驯水记：中国实验室里的「缩放模型」如何重塑大国水电版图？
——解码水力机械实验室60余年技术突围之路

【开篇：驯水重器】

当青藏高原的融雪以每秒5000立方米的流量注入长江时，北京大兴一座建筑内，工程师们正用精度达±0.2%的测试技术，在等比例缩放的模型中预演着中国水电的未来。

  这里仅有不足1万平米的试验场地，却能准确绘制白鹤滩百万千瓦水轮机的综合特性曲线，通过试验得到的这些曲线就像给水轮机做了基因测序，能让运行人员准确把握机组特性，可以让每台机组都在高效区运行；这里听不到金沙江的咆哮，却能以等比例缩小30倍的模型捕捉每一滴水的能量密码，他们观测到每一个漩涡每一个空泡，都是让一滴长江水稳定发电6次的重要支撑——中国水利水电科学研究院水力机械实验室，这个藏着60余年驯水基因的“微观战场”，正用试验台里精密仪器的蝴蝶翅膀，掀起改变世界能源格局的惊涛。

【第一章：基因与传承】

1958年，当大庆油田的钻头首次触及深埋地下的石油时，一群水利水电行业的专家在北京木樨地的铁皮厂房里，用特殊研制的仪器设备测量着水中旋转的模型，就是这一年，地下深藏的黑色液体和地面流淌的蓝色水流开始快速奔涌，共同形成国家发展的能源命脉。

随后几十年里，葛洲坝、三峡等电站的水轮机先后在这里开展大量测试与研究。在这里，改变模型机组转速和相对导叶开度，就可以获得模型机组不同单位转速下的单位流量-模型效率曲线，把这些曲线汇聚，画出效率等高线，就可以找出机组的效率高点和变化趋势，再通过水力机械模型到真机的相似换算就可以为三峡电站不同蓄水位条件下的高效运行调控提供数据基础；在这里，把光导内窥镜放入模型机组导叶区，可以观察记录无叶区和转轮叶片进口的复杂流态，通过内外特征共同定位，我们就能知道在深埋混凝土下快速旋转的钢铁叶片间水流发生着什么变化，通过研究哪些变化会引起机组振动哪些变化会引起厂房振动，最终能够为电站安全调控起到关键作用。正是这些细致入微的研究工作，为两座大国重器成功建设投运做出巨大贡献，也为我国后续开启大规模水电建设提供强劲信心！

2004年，水力机械实验室迁至水科院大兴试验基地。新时代新技术，实验室传承“准确、诚信、公正、科学”基因，却又实现平台升级，提升测试能力，配备了高精度的原位标定系统和高精度的静压轴承， “流量测量相对误差0.01%”、“高准确度换向器相对不确定度0.02%”……只有测量环节中所有测量的不确定度和相对误差都保持在万分之二左右，才能保障这些误差叠加、累积后的总偏差小于千分之二。经过严格检验，三座水力机械模型通用试验台(TP1 /TP2/TP3)  的所有试验参数的测量精度和运行稳定性均满足GB和IEC有关规程要求，清水试验模型效率试验的综合误差小于±0.2%。经鉴定，“水力机械研发平台”达到国际领先水平，获水利部“大禹”一等奖。

白鹤滩电站水轮机模型试验

此后，试验台先后完成溪洛渡、向家坝、乌东德、大藤峡、白鹤滩、银江等多项标志性水电站的水轮机模型同台对比试验，在这里完成试验的电站总装机超过1亿千瓦！其中，珠江流域广西大藤峡水力枢纽工程水轮机是国内最大的轴流转桨式机组，试验台见证了同行们将轴流式水轮机的中国标准推向新高度；银江电站水轮机是亚洲最大贯流式机组，试验台见证了该电站成为低水头水电开发的标杆；白鹤滩同台对比是国际上唯一的1000兆瓦级水轮机第三方模型同台对比试验，试验台见证了中国水电装备贴上“世界顶级”的标签！

2021年，水力机械实验室第四座模型试验台调试完成，TP4冲击式水轮机模型试验台建成并通过验收鉴定。2024年4月，世界首台500兆瓦冲击式水轮机模型的验收在TP4试验台进行，模型喷嘴以接近30m/s的初速喷射水流，在舱室内制造出人工彩虹——这不仅是世界首台500兆瓦机组的诞生前奏，也是人类驯水史的新坐标，更是水力机械实验室为雅鲁藏布江下游水电工程的高质量建设做好准备的象征！

时间回到1958年，在木樨地的厂房里，忙碌测试的专家们或许想象不到，那个略显简陋的试验台能不断革新，可以为今日遍布国内外的各种水轮机测定基因、绘制图谱，成为「数字江河」的重要支撑。

正是试验台的一代代专家学者不断传承、薪火相传、戮力力同心，经过六十余年的努力，才能建成具有国际领先水平的水力机械研发平台。

【第二章：储能密码】

在浙江天台山地下迷宫般的隧洞深处，藏着全球水头最高的抽水蓄能电站。而它的“胚胎”早在水力机械实验室经历了层层考验——当模型机组在正反向水流间切换时，跳动的效率曲线就像中国新能源革命的「心电图」。

在全球能源转型和可持续发展的背景下，如何高效、清洁地储存和利用能源成为了各国关注的焦点。而抽水蓄能作为一种成熟、可靠且环境友好的储能方式，正逐渐成为解决能源储存问题的关键一环。

当《抽水蓄能中长期发展规划（2021—2035年）》将"构建新型电力系统"上升为国家战略，一座座抽水蓄能电站如同巨型"电力银行"，从四面八方与水风光互补重塑中国能源版图，位于北京郊区的中国水利水电科学研究院水力机械实验室也悄然完成业务转型，试验工程师们用精益求精的态度调试好每一个设备、校正好每一个传感器，全力支持抽蓄发展。十年来，试验台累计完成55座抽水蓄能电站模型试验，总装机容量突破6000万千瓦，相当于4个三峡电站的调节能力。这55座抽蓄电站不断刷新各项指标，最大总装机、最大水头、最高转速、最大单机容量，一个个记录在这里被刷新，一座座抽蓄电站从这里踏出最坚实脚步！

可试验台的工程师们没有止步，他们用精湛的技术和求新求变的干劲，在变速抽水蓄能技术领域协助改写中国电网的调节逻辑：2018年完成春厂坝全功率变速水泵水轮机模型试验，实现0%-100%负荷调节，见证了国内首台套全功率变速恒频抽水蓄能的关键突破；2021年丰宁二期双馈式变速机组模型试验，以140万千瓦容量实现±10%转速动态调节，频率响应时间缩短至200毫秒；2024年启动的中洞电站400MW双馈式变速机组试验，单机即可平抑300MW级风光波动。这些突破使变速机组成为电网的"柔性关节"，为构建以新能源为主体的新型电力系统提供关键支点。

从东海之滨的宁海到天山脚下的哈密，从南国肇庆到北疆尚义，实验室的模型数据正在转化为遍布中国的"绿色能量枢纽"。当双碳目标的倒计时滴答作响，这座低调的实验室灯光始终明亮——它不仅是水力机械的试验场，更是中国能源未来的孵化器。在新型电力系统的星辰大海中，水力机械实验室正以科学之力，在青山绿水间书写新的传奇。

【第三章：国家水网精密心脏的最后一道考题】

当《国家水网建设规划纲要》将"南北调配、东西互济"的蓝图铺展于中国大地，一场关乎亿万人民用水安全的技术革命正在实验室的深蓝色水池中奔涌。中国水利水电科学研究院水力机械实验室，以十余项国家级重大引调水工程的水泵模型试验为笔，在960万平方公里的版图上书写着"水流听从科技"的现代治水史诗。

水力机械试验台是多个超级泵站诞生的第一现场，也是实现水资源“空间均衡”的最前线。在直径不到0.6米的模型转轮里，每一道水流轨迹都被赋予战略意义。滇中引水工程水源泵站的离心泵模型在这里经历207组工况测试，最终以92.3%的加权效率刷新高扬程泵站纪录，让金沙江水跃上200米高原；引汉济渭工程黄金峡水利枢纽的8台水泵模型，经过400小时同台对比试验，将汉江水的北上的效率误差控制在0.15%以内——这些精确到小数点后三位的参数，正是实验室为"国家水网"锻造的关键密码；当珠江三角洲水资源配置工程的鲤鱼洲和高新沙水泵通过性能验收，其每秒80立方米的流量控制精度，相当于用科技之手为粤港澳大湾区戴上抵御咸潮的"淡水晶冠"。

从秦岭腹地的黄金峡到琼州海峡的输水隧洞，从毛乌素沙地边缘的榆林黄河东线马镇引水工程到华南最大跨流域调水工程环北部湾水资源配置项目，实验室的水泵模型试验数据，正在转化为纵横中国的"水网神经元"。在实验室的模型机组中，我们看到的不仅是水泵叶轮的旋转，更是一个古老治水文明向科技要答案的坚定身影——这里测试的每个水力模型，都在重新定义人与水的对话方式。

【终章：从试验台到世界舞台】

2024年，国家水资源计量站获批筹建。同年11月16日，水力机械实验室主导建设的静态质量法水流量标准装置获得国家市场监督管理总局颁发的计量标准考核证书，填补了水利行业最高计量标准的空白，标志着依托中国水利水电科学院筹建的国家水资源计量站建设取得关键进展， 静态质量法水流量标准装置是水利行业首套采用称重法原理建设的计量标准，是水资源计量器具量值溯源的重要装置，可对DN200～DN500口径的电磁流量计、超声流量计、多声道超声流量计、差压式流量计等计量器具开展检定、校准和测试任务。除了模型试验研究和标准计量工作，在这座国际化的技术高地上，实验室参编的IEC国际标准、GB国家标准和SL行业标准超过十余项，将中国水电的试验方法论写入全球规则。

每年数百位国内国际专家学者的到访，让大兴试验基地成为世界水电技术的“交流中心”——从非洲尼罗河到南美亚马逊，各国工程师在这里学习如何用模型试验驯服奔腾的江河能量。这些来自世界各地的水利人，在大兴的实验室里交流碰撞，共同回答一个跨越千年的命题——如何让水的力量，永远流淌在自然与文明的平衡点上。在这里，每一组数据都是对山河的承诺，每一次试验都是对未来的丈量。而这座实验室的故事，早已超越方寸试验台，成为人类与自然和谐共生的世界性注解。

当实验室的灯光穿透夜色，那些旋转的模型机组仍然在绘制着综合特性曲线，而在窗外，广袤的山川大地间，白鹤滩的混流式水轮机、中洞的变速抽蓄机组、珠江口的巨型水泵正为国家发展注入能量，一起绘制更大的蓝图……

（中水科技：陈莹、孟龙）