長(zhǎng)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(zhǎng)江航道局，武漢 430010）

長(zhǎng)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(zhǎng)江航道局，武漢 430010）

“長(zhǎng)江黃金航道整治技術(shù)研究與示范”（項(xiàng)目編號(hào)：2016YFC0402100）是國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“水資源高效開發(fā)利用”重點(diǎn)專項(xiàng)項(xiàng)目之一，項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)3500萬元。本項(xiàng)目由長(zhǎng)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(yùn)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(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所、武漢大學(xué)、長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司、長(zhǎng)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(shì)單位。

當(dāng)前，長(zhǎng)江黃金航道面臨著長(zhǎng)江三峽樞紐和上游水庫群聯(lián)合運(yùn)行帶來的水沙條件新變化，以及防洪、航運(yùn)、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(shí)新水沙條件下航道演變機(jī)理及發(fā)展趨勢(shì)，科學(xué)評(píng)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(zhǎng)江黃金航道整治技術(shù)研究與示范項(xiàng)目圍繞國家長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶戰(zhàn)略，以提高航道通過能力、實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)江航道資源高效利用為總目標(biāo)，攻克長(zhǎng)江航道演變機(jī)理、航道承載力評(píng)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(zhǎng)江航道系統(tǒng)整治技術(shù)并示范應(yīng)用。

本項(xiàng)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(cè)、理論分析、數(shù)值模擬、模型試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等手段，圍繞長(zhǎng)江黃金航道整治涉及的關(guān)鍵科學(xué)問題，重點(diǎn)研究水沙變化條件下長(zhǎng)江航道演變機(jī)理及發(fā)展趨勢(shì)、長(zhǎng)江生態(tài)航道的架構(gòu)及評(píng)價(jià)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(zhǎng)江航道灘群聯(lián)動(dòng)整治技術(shù)、長(zhǎng)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?jī)?nèi)容如下：

（1）研究長(zhǎng)江不同類型河段復(fù)雜動(dòng)力過程與灘槽演變的相互作用機(jī)理，預(yù)測(cè)長(zhǎng)江航道演變趨勢(shì)。針對(duì)新水沙條件下長(zhǎng)江航道整治的新需求，研究梯級(jí)水庫群等重大工程綜合作用下不同類型河段航道演變動(dòng)力驅(qū)動(dòng)因子的變化，揭示水沙變化條件下長(zhǎng)江不同類型河段復(fù)雜動(dòng)力過程與灘槽演變的相互作用機(jī)理，識(shí)別水沙過程改變對(duì)不同類型河段淺灘演變特性調(diào)整的驅(qū)動(dòng)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(zhǎng)河段水沙數(shù)學(xué)模型，預(yù)測(cè)航道演變趨勢(shì)。

（2）研究長(zhǎng)江生態(tài)航道的架構(gòu)及評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)方法體系，進(jìn)行長(zhǎng)江生態(tài)航道評(píng)價(jià)；構(gòu)建航道整治工程生態(tài)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)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(duì)河流全物質(zhì)通量及航道整治工程對(duì)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(duì)策。

（3）評(píng)估多功能河流航道承載力及可提升潛力。研究長(zhǎng)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(zhǎng)江航道承載力與航運(yùn)、防洪、供水、生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展互適應(yīng)機(jī)理。構(gòu)建黃金航道承載力評(píng)價(jià)體系，提出評(píng)價(jià)指標(biāo)，預(yù)測(cè)長(zhǎng)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(zhǎng)江航道承載力動(dòng)態(tài)變化和提升潛力。

（4）研發(fā)多因素影響下長(zhǎng)江航道灘群聯(lián)動(dòng)整治技術(shù)。在上游山區(qū)河段，研究非恒定流對(duì)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(píng)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(píng)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(zhǎng)江徑潮河段，研究活動(dòng)邊灘治理關(guān)鍵技術(shù)；研究潮汐分汊河段河勢(shì)受控特點(diǎn)及影響因素、潮汐分汊河段河勢(shì)控導(dǎo)與航道條件響應(yīng)，提出灘槽格局、航槽與河勢(shì)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(dòng)力環(huán)境深水拋石落點(diǎn)預(yù)測(cè)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(bào)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(xiàng)目技術(shù)路線圖

（5）長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(xiàng)目的實(shí)施，將形成多目標(biāo)協(xié)同下長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展國家戰(zhàn)略的實(shí)施。同時(shí)，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(qǐng)發(fā)明專利20項(xiàng)，建立航道整治技術(shù)應(yīng)用示范區(qū)5個(gè)，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(duì)伍，為長(zhǎng)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(xiàng)目技術(shù)成果工程化實(shí)施后，長(zhǎng)江航道通過能力將增加20%以上，可提高運(yùn)輸船舶營(yíng)運(yùn)效率，為航運(yùn)企業(yè)節(jié)省運(yùn)營(yíng)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(jí)工程師，博士，主要研 究方向?yàn)楹降拦こ?，Email:1044133320@qq.com。