黃河之“黃”

藏著治黃難題的密鑰

水文之“韌”

尋求破局創(chuàng)新的良方

從人工蹲守到光電“捕沙”

從量程突破到推廣應用

他們追的是一束穿透泥沙的光

更是黃河水文現(xiàn)代化的未來

造一臺“懂黃河”的儀器

2017年冬，黃河水文儀器裝備研發(fā)工作室里，牛茂蒼攥著一把黃河沙，目光落在桌上攤開的幾份報告上：同位素測沙儀維護難，濁度儀扛不住高含沙，振動式測沙儀總被漂浮物堵……面對這些測沙難題，這位通信工程專業(yè)出身、精通電子電路的工程師陷入沉思。

當著10人研發(fā)團隊的面，牛茂蒼立下誓言：“黃河有自己的脾氣，咱們要造一臺能‘看透’黃河渾水的儀器，讓測沙不再那么難！”

“過去測沙全靠人工蹲守，職工每隔半小時就得冒著洶涌的浪濤去取樣，樣本靜置24小時才能出結果。遇上沙峰過境，更是要和時間賽跑進行‘搶測’，整宿不能合眼?！毙±说讕靺^(qū)勘測局原局長吳巖回憶道，“測沙問題亟須解決?！?/span>

研發(fā)團隊跑遍黃河沿線測站，“冬天結冰，儀器得抗凍；長期水下運行，要能自動清洗；水位變幅大，儀器要能自動調整水下位置……”這些一線需求，成了研發(fā)工作的“指南針”。

“用光電原理，讓特定波長的光在渾水中散射，根據(jù)光強度變化算出含沙量?！眻F隊敲定技術路線時，國內外幾乎沒有可供借鑒的成熟經驗，牛茂蒼帶著大家“摸石頭過河”。

彼時，水利部、黃委高度重視水文現(xiàn)代化建設，提出“水利現(xiàn)代化，水文要先行”。黃委水文局黨組將測沙儀器研發(fā)列為重點攻堅任務，統(tǒng)籌資源，全力保障。

“5+2”“白+黑”連軸轉的日子里，研發(fā)團隊以黃河泥沙為樣本，收集了68萬組原始數(shù)據(jù)，持續(xù)開展因子校準、多點校正、核心算法模型建立、特定波長光電組件選型測試等實驗，連續(xù)運行2304小時，1853次實驗記錄寫滿筆記本。實驗室儼然成了他們的“第二個家”。

三年磨一劍。2020年夏天，第一臺光電測沙儀問世。它集成主機、數(shù)據(jù)采集終端、通信終端、太陽能供電系統(tǒng)和在線測控平臺等核心模塊，支持多種安裝方式，具備自檢清洗功能，能“全年無休”工作。摸著這臺凝結了1000多個日夜心血的儀器，牛茂蒼感慨：“這是給黃河交的第一份‘草稿’，還得在實戰(zhàn)里打磨。”

吻合！吻合！

小浪底水文站是黃河干流的“沙峰觀測哨”，每年調水調沙期間，該站測驗斷面含沙量劇烈波動，成為光電測沙儀的“首秀舞臺”。2020年汛前，第一臺HHSW·NUG-1型光電測沙儀運抵該站。時任站長張保偉看著這臺“不銹鋼家伙”，心里犯嘀咕：“這玩意兒真能取代人工測驗？”

牛茂蒼帶著團隊守了一個月，近40攝氏度的高溫下，儀器箱燙得能煎雞蛋，他們每隔一小時就去檢查，生怕出一點差錯。7月的一天，沙峰突然襲來，張保偉指揮站上職工人工取樣，同時盯著儀器屏幕——38次比對，數(shù)據(jù)基本吻合！2021年，率定取樣38次，數(shù)據(jù)依然與人工結果整體吻合！

“以前搶測沙峰常常熬通宵，現(xiàn)在每6分鐘傳一次數(shù)據(jù)，再也不怕漏過沙峰。”張保偉說。

經過大量比測試驗分析，光電測沙儀于2021年在小浪底水文站正式批復投產，應用于調水調沙泥沙監(jiān)測，最高可測含沙量為375千克每立方米。同年，該儀器多項關鍵技術獲國家發(fā)明專利，小浪底水文站成為黃河干流首個水文全要素在線監(jiān)測試點站。

跟著黃河“跑”

小浪底水文站的試用成功，沒讓研發(fā)團隊停下腳步。“寧蒙測區(qū)冬天結冰，要設計恒溫軌道實現(xiàn)冰下在線監(jiān)測；山東淺灘河道，得設計浮體安裝……”團隊帶著儀器跟著黃河“跑”，在不同河段量身定制方案、優(yōu)化性能。三門峽庫區(qū)水文水資源局團隊也加入其中。2024年8月8日，馬連河洪德水文站暴雨如注。三門峽庫區(qū)水文水資源局副局長徐永紅帶著防汛預備隊，踩著泥濘駐守在河邊。“含沙量超700了！”站長金彥科盯著屏幕，手心攥出了汗。這里是黃河流域的“極端考場”，光電測沙儀的量程紀錄多次在此刷新。

8月9日7時，第一次沙峰襲來——863千克每立方米！人工監(jiān)測值850千克每立方米，誤差僅1.5%。8時36分，屏幕上跳出“938千克每立方米”，與人工監(jiān)測值高度契合，再次刷新紀錄！

2025年6月30日，慶陽水文站傳來更振奮的消息：1110千克每立方米！三門峽庫區(qū)水文水資源局提前半個月就在河邊調試儀器，給設備加裝高頻清洗模塊，優(yōu)化光學算法。“終于把測沙極限推到1000以上了！”站長沈錦杰拿著監(jiān)測報告，激動不已。

從2022年的375，到2023年的451，2024年的938，再到2025年的1110，光電測沙儀量程接連突破，每一步都浸著水文職工的智慧與汗水、團結與力量。

黃河上的“智能網”

在凌汛期，光電測沙儀裹著保溫層，在零下20攝氏度的冰河里照樣工作；在典型干流站，它能根據(jù)水位變化自動調整水下位置；在新疆、廣東的河流上，這款“黃河造”儀器也扎下了根。

截至2025年，光電測沙儀已在全國10多個省份推廣，在全河6大測區(qū)“上崗”，實現(xiàn)黃河中下游干流和重要支流站全覆蓋。單站人力成本降低70%，數(shù)據(jù)時效性從24小時縮短到6分鐘。

光電測沙儀的進階，只是黃委水文局“十四五”水文現(xiàn)代化的一個縮影。水利部、黃委統(tǒng)籌推進黃河水文現(xiàn)代化，要求“構建現(xiàn)代化雨水情監(jiān)測預報體系”，水文局黨組以此為綱，推動水位、流量、雨量觀測實現(xiàn)自動傳輸。如今，走航式ADCP全覆蓋，冰期蒸發(fā)自動監(jiān)測系統(tǒng)破解了高寒地區(qū)冬季冰面蒸發(fā)監(jiān)測“盲區(qū)”，智慧水文艇能測深測流，數(shù)字孿生水文系統(tǒng)逐步構建……從“人工蹲守”到“智能模擬”，從“單一測報”到“四預支撐”，黃河水文大變樣。

“泥沙顆粒級配能否實現(xiàn)在線監(jiān)測呢？”新形勢下，水利部、黃委又提出新的課題。黃河捕沙“追光者”的故事，還將繼續(xù)。

來源：水利部黃河水利委員會

作者：趙晉秀

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