爭(zhēng)分奪秒 科學(xué)助力決戰(zhàn)堰塞湖
清華水利系師生為肖家橋堰塞湖搶險(xiǎn)提供全面技術(shù)支持，為唐家山堰塞湖搶險(xiǎn)提供水文預(yù)報(bào)和決策咨詢(xún)
● 新聞中心記者 程 曦
“尊敬的王教授、張教授：請(qǐng)接受我發(fā)自?xún)?nèi)心深處的謝意——非常謝謝您們！我們安縣肖家橋堰塞湖已于6月6日中午13時(shí)13分開(kāi)始泄流，一切順利！整個(gè)過(guò)程完全按照您們?cè)O(shè)計(jì)的方案和實(shí)驗(yàn)的各種工況實(shí)現(xiàn)。下午19時(shí)46分堰口趨于穩(wěn)定。共成功泄三分之二庫(kù)容，水位下降28米，險(xiǎn)情已除！我們成功了！”
成功了！肖家橋，這座險(xiǎn)情僅次于唐家山的地震堰塞湖成功泄流除險(xiǎn)。雖然壩上沒(méi)有手機(jī)信號(hào)，安縣水務(wù)局總工程師胡良喜還是按捺不住喜悅與激動(dòng)，第一時(shí)間寫(xiě)好了短信。6月7日清晨他們一下山，遠(yuǎn)在北京的清華水利系教授王光謙、張紅武就收到了喜訊。
6月7日當(dāng)天，清華水利系李丹勛副教授帶領(lǐng)李鐵鍵、劉帆、王皓等3名學(xué)生趕到肖家橋，考察泄流后的堰塞體形態(tài)。此前，他們和其他師生剛剛在王光謙教授的指導(dǎo)下，完成了肖家橋搶險(xiǎn)的全面技術(shù)支持工作，同時(shí)計(jì)算完成了唐家山堰塞湖的19期來(lái)水預(yù)報(bào)。還來(lái)不及與胡良喜分享勝利的喜悅，他們就迅速投入到現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和泄流后的安全評(píng)估工作中。此外，由于險(xiǎn)情更大的唐家山堰塞湖已經(jīng)開(kāi)始溢流，他們此行還有另一個(gè)重要任務(wù)，就是根據(jù)肖家橋泄流的情況完善相關(guān)模型，為唐家山堰塞湖搶險(xiǎn)提供計(jì)算支持。
未雨綢繆 數(shù)字流域模型蓄勢(shì)待發(fā)
戰(zhàn)斗在大半個(gè)月前就已打響。5月19日，科技部基礎(chǔ)研究司緊急組織召開(kāi)汶川特大地震發(fā)生機(jī)理香山科學(xué)會(huì)議。作為會(huì)議3位主席之一，清華大學(xué)水沙科學(xué)與水利水電工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”）主任王光謙教授就病險(xiǎn)水庫(kù)和堰塞湖等水利工程問(wèn)題做了介紹。此時(shí)，他已經(jīng)意識(shí)到地震形成的30多處堰塞湖可能成為重要的次生災(zāi)害。
進(jìn)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(xiǎn)情牽動(dòng)著千里之外清華水利系師生的心，他們很清楚，科學(xué)決策和方案制定需要計(jì)算支持，而這正是他們可以發(fā)揮專(zhuān)業(yè)特長(zhǎng)的用武之地。5月23日晚，重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室?guī)熒o急組建了計(jì)算組，王皓、高潔、林森斌等學(xué)生開(kāi)始提取整個(gè)堰塞湖區(qū)域的河網(wǎng)和河道斷面，準(zhǔn)備利用7年前開(kāi)始自主開(kāi)發(fā)的數(shù)字流域模型進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。
5月24日，清華大學(xué)水利系承擔(dān)了國(guó)家自然科學(xué)基金委緊急啟動(dòng)的唐家山應(yīng)急項(xiàng)目。在中科院遙感所、國(guó)家測(cè)繪局和水利部水文局等單位的密切配合下，師生們?nèi)〉昧吮匾臄?shù)據(jù)資料，開(kāi)始著手進(jìn)行整個(gè)區(qū)域內(nèi)的模型計(jì)算，重點(diǎn)是堰塞湖來(lái)水預(yù)報(bào)、一旦潰決后下游風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)和導(dǎo)流槽泄流時(shí)的水流沖刷過(guò)程預(yù)報(bào)。事實(shí)證明，這是三項(xiàng)至關(guān)重要的計(jì)算預(yù)報(bào)。
肖家橋搶險(xiǎn)：提供全面技術(shù)支持
5月26日，應(yīng)水利部邀請(qǐng)，清華大學(xué)王光謙、張紅武、楊強(qiáng)、于玉貞4位老師趕赴四川災(zāi)區(qū)。經(jīng)協(xié)調(diào)，由他們配合四川省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，對(duì)肖家橋堰塞湖搶險(xiǎn)工程進(jìn)行全面技術(shù)支持。28日在安縣水務(wù)局抗震救災(zāi)指揮部迎接他們的胡良喜總工急切地說(shuō)，已經(jīng)接到命令，次日早8點(diǎn)前必須拿出整個(gè)下游的潰壩撤離方案。王光謙一行馬上通知校內(nèi)計(jì)算組準(zhǔn)備方案，同時(shí)動(dòng)身到現(xiàn)場(chǎng)考察比對(duì)。
盡管已經(jīng)做好了心理準(zhǔn)備，但當(dāng)老師們徒步來(lái)到這個(gè)位于安縣茶坪鄉(xiāng)的高危堰塞湖現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，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(nèi)，在河床上形成一道長(zhǎng)272米、寬198米、高67.3米的天然堤壩，200多萬(wàn)立方米的堆積體阻塞了整個(gè)河道。沒(méi)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，堰塞湖壩體下游有個(gè)90度的彎道，一旦潰壩，水流會(huì)被迎面的山體擋住，這就大大降低了潰壩造成的危險(xiǎn)。
下午2點(diǎn)返回安縣水務(wù)局抗震救災(zāi)指揮部后，4位老師與當(dāng)?shù)氐乃こ處焸円黄鹬贫☉?yīng)急方案。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)考察情況，張紅武等老師提出了從穩(wěn)定山體處開(kāi)槽泄洪的導(dǎo)流施工方案。王光謙立即發(fā)短信給后方計(jì)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(gè)風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小的方案。在對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行全面評(píng)估的基礎(chǔ)上，提出堰塞湖應(yīng)急除險(xiǎn)的“快、報(bào)、低、?！钡乃淖址结??！翱臁奔纯毂O(jiān)測(cè)、快出方案、快采取措施、快施工；“報(bào)”即科學(xué)預(yù)警、預(yù)報(bào)；“低”即盡量降低泄流槽槽底高程；“?！奔幢０踩?、保交通、保社會(huì)穩(wěn)定。
根據(jù)初步計(jì)算結(jié)果和下游風(fēng)險(xiǎn)分析，幾位老師一致認(rèn)為，可以提前預(yù)警，但原擬撤退的數(shù)萬(wàn)人不必提前撤。后來(lái)在肖家橋堰塞湖的泄流過(guò)程中，安縣做到了不撤一人。
經(jīng)過(guò)緊張計(jì)算和反復(fù)修正，5月28日晚10點(diǎn)，5個(gè)應(yīng)急方案全部傳到安縣。次日，安縣政府根據(jù)清華師生提供的方案下發(fā)了紅頭文件。
6月2日，應(yīng)水利部和四川省水利廳邀請(qǐng)，清華大學(xué)抗震救災(zāi)專(zhuān)家組兩位年逾古稀的院士——水工抗震專(zhuān)家張楚漢、工程地質(zhì)專(zhuān)家王思敬一行也趕到了四川。在王光謙和土水學(xué)院副院長(zhǎng)李慶斌的陪同下，兩位院士對(duì)肖家橋堰塞湖現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了考察。此時(shí)，施工人員已經(jīng)挖出一條長(zhǎng)350米、寬40米、深25米的導(dǎo)流明槽，降低壩高18米?？吹绞┕そY(jié)果完全符合預(yù)想方案，老師們更放心了。
6月6日，肖家橋堰塞湖在進(jìn)行試驗(yàn)性導(dǎo)流時(shí)提前順利泄洪。胡良喜告訴參與計(jì)算的師生，后方計(jì)算結(jié)果與當(dāng)?shù)氐臍v史洪水資料幾乎吻合。
助陣唐家山：院士咨詢(xún)，實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)
6月3日下午，兩位院士一行又來(lái)到位于綿陽(yáng)的唐家山堰塞湖應(yīng)急處置指揮部，與水利部部長(zhǎng)陳雷、副部長(zhǎng)矯勇、水利部總工程師劉寧，長(zhǎng)江水利委員會(huì)主任、副總指揮蔡其華，工程設(shè)計(jì)大師徐麟祥等指揮部全體負(fù)責(zé)人進(jìn)行了兩個(gè)多小時(shí)的認(rèn)真討論。
聽(tīng)取情況介紹后，兩位院士強(qiáng)調(diào)，要堅(jiān)持以人為本，科學(xué)搶險(xiǎn)。就具體工程而言，科學(xué)搶險(xiǎn)應(yīng)充分把握上游水文情況、堰體組成、一旦泄洪潰壩后下游水位流量等情況以及通訊、預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)這四個(gè)最重要的環(huán)節(jié)。
根據(jù)相關(guān)資料和計(jì)算，兩位院士對(duì)泄流過(guò)程和結(jié)果也進(jìn)行了分析預(yù)測(cè)，回京后又撰寫(xiě)了詳細(xì)的書(shū)面意見(jiàn)。張楚漢院士明確提出：人命關(guān)天，撤離方案應(yīng)當(dāng)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(zhēng)取實(shí)現(xiàn)最好的結(jié)果。
陳雷部長(zhǎng)等認(rèn)真聽(tīng)取了專(zhuān)家們的咨詢(xún)意見(jiàn)，代表水利部對(duì)清華大學(xué)和兩位院士給予工程的高度關(guān)注和高水平的咨詢(xún)意見(jiàn)表示感謝。事實(shí)上，正是按兩位院士的意見(jiàn)，米-26直升機(jī)在6月8日吊運(yùn)了8臺(tái)鉆機(jī)鉆探唐家山堰塞湖壩體，以查明壩體構(gòu)造，制訂合理方案。
正當(dāng)兩位院士一行與水利部負(fù)責(zé)人緊急會(huì)商之時(shí)，應(yīng)水利部前方領(lǐng)導(dǎo)小組水文專(zhuān)業(yè)組的要求，清華水利系師生將最新一期的唐家山上游來(lái)水預(yù)報(bào)發(fā)到了綿陽(yáng)指揮部。這是專(zhuān)門(mén)針對(duì)震區(qū)情況改進(jìn)了數(shù)字流域模型的計(jì)算精度后，發(fā)出的第一份來(lái)水預(yù)報(bào)。來(lái)水預(yù)報(bào)根據(jù)天氣預(yù)報(bào)計(jì)算降雨后的入庫(kù)流量和達(dá)到740米高程的具體時(shí)間，以供前方會(huì)商時(shí)參考。通俗地說(shuō)，它主要用來(lái)解答當(dāng)時(shí)普通民眾最迫切關(guān)心的問(wèn)題：唐家山究竟什么時(shí)候會(huì)過(guò)流？從5月31日～6月6日，清華水利系師生共完成了19期來(lái)水預(yù)報(bào)，預(yù)測(cè)過(guò)流時(shí)間為6月6日～7日。果然，6月7日清晨7點(diǎn)08分，蓄積已久的唐家山堰塞湖水開(kāi)始通過(guò)泄流槽下泄溢流。
溢流之后，師生們立即轉(zhuǎn)入最大潰口流量的預(yù)報(bào)計(jì)算，隨著時(shí)間變化和開(kāi)挖渠道的發(fā)展?fàn)顩r，實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)泄流的最大流量。這一數(shù)字將直接影響到潰壩方案的選擇：唐家山下游綿陽(yáng)堤防的防洪標(biāo)準(zhǔn)是13000立方米/秒，如果最大流量小于這一數(shù)值，綿陽(yáng)城基本就是安全的。
計(jì)算最大流量的“主力任務(wù)”，交給了當(dāng)時(shí)已隨李丹勛老師奔赴綿陽(yáng)的2004級(jí)本科生劉帆。今年下半年才能開(kāi)始讀研的劉帆之所以能承擔(dān)這一重要任務(wù)，還有一段故事：計(jì)算任務(wù)布置完后，博士生王皓、高潔帶著劉帆找到了王光謙，原來(lái)這位來(lái)自四川德陽(yáng)、奶奶就是綿陽(yáng)人的小伙子，已經(jīng)根據(jù)電視上報(bào)道的數(shù)據(jù)，自己開(kāi)始進(jìn)行唐家山堰塞湖的有關(guān)計(jì)算了。王光謙為學(xué)生的主動(dòng)精神所感動(dòng)，劉帆就這樣加入了計(jì)算組。在潰壩洪水和潰口發(fā)展模型的改進(jìn)過(guò)程中，他基本上隔一天才睡一次覺(jué)，發(fā)揮了重要作用。
決戰(zhàn)唐家山：驚心動(dòng)魄的一天
唐家山堰塞湖溢流的頭兩天，由于水頭還不高、水流沖刷能力較弱，流量并不太大。6月10日清晨6點(diǎn)多，剛睡了一兩個(gè)小時(shí)的劉帆收到女友的短信，告知唐家山流量開(kāi)始增大。劉帆一個(gè)激靈跳下床，沖出門(mén)去叫醒了隔壁的師兄，馬上開(kāi)始進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)工作。由于技術(shù)系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)訊的數(shù)據(jù)每半小時(shí)才更新一次，對(duì)做預(yù)報(bào)來(lái)說(shuō)太慢了，他們就打開(kāi)電視，根據(jù)綿陽(yáng)電視臺(tái)實(shí)時(shí)發(fā)布的洪水警戒數(shù)據(jù)做計(jì)算。
10日早上8點(diǎn)多，唐家山堰塞湖水位已經(jīng)超過(guò)740米高程2.8米，險(xiǎn)情升級(jí)。隨著水流不斷加速，實(shí)測(cè)和預(yù)報(bào)的水情數(shù)據(jù)也源源不斷地發(fā)回北京：
“王老師，現(xiàn)在唐家山泄流量約1000立方米/秒，水位742.8米?！?/P>
“9點(diǎn)流量1200立方米/秒，水位742.18米?！?/P>
“9點(diǎn)半流量1700立方米/秒，水位742.17米?！?/P>
“10點(diǎn)流量2190立方米/秒，水位740.51米。”
“10點(diǎn)20，北川站流量4400立方米/秒……北川流量修正到5220立方米/秒。”
……
預(yù)報(bào)流量漲得太快，學(xué)生們心里開(kāi)始打鼓了：照這樣的勢(shì)頭發(fā)展下去豈不很恐怖？他們愈加謹(jǐn)慎，邊預(yù)報(bào)邊校正，放慢了報(bào)告速度。2000、3000、4000、5000立方米/秒……在幾個(gè)重要節(jié)點(diǎn)上，預(yù)報(bào)都與實(shí)際數(shù)字基本吻合，這才讓他們堅(jiān)定了信心。
緊張的何止是學(xué)生。在這個(gè)唐家山除險(xiǎn)的決定性日子里，前方水情的每一次變化都牽動(dòng)著千萬(wàn)人的心弦。張楚漢院士已經(jīng)記不清，這天他與身在一線(xiàn)的72歲清華校友、原水利部長(zhǎng)江水利委員會(huì)設(shè)計(jì)院總工程師徐麟祥通了多少次電話(huà)。上午10點(diǎn)，張楚漢向王光謙轉(zhuǎn)達(dá)了前方的緊急請(qǐng)求，希望能盡快將計(jì)算數(shù)據(jù)發(fā)過(guò)去。問(wèn)題很明確：最大流量會(huì)達(dá)到多少？會(huì)不會(huì)超過(guò)13000立方米/秒？
11點(diǎn)10分，王光謙將學(xué)生的預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到正在會(huì)商的前方：“我們估計(jì)，按現(xiàn)在的漲勢(shì)，11點(diǎn)半泄流量可能漲到9000立方米/秒?！?000立方米/秒，這是水利系師生最終預(yù)報(bào)的最大流量，小于綿陽(yáng)的堤防標(biāo)準(zhǔn)，綿陽(yáng)應(yīng)無(wú)恙。
實(shí)際泄流過(guò)程中，唐家山堰塞湖流量在11點(diǎn)半達(dá)到7200立方米/秒的最大值，隨后逐漸穩(wěn)定回落。
下午1點(diǎn)，徐麟祥向母校師生發(fā)回了前方的最新水情：“13時(shí)水位回落到730.48米，流量5310立方米/秒?？陂T(mén)寬132米，水深8.5米?！?/P>
“行了！”張楚漢終于放下了一直懸著的心。一個(gè)“見(jiàn)識(shí)”過(guò)7000多立方米/秒流量的溢洪道，在四五千的流量面前當(dāng)然不易再潰決，張?jiān)菏颗袛嘈沽骷磳⒊晒ΑＲ恢本o張工作著的水利系師生們也知道，最大的險(xiǎn)情基本上度過(guò)了。
這一天，唐家山堰塞湖除險(xiǎn)工作取得決定性勝利，而且實(shí)際分流效果是原來(lái)的設(shè)計(jì)方案和專(zhuān)家分析的各種可能性里最理想的一種。
為清華人感動(dòng)：不畏艱險(xiǎn)的教授隊(duì)伍
在這場(chǎng)爭(zhēng)分奪秒、跨越京蜀的堰塞湖搶險(xiǎn)戰(zhàn)中，清華大學(xué)水利系參與師生之眾、工作成績(jī)之著、感人故事之多，其實(shí)遠(yuǎn)不止本文提到的這些。張建民、金峰、王恩志老師作為水利部抗震救災(zāi)專(zhuān)家組成員，除赴現(xiàn)場(chǎng)考察和評(píng)估病險(xiǎn)水庫(kù)外，還就堰塞湖的總體搶險(xiǎn)方案提出過(guò)重要建議；鐘德鈺等老師參與了后方計(jì)算；王興奎、江春波老師除赴現(xiàn)場(chǎng)考察和評(píng)估病險(xiǎn)水庫(kù)外，還安排并指導(dǎo)學(xué)生參與了計(jì)算預(yù)報(bào)；博士生李鐵鍵、張成6月6日論文答辯，只在5日晚稍做準(zhǔn)備，其余時(shí)間都在緊張計(jì)算。負(fù)責(zé)統(tǒng)籌學(xué)生計(jì)算的李鐵鍵在答辯完成的當(dāng)天下午就奔赴綿陽(yáng)……
在肖家橋堰塞湖現(xiàn)場(chǎng)，老師們不顧不斷掉落的山石，走在隊(duì)伍最前列。兩位院士在壩頂遭遇4.3級(jí)余震時(shí)，依然堅(jiān)持察看水情。負(fù)責(zé)搶通道路的湖北省交通廳副廳長(zhǎng)張學(xué)鋒感動(dòng)地說(shuō)，從沒(méi)見(jiàn)過(guò)這樣勇往直前的教授隊(duì)伍。張楚漢院士卻說(shuō)，對(duì)清華人來(lái)說(shuō)，這是正常的。
圍繞堰塞湖的后續(xù)問(wèn)題，清華水利系師生還將進(jìn)行一系列現(xiàn)場(chǎng)考察和研究。據(jù)李慶斌教授介紹，重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備進(jìn)行一項(xiàng)關(guān)于堰塞湖形成機(jī)理與對(duì)策的系統(tǒng)研究，既為地震災(zāi)區(qū)服務(wù)，也為自己的科研創(chuàng)新搭建一座平臺(tái)。
“在目前的技術(shù)條件下，很多計(jì)算只有我們能做，所以我們責(zé)無(wú)旁貸要做好?！蓖豕庵t如是說(shuō)。
