从治水到智水
九曲黄河，斗水七沙。黄河是全世界泥沙含量最高、治理难度最大、水害严重的河流之一，素来“多淤、多决、多徙”。千百年来，黄河安澜是中华儿女的祈盼。
习近平总书记强调：“扎实推进黄河大保护，确保黄河安澜，是治国理政的大事。”
随着数智化的春雨，古老的黄河河床上，正涌动着新鲜的水流。
在离小浪底水利枢纽不远的西霞院水库，无人机缓缓升空，将水文数据实时传回；布设在关键险工险段、坝头根石的“智能石头”，像一个个“侦察兵”，24小时密切关注着坝体安全状况；在黄河水利科学研究院郑州“模型黄河”基地，开展2025年度黄河下游洪水预演试验，以科技赋能防汛决策……
科技赋能防汛，守护着黄河安澜，同时也驱动河南从传统治水向“智”水转变，更加安全、高效、可持续的水利发展新格局正在中原大地逐步形成。
要治水先“观”水：
卫星遥感织就立体感知网
“我们依托我国首颗内陆水遥感卫星——‘华水一号’卫星，研发了黄河安澜卫星遥感智能感知中心平台，对江河湖等内陆水体察‘颜’观‘色’、把‘脉’问‘诊’。”
7月4日，走进华北水利水电大学卫星遥感中心，工作人员轻点鼠标，大片青绿交错的高分辨率遥感影像呈现在巨大的电子屏幕上，可以看到江河湖的水体分布、泥沙量、植被覆盖度等信息。
“我们依托我国首颗内陆水遥感卫星——‘华水一号’卫星，研发了黄河安澜卫星遥感智能感知中心平台，对江河湖等内陆水体察‘颜’观‘色’、把‘脉’问‘诊’。”华北水利水电大学测绘与地理信息学院遥感系主任何培培介绍。
何以治水？首先要充分了解水。地面布置的观测站点，普遍存在感知体系薄弱、技术手段落后等问题，遥感卫星则像是为水利建设安上了“天眼”。
“比如发生洪水后，水体范围变得特别大，常规地面站点已经无法反映现状，便可以通过遥感卫星去观测。”何培培说，“华水一号”卫星可获取亚米级高分辨率遥感影像，具有推扫、视频、夜光等多模式成像能力，可以有效补充地面监测在空间覆盖和监测内容上的不足，实现对水利工程设施、流域环境等的动态监测。
卫星拍到高清影像，怎么用？打开遥感卫星影像页面，黄河沿线，夹杂着一个个小点。“点击每个点即可获知该地点水文情况以及相应治理方案。”何培培介绍，这些数据与方案是由黄河安澜卫星遥感智能感知中心平台对卫星遥感影像进行计算后生成。
目前，聚焦洪涝灾害遥感监测、水环境参数反演及智慧水利三大方向，华北水利水电大学研发的多源卫星协同监测技术已应用于郑州市防洪系统当中，协同支撑省级防汛平台的灾情动态评估与应急响应。
地下水是涵养生态的重要水源，天上的遥感卫星除了能助力地表水治理，是否也能破解地下水监管难题？
今年6月，“十四五”国家重点研发计划“基于重力卫星的地下水监测与预警技术”项目启动暨实施方案论证会成功召开，该项目由华北水利水电大学测绘与地理信息学院副院长胡青峰主持。
该项目重点围绕双重力卫星联合观测的重力-地下水信号物理响应机制、复杂因素驱动-机理制约的地下水透彻感知等关键科学问题开展攻关。
“利用卫星捕捉地下水量变化的底层原理是建立在质量守恒定律上。”胡青峰介绍，卫星在运行过程中，电磁测量通过感知地球重力场及其变化，反映地球内部密度结构和质量的变化，以此来判断地下水量的变化。
胡青峰表示，面向地下水资源精准监测和预报预警的需求，该项目将为建设“天—空—地—水—工”五位一体的地下水监测与预警体系提供支撑。
将治水变“智”水：
模型黄河筑起智慧防汛墙
6月，一场黄河下游预演试验在黄河水利科学研究院模型黄河试验基地进行。
根据气象部门预测，今年黄河中下游降水偏多。本次洪水预演试验选择在充分考虑现有黄河干支流水库调节能力，花园口水文站最大洪峰流量达到11785立方米每秒的情况下，对“82.8”型洪水过程进行模拟试验。
“这样一个洪峰，在黄河下游局部河段是要漫滩的。黄河下游滩区还有上百万人处于洪水风险区，一旦洪水漫滩，老百姓生产生活将会遭受巨大的损失。”黄河水利科学研究院副院长王敏说。
洪水预演试验，就是模拟在这种洪水情景下，黄河下游的洪水演进、河势变化、工情险情，以及漫滩洪水淹没情况，为防汛决策提供科技支撑。
模型黄河为黄河保护治理研究提供了直观的试验平台。在河道工程布局、水库调度等研究时，由于影响因素复杂交织，要想揭示其中蕴含的内在规律，就必须通过模型黄河进行单因子“剥离”，通过模型试验，挖掘出各要素之间的内在科学关系。
试验大厅内，“黄河下游动床模型”按1∶600水平比尺、1∶60垂直比尺构建，800米长的模型精准复现黄河下游299公里长的游荡性河段和165公里长的过渡性河段。
在此次试验准备与实施过程中，黄河下游河道模型在数字化网络化智能化提升方面取得多项创新突破——自主研发了国内首台“河工模型人工智能地形制作设备”、首创国内嵌入式PLC自动控制加沙系统、研发“模型黄河”智慧平台……
“通过一年的升级改造，我们基本实现了试验过程各要素数据采集的数字化、信息传输存储的网络化、模型测控管理和数据分析应用的智能化。”黄河水利科学研究院泥沙研究所所长曹永涛介绍。
模型黄河还可以弥补原型黄河和数字孪生黄河对某些参数无法测验和率定的不足，增强对原型黄河问题的预测性和前瞻性，利用现代科技确保黄河安澜。
“采用黄科院自主研发的二维水沙动力学模型，对黄河下游水沙演进过程开展实时动态模拟计算，结合原型根石资料的分析，再通过模型黄河试验成果检验，实现‘三条黄河’联动，快速预报不同流量下滩区淹没范围和重点防守位置，为水库调度和防洪决策提供技术支撑。”曹永涛说。
黄河是世界上最为复杂难治的河流之一，水少沙多、水沙关系不协调，河情特殊、矛盾多重，很多黄河的自然规律目前还未被完全掌握。
目前，数字孪生黄河建设已深度应用到水旱灾害防御工作中，在黄河水利科学研究院，把高精度物理模型与数字孪生技术深度耦合，通过原型黄河、模型黄河、数字孪生黄河构成的“三条黄河”，形成科学决策场，通过“三条黄河”耦合联动，为黄河沿岸千百万群众筑起智慧防汛“铜墙铁壁”。
从治水到“用”水：
生态转化绘制绿色新画卷
7月1日，黄河进入主汛期，2025年黄河调水调沙正有条不紊进行中。
作为一条多泥沙河流，“一碗水半碗沙”这句俗语生动描绘了黄河的泥沙特性。水少沙多、水沙不协调是它复杂难治的症结，泥沙淤积与处理也是一个世界性难题。
为减少泥沙淤积产生的不利影响，我国从2002年就开启大规模水沙调控模式。然而，只靠水保拦沙、水力输沙等措施，并不能从根本上解决泥沙淤积问题。
如何变被动防治为主动防治？郑州大学水利与交通学院教授郑元勋将目光投向了黄河上游。
“上游河岸普遍由粉细砂或松散砂土构成，极易发生岸坡失稳、侵蚀崩塌及泥沙流失等问题。我们基于微生物诱导碳酸钙沉淀这一新兴的生物岩土工程技术，可显著增强土体的整体性、强度、刚度及抗渗性能，从而有效提升河岸土体抵抗水流冲刷和侵蚀的能力。”郑元勋介绍，除了能够有效加固土体，该技术天然无害、能耗低、材料用量少等优势，也为黄河上游脆弱河岸的生态化防护提供了极具前景的技术路径。
当前，黄河治沙的策略已经从单纯的“拦、排、放”转变为更综合的“调、挖”模式。随着工程体系的完善、科学技术的进步和对泥沙资源属性认识的加深，黄河泥沙的“资源性”价值逐渐显现，泥沙资源利用问题逐渐受到系统研究。
“不少人困惑，现在建筑所需的河砂资源紧缺，黄河如此巨大的泥沙量，为什么很少有人采掘？”郑元勋一针见血指出问题所在：太细了。
他介绍，黄河泥沙多为黄土高坡的水土流失而带来，虽然数量大，但黄河泥沙直径一般在0.3毫米以下，表面光滑且粘连性差，难以满足现行建筑用砂标准；此外，砂在投入使用前，都需要经过过筛过水步骤，来冲洗掉砂中所含的泥土，达到标准后才能进入市场。由于黄河泥沙含泥量过高，导致其清洗成本较高，一定程度上限制了其资源化应用。
如何变废为宝？关键在于巧妙利用。
“我们持续开展黄河泥砂的资源化应用关键技术研究，如通过热活化、机械活化、碱激发等手段，破坏泥沙惰性结构，激发其潜在的火山灰活性，利用黄河泥沙制备胶凝材料、利用黄河泥沙部分替代河砂制备不同应用场景下建筑材料、针对黄河泥沙‘细’的特点将其应用于薄壁异形结构3D打印材料等，不仅可以降低天然资源消耗导致的环境污染，还能显著降低建材成本。”郑元勋说。
“另外，黄河泥沙中含有许多矿物质和微量元素，有利于改善土壤结构、提高土壤生产能力，特别是汛期泥沙可作为改良盐碱化土壤的天然原料。”他介绍，可以通过技术将黄河泥沙附着在土壤表面，增加农田土壤养分，用于湿地塑造和土地改良。
在科技赋能之下，曾经的废弃物一朝转化为高附加值材料，黄河泥沙也实现了“清淤—资源化—应用”的正向闭环。
从苍穹之上的卫星遥感编织感知巨网，模型黄河筑起的智慧防汛墙，再到点沙成金的绿色建材，科技已深深嵌入河南水利发展。
黄河之水天上来，奔流到海不复回。今日流淌在河南大地上的黄河故事，已然被科技谱写出破解千年水患、谋求人水和谐的新篇章。(记者 马愿 师喆 尹江勇 实习生 徐鑫)
