“黃金水道通過能力提升技術”總體達世界領先水平

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”（以下簡稱“專項”）驗收鑒定會上獲悉，由中國科學院院士王光謙、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新性成果，一是創建了黃金水道通過能力與通航條件計算和評價的技術體系。二是創新并發展了航道水沙觀測與模擬技術，揭示了樞紐運行條件下典型河段水沙運動及河床演變規律。三是攻克了三峽等樞紐運行條件下長河段航道系統整治關鍵技術。四是突破了樞紐通航效能提升和現代化管理的關鍵技術。五是研發了黃金水道綜合信息服務、通航安全監管和污染防治的新技術。專項成果總體達到國際領先水平。

背景

1、長江是我國的黃金水道

長江是溝通我國東、中、西部地區的運輸大動脈，在流域經濟社會發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

西江是我國內河水運主通道的“一縱兩橫兩網”中重要的“一橫”，是西南水運出海通道的重要組成部分，也是構筑泛珠三角區域經濟體系與建設中國—東盟自由貿易區的水運大通道和重要出海口。

落實國家戰略，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，突出表現為四大問題：

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

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：大多數公式的適用范圍有局限性，且大量的經驗系數，計算復雜，人為因素影響大。

船型標準：內河水運基礎設施與船型發展不匹配、船舶技術狀況落后。

高等級航道的通航技術標準：現有《內河通航標準》不能適應長江Ⅰ級航道規劃建設的需要。

通航條件預測預報：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測預報系統。

2、航道整治基礎理論及研究手段尚不完善

推移質測量：適用性差、精度及效率低、不能實時監控。

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、模型設計理論、試驗控制及整治建筑物的模擬等方面的技術還不完善。

數學模型計算：模擬和預測精度不高、橫向變形及三維模擬技術不成熟、沒有實現干線航道的全覆蓋。

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律認識不系統深入。

3、傳統整治技術不能滿足大規模航道建設需求

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

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

整治建筑物結構：建筑物結構型式的選擇主要憑經驗，對新水沙條件的適應性研究不夠。

航道整治建筑物可靠度分析：尚沒有相關研究。

4、提升樞紐通航效能的技術手段需要進一步優化

船舶進閘效率提升：目前國內外采用單船拖帶、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。

多梯級多線船閘聯合調度：國內相關研究較少，多是以單閘調度、單閘室排布算法方面研究為主。

樞紐通航現代化管理：尚缺乏系統研究，缺乏樞紐通航現代化管理的評價體系。

5、信息服務和通航保障技術需要進一步創新

綜合信息服務：標準、數據、平臺不統一，缺乏對資源進行有效整合和覆蓋的航運業務一體化應用體系。

通航安全：評估的技術、方法有待進一步完善，安全預警與應急反應領域的各項研究尚處于起步階段。

安全應急：對危險貨物流通過程缺乏必要的全程監管措施和技術手段。

船舶防污染：內河船舶污染源監管模式有待系統深入的研究，缺乏實時在線監控系統。

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、突破的關鍵技術

主要創新點

重大專項取得了五大創新性成果：

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

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。通過重大專項創新，創建了通過能力與通航條件計算和評價的技術體系，為提升通過能力提供了理論依據。

提出了基于設計小時系數的航道通過能力計算新方法，解決了復雜通航環境下航道通過能力準確、便捷確定的難題。

建立了內河船型現代化綜合評價和示范船認定指標體系，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標準。

首次將航道服務水平劃分等級，對長江干線航道通過能力進行了評價。

開發了航道通過能力仿真評價系統，實現了航道通過能力的可視化驗證。

研發了長河段通航條件預測預報模型及系統，實現了航道條件預測預報由定性分析向定量計算的飛躍。

2、創新并發展了航道水沙觀測與模擬技術，揭示了樞紐運行條件下典型河段水沙運動及河床演變規律，為航道整治工程建設奠定了堅實的基礎

基礎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。通過重大專項創新，發展了水沙觀測與模擬技術，深化了對樞紐運行條件下水沙運動與河床演變規律的認識，為航道整治工程建設奠定了堅實基礎。

研發了適用性強的新型水沙現場量測儀器和試驗量測儀器，推進了航道工程量測技術的發展。

建立了長江干線全二維水沙數學模型計算平臺和典型河段的三維水沙動力學數值模型，完善了數值模擬技術。

改進了長河段泥沙物理模型試驗技術，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律，預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。

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。

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

傳統的整治技術不能滿足新水沙條件下航道大規模建設需求。通過重大專項創新，提出了航道整治設計參數確定的新方法、不同類型河段航道的整治措施、系列的整治建筑物新結構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支撐。

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

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計關鍵技術，為長河段航道整治工程設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計和施工技術，研發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構，為航道整治工程的效果和穩定提供了保障。

首次探索了航道整治建筑物可靠度分析方法，實現了航道整治建筑物設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代化管理的關鍵技術，進一步創新了樞紐通航能力提升的技術手段

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。通過重大專項創新，在虛擬閘室概念和虛擬閘室應用模式、船舶過閘身份認證和快速安檢系統、多梯級與多線船閘聯合調度系統、樞紐通航現代化管理評價體系等方面進行科技攻關，進一步創新了提升樞紐通航能力的技術手段。

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

首次開發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、船舶過閘安全檢查現場業務終端及業務管理軟件系統。

發明了船閘過閘自動排布新算法、梯級船閘調度算法，研發了西江多梯級、多線船閘聯合調度平臺軟件系統。

首次從行業層面提出了樞紐通航現代化管理的內涵、特征、評價指標、評價標準及綜合評價方法，構建了樞紐通航現代化管理的評價體系。

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

構建了長江航運信息服務云體系，提出了長江重點航段通航安全動態預警、控制新方法，構建了長江危險化學品運輸安全監管與應急平臺，開發了適應內河船舶污染物監管點多、量大特點的船舶污水排放實時在線監控系統。

長江航運信息服務云平臺包括長江航運云計算數據中心結構、移動互聯和多跳網格結合的航運動態數據鏈技術、適用于長江航運各類異構數據交換的新標準等前沿技術。

建立了重點航段與橋區航行安全預警模型，開發了水上交通安全預警系統和橋區船舶通航安全預警系統、耦合船舶航行要素的復雜天氣三維數字輔助駕駛系統。

建立了長江危險品泄漏擴散預測預報模型，研發了危險品船舶和危險品集裝箱動態監控系統。

研發了船舶污水排放信息傳輸系統，并與現有海事監管平臺無縫鏈接，實現了船舶污染物排放實時遠程在線監控。

應用成效與推廣前景

1、應用情況

研究成果在標準規范制定、大型航道整治工程建設、樞紐工程建設、平臺系統建設以及三峽船閘通過能力提升等實際應用中發揮了重要作用。

通航條件及船型標準方面的成果主要應用到《長江（干線）通航標準》的制定及《內河通航標準》有關條款的修訂及《內河運輸船舶標準船型指標體系》（交通運輸部公告2012年第13號）當中。

航道系統整治方面的成果主要應用到長江中游荊江河段整治工程、長江下游12.5米深水航道建設一、二期的前期研究及建設中、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，實現了在三峽船閘原有單線日均13閘次的基礎上平均每天提高1-2個運行閘次的目標；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%。

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

2、取得的成效

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

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

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

第三，環境效益明顯：“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

通航條件及船型標準方面的一些成果具有普遍意義，可推廣應用到世界上其他通航河流建設橋梁，對其他河流在橋梁規劃管理、設計建設等具有很好的指導作用。

航道系統整治方面的成果推廣到其他河流與領域，豐富了航道整治工程的學科理論，并為相關行業標準規范的制（修）訂提供基礎資料和依據，將有力推動和促進行業科技進步。

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、以及國內其它內河樞紐的運行管理中，促進行業技術的共同進步與發展。

信息服務與安全保障方面的成果推動各類航運業務信息系統，能夠推廣應用到海事、航道管理工作中，也可在其它內河流域及沿海的推廣實施。

主要經驗與研究展望

1、主要經驗

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

以國家科技發展戰略和內河水運發展需求為引領，聚焦行業熱點，設立重大專項開展研究，是解決制約內河水運建設、運行、維護的重大性、關鍵性、前瞻性難題的行之有效手段。

瞄準和緊跟國際前沿，遵循創新規律，堅持基礎研究與應用研究相結合、技術研發與成果推廣應用相結合，推進原始創新、集成創新和引進消化吸收再創新，有的放矢、注重效率、強化應用，是能夠取得具有創新性、實用性成果的重要途徑。

強強聯合，優勢互補、資源共享、分工協作，充分發揮國家和行業科研平臺、創新聯盟的優勢和作用，以重大建設工程為依托，堅持產-學-研-用相結合，多途徑開展研究工作，是能夠取得多項國際領先、高水平成果的關鍵措施。

營造鼓勵探索創新和有利于人才成長的良好環境，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，強化考核指標的落實，是突破重大技術問題的必要條件。

做好項目組織領導，加強項目組、行業內外、領域內外的溝通、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

隨著長江經濟帶建設的推進，我們認為還有下列技術問題需要繼續探索和研究，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研究，突破長江綜合交通運輸系統一體化、快速化的關鍵技術，為建設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關鍵技術研究，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鍵技術，為內河水運轉型升級提供科技支撐。

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

開展內河水運安全風險防控研究，重點解決水運安全標準、安全風險防控體系構建、航運應急指揮與救助打撈等技術問題，為進一步提升內河水運安全保障能力提供科技支撐。

開展干支聯動、江海直達、干支協調發展的研究，為長江流域的整體通過能力提升提供科技支撐。

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