黄河河道整治工程坝基根石是工程稳定的基础，其常因洪水冲刷造成水下根石大量走失而发生坦石下蛰或坝体坍塌等险情，严重时可能垮坝，甚至威胁到堤防安全。在历年的防汛工作中，每年汛前、汛中、汛后都要进行相应的根石探测，以掌握工程根石的深度和坡度，及时进行对根石的缺石部位进行补充加固，达到有险早知道，加固有依据的目的。
因此，提高根石探测速度和质量，及时掌握根石变化，制定相应的抢护加固措施，为提高工程的抗洪强度，确保工程安全度汛提供了可靠依据。
1.现有根石探测手段存在的主要问题
传统的水下根石探测手段落后，采用人工锥杆锥探方法。尽管这种方法已经成熟，在黄河治理过程中沿用了几十年，但劳动强度大、操作人员不安全、探测数据精度差、测点定位难度大、锥杆探测深度受限，投入的人力、财力大，探测速度慢，与现代科技治黄新理念不相适应。具体存在以下几个问题：
1.1探测精度较低。现行的根石探测方法和原理决定了它的精度，探测时是否探测到根石，只是靠人工在一瞬间用锥杆扎到水下所触到的感觉，然后用尺丈量锥杆上的长度判断出水下根石的深度。
在实际操作中，当探测坝垛靠溜时，探测船难以按要求部位准确固定，平面坐标误差大，所测点不能完全在同一条垂直线上，从而影响了探测精度，尤其是水深溜急部位，人工锥探将无法进行。另外，由于锥杆上竖高度大，探测时还受风力的影响限制。
1.2探测资料整理中的问题。探测外业工作结束之后，都要进行资料整理和分析。现行的根石探测资料整理计算、绘图主要有两种，一种是沿用根石探测管理系统软件。此软件处理缺石量，系沿用险工根石台起算、控导工程从坝顶口石开始起算，在计算圆弧段长度按上口长度的二倍作为计算长度，均存在误差，从而导致计算根石的平均坡度时也存有误差。另外一种是人工计算、绘图。把外业实测的各项数据整理好后，用人工按实测数据、比例绘图，然后对照图计算面积、分析缺石量。这样单凭在图上分析、观察、计算根石量缺与否，误差更大。导致对坝垛根石加固无依据，对防洪工程安全运行无把握。
1.3探测的安全问题。根石探测坝垛一般都是常年靠水的工程坝岸，水中探测难度较大，特别是水流速度较大，锥杆高度又在10米以上时，锥杆难以保持垂直，影响探测精度，且由于探测人员站在船一侧的边沿向下锥探，船在水流的推动下不停摆动，难以固定，加之工作面窄小，船沿无拦杆，安全系数小，容易造成人员落水事故。
2.亟待提高根石探测精度与分析计算的准确性
2.1开发研制机械锥探式根石探测技术
2007年3月以来，长垣河务局对改革水下根石探测工作进行了研究。在对比各种根石探测技术优劣的基础上，本着实用性强、操作方便、性价比高的原则，于2008年6月设计了“机械锥探式根石探测设备”。经过2009年在长垣四处控导工程和封丘禅房控导工程根石探测显示，运行效果良好。
2.1.1机械探测船的探测准备工作与人工探测一致。
2.1.2机械探测船定位
机械探测船采用三个卷扬机分别固定在上游坝的一个点、本坝两个点实现测船定位。（详见机械探测船定位示意图）如果测船需要移动，需将测船一侧卷扬机启动，放钢丝绳，而另一侧卷扬机工作收绳，将测船移动到探测位置。在每道坝探测过程中，上游一侧钢丝铁犁不用启动，只需放绳即可，而本坝顶部的两个钢丝铁犁可根据需要适当移动。
2.1.3锥探过程
当测船位置确定后，启动探测机沿轨道到第一个测点上进行锥探，使探测锥杆对准护锥管孔下椎杆，当锥杆接触石头时，挤压轮空转，机体颤动,锥杆停止下行。根据锥杆的下探长度确定根石深度。
2.2黄河河道整治工程根石探测系统应用效果
2009年长垣河务局在使用该根石探测系统进行根石探测中，经过和人工探测对比，可以得出下面4方面的结论：
2.2.1经济投入下降
使用机械锥探式根石探测技术进行根石探测需要工作人员8人，人工工资400元/天；看守设备费40元/天；油费：300元/天；交通费：100元/天；维修费用为50元/天；设备折旧费110元/天；3道坝/每天；合计费用333元/坝。
目前按照黄委《黄河河道整治工程根石探测管理办法》的规定，使用传统的根石探测技术需要锥探工人6名，船工定位需6名，记录1人，其它2人，共需15人，人工工资750元/天；租船费300元/天；设备看管费：40元/天；交通费：100元/天；2道坝/每天；合计费用595元/坝。
经过应用对比得出：使用机械锥探式根石探测设备进行根石探测比传统的人工根石探测每道坝节省费用262元。
2.2.2数据精度提高
经过机械、人工锥探数据比对，同一个点人工探测数据大多大于机械数据，主要原因在于人力难以控制锥杆垂直下探，受水流冲击锥杆发生倾斜，甚至下锥杆前把锥杆向上游抛投，借水流冲击的霎那间提取探测数据，误差较大。另外人工锥探采集用的船只平行断面，靠人工外撑，人工拉缆绳定位，当流速大于1m/s时，船只定位困难，平面坐标位移大，影响探测数据精确度。总之，人工探测数据精度差，大多是探出了水的深度，而探测出土层下的真实数据很少，同时也可能不是真实断面上的数据。
从机械锥探式根石探测与人工探测对比数据表中可以看出，通过逐点探测数据精度分析，机械锥探测点固定位置准，锥探通过护锥孔垂直探测，抗冲力强，工作适应流速2m/s左右，锥探力量可穿透河槽内的硬土层，提高了探测数据的精确度。
2.2.3探测速度提高
通过机械锥探式根石探测方法和传统的人工探摸方法应用对比，相同时间内机械可探测点次增加30％-50％，探测深度可增加5-8m，机械化探测效率高，实用性强。
2.2.4安全程度可靠
传统的人工探测船受船只面积限制，人工锥杆法探测人员集中于船的一侧，船只易发生倾斜，人员容易发生落水等危险情况。在汛期时，水流速度较大，危险性更高，往往无法进行探测。而机械锥探式根石探测系统的探测位置为测船的中心，测船两侧的重量均衡，另外探测系统使用卷扬机三点定位，测船的平衡性好，安全性大大提高，能够适应主汛期进行根石探测。
2.3革新改造根石探测数据处理系统
目前正在使用的“根石探测录入系统”是1999年开发的，根石探测数据输入完毕后，根石探测情况统计表及根石深度、坡度统计表不能在根石系统软件上自动统计出来，而需要人工把数据打印出来进行统计分析，费时费力误差大，工作效率低；另外目前软件数据保存时默认路径是软驱，该系统只能在本电脑录入查看，而且只能看到当年探测的资料，每次查看还要把基础数据再录一次才能看到断面图和统计表。
目前使用根石探测录入系统软件太落后，和现代的电脑不匹配，根据这个状况，长垣河务局在原软件的基础上进行了革新改造，开发了“黄河河道整治工程根石管理系统”主要是提供分布式的信息化管理，网络化信息管理，简捷的用户操作界面和智能的信息提示。对工程单位的工程、坝、断面和基础工程数据进行信息化管理。其主要关键技术及创新点是：该技术解决了无法网络化根石信息管理和根石探测成果表的可视；保存不同年代数据功能；打印规范、出图规整。
3.根石探测技术的应用情况
长垣河务局研制的机械锥探式根石探测技术是在局领导班子的大力支持下开发研制的，省市领导专家多次视察指导提出了许多宝贵意见，长垣河务局成立了由局长、主管副局长、高级技师、防办技术人员组成的科技小组，精心研制机械锥探式根石探测技术，经过多次试验和反复修改，成功研制出了机械锥探式根石探测船，各工程班探测人员经过培训都能进行操作，该技术在2009年长垣和封丘根石探测时得到了充分应用，推广应用效果较好。
4.推广应用工作措施及建议
4.1组建专业探测队伍
现行的根石探测都是临时调用工作人员进行简单培训，组成临时探测队伍，由于工作人员流动性大，专业技术不扎实，严重制约着工作效率。
建议各县局组织一支根石探测专业队，在汛前、汛中、汛后及工程出险和大水时能够快速及时进行根石探测，了解工程根石状况，为工程安全奠定基础。
4.2进行技术培训
掌握该技术既要要具备严谨性、灵活性，还要掌握机械操作性能和船只定位、移动等综合性技术。
建议对根石探测工作人员进行专业技术定期培训，不但培训理论知识，还要培训操作技能，以提高根石探测技术水平。
4.3设备升级改造
机械根石探测船在坝前水深达不到其吃水深度时，无法开展探测工作。
建议对设备进行改造，可用于水陆两栖探测。
同时，由于目前数据记录还是人工记录，还未达到自动化程度。下一步需要结合数控技术，继续研制开发数据处理技术，最终达到由探测、记录到数据分析、绘图等全面自动化。
作者单位：长垣黄河河务局
