長江干線航道治理生態措施及技術展望劉懷漢;雷國平;尹書冉;況宏偉【摘要】闡述長江航道治理對生態的響應,分析航道擴能與生態環境如何協調發展,并對今后生態航道技術發展的趨勢進行預測.結合長江航道建設的實際情況,給出對策和建議.【期刊名稱】《水運工程》【年(卷)，期】2016(000)001【總頁數】5頁(P114-118)【關鍵詞】航道整治;生態航道;對策和建議;技術發展趨勢【作者】劉懷漢;雷國平伊書冉;況宏偉【作者單位】長江航道局，湖北武漢430010;國家內河航道整治工程技術研究中心，湖北武漢430011;國家內河航道整治工程技術研究中心，湖北武漢430011;長江航道規劃設計研究院，湖北武漢430011;國家內河航道整治工程技術研究中心，湖北武漢430011;長江航道規劃設計研究院，湖北武漢430011;國家內河航道整治工程技術研究中心，湖北武漢430011;長江航道規劃設計研究院，湖北武漢430011【正文語種】中文【中圖分類】U617內河水運具有運量大、成本低、能耗少、污染小、占地少或不占地等優勢，是我國綜合交通運輸體系的重要組成部分。長江作為世界上運量最大、運輸最繁忙的通航河流，素有〃黃金水道”的美譽。在國家推動實施〃長江經濟帶”發展戰略和建設美麗新中國的新形勢下，既要充分挖掘長江航運潛力，更要守住生態底線，實現生態建設。長江航道正處于大建設、大發展、大調整的關鍵時期。通過航道整治工程建設、數字航道建設，大幅提高了長江航道通過能力，取得了巨大的社會、經濟效益。但從生態影響角度，航道整治工程建設可能在一定程度上改變河流局部自然環境及生態格局，如與其他涉水工程的不利因素形成疊加，還會影響水生生態環境敏感地區的動植物適宜度指標。因此，亟需加強航道治理生態技術的研究工作，完善生態航道建設，促進水運行業的健康發展，保障長江水資源及生態安全。長江干線航道自云南省水富至長江口，全長2838km，其上、中、下游的河道特性和航道條件各不相同，河道內水位、水深、流速及水流條件等要素變動頻繁，航道處于動態變化之中，通航環境復雜。1.1三峽工程蓄水對長江航道的影響三峽工程蓄水運行在提高長江中下游航運效益、改善庫區航運環境的同時，也改變了大壩上下河段的水沙條件，給回水區、壩下游河段的航道穩定性帶來不利影響。1.1.1壩上游河段1） 常年庫區。三峽水庫蓄水后，庫區水位抬高，流速減緩，航道維護尺度隨著蓄水位的抬高逐步提高，航道條件得到顯著改善。但部分水道呈現累積性淤積趨勢較為明顯，如：皇華城水道、絲瓜磧水道、蘭竹壩水道等淤積幅度在20-50m,目前尚不影響航道尺度，但皇華城水道航路受淤積影響，被迫改走南槽。2） 變動回水區。三峽蓄水后，天然河道泥沙沖淤過程發生改變，汛期淤積泥沙由汛后沖刷推遲至消落期沖刷；由于枯水期三峽水庫為下游補水逐漸成為常態，消落期（3—5月）壩前水位消落較快，變動回水區提前進入天然航道，極易造成船舶出淺礙航，航道維護難度較大。盡管變動回水區中上段航道條件在蓄水期得到一定程度的改善，但存在汛期和蓄水期淤積的沙卵石因在消落期沖刷不及而形成累積性淤積的現象，導致船舶擱淺。例如在重慶主城區河段，175m試驗性蓄水后，局部河段灘段航道條件緊張，時有船舶擱淺發生，航道維護壓力加大。1.1.2壩下游河段三峽水庫蓄水后，枯水流量的增加有利于枯季水位維持；來沙減少、清水沖刷，使一些洲灘邊界穩定的淺灘段水深增加，航道條件相應改善，如宜都淺區、枝江下淺區等。三峽工程建成后，水沙條件的改變致使壩下游河床在長距離、長時間內發生沖刷調整，對于航道的影響不止于河床受沖下切。在沖刷過程中，往往河道灘槽格局發生變化，主支汊移位，導致航路調整；水流分散、多槽爭流，造成航深不足。尤其清水下泄時，洪、枯航道沖刷流路不一致，產生〃撇彎切灘”，形成新的礙航淺灘。1.2航道整治技術進展長江航道內淺灘眾多，航道整治是改善航道條件、提高通過能力的根本途徑。長江航道整治主要目標是結合水利河勢控制工程，對主要礙航河段航道實施系統治理，同時在航道整治過程中，進一步加深對航道演變規律的認識，實現長江系統整治，使整治技術獲得大幅度提升。在近期的長江干線航道系統整治中，設計理念、整治方法、整治建筑物結構、建筑物材料、施工工藝等均有突破。洲灘守護、固灘促淤、土工織物護底、水下隱蔽工程質量控制與檢測等關鍵技術日漸成熟。形成了長江航道特有的護灘技術、江心洲守護技術、順水流深水沉排護底技術，特別是土工織物大規模護底已成為沙質河床航道整治工程的核心技術；摸索出了鉸鏈排、扭王字塊、透水框架、箱體壩、鋼絲網石籠等一批適應長江新水沙條件的整治建筑物結構形式及配套的施工工藝。2.1航道整治對生態的影響航道整治施工會對局部水質、底棲生物及浮游生物造成不利影響。疏浚工程擾動底部污染物，形成再次懸浮，造成局部水質二次污染；在航道整治施工中，施工船舶向江中排污、污染水質；炸礁也會導致一定量魚類死亡。傳統的整治結構形式對良好水生生態環境存在一定的不利影響。傳統護岸工程，如混凝土塊、漿砌石等，將會硬化地面，阻礙物質通量交換，減少水流流態多樣性，在一定程度上影響濱岸帶生態、水生生物棲息［1］。2.2國外航道生態響應措施2.2.1綠色疏浚荷蘭IHC公司提出“綠色疏浚”理念［2］，從疏浚機具、疏浚設計及疏浚作業等全過程進行改進和革新，采用可持續的設備和材料，降低能耗，減少疏浚作業對環境的影響，從而實現經濟、社會發展和生態平衡的一種疏浚模式。2.2.2疏浚土的綜合利用在日本，近一半的疏浚土進入專門的泥沙處理場進行處理，另外一大部分被再次利用，只有約5%的疏浚土采用向海洋外拋的處置方式［3］。美國紐約新澤西港利用疏浚土來增強和修復生物棲息地［4］。2.2.3生態護岸瑞士、德國等于20世紀80年代末提出了全新的〃親近自然河流”概念和〃自然型護岸”技術。所謂“自然型護岸”技術，就是放棄單純的鋼筋混凝土結構，改用無混凝土護岸或鋼筋混凝土外覆土植被的護岸。德國國家水路航運局曼海姆分局在萊茵河上游開展"去石(removestone)"項目，除去覆蓋層試驗；在萊茵河下游采用金屬冶煉礦渣、用塑料網包裝的火山熔巖顆粒在導順壩上種植植被［5］。日本對5700km河流采用多自然型河流治理法，其中2300km為植物堤岸，1400km為石頭及木材護底的自然河堤，只有2000km不得已使用了混凝土，都將按〃多自然型護堤法”進行改造，覆蓋土壤，并種植植被［6］。韓國采用的多孔植物生長磚由鋼渣粉、高品質水泥和天然碎石混合而成，配套綠化工程使用種子、天然土壤和肥料配合而成的填充劑填充生態磚的孔隙，能使植物根系得到充分的營養和水分，從而起到加強護岸鏈的連接作用，在治理河流水環境污染的同時有效防止堤岸塌陷。2.3長江航道整治采用的生態措施2.3.1生態護岸在長江中下游航道整治設計中，采用有生態環保作用的鋼絲網石籠墊、加筋三維網墊和聯鎖式護坡磚護岸，工程生態效果較好［1,7］。在長江天興洲護灘工程、東流水道老虎灘高灘守護、沙市三八灘應急守護工程中開展了采用含有聚合物的沙土固化劑PCSB（polychemsoilbinder）來直接固化河沙成型砌塊的試驗性工程［8］。2.3.2生態護灘1） 生態排。結合工程護底軟體排結構，設計出既具有防沖護灘功能、又能為植物提供生長環境的生態軟體排。生態修復區的劃定以植物在設計低水位時露出根部為原則，選取灘面高程在-0.7m以上作為可種植挺水植物的生態恢復區。生態護灘結構（生態排）能夠主動輸入、保持含營養物質，為營造適合多種親水植物繁育的生境創造條件，促進成規模植被的生長，利用植被固灘，實現工程和生態環境的和諧統一。在長江12.5m深水航道建設工程中，生態排被應用于狼山沙潛堤高灘。通過鋪設生態排，保護了原有生態綠地，擴大了植物生長面積，起到了生態修復的作用。2） 可降解防護網。選擇草繩鋪設成網進行灘面的輔助保護，草繩采用鋼筋打樁進行固定，其原材料可降解且成本較低，作為臨時防沖結構在防止護灘工程回填土沖刷的同時，不會對親水植物的生長發育產生影響。根據工程區水文情勢，選擇適應性較強且經濟高效的植被植入草繩護網。可降解防護網目前在藕池口水道倒口窯心灘守護工程中進行試驗性應用。3）仿生水草墊。水草墊的基本結構形式是將較長網片逆水流方向縫制在網墊上，模擬水草形態，在洲灘緩流區內達到促淤的效果，避免了天然植被材料選種難、投資大、養護要求高等問題。水草墊質量較小，施工方便，在對結構強度要求不高的條件下，替代四面六邊透水框架，可取得較好的經濟效益。水草墊目前在窯監水道新河口邊灘守護工程中進行試驗性應用。2.3.3生態壩體南京水利科學院提出的生態丁壩［8］，是一種具有透水性能的新型壩體結構形式，兼具魚巢生態功能和導流整治功能。生態丁壩可以達到多樣流效應、庇護效應和餌料效應。這3種效應相輔相成。多樣流使得各種浮游生物和底棲動物在此滯留成為餌料，為魚類提供嬉戲和覓食場所；生態丁壩結構框架形成的庇護空間可供幼魚等小動物避敵，成為優良的微小生境，生態效益明顯。長江航道規劃設計研究院在東流水道老虎灘魚骨壩設計中［9］，將兩道刺壩頭部設置為透水結構形式，既減緩了壩頭沖刷、最大程度地避免了對支汊的影響，又為魚類提供生存場所。根據現場觀測情況，在刺壩附近有江豚活動跡象。長江黃金水道是打造沿江綜合立體交通走廊的主骨架。長江屬于多沙河流，航道演變復雜、治理難度大，生態系統健康和水資源綜合利用要求高。隨著依托黃金水道、建設長江經濟帶國家戰略的實施，迫切需要進一步提高航道通過能力。面對長江航道擴能方面的巨大需求，如何實現擴能與生態環境的協調發展，構建高等級化、標準化、智能化的生態友好型航道網是當前及今后需解決的重大課題。在如此背景下，生態航道建設技術發展趨勢主要體現在以下方面：1）長江干線航道通過能力進一步提升，整治技術進一步加強。加快高等級航道等級提升和干支聯網系統整治等關鍵技術研究；重點突破大型水利樞紐運用、防洪、環保等多重因素制約條件下長河段航道系統整治技術，干、支流及湖區高等級航道網構建及尺度提升技術。繼續提升長江干線航道通過能力，逐步實現航道資源適度開發和生態資源保護的協調發展。在新材料、新技術、新結構方面，充分體現綠色交通建設理念，重點研究能夠實現航道建設與自然、環境協調發展的新材料（生態混凝土、可降解材料）、新技術（棄土利用）、新結構（透水消能結構）。2）提高信息化與管理水平，與最新科技結合更加緊密。突破自然演變及人類活動雙重影響下非渠化內河航道的通航環境監測、航道尺度高效保障、航道綜合信息服務等航道智能化技術［10-11］。信息化管理覆蓋更加全面，長江航道信息全方位監控將逐步實施，與智能航道建設的結合更加緊密，基本建成長江航道一體化管理體系。基于航道治理生態技術研究現狀，適時提出長江生態航道建設的基本概念和加強長江生態航道的建設，是全面解決長江航道治理生態保護問題的關鍵，是維護長江水資源與生態安全的重要方面。因此，需要全面解決什么是生態航道、怎樣建設生態航道、建設什么樣的生態航道三大關鍵問題，急需梳理長江生態航道總體架構，確認其基本定義、總體目標、具體規劃和評價體系，掌握長江航道建設對長江生態環境的影響［12］。在此基礎上，重點改進目前長江航道治理的關鍵技術，主要體現在以下幾個方面：4.1建立科學的生態航道建設基本構架及評價體系加快推進生態航道建設，要貫徹落實生態文明建設的總體要求，并結合航道的實際情況，要按照〃總體規劃、分步實施”的原則進行，其中，建立和完善生態航道建設的基本架構和評價體系是至關重要的環節，是解決什么是生態航道和建設什么樣的生態航道的關鍵［12-13］。生態航道基本架構是航道生態建設的基礎性和綱領性的文件，有助于提高長江航道建設的系統性和質量效率，為長江生態航道建設提供明確的發展指導綱領。生態航道建設評價體系要圍繞航道領域的主要環節和重點問題來研究，要從保持河道生態系統的動態平衡和可持續性發展的角度來考慮，要從發揮航道的綜合效能來考慮，逐步建立科學合理的量化指標。4.2做好長江生態航道建設系統規劃生態文明航道建設要制定全面完整的系統規劃［14］，推進各項工作有序進行，避免走彎路及混亂和浪費。生態規劃要樹立〃最大限度地保護生態、最小程度地破壞生態、盡可能地恢復生態、不破壞是最好的生態保護”的理念；要把握生態航道建設是涉及航道全部領域及相關環節的原則，提出規劃的年限、規劃的方法；要注重收集相關信息，包括航道內部各種信息、涉水相關管理部門信息、國家和地方環保要求相關信息；要進行戰略分析，包括制定相應的總體目標、階段目標、計劃安排、工作程序和實施方案等。總之，生態航道建設是一門涉及多領域、多環節、多學科交叉的全新工作，與傳統航道建設相比，其建設理念和方法已發生很大的變化，只有遵循全面、協調、可持續發展的理念進行規劃設計，航道的生態效益才能得到最大的發揮。4.3建立健全長江生態航道建設技術體系目前內河航道整治工程建設正在如火如荼地進行中，做好航道建設中生態環保工作是當前及今后一段時間內的重要任務，是解決怎樣建設生態航道的關鍵。圍繞長江航道整治、生態環境改善等方面，建立健全長江生態航道建