九曲黃河萬里沙。在黃河“幾字彎”的“豎彎鉤”上，一座大型水利樞紐工程即將拔地而起，成為繼小浪底水利樞紐工程之后的又一大型治黃戰(zhàn)略性工程。它就是古賢水利樞紐工程。
前不久，生態(tài)環(huán)境部批復(fù)古賢水利樞紐工程環(huán)境影響報(bào)告書，標(biāo)志著古賢水利樞紐工程開工所需的前置要件已全部辦結(jié)，為工程立項(xiàng)及年內(nèi)開工建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。
古賢水利樞紐工程是黃河水沙調(diào)控和防洪減淤體系的關(guān)鍵工程，先后被列入國務(wù)院確定的172項(xiàng)和150項(xiàng)重大水利工程清單、《國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》102項(xiàng)重大工程。
近日，古賢水利樞紐工程設(shè)計(jì)總工程師、黃河實(shí)驗(yàn)室總工程師張金良接受了科技日?qǐng)?bào)記者的采訪，講述他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)升級(jí)黃河水沙調(diào)控“開關(guān)”的艱辛歷程。
在“千層餅”上建設(shè)大壩
記者：您能否簡要介紹一下古賢水利樞紐工程。
張金良：古賢水利樞紐工程位于黃河中游北干流磧口至禹門口河段，建成后可以控制黃河73%的水量、60%的沙量和80%的粗泥沙量。它是黃河歷次重要規(guī)劃確定的干流七大骨干樞紐之一，在黃河保護(hù)治理格局中具有重要的戰(zhàn)略地位。該工程的開發(fā)任務(wù)是“以防洪減淤為主，兼顧供水、灌溉和發(fā)電等綜合利用”，設(shè)計(jì)總庫容133億立方米，其中調(diào)水調(diào)沙庫容35億立方米，是世界紅層地基上建設(shè)的最高碾壓混凝土重力壩，總投資600多億元。
記者：自古以來，黃河都被稱作“地上懸河”。如今，這個(gè)情況有所改變嗎？
張金良：1999年以前，黃河下游河道年均淤積泥沙2億噸，河床高度每年因泥沙淤積抬升5公分至10公分。小浪底水利樞紐工程運(yùn)行以來，黃河下游的泥沙淤積情況得到了一定的緩解，但形勢依然嚴(yán)峻。
當(dāng)前，黃河下游河道“地上懸河”長度達(dá)800公里，下游河床平均高出背河地面4米至6米，其中河南省新鄉(xiāng)市河段高于地面20米。
黃河一旦決口，決堤洪水或漫延黃淮海平原12萬平方公里，影響1.3億人口，是中華民族不能承受之重。
記者：古賢水利樞紐工程對(duì)扭轉(zhuǎn)這個(gè)局面可以起到怎樣的作用？
張金良：目前承擔(dān)黃河調(diào)水調(diào)沙任務(wù)的，主要是位于中游的小浪底水利樞紐工程。但該工程的排沙動(dòng)力不足，攔沙庫容非常有限，下游河道泥沙淤積風(fēng)險(xiǎn)依舊較高。而古賢水利樞紐工程建成后，其將與小浪底水利樞紐工程聯(lián)合運(yùn)行，進(jìn)一步減少黃河下游河道泥沙淤積量，可確保在百年內(nèi)黃河下游河床不抬高。
記者：古賢水利樞紐工程建設(shè)地的自然條件如何？
張金良：古賢水利樞紐工程所在地地下巖土結(jié)構(gòu)比較特殊，是由粉砂巖地層、長石砂巖地層和粘土巖地層等組成的。這些地層有的軟、有的硬。形象地說，它就像一張由軟硬不一的巖石層堆疊起來的“千層餅”。
地層軟硬相間非常影響地上建筑的穩(wěn)定性。古賢水利樞紐工程是高壩大庫，是國內(nèi)外紅層地基上壩高最高的混凝土重力壩。要在這樣軟硬相間的紅層地基上建一座巨型大壩，且讓其從容應(yīng)對(duì)巨大的水推力和泥沙壓力，就像是在一塊坑洼不平、滿是石子砂礫的土地上蓋一座抗風(fēng)抗震的摩天大樓。這對(duì)工程設(shè)計(jì)者來說無疑是巨大的挑戰(zhàn)。
記者：這個(gè)難題您和團(tuán)隊(duì)成員是如何解決的呢？
張金良：我們首先用直徑為1米的大口徑鉆頭，進(jìn)行了累計(jì)長度超過600米的河底探洞。其次，利用自主研發(fā)的泥化夾層高品質(zhì)取芯關(guān)鍵技術(shù)，我和團(tuán)隊(duì)在河床布置了上百個(gè)鉆孔，探明了泥化夾層空間分布和結(jié)構(gòu)特征。最后，我們采用空地融合數(shù)字化勘察技術(shù)，為描繪這張“千層餅”研發(fā)了數(shù)學(xué)模型，為工程設(shè)計(jì)提供了堅(jiān)實(shí)的支撐。在此基礎(chǔ)上，我們聯(lián)合多家科研和設(shè)計(jì)單位，設(shè)計(jì)出多個(gè)方案并進(jìn)行反復(fù)比選，最終決定采用淺層挖除、中層齒槽截?cái)?、深層（深部軟弱夾層）“掏空”置換并結(jié)合壩后蓋重綜合抗滑穩(wěn)定措施，有效解決了紅層地基上超高混凝土重力壩建設(shè)難題。
記者：把相當(dāng)面積的深部軟弱夾層“掏空”，這聽起來是個(gè)大工程。
張金良：沒錯(cuò)。深部軟弱夾層分布在河床下約60米處。在這樣的深度上，我們需要先打施工支洞，然后橫向沿著夾層挖洞、掏空。這絕非易事。之后，我們還要把混凝土灌填到洞中。
此時(shí)，我和團(tuán)隊(duì)需要時(shí)刻關(guān)注灌填是否密實(shí)、會(huì)不會(huì)出現(xiàn)空隙等問題。千里之堤，潰于蟻穴。這些被灌填的地層未來是要承載水利工程的，任何細(xì)節(jié)上的疏忽都可能造成極大的損失。
從“蓄清排渾”到“蓄清調(diào)渾”
記者：除了在建設(shè)方面，古賢水利樞紐工程在設(shè)計(jì)運(yùn)用上有哪些創(chuàng)新？
張金良：中華人民共和國成立以來，多沙河流水利樞紐工程設(shè)計(jì)運(yùn)用方式經(jīng)歷了從“蓄水?dāng)r沙”到“蓄清排渾”“蓄清調(diào)渾”的演化過程。打個(gè)不太準(zhǔn)確的比方，1960年建成的三門峽水利樞紐工程是黃河水利樞紐工程設(shè)計(jì)運(yùn)用技術(shù)的1.0版本（“蓄水?dāng)r沙”），1999年建成的小浪底水利樞紐工程是2.0版本（“蓄清排渾”），而即將開工建設(shè)的古賢水利樞紐工程是3.0版本（“蓄清調(diào)渾”）。
記者：2.0版本和3.0版本有何區(qū)別？
張金良：所謂“蓄清排渾”，就是設(shè)置專門的排沙期和適宜的排沙設(shè)施，以清除水庫泥沙。而“蓄清調(diào)渾”是指設(shè)置合適的攔沙和調(diào)水調(diào)沙庫容，通過“攔、調(diào)、排”全方位協(xié)同調(diào)控，實(shí)現(xiàn)有效庫容長期保持和部分?jǐn)r沙庫容的再生利用、攔沙庫容與調(diào)水調(diào)沙庫容一體化使用。
從“排”到“調(diào)”，別看二者只有一字之差，這其中卻涉及諸多關(guān)鍵技術(shù)突破。過去幾十年的“蓄清排渾”過程中，由于水庫調(diào)節(jié)庫容有限，水庫泥沙內(nèi)調(diào)能力不足等問題逐漸顯露。而這些棘手的問題，都要在“調(diào)”的時(shí)候解決。
記者：具體是怎么解決的呢？
張金良：在“蓄清調(diào)渾”運(yùn)用方式下，水庫調(diào)水調(diào)沙的靈活度將得到大幅提升。在來沙較多時(shí)，水庫可以降低水位至死水位以下敞泄排沙，突破原來單一泥沙侵蝕基準(zhǔn)面設(shè)計(jì)，形成雙泥沙侵蝕基準(zhǔn)面；在來沙較少、來水較豐時(shí)，水庫則可以進(jìn)行水量跨年調(diào)節(jié)。如此一來，水庫的攔沙庫容和調(diào)水調(diào)沙庫容可以實(shí)現(xiàn)互換，“沙多調(diào)沙、沙少調(diào)水”，有效增強(qiáng)了水庫的功能性。此外，我們還運(yùn)用自主研發(fā)的“三槽”淤積形態(tài)和庫容分布耦合設(shè)計(jì)技術(shù)破解了庫區(qū)泥沙淤積難題。
與此同時(shí)，我們還在壩型選擇、樞紐建筑物布置等方面進(jìn)行了系列創(chuàng)新，解決了壩前灘面高程高、泥沙淤積厚度大等系列問題，確保工程安全運(yùn)行。
記者：可以感受到，從“蓄清排渾”到“蓄清調(diào)渾”，一字之差其實(shí)蘊(yùn)含了非常多的巧思。當(dāng)初，您和團(tuán)隊(duì)是怎么想到這個(gè)新辦法的呢？
張金良：我們團(tuán)隊(duì)主要是圍繞問題去思考解決辦法。遇到問題，我們首先去分析問題、再想辦法去解決，最后研究出新技術(shù)。“蓄清調(diào)渾”運(yùn)用設(shè)計(jì)思路，也是在解決過去多泥沙河流水庫出現(xiàn)的問題時(shí)，我們想到的。在建設(shè)新的水利樞紐工程時(shí)，我們必須創(chuàng)新技術(shù)手段去解決難題，這樣建設(shè)的工程才有意義。
記者：從想法到實(shí)踐，這中間還是有很長的路要走。
張金良：是的?！靶钋逭{(diào)渾”從最初提出想法到得到數(shù)學(xué)模型、進(jìn)行物理模型驗(yàn)證，我們花了近10年的時(shí)間。其間，我們要解決大壩開洞位置、大壩水流流速、邊壁磨損控制等諸多問題。而解決它們不僅需要復(fù)雜的計(jì)算，還需要很多專業(yè)人員的配合。我們先后與許多高校和科研院所展開合作，在經(jīng)歷了無數(shù)次的計(jì)算、試驗(yàn)和調(diào)整后，才有了現(xiàn)在的古賢水利樞紐工程建設(shè)方案。
記者：古賢水利樞紐工程建成后，將帶來哪些改變？
張金良：古賢水利樞紐工程建成后，將輔助小浪底水利樞紐工程，提升其調(diào)水調(diào)沙后續(xù)動(dòng)力，并在減輕下游河道淤積、推動(dòng)水資源節(jié)約集約利用、生態(tài)環(huán)境保護(hù)治理和流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展等方面發(fā)揮重要作用。在提升小浪底水利樞紐工程調(diào)水調(diào)沙后續(xù)動(dòng)力方面，古賢水利樞紐工程建成后可以提供35億立方米的調(diào)水調(diào)沙水量，為小浪底水利樞紐工程排沙和下游河道輸沙提供充足的水流動(dòng)力條件。
把論文寫在大江大河上
記者：治理黃河需久久為功，更需薪火相傳。
張金良：中華人民共和國成立初期，老一輩科技工作者立志消滅黃河水患，先后采取加高大堤、修建水利工程等措施，力保黃河不改道、不決口。幾十年后，新一代“治黃人”探索創(chuàng)建了黃河調(diào)水調(diào)沙理論和技術(shù)，并依托科技力量構(gòu)建了“原型黃河、數(shù)字黃河、模型黃河”的“三條黃河”體系，將黃河的研究與治理提上了新的高度。
一代又一代治黃前輩為黃河保護(hù)治理付出了艱苦卓絕的努力，才有了如今黃河歲歲安瀾的歷史奇跡?，F(xiàn)在，治黃的接力棒正在傳遞給更為年輕的下一代，期待他們能作出更大的貢獻(xiàn)。
記者：的確，年輕的力量代表著黃河治理的未來。能否介紹一下您的團(tuán)隊(duì)？
張金良：在我們的團(tuán)隊(duì)中，像我這樣50歲以上的人員大概只占到5%，大部分都是“80后”“90后”。這些年輕人基本都來自“雙一流”高校，擁有碩士以上學(xué)位，擁有博士學(xué)位的占一半?？梢哉f，這是一支既有青春活力又有科研素養(yǎng)的隊(duì)伍。
記者：您的團(tuán)隊(duì)是如何發(fā)揮“傳幫帶”作用培養(yǎng)年輕科技工作者的？
張金良：一方面，團(tuán)隊(duì)中的資深專家會(huì)時(shí)刻提醒年輕隊(duì)員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、正確認(rèn)識(shí)問題、積極解決問題，做到“授人以漁”；另一方面，團(tuán)隊(duì)有良好的學(xué)習(xí)氛圍，比如我們有一個(gè)名為“青年沙龍”的學(xué)術(shù)聚會(huì)。在“青年沙龍”中，大家可以暢所欲言，就學(xué)術(shù)問題展開激烈討論。
同時(shí)，我們始終秉承“絕知此事要躬行”的理念，堅(jiān)持一切從實(shí)踐出發(fā)，鼓勵(lì)年輕人下工地、參與具體的工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)，把論文寫在大江大河上。一般來說，新進(jìn)人員工作不超過5年，就可以成長為業(yè)務(wù)骨干。
記者：未來，您和您的團(tuán)隊(duì)將在哪些方面繼續(xù)開展攻關(guān)？
張金良：治黃百難，唯沙為首。我們目前在做的，是要研究出一套包含干支流的全黃河調(diào)水調(diào)沙技術(shù)理論體系。今年，我們已經(jīng)出版了《黃河泥沙工程控制論》，其理念是用系統(tǒng)論的方法從入黃泥沙、水庫泥沙、河道泥沙、河口泥沙等方面整體管理全黃河的泥沙，為新時(shí)期黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展提供重要的技術(shù)支撐。
記者手記
與張金良對(duì)話，感覺就像在春天里漫步。張金良說話慢悠悠的，遇到難解釋的問題，他習(xí)慣性地先頓一頓再說。滔滔黃河，在他口中，好像變成了“涓涓細(xì)流”，流淌進(jìn)記者的心里。從一個(gè)專業(yè)術(shù)語到一段治河的歷史，從一段復(fù)雜的技術(shù)原理到未來的學(xué)術(shù)研究方向，他都說得恰到好處。
張金良的辦公室里有一張很大的黃河流域全圖，干流支流、地勢地貌、大大小小的水電站，一圖盡覽。站在這張圖前，他常常若有所思。
張金良說，黃河千年水患，到他們這一代一定要想辦法解決掉?！拔覀円孟到y(tǒng)的、全域的思想去管理黃河。這是我們已經(jīng)著手在做且會(huì)一直做下去的事情?！彼f。
治理黃河已經(jīng)成為張金良生命中重要的組成部分。他的頭發(fā)已經(jīng)半白了，但每天仍像團(tuán)隊(duì)里的年輕人那樣熬夜工作，更喜歡和“90后”們一起搞科研。
中國的治黃史是一部奮斗史，一部調(diào)查研究史，一部需要一代又一代科技工作者書寫的歷史。黃河治理是一條漫漫長路，張金良說自己依舊在路上，還要走得更遠(yuǎn)。
（科技日?qǐng)?bào)記者 孫越）
