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(xiàn)了質(zhì)的飛躍，解決了多少年來黃河人工探測根石費(fèi)時、費(fèi)力、誤差大的難題，可以說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(shè)計(jì)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?xì)夤艿朗┕び龅郊夹g(shù)難題，轉(zhuǎn)而借助這雙“眼睛”，“看”準(zhǔn)了30米深水、6米厚江底淤泥覆蓋下鋼管管道的準(zhǔn)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(shè)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(yù)設(shè)難題。還有武漢漢江下穿隧道工程已經(jīng)預(yù)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(xiàng)目負(fù)責(zé)人之一張曉予根據(jù)成果特點(diǎn)，給它起了一個更為貼切的名字：小尺度水域精細(xì)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(yīng)用》項(xiàng)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(guī)總院、中國科學(xué)院、中國水電顧問集團(tuán)、華北水院、中國地質(zhì)大學(xué)等單位專家學(xué)者組成的專家組的鑒定。鑒定委員會一致認(rèn)為該研究成果總體達(dá)到國際先進(jìn)水平，其中在小尺度精細(xì)化根石探測等關(guān)鍵技術(shù)的綜合集成方面達(dá)到國際領(lǐng)先水平，并建議加大成果的推廣應(yīng)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)過試點(diǎn)應(yīng)用階段，已經(jīng)推廣開來。2010年2月，在黃委建管局的積極協(xié)調(diào)組織下，黃河設(shè)計(jì)公司工程物探研究院即承擔(dān)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(wù)。外業(yè)探測自2月20日進(jìn)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(shè)管理方面的分管領(lǐng)導(dǎo)，黃委副主任趙勇一直關(guān)注著根石探測技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。2010年3月4日，趙勇在花園口現(xiàn)場檢查新技術(shù)根石探測工作時說：“根石探測新技術(shù)效率高、精度高，應(yīng)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(xiàn)代化進(jìn)程。”
2010年7月21日，黃委主任李國英在全河委務(wù)會議上要求：“努力提高工程管理現(xiàn)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(tǒng)推廣運(yùn)用。”
根據(jù)黃委主任辦公會會議紀(jì)要關(guān)于3～5年內(nèi)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(yīng)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(zāi)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(nèi)側(cè)修建了一排排控導(dǎo)工程，凌空鳥瞰其狀恰如一排鳥的翅膀，其目的是為了控導(dǎo)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(hù)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(dǎo)壩，必須用散石護(hù)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(dú)特的風(fēng)景線。
修筑一個控導(dǎo)工程，投資最大的部分就是石頭。在修筑控導(dǎo)壩體前，必須先用散拋石穩(wěn)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(diǎn)點(diǎn)往下沉，沉到一定厚度，就穩(wěn)定住了。據(jù)有經(jīng)驗(yàn)的河工講，穩(wěn)定后根石深度一般是在11米到12米左右。
自20世紀(jì)60年代以來，黃河下游累計(jì)修筑大大小小的控導(dǎo)工程達(dá)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(jìn)行探測，以了解根石走失情況，及時進(jìn)行修復(fù)，保障防洪安全。
“每年汛前，河務(wù)局、河務(wù)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(jīng)改進(jìn)使用了機(jī)械錐探，但仍解決不了根本問題。用機(jī)器往水下打錐桿，不但水面定位不準(zhǔn)，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(zhǔn)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(shù)以萬計(jì)控導(dǎo)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(xiàn)了實(shí)質(zhì)性的飛躍。人工探測和機(jī)械探測所測的點(diǎn)都是很有限的，而小尺度水域精細(xì)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(xiàn)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(fù)、拋石具體部位在哪兒，都可以準(zhǔn)確地判斷。”
10年堅(jiān)持練就“慧眼”
談到10年來的研發(fā)之路，張曉予感慨良多：“堅(jiān)持就是勝利，我們研發(fā)組盯緊這個項(xiàng)目，籌措資金，耐住寂寞，10年攻關(guān)，最終獲得成果?，F(xiàn)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(xiàng)目資金，引進(jìn)了淺地層剖面儀并始終關(guān)注著項(xiàng)目進(jìn)展，及時提供各種力所能及的支持。該設(shè)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(xiàng)目負(fù)責(zé)人，國科局組織設(shè)計(jì)公司、防辦、建管局、黃科院、水文局、河南局成立聯(lián)合項(xiàng)目組，進(jìn)行了大量水下隱蔽物探測試驗(yàn)和設(shè)備改造。先是在花園口進(jìn)行穿透淤泥試驗(yàn)，選擇了幾百個點(diǎn)進(jìn)行測驗(yàn)，并拿探測結(jié)果與人工錐探的結(jié)果進(jìn)行對比分析，經(jīng)過近3年的檢驗(yàn)取得了進(jìn)展，認(rèn)定該設(shè)備可以穿透淤泥進(jìn)行探測，可以在多泥沙環(huán)境中使用。
接下來就是探索如何將試驗(yàn)技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)楣こ碳夹g(shù)。首先遇到的是硬件問題。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問題，就是在黃河上行不通。“黃河河面上騰起的細(xì)微泥沙經(jīng)常會鉆進(jìn)磁帶機(jī)里面，導(dǎo)致磁頭失效、記錄數(shù)據(jù)丟失，為此，項(xiàng)目組曾經(jīng)找到西安石油物探設(shè)備廠維修，又跑到北京等地購換新的磁帶機(jī)，可沒用幾天就又壞了。”張曉予說。
2006年，美國公司改進(jìn)了設(shè)備，使用光盤和硬盤記錄。黃委隨即申請了一個改進(jìn)主機(jī)項(xiàng)目，由于國家撥款還存在缺口，項(xiàng)目組頂住壓力，籌措十幾萬元對設(shè)備主機(jī)進(jìn)行了升級換代。改進(jìn)后的系統(tǒng)由一臺一體化主機(jī)和一臺液晶顯示器組成，探測定位采用GPS全球定位系統(tǒng)，操作使用和維護(hù)保養(yǎng)比較方便，最重要的是新主機(jī)的數(shù)據(jù)存儲采用了大容量硬盤，解決了原設(shè)備在數(shù)據(jù)存儲、傳輸及回放等過程中存在的數(shù)據(jù)丟失等問題。
再就是關(guān)于184千克的儀器探頭，探測時掛在船側(cè)、淹沒在水面以下，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(shè)備，我們都很心疼。”張曉予說，“我們試了好多辦法，做了無數(shù)次試驗(yàn)，先后經(jīng)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(shù)問題。按照試驗(yàn)要求，進(jìn)行探測試驗(yàn)時需要在一個斷面上來回測試，這需要試驗(yàn)船能夠在流動的河面上保持直線行使，可是，要做到沿?cái)嗝嫘写瑓s很不容易。不適應(yīng)黃河急流的試驗(yàn)人員遇到了種種困難：在大水之上行船不穩(wěn)定、難以準(zhǔn)確定位，壩前水位深淺不一、船到達(dá)不了測驗(yàn)地點(diǎn)，等等。“最終是黃河岸邊行船經(jīng)驗(yàn)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(yàn)，解決了這一難題。”
困難與挑戰(zhàn)總是不斷出現(xiàn)，研發(fā)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(shù)難題：根石信號判別特征、數(shù)據(jù)處理軟件開發(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繪制與計(jì)算，以及為與數(shù)字工程管理對接開發(fā)根石探測管理系統(tǒng)等。解決這些問題讓項(xiàng)目組研發(fā)人員大費(fèi)腦筋，探索與求解貫穿了整個研發(fā)過程。
“我們在探測試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，處理后的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)圖中顯示要么在上，要么在下，不能形成一條斷面形態(tài)，這說明數(shù)據(jù)處理存在問題。”張曉予說，“所有操作都嚴(yán)格按照程序進(jìn)行，雖然請教了清華大學(xué)的博士，但還是沒能找到問題之所在。”
“關(guān)鍵時候還得靠自己，我們自己的青年軟件專家開始對設(shè)備的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行分析研究，通宵達(dá)旦，苦思冥想，用了近一年的時間，硬是將美國儀器內(nèi)的原始數(shù)據(jù)格式解讀了，就如同將一個折疊了無數(shù)層的紙帶一層一層拉展一樣。我們又進(jìn)行無數(shù)次試驗(yàn)和比照，最終發(fā)現(xiàn)問題出在讀取的GPS定位儀數(shù)據(jù)點(diǎn)和剖面儀獲得數(shù)據(jù)點(diǎn)不能準(zhǔn)確對接，以致造成數(shù)據(jù)錯亂。”
“原因是數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)的精度不夠，為此，我們又花費(fèi)了很大精力制作出了自己的數(shù)據(jù)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。
所有問題都解決了，10年的時間也過去了，回首無數(shù)個日日夜夜，項(xiàng)目組的研發(fā)人員無怨無悔：“我們堅(jiān)持下來了，我們的辛苦沒有白費(fèi)，研發(fā)成果通過了專家的鑒定，技術(shù)應(yīng)用前景很好。”
深水“慧眼”沒有辜負(fù)研發(fā)人員的期望，以其卓絕的透視探查能力和國內(nèi)獨(dú)一無二的核心技術(shù)，為黃河以及需要它的地方作出了一次又一次的貢獻(xiàn)。