重大水利枢纽通航建筑物建设与提升技术

钮新强

（长江勘测规划设计研究院，武汉 430010）

重大水利枢纽通航建筑物建设与提升技术

钮新强

（长江勘测规划设计研究院，武汉 430010）

2013年7月，习近平总书记在湖北考察时指出：“长江流域要加强合作，充分发挥内河航运作用，发展江海联运，把全流域打造成黄金水道”。2014年9月，党中央、国务院作出了“依托黄金水道推动长江经济带发展，打造中国经济新支撑带”的重大战略决策。长江是我国内河航运最发达的水系，长江通道是我国国土空间开发最重要的东西轴线，也是“丝绸之路经济带”和“21 世纪海上丝绸之路”的纽带，在国家经济社会发展总体格局中具有重要战略地位。国家提出了打造“畅通、高效、平安、绿色”全流域黄金水道的长江经济带战略，对长江航运提出了更高要求。大型水利枢纽是国家的重要基础设施，水运也是国家综合交通运输体系的重要组成部分，具有明显的比较优势。

1 项目重大意义

2005年以来，长江干线货运量连续十一年位居世界内河第一，长江航运已经成为沿江综合运输大通道的核心组成部分，是沿江地区经济社会快速发展和沿江产业带聚集的重要引擎。长江经济带覆盖上海、江苏、浙江、安徽、江西、湖北、湖南、重庆、四川、云南、贵州等11省市，面积约205万平方公里，人口和生产总值均超过全国的40%，是我国综合实力最强、战略支撑作用最大的区域之一。目前长江航运存在三峡与葛洲坝枢纽通过能力不足，荆江河段通航能力提升与生态环境保护、防洪安全、河势稳定等矛盾突出，金沙江下游巨型电站通航建筑物建设难度大等问题。

（1）三峡、葛洲坝枢纽是长江航道上的关键节点，三峡水利枢纽工程显著改善了长江上中游航道条件，极大提升了库区航道的通航能力，促进了长江航运事业的大发展。随着沿江经济的快速发展和库区航道条件的根本改善，三峡过闸运量呈爆发式增长，2011年运量突破1亿吨，提前19年达到规划水平。近年来，受既有船闸通过能力制约，三峡过闸船舶平均待闸时间逐渐加长，通航压力日益增加，船闸长期超负荷运行，也带来较大的安全风险，三峡枢纽已成为制约长江航运进一步发展的“节点”。

（2）随着金沙江下游乌东德、白鹤滩、溪洛渡和向家坝等四座巨型水电站的建设，库区常年回水区形成了深水航道，为发展水运创造了有利条件，但由于水电站位于高山峡谷地区，乌东德、白鹤滩和溪洛渡三座大坝为世界级特高拱坝，存在通航建筑物布置困难、通航水流条件复杂、高陡边坡稳定困难、抗震要求高等技术难题，“阻隔”了黄金水道向上游进一步延伸。

（3）长江宜昌至重庆河段具备通航万吨级船舶的条件，武汉以下河段规划通航万吨级船舶，但长江中游荆江河段河道蜿蜒、浅滩密布，通航能力提升与生态环境保护、防洪安全、河势稳定等矛盾突出，目前仅能通航3000吨级船舶，通航标准明显与上下游不匹配，成为黄金水道的 “中梗阻”。

开展“重大水利枢纽通航建筑物建设与提升技术”研究，解决制约长江黄金水道发展的长江航运三大问题，提交系统性技术方案，满足新时期国家战略对长江航运发展的要求。

2 项目总体目标

美国、前苏联及欧洲各国，在内河水运建设方面有100多年历史，已建成较为完善的内河航道网。我国现代化内河水运建设起步较晚，但近年来发展迅速，目前已基本形成了以长江、西江、京杭运河为主体的内河水运格局。随着长江三峡、葛洲坝，西江长洲、大藤峡，金沙江向家坝，乌江构皮滩、彭水，嘉陵江亭子口等一批大型现代化通航建筑物的建设和运行，我国在通航建筑物建设技术方面已基本达到国际先进水平。总体而言，在目前国内外已建和在建的通航建筑物中，单级船闸的通航水头不超过40m，垂直升船机的提升高度不超过130m；内河人工水道功能较单一，通航船舶不超过3000吨级；国外高坝基本不通航，我国则在坝高200m以下的枢纽中建有数量较多的通航建筑物。

随着长江经济带发展战略的大力推进，长江黄金水道将逐步向上游高山峡谷地区拓延，中游三峡和葛洲坝枢纽、荆江河段通航压力将进一步增加，通航建筑物建设将面临新的要求和挑战。为此、围绕长江航运存在的关键问题，以突破我国重大水利枢纽通航建筑物建设技术瓶颈，提升长江干线枢纽通过能力为总目标，开展复杂条件下高坝通航、巨型内河船闸、多目标协同大型人工水道等创新研究，研发单级60m水头巨型内河船闸、200m级大型垂直升船机、大型地下式船闸等成套技术，为高坝通航提供技术支撑，形成和完善高坝通航、巨型船闸设计理论及标准体系；提出建设武汉—重庆高标准黄金水道、实现万吨船舶直达重庆的系统解决方案。研究成果可为长江黄金水道建设所面临关键技术问题的解决方案奠定科学基础，进一步夯实我国大型水利枢纽通航建筑物建设技术在国际上的领先地位。

3 项目研究内容

重大水利枢纽通航建筑物建设与提升技术研究，集合了国内通航建筑物设计、科研、建设、运行管理方面的15家主要单位。研究团队在船闸和高坝通航总体方案、高水头船闸结构与输水技术、大型垂直升船机设计与研究、通航建筑物建设与运行管理等方面具有丰富经验。

针对项目的总体目标，研究超大输水功率下复杂廊道能量均匀分配与闸室消能机理、非恒定流作用下的船闸阀门空化机理等，攻克60m单级巨型船闸输水关键技术；研究高扬程升船机运行稳定性的有效技术措施和适应下游大水位变率的下水式船厢动态控制技术等，攻克200m级超高扬程大型垂升船机设计与设备制造技术；研究高山峡谷地区的通航条件、大型长距离通航隧洞、高架渡槽等，提出高山峡谷地区通航建筑物总体方案；完善枢纽坝区航道通航水流标准，制定提升大型水利枢纽坝区航道通航能力的综合对策措施；研究长江中游高标准通航综合水利工程体系建设理论及关键技术，大型人工水道设计理论及方法等，提出长江中游新水道系统解决方案；研究巨型通航建筑物门槛水深控制标准、船舶系缆力标准、大型阀门水力安全控制标准等，形成巨型通航建筑物通航标准体系；研究既有通航设施通过能力提升和重大水利枢纽增改建通航建筑物关键技术。项目技术线路见图1。

4 项目预期效益

重大水利枢纽通航建筑物建设与提升技术，可为提高长江通航能力，保障内河水运主通道畅通，建设长江黄金水道提供技术支撑，研究成果还可为西江、京杭运河、长三角、珠三角等国家高等级航道网通过能力提升提供借鉴。

随着三峡与葛洲坝枢纽进行通过能力提升、三峡水运新通道和葛洲坝航运扩能工程建成和荆江多目标协同大型人工水道建设，减少船舶待闸时间、缩短航运里程、船舶大型化、水运替代陆路降低成本等综合经济效益十分显著。同时，本项目具有提升内河水运，促进流域经济社会发展，节约资源，改善生态环境等巨大社会效益。

图1 项目技术线路图

10.16868/j.cnki.1674-6252.2017.06.110

钮新强（1962—），院长，教授级高级工程师，中国工程院院士，主要从事大型水工结构、高坝通航等研究工作， E-mail: niuxinqiang@cjwsjy.com.cn。