長江“黃金航道”整治技術(shù)研究與示范

倪晉仁，劉懷漢，谷祖鵬*

（1. 北京大學(xué)，北京 100871；2. 長江航道局，武漢 430010）

長江“黃金航道”整治技術(shù)研究與示范

倪晉仁1，劉懷漢2，谷祖鵬2*

（1. 北京大學(xué)，北京 100871；2. 長江航道局，武漢 430010）

“長江黃金航道整治技術(shù)研究與示范”（項目編號：2016YFC0402100）是國家重點研發(fā)計劃“水資源高效開發(fā)利用”重點專項項目之一，項目經(jīng)費3500萬元。本項目由長江航道局牽頭，北京大學(xué)倪晉仁院士主持，聯(lián)合了水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學(xué)研究院、北京大學(xué)、重慶交通大學(xué)、交通運輸部天津水運工程科學(xué)研究所、武漢大學(xué)、長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司、長江南京以下深水航道建設(shè)工程指揮部等19家國家內(nèi)河航道整治領(lǐng)域的優(yōu)勢單位。

當(dāng)前，長江黃金航道面臨著長江三峽樞紐和上游水庫群聯(lián)合運行帶來的水沙條件新變化，以及防洪、航運、發(fā)電、供水、生態(tài)等水資源綜合利用的新需求，亟待深入認(rèn)識新水沙條件下航道演變機(jī)理及發(fā)展趨勢，科學(xué)評估航道承載力及提升潛力，系統(tǒng)研發(fā)水資源綜合高效利用目標(biāo)下的航道整治技術(shù)，有效促進(jìn)航道整治與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的協(xié)調(diào)融合。長江黃金航道整治技術(shù)研究與示范項目圍繞國家長江經(jīng)濟(jì)帶戰(zhàn)略，以提高航道通過能力、實現(xiàn)長江航道資源高效利用為總目標(biāo)，攻克長江航道演變機(jī)理、航道承載力評估等理論難題，突破與生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展的航道整治新技術(shù)，形成長江航道系統(tǒng)整治技術(shù)并示范應(yīng)用。

本項目以“理論拓展—技術(shù)創(chuàng)新—應(yīng)用示范”為主線，采用原型觀測、理論分析、數(shù)值模擬、模型試驗及現(xiàn)場試驗等手段，圍繞長江黃金航道整治涉及的關(guān)鍵科學(xué)問題，重點研究水沙變化條件下長江航道演變機(jī)理及發(fā)展趨勢、長江生態(tài)航道的架構(gòu)及評價體系、多功能河流航道承載力及可提升潛力、多因素影響下長江航道灘群聯(lián)動整治技術(shù)、長江航道整治工程的生境融入及再造技術(shù)五方面的內(nèi)容。具體技術(shù)路線如下：

主要研究內(nèi)容如下：

（1）研究長江不同類型河段復(fù)雜動力過程與灘槽演變的相互作用機(jī)理，預(yù)測長江航道演變趨勢。針對新水沙條件下長江航道整治的新需求，研究梯級水庫群等重大工程綜合作用下不同類型河段航道演變動力驅(qū)動因子的變化，揭示水沙變化條件下長江不同類型河段復(fù)雜動力過程與灘槽演變的相互作用機(jī)理，識別水沙過程改變對不同類型河段淺灘演變特性調(diào)整的驅(qū)動機(jī)制，構(gòu)建適用于多庫聯(lián)調(diào)下山區(qū)卵石河床河段、強(qiáng)沖刷條件下沖積平原河段及徑潮流共同作用河段、物理機(jī)制更加完善的長河段水沙數(shù)學(xué)模型，預(yù)測航道演變趨勢。

（2）研究長江生態(tài)航道的架構(gòu)及評價體系。分析河流主要功能及其關(guān)系，提出生態(tài)航道系統(tǒng)架構(gòu)，建立生態(tài)航道評價方法體系，進(jìn)行長江生態(tài)航道評價；構(gòu)建航道整治工程生態(tài)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測方法體系、典型河段環(huán)境監(jiān)察與審核參照體系，建立黃金航道生態(tài)環(huán)境保護(hù)監(jiān)察與審核技術(shù)體系；研究航道整治工程對河流全物質(zhì)通量及航道整治工程對河流水文-生境的影響，提出航道治理全過程生態(tài)保護(hù)與建設(shè)對策。

（3）評估多功能河流航道承載力及可提升潛力。研究長江航道承載力影響因素體系，界定航道承載力的內(nèi)涵。研究長江航道承載力與航運、防洪、供水、生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展互適應(yīng)機(jī)理。構(gòu)建黃金航道承載力評價體系，提出評價指標(biāo)，預(yù)測長江航道承載力。分析上、中、下游承載力關(guān)鍵制約條件，研究長江航道承載力動態(tài)變化和提升潛力。

（4）研發(fā)多因素影響下長江航道灘群聯(lián)動整治技術(shù)。在上游山區(qū)河段，研究非恒定流對船舶航行的影響，探討壩下游航道整治線寬度公式；構(gòu)建推移質(zhì)造床力學(xué)模型；研究多因素影響下卵石灘群礙航特性；研究調(diào)整輸移帶和局部整治相結(jié)合的航槽水沙調(diào)控方法；研發(fā)卵石灘群協(xié)同控導(dǎo)技術(shù)。在中游強(qiáng)沖刷河段，研究防洪限制條件下航道整治參數(shù)的確定方法；研究強(qiáng)沖刷河道灘體生成發(fā)育模式及促淤結(jié)構(gòu)；研發(fā)防洪—通航協(xié)同下復(fù)雜河段洲灘守護(hù)與塑造技術(shù)、防洪限制下促淤技術(shù)、通航協(xié)同下典型急彎段灘槽控制技術(shù)。在下游徑流分汊河段，研發(fā)多分汊河段灘槽調(diào)控復(fù)合模擬技術(shù)，提出多分汊河段航道最優(yōu)灘槽格局調(diào)控航道整治建筑物可靠性評估方法，研發(fā)分汊河段灘槽調(diào)控技術(shù)，提出多汊通航條件下的航道整治水位和整治線寬度參數(shù)的確定方法；研發(fā)通航主汊道選取理論與技術(shù)，研究綜合目標(biāo)條件下最優(yōu)灘槽形態(tài)，研究確定多分汊航道最優(yōu)灘槽格局調(diào)控技術(shù)；研究多分汊河段航道整治建筑物穩(wěn)定性，提出航道整治建筑物可靠性評估技術(shù)，研發(fā)多分汊河段航道整治建筑物新結(jié)構(gòu)。在長江徑潮河段，研究活動邊灘治理關(guān)鍵技術(shù)；研究潮汐分汊河段河勢受控特點及影響因素、潮汐分汊河段河勢控導(dǎo)與航道條件響應(yīng)，提出灘槽格局、航槽與河勢穩(wěn)定等整治目標(biāo)下的整治措施、工程布置原則、布置形式等；研究復(fù)雜動力環(huán)境深水拋石落點預(yù)測和成堤形態(tài)控制方法，研發(fā)徑潮流作用下深水拋石施工作業(yè)窗口預(yù)報技術(shù)，研究深水心灘潛堤服役壽命；研發(fā)徑潮流復(fù)雜河段深水航道減淤技術(shù)，研究徑潮流作用下復(fù)雜河段深水航道回淤影響因子，研究徑潮流作用下深水航道減淤工程方案，研發(fā)基于疏浚施工組織管理的徑潮河段深水航道減淤技術(shù)；研發(fā)徑潮流河段深水航道高效節(jié)能疏浚裝備。

圖1 項目技術(shù)路線圖

（5）長江航道整治工程的生境融入及再造技術(shù)。研究典型生態(tài)保護(hù)河段水生生物和棲息地與航道治理互饋機(jī)制，探明典型生態(tài)保護(hù)段水生生物和棲息地特性，研究典型生態(tài)保護(hù)段航道演變與治理及其生態(tài)效應(yīng)；研究長江上游山區(qū)河流航道整治典型生態(tài)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)山區(qū)河流生態(tài)型堤壩結(jié)構(gòu)，研究新型生態(tài)堤壩結(jié)構(gòu)生態(tài)效應(yīng)及航道整治效果；研發(fā)長江中游鵝頭型彎曲分汊河段濕地保護(hù)與航道整治協(xié)調(diào)技術(shù)；研發(fā)長江下游典型（感潮）河段生境異質(zhì)性提升關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)生境異質(zhì)性提升護(hù)灘或堤身結(jié)構(gòu)，研究新型航道整治護(hù)灘或堤身結(jié)構(gòu)生態(tài)效應(yīng)。

通過本項目的實施，將形成多目標(biāo)協(xié)同下長江“黃金航道”整治的成套技術(shù)，提高航道通過能力和航道資源利用效率，提升長江航道建設(shè)的科技水平和創(chuàng)新能力，促進(jìn)航道整治與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展及長江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展國家戰(zhàn)略的實施。同時，研制新設(shè)備3套，提出新結(jié)構(gòu)5種，修編行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)3部，申請發(fā)明專利20項，建立航道整治技術(shù)應(yīng)用示范區(qū)5個，培養(yǎng)一支具有國際視野和主導(dǎo)力、富有自主創(chuàng)新精神的航道整治技術(shù)研發(fā)隊伍，為長江航道整治技術(shù)的發(fā)展起到重要引領(lǐng)和示范作用。本項目技術(shù)成果工程化實施后，長江航道通過能力將增加20%以上，可提高運輸船舶營運效率，為航運企業(yè)節(jié)省運營成本50億元以上。

10.16868/j.cnki.1674-6252.2017.06.112

*責(zé)任作者： 谷祖鵬（1977—），男，高級工程師，博士，主要研 究方向為航道工程，Email:1044133320@qq.com。