21日8时，黄河内蒙古巴彦高勒水文断面解冻文开河，黄河进入开河关键期，较常年偏早20天。

  为有效应对开河关键期卡冰结坝对黄河河道和堤防工程会造成的威胁，2月26日至3月2日，黄河水利科学研究院（以下简称“黄科院”）牵头的国家重点研发计划凌汛监测与灾害防控项目组在黄河防凌“主战场”——内蒙古达拉特旗东营子工程至磴口河段，组织并且开展了一次凌汛险情快速抢护技术装备现场示范试验，以全面验证和演示轻型破冰船、冰下爆破带、无人机载破冰弹三种破冰装备的破冰指标和有关技术操作流程。

  由于特殊的地理位置和天气特征情况，黄河凌汛成了我国冬春季节最为突出、最为主要的汛情。

  “黄河凌汛具有孕灾环境复杂、突发性强的特点，受气温、水温、流量与河道形态等因素的综合影响，防控难度很大。”项目负责人郜国明和记者说，以往黄河凌汛期间，如果出现较为严重的卡冰结坝，只能依靠运用轰炸机投放航弹或迫击炮炮弹轰击冰坝的传统手段进行破冰除险，这样的方式破冰精度低、时效性差，存在很大的安全风险隐患。近年来，随着内蒙古经济社会的持续不断的发展，黄河河道内桥梁、涉河建筑物逐年增多，采取航弹或炮弹轰击破冰的局限性越来越大。

  “为了满足国家‘建立高效科学自然灾害防治体系’的迫切要求及保障黄河防凌安全的现实需求，研发精准、便捷、高效、安全的轻型破冰装备显得很重要，创新和突破凌汛监测与灾害防控关键技术迫在眉睫。”黄科院防汛所防汛减灾研究室主任张宝森告诉记者。

  记者在采访中得知，随着冰塞冰坝理论研究的深入，凌情监测技术的逐步的提升以及凌汛期巡查观测力量的慢慢地增加，冰塞冰坝在孕育、发展的早期即被发现成为可能。但是，国内外目前还没有一套能够在凌汛险情发展初期就能够迅速排险的应急手段，发展应急破冰技术与设备器材势在必行。

  为尽快补齐这一短板，2018年12月，由黄科院牵头的国家重点研发计划项目“黄河凌汛监测与灾害防控关键技术探讨研究与示范”获批立项，2019年4月真正开始启动。“凌汛险情快速抢护关键技术与成套装备研发”作为该项目的六个子课题之一，重点解决凌灾中快速高效精准破冰排险技术装备欠缺的问题。

  “我们在分析黄河凌汛险情发展特点的基础上，基于‘防重于抢，防抢并举’的防汛抢险原则， 提出了以定点破除冰塞冰坝、开辟排凌通道、破冰船清除河段冰盖的‘点—线—面’相结合的破冰方式。”黄科院副总工、防汛所所长田治宗说，他们的思路是针对不一样破冰目标，开河前、冰坝形成前及冰坝形成中等不同实施时机，转化军用成熟爆破技术，研制易于民用的破冰器材，破解新的破冰需求难题。

  为此，黄河科研人员通过开展破冰除险技术设置“轻型破冰船主动干预开河技术及装备”“无人机载破冰弹消除冰塞冰坝险情技术及装备”和“冰下爆破带疏通排凌通道技术及装备”3个专题，研制破冰除险技术及装备。

  “这艘船应该是国内河道破冰第一船。”在前往轻型破冰船主动干预开河装备试验现场的路上，参与联合研制的包头平安航运有限责任公司总经理邸福利和记者说，作为河道破冰装备，由他们研发的这艘轻型破冰船在国内尚属首次，在黑龙江、松花江等北方封冻河流上都没再次出现过。

  “冰凌在桥梁附近特别是桥墩处产生卡冰怎么办？狭窄河段冰盖产生阻水现象这么办？若使用爆破的方式破冰，将会对桥梁、堤防造成难以估量的损害。这样一个时间段轻型破冰船运用自身重力冲击和辅助设备做破冰，其灵活、机动的优势就显现出来了。”黄科院防汛所防汛减灾研究室高工谢志刚说。

  在试验码头，记者看到一艘喷涂有“平安破冰1号”标识的船舶，船身大约30米长，七八米宽，船头处安装着一台拥有长臂挖斗、类似挖掘机的装备。

  谢志刚和记者说，破冰船以内蒙古河段常见的拖轮为原型船，在此基础上对船体结构和型材按照破冰需求来做了改进，并加装辅助破冰装备。船体自重接近90吨，最大总吨位116吨，由两台主机动力500千瓦的发动机提供动力。设计破冰方式由冲击破冰和辅助器破冰两种，设计破冰能力分别为不小于10厘米和40厘米。所谓冲击破冰就是依靠破冰船自重产生的力量对冰凌进行破除；类似挖掘机的部分就是破冰船的辅助破冰设备，如果出现依靠船体冲力无法破除的冰盖，就可通过辅助设备的挖斗进行铲挖、静压，达到碎冰、辅助船体转向、摆脱碎冰块壅塞船体、疏浚河道的目的。同时，船体自身还能发挥水上抢险、救援平台的作用。

  破冰船工作前，还将利用无人机载地质雷达对破冰区域的冰情及冰盖厚度进行勘测，通过数据对比，科学规划破冰船行进轨迹，提高破冰效率。

  破冰船因为依靠自身冲力破冰，在破碎冰凌的同时，长时间的撞击必将对船体的稳定性和安全性造成影响，并产生安全风险隐患。为解决这一问题，科研人员在船体上安装了两套监测评估设备。

  “可不要小看这套设备，这和我国南极科考船‘雪龙号’上的监测一样，出自同一个技术团队。”张宝森说。

  在试验现场，记者看到来自大连理工大学的技术团队，正在船体上安装调试破冰船动态监控数据采集设备。

  在船头安装的视频监控设备能在破冰过程中实时采集船体与冰面接触的图像，通过对视频图像的解译，及时获得冰厚及破冰效果等数据，再通过数学模型反演，获取冰盖承载力数据，由此分析出最优破冰效率。与此同时，他们还在船体里安装了应力应变传感器，对破冰过程中船体的应力应变进行同步检测，及时有效地发现船体会不会产生超过安全系数的形变，第一时间发现安全风险隐患，大大增强了破冰船自身的安全系数。

  一声令下，一架搭载地质雷达模块的六翼螺旋桨无人机应声起飞，开始对冰凌爆破预定区域的冰厚、高程进行快速勘测。大约200米宽的黄河河道断面，无人机来回不到一分钟，各项数据即完成实时采集。

  “这些数据将对后续冰下爆破带、破冰弹的炸药装填量提供基础数据支撑。”谢志刚和记者说，炸药装药量的多少对破冰效果会产生直接影响，装药量过多，将对桥梁、堤防、涉河建筑物造成不必要的冲击或破坏，装药量过少，则达不到破冰除险的效果。

  就在无人机雷达起飞对试验区域冰盖进行探测时，冰下爆破带和破冰弹两种破冰设备在同步调试安装中。

  冰下爆破带的全称是“冰下爆破带疏通排凌通道装备”。爆破带顾名思义，装备成条状，看起来与消防水带颇为相似。作为联合研制企业，武汉雷神特种器材有限公司董事长湛维涛和记者说，这套装备单具（一条）设计长度为25米，带径25厘米，最大重量不超过55千克，既可以单具实施爆破，又能够准确的通过需要破冰的实际厚度、体积进行多具串联、并联，进行遥控起爆破冰。

  在试验现场，记者看到，三条爆破带被气垫船运送至1000米外的指定破冰点，并在需要爆破的冰面上，打孔数个，使用水下机器人协助，完成爆破带冰下投放、展直，在定深器控制下，使其悬浮在最佳的水下深度。

  缘何不能在冰面上直接实施爆破？面对记者的疑问，黄科院防汛所防汛减灾研究室副主任邓宇和记者说，依据现场水深调节爆破深度，爆炸能量利用率会更高；如果在冰上爆破，爆炸产生的能量将会大大散失。而且，冰下爆破带造价低、操作难度小，技术可靠性、安全性也更高。

  “10、9、8……0，起爆！”随着现场试验指挥的口令，采取并联安装的两具冰下爆破带轰然起爆，在空中形成一道宽近50米，高约40米的“冰凌幕墙”，原本坚实的大块冰盖变得支离破碎。

  随即，一架装载有破冰弹的无人机腾空而起，根据无人机雷达发回的凌情信息和专家研判的破冰坐标点，飞向需要破冰的区域，在目标区域上空100米左右的地方投下破冰弹，破冰弹在空中顺利打开一顶小“降落伞”后竖直落向冰面，两声爆响后，碎冰顺流而下。

  中国兵器山东特种工业集团副总工程师李学林介绍说，他们创新研制的集“穿孔—随进—爆破”为一体的破冰弹，单发重量23千克，以无人机为载体，最大航程约60分钟，适应环境风力为6级。破冰弹下落触及冰面瞬间触发一级穿孔装药，在冰层中形成竖直通道，并将随进装药顺势推进通道进入水中，经短暂延期后，在一定水深条件下爆炸，达到最佳破冰效果。破冰弹具备多级安全保护装置和自毁功能，安全性高。

  记者了解到，一旦需要破冰除险，破冰弹短时间内即可抵达破冰现场，与无人机载地质探测雷达组合使用，形成侦察—发现—研判—除险为一体的快速破冰系统。该系统能多架次无人机协同实施破冰作业，灵活控制爆破点走向和投弹数量，能在卡冰、堆冰和冰坝形成的初期实施，快速、精准、安全地破冰除险，整套系统操作简单便捷，反应迅速，避免冰上作业。

  黄科院科研处处长、项目课题负责人李书霞和记者说，他们在1月底已经在现场开展了相关试验，效果均超过预期。未来，课题组将针对此次试验中暴露出来的短板和不足，进一步对设备的相关参数和有关技术的操作的过程进行完善和优化。

  烟幕消散，无人机雷达再次升空，现场对爆破效果进行初步测量评估，结果显示，试验完全达到预期破冰效果。根据预先安装在周边桥梁和堤防、丁坝上的传感器传回的监测多个方面数据显示，爆破对桥梁、堤防就没有产生一定的影响，安全性亦得到充分验证。