長江“黃金航道”整治技術研究與示范

倪晉仁，劉懷漢，谷祖鵬*

（1. 北京大學，北京 100871；2. 長江航道局，武漢 430010）

長江“黃金航道”整治技術研究與示范

倪晉仁1，劉懷漢2，谷祖鵬2*

（1. 北京大學，北京 100871；2. 長江航道局，武漢 430010）

“長江黃金航道整治技術研究與示范”（項目編號：2016YFC0402100）是國家重點研發計劃“水資源高效開發利用”重點專項項目之一，項目經費3500萬元。本項目由長江航道局牽頭，北京大學倪晉仁院士主持，聯合了水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院、北京大學、重慶交通大學、交通運輸部天津水運工程科學研究所、武漢大學、長江勘測規劃設計研究有限責任公司、長江南京以下深水航道建設工程指揮部等19家國家內河航道整治領域的優勢單位。

當前，長江黃金航道面臨著長江三峽樞紐和上游水庫群聯合運行帶來的水沙條件新變化，以及防洪、航運、發電、供水、生態等水資源綜合利用的新需求，亟待深入認識新水沙條件下航道演變機理及發展趨勢，科學評估航道承載力及提升潛力，系統研發水資源綜合高效利用目標下的航道整治技術，有效促進航道整治與生態環境保護的協調融合。長江黃金航道整治技術研究與示范項目圍繞國家長江經濟帶戰略，以提高航道通過能力、實現長江航道資源高效利用為總目標，攻克長江航道演變機理、航道承載力評估等理論難題，突破與生態協調發展的航道整治新技術，形成長江航道系統整治技術并示范應用。

本項目以“理論拓展—技術創新—應用示范”為主線，采用原型觀測、理論分析、數值模擬、模型試驗及現場試驗等手段，圍繞長江黃金航道整治涉及的關鍵科學問題，重點研究水沙變化條件下長江航道演變機理及發展趨勢、長江生態航道的架構及評價體系、多功能河流航道承載力及可提升潛力、多因素影響下長江航道灘群聯動整治技術、長江航道整治工程的生境融入及再造技術五方面的內容。具體技術路線如下：

主要研究內容如下：

（1）研究長江不同類型河段復雜動力過程與灘槽演變的相互作用機理，預測長江航道演變趨勢。針對新水沙條件下長江航道整治的新需求，研究梯級水庫群等重大工程綜合作用下不同類型河段航道演變動力驅動因子的變化，揭示水沙變化條件下長江不同類型河段復雜動力過程與灘槽演變的相互作用機理，識別水沙過程改變對不同類型河段淺灘演變特性調整的驅動機制，構建適用于多庫聯調下山區卵石河床河段、強沖刷條件下沖積平原河段及徑潮流共同作用河段、物理機制更加完善的長河段水沙數學模型，預測航道演變趨勢。

（2）研究長江生態航道的架構及評價體系。分析河流主要功能及其關系，提出生態航道系統架構，建立生態航道評價方法體系，進行長江生態航道評價；構建航道整治工程生態環境保護監測方法體系、典型河段環境監察與審核參照體系，建立黃金航道生態環境保護監察與審核技術體系；研究航道整治工程對河流全物質通量及航道整治工程對河流水文-生境的影響，提出航道治理全過程生態保護與建設對策。

（3）評估多功能河流航道承載力及可提升潛力。研究長江航道承載力影響因素體系，界定航道承載力的內涵。研究長江航道承載力與航運、防洪、供水、生態環境、經濟社會發展互適應機理。構建黃金航道承載力評價體系，提出評價指標，預測長江航道承載力。分析上、中、下游承載力關鍵制約條件，研究長江航道承載力動態變化和提升潛力。

（4）研發多因素影響下長江航道灘群聯動整治技術。在上游山區河段，研究非恒定流對船舶航行的影響，探討壩下游航道整治線寬度公式；構建推移質造床力學模型；研究多因素影響下卵石灘群礙航特性；研究調整輸移帶和局部整治相結合的航槽水沙調控方法；研發卵石灘群協同控導技術。在中游強沖刷河段，研究防洪限制條件下航道整治參數的確定方法；研究強沖刷河道灘體生成發育模式及促淤結構；研發防洪—通航協同下復雜河段洲灘守護與塑造技術、防洪限制下促淤技術、通航協同下典型急彎段灘槽控制技術。在下游徑流分汊河段，研發多分汊河段灘槽調控復合模擬技術，提出多分汊河段航道最優灘槽格局調控航道整治建筑物可靠性評估方法，研發分汊河段灘槽調控技術，提出多汊通航條件下的航道整治水位和整治線寬度參數的確定方法；研發通航主汊道選取理論與技術，研究綜合目標條件下最優灘槽形態，研究確定多分汊航道最優灘槽格局調控技術；研究多分汊河段航道整治建筑物穩定性，提出航道整治建筑物可靠性評估技術，研發多分汊河段航道整治建筑物新結構。在長江徑潮河段，研究活動邊灘治理關鍵技術；研究潮汐分汊河段河勢受控特點及影響因素、潮汐分汊河段河勢控導與航道條件響應，提出灘槽格局、航槽與河勢穩定等整治目標下的整治措施、工程布置原則、布置形式等；研究復雜動力環境深水拋石落點預測和成堤形態控制方法，研發徑潮流作用下深水拋石施工作業窗口預報技術，研究深水心灘潛堤服役壽命；研發徑潮流復雜河段深水航道減淤技術，研究徑潮流作用下復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，研發基于疏浚施工組織管理的徑潮河段深水航道減淤技術；研發徑潮流河段深水航道高效節能疏浚裝備。

圖1 項目技術路線圖

（5）長江航道整治工程的生境融入及再造技術。研究典型生態保護河段水生生物和棲息地與航道治理互饋機制，探明典型生態保護段水生生物和棲息地特性，研究典型生態保護段航道演變與治理及其生態效應；研究長江上游山區河流航道整治典型生態結構關鍵技術，研發山區河流生態型堤壩結構，研究新型生態堤壩結構生態效應及航道整治效果；研發長江中游鵝頭型彎曲分汊河段濕地保護與航道整治協調技術；研發長江下游典型（感潮）河段生境異質性提升關鍵技術，研發生境異質性提升護灘或堤身結構，研究新型航道整治護灘或堤身結構生態效應。

通過本項目的實施，將形成多目標協同下長江“黃金航道”整治的成套技術，提高航道通過能力和航道資源利用效率，提升長江航道建設的科技水平和創新能力，促進航道整治與生態環境協調發展及長江經濟帶發展國家戰略的實施。同時，研制新設備3套，提出新結構5種，修編行業標準3部，申請發明專利20項，建立航道整治技術應用示范區5個，培養一支具有國際視野和主導力、富有自主創新精神的航道整治技術研發隊伍，為長江航道整治技術的發展起到重要引領和示范作用。本項目技術成果工程化實施后，長江航道通過能力將增加20%以上，可提高運輸船舶營運效率，為航運企業節省運營成本50億元以上。

10.16868/j.cnki.1674-6252.2017.06.112

*責任作者： 谷祖鵬（1977—），男，高級工程師，博士，主要研 究方向為航道工程，Email:1044133320@qq.com。