長江干線航道治理生態(tài)措施及技術(shù)展望

長江干線航道治理生態(tài)措施及技術(shù)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(tài)的響應(yīng),分析航道擴(kuò)能與生態(tài)環(huán)境如何協(xié)調(diào)發(fā)展,并對今后生態(tài)航道技術(shù)發(fā)展的趨勢進(jìn)行預(yù)測.結(jié)合長江航道建設(shè)的實(shí)際情況,給出對策和建議.【期刊名稱】《水運(yùn)工程》【年(卷)，期】2016(000)001【總頁數(shù)】5頁(P114-118)【關(guān)鍵詞】航道整治;生態(tài)航道;對策和建議;技術(shù)發(fā)展趨勢【作者】劉懷漢;雷國平伊?xí)?況宏偉【作者單位】長江航道局，湖北武漢430010;國家內(nèi)河航道整治工程技術(shù)研究中心，湖北武漢430011;國家內(nèi)河航道整治工程技術(shù)研究中心，湖北武漢430011;長江航道規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，湖北武漢430011;國家內(nèi)河航道整治工程技術(shù)研究中心，湖北武漢430011;長江航道規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，湖北武漢430011;國家內(nèi)河航道整治工程技術(shù)研究中心，湖北武漢430011;長江航道規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，湖北武漢430011【正文語種】中文【中圖分類】U617內(nèi)河水運(yùn)具有運(yùn)量大、成本低、能耗少、污染小、占地少或不占地等優(yōu)勢，是我國綜合交通運(yùn)輸體系的重要組成部分。長江作為世界上運(yùn)量最大、運(yùn)輸最繁忙的通航河流，素有〃黃金水道”的美譽(yù)。在國家推動(dòng)實(shí)施〃長江經(jīng)濟(jì)帶”發(fā)展戰(zhàn)略和建設(shè)美麗新中國的新形勢下，既要充分挖掘長江航運(yùn)潛力，更要守住生態(tài)底線，實(shí)現(xiàn)生態(tài)建設(shè)。長江航道正處于大建設(shè)、大發(fā)展、大調(diào)整的關(guān)鍵時(shí)期。通過航道整治工程建設(shè)、數(shù)字航道建設(shè)，大幅提高了長江航道通過能力，取得了巨大的社會、經(jīng)濟(jì)效益。但從生態(tài)影響角度，航道整治工程建設(shè)可能在一定程度上改變河流局部自然環(huán)境及生態(tài)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(tài)環(huán)境敏感地區(qū)的動(dòng)植物適宜度指標(biāo)。因此，亟需加強(qiáng)航道治理生態(tài)技術(shù)的研究工作，完善生態(tài)航道建設(shè)，促進(jìn)水運(yùn)行業(yè)的健康發(fā)展，保障長江水資源及生態(tài)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(nèi)水位、水深、流速及水流條件等要素變動(dòng)頻繁，航道處于動(dòng)態(tài)變化之中，通航環(huán)境復(fù)雜。1.1三峽工程蓄水對長江航道的影響三峽工程蓄水運(yùn)行在提高長江中下游航運(yùn)效益、改善庫區(qū)航運(yùn)環(huán)境的同時(shí)，也改變了大壩上下河段的水沙條件，給回水區(qū)、壩下游河段的航道穩(wěn)定性帶來不利影響。1.1.1壩上游河段1） 常年庫區(qū)。三峽水庫蓄水后，庫區(qū)水位抬高，流速減緩，航道維護(hù)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(xiàn)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(dòng)回水區(qū)。三峽蓄水后，天然河道泥沙沖淤過程發(fā)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(bǔ)水逐漸成為常態(tài)，消落期（3—5月）壩前水位消落較快，變動(dòng)回水區(qū)提前進(jìn)入天然航道，極易造成船舶出淺礙航，航道維護(hù)難度較大。盡管變動(dòng)回水區(qū)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(xiàn)象，導(dǎo)致船舶擱淺。例如在重慶主城區(qū)河段，175m試驗(yàn)性蓄水后，局部河段灘段航道條件緊張，時(shí)有船舶擱淺發(fā)生，航道維護(hù)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(wěn)定的淺灘段水深增加，航道條件相應(yīng)改善，如宜都淺區(qū)、枝江下淺區(qū)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(shí)間內(nèi)發(fā)生沖刷調(diào)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(fā)生變化，主支汊移位，導(dǎo)致航路調(diào)整；水流分散、多槽爭流，造成航深不足。尤其清水下泄時(shí)，洪、枯航道沖刷流路不一致，產(chǎn)生〃撇彎切灘”，形成新的礙航淺灘。1.2航道整治技術(shù)進(jìn)展長江航道內(nèi)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(biāo)是結(jié)合水利河勢控制工程，對主要礙航河段航道實(shí)施系統(tǒng)治理，同時(shí)在航道整治過程中，進(jìn)一步加深對航道演變規(guī)律的認(rèn)識，實(shí)現(xiàn)長江系統(tǒng)整治，使整治技術(shù)獲得大幅度提升。在近期的長江干線航道系統(tǒng)整治中，設(shè)計(jì)理念、整治方法、整治建筑物結(jié)構(gòu)、建筑物材料、施工工藝等均有突破。洲灘守護(hù)、固灘促淤、土工織物護(hù)底、水下隱蔽工程質(zhì)量控制與檢測等關(guān)鍵技術(shù)日漸成熟。形成了長江航道特有的護(hù)灘技術(shù)、江心洲守護(hù)技術(shù)、順?biāo)魃钏僚抛o(hù)底技術(shù)，特別是土工織物大規(guī)模護(hù)底已成為沙質(zhì)河床航道整治工程的核心技術(shù)；摸索出了鉸鏈排、扭王字塊、透水框架、箱體壩、鋼絲網(wǎng)石籠等一批適應(yīng)長江新水沙條件的整治建筑物結(jié)構(gòu)形式及配套的施工工藝。2.1航道整治對生態(tài)的影響航道整治施工會對局部水質(zhì)、底棲生物及浮游生物造成不利影響。疏浚工程擾動(dòng)底部污染物，形成再次懸浮，造成局部水質(zhì)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(zhì)；炸礁也會導(dǎo)致一定量魚類死亡。傳統(tǒng)的整治結(jié)構(gòu)形式對良好水生生態(tài)環(huán)境存在一定的不利影響。傳統(tǒng)護(hù)岸工程，如混凝土塊、漿砌石等，將會硬化地面，阻礙物質(zhì)通量交換，減少水流流態(tài)多樣性，在一定程度上影響濱岸帶生態(tài)、水生生物棲息［1］。2.2國外航道生態(tài)響應(yīng)措施2.2.1綠色疏浚荷蘭IHC公司提出“綠色疏?！崩砟睿?］，從疏浚機(jī)具、疏浚設(shè)計(jì)及疏浚作業(yè)等全過程進(jìn)行改進(jìn)和革新，采用可持續(xù)的設(shè)備和材料，降低能耗，減少疏浚作業(yè)對環(huán)境的影響，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展和生態(tài)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(jìn)入專門的泥沙處理場進(jìn)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(qiáng)和修復(fù)生物棲息地［4］。2.2.3生態(tài)護(hù)岸瑞士、德國等于20世紀(jì)80年代末提出了全新的〃親近自然河流”概念和〃自然型護(hù)岸”技術(shù)。所謂“自然型護(hù)岸”技術(shù)，就是放棄單純的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，改用無混凝土護(hù)岸或鋼筋混凝土外覆土植被的護(hù)岸。德國國家水路航運(yùn)局曼海姆分局在萊茵河上游開展"去石(removestone)"項(xiàng)目，除去覆蓋層試驗(yàn)；在萊茵河下游采用金屬冶煉礦渣、用塑料網(wǎng)包裝的火山熔巖顆粒在導(dǎo)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(hù)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(hù)堤法”進(jìn)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(zhì)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(tài)磚的孔隙，能使植物根系得到充分的營養(yǎng)和水分，從而起到加強(qiáng)護(hù)岸鏈的連接作用，在治理河流水環(huán)境污染的同時(shí)有效防止堤岸塌陷。2.3長江航道整治采用的生態(tài)措施2.3.1生態(tài)護(hù)岸在長江中下游航道整治設(shè)計(jì)中，采用有生態(tài)環(huán)保作用的鋼絲網(wǎng)石籠墊、加筋三維網(wǎng)墊和聯(lián)鎖式護(hù)坡磚護(hù)岸，工程生態(tài)效果較好［1,7］。在長江天興洲護(hù)灘工程、東流水道老虎灘高灘守護(hù)、沙市三八灘應(yīng)急守護(hù)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(yàn)性工程［8］。2.3.2生態(tài)護(hù)灘1） 生態(tài)排。結(jié)合工程護(hù)底軟體排結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出既具有防沖護(hù)灘功能、又能為植物提供生長環(huán)境的生態(tài)軟體排。生態(tài)修復(fù)區(qū)的劃定以植物在設(shè)計(jì)低水位時(shí)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(tài)恢復(fù)區(qū)。生態(tài)護(hù)灘結(jié)構(gòu)（生態(tài)排）能夠主動(dòng)輸入、保持含營養(yǎng)物質(zhì)，為營造適合多種親水植物繁育的生境創(chuàng)造條件，促進(jìn)成規(guī)模植被的生長，利用植被固灘，實(shí)現(xiàn)工程和生態(tài)環(huán)境的和諧統(tǒng)一。在長江12.5m深水航道建設(shè)工程中，生態(tài)排被應(yīng)用于狼山沙潛堤高灘。通過鋪設(shè)生態(tài)排，保護(hù)了原有生態(tài)綠地，擴(kuò)大了植物生長面積，起到了生態(tài)修復(fù)的作用。2） 可降解防護(hù)網(wǎng)。選擇草繩鋪設(shè)成網(wǎng)進(jìn)行灘面的輔助保護(hù)，草繩采用鋼筋打樁進(jìn)行固定，其原材料可降解且成本較低，作為臨時(shí)防沖結(jié)構(gòu)在防止護(hù)灘工程回填土沖刷的同時(shí)，不會對親水植物的生長發(fā)育產(chǎn)生影響。根據(jù)工程區(qū)水文情勢，選擇適應(yīng)性較強(qiáng)且經(jīng)濟(jì)高效的植被植入草繩護(hù)網(wǎng)?？山到夥雷o(hù)網(wǎng)目前在藕池口水道倒口窯心灘守護(hù)工程中進(jìn)行試驗(yàn)性應(yīng)用。3）仿生水草墊。水草墊的基本結(jié)構(gòu)形式是將較長網(wǎng)片逆水流方向縫制在網(wǎng)墊上，模擬水草形態(tài)，在洲灘緩流區(qū)內(nèi)達(dá)到促淤的效果，避免了天然植被材料選種難、投資大、養(yǎng)護(hù)要求高等問題。水草墊質(zhì)量較小，施工方便，在對結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(jīng)濟(jì)效益。水草墊目前在窯監(jiān)水道新河口邊灘守護(hù)工程中進(jìn)行試驗(yàn)性應(yīng)用。2.3.3生態(tài)壩體南京水利科學(xué)院提出的生態(tài)丁壩［8］，是一種具有透水性能的新型壩體結(jié)構(gòu)形式，兼具魚巢生態(tài)功能和導(dǎo)流整治功能。生態(tài)丁壩可以達(dá)到多樣流效應(yīng)、庇護(hù)效應(yīng)和餌料效應(yīng)。這3種效應(yīng)相輔相成。多樣流使得各種浮游生物和底棲動(dòng)物在此滯留成為餌料，為魚類提供嬉戲和覓食場所；生態(tài)丁壩結(jié)構(gòu)框架形成的庇護(hù)空間可供幼魚等小動(dòng)物避敵，成為優(yōu)良的微小生境，生態(tài)效益明顯。長江航道規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院在東流水道老虎灘魚骨壩設(shè)計(jì)中［9］，將兩道刺壩頭部設(shè)置為透水結(jié)構(gòu)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(jù)現(xiàn)場觀測情況，在刺壩附近有江豚活動(dòng)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(fù)雜、治理難度大，生態(tài)系統(tǒng)健康和水資源綜合利用要求高。隨著依托黃金水道、建設(shè)長江經(jīng)濟(jì)帶國家戰(zhàn)略的實(shí)施，迫切需要進(jìn)一步提高航道通過能力。面對長江航道擴(kuò)能方面的巨大需求，如何實(shí)現(xiàn)擴(kuò)能與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，構(gòu)建高等級化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化的生態(tài)友好型航道網(wǎng)是當(dāng)前及今后需解決的重大課題。在如此背景下，生態(tài)航道建設(shè)技術(shù)發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下方面：1）長江干線航道通過能力進(jìn)一步提升，整治技術(shù)進(jìn)一步加強(qiáng)。加快高等級航道等級提升和干支聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)整治等關(guān)鍵技術(shù)研究；重點(diǎn)突破大型水利樞紐運(yùn)用、防洪、環(huán)保等多重因素制約條件下長河段航道系統(tǒng)整治技術(shù)，干、支流及湖區(qū)高等級航道網(wǎng)構(gòu)建及尺度提升技術(shù)。繼續(xù)提升長江干線航道通過能力，逐步實(shí)現(xiàn)航道資源適度開發(fā)和生態(tài)資源保護(hù)的協(xié)調(diào)發(fā)展。在新材料、新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)方面，充分體現(xiàn)綠色交通建設(shè)理念，重點(diǎn)研究能夠?qū)崿F(xiàn)航道建設(shè)與自然、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的新材料（生態(tài)混凝土、可降解材料）、新技術(shù)（棄土利用）、新結(jié)構(gòu)（透水消能結(jié)構(gòu)）。2）提高信息化與管理水平，與最新科技結(jié)合更加緊密。突破自然演變及人類活動(dòng)雙重影響下非渠化內(nèi)河航道的通航環(huán)境監(jiān)測、航道尺度高效保障、航道綜合信息服務(wù)等航道智能化技術(shù)［10-11］。信息化管理覆蓋更加全面，長江航道信息全方位監(jiān)控將逐步實(shí)施，與智能航道建設(shè)的結(jié)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(tài)技術(shù)研究現(xiàn)狀，適時(shí)提出長江生態(tài)航道建設(shè)的基本概念和加強(qiáng)長江生態(tài)航道的建設(shè)，是全面解決長江航道治理生態(tài)保護(hù)問題的關(guān)鍵，是維護(hù)長江水資源與生態(tài)安全的重要方面。因此，需要全面解決什么是生態(tài)航道、怎樣建設(shè)生態(tài)航道、建設(shè)什么樣的生態(tài)航道三大關(guān)鍵問題，急需梳理長江生態(tài)航道總體架構(gòu)，確認(rèn)其基本定義、總體目標(biāo)、具體規(guī)劃和評價(jià)體系，掌握長江航道建設(shè)對長江生態(tài)環(huán)境的影響［12］。在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)改進(jìn)目前長江航道治理的關(guān)鍵技術(shù)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：4.1建立科學(xué)的生態(tài)航道建設(shè)基本構(gòu)架及評價(jià)體系加快推進(jìn)生態(tài)航道建設(shè)，要貫徹落實(shí)生態(tài)文明建設(shè)的總體要求，并結(jié)合航道的實(shí)際情況，要按照〃總體規(guī)劃、分步實(shí)施”的原則進(jìn)行，其中，建立和完善生態(tài)航道建設(shè)的基本架構(gòu)和評價(jià)體系是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，是解決什么是生態(tài)航道和建設(shè)什么樣的生態(tài)航道的關(guān)鍵［12-13］。生態(tài)航道基本架構(gòu)是航道生態(tài)建設(shè)的基礎(chǔ)性和綱領(lǐng)性的文件，有助于提高長江航道建設(shè)的系統(tǒng)性和質(zhì)量效率，為長江生態(tài)航道建設(shè)提供明確的發(fā)展指導(dǎo)綱領(lǐng)。生態(tài)航道建設(shè)評價(jià)體系要圍繞航道領(lǐng)域的主要環(huán)節(jié)和重點(diǎn)問題來研究，要從保持河道生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡和可持續(xù)性發(fā)展的角度來考慮，要從發(fā)揮航道的綜合效能來考慮，逐步建立科學(xué)合理的量化指標(biāo)。4.2做好長江生態(tài)航道建設(shè)系統(tǒng)規(guī)劃生態(tài)文明航道建設(shè)要制定全面完整的系統(tǒng)規(guī)劃［14］，推進(jìn)各項(xiàng)工作有序進(jìn)行，避免走彎路及混亂和浪費(fèi)。生態(tài)規(guī)劃要樹立〃最大限度地保護(hù)生態(tài)、最小程度地破壞生態(tài)、盡可能地恢復(fù)生態(tài)、不破壞是最好的生態(tài)保護(hù)”的理念；要把握生態(tài)航道建設(shè)是涉及航道全部領(lǐng)域及相關(guān)環(huán)節(jié)的原則，提出規(guī)劃的年限、規(guī)劃的方法；要注重收集相關(guān)信息，包括航道內(nèi)部各種信息、涉水相關(guān)管理部門信息、國家和地方環(huán)保要求相關(guān)信息；要進(jìn)行戰(zhàn)略分析，包括制定相應(yīng)的總體目標(biāo)、階段目標(biāo)、計(jì)劃安排、工作程序和實(shí)施方案等?？傊?，生態(tài)航道建設(shè)是一門涉及多領(lǐng)域、多環(huán)節(jié)、多學(xué)科交叉的全新工作，與傳統(tǒng)航道建設(shè)相比，其建設(shè)理念和方法已發(fā)生很大的變化，只有遵循全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展的理念進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，航道的生態(tài)效益才能得到最大的發(fā)揮。4.3建立健全長江生態(tài)航道建設(shè)技術(shù)體系目前內(nèi)河航道整治工程建設(shè)正在如火如荼地進(jìn)行中，做好航道建設(shè)中生態(tài)環(huán)保工作是當(dāng)前及今后一段時(shí)間內(nèi)的重要任務(wù)，是解決怎樣建設(shè)生態(tài)航道的關(guān)鍵。圍繞長江航道整治、生態(tài)環(huán)境改善等方面，建立健全長江生態(tài)航道建