探索治河“未知”的腳步不曾停下

王靜琳　時爽　趙何晶

“與世界上任何一條江河相比，黃河的治理開發與管理都更需要科學的支撐，努力創造世界最優異的治河科研成果，也必然是黃河科研人員永恒的志向和追求……迄今為止，我們對于黃河基本規律的認識和把握仍然是‘未知大于‘已知。”2010年，在黃河水利科學研究院（以下簡稱黃科院）成立60周年之際，時任黃委主任的李國英對黃科院寄予厚望。

匆匆歲月又5年，黃科院探索治河“未知”的腳步不曾停下，用璀璨的科研成果續寫了65年的光輝歷程。針對不同時期黃河的突出問題，黃科院先后完成國家自然科學基金、國家科技重點攻關計劃、國家重點基礎研究發展規劃等5000余項科研任務，推動黃河治理開發進程；有300余項科研成果獲國家、省（部）及黃委獎勵；在國內外公開發行的刊物上發表3000余篇學術論文，出版科技專（譯）著100余部。

應治黃迫切需求而誕生

1950年10月5日，黃科院的前身黃委泥沙研究所在水利部領導和中外專家的建議、醞釀與運籌下誕生。當時，黃委在對黃河下游堤防大規模修整的同時，提出“節蓄洪水，平抑暴漲，保持土壤，減低沖刷”的主張，還派出專家對擬建的黃河干流上首座大型水利樞紐——三門峽的壩址進行查勘，急需科技做支撐。黃委泥沙研究所的任務除繼續完成下游修堤中各種土料的壓實試驗外，主要承擔黃河各中心水文站泥沙測驗資料的整理和顆粒分析等。

1956年，黃委泥沙研究所更名為黃委水利科學研究所，成為流域性的水利科學綜合研究機構，在原有的泥沙研究基礎上增加了水土保持和新技術應用研究學科。

1991年，黃委水利科學研究所升格并更名為黃河水利科學研究院，還啟動了占地374畝的鄭州北郊“模型黃河”試驗基地建設。

如今的黃科院與65年前偏于一隅、科研力量薄弱的黃委泥沙研究所相比，可謂天壤之別。當人們來到位于鄭州市區的黃科院，首先映入眼簾的是大門口赫然掛著的好多塊“招牌”——水利部黃河泥沙重點實驗室、水利部堤防安全與病害防治工程技術研究中心、水利部黃土高原水土流失過程與控制重點實驗室、河南省水利與交通基礎設施安全協同創新中心、黃河流域農村水利研究中心、黃河水利委員會黃河超級計算中心、黃河水利委員會黃河水利科學研究院博士后科研工作站、黃河研究生培養基地等。

在“模型黃河”試驗基地，建有多座試驗技術先進的大型試驗廳，其中包括小浪底至陶城鋪的黃河下游河道模型廳、小浪底水庫模型廳、三門峽水庫模型廳、水土流失試驗廳等。“模型黃河”試驗基地已成為治黃的名片，它既是研究黃河的科研基地，又是愛國主義教育基地和宣傳黃河的窗口，江澤民、溫家寶等中央領導人都曾到這里視察。

人才是科技發展的根本，是科技創新的關鍵。黃科院404名在職職工中，有高級職稱以上人員200余人，具有博士、碩士學位人員200人，此外還有特聘教授、專家30余人。黃科院已形成以河流泥沙、水土保持、堤防安全與病害防治等為優勢學科，以工程力學、防洪減災與水利管理、水資源與水生態、高新技術、灌溉與節水技術、水利信息化與測控技術等為支撐學科的創新體系，涵蓋專業60多個。

合作共贏是黃河科研突飛猛進的一大法寶。黃科院不但重視與國內科研機構、高等院校和企業開展合作，還積極開展多層次、全方位的國際交流與合作。黃科院同美國、英國、法國、荷蘭、日本、俄羅斯、意大利、德國、印度等國家建立起良好的學術交流與合作關系。1980年以來，有千余名國內外專家來黃科院訪問、講學，黃科院派出數百人次出國考察，進行學術交流，這是前30多年無法比擬的。

璀璨成果推動黃河治理開發進程

“路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索。”65年來，黃科院傳承和發揚“科學、民主、創新、超越”的科研精神，圍繞黃河治理開發，提出了大量具有全局性、戰略性、前瞻性的觀點；一次次臨危受命、勇往直前，提交了具有國際、國內領先水平的科研成果，支撐治河實踐的順利實施。

——研究推廣水墜法筑壩技術，攔減泥沙，造福人民

利用水墜法筑壩是西北地區人民創造的一種多快好省的土壩施工方法，用于水土保持、治山治水和農田基本建設，但由于缺乏理論指導和技術規范，施工中常出現“鼓肚”和滑坡問題。1973年起，黃科院會同其他單位開展長達14年的技術攻關，研究出既適用于黃土高原沙礫土也適用于我國由北向南分布的各類土質的水墜法筑壩技術。據不完全統計，目前，我國利用水墜法筑壩技術建壩總數已達上萬座，發揮出顯著的治沙、減沙效益。該研究成果獲國家科學技術進步獎二等獎。

——深入認識黃河下游游蕩性河道河勢演變規律，提出整治方案，確保黃河下游安瀾

1999年10月小浪底水庫蓄水后，改變了進入黃河下游的流量過程及水量分配，中小流量過程持續的時間更長。在長期中小流量持續沖刷下，黃河下游河道畸形河彎頻繁出現，河勢發生明顯的上提下挫現象，防洪壓力增大。2002年，黃科院牽頭的項目組開始系統研究小浪底水庫運用以后游蕩性河道進一步整治的理論、方案及實施問題。

黃科院等單位研究揭示了“河性行曲”和“大水趨直、小水坐彎”等河勢演變規律，提出了“分段整治、突出‘節點工程、實現游蕩性河道整治的有機統一”的整治新思路，建立了整治工程設計指標體系、工程具體布置方案以及近期實施意見。

該研究成果獲得2010年度大禹水利科學技術一等獎。成果除直接應用于新一輪黃河游蕩性河道整治外，在黃河寧蒙河段、渭河、沁河河床演變與河道整治研究、規劃及實踐中也得到推廣應用。理論成果在多所高校“水力學及河流動力學”博士、碩士生教學中得以應用，并分別被納入新修訂出版的《水工設計手冊》及即將修訂出版的《泥沙手冊》。

——研究提出潼關高程控制目標和三門峽水庫運用調整方式，力保渭河安瀾

潼關位于黃河和渭河匯流區下游，距三門峽水庫大壩113.5公里，三門峽水庫建成運用后，由于庫區淤積上延，曾一度使潼關高程上升，威脅到渭河下游和黃河小北干流河道防洪，以及三門峽庫區周邊的經濟發展和生態環境，甚至引起三門峽水庫存廢的爭論。黃科院聯合其他4家單位組成項目組，經過3年攻關，提出了潼關高程控制目標和三門峽水庫運用調整方式，才平息了爭論。該成果2005年通過水利部驗收，2006年被鑒定為國際領先水平，至今還在應用于生產實踐。

——探索黃河中游近期水沙銳減原因，服務流域綜合規劃

21世紀以來，黃河水沙情況發生顯著變化，尤其是黃河潼關水文站實測輸沙量由1919年至1959年的年均15.92億噸，減少到2000年至2014年的年均2.71億噸，減幅達83%。黃河水沙變化如此之大，原因何在？未來趨勢是什么？這些問題關系到黃河治理開發戰略決策。

自2008年以來，黃科院組織研究人員多次赴黃河中游地區，通過對典型支流、溝道和重點河段的詳細查勘調研，收集到豐富翔實的第一手資料，探索了黃河水沙銳減原因、水土保持對水沙銳減的貢獻程度、暴雨條件下來水來沙對近期水土保持措施綜合治理的相應關系。

研究成果對于評價未來，尤其是極端氣候條件下黃河水沙變化情勢具有重要意義，為《黃河流域綜合規劃》（2012—2030年）及《黃河水沙變化研究白皮書》的編寫提供有力支撐。

——致力于“三條黃河”建設，拓展黃河治理開發的科技手段

65年來，作為“模型黃河”規劃、建設、運行整個過程的主持單位，幾代黃河科研人為黃河實體動床模型模擬理論、技術的發展不懈努力，有些專家甚至為此奮斗終生。黃科院利用“模型黃河”開展大量關鍵性、前瞻性的治黃方略研究，“模型黃河”已成為治黃不可或缺的研究手段。

黃科院在“數字黃河”建設方面亦是功績卓著：編制了《“數字黃河”工程數學模擬系統建設規劃》，全面分析模型資源現狀和建設需求，明確未來5年至10年系統建設的目標任務；研發的黃河數學模擬系統在黃委組織的測評中名列第一，并被指定為應用級數學模型系統，2014年入選國家洪水風險圖編制項目軟件目錄。

——探索創新小浪底水庫設計、建設與運用的重大關鍵技術

小浪底水庫設計、建設、運用的每個過程，都留下了黃河科研人奮斗的足跡。在設計建設階段，為了確保建筑物布置形式和電站防沙措施方案最優，通過多次模型試驗，六改方案，最終提出泄水建筑物“一字形”排列方案，成果獲水利部科技進步一等獎；對孔板消能洞進行了大量系統論證和渾水原型中間試驗，驗證了孔板消能的可行性和安全性。在運行階段，為了尋求小浪底水庫攔沙初期最佳運用方式，開展大量研究，指出小浪底水庫優選淤積形態為三角洲形態，并提出“適時延長或拓展相機降水沖刷”的水庫優化調度方式，從而延緩了水庫淤積速度。

——助力黃河調水調沙，成功塑造異重流

調水調沙是實現黃河長治久安的關鍵性舉措，塑造異重流是歷次調水調沙關鍵的環節。黃科院研究提出了異重流排沙的臨界水沙條件、異重流塑造的時間及有利的適宜邊界條件等，設計了歷年異重流塑造方案，實現了減少小浪底水庫淤積、優化庫區淤積物組成、優化出庫水沙組合等多項預期目標，為三門峽水庫在長期枯水系列條件下保持沖淤平衡發揮作用。

——揭示黃河下游河道洪峰增值機制，提出減少洪峰增值的調控對策

2004年小浪底水庫異重流排沙期，黃河下游河道出現洪峰增值，給小浪底水庫調度與下游河道防洪帶來諸多壓力，在社會上引起一定程度的恐慌。黃科院研究認為，異重流排沙期高含沙洪水在黃河下游演進過程中，導致河道動床糙率急劇變小，是造成洪峰增值的直接內因，河道前期基流條件為洪峰增值提供了水量來源。同時，研究提出了減少較大洪峰流量出現概率的黃河干流水庫調控措施。研究成果直接指導了黃河調水調沙與黃河下游防汛決策，已經并將繼續發揮重大的經濟和社會效益。

——治理砒砂巖區，減少入黃粗泥沙，保障我國能源核心基地生態安全

砒砂巖被稱為地球環境癌癥，極易風化為沙，被暴雨帶入黃河。砒砂巖區面積只占黃河流域面積2%有余，但每年向黃河輸入的粗泥沙約2億噸，其中，造成下游淤積的粗泥沙達1億噸左右，占黃河下游河道每年平均淤積量的25%。

2013年2月，黃科院啟動國家科技支撐計劃“黃河中游砒砂巖區抗蝕促生技術集成與示范”項目，針對砒砂巖侵蝕巖性機理、固結促生技術、改性筑壩技術及抗蝕促生措施立體配置技術等開展研究。目前，已摸清砒砂巖侵蝕動力學機理和侵蝕巖性機理，提出抗蝕促生措施立體配置模式，并建立示范區和綜合效益預測模型。

結題后，成果有望在砒砂巖區大面積推廣，減少進入黃河的粗泥沙，改善當地百姓生產生活條件，保障我國能源核心基地生態安全。

——揭示黃河“揭河底”沖刷機制，提出防治措施

“揭河底”沖刷是黃河特有的一種河床劇烈演變現象，“揭河底”沖刷發生時，在幾小時至幾十小時內河床即會沖深幾米乃至十幾米，對工程安全、引水灌溉等影響很大。從2005年開始，黃科院開展了持續10年的系統研究，通過試驗成功模擬了“揭河底”現象，揭示其力學機制，提出“揭河底”發生的臨界判別指標，以及應對“揭河底”沖刷的工程防護措施和高含沙洪水三門峽與小浪底水庫聯合調控模式。

成果除應用于黃河小北干流防洪工程規劃設計、防汛搶險、水庫調度等工程實踐外，還被應用于清華大學、武漢大學、河海大學、華北水利水電大學的教學中。

——開發邊坡監測數據后處理系統，實現黃河下游堤防的實時安全監測

監測不僅可以保證工程的施工、運行安全，還可以驗證設計、優化設計。但是，過去黃河下游淤筑工程設計中沒有監測項目，而堤防邊坡的失穩破壞是一個從漸變到突變的發展過程，一般單憑人們的直覺難以發現，必須依靠精密的監測儀器和適宜的技術方法進行周期監測。為此，黃科院引入美國先進的AGI邊坡安全監測系統，結合黃河實際，開發了具有數據管理、統計分析、安全評價功能的邊坡監測數據后處理系統。目前，該系統已在黃河堤防安全監測中成功應用，還被列入水利部“948”推廣計劃，成功推廣至長江流域堤防安全監測中，提高了我國堤防工程實時自動化監測與預警水平。

向國內一流水利研究院邁進

在國家實施創新驅動發展戰略、開展科技體制改革的大背景下，在我國即將進入“十三五”時期之時，黃科院也站在了“人生”的十字路口，未來的5年怎么走才能保持可持續、健康發展？

走出去，多看看，多學學。帶著這種想法，今年7月，黃科院院長時明立帶領各職能部門負責人組成調研組，到河南農業大學、河南農科院、河南科技學院交流學習科研管理和成果推廣轉化的經驗。回來之后，調研組對所屬各業務單位初步制訂的2016—2020年工作思路及目標進行了客觀分析和細致討論，又與各業務單位負責人及業務骨干座談，查擺問題。最終，厘清了今后5年的發展目標、發展思路和保障措施。

發展目標：成為“多泥沙河流研究國際一流、水利綜合研究國內一流”的研究院。

發展思路：創新驅動發展。

一要理念創新。樹立“應用基礎研究是立院之本，技術開發研究是強院之路，治黃戰略研究是興院之基，科學高效管理是穩院之石”的理念。

二要思路創新。黃科院發展思路必須實現6個轉變，即：在項目組織上，從注重單個項目的運作向注重協同創新及研發團隊的打造轉變；在基礎研究上，從注重數量向注重數量和質量（廣度和深度）并重轉變；在項目成果轉化上，從注重一般性的技術咨詢服務向注重拳頭產品研發轉變；在研究手段上，由傳統方式向科研與“互聯網+”、大數據等結合轉變；在人事管理上，從注重固定崗位管理向注重引人與引智結合、優化團隊管理轉變；在科研平臺和科研資源管理上，從分散管理向共建共享轉變。

保障措施：加強5個方面的建設。

一要加強人才隊伍建設。重點建設一支科技創新能力強、配置科學合理、充滿活力的科技團隊；著力建設一支市場意識強、具有創業精神和技術素養過硬的市場經營管理與技術服務人才隊伍；切實建設一支政治素質高、服務意識強、精干高效的管理干部隊伍。

二要加強學科發展建設。充分發揮黃科院河流泥沙、水土流失過程與控制等學科優勢，以出優秀成果和培養高層次人才為目的，強化應用基礎研究；注重發展水沙環境生態與水力學等新領域，充分利用科研信息化技術，以出思想、出效益為目的，強化技術開發研究；做好應用技術研究、技術開發研究與治黃戰略研究的高度融合，提升在解決重大問題上的“話語權”。

三要加強科技平臺建設。發揮現有科研平臺作用，建立野外觀測試驗平臺和科技成果推廣轉化平臺，構建黃河大科研數據平臺，為內培外引的杰出人才干事創業營造環境、搭建平臺。同時，籌備申報國家級平臺及具有特色的省部級平臺、協同創新平臺。

四要加強管理機制建設。建立科學的績效與崗位津貼聯動機制，充分釋放科技人員創新活力；建立目標明確、責任清晰、痕跡化管理、執行力強的重點工作及督辦事項等管理機制；建立盤活增值固定資產并有效共享設備設施的機制；理順整合企業管理制度，搞活1～2項企業拳頭產品。

五要加強院所文化建設。加強黨的建設和精神文明建設，樹立“創新文化激勵創新事業，創新事業孕育創新文化”的先進理念，大力弘揚嚴謹求是的科學精神，積極踐行敬業奉獻的水利精神，激發科研人員的創新動力。

宏偉藍圖已繪就，奮發有為正當時。自1950年成立之日起，黃科院就扛起科技治黃的大旗，用數以萬計的科研成果，引領治河方向，服務社會發展。而今，黃科院未雨綢繆，吹響了再次揚帆起航、探索治河未知的嘹亮號角，目標明確，未來可期。