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深水慧眼

發布日期：2010-08-10

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10年練就一雙“慧眼”，因其不凡而備受關注。

這雙“眼睛”，能夠看透幾十米水深和十余米厚淤泥下的一石一木；這雙“眼睛”，在混濁的多泥沙河流中同樣適用。

有了這雙“眼睛”，黃河根石探測的效率和精度成倍地提高，實現了質的飛躍，解決了多少年來黃河人工探測根石費時、費力、誤差大的難題，可以說是根石探測的一次技術革命。

這雙“眼睛”，為治理黃河而生，卻大大超越了黃河的范圍，受到業界普遍關注。黃河設計公司工程物探研究院高級工程師張曉予告訴記者，前不久，長江過江燃氣管道施工遇到技術難題，轉而借助這雙“眼睛”，“看”準了30米深水、6米厚江底淤泥覆蓋下鋼管管道的準確位置，順利地解決了疑難問題。同樣，昆明滇池隧道工程也曾慕名而來，希望幫助解決鋼板樁布設可能遇到水下隱蔽物的難題，最終借助這雙“眼睛”，看清了淤泥中的情況，解決了施工隔水鋼板墻預設難題。還有武漢漢江下穿隧道工程已經預約等待……

這雙“眼睛”就是黃河河道整治工程根石探測新技術，該項目負責人之一張曉予根據成果特點，給它起了一個更為貼切的名字：小尺度水域精細化探測技術。

備受關注的深水“慧眼”

2009年1月9日，《黃河河道整治工程根石探測技術研究與應用》項目成果通過了由中國人民解放軍總參謀部工程兵科研三所、水利部、水規總院、中國科學院、中國水電顧問集團、華北水院、中國地質大學等單位專家學者組成的專家組的鑒定。鑒定委員會一致認為該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，并建議加大成果的推廣應用力度。

新技術早于2008年、2009年在黃河根石探測工作中經過試點應用階段，已經推廣開來。2010年2月，在黃委建管局的積極協調組織下，黃河設計公司工程物探研究院即承擔了黃河下游河南、山東兩省6個市局中17個縣局的2010年度汛前根石探測任務。外業探測自2月20日進場到4月27日全部完成，共歷時2個月零7天，探測效率大大提高。

作為黃河工程建設管理方面的分管領導，黃委副主任趙勇一直關注著根石探測技術的研發和應用。2010年3月4日，趙勇在花園口現場檢查新技術根石探測工作時說：“根石探測新技術效率高、精度高，應該加大力度進行推廣，逐步淘汰人工錐探的落后方法，加快工程管理現代化進程。”

2010年7月21日，黃委主任李國英在全河委務會議上要求：“努力提高工程管理現代化水平，積極推進河道整治工程根石探測新技術和工程管理巡檢系統推廣運用。”

根據黃委主任辦公會會議紀要關于3～5年內在全河普及根石探測新技術的要求，黃委建管局組織編制了《黃河河道整治工程根石探測新技術推廣應用實施方案》，擬于2012年在黃河河道整治工程根石探測工作中全部采用新技術開展探測。

解決多泥沙河流的一道難題

黃河因其多泥沙特性成為世界上最難治理的河流之一。歷史上，三年兩決口，百年一改道，災難深重。歷代治黃先賢殫精竭慮，長期探索，苦苦尋找著治河良方。

到過黃河的人都見過，黃河下游緊靠兩岸大堤內側修建了一排排控導工程，凌空鳥瞰其狀恰如一排鳥的翅膀，其目的是為了控導河勢，頂水沖擊，防止大水直沖大堤而出險。

如果不是在黃河，而是在南方某條清水河流上，比如長江、漢江等，修建護堤壩，用混凝土澆筑就可以了，但是在黃河，這是行不通的。黃河修筑控導壩，必須用散石護根，否則的話，壩根很快就會被流沙掏空，造成潰壩。因此，在黃河下游大堤上到處可以看到堆放整齊的備防石，它作為黃河防汛搶險必備物資隨時儲備，成為大堤上一條獨特的風景線。

修筑一個控導工程，投資最大的部分就是石頭。在修筑控導壩體前，必須先用散拋石穩定跟腳，剛拋下去的石頭可能會被沖走或者被流沙掩埋，堆石一點點往下沉，沉到一定厚度，就穩定住了。據有經驗的河工講，穩定后根石深度一般是在11米到12米左右。

自20世紀60年代以來，黃河下游累計修筑大大小小的控導工程達1萬座之多。每年在泥沙水流的沖擊之下，這些壩體的根石都會有不同程度的走失，因此基本上每年過水壩都需要進行探測，以了解根石走失情況，及時進行修復，保障防洪安全。

“每年汛前，河務局、河務段職工都動員起來錐探根石，十來個人一組，每天也只能探測兩三道壩，勞動量非常大。”張曉予告訴記者，“后來幾經改進使用了機械錐探，但仍解決不了根本問題。用機器往水下打錐桿，不但水面定位不準，錐桿在高含沙水流的沖擊作用下易發生彎曲，水下定位也很不準確，錐桿可能探在石縫里，也可能探在石頭上，之間誤差很大。”幾十年來，黃河上數以萬計控導工程的根石探測都是采用這種落后的人工錐探方式，效率低，精度差，還存在安全隱患。

“使用新技術，根石探測實現了實質性的飛躍。人工探測和機械探測所測的點都是很有限的，而小尺度水域精細化探測技術效率高，測點密集，在屏幕上可以顯示出完整流暢的壩垛形態，猶如真實的壩體呈現在眼前，水下根石走失情況一目了然，需要拋多少石頭進行修復、拋石具體部位在哪兒，都可以準確地判斷。”

10年堅持練就“慧眼”

談到10年來的研發之路，張曉予感慨良多：“堅持就是勝利，我們研發組盯緊這個項目，籌措資金，耐住寂寞，10年攻關，最終獲得成果。現在想想，我們走的路是對的。”

1996年，為改變長期使用人工錐探的落后狀況，黃委國科局爭取國家“948”項目資金，引進了淺地層剖面儀并始終關注著項目進展，及時提供各種力所能及的支持。該設備是美國海軍軍用聲納裝備，性能很好，主要用于海洋水下隱蔽物探測、水下覆蓋層厚度探測和水下地形測量。

1997年開始，由黃委副總工胡一三任項目負責人，國科局組織設計公司、防辦、建管局、黃科院、水文局、河南局成立聯合項目組，進行了大量水下隱蔽物探測試驗和設備改造。先是在花園口進行穿透淤泥試驗，選擇了幾百個點進行測驗，并拿探測結果與人工錐探的結果進行對比分析，經過近3年的檢驗取得了進展，認定該設備可以穿透淤泥進行探測，可以在多泥沙環境中使用。

接下來就是探索如何將試驗技術轉變為工程技術。首先遇到的是硬件問題。美國進口的淺地層剖面儀采用的是磁帶記錄，在海洋和清水河流中使用沒問題，就是在黃河上行不通。“黃河河面上騰起的細微泥沙經常會鉆進磁帶機里面，導致磁頭失效、記錄數據丟失，為此，項目組曾經找到西安石油物探設備廠維修，又跑到北京等地購換新的磁帶機，可沒用幾天就又壞了。”張曉予說。

2006年，美國公司改進了設備，使用光盤和硬盤記錄。黃委隨即申請了一個改進主機項目，由于國家撥款還存在缺口，項目組頂住壓力，籌措十幾萬元對設備主機進行了升級換代。改進后的系統由一臺一體化主機和一臺液晶顯示器組成，探測定位采用GPS全球定位系統，操作使用和維護保養比較方便，最重要的是新主機的數據存儲采用了大容量硬盤，解決了原設備在數據存儲、傳輸及回放等過程中存在的數據丟失等問題。

再就是關于184千克的儀器探頭，探測時掛在船側、淹沒在水面以下，由于靠近岸邊，風大浪急，好幾次探頭撞在石壩。“玻璃鋼外殼都撞裂了，那么貴的設備，我們都很心疼。”張曉予說，“我們試了好多辦法，做了無數次試驗，先后經過5次改造最終解決了探頭撞擊問題。我們使用兩個大浮箱，將探頭放在中間，浮在水面上，可以隨便拉著它到任何地方，很方便。”

還有個工程技術問題。按照試驗要求，進行探測試驗時需要在一個斷面上來回測試，這需要試驗船能夠在流動的河面上保持直線行使，可是，要做到沿斷面行船卻很不容易。不適應黃河急流的試驗人員遇到了種種困難：在大水之上行船不穩定、難以準確定位，壩前水位深淺不一、船到達不了測驗地點，等等。“最終是黃河岸邊行船經驗豐富的老漁民幫助我們解決了問題。”張曉予說，“我們聘請老船工選擇多種船型試驗，解決了這一難題。”

困難與挑戰總是不斷出現，研發人員想辦法一一解決，但相比較來說，這些問題都不算什么，最大的問題是核心技術難題：根石信號判別特征、數據處理軟件開發、定位儀器與探測儀器同步對接、成果圖件與工程缺石量自動繪制與計算，以及為與數字工程管理對接開發根石探測管理系統等。解決這些問題讓項目組研發人員大費腦筋，探索與求解貫穿了整個研發過程。

“我們在探測試驗過程中發現，處理后的數據在坐標圖中顯示要么在上，要么在下，不能形成一條斷面形態，這說明數據處理存在問題。”張曉予說，“所有操作都嚴格按照程序進行，雖然請教了清華大學的博士，但還是沒能找到問題之所在。”

“關鍵時候還得靠自己，我們自己的青年軟件專家開始對設備的數據處理系統進行分析研究，通宵達旦，苦思冥想，用了近一年的時間，硬是將美國儀器內的原始數據格式解讀了，就如同將一個折疊了無數層的紙帶一層一層拉展一樣。我們又進行無數次試驗和比照，最終發現問題出在讀取的GPS定位儀數據點和剖面儀獲得數據點不能準確對接，以致造成數據錯亂。”

“原因是數據處理軟件系統讀取數據的精度不夠，為此，我們又花費了很大精力制作出了自己的數據處理軟件，編制了新的探測成果管理軟件，為防洪決策提供了技術支持。這些軟件后來成為我們核心技術的一部分。”張曉予驕傲地告訴記者。

所有問題都解決了，10年的時間也過去了，回首無數個日日夜夜，項目組的研發人員無怨無悔：“我們堅持下來了，我們的辛苦沒有白費，研發成果通過了專家的鑒定，技術應用前景很好。”

深水“慧眼”沒有辜負研發人員的期望，以其卓絕的透視探查能力和國內獨一無二的核心技術，為黃河以及需要它的地方作出了一次又一次的貢獻。