重大水利樞紐通航建筑物建設(shè)與提升技術(shù)

鈕新強

（長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究院，武漢 430010）

重大水利樞紐通航建筑物建設(shè)與提升技術(shù)

鈕新強

（長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究院，武漢 430010）

2013年7月，習(xí)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(fā)揮內(nèi)河航運作用，發(fā)展江海聯(lián)運，把全流域打造成黃金水道”。2014年9月，黨中央、國務(wù)院作出了“依托黃金水道推動長江經(jīng)濟帶發(fā)展，打造中國經(jīng)濟新支撐帶”的重大戰(zhàn)略決策。長江是我國內(nèi)河航運最發(fā)達的水系，長江通道是我國國土空間開發(fā)最重要的東西軸線，也是“絲綢之路經(jīng)濟帶”和“21 世紀(jì)海上絲綢之路”的紐帶，在國家經(jīng)濟社會發(fā)展總體格局中具有重要戰(zhàn)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(jīng)濟帶戰(zhàn)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(chǔ)設(shè)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(yōu)勢。

1 項目重大意義

2005年以來，長江干線貨運量連續(xù)十一年位居世界內(nèi)河第一，長江航運已經(jīng)成為沿江綜合運輸大通道的核心組成部分，是沿江地區(qū)經(jīng)濟社會快速發(fā)展和沿江產(chǎn)業(yè)帶聚集的重要引擎。長江經(jīng)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(chǎn)總值均超過全國的40%，是我國綜合實力最強、戰(zhàn)略支撐作用最大的區(qū)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(tài)環(huán)境保護、防洪安全、河勢穩(wěn)定等矛盾突出，金沙江下游巨型電站通航建筑物建設(shè)難度大等問題。

（1）三峽、葛洲壩樞紐是長江航道上的關(guān)鍵節(jié)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(qū)航道的通航能力，促進了長江航運事業(yè)的大發(fā)展。隨著沿江經(jīng)濟的快速發(fā)展和庫區(qū)航道條件的根本改善，三峽過閘運量呈爆發(fā)式增長，2011年運量突破1億噸，提前19年達到規(guī)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(fēng)險，三峽樞紐已成為制約長江航運進一步發(fā)展的“節(jié)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(shè)，庫區(qū)常年回水區(qū)形成了深水航道，為發(fā)展水運創(chuàng)造了有利條件，但由于水電站位于高山峽谷地區(qū)，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(fù)雜、高陡邊坡穩(wěn)定困難、抗震要求高等技術(shù)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(guī)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(tài)環(huán)境保護、防洪安全、河勢穩(wěn)定等矛盾突出，目前僅能通航3000噸級船舶，通航標(biāo)準(zhǔn)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(shè)與提升技術(shù)”研究，解決制約長江黃金水道發(fā)展的長江航運三大問題，提交系統(tǒng)性技術(shù)方案，滿足新時期國家戰(zhàn)略對長江航運發(fā)展的要求。

2 項目總體目標(biāo)

美國、前蘇聯(lián)及歐洲各國，在內(nèi)河水運建設(shè)方面有100多年歷史，已建成較為完善的內(nèi)河航道網(wǎng)。我國現(xiàn)代化內(nèi)河水運建設(shè)起步較晚，但近年來發(fā)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(nèi)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(gòu)皮灘、彭水，嘉陵江亭子口等一批大型現(xiàn)代化通航建筑物的建設(shè)和運行，我國在通航建筑物建設(shè)技術(shù)方面已基本達到國際先進水平。總體而言，在目前國內(nèi)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(nèi)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(shù)量較多的通航建筑物。

隨著長江經(jīng)濟帶發(fā)展戰(zhàn)略的大力推進，長江黃金水道將逐步向上游高山峽谷地區(qū)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(shè)將面臨新的要求和挑戰(zhàn)。為此、圍繞長江航運存在的關(guān)鍵問題，以突破我國重大水利樞紐通航建筑物建設(shè)技術(shù)瓶頸，提升長江干線樞紐通過能力為總目標(biāo)，開展復(fù)雜條件下高壩通航、巨型內(nèi)河船閘、多目標(biāo)協(xié)同大型人工水道等創(chuàng)新研究，研發(fā)單級60m水頭巨型內(nèi)河船閘、200m級大型垂直升船機、大型地下式船閘等成套技術(shù)，為高壩通航提供技術(shù)支撐，形成和完善高壩通航、巨型船閘設(shè)計理論及標(biāo)準(zhǔn)體系；提出建設(shè)武漢—重慶高標(biāo)準(zhǔn)黃金水道、實現(xiàn)萬噸船舶直達重慶的系統(tǒng)解決方案。研究成果可為長江黃金水道建設(shè)所面臨關(guān)鍵技術(shù)問題的解決方案奠定科學(xué)基礎(chǔ)，進一步夯實我國大型水利樞紐通航建筑物建設(shè)技術(shù)在國際上的領(lǐng)先地位。

3 項目研究內(nèi)容

重大水利樞紐通航建筑物建設(shè)與提升技術(shù)研究，集合了國內(nèi)通航建筑物設(shè)計、科研、建設(shè)、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(jié)構(gòu)與輸水技術(shù)、大型垂直升船機設(shè)計與研究、通航建筑物建設(shè)與運行管理等方面具有豐富經(jīng)驗。

針對項目的總體目標(biāo)，研究超大輸水功率下復(fù)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(guān)鍵技術(shù)；研究高揚程升船機運行穩(wěn)定性的有效技術(shù)措施和適應(yīng)下游大水位變率的下水式船廂動態(tài)控制技術(shù)等，攻克200m級超高揚程大型垂升船機設(shè)計與設(shè)備制造技術(shù)；研究高山峽谷地區(qū)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(qū)通航建筑物總體方案；完善樞紐壩區(qū)航道通航水流標(biāo)準(zhǔn)，制定提升大型水利樞紐壩區(qū)航道通航能力的綜合對策措施；研究長江中游高標(biāo)準(zhǔn)通航綜合水利工程體系建設(shè)理論及關(guān)鍵技術(shù)，大型人工水道設(shè)計理論及方法等，提出長江中游新水道系統(tǒng)解決方案；研究巨型通航建筑物門檻水深控制標(biāo)準(zhǔn)、船舶系纜力標(biāo)準(zhǔn)、大型閥門水力安全控制標(biāo)準(zhǔn)等，形成巨型通航建筑物通航標(biāo)準(zhǔn)體系；研究既有通航設(shè)施通過能力提升和重大水利樞紐增改建通航建筑物關(guān)鍵技術(shù)。項目技術(shù)線路見圖1。

4 項目預(yù)期效益

重大水利樞紐通航建筑物建設(shè)與提升技術(shù)，可為提高長江通航能力，保障內(nèi)河水運主通道暢通，建設(shè)長江黃金水道提供技術(shù)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(wǎng)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(biāo)協(xié)同大型人工水道建設(shè)，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(jīng)濟效益十分顯著。同時，本項目具有提升內(nèi)河水運，促進流域經(jīng)濟社會發(fā)展，節(jié)約資源，改善生態(tài)環(huán)境等巨大社會效益。

圖1 項目技術(shù)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(jié)構(gòu)、高壩通航等研究工作， E-mail: niuxinqiang@cjwsjy.com.cn。