“黄金水道通过能力提升技术”总体达世界领先水平
日前，记者从在武汉召开的交通运输重大科技专项“黄金水道通过能力提升技术”（以下简称“专项”）验收鉴定会上获悉，由中国科学院院士王光谦、中国工程院院士朱英富、胡春宏、王超、钮新强等共12名行业专家组成专家组，对专项进行了验收与鉴定。
该专项取得了五大创新性成果，一是创建了黄金水道通过能力与通航条件计算和评价的技术体系。二是创新并发展了航道水沙观测与模拟技术，揭示了枢纽运行条件下典型河段水沙运动及河床演变规律。三是攻克了三峡等枢纽运行条件下长河段航道系统整治关键技术。四是突破了枢纽通航效能提升和现代化管理的关键技术。五是研发了黄金水道综合信息服务、通航安全监管和污染防治的新技术。专项成果总体达到国际领先水平。
背景
1、长江是我国的黄金水道
长江是沟通我国东、中、西部地区的运输大动脉，在流域经济社会发展中具有极其重要的地位，素有“黄金水道”之称。目前，长江干线已成为世界上运输最繁忙、运量最大的通航河流。
2、西江的重要地位
西江是我国内河水运主通道的“一纵两横两网”中重要的“一横”，是西南水运出海通道的重要组成部分，也是构筑泛珠三角区域经济体系与建设中国—东盟自由贸易区的水运大通道和重要出海口。
落实国家战略，对提升黄金水道功能和通过能力提出了新的要求。
问题与难点提出
长江及西江黄金水道的通过能力与航运旺盛的需求还不相适应，突出表现为四大问题：
一是航道及枢纽的通过能力不足；二是通航及船型标准不适应；三水运安全保障及应急反应能力不强；四水运信息化和通航服务水平不高。
解决突出的四大问题，需要突破以下五大制约通过能力提升的重大技术难题。
1、通过能力与通航条件缺乏有效的计算与评价方法
通过能力计算和评价：大多数公式的适用范围有局限性，且大量的经验系数，计算复杂，人为因素影响大。
船型标准：内河水运基础设施与船型发展不匹配、船舶技术状况落后。
高等级航道的通航技术标准：现有《内河通航标准》不能适应长江Ⅰ级航道规划建设的需要。
通航条件预测预报：多为定性分析，没有一套适用于长河段的准确高效的航道预测预报系统。
2、航道整治基础理论及研究手段尚不完善
推移质测量：适用性差、精度及效率低、不能实时监控。
实验室测量控制：测量效率和精度较低。
长河段物理模型：在模型沙、模型设计理论、试验控制及整治建筑物的模拟等方面的技术还不完善。
数学模型计算：模拟和预测精度不高、横向变形及三维模拟技术不成熟、没有实现干线航道的全覆盖。
枢纽下游水沙运动及河床演变：三峡等枢纽运行条件下长江中游水沙特性及河床演变规律认识不系统深入。
3、传统整治技术不能满足大规模航道建设需求
航道整治参数：整治参数确定方法对新水沙条件下处于非平衡状态的河流实用性较差。
航道整治方法和措施：已有整治措施多针对单滩河段，对上下游关联和不同措施的组合运用考虑不够。
整治建筑物结构：建筑物结构型式的选择主要凭经验，对新水沙条件的适应性研究不够。
航道整治建筑物可靠度分析：尚没有相关研究。
4、提升枢纽通航效能的技术手段需要进一步优化
船舶进闸效率提升：目前国内外采用单船拖带、单船过闸或拖轮拖带方式过闸，效率较低。
船舶过闸安全检测：检查模式落后，安检的准确、可靠性难以评估，且耗时较长严重影响船舶过闸效率。
多梯级多线船闸联合调度：国内相关研究较少，多是以单闸调度、单闸室排布算法方面研究为主。
枢纽通航现代化管理：尚缺乏系统研究，缺乏枢纽通航现代化管理的评价体系。
5、信息服务和通航保障技术需要进一步创新
综合信息服务：标准、数据、平台不统一，缺乏对资源进行有效整合和覆盖的航运业务一体化应用体系。
通航安全：评估的技术、方法有待进一步完善，安全预警与应急反应领域的各项研究尚处于起步阶段。
安全应急：对危险货物流通过程缺乏必要的全程监管措施和技术手段。
船舶防污染：内河船舶污染源监管模式有待系统深入的研究，缺乏实时在线监控系统。
取得的主要成果
1、专项的13个项目和各项目下属的专题和子题均已提交了研究成果报告，并完成了验收鉴定工作
2、突破的关键技术
主要创新点
重大专项取得了五大创新性成果：
1、创建了黄金水道通过能力与通航条件计算和评价的技术体系，为提升通过能力提供了理论依据
以往，黄金水道通过能力与通航条件缺乏有效的计算与评价方法。通过重大专项创新，创建了通过能力与通航条件计算和评价的技术体系，为提升通过能力提供了理论依据。
提出了基于设计小时系数的航道通过能力计算新方法，解决了复杂通航环境下航道通过能力准确、便捷确定的难题。
建立了内河船型现代化综合评价和示范船认定指标体系，制定了适用于长江干线和西江干线高等级航道的通航技术标准。
首次将航道服务水平划分等级，对长江干线航道通过能力进行了评价。
开发了航道通过能力仿真评价系统，实现了航道通过能力的可视化验证。
研发了长河段通航条件预测预报模型及系统，实现了航道条件预测预报由定性分析向定量计算的飞跃。
2、创新并发展了航道水沙观测与模拟技术，揭示了枢纽运行条件下典型河段水沙运动及河床演变规律，为航道整治工程建设奠定了坚实的基础
基础理论较薄弱及研究手段不完善一直是制约航道整治的瓶颈。通过重大专项创新，发展了水沙观测与模拟技术，深化了对枢纽运行条件下水沙运动与河床演变规律的认识，为航道整治工程建设奠定了坚实基础。
研发了适用性强的新型水沙现场量测仪器和试验量测仪器，推进了航道工程量测技术的发展。
建立了长江干线全二维水沙数学模型计算平台和典型河段的三维水沙动力学数值模型，完善了数值模拟技术。
改进了长河段泥沙物理模型试验技术，丰富了模型相似理论。
揭示了枢纽运行条件下长江中下游航道水沙输移特性与河床演变规律，预测了长江中下游不同类型浅滩的航道演变趋势，为长江中下游航道治理和维护奠定理论基础。
探明了长江下游多分汊潮汐和长江口河段水沙运动及河床演变规律，为长江下游受潮汐影响河段航道治理和维护奠定理论基础。
3、攻克了三峡等枢纽运行条件下长河段航道系统整治关键技术，为基于整治手段提升航道通过能力提供了技术支撑
传统的整治技术不能满足新水沙条件下航道大规模建设需求。通过重大专项创新，提出了航道整治设计参数确定的新方法、不同类型河段航道的整治措施、系列的整治建筑物新结构以及航道整治建筑物可靠度分析方法，为运用整治手段提升航道通过能力提供了技术支撑。
提出了枢纽影响下基于长河段水沙数值模拟技术的设计水位计算方法，以及重新划分航道整治工程为守护型工程和调整型工程后整治参数的确定方法，为长河段航道整治工程设计参数的确定提供了理论依据。
提出了适用于长江中下游径流和感潮河段浅滩航道整治方法和措施，解决了长河段航道平面与竖向设计关键技术，为长河段航道整治工程设计方案的确定提供了支撑。
提出了适合于长江中下游航道整治的软体排设计和施工技术，研发了适用于长江中下游不同水沙条件的航道整治建筑物新结构，为航道整治工程的效果和稳定提供了保障。
首次探索了航道整治建筑物可靠度分析方法，实现了航道整治建筑物设计使用年限定量分析的突破。
4、突破了枢纽通航效能提升和现代化管理的关键技术，进一步创新了枢纽通航能力提升的技术手段
多年来，船舶过闸效率低下等问题制约了枢纽通航效能的提升。通过重大专项创新，在虚拟闸室概念和虚拟闸室应用模式、船舶过闸身份认证和快速安检系统、多梯级与多线船闸联合调度系统、枢纽通航现代化管理评价体系等方面进行科技攻关，进一步创新了提升枢纽通航能力的技术手段。
首次提出虚拟闸室概念及虚拟闸室待闸应用模式，对有效缩短船舶进闸时间具有创新性。
首次开发了适合三峡通航枢纽的船舶过闸身份自动识别与认证系统、船舶过闸安全检查现场业务终端及业务管理软件系统。
发明了船闸过闸自动排布新算法、梯级船闸调度算法，研发了西江多梯级、多线船闸联合调度平台软件系统。
首次从行业层面提出了枢纽通航现代化管理的内涵、特征、评价指标、评价标准及综合评价方法，构建了枢纽通航现代化管理的评价体系。
5、研发了黄金水道综合信息服务、通航安全监管和污染防治的新技术，提高了长江航运信息服务及安全保障能力
构建了长江航运信息服务云体系，提出了长江重点航段通航安全动态预警、控制新方法，构建了长江危险化学品运输安全监管与应急平台，开发了适应内河船舶污染物监管点多、量大特点的船舶污水排放实时在线监控系统。
长江航运信息服务云平台包括长江航运云计算数据中心结构、移动互联和多跳网格结合的航运动态数据链技术、适用于长江航运各类异构数据交换的新标准等前沿技术。
建立了重点航段与桥区航行安全预警模型，开发了水上交通安全预警系统和桥区船舶通航安全预警系统、耦合船舶航行要素的复杂天气三维数字辅助驾驶系统。
建立了长江危险品泄漏扩散预测预报模型，研发了危险品船舶和危险品集装箱动态监控系统。
研发了船舶污水排放信息传输系统，并与现有海事监管平台无缝链接，实现了船舶污染物排放实时远程在线监控。
应用成效与推广前景
1、应用情况
研究成果在标准规范制定、大型航道整治工程建设、枢纽工程建设、平台系统建设以及三峡船闸通过能力提升等实际应用中发挥了重要作用。
通航条件及船型标准方面的成果主要应用到《长江（干线）通航标准》的制定及《内河通航标准》有关条款的修订及《内河运输船舶标准船型指标体系》（交通运输部公告2012年第13号）当中。
航道系统整治方面的成果主要应用到长江中游荆江河段整治工程、长江下游12.5米深水航道建设一、二期的前期研究及建设中、长江口深水航道下一阶段深化研究及减淤方案研究中。
枢纽通航方面的研究成果已在三峡及西江部分船闸上得到验证，实现了在三峡船闸原有单线日均13闸次的基础上平均每天提高1-2个运行闸次的目标；西江长洲枢纽船闸闸室利用率提高20%以上，提高船闸通过能力30%以上，百色升船机通过能力提高15%。
信息服务与安全保障方面的研究成果主要应用到长江航运综合信息服务平台、长江干线水路交通应急指挥平台、长江干线船舶自动识别系统等平台及长江海事局电子巡航系统中。
2、取得的成效
第一，社会效益显著：主要体现在“三个提高、三个促进”，即提高了黄金水道通过能力，促进了沿江社会经济发展；提高了黄金水道航运智能化水平和安全保障能力，促进了内河水运效率及通航服务品质的提升；提高了内河航运科技水平，促进了内河水运科技进步。
第二，经济效益巨大：对国民经济增长贡献显著，不仅有航道水深提高直接产生的经济效益，还有减少事故损失，节约航道整治投资，并且水运替代公路、铁路产生巨大的机会效益。
据测算，提升黄金水道通过能力每年能够新增831.6亿元GDP；可使航运企业年均减少运营成本近50亿元；平均每年替代公路、铁路产生的社会节约运输成本481.29亿元。
第三，环境效益明显：“重大专项”对降低能耗、提高防污能力、促进水资源综合利用等方面都有积极的作用。
3、推广前景
通航条件及船型标准方面的一些成果具有普遍意义，可推广应用到世界上其他通航河流建设桥梁，对其他河流在桥梁规划管理、设计建设等具有很好的指导作用。
航道系统整治方面的成果推广到其他河流与领域，丰富了航道整治工程的学科理论，并为相关行业标准规范的制（修）订提供基础资料和依据，将有力推动和促进行业科技进步。
枢纽通航方面的成果还可以推广到京杭大运河船闸、嘉陵江梯级船闸、金沙江梯级船闸、以及国内其它内河枢纽的运行管理中，促进行业技术的共同进步与发展。
信息服务与安全保障方面的成果推动各类航运业务信息系统，能够推广应用到海事、航道管理工作中，也可在其它内河流域及沿海的推广实施。
主要经验与研究展望
1、主要经验
重大专项的实施融合了各参研单位多年来的科研实践经验，也为后续重大科研攻关的实施提供了参考。
以国家科技发展战略和内河水运发展需求为引领，聚焦行业热点，设立重大专项开展研究，是解决制约内河水运建设、运行、维护的重大性、关键性、前瞻性难题的行之有效手段。
瞄准和紧跟国际前沿，遵循创新规律，坚持基础研究与应用研究相结合、技术研发与成果推广应用相结合，推进原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新，有的放矢、注重效率、强化应用，是能够取得具有创新性、实用性成果的重要途径。
强强联合，优势互补、资源共享、分工协作，充分发挥国家和行业科研平台、创新联盟的优势和作用，以重大建设工程为依托，坚持产-学-研-用相结合，多途径开展研究工作，是能够取得多项国际领先、高水平成果的关键措施。
营造鼓励探索创新和有利于人才成长的良好环境，大胆、合理使用人才，建立有效的激励机制，加强项目过程管理，严格项目资金管理，强化考核指标的落实，是突破重大技术问题的必要条件。
做好项目组织领导，加强项目组、行业内外、领域内外的沟通、交流、合作，保证信息畅通，是顺利推进项目实施的坚实保障。
2、研究展望
随着长江经济带建设的推进，我们认为还有下列技术问题需要继续探索和研究，建议纳入“十三五”期国家科技计划（专项）：
开展长江水运与其他运输方式高效衔接技术研究，突破长江综合交通运输系统一体化、快速化的关键技术，为建设长江立体交通运输走廊提供科技支撑。
开展黄金水道通航能力建设关键技术研究，解决长江中游“梗阻”、三峡枢纽过坝能力不足、高山峡谷河流高坝通航等技术问题，为进一步提升黄金水道功能、增强黄金水道航运能力提供科技支撑。
开展长江航运要素交互与融合的技术研究，突破智能航道、新型无人驾驶船舶、水路运输组织与管理智能化等智能航运关键技术，为内河水运转型升级提供科技支撑。
开展长江绿色生态水运体系建设与运行技术研究，突破生态航道、绿色港口、新能源新动力船舶等绿色航运关键技术，为促进河流与黄金水道水运和谐发展提供科技支撑。
开展内河水运安全风险防控研究，重点解决水运安全标准、安全风险防控体系构建、航运应急指挥与救助打捞等技术问题，为进一步提升内河水运安全保障能力提供科技支撑。
开展干支联动、江海直达、干支协调发展的研究，为长江流域的整体通过能力提升提供科技支撑。
本文材料部分节选自《交通运输重大科技专项“黄金水道通过能力提升技术”研究成果汇报材料》
