把黄河口“装进”试验室
从空中俯瞰,坐落于山东省东营市胜利大街的黄河口模型试验大厅,犹如一片巨大的银杏叶,叶柄细长,扇形叶面上脉络清晰,顶端呈波浪状。
该大厅是模型黄河东营基地的主体建筑,面积达4.5万平方米,相当于6个标准足球场之和,主要包括河道厅和海域厅两部分,河道即是“叶柄”,海域便是“叶面”。
模型试验大厅
1月25日16时40分,黄河水利科学研究院河口海洋研究所副所长、正高级工程师朱超一下火车,便急忙赶往模型黄河东营基地,安排基地安全生产、春节值班、野外科研观测站设备保养维护及项目前期调研等事宜。
从郑州出发坐高铁到济南,再转绿皮车或长途汽车到东营,全程7个小时,在郑济高铁开通前全程近10个小时。2023年以来,朱超时常两地奔走,除了项目需要或临时开会返回位于郑州的院本部外,大多数时间都是在东营基地忙碌。
2021年10月,习近平总书记亲临黄河入海口视察时强调,“黄河三角洲自然保护区生态地位十分重要,要抓紧谋划创建黄河口国家公园,科学论证、扎实推进。”“要加强下游河道和滩区环境综合治理,提高河口三角洲生物多样性。”
大河之治,始于河口,终于河口。河口保护治理必须综合采用原型监测资料分析、数学模型计算和物理模型试验论证三种手段。而模型试验,就是通过相似性模拟,探索自然界水沙复杂运动规律和潜在机理。
2022年,黄科院发挥“模型试验”优势,全面启动黄河口模型前期建设,将按“平面比尺480,垂直比尺60”的比例缩小,把黄河口“装进”试验室。
从2023年3月开始,朱超带领同事和技术工人驻扎东营基地,协调基地产权交接办理、水电设施接入、试验厅应急抢险、刁口河河道模型设计建造、野外观测站建设等,一干就是10个月。
采集黄河口水样
朱超介绍,黄河尾闾河道的淤积、延伸、摆动直接关系到黄河下游河道的淤积抬升、河口地区生态保护和经济社会的持续稳定发展。目前,黄河三角洲新生陆地面积达2500平方千米,且每年仍以3千米的速度向渤海湾推进,迫切需要建设黄河口模型,为黄河下游防洪减淤和河口三角洲保护提供决策依据和技术支撑。
现行黄河河口是以山东省东营市垦利区宁海为顶点,北起徒骇河口,南至支脉河口的扇形区域以及划定的容沙区范围,面积约6000平方千米。黄河口模型模拟原型区域东西长130千米,南北宽150千米,面积19500平方千米。
“黄河口模型体量大,是当前国内最大的单体物理模型,面临多沙弱潮模拟难度大等技术难题,且无经验可供借鉴,我们只能摸着石头过河。遵循‘循序渐进、分步实施’的原则,先期建设了刁口河河道和局部海域模型,2023年8月建成。”朱超介绍。
滩地调查
为什么优先建设刁口河模型?朱超解释,1855年黄河入渤海以来,经过9次大的流路变迁,形成10条流路,现行流路为清水沟流路,至今已行河47年。为了保障黄河下游防洪安全,必须在保持清水沟流路稳定的情况下,做好启用备用流路的准备。刁口河是国务院明确的优先启用流路。《中华人民共和国黄河保护法》也作出“合理布局黄河入海流路,加强河口治理,保障入海河道畅通和河口防洪防凌安全;禁止侵占刁口河等黄河备用入海流路”的规定。优先建设刁口河模型,是为了模拟刁口河防洪工程布局、分水规模和两岸堤线布置,为黄河入海寻找“出路”。
朱超带领记者走近刁口河模型,各种数据信手拈来:“模型水平比尺600,垂直比尺60,变率10;模拟河道长约50千米、海区范围在离岸30千米至35千米之间。”
“刁口河模型2023年8月底建成后,我们立即开展刁口河入海流路综合治理提升工程方案论证试验,直到12月因为水体结冰,才暂停试验。”朱超说,“等天气回暖,会马上重新开始试验,今年8月要提交成果,我们得争分夺秒啊!”
安排好模型厅的春节值守工作,朱超又急忙赶往东营市文旅局和东营黄河文化馆。“去谈科普工作,基地在承担本职科研任务外,周末或业余时间将组织当地中小学生前来参观,让他们了解物理模型长什么样、怎么建的、如何做试验,潮汐波浪及水流泥沙怎么模拟,黄河特别是黄河口有哪些显著特点等知识,引导孩子们的科学兴趣。这也是我们贯彻习近平总书记讲好‘黄河故事’指示的具体行动。”朱超说。
试验暂停人不歇。1月15日至20日,基地人员对黄河两岸进行现场查勘,特别是孔飞鹤、王婧豪两位入职仅一年的女博士,不畏风雪严寒,6天行程近2100千米,详细考察了黄河口马新河、草桥沟、神仙沟、支脉河、张镇河等10条河流与人工干渠、支渠等的连通情况,为后续模型试验提供数据支撑。
现场查勘
位于黄河三角洲自然保护区的黄河口科研综合监测塔,也在24小时持续运转。“每秒采集1次碳通量、气象、环境等十几项数据,每30秒向模型黄河东营基地云平台回传1次数据。”张少华工程师介绍,原型观测为模型黄河和数字孪生黄河建设提供底层数据,是实现“三条黄河”深度联动必不可少的前瞻性、基础性工作。
朱超说:“长江口、珠江口等很多河口物理模型都是经过十几年摸索才建设完成,黄河的多泥沙及河口独特海洋动力条件预示着黄河口模型的建设完善也将是一个漫长过程。”但他充满信心,未来建成的黄河口模型将实现测控系统全面自动化和网络化,是具有现代化数字技术和试验设备作支撑的研究平台,是“三条黄河”联动的纽带,“我们将加快建设进程,力争早日为黄河口综合治理、生态保护及三角洲地区经济可持续发展提供有力的科技支撑。”
(本文图片由黄科院提供)