕算力高可靠、通信无死角的建设目标，构建超算中心、边缘计算网络，高质量建设存储、计算和传输设施设备，构建全覆盖、高可靠、低延迟的通信网络。

智能是大坝事业发展的未来。要秉持人类命运共同体理念，积极参与并通过国际大坝委员会、国际水电协会、国际水利与环境工程学会、国际洪水管理大会等进行理念、技术、案例推广，持续推动智能大坝理念的全球认可。积极开展国际标准、技术公报的编制工作，推动智能大坝相关核心技术标准的全球互认。依托“一带一路”水利合作框架，建立智能大坝理念、技术、人才三位一体推广体系，在东南亚、南亚、中亚、拉美、非洲等大坝建设过程中融入智能大坝建设理念，支持发展中国家大坝智能化发展，实现大坝工程安全和生态运行。

Abstract: China ranks among the world’s leaders in the scale of dam projects and dam-building technology. It has delivered remarkable comprehensive benefits and achievements capturing global attention. Amid intensifying climate change, more frequent extreme weather events, lingering weaknesses in dam safety management, and emerging challenges to fully realizing these benefits, smart dam has emerged as the key measure for effectively meeting these challenges and achieving innovation-driven leadership. It can provide crucial support for creating a virtuous interaction between high-quality development and high-level safety. The defining characteristic of a smart dam is its ability to predict the future, manifested in its objectives, functions, and technological means. To accelerate its development and lead the world toward high-quality advancement in dam engineering, efforts must focus on five fronts: integrated construction of new dams, intelligent retrofitting of existing dams, breakthroughs in key technologies and innovations, continuous improvement of engineering-management institutions, and global promotion of the smart-dam philosophy.

Keywords: smart dam; high-level security; high-quality development; construction connotation; scientific and technological innovation; management institutions

仲志余.智能大坝建设的意义和内涵[J].中国水利，2025（16）：10-14.