保护与利用长江黄金水道的研究

长江“黄金水道”的航运优势一直受到国家领导的高度重视。2013年7月，习近平总书记考察武汉新港时指出：“长江流域要加强合作，发挥内河航运作用，把全流域打造成为‘黄金水道’。”2014年4月，李克强总理在重庆主持召开座谈会，研究依托“黄金水道”建设长江经济带，为中国经济持续发展提供重要支撑。2018年4月，习近平总书记深入长江实地考察长江经济带建设，主持召开深入推动长江经济带发展座谈会，并发表重要讲话。进一步明确推动长江经济带发展的重要战略思想，坚持共抓大保护、不搞大开发导向，走生态优先、绿色发展之路，推动长江航运绿色发展、高质量发展，更好发挥长江“黄金水道”在推动长江经济带发展中的基础性、先导性作用。2018年9月，国务院出台“推进运输结构调整三年行动计划（2018—2020年）”的文件，计划提出到2020年，全国货物运输结构明显优化，铁路、水路承担的大宗货物运输量显著提高，全国水路货运量增加5亿吨的目标。国家对长江“黄金水道”的保护与利用提出了更高的发展要求。针对发展目标，亟待开展以下问题，为长江“黄金水道”的保护与利用提供科技支撑。

6.2.5.1　长江生态航道建设

建设长江生态航道，是贯彻落实绿色发展理念，推动航道转型发展的必由之路。现阶段长江生态航道整治的新型成套技术欠缺，新型生态护滩、护底技术极为不足，生态整治的技术规程和规范有待出台。为了促进长江“黄金水道”建设、维护与生态环境的协调融合，亟须开展生态航道整治技术研究。

（1）生态航道的优化布局

基于长江的空间结构特征和生态功能分区，分析航运功能与河流其他主要功能的关系，建立生态航道评价方法的基础理论框架。对不同河段航道特征进行生态效应评估，通过敏感性分析对评估结果进行可靠性论证。根据不同阶段经济发展需求、生态航道承载力及生态航道建设技术进步情况，优化不同类型河段的航道空间布局。

（2）整治建筑物生态结构

对比传统坝体、护滩和护岸结构，系统研究生态坝体、生态护滩以及生态护岸的结构形式。在保障航道畅通的前提下，通过工程措施塑造有利的洲滩形态及底质条件，营造有利的局部水流结构等，在此目标指引下研究提出不同特性河段、不同水流条件下新型整治建筑物结构形式。研究不同种类的新型生态整治建筑物对不同的水动力环境的抗侵蚀特征。

（3）整治建筑物新型生态型材料

研究能与植物等生物和谐共存的护滩、护岸工程生态型材料，使之具有透气性和透水性，保存土壤中的水分和氧气，促进植物生长，保护现有生态系统。同时开发对调解生态平衡、美化环境景观、实现人类与自然协调具有积极作用的新型生态材料，从材料方面提高整治建筑物的生态效果。

（4）整治建筑物现状评估及生态修复

主要开展航道整治建筑物功能发挥程度与水沙条件的适应性研究及典型航道整治建筑物损毁修复与其功能发挥关系研究。基于航运功能与河流其他主要功能关系分析构架生态航道系统，建立航道整治建筑物功能评价方法。结合生态航道整治技术，对损毁的整治建筑物提出生态修复方案。

6.2.5.2　长江口深水航道泥沙骤淤防控技术

长江口区域容易遭受风暴潮影响，在短时间内能造成航道的骤淤，影响长江口深水航道通航。随着长江水运的高速发展，构建天文潮-风暴潮-台风浪一体化模型，及时提供台风、风暴潮的高精度预报成果，能够为防灾减灾提供技术支持，发挥显著的社会效益。

（1）台风路径的优化预报

采用超级集合化方法，对台风期间多台站的路径预报成果进行加权处理，通过控制路径加概率扰动路径的方式，综合多机构预报结果，实现台风路径的优化预报，进而为风暴潮和台风浪的计算提供驱动力。在路径预报优化的基础上，解决适用于我国的台风模型风场计算问题。综合分析影响我国海域台风的再分析数据、遥感反演数据和实测资料，提出适用于我国海域的台风计算方法。

（2）建立长江口天文潮-风暴潮-台风浪一体化模型

采用中国海地区的风暴潮-台风浪模型，基于MPI分布式集群加速并行计算技术，与超级集合化技术计算的台风预报路径实时耦合，为近岸的精细化波浪模型提供边界条件。建立长江口及口外邻近区域精细化的天文潮-风暴潮-台风浪一体化模型，通过数据实时交换，实现天文潮、风暴潮和台风浪的耦合计算。

（3）长江口航道泥沙骤淤机理与防控

构建多组不同上游洪水过程，以上游洪水为主控，分析天文潮、天气事件以及波浪影响下的长江口动力特征。在模型的外海海域构建不同风场气象过程与天文潮组合，以风暴潮为主控，分析天文潮、上游来流以及波浪影响下的长江口动力特征。构建极端天气与动力过程，分析天文潮、波浪条件下上游洪水与风暴潮相互作用机制，提出航道骤淤的防控措施。

6.2.5.3　高坝通航关键技术

众多大容量、高水头水电站的建设影响船舶通航条件，高坝成为长江航道“水上高速公路”上的“堵点”，如何在既有建筑物的通过能力提升技术、规划通航建筑物的扩容方案、进行高山峡谷复杂地形下的通航建筑物设计、开展超高水头船闸输水系统水力学问题的研究是高坝通航规划设计亟待解决的问题。

（1）船闸通过能力提升

基于通航建筑物、船舶、管理三要素，调查国内外典型通航设施历史运行数据，分析通过能力的主要影响因子，建立通过能力与服务水平评价体系。依托长江三峡已建通航设施，在确保通航建筑物和船舶安全的前提下，重点从通航设施运行优化、船舶过坝组织形式优化及通航设施维护水平提升等方面开展通过能力提升与挖潜技术研究。

（2）高山峡谷复杂条件下的高坝通航技术

聚焦高坝通航建筑物建设运行中突出的岩土与结构工程问题。围绕岩土与结构相互作用，岩土结构水流的互联耦合多尺度力学分析、力学特性、力学作用模拟与测试技术、工程岩土体数值分析、岩土与结构全生命周期健康诊断、岩土结构环境监测监控预警理论方法与应用集成，开展系统深入研究，形成工程多场耦合多尺度分析的新理论和方法。(www.xing528.com)

（3）高扬程垂直升船机抗震设计

设计高扬程大型垂直升船机的总体方案，提出机械设备、金属结构和塔柱结构变位相互协调的基本原理、设计原则和设计方法。建立高地震烈度区考虑地基、塔柱结构、承船厢、承船厢水体耦合相互作用的高耸承重塔柱抗震设计方法；提出高扬程大型垂直升船机抗震变形控制措施。

（4）高坝水库坝区航道通航水流条件

针对高坝水库调度运行过程中产生的非恒定水流问题，研究枢纽坝区航道水流可控技术、航道整治技术；分析高坝水库坝区航道通航水流条件标准与船舶适航能力相互关系，补充完善枢纽坝区航道通航水流标准，制定提升高坝水库坝区航道通航能力的综合对策措施，建立坝区航道实时适航分析系统。

6.2.5.4　长江“黄金水道”多式联运提升研究

长江“黄金水道”沿线港口众多，运输功能多样，航运条件多变且货种结构复杂，水运多式联运的开展存在较多障碍，缺乏多式联运的有效方法和技术支持。需要梳理长江“黄金水道”多式联运问题，系统开展长江“黄金水道”多式联运研究可优化和调整长江“黄金水道”的运输结构，推进长江“黄金水道”航运建设，降低水运的物流成本。

（1）长江“黄金水道”多式联运的发展环境及现状评价

梳理长江“黄金水道”开展多式联运的支持政策，从优势、劣势、机遇和挑战等角度分析长江“黄金水道”开展多式联运的发展环境；以实地调查的方式调查长江“黄金水道”多式联运的基础设施、运营情况、货种货类、货物流向等，系统评价长江多式联运现状。

（2）长江“黄金水道”多式联运效益分析

在社会效益方面，分析由多式联运带来的长江“黄金水道”节能减排情况，测算在特征年减少排放的大气污染物量，以及测算由于开展多式联运，特征年长江“黄金水道”的货运结构优化情况；在经济效益方面，测算长江“黄金水道”开展多式联运带来的物流成本节约、腹地扩大、运输结构优化带来的经济效益，以及分析开展多式联运对长江周边区域经济发展的影响。

（3）典型港口的水铁联运研究

选取水铁联运的典型港口，分析港口水铁联运的开展情况，重点针对铁路进港问题开展深入分析，从扩大腹地范围、提升运输时效、降低物流成本、减少污染物排放方面综合评估水铁联运的价值，并以典型港口为对象分析当前水铁联运发展存在的问题，针对性地提出长江“黄金水道”典型港口水铁联运的提升措施。

（4）典型港口的海河联运研究

选择长江“黄金水道”上海河联运的典型港口，如宁波-舟山港、上海外高桥港区、江苏昆山港等，分析港口海河联运的开展情况，重点研究海河联运中存在的船型标准化、船舶管理政策、海河过驳过程优化等问题，并寻找当前长江海河联运发展中存在的制约因素，针对性地提出长江“黄金水道”典型港口海河联运的提升措施。

6.2.5.5　长江航道疏浚弃土资源化利用研究

随着长江“黄金水道”建设推进，航道疏浚土的体量急剧增加，其废弃处理工艺复杂、占用场地大、处理周期长，导致工程费用增加。目前缺乏可靠、高效、适用面广的疏浚土处理技术。各工程中疏浚土处置方式差异明显，难以相互套用，需要研究经济环保的疏浚土处理技术，降低疏浚土对生态环境的影响。同时，开展疏浚土综合利用数据库建设，为后续航道工程提供疏浚土处置提供支撑是新时期生态航道建设及运营维护的重要课题。

（1）航道疏浚土污染等级划分及污染控制措施

根据疏浚土污染物种类及含量划分疏浚土污染等级，针对不同污染程度疏浚土针对性开展生态环保的处置技术研究，明确固化、资源化后疏浚土材料中的污染物环境风险和健康风险。针对不同污染程度的疏浚土，提出指导性的处理技术、控制措施和资源化使用方向。

（2）经济环保的疏浚土固结材料研制

开展各种固体废弃物为主体的疏浚土固结技术研究，通过固体废弃物与疏浚土的“两废”结合快速提高疏浚土的强度，并基于固结疏浚土强度和形变特性优化固结材料配合比，以便将疏浚土应用到周边填方工程，提高疏浚土的利用率，减少航道疏浚土的废弃量，减少疏浚土占用的场地并降低其对生态环境影响。

（3）低能耗、高附加值航道疏浚土生态利用技术

开展非烧结类的高附加值疏浚土资源化用技术研究，开展利用疏浚土制备免烧砖、轻质墙体材料、生态护面块体、沉排压载块体、生态岸坡的植生混凝土等高附加值利用技术研究，就近将疏浚土资源化，减少疏浚土的转运，降低工程费用，提高产品附加值，拓展长江航道疏浚土的生态利用途径。

（4）长江疏浚土生态利用数据库建设

建立涵盖疏浚土土性、污染物含量、成功的疏浚土资源化利用案例、堆存场地类型、转运距离、围捻周转次数、固化剂成本、排水固结周期等信息的长江疏浚土综合利用数据库，以提高疏浚土附加值和降低其对生态环境影响为原则，开展疏浚土生态利用信息化建设，为后续疏浚土的综合生态利用提供优化推荐方案。