内河航道整治工程生态水力学模拟关键技术与应用

       主要完成单位：交通运输部天津水运工程科学研究所、重庆交通大学、长江航道局、

                 中国水产研究院长江水产研究所、长江航道规划设计研究院

1、项目概况

国家“十四五”规划和2035远景目标纲要秉承“生态优先、绿色发展”理念，对长江流域河道治理、生态保护、生境修复等提出了新的要求。为了进一步论证航道工程对生态环境水力学要素的可能影响，亟需开展航道工程生态水力学试验理论与技术研究，并以此为基础进行航道工程方案的优化，以期减弱航道工程对生态水力学要素的可能影响。该项目以四大家鱼生境水力学指标为对象，在航道工程河段模型试验及计算基础上，改进或优化模型设计及计算参数，模拟研究航道工程对四大家鱼“三场一通道”的生态水力学指标的影响，为航道工程的设计方案的优化提供理论与技术支撑。通过研究团队攻关，建立了航道生态水力学试验设计方法、完善航道工程生态水力学试验的鱼类观测技术方法及关键指标、形成航道工程生态水力学试验的评价指标方法、形成了基于鱼类生态水力学指标的航道整治工程方案优化技术。

2、技术难点和特点

目前河流涉水工程的相关生态水力学试验尚处于探索起步阶段，研究基础薄弱。国际上针对溪流鱼类栖息地保护，或是过鱼设施等进行了大量的研究；该项目通过大量的调查研究，针对长江干线生态航道亟需的理论与关键技术，提出了可用于航道工程生态水力学的鱼类监测指标，为航道工程提供了可使用的生态水力学指标。国际上针对鱼类栖息地建立了较为成熟的数值模拟手段，主要用于生态保护区的评价；该项目建立了航道工程生态水力学模拟与试验技术手段，可以模拟鱼卵漂流、鱼类育幼、栖息等关键因子，为航道工程生态模拟提供了技术手段。该项目结合生态水力学模拟技术手段，建立了基于鱼类生态水力学指标的主尺度布置的优化技术，解决了生态航道评价的技术难题。

3、主要成果和创新点

（1）研究了长江四大家鱼生态水力学指标与关键参数阈值，建立了航道工程生态水力学模拟的物理模型及数学模型的模拟方法。

（2）研发了可用于概化水槽试验的鱼卵模型，确定了典型鱼类形态力学特征与育幼栖息环境、河道形态参数等，建立了适合于航道工程模拟的鱼类生态水力学指标集。

（3）建立了基于四大家鱼生境水力学指标的丁坝布置间距、长度等参数关系，形成了基于航道工程生态水力学平面布置优化技术，研发了兼具航道整治、集鱼效应、生境营造等功能的航道整治建筑物新结构。

4、成果应用

该项研究成果已成功应用于长江上游朝天门至涪陵河段、中游荆江河段、中下游武汉至安庆段等航道整治工程中。

5、经济和社会效益

航道工程生态水力学模拟技术已用于航道整治工程布置方案优化，为“长江经济带建设”和长江高质量发展等国家战略的实施提供了技术支撑；部分成果纳入长江航务管理局“内河航运安全管控与应急搜救建设”交通强国试点工作，航运效益、生态效益和社会效益十分显著。