用一束光“看透”千年泥沙

黄河之“黄”

藏着治黄难题的密钥

水文之“韧”

寻求破局创新的良方

从人工蹲守到光电“捕沙”

从量程突破到推广应用

他们追的是一束穿透泥沙的光

更是黄河水文现代化的未来

造一台“懂黄河”的仪器

2017年冬，黄河水文仪器装备研发工作室里，牛茂苍攥着一把黄河沙，目光落在桌上摊开的几份报告上：同位素测沙仪维护难，浊度仪扛不住高含沙，振动式测沙仪总被漂浮物堵……面对这些测沙难题，这位通信工程专业出身、精通电子电路的工程师陷入沉思。

当着10人研发团队的面，牛茂苍立下誓言：“黄河有自己的脾气，咱们要造一台能‘看透’黄河浑水的仪器，让测沙不再那么难！”

“过去测沙全靠人工蹲守，职工每隔半小时就得冒着汹涌的浪涛去取样，样本静置24小时才能出结果。遇上沙峰过境，更是要和时间赛跑进行‘抢测’，整宿不能合眼。”小浪底库区勘测局原局长吴岩回忆道，“测沙问题亟须解决。”

研发团队跑遍黄河沿线测站，“冬天结冰，仪器得抗冻；长期水下运行，要能自动清洗；水位变幅大，仪器要能自动调整水下位置……”这些一线需求，成了研发工作的“指南针”。

“用光电原理，让特定波长的光在浑水中散射，根据光强度变化算出含沙量。”团队敲定技术路线时，国内外几乎没有可供借鉴的成熟经验，牛茂苍带着大家“摸石头过河”。

彼时，水利部、黄委高度重视水文现代化建设，提出“水利现代化，水文要先行”。黄委水文局党组将测沙仪器研发列为重点攻坚任务，统筹资源，全力保障。

“5+2”“白+黑”连轴转的日子里，研发团队以黄河泥沙为样本，收集了68万组原始数据，持续开展因子校准、多点校正、核心算法模型建立、特定波长光电组件选型测试等实验，连续运行2304小时，1853次实验记录写满笔记本。实验室俨然成了他们的“第二个家”。

三年磨一剑。2020年夏天，第一台光电测沙仪问世。它集成主机、数据采集终端、通信终端、太阳能供电系统和在线测控平台等核心模块，支持多种安装方式，具备自检清洗功能，能“全年无休”工作。摸着这台凝结了1000多个日夜心血的仪器，牛茂苍感慨：“这是给黄河交的第一份‘草稿’，还得在实战里打磨。”

吻合！吻合！

小浪底水文站是黄河干流的“沙峰观测哨”，每年调水调沙期间，该站测验断面含沙量剧烈波动，成为光电测沙仪的“首秀舞台”。2020年汛前，第一台HHSW·NUG-1型光电测沙仪运抵该站。时任站长张保伟看着这台“不锈钢家伙”，心里犯嘀咕：“这玩意儿真能取代人工测验？”

牛茂苍带着团队守了一个月，近40摄氏度的高温下，仪器箱烫得能煎鸡蛋，他们每隔一小时就去检查，生怕出一点差错。7月的一天，沙峰突然袭来，张保伟指挥站上职工人工取样，同时盯着仪器屏幕——38次比对，数据基本吻合！2021年，率定取样38次，数据依然与人工结果整体吻合！

“以前抢测沙峰常常熬通宵，现在每6分钟传一次数据，再也不怕漏过沙峰。”张保伟说。

经过大量比测试验分析，光电测沙仪于2021年在小浪底水文站正式批复投产，应用于调水调沙泥沙监测，最高可测含沙量为375千克每立方米。同年，该仪器多项关键技术获国家发明专利，小浪底水文站成为黄河干流首个水文全要素在线监测试点站。

跟着黄河“跑”

小浪底水文站的试用成功，没让研发团队停下脚步。“宁蒙测区冬天结冰，要设计恒温轨道实现冰下在线监测；山东浅滩河道，得设计浮体安装……”团队带着仪器跟着黄河“跑”，在不同河段量身定制方案、优化性能。三门峡库区水文水资源局团队也加入其中。2024年8月8日，马连河洪德水文站暴雨如注。三门峡库区水文水资源局副局长徐永红带着防汛预备队，踩着泥泞驻守在河边。“含沙量超700了！”站长金彦科盯着屏幕，手心攥出了汗。这里是黄河流域的“极端考场”，光电测沙仪的量程纪录多次在此刷新。

8月9日7时，第一次沙峰袭来——863千克每立方米！人工监测值850千克每立方米，误差仅1.5%。8时36分，屏幕上跳出“938千克每立方米”，与人工监测值高度契合，再次刷新纪录！

2025年6月30日，庆阳水文站传来更振奋的消息：1110千克每立方米！三门峡库区水文水资源局提前半个月就在河边调试仪器，给设备加装高频清洗模块，优化光学算法。“终于把测沙极限推到1000以上了！”站长沈锦杰拿着监测报告，激动不已。

从2022年的375，到2023年的451，2024年的938，再到2025年的1110，光电测沙仪量程接连突破，每一步都浸着水文职工的智慧与汗水、团结与力量。

黄河上的“智能网”

在凌汛期，光电测沙仪裹着保温层，在零下20摄氏度的冰河里照样工作；在典型干流站，它能根据水位变化自动调整水下位置；在新疆、广东的河流上，这款“黄河造”仪器也扎下了根。

截至2025年，光电测沙仪已在全国10多个省份推广，在全河6大测区“上岗”，实现黄河中下游干流和重要支流站全覆盖。单站人力成本降低70%，数据时效性从24小时缩短到6分钟。

光电测沙仪的进阶，只是黄委水文局“十四五”水文现代化的一个缩影。水利部、黄委统筹推进黄河水文现代化，要求“构建现代化雨水情监测预报体系”，水文局党组以此为纲，推动水位、流量、雨量观测实现自动传输。如今，走航式ADCP全覆盖，冰期蒸发自动监测系统破解了高寒地区冬季冰面蒸发监测“盲区”，智慧水文艇能测深测流，数字孪生水文系统逐步构建……从“人工蹲守”到“智能模拟”，从“单一测报”到“四预支撑”，黄河水文大变样。

“泥沙颗粒级配能否实现在线监测呢？”新形势下，水利部、黄委又提出新的课题。黄河捕沙“追光者”的故事，还将继续。

来源：水利部黄河水利委员会

作者：赵晋秀

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