重大水利樞紐通航建筑物建設與提升技術

鈕新強

（長江勘測規劃設計研究院，武漢 430010）

重大水利樞紐通航建筑物建設與提升技術

鈕新強

（長江勘測規劃設計研究院，武漢 430010）

2013年7月，習近平總書記在湖北考察時指出：“長江流域要加強合作，充分發揮內河航運作用，發展江海聯運，把全流域打造成黃金水道”。2014年9月，黨中央、國務院作出了“依托黃金水道推動長江經濟帶發展，打造中國經濟新支撐帶”的重大戰略決策。長江是我國內河航運最發達的水系，長江通道是我國國土空間開發最重要的東西軸線，也是“絲綢之路經濟帶”和“21 世紀海上絲綢之路”的紐帶，在國家經濟社會發展總體格局中具有重要戰略地位。國家提出了打造“暢通、高效、平安、綠色”全流域黃金水道的長江經濟帶戰略，對長江航運提出了更高要求。大型水利樞紐是國家的重要基礎設施，水運也是國家綜合交通運輸體系的重要組成部分，具有明顯的比較優勢。

1 項目重大意義

2005年以來，長江干線貨運量連續十一年位居世界內河第一，長江航運已經成為沿江綜合運輸大通道的核心組成部分，是沿江地區經濟社會快速發展和沿江產業帶聚集的重要引擎。長江經濟帶覆蓋上海、江蘇、浙江、安徽、江西、湖北、湖南、重慶、四川、云南、貴州等11省市，面積約205萬平方公里，人口和生產總值均超過全國的40%，是我國綜合實力最強、戰略支撐作用最大的區域之一。目前長江航運存在三峽與葛洲壩樞紐通過能力不足，荊江河段通航能力提升與生態環境保護、防洪安全、河勢穩定等矛盾突出，金沙江下游巨型電站通航建筑物建設難度大等問題。

（1）三峽、葛洲壩樞紐是長江航道上的關鍵節點，三峽水利樞紐工程顯著改善了長江上中游航道條件，極大提升了庫區航道的通航能力，促進了長江航運事業的大發展。隨著沿江經濟的快速發展和庫區航道條件的根本改善，三峽過閘運量呈爆發式增長，2011年運量突破1億噸，提前19年達到規劃水平。近年來，受既有船閘通過能力制約，三峽過閘船舶平均待閘時間逐漸加長，通航壓力日益增加，船閘長期超負荷運行，也帶來較大的安全風險，三峽樞紐已成為制約長江航運進一步發展的“節點”。

（2）隨著金沙江下游烏東德、白鶴灘、溪洛渡和向家壩等四座巨型水電站的建設，庫區常年回水區形成了深水航道，為發展水運創造了有利條件，但由于水電站位于高山峽谷地區，烏東德、白鶴灘和溪洛渡三座大壩為世界級特高拱壩，存在通航建筑物布置困難、通航水流條件復雜、高陡邊坡穩定困難、抗震要求高等技術難題，“阻隔”了黃金水道向上游進一步延伸。

（3）長江宜昌至重慶河段具備通航萬噸級船舶的條件，武漢以下河段規劃通航萬噸級船舶，但長江中游荊江河段河道蜿蜒、淺灘密布，通航能力提升與生態環境保護、防洪安全、河勢穩定等矛盾突出，目前僅能通航3000噸級船舶，通航標準明顯與上下游不匹配，成為黃金水道的 “中梗阻”。

開展“重大水利樞紐通航建筑物建設與提升技術”研究，解決制約長江黃金水道發展的長江航運三大問題，提交系統性技術方案，滿足新時期國家戰略對長江航運發展的要求。

2 項目總體目標

美國、前蘇聯及歐洲各國，在內河水運建設方面有100多年歷史，已建成較為完善的內河航道網。我國現代化內河水運建設起步較晚，但近年來發展迅速，目前已基本形成了以長江、西江、京杭運河為主體的內河水運格局。隨著長江三峽、葛洲壩，西江長洲、大藤峽，金沙江向家壩，烏江構皮灘、彭水，嘉陵江亭子口等一批大型現代化通航建筑物的建設和運行，我國在通航建筑物建設技術方面已基本達到國際先進水平?？傮w而言，在目前國內外已建和在建的通航建筑物中，單級船閘的通航水頭不超過40m，垂直升船機的提升高度不超過130m；內河人工水道功能較單一，通航船舶不超過3000噸級；國外高壩基本不通航，我國則在壩高200m以下的樞紐中建有數量較多的通航建筑物。

隨著長江經濟帶發展戰略的大力推進，長江黃金水道將逐步向上游高山峽谷地區拓延，中游三峽和葛洲壩樞紐、荊江河段通航壓力將進一步增加，通航建筑物建設將面臨新的要求和挑戰。為此、圍繞長江航運存在的關鍵問題，以突破我國重大水利樞紐通航建筑物建設技術瓶頸，提升長江干線樞紐通過能力為總目標，開展復雜條件下高壩通航、巨型內河船閘、多目標協同大型人工水道等創新研究，研發單級60m水頭巨型內河船閘、200m級大型垂直升船機、大型地下式船閘等成套技術，為高壩通航提供技術支撐，形成和完善高壩通航、巨型船閘設計理論及標準體系；提出建設武漢—重慶高標準黃金水道、實現萬噸船舶直達重慶的系統解決方案。研究成果可為長江黃金水道建設所面臨關鍵技術問題的解決方案奠定科學基礎，進一步夯實我國大型水利樞紐通航建筑物建設技術在國際上的領先地位。

3 項目研究內容

重大水利樞紐通航建筑物建設與提升技術研究，集合了國內通航建筑物設計、科研、建設、運行管理方面的15家主要單位。研究團隊在船閘和高壩通航總體方案、高水頭船閘結構與輸水技術、大型垂直升船機設計與研究、通航建筑物建設與運行管理等方面具有豐富經驗。

針對項目的總體目標，研究超大輸水功率下復雜廊道能量均勻分配與閘室消能機理、非恒定流作用下的船閘閥門空化機理等，攻克60m單級巨型船閘輸水關鍵技術；研究高揚程升船機運行穩定性的有效技術措施和適應下游大水位變率的下水式船廂動態控制技術等，攻克200m級超高揚程大型垂升船機設計與設備制造技術；研究高山峽谷地區的通航條件、大型長距離通航隧洞、高架渡槽等，提出高山峽谷地區通航建筑物總體方案；完善樞紐壩區航道通航水流標準，制定提升大型水利樞紐壩區航道通航能力的綜合對策措施；研究長江中游高標準通航綜合水利工程體系建設理論及關鍵技術，大型人工水道設計理論及方法等，提出長江中游新水道系統解決方案；研究巨型通航建筑物門檻水深控制標準、船舶系纜力標準、大型閥門水力安全控制標準等，形成巨型通航建筑物通航標準體系；研究既有通航設施通過能力提升和重大水利樞紐增改建通航建筑物關鍵技術。項目技術線路見圖1。

4 項目預期效益

重大水利樞紐通航建筑物建設與提升技術，可為提高長江通航能力，保障內河水運主通道暢通，建設長江黃金水道提供技術支撐，研究成果還可為西江、京杭運河、長三角、珠三角等國家高等級航道網通過能力提升提供借鑒。

隨著三峽與葛洲壩樞紐進行通過能力提升、三峽水運新通道和葛洲壩航運擴能工程建成和荊江多目標協同大型人工水道建設，減少船舶待閘時間、縮短航運里程、船舶大型化、水運替代陸路降低成本等綜合經濟效益十分顯著。同時，本項目具有提升內河水運，促進流域經濟社會發展，節約資源，改善生態環境等巨大社會效益。

圖1 項目技術線路圖

10.16868/j.cnki.1674-6252.2017.06.110

鈕新強（1962—），院長，教授級高級工程師，中國工程院院士，主要從事大型水工結構、高壩通航等研究工作， E-mail: niuxinqiang@cjwsjy.com.cn。