科技治河耕耘路

徐腾飞 乔增淼

黄河，一个内涵丰富，形象多元的符号。它带来了源源福祉，但也是中华民族心头之患。古往今来，多少先贤志士，皓首穷经，前赴后继，探寻治河之道，以求国泰民安。

黄河真正迈进科技治河的新时代，是从1946年中国共产党领导人民治理黄河以后。人民治黄70年来，水利科技发展日新月异，在黄河治理开发与管理保护事业中，发挥了重要的技术支撑作用。

黄河水利科学研究院（以下称黄科院）作为治黄科研专业队伍，秉持“科学、民主、创新、超越”的科研精神，围绕治黄中心，服务流域经济社会发展需求，逐步形成以河流泥沙、水土流失过程与控制、堤防安全与病害防治、流域农村水利为核心，以水力学与生态环境、科研信息化、治黄战略为重点的研究布局，肩负着科技治河、文明兴业的光荣使命。

沙与水的协调

“黄河斗水，泥居其七”，实现黄河安澜，关键在治沙。

1950年10月5日，在庆祝新中国成立一周年的欢乐中，黄河水利委员会泥沙研究所（黄科院前身）成立，科技治黄开始踏上逐梦之旅，从此66年风雨兼程，默默耕耘，矢志探索黄河泥沙运行规律。

以泥沙研究得名，首攻方向自然是泥沙。

黄科院先后在三门峡水库改建与运用、小浪底水库拦沙运用、黄河调水调沙、黄河下游河道整治、黄土高原水土保持生态建设等方面，提出了许多富有前瞻性、创造性、实用性的泥沙治理观点和方法，相关研究成果已广泛应用于黄河治理实践，取得了显著成效，引领了治黄事业发展方向，引起了国内外同行的瞩目。

20世纪60年代，三门峡水库建成运用后，库区淤积上延，潼关高程随之抬升，威胁渭河下游和黄河小北干流河道防洪，对三门峡库区周边经济发展和生态环境也造成不利影响，三门峡工程存废问题争论激烈。

相持不下时，周恩来总理提出“统筹全局、辩证求实”的观点和“确保西安，确保下游”的原则。黄科院服从治黄大局，解放思想，大胆实践，联合国内其他单位，持续攻关，提出了潼关高程控制指标和三门峡水库运用调整方式，找到了基本解决水库泥沙淤积问题的办法，即加大泄流排沙， 调水调沙，实现“蓄清排浑”，保持有效库容。

实践出真知，三门峡水库的成功改建，丰富和发展了泥沙科学理论，加深了科研人员对治理黄河的长期性、复杂性、艰巨性的认识，治河思想和方略也发生了一次重大转折。

20世纪90年代，小浪底水利枢纽开工建设。小浪底水库承担着黄河防洪减淤的重任，把脉问诊小浪底水库运用中的各种“疑难杂症”，科学调度，健康运行，确保下游人民生命财产安全，是科研人员在治黄舞台上演的一部重头戏。

水库拦沙运用初期，主要靠异重流排沙延长拦沙库容使用年限。但是在天然条件下，黄河很难依靠自身力量实现异重流排沙。如何利用黄河有限的水量，通过人工干预的办法，找到异重流产生并可排沙出库的临界条件尤为关键，但这并非易事。

经过不懈努力，治黄科研人员提出了异重流潜入条件及潜入位置、异重流持续运行条件及排沙能力等一系列研究成果，奠定了塑造异重流的理论基础，打开了一条利用自然规律，借力科技手段，最大实现排沙出库的路子。

2004年，黄河实施第3次调水调沙试验，首次人工塑造异重流成功，大大提高了小浪底水库的排沙效率，为小浪底水库进行了一次健康有效的“洗胃”。2010 —2013年黄河汛前调水调沙，人工塑造的冲刷型异重流排沙比均超过100%，下游河道主槽得到全线冲刷，河道过流能力明显增强。

这一研究成果为小浪底水库在充分保障黄河下游减淤、供水、防断流的前提下，尽可能延缓水库淤积速度、有效利用支流库容等方面提供了技术支撑。

水少沙多、水沙关系不协调是黄河复杂难治的症结所在。开展黄河水沙变化研究意义重大，影响深远，关系到治黄方略的确定、流域水沙资源的配置以及重大水利工程的布局等。

21世纪以来，针对黄河水沙发生的显著变化，黄科院承担了“十一五”“十二五”国家科技支撑计划“黄河流域水沙变化情势评价研究”课题、“黄河水沙调控技术研究及应用”项目，2013—2015年开展的“黄河水沙变化研究”、“973”课题等深化研究了黄河水沙变化规律，创建了水沙变化趋势评估技术体系，综合评价气候、水利工程、生态建设工程和经济社会发展等减沙作用及其对水沙变化的贡献率，为新时期黄河治理开发决策提供了理论支撑。

从源头上减沙拦沙，是黄河科研工作的又一重心。围绕这一需求，黄科院在黄土高原水土流失过程与模拟、土壤侵蚀和水沙变化规律研究、黄河中游砒砂岩区抗蚀促生治理理论与技术、流域水文过程及其生态效应等方面开展了大量卓有成效的工作。

被称为“地球癌症”的砒砂岩，无水硬如石，遇水即成泥，草木更难生，是黄河河床不断淤积抬高的“罪魁祸首”之一。

多年来，黄科院通过开展砒砂岩抗蚀促生与原岩改性治理关键技术研究，优化了砒砂岩地区抗蚀促生材料措施、生物措施与工程措施的集成技术及立体配置模式，创新了砒砂岩区水土流失综合治理措施。

从实地检查和径流泥沙试验观测情况看，原本植被稀少的砒砂岩坡面上长出了一人多高的野牛草，当地人惊呼从未见过如此繁茂的植被，减少坡面产流70%以上，减少产沙90%以上。

用砒砂岩筑坝也是一大创举。用改性后的砒砂岩建造的一座淤地坝，不但汛期安然无恙，坝坡面还长出郁郁葱葱的小草，改变了不用砒砂岩筑坝的历史。

在长期科技治河实践中，科研人员逐渐认识到，处理和利用黄河泥沙必须采取综合措施。在“拦、排、调、放、挖”治理方略的基础上，进一步提出了“用”的思路，把泥沙作为一种宝贵资源，实现持续开发利用，以达到减少河道淤沙、保护环境、改善滩区群众生活条件的目的，实现黄河水沙资源最大效益。

从这一战略高度出发，黄科院积极推进黄河泥沙资源利用研究与实践，建立黄河泥沙资源利用示范基地，探索泥沙综合利用新技术新工艺，比如，以黄河泥沙为主要原料，利用“免烧”技术制备黄河专用防汛石料，产品成品与天然石料相当，在巩义河务局、兰考河务局、原阳河务局进行了抛投试验，效果良好。

河与堤的较量

黄河河床高于大堤外的地面，一旦决口后果不堪设想。大堤就像一位孔武有力的忠诚卫士，把黄河揽入臂弯，安然流淌。

黄河大堤历史悠久，远在春秋战国时期就有堤防，随着治河实践的发展，黄河堤防的修建、管理和防守技术都不断提高。人民治黄以来，经过几次大修堤，特别是标准化堤防修建后，黄河大堤已成为一道巍峨坚固的水上长城。

围绕黄河堤防安全工作的实际需要，黄科院依托水利部堤防安全与病害防治工程技术研究中心、水利与交通基础设施安全防护河南省协同创新中心等平台，通过联合攻关、技术创新、技术引进等方式，对堤防安全检测（监测）、安全评价、除险加固中的难题开展研究，经反复试验修改，直至完善后再用于解决工程安全问题。

目前，在堤坝隐患探测、安全防护与评价等方面，黄科院自主研发了不少新技术，其中，“黄河河道整治工程根石探测技术研究与应用”等多项成果获国家专利和省部级科学技术进步奖。

在“内创”的同时，黄科院也十分注重“外引”，先后引进了堤防大坝、水库安全监测系统、分析系统等多种先进技术，其中，边坡监测系统在引进消化的基础上实现了国产化。

随着河床逐渐抬高，“河涨堤高”的筑堤防洪风险越来越大。黄河上游内蒙古河段在过去10年中也“蹿”高了2米多，成为继黄河下游之后又一处“地上悬河”。

解决问题，首先要找准问题。黄河冲出邙山后，进入下游平原，落差骤然变小，河道宽浅散乱，主流大幅度摆动，水流平缓，泥沙大量沉积，二级悬河，横河、斜河、滚河出现，造成大堤冲决隐患。整治河道，控导水流，一直是黄河下游防洪需要解决的问题。

多年来，黄科院立足于黄河治理开发与管理保护的战略目标及重大需求，持续开展了泥沙运动基本理论、河床演变与河道整治、高含沙河流模拟及洪水演进预报等方面的研究，取得了多项原创性成果。大多数成果直接转化为生产力，为确保黄河岁岁安澜和黄淮海地区经济社会发展提供了重要的科技支撑。

黄科院主持完成的黄河小浪底至苏泗庄河道模型科学试验工作，为黄河下游河道治理和防洪安全提供了科学依据，解决了黄河高含沙洪水模型设计这一复杂的关键性技术难题。在高含沙洪水演进规律及河床演变方面，揭示了黄河高含沙洪水造床规律，提出了水沙条件变异带来的影响，确定了下游河道平衡输沙流量、含沙量与历时临界阈值，建立了下游各河段冲淤调整输沙能力公式，实现了高含沙水流研究由传统经验向普适理论的跨越，极大促进了河流泥沙学科的发展。

主持完成了“黄河高含沙洪水‘揭河底机理研究”项目，建立了高含沙洪水“揭河底”现象发生的物理图形，揭示了其发生机理及“揭河底”冲刷期胶泥块底部水流紊动结构发展与传递规律，建立了水流紊动结构变化量值关系及相应的判别指标体系，通过概化模型试验成功复演了真正意义上的黄河“揭河底”奇观，有关成果达到国际领先水平。

实践是理论的源泉。黄科院主持完成了治黄重大项目“黄河下游游荡性河道河势演变机理及整治方案研究”，从微观角度揭示了“河性行曲”内在机理，揭示了“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，构建了河道整治工程设计指标体系，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，制定了具体实施意见。该成果应用于2006年12月启动的新一轮黄河下游游荡性河道整治，在黄河防洪减灾、保障宽河道滩区、黄淮海平原人民的生活稳定等方面取得了显著效果，成果在宁蒙河段、渭河、沁河河床演变与河道整治的研究、规划及实践得到推广应用，产生了重大的社会、经济和环境效益。

防洪和防凌，都是事关黄河安危的大事。每年凌汛期，黄科院都派驻科研人员到内蒙古包头防凌一线开展破冰试验。2012年，黄科院联合沈阳军区司令部工程科研设计院等单位开展黄河上游河道破冰排凌减灾关键技术研究。这项技术对河道冰层厚度、冰下水位、温度以及流凌速度、密度等参数同时进行连续自动监测，并通过无人机进行观测，实现全方位冰凌动态监测，解决了传统测验方法自动化程度低、劳动强度高、危险性大等问题，基本实现了由被动应急救灾向主动干预的转变。

提前一分钟预判出洪水冰凌风险，防洪防凌就多一分主动，经济就少一分损失。本着这种责任意识，黄科院历经10年研发的黄河数学模拟系统，在黄河防凌防洪实践中起到了关键支撑作用，并被指定为应用级数学模型系统，名列黄委测评第一，2014年入选国家洪水风险图编制项目软件目录。这套系统目前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，使治黄决策更具科学性和前瞻性。

利与患的博弈

利与患，始终是黄河的两张面孔。

历史上，黄河决口改道频繁，洪水灾害深重。据记载，在人民治黄之前的2000多年中，黄河下游决堤达1590余次，改道迁徙26次，平均三年两决口，百年一改道。每次决口改道，无不是泥沙俱下，千里泽国，生态环境久久难以恢复，“黄河宁，天下平”的局面，一直难以实现。

黄河一个“宁” 字，让科研人员经历了多少日夜“不宁”。从源头到尾闾，从高原到河湖，从实验室到工程一线，他们披星戴月，呕心沥血。

在黄河科研人员心里，保护黄河，让黄河避“害”趋“利”，福惠百姓，是最大的担当。

进入21世纪，黄河水资源供需矛盾突出、下游河道频繁断流、河槽萎缩严重、水污染加剧等新问题接踵而至。黄河流域内多年平均河川径流量大幅减少，水资源利用程度高达70%，远超过国际公认40%的警戒线。

为缓解水资源对经济社会和生态环境的制约，实现对水资源科学管理，黄委对黄河干流水量实施统一调度，改变了黄河20世纪90年代年年断流的局面。

结合黄河水资源调度管理需要，黄科院在水量调度技术、水资源优化配置、水权水市场理论研究等方面收获一批研究成果。

在水权转让基础理论、同一行政区域内部的农业工程措施节水水权转让、现代农业节水水权转让、省区跨地市水权转让等方面开展了研究，有效提高黄河水资源利用效率和效益。此外，还在不同省区之间的水权转让、跨流域水权转让、水土保持水沙置换以及水市场等方面进行了探索性研究，这些成果丰富了我国水权水市场的理论体系，发挥了市场机制在水资源合理配置中的作用，在调动用水户节水的积极性、促进水资源用水效率与效益的提高，实行最严格水资源管理制度方面都产生了积极影响。

新中国成立后，黄河流域灌溉事业得到了快速发展。下游修建引黄涵闸、虹吸工程，昔日两岸的沙荒盐碱之地，如今粮棉连年丰收，成为国家重要的粮棉生产基地。

黄科院一直致力于以灌区为对象的相关技术问题研究，为节约利用水资源寻计问策。近年来，极端灾害天气明显增加，黄河流域冬春连旱频繁发生，波及范围广、旱情异常严重。为确保区域粮食安全，黄科院根据黄河防总要求，多次派出专家组，奔赴河南、山东、陕西、甘肃、河北等省份，开展土壤墒情实时监测，指导沿黄有关省（区）抗旱减灾工作。

在节水理论和节水技术研究方面，黄科院开展了“十一五”国家支撑计划项目“黄河流域大型灌区节水改造模式指南研究”、“十二五”国家支撑计划项目“引黄灌区井渠双灌节水技术集成与示范”、科技部农资转化项目“干旱区农田覆盖非充分灌溉技术示范与推广”和水利部科技创新项目“黄河干流灌区节水潜力研究及水权理论运用探索”等，对灌区节水量计算方法、干旱区主要作物农艺节水条件下非充分灌溉制度也进行了积极探索，初步建立了以黄河灌区节水灌溉为中心的节水理论和节水技术体系。

在灌区基础信息平台方面，黄科院构建了“黄河下游引黄灌区基础信息数据库”，研发完成了“黄河下游引黄农业用水信息交换平台”，开发了“河南引黄灌区农业用水信息交换平台”，并在黄河水量调度中进行了示范应用，取得了良好效果。

随着业务发展和实力壮大，黄科院引黄灌溉研究团队的工作从黄河下游向上中游和西北内陆河扩展，包括宁蒙灌区、关中灌区、塔里木河流域、黑河干流等，同时，参与起草了《黑河干流水量调度管理办法》，并以水利部第38号令颁布实施。

黄河干流水力资源丰富，上游水电站组成了我国目前最大的梯级水电站群，为西北、华北地区经济发展提供了强大动力。黄科院为龙羊峡、李家峡、刘家峡、三门峡、小浪底等多座大型水电站的工程设计、施工提供了大量技术标准和科学依据，优化了水利枢纽的布设结构。

在电站发电运行阶段，通过优化水库调度及利用方法，使水库长期保持较大有效库容，维持有利的库区形态，延长水利枢纽使用寿命及使用效果，同时确保水资源合理调配，消涝补旱，减少弃水。

黄科院还是国内最早进行抗磨蚀研究的科研单位之一，科研人员整合各种硬金属和非金属抗磨技术资源，先后开发和改进了喷涂、电镀等近十种抗磨蚀防护技术，解决了过流部件磨损问题。这些技术成果在黄河龙口、三门峡、青铜峡、万家寨等水电站推广应用后，效果十分理想，设计寿命一般在10～20年，大大提高了水电站运行效率和功能，节省电费达数亿元。

智与力的融合

2013年7月4日的《人民日报》，这样登载了赵业安的事迹：“横亘在赵业安面前有两大‘顽症：一个是盘伏在他身上40多年并不断扩散的癌魔，一个是被称为世界性难题的‘黄河泥沙之患。”

赵业安的故事掀开了黄河科研人员躬耕科研、献身黄河的冰山一角。70年来，无数像赵业安一样的黄河科研人，用青春和汗水描绘黄河长治久安的美好蓝图，并在岁月的涓涓溪流中，凝聚成“科学，民主，创新，超越”的黄河科研精神。

时光流转，持续奋进；薪火传承，人才辈出。

黄科院是高学历、高素质人才的聚集地，也是治黄人才和智慧的摇篮。先后有20余人分获全国、河南省、水利系统劳动模范、先进个人、岗位能手等荣誉称号。

长期以来，黄科院十分重视人才培养和引进，特别是高层次人才，陆续出台了各项配套政策和保障机制，把引人与引智，内培与外引相结合。在治黄科研一线的长期浸染熏陶下和良好的政策机制激励下，一批优秀中青年专家、学者脱颖而出，增强了科研实力，壮大了人才队伍，在国际国内学术舞台上，展示了良好形象和声誉。

目前，黄科院有国际大坝委员会水库泥沙专业委员会主席1人、享受国务院特殊津贴2人、突出贡献中青年专家1人、中组部联系专家1人；水利部水利科技英才1人、水利部“5151人才工程”部级人选 4人、钱宁泥沙科学技术奖获得者2人；河南省“中原学者”1人、河南省科学技术带头人（555人才）6人、河南省优秀专家3人、“河南青年五四奖章”获得者2人。

科研平台是科研成果孕育的孵化器。在水利部、科技部等部委以及黄委的大力支持下，黄科院先后成立了“水利部黄河泥沙重点实验室”“黄土高原水土流失过程与控制重点实验室”“水利部堤防安全与病害防治工程技术研究中心”3个省部级重点平台，另外还建设有“模型黄河”试验基地、“东营黄河河口试验基地”以及多个委级研究平台。“模型黄河”基地已成为面向国内外开放的教学与科研基地，党和国家领导人多次亲临视察，并给予高度赞赏。

为提高黄河重大决策的科学化与信息化水平，推进“数字黄河”工程建设，黄科院成立了“黄河水利委员会黄河超级计算中心”“黄河水利委员会数字流域模拟工程技术研究中心”；为加快科技成果的转化与推广，服务于黄河流域经济建设，成立了“黄河水利委员会科技推广中心”“水利部科技推广中心黄河科技推广示范基地”等；为创新黄河流域节水理论和技术，加快构建节水理论和节水技术体系，成立了“黄河流域农村水利研究中心”“新乡节水试验基地”等。

近年来，随着黄河长治久安及流域经济社会发展对治黄科研提出的新要求、新挑战，黄科院在研究思路上不断扩展，立足黄河，但不局限于黄河。着重以黄河自然规律和重大技术及生态问题研究为对象，围绕防洪减淤、水土保持与生态治理、水资源利用与保护、堤防安全与病害防治等重要领域和关键问题，积极开展项目立项和科技攻关，在机理、规律研究及技术集成创新方面有了新的突破，呈现良好发展势头。

“十二五”时期，黄科院先后承担了国家自然科学基金项目50余项。主持并参与多个重大国家级、省部级科研项目和研究课题，其中牵头承担国家科技支撑计划项目3项；国家“973”项目2个课题、3个专题；国家“863”计划1个专题；水利部公益性行业科研专项12项；“948”计划4项，“推广计划”4项，农业部“农转项目”2项。其中，有4项科研成果获国家科技进步奖，21项获省部级科技奖，20项获黄委科技进步奖，科研成果质量进一步提高。2010年至今发表论文近千篇，出版专著39部，获国家专利46件、软件著作权9项。

厚重的文化是一个单位的内在魅力和发展动力。黄科院在实施“科技兴院”的同时，提出“文化稳院”的新理念：鼓励百家争鸣、兼容并蓄的学术交流和切磋，营造民主平等、双向包容、双不越位的科研文化；鼓励科研文化研究和探索，宣传有利于治黄科研发展的先进理念，把科学精神和人文精神相结合，实现科研人员思想成长、科研进步、情操高尚。

2012年，黄科院成功创建省级文明单位并保持至今。

“十三五”时期，随着国家水安全战略步伐，结合国家科技改革要求，黄科院从实际出发，明确了未来5年的主要发展目标：创新驱动发展，以出思想、出成果、出人才、出效益为目标，提高单位核心竞争力。到2020年，提升河流泥沙、水土流失过程与控制、水工程安全与病害防治、水资源管理与农村水利4个优势领域在国际上的影响力，注重发展水沙环境与水力学、流域经济与治黄战略、科研信息化等新领域，把黄科院建设成为“多泥沙河流研究国际一流、水利综合研究国内一流”的研究院。

围绕这一目标，黄科院制定了7项落实措施，统筹规划，分期分类，各尽其责，把黄科院的单位发展与科研人员个人发展紧密联系在一起。

“到那时，黄科院的学术评价将会更加科学规范，学术生态环境将会明显改善，创新人才竞相涌现，科技工作者探索研究的积极性也会显著提升。”黄科院负责人这样满怀期待地说。

这个目标一定要实现，这个目标一定能够实现！