钱尚拓

水电工程中，泄水建筑物是重要组成部分，其造价约占工程总造价的1/3。我国的高坝水电工程主要集中在西南地区，泄水建筑物具有高水头、大流量和窄河谷的特点，其如何实现安全、高效的泄洪消能，使下泄水流顺畅归槽、降低消能防冲结构造价、保证大坝及泄水建筑物的安全是极为重要的。深入研究传统消能工的消能机理和特性、开发新型高效消能工，一直是水电工程面临的关键技术问题和重要理论研究问题。另一方面，泄水建筑物在高速水流作用下容易产生空蚀破坏，掺气设施是减免空蚀破坏的有效手段。研究空蚀机理，设计新型三维掺气设施并研究其流态和掺气特性，也是重要的问题。

泵闸工程中过水建筑存在诸多水力学问题，例如泵站前池的偏流、回流和吸气漩涡，水闸出流的消能、回流和冲击波，堰的泄水、分流能力，丁坝的扰流等。以上述水力学问题研究为基础，优化泵闸工程的水力设计，可显著提高泵闸工程的工程安全和经济效益。

随着我国城市化水平的不断提高和全球气候变化导致的极端天气频发，城市面临严重的内涝问题，危害居民的生命和财产安全，还会造成环境污染。采取有效措施提升城市排水标准、降低城市洪涝风险刻不容缓。以深层隧道排水系统为代表的大型市政排水工程是贯彻海绵城市建设、缓解城市暴雨内涝的重要手段。深层隧道排水系统具有流量变化剧烈、结构落差大等特点，存在一系列多相流水力学问题，例如，入流竖井的消能防冲和空蚀问题、深层管道的明满流问题和沉积物堆积和冲刷问题、通气井的井喷问题等。结合我国市政排水工程的特点，深入研究多相流的流动特征和机理，建立水动力模型，研发解决市政工程水力学问题的技术措施，是市政排水工程的重大关键技术问题和理论研究问题。

另一方面，排水系统内存在病毒、细菌、真菌等微生物（排水系统内检测到新冠病毒活体），有害微生物经排水系统传播将危害公共安全，还会对进入排水系统作业的市政工作人员的健康造成威胁。从水力学角度出发，结合多学科技术和理论，利用无害的微粒作为微生物示踪粒子，研究它们在管道水流和气流作用下的运动，对预测排水系统传播有害微生物风险和设计降低微生物传播风险的排水系统结构和运行具有重要意义。