三峽—葛洲壩梯級(jí)樞紐安全高效綠色通航技術(shù)與實(shí)踐

齊俊麟 汪洋 張勇

摘 要：三峽—葛洲壩梯級(jí)通航系統(tǒng)承載著服務(wù)交通強(qiáng)國(guó)和長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展兩大國(guó)家戰(zhàn)略的時(shí)代重任。基于三峽—葛洲壩梯級(jí)通航40年的探索與實(shí)踐，總結(jié)了梯級(jí)樞紐安全、高效、綠色通航的主要技術(shù)方法，取得了一系列創(chuàng)新成果與示范應(yīng)用，并結(jié)合國(guó)家戰(zhàn)略和科技發(fā)展提出了今后的主要研究方向。

關(guān)鍵詞：三峽—葛洲壩；梯級(jí)樞紐；通航

中圖法分類號(hào)：U697 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

長(zhǎng)江航運(yùn)，貫通東西，輻射南北，作為世界上運(yùn)量最大的內(nèi)河黃金水道，支撐著長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的發(fā)展。隨著葛洲壩工程及三峽工程的相繼建成投入使用，形成的三峽雙線連續(xù)五級(jí)船閘、高提升大載量三峽升船機(jī)、葛洲壩多線單級(jí)三座船閘與壩上30 m水位變幅及大水深庫區(qū)航道、兩壩間汛期大壩泄洪和電站調(diào)峰疊加作用復(fù)雜流態(tài)下山區(qū)航道、壩下沖刷河床下切航道，共同構(gòu)筑了連續(xù)落差高達(dá)140 m、通航環(huán)境極其復(fù)雜多變的梯級(jí)樞紐通航系統(tǒng)。該通航系統(tǒng)是連接長(zhǎng)江上游水上運(yùn)輸?shù)奈ㄒ煌ǖ?，承載著服務(wù)交通強(qiáng)國(guó)和長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展兩大國(guó)家戰(zhàn)略的時(shí)代重任，也是長(zhǎng)江干線通航環(huán)境最復(fù)雜、高效通航壓力最大、安全及綠色管控要求最高的咽喉要道。

近幾十年的探索與實(shí)踐中，三峽通航管理局充分利用三峽—葛洲壩梯級(jí)樞紐通航系統(tǒng)模型和原型相統(tǒng)一的1：1科研平臺(tái)，發(fā)揮三峽—葛洲壩梯級(jí)樞紐通航綜合管理優(yōu)勢(shì)，加強(qiáng)船閘、海事、航道、錨地等多個(gè)基層業(yè)務(wù)單位的相互融合[1]，開展了梯級(jí)樞紐安全、高效、綠色通航等一系列的科技創(chuàng)新與實(shí)踐，為我國(guó)內(nèi)河樞紐通航起到了良好的示范作用。

1 梯級(jí)樞紐安全通航技術(shù)與實(shí)踐

三峽—葛洲壩梯級(jí)樞紐通航系統(tǒng)投入使用以來，通航安全面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。一是葛洲壩船閘設(shè)備已持續(xù)運(yùn)行40年，關(guān)鍵設(shè)備設(shè)施老化、故障率增加，且兩壩船閘長(zhǎng)期超設(shè)計(jì)條件（年通航335天、每天通航22小時(shí)）全天候溢負(fù)荷運(yùn)行，確保設(shè)備處于良好狀態(tài)的難度大；二是兩壩間“四灘一彎一關(guān)”流態(tài)惡劣，受大壩泄洪、電站調(diào)峰疊加等綜合影響，水位陡升陡降，航道流態(tài)紊亂，樞紐河段蜿蜒曲折、山高壁峭，監(jiān)管設(shè)備信號(hào)受限因素多，確保船舶航行安全及安全監(jiān)管難度大；三是船型大型化帶來超設(shè)計(jì)船型標(biāo)準(zhǔn)的大尺度、大吃水、大載量船舶過閘，影響到船閘設(shè)施及過閘船舶安全，對(duì)船舶吃水、船高等限制極為嚴(yán)格，實(shí)現(xiàn)船舶有效監(jiān)管的難度大。圍繞影響梯級(jí)樞紐通航安全的通航設(shè)施、通航環(huán)境和船舶行為三大要素，進(jìn)行了一系列技術(shù)研發(fā)，實(shí)現(xiàn)了船閘關(guān)鍵設(shè)備與系船柱運(yùn)行狀態(tài)的有效監(jiān)測(cè)、梯級(jí)樞紐通航的智能監(jiān)管以及船舶行為的有效管控，盡量降低超設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)大型化重載船舶對(duì)船閘設(shè)施安全的影響。

1.1 通航設(shè)施安全監(jiān)測(cè)

1.1.1 閘閥門及其啟閉機(jī)狀態(tài)檢測(cè)

閘閥門及其啟閉機(jī)械是船閘的關(guān)鍵運(yùn)行設(shè)施。為了解閘閥門及啟閉機(jī)械的運(yùn)行狀態(tài)，研建了三峽—葛洲壩船閘關(guān)鍵設(shè)備設(shè)施服役狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)構(gòu)架如圖1所示。利用光纖光柵傳感器，實(shí)現(xiàn)應(yīng)變、變形、裂紋、溫度等多參數(shù)動(dòng)態(tài)測(cè)量，通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，為維修方案制訂提供技術(shù)支持。

該技術(shù)主要應(yīng)用于船閘人字門門體結(jié)構(gòu)、頂?shù)讟小⑷俗珠T啟閉機(jī)等機(jī)械及金屬結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。根據(jù)提取的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行分析、診斷，預(yù)判設(shè)備運(yùn)行過程中各組件損壞、齒輪嚙合、點(diǎn)蝕、斷齒、軸不對(duì)中、軸彎曲、聯(lián)軸器等機(jī)械故障，幫助設(shè)備運(yùn)維人員進(jìn)行維護(hù)決策。

1.1.2 浮式系船柱系纜力監(jiān)測(cè)

浮式系船柱是船舶系纜、保障船舶安全過閘的重要設(shè)施，如果系船柱卡阻不能隨著水位變化上下浮動(dòng)，可能會(huì)造成翻船等安全事故。采用浮式系船柱監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在低能見度、船間遮擋等客觀條件下，對(duì)船舶系纜力進(jìn)行有效的、定量化的監(jiān)測(cè)[2]。

該系統(tǒng)是在浮式系船柱前端通過點(diǎn)焊式應(yīng)變計(jì)進(jìn)行應(yīng)力測(cè)量，測(cè)量值通過無線方式進(jìn)行可視范圍內(nèi)的傳輸（約300～500 m），控制器在遠(yuǎn)端進(jìn)行數(shù)據(jù)接收，最終通過上位機(jī)軟件完成系纜力角度、卡阻情況報(bào)警、參數(shù)設(shè)置、報(bào)警設(shè)置等數(shù)據(jù)的計(jì)算處理和閘室整體系纜情況及單個(gè)系船柱系纜力的實(shí)時(shí)功能展示，可24 h不間斷自動(dòng)監(jiān)測(cè)船方打纜不規(guī)范、浮式系船柱卡阻等情況，有效預(yù)防由于系船柱設(shè)備應(yīng)力損壞導(dǎo)致船舶失控的情況發(fā)生。

1.2 通航環(huán)境智能監(jiān)測(cè)

三峽—葛洲壩樞紐河段蜿蜒曲折、山高壁峭、信號(hào)易丟失、定位不精準(zhǔn)、多源信號(hào)不統(tǒng)一、航跡預(yù)判難，多船型、多航線、多通道、多貨種、編組復(fù)雜，綜合監(jiān)管和高效組織難，針對(duì)這些特點(diǎn)，研發(fā)了通航環(huán)境綜合監(jiān)管信息服務(wù)平臺(tái)。該技術(shù)主要包括：

（1）多傳感器互相補(bǔ)盲、目標(biāo)態(tài)勢(shì)統(tǒng)一的多源目標(biāo)融合和異類雷達(dá)數(shù)據(jù)歸一化技術(shù)。系統(tǒng)目標(biāo)處理容量大于35 000個(gè)，雷達(dá)視頻加載延時(shí)小于100 ms，解決了峽谷河段船舶連續(xù)跟蹤可靠性低、信號(hào)易丟失、雷達(dá)信號(hào)模/數(shù)混合視頻轉(zhuǎn)換和不同制式雷達(dá)數(shù)據(jù)無法交互的技術(shù)難題。

（2）多功能北斗船載智能終端，打破單一功能模式，實(shí)現(xiàn)了北斗導(dǎo)航、過閘申報(bào)、船員遠(yuǎn)程核驗(yàn)、通航信息服務(wù)等多重功能。

（3）基于航跡狀態(tài)估計(jì)的回波融合目標(biāo)的航跡關(guān)聯(lián)方法和船舶穩(wěn)性實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，構(gòu)建了集VTS、AIS、CCTV、北斗于一體的綜合監(jiān)管信息服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了雷達(dá)回波重疊區(qū)的融合處理和雷達(dá)回波遠(yuǎn)端的信號(hào)融合、船舶精準(zhǔn)識(shí)別、可靠連續(xù)跟蹤、航跡預(yù)判和安全預(yù)警。

1.3 船舶行為智能檢測(cè)

1.3.1 船舶吃水自動(dòng)檢測(cè)

船舶“超載”“超吃水”易造成船閘閘室門檻及底部設(shè)施因擦蹭和碰撞而受損，更甚者還可能導(dǎo)致船舶閘室內(nèi)擱淺和沉沒等海損事故。為此利用超聲傳感、通訊網(wǎng)絡(luò)、信息與數(shù)據(jù)處理等技術(shù)建設(shè)了船舶吃水自動(dòng)檢測(cè)裝置，檢測(cè)精度可達(dá)0.1 m[3]。

船舶吃水自動(dòng)檢測(cè)裝置根據(jù)采集得到的船舶過閘吃水?dāng)?shù)據(jù)，經(jīng)優(yōu)化處理后，生成船體三維吃水輪廓圖，再根據(jù)船舶的靜水力計(jì)算獲得吃水和排水量相關(guān)數(shù)據(jù)，利用MATLAB軟件，擬合出船舶排水量多項(xiàng)式，已知船舶吃水深度和空船重量情況下可用來計(jì)算船舶排水量、載貨量以及載貨率[4-6]。

1.3.2 船舶限高檢測(cè)

船閘和升船機(jī)頂部設(shè)有橋梁、檢修閘門等設(shè)施，船舶超高易造成船舶碰撞上述設(shè)施的安全事故。遮擋式激光檢測(cè)系統(tǒng)利用在預(yù)警高度安裝激光發(fā)射器及激光接收器，以是否遮擋接收器來判斷過往船舶是否超高（見圖2）。該系統(tǒng)透霧性強(qiáng)、不受天氣影響、靈敏度高，1 000 m范圍內(nèi)反射率大于70%，可以檢測(cè)到5～100 mm的障礙物[7-8]。在三峽壩下68 m水位處、升降機(jī)173 m水位處、葛洲壩壩上66 m水位處均設(shè)置有該系統(tǒng)，實(shí)時(shí)為超高船舶進(jìn)行預(yù)警，提供限高保護(hù)。

1.3.3 船舶越界探測(cè)及報(bào)警

船閘禁停線是保證船閘及船舶安全運(yùn)行的警戒線，過閘船舶在閘室內(nèi)等待過閘時(shí)須?？吭诮＞€內(nèi)。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有船閘禁停線基本是在閘墻涂刷涂料或鑲嵌瓷磚進(jìn)行標(biāo)識(shí)，船閘運(yùn)行一段時(shí)間后，水位變動(dòng)區(qū)內(nèi)的禁停線會(huì)變得模糊不清，難以辨認(rèn)。采用激光掃描測(cè)量設(shè)備進(jìn)行禁停線斷面自動(dòng)連續(xù)掃描，實(shí)時(shí)采集禁停線斷面輪廓數(shù)據(jù)，根據(jù)檢測(cè)工藝流程，結(jié)合船閘運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)過閘船舶越界進(jìn)行檢測(cè)和報(bào)警，越線監(jiān)測(cè)報(bào)警正確率99.99%。目前該系統(tǒng)已在葛洲壩2號(hào)船閘下游禁停線投入試運(yùn)行。

1.3.4 升船機(jī)船廂船速船距一體化檢測(cè)

三峽升船機(jī)船廂斷面系數(shù)較小、船舶進(jìn)出船廂時(shí)的阻塞效應(yīng)明顯，船速過快帶來的船廂內(nèi)的水面波動(dòng)及船舶下沉量過大，極易發(fā)生船舶觸底事故。采用船速船距一體化檢測(cè)裝置對(duì)進(jìn)入升船機(jī)的船舶速度及距離進(jìn)行檢測(cè)，速度誤差≤0.03 m/s，距離誤差≤1.3 m。該裝置分別在升船機(jī)船廂上、下游導(dǎo)航墻進(jìn)行安裝。其中測(cè)速、測(cè)距單元主要由船速、船距探測(cè)裝置和可調(diào)支架組成，用于獲取船舶的速度和位置信息；預(yù)警顯示播報(bào)單元由LED雙面顯示屏和廣播喇叭組成。

1.3.5 過閘智能安檢

根據(jù)《長(zhǎng)江三峽水利樞紐過閘船舶安全檢查暫行辦法》規(guī)定，從2018年6月1日起過閘船舶安檢比例從以往的5%抽查上升到100%全檢[9]。過閘安檢主要包含船舶、船員、貨物等。為提高安檢質(zhì)量和效率，減輕安檢人員工作強(qiáng)度，以數(shù)字化、信息化為引領(lǐng)，借助新一代北斗智能船載終端，打破單一功能模式，融合多種功能，實(shí)現(xiàn)所有安檢項(xiàng)目自助安檢、綜合分析、智能判斷等一體化的過閘安檢方式（見圖3）。

2 梯級(jí)樞紐高效通航技術(shù)與實(shí)踐

三峽—葛洲壩梯級(jí)樞紐是長(zhǎng)江黃金水道的咽喉要道，是制約長(zhǎng)江航運(yùn)特別是中上游航運(yùn)的瓶頸河段。2003年6月三峽船閘建成通航以后，樞紐通航運(yùn)量迅猛提升，提前19年（2011年）達(dá)到1億t/a的設(shè)計(jì)運(yùn)量，2021年運(yùn)量已超過了1.5億t，面臨著兩壩樞紐多線多級(jí)、不同規(guī)模與尺度、不同通航建筑物（船閘和升船機(jī)）之間的協(xié)同匹配，以及超設(shè)計(jì)規(guī)劃通過能力50%以上時(shí)的船舶交通組織和高效過閘等重大挑戰(zhàn)。為此，從交通組織調(diào)度、進(jìn)閘效率提升、船閘快速檢修等方面進(jìn)行了科技創(chuàng)新與技術(shù)攻關(guān)。

2.1 交通組織調(diào)度

針對(duì)樞紐河段通航環(huán)境復(fù)雜、船舶種類多、兩壩聯(lián)合精確調(diào)度困難的特點(diǎn)，提出了匹配兩壩間不均衡交通流的交通組織方法，研制了基于自回歸移動(dòng)平均模型的樞紐交通流仿真平臺(tái)，發(fā)明了適配樞紐通航船舶高效集泊排檔方法和快速成組鏈接裝置，調(diào)度水域從59 km延長(zhǎng)到542 km，研建了船閘溢負(fù)荷條件下三峽—葛洲壩梯級(jí)樞紐通航調(diào)度系統(tǒng)。同時(shí)，實(shí)施了樂天溪和蓮沱段航道整治，將兩壩間限制性通航流量標(biāo)準(zhǔn)由25 000 m3/s提升至30 000 m3/s，兩壩間的汛期通航運(yùn)量提升了21.60%。提出了適用于大流量、大水位變幅的安全停泊錨地工程技術(shù)方案，并研建了相應(yīng)的低樁承臺(tái)靠船墩、高樁墩臺(tái)靠船墩結(jié)構(gòu)，滿足了高效通航對(duì)錨地的多功能需求。

2.2 進(jìn)閘效率提升

2.2.1 船舶吃水控制優(yōu)化及排檔優(yōu)化

船舶吃水深度關(guān)系到船舶載貨重量，在確保過閘安全的前提下，提高過閘船舶吃水深度將為船方帶來明顯的經(jīng)濟(jì)效益。通過模型試驗(yàn)及船舶下沉量實(shí)船測(cè)試，建立了船舶下沉量函數(shù)關(guān)系式

式中：δ為船舶下沉量（m），H為檻上水深（m），α、b為船型系數(shù)（大長(zhǎng)寬船舶取2.14、b取0），V為船舶船速（m/s），n為斷面系數(shù)。

通過計(jì)算，如果將現(xiàn)行規(guī)范檻上水深不低于船舶吃水的1.6倍值調(diào)整到1.3倍值以下，過閘船舶吃水控制標(biāo)準(zhǔn)將由3.4 m提升到4.3 m，通過三峽船閘的船舶載重噸位可提高近30%，同時(shí)對(duì)葛洲壩三江航道枯水期船舶吃水進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整控制，有效提高了三峽船閘和葛洲壩船閘通過能力。

閘室面積利用率直接決定了過閘船舶數(shù)量及船舶尺度。采用基于遺傳算法的閘室編排快速算法來代替人工排檔方法，提高了閘室利用率。三峽南線船閘的平均閘室利用率由71.39%提高到72.73%，平均待閘時(shí)間減少約1.46 h。

2.2.2 船舶同步快速進(jìn)出船閘控制

船舶進(jìn)出船閘時(shí)間是決定船閘通過能力的重要指標(biāo)，設(shè)計(jì)通過能力通常以標(biāo)準(zhǔn)船隊(duì)進(jìn)出船閘的時(shí)間來計(jì)算。為適應(yīng)過閘船舶單船化、多樣化需求，降低船舶進(jìn)出船閘時(shí)間，發(fā)明了船舶快速過閘系列技術(shù)，三峽船閘日均運(yùn)行閘次從12閘次提高16閘次。一是虛擬閘室技術(shù)，在導(dǎo)航墻及其上游水域按照單個(gè)閘室有效尺度設(shè)置兩個(gè)虛擬閘室（見圖4），用于過閘船舶編組和待閘；二是船舶并排同步進(jìn)閘和同步移泊技術(shù)[10]，將虛擬閘室待閘的同一閘次船舶成隊(duì)列、低速進(jìn)入閘室，實(shí)現(xiàn)一個(gè)閘次船舶過閘時(shí)的同步移泊；三是一閘室待閘技術(shù)，當(dāng)三峽船閘按四級(jí)運(yùn)行時(shí)，將下行待閘船舶調(diào)入一閘室內(nèi)等待過閘[11]。這些技術(shù)很好地解決了單船進(jìn)出船閘以及在多級(jí)船閘閘室間移動(dòng)時(shí)間太長(zhǎng)的問題，在三峽船閘、葛洲壩船閘、廣西長(zhǎng)洲船閘等通航樞紐得到了推廣應(yīng)用。

2.2.3 自適應(yīng)進(jìn)出閘船舶跟隨編隊(duì)控制

單船航行速度和船舶間距控制是保證船舶安全航運(yùn)、降低船舶進(jìn)出閘時(shí)間的重要因素。通過毫米波激光雷達(dá)測(cè)距測(cè)速單元、主機(jī)轉(zhuǎn)速采集單元、定位定姿單元、通信單元、控制單元和數(shù)據(jù)處理單元等多種裝置和自動(dòng)控制算法，實(shí)現(xiàn)列隊(duì)中的每條單船都可作為主體，自動(dòng)感知船舶周圍狀態(tài)信息和自身狀態(tài)信息，并根據(jù)算法和閾值自動(dòng)操作該船車鐘，實(shí)現(xiàn)該船對(duì)前船距離和速度的精確控制，進(jìn)而整體實(shí)現(xiàn)多船自動(dòng)同步安全、高效地從待閘錨地發(fā)航直至進(jìn)出閘。同時(shí)，該技術(shù)還解決了船舶過閘低速航行時(shí)舵效差、難以操控的問題，通過雙主機(jī)不同轉(zhuǎn)速進(jìn)行差速控制，實(shí)現(xiàn)船舶低速過閘時(shí)的航向、航速調(diào)整。

2.3 船閘快速檢修

船閘停航檢修時(shí)該閘無法投入使用，造成待閘船舶的大量積壓，影響船閘通過能力及交通組織。采取兩壩船閘同步停航檢修、同步維護(hù)的檢修方案，創(chuàng)建了“預(yù)檢預(yù)修、運(yùn)修兼顧”的船閘檢修組織模式，發(fā)明了背拉桿自動(dòng)加力調(diào)整、頂?shù)讟胁鹧b轉(zhuǎn)移、底樞異形橡皮止水安裝等快速檢修專用裝備，首創(chuàng)了人字閘門支枕墊塊表面修補(bǔ)、背拉桿調(diào)整、輸水廊道混凝土蝕損修補(bǔ)等系列船閘檢修工藝方法，發(fā)明的同步升降裝置實(shí)現(xiàn)1 h內(nèi)將門體頂升680 mm高度、同步精度0.2 mm。上述船閘快速檢修技術(shù)大大提高了船閘檢修效率，三峽及葛洲壩船閘的計(jì)劃性停航檢修工期縮短50%以上[12]。

3 梯級(jí)樞紐綠色通航技術(shù)與實(shí)踐

三峽—葛洲壩梯級(jí)樞紐水域貫穿中華鱘核心保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、國(guó)家地質(zhì)公園、飲用水源地，生態(tài)敏感。每年4萬余艘次船舶通航，待閘排放集中；近1 000萬t危險(xiǎn)品通過，船舶溢油風(fēng)險(xiǎn)高，急流污染擴(kuò)散迅速、應(yīng)急處置要求高，綠色通航面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。為全面落實(shí)《長(zhǎng)江保護(hù)法》及“生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展”有關(guān)要求，在新能源船舶研發(fā)、岸電建設(shè)、船舶污染檢測(cè)等方面進(jìn)行了研究。

3.1 新能源船舶

3.1.1 純電池動(dòng)力工作船

純電動(dòng)船具有零污染、零排放、低噪音、低振動(dòng)、高度信息化等優(yōu)點(diǎn)，通過與科研機(jī)構(gòu)合作，將以柴油機(jī)為動(dòng)力的“海巡12909”改造為純電動(dòng)船，并先后建造了20 m級(jí)和30 m級(jí)的純電池動(dòng)力安檢船，設(shè)計(jì)最高航速分別為23 km/h、29 km/h，續(xù)航里程分別為115 km和154 km，并已在現(xiàn)場(chǎng)安檢工作中發(fā)揮重要作用[13]。

3.1.2 LNG燃料動(dòng)力船舶

LNG是壓縮天然氣的升級(jí)換代產(chǎn)品，具有燃燒充分、環(huán)境污染小、營(yíng)運(yùn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，近年來成為替換柴油的新型能源。為此，大力推行LNG等綠色動(dòng)力船舶過閘優(yōu)先政策，助力長(zhǎng)江航運(yùn)高質(zhì)量發(fā)展。2020年6月19日，下行“新長(zhǎng)江26007”“江船港盛10057”輪安全平穩(wěn)駛出三峽南線閘室，標(biāo)志著三峽船閘通過LNG動(dòng)力船的零突破。

3.2 綠色通航服務(wù)

3.2.1 船舶岸電

長(zhǎng)期以來，船舶在錨地待閘停泊期間利用柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電，尾氣集中排放造成大氣污染，同時(shí)發(fā)電機(jī)噪音及振動(dòng)也造成水環(huán)境干擾。為此在三峽大壩上游研建了船舶岸電系統(tǒng)，攻克了三峽庫區(qū)水位落差達(dá)30 m、不同錨泊方式需用不同的供電方案、水位波動(dòng)下電源接口要求高、多船并聯(lián)供電等技術(shù)難題，開發(fā)了多場(chǎng)景自適應(yīng)調(diào)節(jié)的岸電接口箱、水位自適應(yīng)電纜柔性收放裝置的船舶智能化岸電供電系統(tǒng)（見圖5），船岸電氣連接時(shí)間<2 min、并靠級(jí)聯(lián)供電船舶10艘，實(shí)現(xiàn)了不同錨泊方式下的船舶岸電供應(yīng)技術(shù)全覆蓋。利用岸電技術(shù)于2019年完成了長(zhǎng)江三峽通航綜合岸電示范區(qū)建設(shè)。船舶由傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)發(fā)電改為電網(wǎng)供電后，年可替代燃油1 855 t，減少氣體排放5 844 t。

3.2.2 船舶污染遠(yuǎn)程監(jiān)控

《長(zhǎng)江保護(hù)法》要求“加大對(duì)長(zhǎng)江干線的水污染防治、監(jiān)管力度，預(yù)防、控制和減少水環(huán)境污染”。船舶污染遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)利用高效能無人船平臺(tái)搭載水下側(cè)掃聲納、水上視頻設(shè)備、水質(zhì)傳感器、在線流動(dòng)分析儀等檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行船舶污水檢測(cè)，利用紅外監(jiān)測(cè)技術(shù)或長(zhǎng)光程監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行船舶尾氣排放檢測(cè)，利用無人機(jī)對(duì)待閘船舶尾氣進(jìn)行“組合布點(diǎn)、全景監(jiān)控、快速鎖定”。通過“區(qū)域巡測(cè)、重點(diǎn)抽測(cè)、人工檢測(cè)”，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與人工現(xiàn)場(chǎng)檢查相結(jié)合，對(duì)船舶排污進(jìn)行有效監(jiān)管。

3.2.3 清潔能源綜合運(yùn)用

部分工作躉船地處偏遠(yuǎn)，岸電連接十分不便，為此利用風(fēng)能、太陽能及水流能在時(shí)間、氣候和地域上的互補(bǔ)性，合理配置風(fēng)電、光電和水電的發(fā)電系統(tǒng)資源，提高了系統(tǒng)供電的可靠性，有效解決了無岸電供應(yīng)的山區(qū)河流水上設(shè)施供電難題，在三峽壩區(qū)河段平善壩錨地建設(shè)了躉船新能源復(fù)合供電應(yīng)用示范系統(tǒng)。自2013年7月投入運(yùn)行以來，各模塊工作正常，對(duì)外輸出電壓穩(wěn)定，可滿足大部分時(shí)間的躉船日常生產(chǎn)、生活供電需求，每年可減少約10 t的柴油消耗。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)無噪聲，大大改善了躉船值守人員的工作、休息環(huán)境。

3.3 污染物應(yīng)急處置

3.3.1 船舶污染物檢測(cè)

與科研機(jī)構(gòu)共建船舶污染檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室，配備燃油硫含量快速檢測(cè)儀、煙氣分析儀、聲級(jí)計(jì)等設(shè)備，向船方提供船舶含油污水、尾氣排放、噪聲等檢測(cè)服務(wù)，進(jìn)一步提升監(jiān)管監(jiān)測(cè)水平，最大程度減少船舶待閘期間的排放污染。

3.3.2 應(yīng)急設(shè)備庫建設(shè)

三峽壩區(qū)船舶污染防治一期工程建設(shè)于2009年完成，并組建三峽水上應(yīng)急救助中心，具備300 t/h的油污水回收能力和100 t溢油的應(yīng)急處置能力，24 h處于應(yīng)急待命狀態(tài)。包含有仙人橋應(yīng)急設(shè)備庫、南津關(guān)設(shè)備配置點(diǎn)、長(zhǎng)江三峽船舶流動(dòng)污染源三峽監(jiān)測(cè)站等，配備多功能環(huán)保回收船1艘、應(yīng)急救援平臺(tái)2艘、圍油欄、收油機(jī)等設(shè)備設(shè)施，設(shè)置了監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室、應(yīng)急反應(yīng)決策支持系統(tǒng)機(jī)房、應(yīng)急設(shè)備庫庫房、訓(xùn)練場(chǎng)地、設(shè)備清洗場(chǎng)地、污水處理站等配套設(shè)施。

3.3.3 船舶溢油應(yīng)急處置

針對(duì)峽谷急流河段船舶溢油事故應(yīng)急處置過程中設(shè)備下水時(shí)間長(zhǎng)、圍油欄展布效率低等問題，研發(fā)了適合內(nèi)河水域的日常船舶污染和事故應(yīng)急污染防治技術(shù)，構(gòu)建了由監(jiān)視監(jiān)測(cè)、應(yīng)急決策和應(yīng)急清污等多個(gè)系統(tǒng)組成的內(nèi)河船舶污染防治體系，建立了兼顧溢油和化學(xué)品泄漏事故應(yīng)急的內(nèi)河船舶污染事故應(yīng)急輔助決策系統(tǒng)，設(shè)計(jì)建造了集應(yīng)急設(shè)備儲(chǔ)存、裝卸、運(yùn)輸和作業(yè)等功能于一體的多功能船舶溢油應(yīng)急救援平臺(tái)，應(yīng)急設(shè)備下水時(shí)間由2 h縮短至30 min，實(shí)現(xiàn)了三峽水庫蓄水以來三峽河段船舶環(huán)境污染零事故。

4 展望

40多年來，三峽—葛洲壩梯級(jí)樞紐在安全、高效、綠色通航等方面進(jìn)行了一系列的科技創(chuàng)新與實(shí)踐，已累計(jì)通過貨物16億t，實(shí)現(xiàn)了“零死亡、零沉船、零污染事故”的目標(biāo)，相關(guān)技術(shù)還推廣應(yīng)用到京杭運(yùn)河、西江、烏江、漢江、嘉陵江等樞紐通航領(lǐng)域，為國(guó)內(nèi)外樞紐通航系統(tǒng)安全高效綠色科技創(chuàng)新與技術(shù)進(jìn)步提供了規(guī)范化、體系化和標(biāo)準(zhǔn)化的示范引領(lǐng)作用，進(jìn)一步鞏固了中國(guó)在世界樞紐通航領(lǐng)域的地位。

結(jié)合國(guó)家戰(zhàn)略和科技發(fā)展，今后的研究方向主要有：①助力國(guó)家自主開發(fā)計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)船閘、升船機(jī)等運(yùn)行控制系統(tǒng)核心傳感器、控制器、控制網(wǎng)絡(luò)的“國(guó)產(chǎn)化”升級(jí)，從根本上解決核心元器件“卡脖子”問題；②進(jìn)一步研發(fā)“船—閘—岸”協(xié)同新一代智慧梯級(jí)樞紐通航系統(tǒng)?；诒倍范ㄎ?、5G和自動(dòng)駕駛等新技術(shù)，開展內(nèi)河航運(yùn)船舶特殊航段輔助管理和自動(dòng)駕駛方案研究，打造一流樞紐通航調(diào)度技術(shù)體系和一流綜合交通運(yùn)輸服務(wù)體系；③研發(fā)三峽通航大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)及服務(wù)技術(shù)，通過三峽基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)構(gòu)建智能化的應(yīng)用體系，為長(zhǎng)江智能航運(yùn)發(fā)展提供基礎(chǔ)支撐。

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Safe，Efficient and Green Navigation at Three Gorges-Gezhouba Cascades：Technologies and Practices

QI Junlin，WANG Yang，ZHANG Yong

（Three Gorges Navigation Authority，Yichang 443000，China）

Abstract：The Three Gorges and Gezhouba cascade navigation system bears the important task of serving the construction of transportation power and development of Yangtze River Economic Belt. Based on the exploration and practice of the Three Gorges and Gezhouba cascade navigation over the past four decades，we summarized the main technologies and methods of safe，efficient and green navigation of cascade hub，and introduced the innovative achievements and their applications. In line with national strategy and sci-tech development，we put forward the main research directions in future.

Key words：Three Gorges and Gezhouba；cascade hub；navigation