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根石探測譜新篇 黃河安瀾把夢圓――記2014年汛前黃河河道整治工
發布日期:2014-04-30
編輯:姜文龍 涂善波
來源:姜文龍 涂善波
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題記:日前,隨著最后一條探測船“黃河物探3號”在花園口浮橋起船吊運,歷時2個多月的2014年汛前黃河河道整治工程根石探測項目外業工作順利完成了!目前,項目組正在加緊進行內業資料整理和成果報告編寫。從最初的改進根石探測方法的簡單設想,到如今利用新技術全自動高精度地完成探測工作,作為項目承擔單位的黃河設計公司工程物探研究院走過了一條不平凡的技術創新之路。

“老辦法”步履蹣跚

有人說:世界上沒有哪條河流像黃河這樣對人類和自然具有如此巨大的塑造力,也沒有哪個民族像中華民族這樣對黃河如此敬畏。它塑造了河套平原等這樣的塞外明珠,也是它的無情泛濫,給沿黃中下游的河南、山東等地人民帶來了無法磨滅的災難記憶。 黃河,這是個讓中華民族懷有如此復雜情感的河流。

黃河素有“銅頭、鐵尾、豆腐腰”之說。 沿黃中下游各處,時常會看到諸如花園口決堤處、高村搶險處等紀念碑,而黃河下游的標準化堤防工程正是保護這“豆腐腰”最重要的屏障。 而根石探測工作就是要摸清堤防工程現狀,為管理部門防汛決策提供第一手的基礎資料,是黃河河道治理過程中的重要一環。

各個險工和控導工程的根石是保護工程沙土坯不被洪水沖走的重要保障,根石按照設計的要求襯砌堆放,能夠最大限度地發揮壩垛的擋水功能,將洪流導向主河道。黃河河道寬,主流隨季節來回搖擺,根石被不斷變化的河水沖走,根石缺失較多的堤段易引起壩垛垮塌。水面以上部分的根石缺失肉眼即可看出來,而水面以下部分的根石情況就需要進行探測了。

傳統的人工錐探是利用長桿狀物往下搗來探測,搗不動了就認為是到根石,有時遇到淤積的泥沙、樹根等雜物,甚至直接影響探測結果。整個探測全靠現場操作員的直覺來判斷,帶有很大的隨機性和不確定性。老一輩的黃河工程維護人員早就注意到了這個老辦法的弊端很多,每次探測需要大量的人力,效率低下,安全得不到保障。但是苦于多年來根石探測的技術一直沒有新的突破,還停留在幾十年前的水平上。根石探測是每年汛前檢測的一項重點工作,檢測時間只能集中在開春的兩三個月內,人工錐探往往不能按時完成全部檢測,老辦法的步履蹣跚,已經影響到了黃河安瀾的大局。

“新技術”的成長之路

“馬上進入信息化時代了,想不到咱們黃河上還在用這么原始的方法探測根石,這是我們做技術的黃河人的恥辱啊!”憶及當初開始琢磨根石探測新技術的初衷時,項目經理郭玉松如是說。1997年,當時的他還在研究堤防隱患探測技術,在大堤上工作時,看到當地河務局的技術人員拿著測量竿,一點一點的靠搗來探測根石,他不禁想:要是能夠開著船走幾遍就把下面的根石探測清楚就美了!我們黃河設計公司應該有能力實現這個夢想。

從這樣一個簡單美好的想法出發,黃河設計公司開始了根石探測新技術的探索之路。通過大量的實踐摸索和技術調研,1997年黃河設計公司通過水利部948”項目資助,引進了X-STAR全譜掃頻式數字淺地層剖面儀,用于根石探測技術研究。2006年又通過水利部“948技術創新與轉化項目,對探測設備進行了升級改造。20091月,研究成果通過水利部國科司組織的技術鑒定,鑒定委員會認為:研究成果總體達到國際先進水平,其中在小尺度精細化根石探測等關鍵技術的綜合集成方面達到國際領先水平!研究成果于同年獲得了黃委科技進步一等獎和創新成果一等獎,2010年獲水利部大禹水利科學技術獎二等獎,并被列入水利部2010年度水利先進實用技術重點推廣指導目錄和水利部科技推廣計劃。

經過了十幾年的努力,黃河設計公司通過不斷的實踐改進和技術創新,最終形成了一套完整的根石探測技術,該成果技術的先進性和工程實用性得到了黃委領導和相關部門的高度重視,并于2014年度由黃委建管局牽頭制訂了全河推廣應用方案。根石探測新技術大顯身手的時機來臨了!

傳統與科技的“交鋒”

218,隨著黃河物探3號船在花園口浮橋順利下水,2014年度全河根石探測的序幕也正式拉開。隨后,黃河物探1號船與黃河物探2號船分別于山東濟南、河南臺前順利下水,全河根石探測工作按照計劃順利展開。

2014年度的全河根石探測,是基于淺地層剖面儀的新的根石探測方式在全河進行推廣應用的第一年。該技術由3200-XS淺地層剖面儀、高精度GPS差分定位儀及相關配套導航軟件、處理軟件等組成。該探測技術采用非接觸式淺地層剖面儀進行探測,在不使用人工錐的情況下,可使技術人員更直觀地觀測到水底根石分布情況。高精度差分定位儀的應用,則保證了測量的精確性,擺脫了傳統利用水尺進行測量所帶來的誤差。

在山東東明河務局高村險工工程段,新技術與東明河務局的人工錐探進行了現場對比試驗。通過這次直觀的對比試驗,東明河務局的現場工作人員切實感受到了科技對傳統工作方式所帶來的改變。在高村險工進行對比的22#23#壩,累積靠水斷面4道。河務局工作人員利用傳統錐探方式進行探測,共動用約10余人力,耗費時間約三個小時,整個探測過程由于水流較大,泥沙淤積較為嚴重,出現了探桿插入淤泥后斷落、無法拔出等情況。因水流原因,相繼出現探測船固定不穩,測點偏離斷面線、錐桿無法垂直錘入、工作人員安全等其它問題。在東明河務局已錐探過的斷面上,黃河物探2號船沿著既定測量軌跡開始了測量,整個探測過程僅用時五分鐘左右。相對于傳統錐探2米一個點距,淺地層剖面儀可直接將水底及泥底情況“掃”出來,使工作人員更直觀觀測到根石分布情況。通過衛星、基準站和移動站差分結算進行定位,可將測量數據定位到毫米級別,為高精度探測提供了保障。

傳統與科技的碰撞,讓河務局現場工作人員對新技術贊不絕口:“黃河根石探測終于用上了高科技啊!”全數字化及非接觸式的測量方式,在保證測量安全的同時,也可為堤防工程提供相關數字化信息,為構建“數字黃河”提供了基礎數據支撐。

在整個全河探測工作中,項目組成員均積極邀請河務局相關工作人員上船參觀,向相關工作人員講解整個探測過程的基本原理并進行實時測量展示。整個探測技術從工作效率、測量精度、可靠性和安全性等方面均遠優于傳統測量方式,整個測量技術均受到相關工作人員的高度評價。

一切只為黃河安瀾

根據黃委要求,2014年度整個黃河中下游堤防工程根石探測任務要在汛前完成,項目組面臨著任務重、時間緊、戰線長等問題。為保證項目的順利完成,元宵節剛過,還能聞到沿黃兩岸濃濃的炮竹味兒時,項目組成員便按計劃分別踏上了駛往各工程的旅途。

料峭的初春,早上和晚上的溫度多在零下。但在下船伊始,黃河物探人就以圓滿完成工作為己任,以船為家,以河為家,嚴把質量關、嚴把安全關。

在河南-山東段,以項目組黃河物探3號船為主進行探測工作。由于黃河物探3號船為新竣工探測船,船工第一次進行根石探測工作,且河南多為大壩頭,易出現回流等水情,因此測量剛開始就出現探測船偏離設定的路線等情況。為此,項目組對探測質量提出嚴格要求,對探測軌跡不上線、探測數據噪音大等問題采取多次測量,重復采集等技術措施,嚴把探測數據質量關。對于河南-山東段采沙船多、河道中鋼絲多等問題,項目組要求船工和船上人員時刻注意水情水況,遇到采沙船、鋼絲阻攔段堅決不靠近,做到寧可多繞彎,也不為趕時間而走鋼絲。從枯枝滿樹的花園口,到春風已綠河兩岸的山東鄆城,項目組克服了大風、大雨、機械故障等諸多問題,接受了黃委會建管局、黃河設計公司安委會等部門和領導的多次現場檢查。

在山東段,遇到的最大問題莫過于浮橋和入海口變幻莫測的天氣。雖已是草長鶯飛的四月天,但在墾利的入海口卻是另外一番情景。毫無預兆的大風天氣、廣闊的入海口帶來的GPS信號的傳輸問題等都給項目組帶來了巨大的挑戰。本是換上單衣的季節,項目組成員在這里又重新穿上了厚厚的棉衣。一換一穿之間,仿佛又是一次季節的變換。

而在陜西、山西段,沒有了那么多的采沙船、浮橋、鋼絲,而且從禹門口下船之時,恰逢上游水位下降、流量變小,行船變的更為安全。看似一切都很順利,可是在這個黃河物探船第一次踏足的區域卻又面臨了新的問題。流量變小使整個上游水位較之前下降近1,顯露的或隱藏的淺灘,給探測船帶來了極大的隱患,在前往堤防工程途中探測船經常遇到擱淺的情況。由于渭河入河口上游流量較小,而且黃河分叉居多,所以很多工程處黃河已經沒有了主流,剩下的只有平均水深不到1米的淺灘。在黃河韓城段和大荔縣雨林段等,望著對岸近在咫尺的工程,只有“明知山有虎,偏向虎山行”。在上游,項目組最不可磨滅的記憶便是:推船。行船時船上必須有三個人,以在擱淺時隨機下水推船。在上游工作結束時,支持探頭的三個鐵桿,也因淺灘等原因而斷了兩根。大家也都不無玩笑地說:“上游的船其實不是開下來的,是推下來的”。

始于斯,終于斯。隨著最后一條探測船在花園口起吊,2014年度全河根石測量工作歷經兩個月的時間終于緩緩拉上了帷幕。兩個月里,黃河設計公司投入了三個探測班組,二十多名技術人員,三條探測船及三套淺地層剖面儀,共計完成了黃河中下游5000多道壩垛的根石探測工作,摸清了黃河中下游靠水壩的基本情況,為黃河安然度過今年汛期提供了可靠的基礎資料。縱然過程是坎坷的,但經驗是寶貴的,成果是喜人的。

結束語

從禹門口到鸛雀樓、從風陵渡到西霞院、從花園口到東壩頭、從東平湖到入海口,持續兩個多月時間,綿延2000多公里,碾轉河南、山東、山西、陜西四省,當再回過頭看一眼那雄渾壯闊、百折向前的大河,不禁讓人感嘆:根石探測技術的發展與應用不正是一條這樣曲折向前的道路么!黃河寧,天下平。黃河物探人愿用自己的智慧和汗水,保衛黃河安瀾!