“黃金水道通過能力提升技術(shù)”總體達世界領(lǐng)先水平

日前，記者從在武漢召開的交通運輸重大科技專項“黃金水道通過能力提升技術(shù)”（以下簡稱“專項”）驗收鑒定會上獲悉，由中國科學(xué)院院士王光謙、中國工程院院士朱英富、胡春宏、王超、鈕新強等共12名行業(yè)專家組成專家組，對專項進行了驗收與鑒定。

該專項取得了五大創(chuàng)新性成果，一是創(chuàng)建了黃金水道通過能力與通航條件計算和評價的技術(shù)體系。二是創(chuàng)新并發(fā)展了航道水沙觀測與模擬技術(shù)，揭示了樞紐運行條件下典型河段水沙運動及河床演變規(guī)律。三是攻克了三峽等樞紐運行條件下長河段航道系統(tǒng)整治關(guān)鍵技術(shù)。四是突破了樞紐通航效能提升和現(xiàn)代化管理的關(guān)鍵技術(shù)。五是研發(fā)了黃金水道綜合信息服務(wù)、通航安全監(jiān)管和污染防治的新技術(shù)。專項成果總體達到國際領(lǐng)先水平。

背景

1、長江是我國的黃金水道

長江是溝通我國東、中、西部地區(qū)的運輸大動脈，在流域經(jīng)濟社會發(fā)展中具有極其重要的地位，素有“黃金水道”之稱。目前，長江干線已成為世界上運輸最繁忙、運量最大的通航河流。

2、西江的重要地位

西江是我國內(nèi)河水運主通道的“一縱兩橫兩網(wǎng)”中重要的“一橫”，是西南水運出海通道的重要組成部分，也是構(gòu)筑泛珠三角區(qū)域經(jīng)濟體系與建設(shè)中國—東盟自由貿(mào)易區(qū)的水運大通道和重要出?？?。

落實國家戰(zhàn)略，對提升黃金水道功能和通過能力提出了新的要求。

問題與難點提出

長江及西江黃金水道的通過能力與航運旺盛的需求還不相適應(yīng)，突出表現(xiàn)為四大問題：

一是航道及樞紐的通過能力不足；二是通航及船型標(biāo)準不適應(yīng)；三水運安全保障及應(yīng)急反應(yīng)能力不強；四水運信息化和通航服務(wù)水平不高。

解決突出的四大問題，需要突破以下五大制約通過能力提升的重大技術(shù)難題。

1、通過能力與通航條件缺乏有效的計算與評價方法

通過能力計算和評價：大多數(shù)公式的適用范圍有局限性，且大量的經(jīng)驗系數(shù)，計算復(fù)雜，人為因素影響大。

船型標(biāo)準：內(nèi)河水運基礎(chǔ)設(shè)施與船型發(fā)展不匹配、船舶技術(shù)狀況落后。

高等級航道的通航技術(shù)標(biāo)準：現(xiàn)有《內(nèi)河通航標(biāo)準》不能適應(yīng)長江Ⅰ級航道規(guī)劃建設(shè)的需要。

通航條件預(yù)測預(yù)報：多為定性分析，沒有一套適用于長河段的準確高效的航道預(yù)測預(yù)報系統(tǒng)。

2、航道整治基礎(chǔ)理論及研究手段尚不完善

推移質(zhì)測量：適用性差、精度及效率低、不能實時監(jiān)控。

實驗室測量控制：測量效率和精度較低。

長河段物理模型：在模型沙、模型設(shè)計理論、試驗控制及整治建筑物的模擬等方面的技術(shù)還不完善。

數(shù)學(xué)模型計算：模擬和預(yù)測精度不高、橫向變形及三維模擬技術(shù)不成熟、沒有實現(xiàn)干線航道的全覆蓋。

樞紐下游水沙運動及河床演變：三峽等樞紐運行條件下長江中游水沙特性及河床演變規(guī)律認識不系統(tǒng)深入。

3、傳統(tǒng)整治技術(shù)不能滿足大規(guī)模航道建設(shè)需求

航道整治參數(shù)：整治參數(shù)確定方法對新水沙條件下處于非平衡狀態(tài)的河流實用性較差。

航道整治方法和措施：已有整治措施多針對單灘河段，對上下游關(guān)聯(lián)和不同措施的組合運用考慮不夠。

整治建筑物結(jié)構(gòu)：建筑物結(jié)構(gòu)型式的選擇主要憑經(jīng)驗，對新水沙條件的適應(yīng)性研究不夠。

航道整治建筑物可靠度分析：尚沒有相關(guān)研究。

4、提升樞紐通航效能的技術(shù)手段需要進一步優(yōu)化

船舶進閘效率提升：目前國內(nèi)外采用單船拖帶、單船過閘或拖輪拖帶方式過閘，效率較低。

船舶過閘安全檢測：檢查模式落后，安檢的準確、可靠性難以評估，且耗時較長嚴重影響船舶過閘效率。

多梯級多線船閘聯(lián)合調(diào)度：國內(nèi)相關(guān)研究較少，多是以單閘調(diào)度、單閘室排布算法方面研究為主。

樞紐通航現(xiàn)代化管理：尚缺乏系統(tǒng)研究，缺乏樞紐通航現(xiàn)代化管理的評價體系。

5、信息服務(wù)和通航保障技術(shù)需要進一步創(chuàng)新

綜合信息服務(wù)：標(biāo)準、數(shù)據(jù)、平臺不統(tǒng)一，缺乏對資源進行有效整合和覆蓋的航運業(yè)務(wù)一體化應(yīng)用體系。

通航安全：評估的技術(shù)、方法有待進一步完善，安全預(yù)警與應(yīng)急反應(yīng)領(lǐng)域的各項研究尚處于起步階段。

安全應(yīng)急：對危險貨物流通過程缺乏必要的全程監(jiān)管措施和技術(shù)手段。

船舶防污染：內(nèi)河船舶污染源監(jiān)管模式有待系統(tǒng)深入的研究，缺乏實時在線監(jiān)控系統(tǒng)。

取得的主要成果

1、專項的13個項目和各項目下屬的專題和子題均已提交了研究成果報告，并完成了驗收鑒定工作

2、突破的關(guān)鍵技術(shù)

主要創(chuàng)新點

重大專項取得了五大創(chuàng)新性成果：

1、創(chuàng)建了黃金水道通過能力與通航條件計算和評價的技術(shù)體系，為提升通過能力提供了理論依據(jù)

以往，黃金水道通過能力與通航條件缺乏有效的計算與評價方法。通過重大專項創(chuàng)新，創(chuàng)建了通過能力與通航條件計算和評價的技術(shù)體系，為提升通過能力提供了理論依據(jù)。

提出了基于設(shè)計小時系數(shù)的航道通過能力計算新方法，解決了復(fù)雜通航環(huán)境下航道通過能力準確、便捷確定的難題。

建立了內(nèi)河船型現(xiàn)代化綜合評價和示范船認定指標(biāo)體系，制定了適用于長江干線和西江干線高等級航道的通航技術(shù)標(biāo)準。

首次將航道服務(wù)水平劃分等級，對長江干線航道通過能力進行了評價。

開發(fā)了航道通過能力仿真評價系統(tǒng)，實現(xiàn)了航道通過能力的可視化驗證。

研發(fā)了長河段通航條件預(yù)測預(yù)報模型及系統(tǒng)，實現(xiàn)了航道條件預(yù)測預(yù)報由定性分析向定量計算的飛躍。

2、創(chuàng)新并發(fā)展了航道水沙觀測與模擬技術(shù)，揭示了樞紐運行條件下典型河段水沙運動及河床演變規(guī)律，為航道整治工程建設(shè)奠定了堅實的基礎(chǔ)

基礎(chǔ)理論較薄弱及研究手段不完善一直是制約航道整治的瓶頸。通過重大專項創(chuàng)新，發(fā)展了水沙觀測與模擬技術(shù)，深化了對樞紐運行條件下水沙運動與河床演變規(guī)律的認識，為航道整治工程建設(shè)奠定了堅實基礎(chǔ)。

研發(fā)了適用性強的新型水沙現(xiàn)場量測儀器和試驗量測儀器，推進了航道工程量測技術(shù)的發(fā)展。

建立了長江干線全二維水沙數(shù)學(xué)模型計算平臺和典型河段的三維水沙動力學(xué)數(shù)值模型，完善了數(shù)值模擬技術(shù)。

改進了長河段泥沙物理模型試驗技術(shù)，豐富了模型相似理論。

揭示了樞紐運行條件下長江中下游航道水沙輸移特性與河床演變規(guī)律，預(yù)測了長江中下游不同類型淺灘的航道演變趨勢，為長江中下游航道治理和維護奠定理論基礎(chǔ)。

探明了長江下游多分汊潮汐和長江口河段水沙運動及河床演變規(guī)律，為長江下游受潮汐影響河段航道治理和維護奠定理論基礎(chǔ)。

3、攻克了三峽等樞紐運行條件下長河段航道系統(tǒng)整治關(guān)鍵技術(shù)，為基于整治手段提升航道通過能力提供了技術(shù)支撐

傳統(tǒng)的整治技術(shù)不能滿足新水沙條件下航道大規(guī)模建設(shè)需求。通過重大專項創(chuàng)新，提出了航道整治設(shè)計參數(shù)確定的新方法、不同類型河段航道的整治措施、系列的整治建筑物新結(jié)構(gòu)以及航道整治建筑物可靠度分析方法，為運用整治手段提升航道通過能力提供了技術(shù)支撐。

提出了樞紐影響下基于長河段水沙數(shù)值模擬技術(shù)的設(shè)計水位計算方法，以及重新劃分航道整治工程為守護型工程和調(diào)整型工程后整治參數(shù)的確定方法，為長河段航道整治工程設(shè)計參數(shù)的確定提供了理論依據(jù)。

提出了適用于長江中下游徑流和感潮河段淺灘航道整治方法和措施，解決了長河段航道平面與豎向設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)，為長河段航道整治工程設(shè)計方案的確定提供了支撐。

提出了適合于長江中下游航道整治的軟體排設(shè)計和施工技術(shù)，研發(fā)了適用于長江中下游不同水沙條件的航道整治建筑物新結(jié)構(gòu)，為航道整治工程的效果和穩(wěn)定提供了保障。

首次探索了航道整治建筑物可靠度分析方法，實現(xiàn)了航道整治建筑物設(shè)計使用年限定量分析的突破。

4、突破了樞紐通航效能提升和現(xiàn)代化管理的關(guān)鍵技術(shù)，進一步創(chuàng)新了樞紐通航能力提升的技術(shù)手段

多年來，船舶過閘效率低下等問題制約了樞紐通航效能的提升。通過重大專項創(chuàng)新，在虛擬閘室概念和虛擬閘室應(yīng)用模式、船舶過閘身份認證和快速安檢系統(tǒng)、多梯級與多線船閘聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)、樞紐通航現(xiàn)代化管理評價體系等方面進行科技攻關(guān)，進一步創(chuàng)新了提升樞紐通航能力的技術(shù)手段。

首次提出虛擬閘室概念及虛擬閘室待閘應(yīng)用模式，對有效縮短船舶進閘時間具有創(chuàng)新性。

首次開發(fā)了適合三峽通航樞紐的船舶過閘身份自動識別與認證系統(tǒng)、船舶過閘安全檢查現(xiàn)場業(yè)務(wù)終端及業(yè)務(wù)管理軟件系統(tǒng)。

發(fā)明了船閘過閘自動排布新算法、梯級船閘調(diào)度算法，研發(fā)了西江多梯級、多線船閘聯(lián)合調(diào)度平臺軟件系統(tǒng)。

首次從行業(yè)層面提出了樞紐通航現(xiàn)代化管理的內(nèi)涵、特征、評價指標(biāo)、評價標(biāo)準及綜合評價方法，構(gòu)建了樞紐通航現(xiàn)代化管理的評價體系。

5、研發(fā)了黃金水道綜合信息服務(wù)、通航安全監(jiān)管和污染防治的新技術(shù)，提高了長江航運信息服務(wù)及安全保障能力

構(gòu)建了長江航運信息服務(wù)云體系，提出了長江重點航段通航安全動態(tài)預(yù)警、控制新方法，構(gòu)建了長江危險化學(xué)品運輸安全監(jiān)管與應(yīng)急平臺，開發(fā)了適應(yīng)內(nèi)河船舶污染物監(jiān)管點多、量大特點的船舶污水排放實時在線監(jiān)控系統(tǒng)。

長江航運信息服務(wù)云平臺包括長江航運云計算數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)、移動互聯(lián)和多跳網(wǎng)格結(jié)合的航運動態(tài)數(shù)據(jù)鏈技術(shù)、適用于長江航運各類異構(gòu)數(shù)據(jù)交換的新標(biāo)準等前沿技術(shù)。

建立了重點航段與橋區(qū)航行安全預(yù)警模型，開發(fā)了水上交通安全預(yù)警系統(tǒng)和橋區(qū)船舶通航安全預(yù)警系統(tǒng)、耦合船舶航行要素的復(fù)雜天氣三維數(shù)字輔助駕駛系統(tǒng)。

建立了長江危險品泄漏擴散預(yù)測預(yù)報模型，研發(fā)了危險品船舶和危險品集裝箱動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。

研發(fā)了船舶污水排放信息傳輸系統(tǒng)，并與現(xiàn)有海事監(jiān)管平臺無縫鏈接，實現(xiàn)了船舶污染物排放實時遠程在線監(jiān)控。

應(yīng)用成效與推廣前景

1、應(yīng)用情況

研究成果在標(biāo)準規(guī)范制定、大型航道整治工程建設(shè)、樞紐工程建設(shè)、平臺系統(tǒng)建設(shè)以及三峽船閘通過能力提升等實際應(yīng)用中發(fā)揮了重要作用。

通航條件及船型標(biāo)準方面的成果主要應(yīng)用到《長江（干線）通航標(biāo)準》的制定及《內(nèi)河通航標(biāo)準》有關(guān)條款的修訂及《內(nèi)河運輸船舶標(biāo)準船型指標(biāo)體系》（交通運輸部公告2012年第13號）當(dāng)中。

航道系統(tǒng)整治方面的成果主要應(yīng)用到長江中游荊江河段整治工程、長江下游12.5米深水航道建設(shè)一、二期的前期研究及建設(shè)中、長江口深水航道下一階段深化研究及減淤方案研究中。

樞紐通航方面的研究成果已在三峽及西江部分船閘上得到驗證，實現(xiàn)了在三峽船閘原有單線日均13閘次的基礎(chǔ)上平均每天提高1-2個運行閘次的目標(biāo)；西江長洲樞紐船閘閘室利用率提高20%以上，提高船閘通過能力30%以上，百色升船機通過能力提高15%。

信息服務(wù)與安全保障方面的研究成果主要應(yīng)用到長江航運綜合信息服務(wù)平臺、長江干線水路交通應(yīng)急指揮平臺、長江干線船舶自動識別系統(tǒng)等平臺及長江海事局電子巡航系統(tǒng)中。

2、取得的成效

第一，社會效益顯著：主要體現(xiàn)在“三個提高、三個促進”，即提高了黃金水道通過能力，促進了沿江社會經(jīng)濟發(fā)展；提高了黃金水道航運智能化水平和安全保障能力，促進了內(nèi)河水運效率及通航服務(wù)品質(zhì)的提升；提高了內(nèi)河航運科技水平，促進了內(nèi)河水運科技進步。

第二，經(jīng)濟效益巨大：對國民經(jīng)濟增長貢獻顯著，不僅有航道水深提高直接產(chǎn)生的經(jīng)濟效益，還有減少事故損失，節(jié)約航道整治投資，并且水運替代公路、鐵路產(chǎn)生巨大的機會效益。

據(jù)測算，提升黃金水道通過能力每年能夠新增831.6億元GDP；可使航運企業(yè)年均減少運營成本近50億元；平均每年替代公路、鐵路產(chǎn)生的社會節(jié)約運輸成本481.29億元。

第三，環(huán)境效益明顯：“重大專項”對降低能耗、提高防污能力、促進水資源綜合利用等方面都有積極的作用。

3、推廣前景

通航條件及船型標(biāo)準方面的一些成果具有普遍意義，可推廣應(yīng)用到世界上其他通航河流建設(shè)橋梁，對其他河流在橋梁規(guī)劃管理、設(shè)計建設(shè)等具有很好的指導(dǎo)作用。

航道系統(tǒng)整治方面的成果推廣到其他河流與領(lǐng)域，豐富了航道整治工程的學(xué)科理論，并為相關(guān)行業(yè)標(biāo)準規(guī)范的制（修）訂提供基礎(chǔ)資料和依據(jù)，將有力推動和促進行業(yè)科技進步。

樞紐通航方面的成果還可以推廣到京杭大運河船閘、嘉陵江梯級船閘、金沙江梯級船閘、以及國內(nèi)其它內(nèi)河樞紐的運行管理中，促進行業(yè)技術(shù)的共同進步與發(fā)展。

信息服務(wù)與安全保障方面的成果推動各類航運業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)，能夠推廣應(yīng)用到海事、航道管理工作中，也可在其它內(nèi)河流域及沿海的推廣實施。

主要經(jīng)驗與研究展望

1、主要經(jīng)驗

重大專項的實施融合了各參研單位多年來的科研實踐經(jīng)驗，也為后續(xù)重大科研攻關(guān)的實施提供了參考。

以國家科技發(fā)展戰(zhàn)略和內(nèi)河水運發(fā)展需求為引領(lǐng)，聚焦行業(yè)熱點，設(shè)立重大專項開展研究，是解決制約內(nèi)河水運建設(shè)、運行、維護的重大性、關(guān)鍵性、前瞻性難題的行之有效手段。

瞄準和緊跟國際前沿，遵循創(chuàng)新規(guī)律，堅持基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究相結(jié)合、技術(shù)研發(fā)與成果推廣應(yīng)用相結(jié)合，推進原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和引進消化吸收再創(chuàng)新，有的放矢、注重效率、強化應(yīng)用，是能夠取得具有創(chuàng)新性、實用性成果的重要途徑。

強強聯(lián)合，優(yōu)勢互補、資源共享、分工協(xié)作，充分發(fā)揮國家和行業(yè)科研平臺、創(chuàng)新聯(lián)盟的優(yōu)勢和作用，以重大建設(shè)工程為依托，堅持產(chǎn)-學(xué)-研-用相結(jié)合，多途徑開展研究工作，是能夠取得多項國際領(lǐng)先、高水平成果的關(guān)鍵措施。

營造鼓勵探索創(chuàng)新和有利于人才成長的良好環(huán)境，大膽、合理使用人才，建立有效的激勵機制，加強項目過程管理，嚴格項目資金管理，強化考核指標(biāo)的落實，是突破重大技術(shù)問題的必要條件。

做好項目組織領(lǐng)導(dǎo)，加強項目組、行業(yè)內(nèi)外、領(lǐng)域內(nèi)外的溝通、交流、合作，保證信息暢通，是順利推進項目實施的堅實保障。

2、研究展望

隨著長江經(jīng)濟帶建設(shè)的推進，我們認為還有下列技術(shù)問題需要繼續(xù)探索和研究，建議納入“十三五”期國家科技計劃（專項）：

開展長江水運與其他運輸方式高效銜接技術(shù)研究，突破長江綜合交通運輸系統(tǒng)一體化、快速化的關(guān)鍵技術(shù)，為建設(shè)長江立體交通運輸走廊提供科技支撐。

開展黃金水道通航能力建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究，解決長江中游“梗阻”、三峽樞紐過壩能力不足、高山峽谷河流高壩通航等技術(shù)問題，為進一步提升黃金水道功能、增強黃金水道航運能力提供科技支撐。

開展長江航運要素交互與融合的技術(shù)研究，突破智能航道、新型無人駕駛船舶、水路運輸組織與管理智能化等智能航運關(guān)鍵技術(shù)，為內(nèi)河水運轉(zhuǎn)型升級提供科技支撐。

開展長江綠色生態(tài)水運體系建設(shè)與運行技術(shù)研究，突破生態(tài)航道、綠色港口、新能源新動力船舶等綠色航運關(guān)鍵技術(shù)，為促進河流與黃金水道水運和諧發(fā)展提供科技支撐。

開展內(nèi)河水運安全風(fēng)險防控研究，重點解決水運安全標(biāo)準、安全風(fēng)險防控體系構(gòu)建、航運應(yīng)急指揮與救助打撈等技術(shù)問題，為進一步提升內(nèi)河水運安全保障能力提供科技支撐。

開展干支聯(lián)動、江海直達、干支協(xié)調(diào)發(fā)展的研究，為長江流域的整體通過能力提升提供科技支撐。

本文材料部分節(jié)選自《交通運輸重大科技專項“黃金水道通過能力提升技術(shù)”研究成果匯報材料》