關(guān)于 內(nèi)河航道科技發(fā)展問題的探索
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作者：張毅
隨著我國經(jīng)濟(jì)和社會快速發(fā)展，內(nèi)河航運(yùn)呈現(xiàn)出運(yùn)輸需求旺盛和行業(yè)持續(xù)較快發(fā)展的良好勢頭，內(nèi)河航道科技在內(nèi)河航運(yùn)發(fā)展中發(fā)揮著越來越關(guān)鍵的作用。
“十二五”期間，內(nèi)河（主要指長江）航道科技發(fā)展堅持以深入落實科學(xué)發(fā)展觀為統(tǒng)領(lǐng)，按照建設(shè)暢通、高效、平安、綠色交通運(yùn)輸系統(tǒng)的新要求，堅持以人為本，堅定不移地繼續(xù)推進(jìn)“四個航道，三步構(gòu)建”的航道現(xiàn)代化發(fā)展戰(zhàn)略，以顯著提高航道公共服務(wù)能力與水平，加快內(nèi)河航道建設(shè)、強(qiáng)化航道資源管理和行政管理、保障內(nèi)河航道的安全性和環(huán)保性為主線，從內(nèi)河航道重大科技研發(fā)、科技成果推廣、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)、創(chuàng)新能力建設(shè)4方面，優(yōu)化內(nèi)河航道科技資源配置，創(chuàng)新內(nèi)河航道科技體制機(jī)制，著力解決影響和制約內(nèi)河航道發(fā)展的技術(shù)瓶頸，加快推進(jìn)內(nèi)河航道科技創(chuàng)新平臺建設(shè)，更好地發(fā)揮科技在加快內(nèi)河航道轉(zhuǎn)變發(fā)展方式以及建設(shè)中的支撐和引領(lǐng)作用，提高內(nèi)河航道科技貢獻(xiàn)率，促進(jìn)內(nèi)河航道在全國內(nèi)河航道和內(nèi)河航運(yùn)系統(tǒng)率先實現(xiàn)現(xiàn)代化。
“十三五”期間是長江航道在“長江經(jīng)濟(jì)帶”綜合立體交通走廊建設(shè)中發(fā)揮主骨架作用的關(guān)鍵時期，也是全面深化改革的攻堅階段。為貫徹落實交通運(yùn)輸部提出的“強(qiáng)化創(chuàng)新、驅(qū)動促進(jìn)交通運(yùn)輸轉(zhuǎn)型升級”的要求，服務(wù)長江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)的國家重大戰(zhàn)略，本文將梳理長江航道科技在“十三五”期間面臨的形勢與需求，對內(nèi)河航道科技技術(shù)進(jìn)行預(yù)測，為發(fā)展內(nèi)河航道科技提供參考。
1 內(nèi)河航道科技發(fā)展現(xiàn)狀
(1)航道整治技術(shù)。長江中游航道水流條件多變，河床組成復(fù)雜，是我國內(nèi)河航道治理的難點。針對長江中游航道整治工程特點，已開展深水沉排、順?biāo)鞣较虺僚�、逆水流方向沉排等關(guān)鍵技術(shù)試驗研究。新的技術(shù)為長江航道整治工程的實施提供了重要的技術(shù)保障，主要體現(xiàn)在：①在航道整治工程中實施全過程的質(zhì)量檢測；②采用GPS控制鋪排軌跡實現(xiàn)鋪排軌跡的及時跟蹤檢測；③引入潛水員水下探摸技術(shù)對水下沉排搭接情況進(jìn)行質(zhì)量檢測；④引進(jìn)水下攝影技術(shù)對水下隱蔽工程進(jìn)行影像描繪；⑤引進(jìn)內(nèi)河先進(jìn)的多波束掃測系統(tǒng)進(jìn)行質(zhì)量觀測。
(2)航道養(yǎng)護(hù)技術(shù)。在三峽區(qū)、潮汐河段、長江上游、中游近壩河段等具體的河段進(jìn)行技術(shù)維護(hù)、最低通航水位計算，以及航標(biāo)技術(shù)科技創(chuàng)新，支撐與引領(lǐng)航道發(fā)展。著力解決了影響和制約長江航道發(fā)展的技術(shù)瓶頸，推進(jìn)了長江航道維護(hù)建設(shè)，更好地發(fā)揮科技在加快長江航道發(fā)展方式以及建設(shè)中的支撐和引領(lǐng)作用。
(3)生態(tài)航道技術(shù)。生態(tài)航道在生態(tài)護(hù)坡、生態(tài)建設(shè)構(gòu)建、河流生態(tài)影響的評價指標(biāo)體系研究、航道整治工程作用下水沙過程及河流生態(tài)響應(yīng)預(yù)測模型研究、生態(tài)環(huán)境友好型航道整治等方面有了新的突破。
(4)航道信息化技術(shù)。全面建成長江電子航道圖，實現(xiàn)社會化服務(wù)，為建設(shè)長江“數(shù)字航道”“智能航道”目標(biāo)打下堅實基礎(chǔ)。長江航道管理利用遙測遙控與智能控制技術(shù)，對航道船舶、航標(biāo)狀態(tài)進(jìn)行主動監(jiān)測與智能控制，實現(xiàn)航道養(yǎng)護(hù)過程的智能化。
(5)航道裝備技術(shù)。建立了以計算機(jī)輔助管理的長江航道數(shù)字機(jī)務(wù)，逐步實現(xiàn)智能機(jī)務(wù)，以及規(guī)模適度、功能互補(bǔ)、結(jié)構(gòu)合理、安全可靠、高效環(huán)保的長江航道船舶裝備與技術(shù)體系。
(6)航道管理決策技術(shù)。進(jìn)行了長江航道科技創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化機(jī)制研究、長江航道科技項目評價體系研究等項目。
(7)航道法律法規(guī)與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)行了長江干線通航標(biāo)準(zhǔn)、長江下游航道維護(hù)船舶標(biāo)準(zhǔn)化研究、長江干線上巢湖至瀏河口河段航標(biāo)器材配置標(biāo)準(zhǔn)化研究，以及三峽等梯級水庫運(yùn)行條件下長江干線航道最低通航水位標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵技術(shù)等研究。
(8)航道基礎(chǔ)理論。進(jìn)行了非結(jié)構(gòu)高性能有限體積水沙二維數(shù)學(xué)模型研究——水沙模塊、并行算法及可視化操作平臺研究、透水框架水動力特性及應(yīng)用研究、河工物理模型試驗制模斷面數(shù)字化處理技術(shù)研究應(yīng)用、長江中游宜昌至城陵磯河段航道尺度發(fā)展可能性研究和長江干線（三峽庫區(qū)及山區(qū)天然河流）航道深水資源利用問題研究等。
2 內(nèi)河航道科技發(fā)展需求分析
2.1 內(nèi)河航道科技發(fā)展不足
(1)我國內(nèi)河航道信息化仍處于數(shù)字航道起步階段。內(nèi)河航道信息化目前重點圍繞航道要素信息采集、要素信息傳輸、電子航道圖生產(chǎn)制作、航道維護(hù)管理與航道要素信息綜合服務(wù)支撐系統(tǒng)建設(shè)，以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定等方面開展研究。而國外如歐洲萊茵河、美國密西西比河等內(nèi)河航道信息化起步于上世紀(jì)70年代，已經(jīng)完成了大規(guī)模信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，信息技術(shù)和信息系統(tǒng)的應(yīng)用在90年代就比較成熟；如美國在2001年提出了內(nèi)河電子航道圖的制作并有超過7 500英里的通航河段開通電子航道圖。
(2)在航道測量裝備、航道維護(hù)管理設(shè)備、航道綜合服務(wù)系統(tǒng)等方面整體還比較落后，航道信息化運(yùn)（營）維（護(hù)）管理水平還有待提升。
(3)我國內(nèi)河航道科技發(fā)展對節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)、應(yīng)急管理與處置等方面關(guān)注不夠。當(dāng)前國外內(nèi)河航道部分已經(jīng)渠化，水深條件相對穩(wěn)定；在航道信息化方面更注重與航運(yùn)業(yè)務(wù)的整合，不僅致力于提高內(nèi)河航道的信息化和智能化水平，還十分關(guān)注船舶在營運(yùn)過程中涉及到的其他問題，例如，節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)、災(zāi)難管理以及船員培訓(xùn)等。
2.2 內(nèi)河航道科技需求分析
(1)內(nèi)河航道運(yùn)行狀態(tài)動態(tài)監(jiān)測。針對天然內(nèi)河航道運(yùn)行狀態(tài)動態(tài)變化的特點，需要拓展監(jiān)測渠道，借助航道測量、觀測、傳感等多樣化的監(jiān)測方式和各類傳感通信網(wǎng)絡(luò)的可靠集成，獲取內(nèi)河航道尺度、水位、水流、航道地形、水下礙航物、氣象（含山區(qū)能見度）、航標(biāo)、跨臨河建筑物（含橋梁凈空尺度）、航道整治建筑物、控制河段船舶交通流等高精度、高時效、高質(zhì)量的狀態(tài)信息，為航道尺度發(fā)布、航標(biāo)維護(hù)、航道疏浚維護(hù)、航道應(yīng)急指揮等航道維護(hù)管理的科學(xué)決策提供支持。
(2)航道條件仿真模擬與動態(tài)研判。以實測、模型模擬獲得的多時態(tài)、多維度、多尺度航道環(huán)境要素信息為基礎(chǔ)，構(gòu)建面向航標(biāo)配布與維護(hù)、航道疏浚、航道地形演變分析、航道應(yīng)急指揮、助航服務(wù)（含電子航道圖服務(wù)、船一岸一標(biāo)交互）、航道維護(hù)設(shè)施布局等航道業(yè)務(wù)的仿真模型并開展過程模擬、技術(shù)方案比選等，為揭示航道演變機(jī)理、科學(xué)組織航道疏浚維護(hù)、合理挖掘航道通過能力潛力、指導(dǎo)航道整治工程建設(shè)等提供支持。
(3)航道條件預(yù)測預(yù)報。以歷史觀測資料、各類實測數(shù)據(jù)為依據(jù)，重點構(gòu)建針對內(nèi)河航運(yùn)需求的水位、河床沖淤等航道條件的短中長期預(yù)測模型，依托自主研發(fā)、不斷完善的預(yù)測預(yù)報系統(tǒng)，不斷豐富基于電子航道圖的助航服務(wù)的內(nèi)容，為指導(dǎo)船舶合理配載、科學(xué)組織航道疏浚維護(hù)等提供支持。
(4)現(xiàn)代助航服務(wù)集成及規(guī)�；瘧�(yīng)用。在不斷優(yōu)化實體航標(biāo)配布，改善實體航標(biāo)助航效果、增強(qiáng)實體航標(biāo)功能的基礎(chǔ)上，構(gòu)建基于多功能電子航道圖、虛擬航標(biāo)、實體航標(biāo)等多種助航方式相結(jié)合的現(xiàn)代助航服務(wù)體系，推動與現(xiàn)代航運(yùn)相關(guān)業(yè)務(wù)的整合，為顯著提升內(nèi)河航道的助航水平提供支持。
(5)航道智能化建（設(shè)）養(yǎng)（護(hù)）管（理）。系統(tǒng)整合航道管理執(zhí)法、航道疏浚維護(hù)、航標(biāo)維護(hù)、航道監(jiān)測（含航道測量）、航道整治建筑物維護(hù)、航道基建管理、航道科研管理、航道應(yīng)急指揮等航道基本業(yè)務(wù)，構(gòu)建基于仿真模擬分析支撐下、面向移動終端的現(xiàn)代航道建養(yǎng)體系，為顯著提升內(nèi)河航道建（設(shè)）養(yǎng)（護(hù)）管（理）智能化水平提供支持。
(6)航道信息化相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。在充分借鑒和吸收IMO，IHO，IALA等組織制定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的基礎(chǔ)上，重點完善以內(nèi)河航道要素感知設(shè)備布設(shè)、多功能航標(biāo)應(yīng)用、航道整治建筑物標(biāo)識、虛擬航標(biāo)應(yīng)用、電子航道圖制作、電子航道圖服務(wù)、現(xiàn)代助航服務(wù)下航行規(guī)則等為代表的航道信息化應(yīng)用規(guī)范，為深入推進(jìn)我國內(nèi)河航道信息化提供標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范保障。
3 內(nèi)河航道科技發(fā)展預(yù)測方法
3.1技術(shù)預(yù)測概述
預(yù)測技術(shù)是指通過科學(xué)的方法、技術(shù)和手段，對未來較長時期的科學(xué)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展進(jìn)行系統(tǒng)研究，其目標(biāo)是確定具有戰(zhàn)略性的研究領(lǐng)域，選擇對經(jīng)濟(jì)和社會利益具有最大貢獻(xiàn)的技術(shù)群。
(1)技術(shù)預(yù)測分類。技術(shù)預(yù)測可按對象、期限和方法來進(jìn)行分類，見表1。其中，按方法分類情況見表2。
(2)技術(shù)預(yù)測的程序。技術(shù)預(yù)測程序主要分為預(yù)測前階段、主要預(yù)測階段和預(yù)測后階段，見圖1。
3.2技術(shù)預(yù)測方法概述
可用于航道科技預(yù)測的方法主要包括：
(1)缺口分析法(gap analysis)。以國外可能的先進(jìn)技術(shù)和我國未來10年和15年的需求為缺口分析目標(biāo)，運(yùn)用合適的方法分析未來的需求和當(dāng)前的狀態(tài)差距，根據(jù)差距指定相應(yīng)的應(yīng)對方案。
(2) SWOT(strengths weakness opportunitythreats)分析法。形成4套SWOT分析結(jié)果，分
別對應(yīng)于子領(lǐng)域面向未來10～15年需求的分析結(jié)果、子領(lǐng)域國內(nèi)外比較分析結(jié)果、子領(lǐng)域與其他子領(lǐng)域比較分析結(jié)果和子領(lǐng)域?qū)ι鐣?jīng)濟(jì)發(fā)展需求的分析結(jié)果。
(3)結(jié)構(gòu)樹描述法。在對根技術(shù)、干技術(shù)、枝技術(shù)和葉技術(shù)形成完整描述基礎(chǔ)上，形成由各類技術(shù)合理構(gòu)成的備選技術(shù)清單。
(4)專家個人判斷法。是指依靠專家的微觀智能結(jié)構(gòu)對政策問題及其所處環(huán)境的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢、政策方案及其可能結(jié)果等作出自己判斷的一種創(chuàng)造性政策研究方法。
(5)頭腦風(fēng)暴法。主要優(yōu)點為：激發(fā)機(jī)理、聯(lián)想反應(yīng)、熱情感染、競爭意識、個人欲望。
(6)德爾菲法。是一種為了克服專家會議法的缺點而產(chǎn)生的一種專家預(yù)測方法，優(yōu)點是可以避免群體決策的一些可能缺點。
(7)移動平均法。是根據(jù)時間序列，逐項推移，依次計算包含一定項數(shù)的序時平均數(shù)，以此進(jìn)行預(yù)測的方法。
(8)指數(shù)平滑法。指數(shù)平滑法兼容了全期平均和移動平均所長，不舍棄過去的數(shù)據(jù)，但是僅給予逐漸減弱的影響程度，即隨著數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)離，賦予逐漸收斂為零的權(quán)數(shù)。
(9)馬爾科夫鏈預(yù)測法。該方法對過程的狀態(tài)預(yù)測效果良好，可考慮用于生產(chǎn)現(xiàn)場危險狀態(tài)的預(yù)測；缺點是不適宜用于系統(tǒng)中長期預(yù)測。
(10)回歸分析法。在掌握大量觀察數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用數(shù)理統(tǒng)計方法建立因變量與自變量之間的回歸關(guān)系函數(shù)表達(dá)式（稱回歸方程式）。
4 內(nèi)河航道科技發(fā)展預(yù)測
“十三五”期間，長江航道技術(shù)應(yīng)以建設(shè)高等級航道、生態(tài)航道、智能航道為發(fā)展目標(biāo)，結(jié)合國內(nèi)外內(nèi)河航道技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢，從服務(wù)于長江航道建設(shè)、養(yǎng)護(hù)、管理與服務(wù)的角度，在航道系統(tǒng)整治、數(shù)字與智能航道、生態(tài)航道等方面展開突破。
4.1 航道系統(tǒng)整治技術(shù)
(1)物理模型關(guān)鍵技術(shù)。主要包括：①模型沙研究；③時間變態(tài)問題的解決；④動床模型分段與銜接技術(shù)；⑤高精度自動化模型操作控制系統(tǒng)設(shè)計；⑥動邊界模擬技術(shù)。
(2)數(shù)學(xué)模型關(guān)鍵技術(shù)。主要包括：①河床邊界概化優(yōu)化技術(shù)；②數(shù)學(xué)模型成果動態(tài)可視化技術(shù)；③整治建筑物附近三維水流結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模擬技術(shù)；④整治建筑物附近泥沙運(yùn)動數(shù)學(xué)模擬技術(shù)；⑤數(shù)學(xué)模型數(shù)值技術(shù)及并行化研究。
(3)航道整治透水結(jié)構(gòu)研發(fā)與應(yīng)用技術(shù)。重點關(guān)注以下4個方向：①深入透徹掌握透水結(jié)構(gòu)作用機(jī)理；②靈活多變的透水結(jié)構(gòu)型式；③先進(jìn)的工程材料；④進(jìn)一步拓展應(yīng)用空間。
4.2數(shù)字與智能航道技術(shù)
主要解決以下關(guān)鍵技術(shù)：①內(nèi)河航道運(yùn)行狀態(tài)動態(tài)監(jiān)測技術(shù)；②航道條件仿真模擬與動態(tài)研判技術(shù)；③航道條件預(yù)測預(yù)報技術(shù)；④現(xiàn)代助航服務(wù)集成及規(guī)�；瘧�(yīng)用技術(shù)；⑤航道智能化建（設(shè)）養(yǎng)（護(hù)）管（理）技術(shù)；⑥航道信息化相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。
4.3航道生態(tài)建設(shè)技術(shù)
生態(tài)文明航道技術(shù)包括生態(tài)護(hù)坡、生態(tài)水工建筑物、生態(tài)爆破和環(huán)保驅(qū)魚等，這里僅對生態(tài)護(hù)坡的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行簡述。生態(tài)護(hù)岸包括自然型生態(tài)護(hù)岸、半自然型生態(tài)護(hù)岸和人工型生態(tài)護(hù)岸。
(1)自然型生態(tài)護(hù)岸技術(shù)。土壤生物工程是一項建立在可靠的土壤工程基礎(chǔ)上的生物工程，即采用存活植物及其他輔助材料來構(gòu)筑各類邊坡結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)穩(wěn)定邊坡，減少水土流失和改善棲息地生態(tài)環(huán)境等功能的集成工程技術(shù)。
(2)半自然型生態(tài)護(hù)岸技術(shù)。主要包括：①石籠護(hù)岸；②半干砌石護(hù)岸；③土工材料護(hù)岸。
(3)人工型生態(tài)護(hù)岸技術(shù)。主要包括：①植被型生態(tài)混凝土護(hù)岸；②土壤固化劑護(hù)岸；③框格砌塊護(hù)岸。
5 結(jié)語
本文分析了內(nèi)河航道科技的發(fā)展現(xiàn)狀與需求，從航道系統(tǒng)整治技術(shù)、數(shù)字與智能航道技術(shù)和航道生態(tài)建設(shè)技術(shù)等3方面對內(nèi)河航道科技發(fā)展進(jìn)行了預(yù)測。
內(nèi)河航道科技發(fā)展始終要圍繞長江航道現(xiàn)代化建設(shè)的實際需要，要針對長江高等級航道、智能航道、生態(tài)航道建設(shè)中出現(xiàn)的新情況、新問題，及時調(diào)整攻關(guān)方向，及時檢驗科技成果的適用性、可推廣性。同時，應(yīng)緊密結(jié)合國家科技工作的相關(guān)政策，及時調(diào)整實施思路，避免走彎路。
6摘要文中分析了內(nèi)河航道科技的發(fā)展現(xiàn)狀，明確了當(dāng)前國家對內(nèi)河轉(zhuǎn)型升級的發(fā)展要求，在
此基礎(chǔ)上總結(jié)了當(dāng)前內(nèi)河航道科技發(fā)展的不足，并分析了內(nèi)河航道科技發(fā)展需求。最后從航道系統(tǒng)整治技術(shù)、數(shù)字與智能航道技術(shù)和航道生態(tài)建設(shè)技術(shù)等3方面預(yù)測了內(nèi)河航道科技的未來發(fā)展方向。
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