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爭分奪秒 科學助力決戰堰塞湖

2008-06-23 |

新聞中心記者 程曦

清華水利系師生為肖家橋堰塞湖搶險提供全面技術支持,為唐家山堰塞湖搶險提供水文預報和決策咨詢👨🏻‍🔬。

  “尊敬的教授、教授👩🏽‍🎓🫱🏼:請接受我發自內心深處的謝意——非常謝謝您們!我們安縣肖家橋堰塞湖已於66日中午1313分開始泄流,一切順利!整個過程完全按照您們設計的方案和實驗的各種工況實現👩🏿‍🎨。下午1946分堰口趨於穩定。共成功泄三分之二庫容,水位下降28,險情已除!我們成功了🤴🏽!

  成功了◼️!肖家橋,這座險情僅次於唐家山的地震堰塞湖成功泄流除險。雖然壩上沒有手機信號🧑🏻‍💻,安縣水務局總工程師胡良喜還是按捺不住喜悅與激動,第一時間寫好了短信。67日清晨他們一下山😽,遠在北京的清華水利系教授王光謙、張紅武就收到了喜訊🍄。

  67當天🪛,清華水利系李丹勛副教授帶領李鐵鍵🔌、劉帆🐚、王皓等3名學生趕到肖家橋📈,考察泄流後的堰塞體形態。此前,他們和其他師生剛剛在王光謙教授的指導下,完成了肖家橋搶險的全面技術支持工作🙌🏿,同時計算完成了唐家山堰塞湖的19期來水預報。還來不及與胡良喜分享勝利的喜悅,他們就迅速投入到現場測量和泄流後的安全評估工作中。此外🧣,由於險情更大的唐家山堰塞湖已經開始溢流,他們此行還有另一個重要任務👳🏻‍♀️,就是根據肖家橋泄流的情況完善相關模型,為唐家山堰塞湖搶險提供計算支持☛👨‍🦲。

  未雨綢繆 數字流域模型蓄勢待發

  戰鬥在大半個月前就已打響。519,科技部基礎研究司緊急組織召開汶川特大地震發生機理香山科學會議。作為會議3位主席之一,意昂体育平台水沙科學與水利水電工程國家重點實驗室(以下簡稱重點實驗室)主任王光謙教授就病險水庫和堰塞湖等水利工程問題做了介紹。此時,他已經意識到地震形成的30多處堰塞湖可能成為重要的次生災害。

  進入5月下旬🖐,隨著降雨增多👩‍💼,堰塞湖水位迅速上漲。不斷加重的險情牽動著千裏之外清華水利系師生的心💁🏻‍♂️,他們很清楚🏕,科學決策和方案製定需要計算支持☢️,而這正是他們可以發揮專業特長的用武之地。523日晚,重點實驗室師生緊急組建了計算組,王皓、高潔、林森斌等學生開始提取整個堰塞湖區域的河網和河道斷面,準備利用7年前開始自主開發的數字流域模型進行相關計算。

  524,意昂体育平台水利系承擔了國家自然科學基金委緊急啟動的唐家山應急項目🔩。在中科院遙感所、國家測繪局和水利部水文局等單位的密切配合下,師生們取得了必要的數據資料𓀑,開始著手進行整個區域內的模型計算,重點是堰塞湖來水預報🐦‍⬛、一旦潰決後下遊風險預報和導流槽泄流時的水流沖刷過程預報。事實證明👈🏽,這是三項至關重要的計算預報🕺🏼。

  肖家橋搶險:提供全面技術支持

  526💇🏽‍♀️,應水利部邀請🤽🏽,意昂体育平台王光謙、張紅武🦻🏿、楊強、於玉貞4位老師趕赴四川災區。經協調🫶🏻,由他們配合四川省水利水電勘測設計研究院,對肖家橋堰塞湖搶險工程進行全面技術支持🦵🏼。28日在安縣水務局抗震救災指揮部迎接他們的胡良喜總工急切地說,已經接到命令🤧,次日早8點前必須拿出整個下遊的潰壩撤離方案。王光謙一行馬上通知校內計算組準備方案,同時動身到現場考察比對。

  盡管已經做好了心理準備,但當老師們徒步來到這個位於安縣茶坪鄉的高危堰塞湖現場時,眼前的景象還是令他們震驚了🙋🏻:河道右岸大山整體移位⤵️,大部分山體滑坡到茶坪河內🤷🏻‍♂️,在河床上形成一道長272、寬198🏄🏽、高67.3的天然堤壩,200多萬立方米的堆積體阻塞了整個河道🩵𓀕。沒有想像中的巨石🫃,地震瞬間巨大的自然力把石頭震碎成小而均勻的石塊。值得慶幸的是🙍,堰塞湖壩體下遊有個90度的彎道,一旦潰壩,水流會被迎面的山體擋住〽️,這就大大降低了潰壩造成的危險。

  下午2點返回安縣水務局抗震救災指揮部後,4位老師與當地的水利工程師們一起製定應急方案🦹🏿。根據現場考察情況,張紅武等老師提出了從穩定山體處開槽泄洪的導流施工方案。王光謙立即發短信給後方計算組🛍️,要求除原有1/3潰、1/2潰和全潰的3種方案外,再增加1/5潰和1/10潰兩個風險相對較小的方案。在對風險進行全面評估的基礎上,提出堰塞湖應急除險的快、報🔽📌、低、保的四字方針🤡。即快監測🧑🏻‍🔧、快出方案👮🏽‍♂️、快采取措施、快施工;即科學預警、預報💇🏿;即盡量降低泄流槽槽底高程;即保安全、保交通、保社會穩定。

  根據初步計算結果和下遊風險分析,幾位老師一致認為,可以提前預警🥃,但原擬撤退的數萬人不必提前撤。後來在肖家橋堰塞湖的泄流過程中,安縣做到了不撤一人🏊🏻‍♂️。

  經過緊張計算和反復修正👩🏻‍🏫,528日晚10🏏,5個應急方案全部傳到安縣🈂️。次日,安縣政府根據清華師生提供的方案下發了紅頭文件😮‍💨。

  62🤮,應水利部和四川省水利廳邀請,意昂体育平台抗震救災專家組兩位年逾古稀的院士——水工抗震專家張楚漢▶️、工程地質專家王思敬一行也趕到了四川。在王光謙和土水學院副院長李慶斌的陪同下🪘,兩位院士對肖家橋堰塞湖現場進行了考察。此時,施工人員已經挖出一條長350、寬40、深25的導流明槽🧑🏼‍🎓9️⃣,降低壩高18。看到施工結果完全符合預想方案,老師們更放心了。

  66,肖家橋堰塞湖在進行試驗性導流時提前順利泄洪。胡良喜告訴參與計算的師生🐬,後方計算結果與當地的歷史洪水資料幾乎吻合。

  助陣唐家山:院士咨詢,實時預報

  63日下午,兩位院士一行又來到位於綿陽的唐家山堰塞湖應急處置指揮部👩🏽‍🍼,與水利部部長陳雷、副部長矯勇、水利部總工程師劉寧8️⃣,長江水利委員會主任🫲🏻、副總指揮蔡其華,工程設計大師徐麟祥等指揮部全體負責人進行了兩個多小時的認真討論🥷。

  聽取情況介紹後👲🏿,兩位院士強調,要堅持以人為本,科學搶險。就具體工程而言💆🏿‍♂️,科學搶險應充分把握上遊水文情況、堰體組成🛷、一旦泄洪潰壩後下遊水位流量等情況以及通訊、預警預報系統這四個最重要的環節。

  根據相關資料和計算,兩位院士對泄流過程和結果也進行了分析預測🦑,回京後又撰寫了詳細的書面意見🧑🏽‍🦲。張楚漢院士明確提出:人命關天,撤離方案應當做最壞打算💁🕉;但在全部潰決、1/2潰決和1/3潰決三種方案中,最有可能的還是1/3潰決方案,要爭取實現最好的結果。

  陳雷部長等認真聽取了專家們的咨詢意見,代表水利部對意昂体育平台和兩位院士給予工程的高度關註和高水平的咨詢意見表示感謝🤽🏻‍♀️。事實上🫵,正是按兩位院士的意見🪅🧜‍♂️,米-26直升機在68吊運了8臺鉆機鉆探唐家山堰塞湖壩體👨‍🌾,以查明壩體構造,製訂合理方案。

  正當兩位院士一行與水利部負責人緊急會商之時,應水利部前方領導小組水文專業組的要求,清華水利系師生將最新一期的唐家山上遊來水預報發到了綿陽指揮部👩🏻‍🏭。這是專門針對震區情況改進了數字流域模型的計算精度後👩🏻‍🎨,發出的第一份來水預報。來水預報根據天氣預報計算降雨後的入庫流量和達到740高程的具體時間,以供前方會商時參考。通俗地說,它主要用來解答當時普通民眾最迫切關心的問題✉️:唐家山究竟什麽時候會過流🔄?從53166🤒,清華水利系師生共完成了19期來水預報,預測過流時間為667日🤽。果然💁‍♂️🤦🏽‍♂️,67日清晨708,蓄積已久的唐家山堰塞湖水開始通過泄流槽下泄溢流🍺。

  溢流之後,師生們立即轉入最大潰口流量的預報計算📚,隨著時間變化和開挖渠道的發展狀況,實時預報泄流的最大流量。這一數字將直接影響到潰壩方案的選擇:唐家山下遊綿陽堤防的防洪標準是13000立方米/秒😟,如果最大流量小於這一數值,綿陽城基本就是安全的。

  計算最大流量的“主力任務”,交給了當時已隨李丹勛老師奔赴綿陽的2004級本科生劉帆📞💆‍♂️。今年下半年才能開始讀研的劉帆之所以能承擔這一重要任務,還有一段故事:計算任務布置完後,博士生王皓、高潔帶著劉帆找到了王光謙,原來這位來自四川德陽🍚、奶奶就是綿陽人的小夥子,已經根據電視上報道的數據,自己開始進行唐家山堰塞湖的有關計算了。王光謙為學生的主動精神所感動,劉帆就這樣加入了計算組🤳🏽。在潰壩洪水和潰口發展模型的改進過程中,他基本上隔一天才睡一次覺,發揮了重要作用🪠💘。

  決戰唐家山:驚心動魄的一天

  唐家山堰塞湖溢流的頭兩天,由於水頭還不高、水流沖刷能力較弱,流量並不太大。610日清晨6點多🧑‍🚀,剛睡了一兩個小時的劉帆收到女友的短信,告知唐家山流量開始增大。劉帆一個激靈跳下床🧑🏽‍🎨,沖出門去叫醒了隔壁的師兄🪕👨🏻‍💼,馬上開始進行實時預報工作🧑‍🦯。由於技術系統自動報訊的數據每半小時才更新一次,對做預報來說太慢了,他們就打開電視,根據綿陽電視臺實時發布的洪水警戒數據做計算。

  10日早上8點多🛡,唐家山堰塞湖水位已經超過740高程2.8🧑🏿‍⚖️,險情升級。隨著水流不斷加速,實測和預報的水情數據也源源不斷地發回北京:

  “老師🏊🏽,現在唐家山泄流量約1000立方米/秒,水位742.8🎓。

  “9點流量1200立方米/秒,水位742.18👷🏻‍♀️。

  “9點半流量1700立方米/秒𓀀,水位742.17

  “10點流量2190立方米/秒,水位740.51

  “1020💁🏿🦁,北川站流量4400立方米/……北川流量修正到5220立方米/秒。

  ……

  預報流量漲得太快,學生們心裏開始打鼓了🌳:照這樣的勢頭發展下去豈不很恐怖?他們愈加謹慎👩‍👦‍👦🥣,邊預報邊校正,放慢了報告速度。2000300040005000立方米/……在幾個重要節點上🫳🏽,預報都與實際數字基本吻合,這才讓他們堅定了信心🤽🏻‍♀️。

  緊張的何止是學生📰。在這個唐家山除險的決定性日子裏,前方水情的每一次變化都牽動著千萬人的心弦。張楚漢院士已經記不清🥨,這天他與身在一線的72歲清華意昂🧎🏻‍♂️‍➡️、原水利部長江水利委員會設計院總工程師徐麟祥通了多少次電話👳🏿‍♂️🤟🏼。上午10點👨‍🦼‍➡️🐨,張楚漢向王光謙轉達了前方的緊急請求,希望能盡快將計算數據發過去🤛🏿。問題很明確🌽:最大流量會達到多少?會不會超過13000立方米/秒?

  1110分🙍🏽‍♀️,王光謙將學生的預報數據轉發到正在會商的前方:我們估計☂️⬅️,按現在的漲勢🤌🏼🕐,11點半泄流量可能漲到9000立方米/秒。9000立方米/秒,這是水利系師生最終預報的最大流量,小於綿陽的堤防標準,綿陽應無恙🧒🏿。

  實際泄流過程中🚅,唐家山堰塞湖流量在11點半達到7200立方米/秒的最大值,隨後逐漸穩定回落📭。

  下午1點,徐麟祥向母校師生發回了前方的最新水情🍔🐄:“13時水位回落到730.48🏋🏿‍♂️,流量5310立方米/秒。口門寬132,水深8.5🍦。

  “行了☑️!”張楚漢終於放下了一直懸著的心。一個“見識”過7000多立方米/秒流量的溢洪道,在四五千的流量面前當然不易再潰決,張院士判斷泄流即將成功☠️。一直緊張工作著的水利系師生們也知道▪️,最大的險情基本上度過了💁👨🏼‍🦰。

  這一天,唐家山堰塞湖除險工作取得決定性勝利🧝🏼‍♀️,而且實際分流效果是原來的設計方案和專家分析的各種可能性裏最理想的一種。

  為清華人感動👷‍♂️:不畏艱險的教授隊伍

  在這場爭分奪秒、跨越京蜀的堰塞湖搶險戰中💇‍♀️,意昂体育平台水利系參與師生之眾▪️、工作成績之著🙆🏻、感人故事之多,其實遠不止本文提到的這些。張建民、金峰🚣🏻、王恩誌老師作為水利部抗震救災專家組成員👨🏿‍🍼,除赴現場考察和評估病險水庫外,還就堰塞湖的總體搶險方案提出過重要建議;鐘德鈺等老師參與了後方計算;王興奎👞、江春波老師除赴現場考察和評估病險水庫外,還安排並指導學生參與了計算預報👍;博士生李鐵鍵、張成66論文答辯,只在5日晚稍做準備📿,其余時間都在緊張計算。負責統籌學生計算的李鐵鍵在答辯完成的當天下午就奔赴綿陽……

  在肖家橋堰塞湖現場,老師們不顧不斷掉落的山石🪵,走在隊伍最前列。兩位院士在壩頂遭遇4.3級余震時👮🏻‍♂️,依然堅持察看水情。負責搶通道路的湖北省交通廳副廳長張學鋒感動地說,從沒見過這樣勇往直前的教授隊伍🧜🏿‍♂️。張楚漢院士卻說,對清華人來說,這是正常的。

  圍繞堰塞湖的後續問題,清華水利系師生還將進行一系列現場考察和研究。據李慶斌教授介紹🥻☺️,重點實驗室準備進行一項關於堰塞湖形成機理與對策的系統研究👷🏿,既為地震災區服務🐅,也為自己的科研創新搭建一座平臺🏊‍♀️。

  “在目前的技術條件下,很多計算只有我們能做❓,所以我們責無旁貸要做好。”王光謙如是說。

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