长江“黄金航道”整治技术研究与示范

倪晋仁，刘怀汉，谷祖鹏*

（1. 北京大学，北京 100871；2. 长江航道局，武汉 430010）

长江“黄金航道”整治技术研究与示范

倪晋仁1，刘怀汉2，谷祖鹏2*

（1. 北京大学，北京 100871；2. 长江航道局，武汉 430010）

“长江黄金航道整治技术研究与示范”（项目编号：2016YFC0402100）是国家重点研发计划“水资源高效开发利用”重点专项项目之一，项目经费3500万元。本项目由长江航道局牵头，北京大学倪晋仁院士主持，联合了水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院、北京大学、重庆交通大学、交通运输部天津水运工程科学研究所、武汉大学、长江勘测规划设计研究有限责任公司、长江南京以下深水航道建设工程指挥部等19家国家内河航道整治领域的优势单位。

当前，长江黄金航道面临着长江三峡枢纽和上游水库群联合运行带来的水沙条件新变化，以及防洪、航运、发电、供水、生态等水资源综合利用的新需求，亟待深入认识新水沙条件下航道演变机理及发展趋势，科学评估航道承载力及提升潜力，系统研发水资源综合高效利用目标下的航道整治技术，有效促进航道整治与生态环境保护的协调融合。长江黄金航道整治技术研究与示范项目围绕国家长江经济带战略，以提高航道通过能力、实现长江航道资源高效利用为总目标，攻克长江航道演变机理、航道承载力评估等理论难题，突破与生态协调发展的航道整治新技术，形成长江航道系统整治技术并示范应用。

本项目以“理论拓展—技术创新—应用示范”为主线，采用原型观测、理论分析、数值模拟、模型试验及现场试验等手段，围绕长江黄金航道整治涉及的关键科学问题，重点研究水沙变化条件下长江航道演变机理及发展趋势、长江生态航道的架构及评价体系、多功能河流航道承载力及可提升潜力、多因素影响下长江航道滩群联动整治技术、长江航道整治工程的生境融入及再造技术五方面的内容。具体技术路线如下：

主要研究内容如下：

（1）研究长江不同类型河段复杂动力过程与滩槽演变的相互作用机理，预测长江航道演变趋势。针对新水沙条件下长江航道整治的新需求，研究梯级水库群等重大工程综合作用下不同类型河段航道演变动力驱动因子的变化，揭示水沙变化条件下长江不同类型河段复杂动力过程与滩槽演变的相互作用机理，识别水沙过程改变对不同类型河段浅滩演变特性调整的驱动机制，构建适用于多库联调下山区卵石河床河段、强冲刷条件下冲积平原河段及径潮流共同作用河段、物理机制更加完善的长河段水沙数学模型，预测航道演变趋势。

（2）研究长江生态航道的架构及评价体系。分析河流主要功能及其关系，提出生态航道系统架构，建立生态航道评价方法体系，进行长江生态航道评价；构建航道整治工程生态环境保护监测方法体系、典型河段环境监察与审核参照体系，建立黄金航道生态环境保护监察与审核技术体系；研究航道整治工程对河流全物质通量及航道整治工程对河流水文-生境的影响，提出航道治理全过程生态保护与建设对策。

（3）评估多功能河流航道承载力及可提升潜力。研究长江航道承载力影响因素体系，界定航道承载力的内涵。研究长江航道承载力与航运、防洪、供水、生态环境、经济社会发展互适应机理。构建黄金航道承载力评价体系，提出评价指标，预测长江航道承载力。分析上、中、下游承载力关键制约条件，研究长江航道承载力动态变化和提升潜力。

（4）研发多因素影响下长江航道滩群联动整治技术。在上游山区河段，研究非恒定流对船舶航行的影响，探讨坝下游航道整治线宽度公式；构建推移质造床力学模型；研究多因素影响下卵石滩群碍航特性；研究调整输移带和局部整治相结合的航槽水沙调控方法；研发卵石滩群协同控导技术。在中游强冲刷河段，研究防洪限制条件下航道整治参数的确定方法；研究强冲刷河道滩体生成发育模式及促淤结构；研发防洪—通航协同下复杂河段洲滩守护与塑造技术、防洪限制下促淤技术、通航协同下典型急弯段滩槽控制技术。在下游径流分汊河段，研发多分汊河段滩槽调控复合模拟技术，提出多分汊河段航道最优滩槽格局调控航道整治建筑物可靠性评估方法，研发分汊河段滩槽调控技术，提出多汊通航条件下的航道整治水位和整治线宽度参数的确定方法；研发通航主汊道选取理论与技术，研究综合目标条件下最优滩槽形态，研究确定多分汊航道最优滩槽格局调控技术；研究多分汊河段航道整治建筑物稳定性，提出航道整治建筑物可靠性评估技术，研发多分汊河段航道整治建筑物新结构。在长江径潮河段，研究活动边滩治理关键技术；研究潮汐分汊河段河势受控特点及影响因素、潮汐分汊河段河势控导与航道条件响应，提出滩槽格局、航槽与河势稳定等整治目标下的整治措施、工程布置原则、布置形式等；研究复杂动力环境深水抛石落点预测和成堤形态控制方法，研发径潮流作用下深水抛石施工作业窗口预报技术，研究深水心滩潜堤服役寿命；研发径潮流复杂河段深水航道减淤技术，研究径潮流作用下复杂河段深水航道回淤影响因子，研究径潮流作用下深水航道减淤工程方案，研发基于疏浚施工组织管理的径潮河段深水航道减淤技术；研发径潮流河段深水航道高效节能疏浚装备。

图1 项目技术路线图

（5）长江航道整治工程的生境融入及再造技术。研究典型生态保护河段水生生物和栖息地与航道治理互馈机制，探明典型生态保护段水生生物和栖息地特性，研究典型生态保护段航道演变与治理及其生态效应；研究长江上游山区河流航道整治典型生态结构关键技术，研发山区河流生态型堤坝结构，研究新型生态堤坝结构生态效应及航道整治效果；研发长江中游鹅头型弯曲分汊河段湿地保护与航道整治协调技术；研发长江下游典型（感潮）河段生境异质性提升关键技术，研发生境异质性提升护滩或堤身结构，研究新型航道整治护滩或堤身结构生态效应。

通过本项目的实施，将形成多目标协同下长江“黄金航道”整治的成套技术，提高航道通过能力和航道资源利用效率，提升长江航道建设的科技水平和创新能力，促进航道整治与生态环境协调发展及长江经济带发展国家战略的实施。同时，研制新设备3套，提出新结构5种，修编行业标准3部，申请发明专利20项，建立航道整治技术应用示范区5个，培养一支具有国际视野和主导力、富有自主创新精神的航道整治技术研发队伍，为长江航道整治技术的发展起到重要引领和示范作用。本项目技术成果工程化实施后，长江航道通过能力将增加20%以上，可提高运输船舶营运效率，为航运企业节省运营成本50亿元以上。

10.16868/j.cnki.1674-6252.2017.06.112

*责任作者： 谷祖鹏（1977—），男，高级工程师，博士，主要研 究方向为航道工程，Email:1044133320@qq.com。