作者:史俊庭 王静琳 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2015/10/17 14:55:50
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黄科院泥沙所65年九曲黄河治本探索路

 

科学网郑州讯 (记者史俊庭 通讯员王静琳)它是黄河上成立的第一家泥沙专业研究机构,围绕三门峡、小浪底水库的建设与运行,以及重大治黄战略的实施,承担了大量科研项目,成果灿若繁星。

它是黄河水利科学研究院(以下简称黄科院)的前身,65年矢志不渝探索黄河泥沙运行规律,在国内外泥沙研究领域享有盛誉。

它就是黄河水利科学研究院泥沙研究所(简称“泥沙所”)。

诞生于百废待兴之时

黄河是世界上含沙量最大的河流,加剧黄河洪水灾害的直接原因是泥沙淤积。“派出昆仑五色流,一支黄浊贯中州。吹沙走浪几千里,转侧屋闾无处求。”北宋文学家王安石的诗句,形象地描绘了泥沙给黄河两岸人民带来的沉重灾难。正是这些泥沙,使黄河洪水多次冲出大堤,淹没了无数村庄、良田、基础设施……

新中国成立伊始,百废待兴,人民治黄事业随即全面铺展开来,提出了包括修建三门峡水利枢纽在内的一系列治黄新主张,主要目标是防洪减沙。

治黄必先治沙,但不了解黄河泥沙运行规律怎么治。黄河的巨量泥沙,使它不同于世界上任何一条河流,治黄无经验可供借鉴。

于是,1950年10月,在迫切的现实需求下,在水利部领导和中外专家的建议下,黄委宣布成立黄委泥沙研究所,专门研究黄河泥沙。

随后,伴随着黄河治理开发事业的发展壮大,泥沙所又经历了3次更名、5次重组。

1956年,经水利部批准,以黄委泥沙研究所为基础,成立综合性的黄委会水利科学研究所,泥沙所更名为泥沙研究室;1961年,泥沙研究室与水工研究室合并为水工泥沙研究室,至1963年又分开;1991年,黄委会水利科学研究所组建为黄河水利科学研究院,泥沙研究室组建成泥沙研究所;2001年,为进一步优化人员结构和学科建设方向,将工程水力学所并入泥沙研究所;2012年,由于专业问题,水工研究室和工程泥沙研究一室与泥沙研究所分离。

时光荏苒,一晃65年过去了,泥沙所作为黄科院8个所(中心)中的核心力量,始终把目光聚焦于泥沙,因为泥沙问题仍是困扰黄河治理的最大难题。

目前,泥沙所下设河情咨询及治黄战略、工程泥沙、河床演变、河道整治、河口海岸及生态环境、数学模型、量测技术等7个研究室及办公室。66名在职职工中,有教授级高工19人,9人拥有博士学位,38人拥有硕士学位。

泥沙所还是水利部黄河泥沙重点实验室、模型黄河基地、黄河超级计算中心的主要技术依托单位。主要研究领域包括河流泥沙运动基本理论、水库调控理论与技术、河床演变与河道整治、河情咨询与治黄战略、涉河建筑工程技术评价、泥沙资源利用技术、水利量测技术与仪器开发等。

孜孜探索为了黄河安澜

65年来,泥沙所立足治黄、站位高远,为各项重大治黄实践和决策提供了有效支撑,尤其在三门峡水库改建与运用、黄河调水调沙、黄河下游河道整治、黄河流域综合规划编制等方面,提出了一些前瞻性的观点,引领了治黄事业的发展方向。

近10年来,泥沙所更是跻身治水国家战队,承担及参与完成了国家科技支撑计划、973基础研究计划、自然科学基金等20余项国家级科研任务。除此之外,泥沙所还完成水利部、黄委重大项目40余项;获得大禹科学技术奖、河南省科技进步奖、黄委科技进步奖在内的60余项奖励;在核心期刊发表论文400余篇,出版专著50余部。

这里,撷取其中7项科研成果,虽是“管中窥豹”,亦可见泥沙所思维之新、研究之实、成果之丰。

——跟踪研究黄河河情和治黄战略性问题,为宏观决策提供参考。自2003年黄委启动基础研究计划以来,黄科院依托泥沙所成立黄河河情跟踪咨询研究团队。10多年来,该团队持续跟踪黄河水沙情势变化、暴雨洪水事件,及时向有关部门反馈重大河情。同时,团队根据流域经济社会发展趋势及其对治黄的新要求,重点开展治黄全局性、战略性关键技术研究,并在每年汛前向黄委党组及各职能部门专题汇报咨询意见和建议。目前,《黄河河情年度咨询报告》已出版为系列专著,在国内产生了广泛影响。

——提出潼关高程控制指标和三门峡水库运用方式,确保渭河安澜。潼关位于黄河和渭河汇流区下游,距离三门峡水库大坝113.5千米,三门峡水库建成运用后,由于库区淤积上延,曾一度使潼关高程上升,威胁到渭河下游和黄河小北干流河道防洪,以及三门峡库区周边的经济发展和生态环境,甚至引起了三门峡水库存废的争论。泥沙所联合其他4家单位组成项目组,经过3年攻关,提出了潼关高程控制目标和三门峡水库运用调整方式,才平息了争论。该成果2005年通过水利部验收,2006年被鉴定为国际领先水平,至今还在应用于生产实践。

——深入认识黄河下游游荡性河道河势演变规律,提出整治方案,确保黄河下游防洪安全。黄河下游河道游荡多变,是世界闻名的地上“悬河”。主流的大幅度摆动,不仅给滩区人民留下了难以磨灭的苦难记忆,还可能导致堤防出险,威胁防洪安全。

泥沙所研究揭示了“河性行曲”和“大水趋直、小水坐弯”等河势演变规律,建立了河道整治工程设计指标体系,提出了“分段整治、突出‘节点工程’、实现游荡性河道整治有机统一”的整治新思路,还提出了小浪底水库运用后游荡性河道进一步整治的具体方案与工程布置方案,以及近期实施意见。该成果除了直接应用于2006年12月启动的新一轮黄河下游游荡性河道整治外,在宁蒙河段、渭河、沁河河床演变与河道整治的研究、规划及实践中也得到推广应用。该成果获得2010年度大禹水利科学技术一等奖。

——提出黄河健康修复目标及对策,维持黄河健康生命。20世纪90年代以后,由于人类对河川径流的过度索取和对洪水的过度调控,黄河的自然功能已经退化到足以威胁黄河自身生命、制约流域经济社会可持续发展,甚至威胁人类生存和健康的地步,迫使人们不得不重新审视与黄河相处的方式,从而提出了“维持黄河健康生命”的治河新理念。

但是,怎样的黄河才算是健康的,我们该如何维持它的健康呢?泥沙所研究提出了黄河健康指标体系,并基于对影响黄河健康的关键因素分析,提出了实现黄河健康所需要采取的关键途径和技术手段。研究成果被《黄河流域综合规划》、《黄河水资源综合规划》、《黄河河口综合治理规划》采纳,并应用于黄河水量统一调度的生产实践。该成果获大禹水利科学技术一等奖。

——研发黄河数学模拟系统,使治黄决策更具科学性和前瞻性。“三条黄河”是治黄的有效手段,其中的“数字黄河”的核心和灵魂就是数学模拟系统,它能在治黄实践开展前,在计算机上模拟、分析、遴选出最佳的实施方案,使治黄决策更具科学性和前瞻性。

黄河数学模拟系统研发团队历经10年,研发的黄河数学模拟系统在黄委组织的测评中名列第一,并被指定为应用级数学模型系统;2014年入选国家洪水风险图编制项目软件目录。系统包含河道、水库、波浪—潮流、水质、水温、河冰等计算模块,已广泛应用于黄河调水调沙、国家防汛指挥系统、黄河下游洪水风险图制作、防洪影响评价等重大治黄实践。

——研发多沙河流洪水演进与冲淤演变数学模型,提高防洪预见性。提前一分钟预判出洪水风险,防洪就多一分主动,经济就少一些损失。泥沙所通过研究多沙河流水沙运动基本特性与河床演变基本规律,构建了多沙河流洪水演进与河床冲淤演变准二维泥沙数学模型和黄河下游河道平面二维水沙数学模型,大大提高了洪水演进的预见性。该模型在黄河下游防洪、调水调沙、河道演变预测及滩区治理、小浪底水库运行等实践中得到应用,对学科发展也有极大促进作用。该成果获得大禹水利科学技术一等奖。

——参与治黄重大实践活动方案制订与效果分析。“利用桃汛洪水冲刷降低潼关高程试验”是黄委近年来控制潼关高程的综合措施之一,从试验指标的优化研究、试验预案的编制到试验的实施和跟踪调整,泥沙所全程参与其中。

自2002年以来,黄河调水调沙已实施14年,泥沙所也做了14年的相关研究工作:开展了调水调沙调控指标及关键参数制定、不同调控方案的优化计算、小浪底水库人工异重流塑造设计、小浪底至花园口区间洪峰增值预报等工作;进行了调水调沙河情实时跟踪,提交了《西霞院至花园口干流区间洪峰增值滚动预测报告》,系统开展了调水调沙效果后评估,并对下一年度调水调沙提出建议。

助推流域经济社会可持续发展

近年来,黄委把“治河为民,人水和谐”作为治河的主线。泥沙所紧紧围绕这一主线,利用专业优势,在社会上承担了多项防洪评价任务,为流域经济社会可持续发展贡献力量。

泥沙所结合涉河建筑工程的技术特点,针对复杂桥群、复杂地形下设计洪水水位、壅水水位、冲刷深度等关键技术问题,持续开展研究,已初步形成了计算相对规范的防洪评价服务平台,为各种参数的选取提供了参考范例,为高质量完成防洪评价任务提供了可靠的工具。

截至目前,泥沙所已完成了包括铁路、公路、输油(输气)管道、超高压输电线、取水口、排污口等建筑物跨河、穿河、穿堤、临河建设等在内的防洪影响评价任务120多项。其中,京沪高速铁路桥是连接中国“四纵四横”客运专线网中“一纵”的关键节点,也是中国《中长期铁路网规划》中投资规模大、技术水平高的一项工程;三门峡黄河公铁两用大桥是蒙西至华中地区铁路煤运通道的重要部分,该通道线路全长1817千米,是新的国家战略“北煤南运”的运输通道。泥沙所以优质的服务,完成了这两项国家大型建设项目的防洪评价任务,获得业主的高度评价。

另外,泥沙所还为黄河之外的其他河流管理提供了技术支撑。比如:提出改变聊城市水库运用方式的意见;为渭河河道整治划定治导线;设计完成渭河枯水期调度系统等。

审时度势思辨未来

当前,黄河泥沙科研形势正在悄然发生着变化:一是黄河水沙锐减,尤其是泥沙,由20世纪五六十年代的年均输沙量16亿吨减少到3亿吨左右,有些年份甚至不足1亿吨;二是随着新形势下治黄理念的转变和我国推进生态文明建设战略的提出,要求泥沙科研方向必须做出调整,由防洪减淤拓展到服务经济社会发展和生态建设。

国家科研管理体制也正处于转折时期,现有的国家科技支撑计划、973基础研究计划、水利部公益性行业专项等重大计划项目,均纳入国家重点研发计划专项,导致今后申请科研项目的渠道更为集中,申请难度增加,要与全国的科研院所竞争。

泥沙所从实际出发,在思辨中审时度势,寻找未来发展的方向,提出了未来5年的发展思路和保障措施。

发展思路:一是积极对外联合,多渠道申请国家重点研发计划专项“江河治理与水沙调控技术”的相关课题;二是制定激励政策,加强市场开拓,稳定科研骨干队伍;三是加强治黄战略研究,拓展学科领域,调整专业结构;四是改善科研环境,引进优秀人才;五是营造创新氛围,提高基础研究能力及科研素养,争取获得高层次科研成果。

保障措施:一是拓展研究领域,增设治黄战略研究室、河口及环境研究室,关注流域经济发展对治黄的新要求;二是建立横向项目承揽人奖励办法,鼓励职工闯市场、找项目;三是建立各研究室人员交流、流动机制,允许各研究室进行人员调整,以此开放机制,逐步提高科研工作效率,使研究人员释放一定的压力;四是建立各研究室项目合作机制,实现科研成果、平台、仪器设备的共享,避免低水平重复研究;五是建立内部考核机制及高效服务机制,为科研人员提供优质服务;六是建立潜心研究、潜心创新机制,鼓励优秀的、甘于寂寞的基础研究人员多出创新成果。

“九曲黄河万里沙,浪淘风簸自天涯。”泥沙多是黄河复杂难治的根源,泥沙所抓住“治沙”这一黄河治理之本,引领黄河泥沙研究65年,揭示黄河泥沙运行规律、探寻泥沙处理和利用举措,是护佑黄河岁岁安澜的中坚力量。黄河“水少沙多、水沙关系不平衡”的特性没有改变,泥沙研究依旧任重道远,泥沙所定会再接再厉、敏思笃行,支撑黄河走向长治久安的新时代。

 
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