作业船探测根石

新技术探测与传统锥探对比

断面图像

　　□ 本站通讯员 都潇潇 姜文龙 涂善波

　　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年汛前黄河河道工程根石探测项目外业工作顺利完成。

　　这是新的根石探测技术在黄河进行全面推广应用的第一年，也标志着黄河河道探测技术迈上一个新的台阶。

　　传统技术与新技术的碰撞

　　每年正月刚过，东明河务局工程管理科职工贾全民就要和同事们开始例行一项重要工作——汛前河道工程的根石探测工作。

　　身着救生衣，一名经验丰富的老职工拿着测杆向水下探查工程根石是否被水冲走，为了安全，探测人员身上还绑上安全绳，由另一名职工拉着保护。贾全民告诉记者：探查根石是基本功，全凭经验，探测杆捣不动了就认为是探到根石。有时遇到淤积的泥沙、树根等杂物，就会影响探测的最终结果。 

　　老一辈的河工早就注意到这个老办法的弊端。即探测工作需要大量的人力，效率低，安全也得不到很好的保障。但是苦于多年来根石探测技术一直没有新突破，还停留在几十年前的水平上。

　　随着黄河科技发展，去年黄河东明段就被选作试点，运用新技术进行根石探测。

　　这项新技术是由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，在不使用人工探测的情况下，可使技术人员更直观地观测到水下根石分布情况。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。

　　3月15日，山东东明高村险工段。这项新技术与人工探测正在进行现场对比试验。试验选取了高村险工22号、23号坝，累积靠水断面4个。

　　贾全民与13名同事耗时3小时，用传统探测方式进行探测。

　　人工探测结束后，由黄河设计公司组织的黄河物探2号船沿着既定测量轨迹开始测量，整个探测过程用时5~7分钟。

　　比测结果显示，传统人工探测定位主要靠皮尺和肉眼，每两米探测一次。新技术运用卫星定位和导航测量，同一个测点，断面直、密集度强、精确度高。相当于给水下根石做了一次“CT”。黄河设计公司工作人员做了一个形象的比喻，传统方式相当于漆黑的夜里摸一个物体的形状，而新技术就是用夜视仪在观察这个物体。

　　这场直观的对比试验，让贾全民切切实实感受到了科技给传统工作方式带来的改变。他告诉记者：“新技术不仅节省时间，还比人工快、准、细，安全系数也高。”

　　由于黄河泥沙淤积严重，水下情况未知，人工探测常出现探杆插入淤泥后断落、无法拔出等情况。加之水流流速快，相继出现探测船固定不稳，测点偏离断面线、测杆无法垂直插入、工作人员涉水安全等不确定问题。“新技术”浅地层剖面仪可直接将水底及泥底情况“扫描”出来，能够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。

　　随后，贾全民被邀请上船参观。黄河设计公司物探院工作人员讲解了新技术的基本原理，并进行实时测量展示。在了解到新技术的工作效率、测量精度、可靠性和安全性等方面均远优于传统测量方式时，在黄河工程管理一线干了23年的贾全民由衷地对新技术赞不绝口：“黄河根石探测终于用上了高科技啊！”

　　新技术应运而生

　　这场传统技术与新技术的碰撞背后，是技术创新的比拼。

　　黄河根石是黄河堤坝的保护屏障，根石按照设计的要求进行加固，能够最大限度地发挥坝垛的抗冲刷能力。黄河河道宽，主流来回摇摆，有些根石被不断变化的河水冲走，根石缺失较多的坝垛及险工易引起垮塌。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。

　　长期以来，根石探测技术一直是困扰黄河下游防洪安全的重大难题之一，解决根石探测技术问题，就能及时掌握根石的分布情况，对减少河道整治工程出险、保证防洪安全至关重要。

　　传统的人工探测全靠探测人员的直觉来判断，带有很大的不确定性。而且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。如何能在时间短、任务重的情况下圆满完成，这给黄河科技人员提出了要求。

　　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。2009年1月，该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。

　　这套根石探测技术的先进性和实用性得到了黄委领导和相关部门的高度重视，今年，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刻来临了！

　　2月18日，随着黄河物探3号船在花园口浮桥顺利下水，随后，黄河物探1号船与黄河物探2号船分别在山东济南、河南台前顺利下水，2014年黄河汛前根石探测工作按照计划有条不紊地展开。

　　一切只为黄河安澜

　　为加快新技术的推广运用，提高探测精度和功效，从2013年开春开始，黄委多次召开主任专题办公会议，详细研究制订根石探测新技术推广工作。在前几年开展生产性试验的基础上，2013年黄委继续推广根石探测新技术，选取了黄河下游8个市局作为试点（郑州、豫西、濮阳、焦作、菏泽、聊城、淄博、东平湖）开展根石探测，取得了良好效果。今年，全河工作会议提出：修订黄河河道整治工程根石探测管理办法，规范根石探测技术管理。这些为全面推广运用根石探测新技术取消人工探测奠定了基础。

　　而承担这项新技术推广的黄河设计公司物探院项目组，为保证黄河中下游堤防工程根石探测任务汛前完成，马年元宵节刚过，在沿黄两岸浓浓的年味儿中，项目组成员便按计划分别踏上了驶往各工程的旅途。

　　在河南—山东段，主要以黄河物探3号船为主进行探测工作。由于该船为新竣工探测船，船工也是第一次探测根石，再加上河南河段大坝头多，易出现回流等水情，因此刚开始测量时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—山东段采砂船多、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，遇到采砂船、钢丝阻拦段，宁可多绕弯，也不为赶时间而身涉险地。项目组克服了大风、大雨、机械故障等诸多问题，接受了黄委建管局、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4月，但在黄河入海口却是另一番情景。毫无预兆的大风天气、无GPS信号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、山西段由于流量变小，显露的或隐藏的浅滩，给探测船带来了极大的困扰，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，所以很多工程脱离了黄河主流，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，望着对岸近在咫尺的工程，项目组不得不下水推船。在工作结束时，支持探头的3个铁杆断了两根。项目组人员戏言：“中游的船不是开下来的，是推下来的”。

　　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，岸线绵延近2000多千米。黄河设计公司投入了3个探测班组，20多名技术人员，3条探测船及3套新探测仪器，共计完成了黄河中下游3000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。

　　黄河宁，天下平。不管是科技人员，还是一线河务职工，所有黄河人都在不停地用自己的智慧和汗水，书写着黄河安澜曲！（摄影/姜文龙）

　　来源：中国水利网站 2014年5月13日