10年練就一雙“慧眼”，因其不凡而備受關(guān)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(shí)現了質(zhì)的飛躍，解決了多少年來(lái)黃河人工探測根石費時(shí)、費力、誤差大的難題，可以說(shuō)是根石探測的一次技術(shù)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(yè)界普遍關(guān)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(cháng)江過(guò)江燃氣管道施工遇到技術(shù)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(wèn)題。同樣，昆明滇池隧道工程也曾慕名而來(lái)，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(jīng)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(shù)，該項目負責人之一張曉予根據成果特點(diǎn)，給它起了一個(gè)更為貼切的名字：小尺度水域精細化探測技術(shù)。
備受關(guān)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(shù)研究與應用》項目成果通過(guò)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(xué)院、中國水電顧問(wèn)集團、華北水院、中國地質(zhì)大學(xué)等單位專(zhuān)家學(xué)者組成的專(zhuān)家組的鑒定。鑒定委員會(huì )一致認為該研究成果總體達到國際先進(jìn)水平，其中在小尺度精細化根石探測等關(guān)鍵技術(shù)的綜合集成方面達到國際領(lǐng)先水平，并建議加大成果的推廣應用力度。
新技術(shù)早于2008年、2009年在黃河根石探測工作中經(jīng)過(guò)試點(diǎn)應用階段，已經(jīng)推廣開(kāi)來(lái)。2010年2月，在黃委建管局的積極協(xié)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(gè)市局中17個(gè)縣局的2010年度汛前根石探測任務(wù)。外業(yè)探測自2月20日進(jìn)場(chǎng)到4月27日全部完成，共歷時(shí)2個(gè)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(lǐng)導，黃委副主任趙勇一直關(guān)注著(zhù)根石探測技術(shù)的研發(fā)和應用。2010年3月4日，趙勇在花園口現場(chǎng)檢查新技術(shù)根石探測工作時(shí)說(shuō)：“根石探測新技術(shù)效率高、精度高，應該加大力度進(jìn)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(jìn)程。”
2010年7月21日，黃委主任李國英在全河委務(wù)會(huì )議上要求：“努力提高工程管理現代化水平，積極推進(jìn)河道整治工程根石探測新技術(shù)和工程管理巡檢系統推廣運用。”
根據黃委主任辦公會(huì )會(huì )議紀要關(guān)于3～5年內在全河普及根石探測新技術(shù)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(shù)推廣應用實(shí)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(shù)開(kāi)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(cháng)期探索，苦苦尋找著(zhù)治河良方。
到過(guò)黃河的人都見(jiàn)過(guò)，黃河下游緊靠?jì)砂洞蟮虄葌刃藿艘慌排趴貙Чこ?，凌空鳥(niǎo)瞰其狀恰如一排鳥(niǎo)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(cháng)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(huà)，壩根很快就會(huì )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(shí)儲備，成為大堤上一條獨特的風(fēng)景線(xiàn)。
修筑一個(gè)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(huì )被沖走或者被流沙掩埋，堆石一點(diǎn)點(diǎn)往下沉，沉到一定厚度，就穩定住了。據有經(jīng)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(lái)，黃河下游累計修筑大大小小的控導工程達1萬(wàn)座之多。每年在泥沙水流的沖擊之下，這些壩體的根石都會(huì )有不同程度的走失，因此基本上每年過(guò)水壩都需要進(jìn)行探測，以了解根石走失情況，及時(shí)進(jìn)行修復，保障防洪安全。
“每年汛前，河務(wù)局、河務(wù)段職工都動(dòng)員起來(lái)錐探根石，十來(lái)個(gè)人一組，每天也只能探測兩三道壩，勞動(dòng)量非常大。”張曉予告訴記者，“后來(lái)幾經(jīng)改進(jìn)使用了機械錐探，但仍解決不了根本問(wèn)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(fā)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(lái)，黃河上數以萬(wàn)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(shù)，根石探測實(shí)現了實(shí)質(zhì)性的飛躍。人工探測和機械探測所測的點(diǎn)都是很有限的，而小尺度水域精細化探測技術(shù)效率高，測點(diǎn)密集，在屏幕上可以顯示出完整流暢的壩垛形態(tài)，猶如真實(shí)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(jìn)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(lái)的研發(fā)之路，張曉予感慨良多：“堅持就是勝利，我們研發(fā)組盯緊這個(gè)項目，籌措資金，耐住寂寞，10年攻關(guān)，最終獲得成果?，F在想想，我們走的路是對的。”
1996年，為改變長(cháng)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(jìn)了淺地層剖面儀并始終關(guān)注著(zhù)項目進(jìn)展，及時(shí)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(kāi)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(lián)合項目組，進(jìn)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(jìn)行穿透淤泥試驗，選擇了幾百個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測驗，并拿探測結果與人工錐探的結果進(jìn)行對比分析，經(jīng)過(guò)近3年的檢驗取得了進(jìn)展，認定該設備可以穿透淤泥進(jìn)行探測，可以在多泥沙環(huán)境中使用。
接下來(lái)就是探索如何將試驗技術(shù)轉變?yōu)楣こ碳夹g(shù)。首先遇到的是硬件問(wèn)題。美國進(jìn)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(méi)問(wèn)題，就是在黃河上行不通。“黃河河面上騰起的細微泥沙經(jīng)常會(huì )鉆進(jìn)磁帶機里面，導致磁頭失效、記錄數據丟失，為此，項目組曾經(jīng)找到西安石油物探設備廠(chǎng)維修，又跑到北京等地購換新的磁帶機，可沒(méi)用幾天就又壞了。”張曉予說(shuō)。
2006年，美國公司改進(jìn)了設備，使用光盤(pán)和硬盤(pán)記錄。黃委隨即申請了一個(gè)改進(jìn)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(wàn)元對設備主機進(jìn)行了升級換代。改進(jìn)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(pán)，解決了原設備在數據存儲、傳輸及回放等過(guò)程中存在的數據丟失等問(wèn)題。
再就是關(guān)于184千克的儀器探頭，探測時(shí)掛在船側、淹沒(méi)在水面以下，由于靠近岸邊，風(fēng)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(shuō)，“我們試了好多辦法，做了無(wú)數次試驗，先后經(jīng)過(guò)5次改造最終解決了探頭撞擊問(wèn)題。我們使用兩個(gè)大浮箱，將探頭放在中間，浮在水面上，可以隨便拉著(zhù)它到任何地方，很方便。”
還有個(gè)工程技術(shù)問(wèn)題。按照試驗要求，進(jìn)行探測試驗時(shí)需要在一個(gè)斷面上來(lái)回測試，這需要試驗船能夠在流動(dòng)的河面上保持直線(xiàn)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(diǎn)，等等。“最終是黃河岸邊行船經(jīng)驗豐富的老漁民幫助我們解決了問(wèn)題。”張曉予說(shuō)，“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(fā)人員想辦法一一解決，但相比較來(lái)說(shuō)，這些問(wèn)題都不算什么，最大的問(wèn)題是核心技術(shù)難題：根石信號判別特征、數據處理軟件開(kāi)發(fā)、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(dòng)繪制與計算，以及為與數字工程管理對接開(kāi)發(fā)根石探測管理系統等。解決這些問(wèn)題讓項目組研發(fā)人員大費腦筋，探索與求解貫穿了整個(gè)研發(fā)過(guò)程。
“我們在探測試驗過(guò)程中發(fā)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(tài)，這說(shuō)明數據處理存在問(wèn)題。”張曉予說(shuō)，“所有操作都嚴格按照程序進(jìn)行，雖然請教了清華大學(xué)的博士，但還是沒(méi)能找到問(wèn)題之所在。”
“關(guān)鍵時(shí)候還得靠自己，我們自己的青年軟件專(zhuān)家開(kāi)始對設備的數據處理系統進(jìn)行分析研究，通宵達旦，苦思冥想，用了近一年的時(shí)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(gè)折疊了無(wú)數層的紙帶一層一層拉展一樣。我們又進(jìn)行無(wú)數次試驗和比照，最終發(fā)現問(wèn)題出在讀取的GPS定位儀數據點(diǎn)和剖面儀獲得數據點(diǎn)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(shù)支持。這些軟件后來(lái)成為我們核心技術(shù)的一部分。”張曉予驕傲地告訴記者。
所有問(wèn)題都解決了，10年的時(shí)間也過(guò)去了，回首無(wú)數個(gè)日日夜夜，項目組的研發(fā)人員無(wú)怨無(wú)悔：“我們堅持下來(lái)了，我們的辛苦沒(méi)有白費，研發(fā)成果通過(guò)了專(zhuān)家的鑒定，技術(shù)應用前景很好。”
深水“慧眼”沒(méi)有辜負研發(fā)人員的期望，以其卓絕的透視探查能力和國內獨一無(wú)二的核心技術(shù)，為黃河以及需要它的地方作出了一次又一次的貢獻。
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