根石探测谱新篇 黄河安澜把梦圆――记2014年汛前黄河河道整治工
发布日期:2014-04-30
编辑:姜文龙 涂善波
来源:姜文龙 涂善波
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题记:日前,随着最后一条探测船“黄河物探3号”在花园口浮桥起船吊运,历时2个多月的2014年汛前黄河河道整治工程根石探测项目外业工作顺利完成了!目前,项目组正在加紧进行内业资料整理和成果报告编写。从最初的改进根石探测方法的简单设想,到如今利用新技术全自动高精度地完成探测工作,作为项目承担单位的黄河设计公司工程物探研究院走过了一条不平凡的技术创新之路。

“老办法”步履蹒跚

有人说:世界上没有哪条河流像黄河这样对人类和自然具有如此巨大的塑造力,也没有哪个民族像中华民族这样对黄河如此敬畏。它塑造了河套平原等这样的塞外明珠,也是它的无情泛滥,给沿黄中下游的河南、山东等地人民带来了无法磨灭的灾难记忆。 黄河,这是个让中华民族怀有如此复杂情感的河流。

黄河素有“铜头、铁尾、豆腐腰”之说。 沿黄中下游各处,时常会看到诸如花园口决堤处、高村抢险处等纪念碑,而黄河下游的标准化堤防工程正是保护这“豆腐腰”最重要的屏障。 而根石探测工作就是要摸清堤防工程现状,为管理部门防汛决策提供第一手的基础资料,是黄河河道治理过程中的重要一环。

各个险工和控导工程的根石是保护工程沙土坯不被洪水冲走的重要保障,根石按照设计的要求衬砌堆放,能够最大限度地发挥坝垛的挡水功能,将洪流导向主河道。黄河河道宽,主流随季节来回摇摆,根石被不断变化的河水冲走,根石缺失较多的堤段易引起坝垛垮塌。水面以上部分的根石缺失肉眼即可看出来,而水面以下部分的根石情况就需要进行探测了。

传统的人工锥探是利用长杆状物往下捣来探测,捣不动了就认为是到根石,有时遇到淤积的泥沙、树根等杂物,甚至直接影响探测结果。整个探测全靠现场操作员的直觉来判断,带有很大的随机性和不确定性。老一辈的黄河工程维护人员早就注意到了这个老办法的弊端很多,每次探测需要大量的人力,效率低下,安全得不到保障。但是苦于多年来根石探测的技术一直没有新的突破,还停留在几十年前的水平上。根石探测是每年汛前检测的一项重点工作,检测时间只能集中在开春的两三个月内,人工锥探往往不能按时完成全部检测,老办法的步履蹒跚,已经影响到了黄河安澜的大局。

“新技术”的成长之路

“马上进入信息化时代了,想不到咱们黄河上还在用这么原始的方法探测根石,这是我们做技术的黄河人的耻辱啊!”忆及当初开始琢磨根石探测新技术的初衷时,项目经理郭玉松如是说。1997年,当时的他还在研究堤防隐患探测技术,在大堤上工作时,看到当地河务局的技术人员拿着测量竿,一点一点的靠捣来探测根石,他不禁想:要是能够开着船走几遍就把下面的根石探测清楚就美了!我们黄河设计公司应该有能力实现这个梦想。

从这样一个简单美好的想法出发,黄河设计公司开始了根石探测新技术的探索之路。通过大量的实践摸索和技术调研,1997年黄河设计公司通过水利部948”项目资助,引进了X-STAR全谱扫频式数字浅地层剖面仪,用于根石探测技术研究。2006年又通过水利部“948技术创新与转化项目,对探测设备进行了升级改造。20091月,研究成果通过水利部国科司组织的技术鉴定,鉴定委员会认为:研究成果总体达到国际先进水平,其中在小尺度精细化根石探测等关键技术的综合集成方面达到国际领先水平!研究成果于同年获得了黄委科技进步一等奖和创新成果一等奖,2010年获水利部大禹水利科学技术奖二等奖,并被列入水利部2010年度水利先进实用技术重点推广指导目录和水利部科技推广计划。

经过了十几年的努力,黄河设计公司通过不断的实践改进和技术创新,最终形成了一套完整的根石探测技术,该成果技术的先进性和工程实用性得到了黄委领导和相关部门的高度重视,并于2014年度由黄委建管局牵头制订了全河推广应用方案。根石探测新技术大显身手的时机来临了!

传统与科技的“交锋”

218,随着黄河物探3号船在花园口浮桥顺利下水,2014年度全河根石探测的序幕也正式拉开。随后,黄河物探1号船与黄河物探2号船分别于山东济南、河南台前顺利下水,全河根石探测工作按照计划顺利展开。

2014年度的全河根石探测,是基于浅地层剖面仪的新的根石探测方式在全河进行推广应用的第一年。该技术由3200-XS浅地层剖面仪、高精度GPS差分定位仪及相关配套导航软件、处理软件等组成。该探测技术采用非接触式浅地层剖面仪进行探测,在不使用人工锥的情况下,可使技术人员更直观地观测到水底根石分布情况。高精度差分定位仪的应用,则保证了测量的精确性,摆脱了传统利用水尺进行测量所带来的误差。

在山东东明河务局高村险工工程段,新技术与东明河务局的人工锥探进行了现场对比试验。通过这次直观的对比试验,东明河务局的现场工作人员切实感受到了科技对传统工作方式所带来的改变。在高村险工进行对比的22#23#坝,累积靠水断面4道。河务局工作人员利用传统锥探方式进行探测,共动用约10余人力,耗费时间约三个小时,整个探测过程由于水流较大,泥沙淤积较为严重,出现了探杆插入淤泥后断落、无法拔出等情况。因水流原因,相继出现探测船固定不稳,测点偏离断面线、锥杆无法垂直锤入、工作人员安全等其它问题。在东明河务局已锥探过的断面上,黄河物探2号船沿着既定测量轨迹开始了测量,整个探测过程仅用时五分钟左右。相对于传统锥探2米一个点距,浅地层剖面仪可直接将水底及泥底情况“扫”出来,使工作人员更直观观测到根石分布情况。通过卫星、基准站和移动站差分结算进行定位,可将测量数据定位到毫米级别,为高精度探测提供了保障。

传统与科技的碰撞,让河务局现场工作人员对新技术赞不绝口:“黄河根石探测终于用上了高科技啊!”全数字化及非接触式的测量方式,在保证测量安全的同时,也可为堤防工程提供相关数字化信息,为构建“数字黄河”提供了基础数据支撑。

在整个全河探测工作中,项目组成员均积极邀请河务局相关工作人员上船参观,向相关工作人员讲解整个探测过程的基本原理并进行实时测量展示。整个探测技术从工作效率、测量精度、可靠性和安全性等方面均远优于传统测量方式,整个测量技术均受到相关工作人员的高度评价。

一切只为黄河安澜

根据黄委要求,2014年度整个黄河中下游堤防工程根石探测任务要在汛前完成,项目组面临着任务重、时间紧、战线长等问题。为保证项目的顺利完成,元宵节刚过,还能闻到沿黄两岸浓浓的炮竹味儿时,项目组成员便按计划分别踏上了驶往各工程的旅途。

料峭的初春,早上和晚上的温度多在零下。但在下船伊始,黄河物探人就以圆满完成工作为己任,以船为家,以河为家,严把质量关、严把安全关。

在河南-山东段,以项目组黄河物探3号船为主进行探测工作。由于黄河物探3号船为新竣工探测船,船工第一次进行根石探测工作,且河南多为大坝头,易出现回流等水情,因此测量刚开始就出现探测船偏离设定的路线等情况。为此,项目组对探测质量提出严格要求,对探测轨迹不上线、探测数据噪音大等问题采取多次测量,重复采集等技术措施,严把探测数据质量关。对于河南-山东段采沙船多、河道中钢丝多等问题,项目组要求船工和船上人员时刻注意水情水况,遇到采沙船、钢丝阻拦段坚决不靠近,做到宁可多绕弯,也不为赶时间而走钢丝。从枯枝满树的花园口,到春风已绿河两岸的山东郓城,项目组克服了大风、大雨、机械故障等诸多问题,接受了黄委会建管局、黄河设计公司安委会等部门和领导的多次现场检查。

在山东段,遇到的最大问题莫过于浮桥和入海口变幻莫测的天气。虽已是草长莺飞的四月天,但在垦利的入海口却是另外一番情景。毫无预兆的大风天气、广阔的入海口带来的GPS信号的传输问题等都给项目组带来了巨大的挑战。本是换上单衣的季节,项目组成员在这里又重新穿上了厚厚的棉衣。一换一穿之间,仿佛又是一次季节的变换。

而在陕西、山西段,没有了那么多的采沙船、浮桥、钢丝,而且从禹门口下船之时,恰逢上游水位下降、流量变小,行船变的更为安全。看似一切都很顺利,可是在这个黄河物探船第一次踏足的区域却又面临了新的问题。流量变小使整个上游水位较之前下降近1,显露的或隐藏的浅滩,给探测船带来了极大的隐患,在前往堤防工程途中探测船经常遇到搁浅的情况。由于渭河入河口上游流量较小,而且黄河分叉居多,所以很多工程处黄河已经没有了主流,剩下的只有平均水深不到1米的浅滩。在黄河韩城段和大荔县雨林段等,望着对岸近在咫尺的工程,只有“明知山有虎,偏向虎山行”。在上游,项目组最不可磨灭的记忆便是:推船。行船时船上必须有三个人,以在搁浅时随机下水推船。在上游工作结束时,支持探头的三个铁杆,也因浅滩等原因而断了两根。大家也都不无玩笑地说:“上游的船其实不是开下来的,是推下来的”。

始于斯,终于斯。随着最后一条探测船在花园口起吊,2014年度全河根石测量工作历经两个月的时间终于缓缓拉上了帷幕。两个月里,黄河设计公司投入了三个探测班组,二十多名技术人员,三条探测船及三套浅地层剖面仪,共计完成了黄河中下游5000多道坝垛的根石探测工作,摸清了黄河中下游靠水坝的基本情况,为黄河安然度过今年汛期提供了可靠的基础资料。纵然过程是坎坷的,但经验是宝贵的,成果是喜人的。

结束语

从禹门口到鹳雀楼、从风陵渡到西霞院、从花园口到东坝头、从东平湖到入海口,持续两个多月时间,绵延2000多公里,碾转河南、山东、山西、陕西四省,当再回过头看一眼那雄浑壮阔、百折向前的大河,不禁让人感叹:根石探测技术的发展与应用不正是一条这样曲折向前的道路么!黄河宁,天下平。黄河物探人愿用自己的智慧和汗水,保卫黄河安澜!

根石探测谱新篇 黄河安澜把梦圆――记2014年汛前黄河河道整治工
发布日期:2014-04-30 编辑:姜文龙 涂善波 来源:姜文龙 涂善波

题记:日前,随着最后一条探测船“黄河物探3号”在花园口浮桥起船吊运,历时2个多月的2014年汛前黄河河道整治工程根石探测项目外业工作顺利完成了!目前,项目组正在加紧进行内业资料整理和成果报告编写。从最初的改进根石探测方法的简单设想,到如今利用新技术全自动高精度地完成探测工作,作为项目承担单位的黄河设计公司工程物探研究院走过了一条不平凡的技术创新之路。

“老办法”步履蹒跚

有人说:世界上没有哪条河流像黄河这样对人类和自然具有如此巨大的塑造力,也没有哪个民族像中华民族这样对黄河如此敬畏。它塑造了河套平原等这样的塞外明珠,也是它的无情泛滥,给沿黄中下游的河南、山东等地人民带来了无法磨灭的灾难记忆。 黄河,这是个让中华民族怀有如此复杂情感的河流。

黄河素有“铜头、铁尾、豆腐腰”之说。 沿黄中下游各处,时常会看到诸如花园口决堤处、高村抢险处等纪念碑,而黄河下游的标准化堤防工程正是保护这“豆腐腰”最重要的屏障。 而根石探测工作就是要摸清堤防工程现状,为管理部门防汛决策提供第一手的基础资料,是黄河河道治理过程中的重要一环。

各个险工和控导工程的根石是保护工程沙土坯不被洪水冲走的重要保障,根石按照设计的要求衬砌堆放,能够最大限度地发挥坝垛的挡水功能,将洪流导向主河道。黄河河道宽,主流随季节来回摇摆,根石被不断变化的河水冲走,根石缺失较多的堤段易引起坝垛垮塌。水面以上部分的根石缺失肉眼即可看出来,而水面以下部分的根石情况就需要进行探测了。

传统的人工锥探是利用长杆状物往下捣来探测,捣不动了就认为是到根石,有时遇到淤积的泥沙、树根等杂物,甚至直接影响探测结果。整个探测全靠现场操作员的直觉来判断,带有很大的随机性和不确定性。老一辈的黄河工程维护人员早就注意到了这个老办法的弊端很多,每次探测需要大量的人力,效率低下,安全得不到保障。但是苦于多年来根石探测的技术一直没有新的突破,还停留在几十年前的水平上。根石探测是每年汛前检测的一项重点工作,检测时间只能集中在开春的两三个月内,人工锥探往往不能按时完成全部检测,老办法的步履蹒跚,已经影响到了黄河安澜的大局。

“新技术”的成长之路

“马上进入信息化时代了,想不到咱们黄河上还在用这么原始的方法探测根石,这是我们做技术的黄河人的耻辱啊!”忆及当初开始琢磨根石探测新技术的初衷时,项目经理郭玉松如是说。1997年,当时的他还在研究堤防隐患探测技术,在大堤上工作时,看到当地河务局的技术人员拿着测量竿,一点一点的靠捣来探测根石,他不禁想:要是能够开着船走几遍就把下面的根石探测清楚就美了!我们黄河设计公司应该有能力实现这个梦想。

从这样一个简单美好的想法出发,黄河设计公司开始了根石探测新技术的探索之路。通过大量的实践摸索和技术调研,1997年黄河设计公司通过水利部948”项目资助,引进了X-STAR全谱扫频式数字浅地层剖面仪,用于根石探测技术研究。2006年又通过水利部“948技术创新与转化项目,对探测设备进行了升级改造。20091月,研究成果通过水利部国科司组织的技术鉴定,鉴定委员会认为:研究成果总体达到国际先进水平,其中在小尺度精细化根石探测等关键技术的综合集成方面达到国际领先水平!研究成果于同年获得了黄委科技进步一等奖和创新成果一等奖,2010年获水利部大禹水利科学技术奖二等奖,并被列入水利部2010年度水利先进实用技术重点推广指导目录和水利部科技推广计划。

经过了十几年的努力,黄河设计公司通过不断的实践改进和技术创新,最终形成了一套完整的根石探测技术,该成果技术的先进性和工程实用性得到了黄委领导和相关部门的高度重视,并于2014年度由黄委建管局牵头制订了全河推广应用方案。根石探测新技术大显身手的时机来临了!

传统与科技的“交锋”

218,随着黄河物探3号船在花园口浮桥顺利下水,2014年度全河根石探测的序幕也正式拉开。随后,黄河物探1号船与黄河物探2号船分别于山东济南、河南台前顺利下水,全河根石探测工作按照计划顺利展开。

2014年度的全河根石探测,是基于浅地层剖面仪的新的根石探测方式在全河进行推广应用的第一年。该技术由3200-XS浅地层剖面仪、高精度GPS差分定位仪及相关配套导航软件、处理软件等组成。该探测技术采用非接触式浅地层剖面仪进行探测,在不使用人工锥的情况下,可使技术人员更直观地观测到水底根石分布情况。高精度差分定位仪的应用,则保证了测量的精确性,摆脱了传统利用水尺进行测量所带来的误差。

在山东东明河务局高村险工工程段,新技术与东明河务局的人工锥探进行了现场对比试验。通过这次直观的对比试验,东明河务局的现场工作人员切实感受到了科技对传统工作方式所带来的改变。在高村险工进行对比的22#23#坝,累积靠水断面4道。河务局工作人员利用传统锥探方式进行探测,共动用约10余人力,耗费时间约三个小时,整个探测过程由于水流较大,泥沙淤积较为严重,出现了探杆插入淤泥后断落、无法拔出等情况。因水流原因,相继出现探测船固定不稳,测点偏离断面线、锥杆无法垂直锤入、工作人员安全等其它问题。在东明河务局已锥探过的断面上,黄河物探2号船沿着既定测量轨迹开始了测量,整个探测过程仅用时五分钟左右。相对于传统锥探2米一个点距,浅地层剖面仪可直接将水底及泥底情况“扫”出来,使工作人员更直观观测到根石分布情况。通过卫星、基准站和移动站差分结算进行定位,可将测量数据定位到毫米级别,为高精度探测提供了保障。

传统与科技的碰撞,让河务局现场工作人员对新技术赞不绝口:“黄河根石探测终于用上了高科技啊!”全数字化及非接触式的测量方式,在保证测量安全的同时,也可为堤防工程提供相关数字化信息,为构建“数字黄河”提供了基础数据支撑。

在整个全河探测工作中,项目组成员均积极邀请河务局相关工作人员上船参观,向相关工作人员讲解整个探测过程的基本原理并进行实时测量展示。整个探测技术从工作效率、测量精度、可靠性和安全性等方面均远优于传统测量方式,整个测量技术均受到相关工作人员的高度评价。

一切只为黄河安澜

根据黄委要求,2014年度整个黄河中下游堤防工程根石探测任务要在汛前完成,项目组面临着任务重、时间紧、战线长等问题。为保证项目的顺利完成,元宵节刚过,还能闻到沿黄两岸浓浓的炮竹味儿时,项目组成员便按计划分别踏上了驶往各工程的旅途。

料峭的初春,早上和晚上的温度多在零下。但在下船伊始,黄河物探人就以圆满完成工作为己任,以船为家,以河为家,严把质量关、严把安全关。

在河南-山东段,以项目组黄河物探3号船为主进行探测工作。由于黄河物探3号船为新竣工探测船,船工第一次进行根石探测工作,且河南多为大坝头,易出现回流等水情,因此测量刚开始就出现探测船偏离设定的路线等情况。为此,项目组对探测质量提出严格要求,对探测轨迹不上线、探测数据噪音大等问题采取多次测量,重复采集等技术措施,严把探测数据质量关。对于河南-山东段采沙船多、河道中钢丝多等问题,项目组要求船工和船上人员时刻注意水情水况,遇到采沙船、钢丝阻拦段坚决不靠近,做到宁可多绕弯,也不为赶时间而走钢丝。从枯枝满树的花园口,到春风已绿河两岸的山东郓城,项目组克服了大风、大雨、机械故障等诸多问题,接受了黄委会建管局、黄河设计公司安委会等部门和领导的多次现场检查。

在山东段,遇到的最大问题莫过于浮桥和入海口变幻莫测的天气。虽已是草长莺飞的四月天,但在垦利的入海口却是另外一番情景。毫无预兆的大风天气、广阔的入海口带来的GPS信号的传输问题等都给项目组带来了巨大的挑战。本是换上单衣的季节,项目组成员在这里又重新穿上了厚厚的棉衣。一换一穿之间,仿佛又是一次季节的变换。

而在陕西、山西段,没有了那么多的采沙船、浮桥、钢丝,而且从禹门口下船之时,恰逢上游水位下降、流量变小,行船变的更为安全。看似一切都很顺利,可是在这个黄河物探船第一次踏足的区域却又面临了新的问题。流量变小使整个上游水位较之前下降近1,显露的或隐藏的浅滩,给探测船带来了极大的隐患,在前往堤防工程途中探测船经常遇到搁浅的情况。由于渭河入河口上游流量较小,而且黄河分叉居多,所以很多工程处黄河已经没有了主流,剩下的只有平均水深不到1米的浅滩。在黄河韩城段和大荔县雨林段等,望着对岸近在咫尺的工程,只有“明知山有虎,偏向虎山行”。在上游,项目组最不可磨灭的记忆便是:推船。行船时船上必须有三个人,以在搁浅时随机下水推船。在上游工作结束时,支持探头的三个铁杆,也因浅滩等原因而断了两根。大家也都不无玩笑地说:“上游的船其实不是开下来的,是推下来的”。

始于斯,终于斯。随着最后一条探测船在花园口起吊,2014年度全河根石测量工作历经两个月的时间终于缓缓拉上了帷幕。两个月里,黄河设计公司投入了三个探测班组,二十多名技术人员,三条探测船及三套浅地层剖面仪,共计完成了黄河中下游5000多道坝垛的根石探测工作,摸清了黄河中下游靠水坝的基本情况,为黄河安然度过今年汛期提供了可靠的基础资料。纵然过程是坎坷的,但经验是宝贵的,成果是喜人的。

结束语

从禹门口到鹳雀楼、从风陵渡到西霞院、从花园口到东坝头、从东平湖到入海口,持续两个多月时间,绵延2000多公里,碾转河南、山东、山西、陕西四省,当再回过头看一眼那雄浑壮阔、百折向前的大河,不禁让人感叹:根石探测技术的发展与应用不正是一条这样曲折向前的道路么!黄河宁,天下平。黄河物探人愿用自己的智慧和汗水,保卫黄河安澜!


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