“我们尽量靠近河中间采取水样，这样测出来的数据会更加精准有效。”7月11日上午10点过，广西钦州市陆屋镇古城小学附近一条名为新坪的小支流，在老师张文、甘滨蕊的带领下，重庆交通大学河海学院水利工程专业博士生吴锦钢和研究生李睿正站在河水中进行水深测量和河流表面流场监测。
新坪是世纪工程平陆运河沿途支流，和重庆有何联系？原来，今年4月底，由重庆交通大学牵头承担的“十四五”国家重点研发计划项目“大型运河工程水生态安全保障技术与示范”在建设中的平陆运河启动。据重庆交通大学副校长、国家内河航道整治工程技术研究中心执行主任杨胜发教授介绍，目前，团队已推动运河工程水生态修复、入海河口船闸防咸、生态运行调度、水生态监控预警及智慧管控平台等水生态安全保障关键技术在运河建设中运用落地。
▲4月28日，广西钦州市，从空中俯瞰平陆运河项目14标段建设工地。记者郑宇摄/视觉重庆
维护水生态平衡，为鱼类打造专属栖息地
站在流经钦州市钦南区沙埠镇横山头村的一段平陆运河边上，没有遮挡的河风几乎要把人吹倒。不断被加宽、挖深的河道绵延数百里，一眼望不到尽头。
被涨水浸泡的支流小河边，泥土松滑。该项目组成员、重庆交通大学河海学院给排水科学与工程系主任袁绍春和副教授毛羽丰小心翼翼地从水里取样，在岸边对水体中的氯离子含量、浑浊度等进行现场检测。
“运河开通以后，潮起潮落会带来水质盐度的变化，河边的植物和水中的鱼类都会受到明显的影响。”袁绍春说，他们的任务之一就是要通过运河工程水生态修复技术，实现氮、磷等关键指标改善15%以上，底栖生物多样性指数增加20%以上。
▲广西钦州市，参与建设平陆运河项目的重庆交大毕业学子正在实地勘测数据。记者郑宇摄/视觉重庆
▲广西钦州市，平陆运河项目重庆交大研究团队正对氯离子检测仪进行校准。记者郑宇摄/视觉重庆
作为西部陆海新通道骨干工程，平陆运河于2022年8月开工建设。运河始于广西南宁横州市西津库区平塘江口，经广西钦州灵山县陆屋镇沿钦江进入北部湾，全长约135公里。项目建成后，能通航5000吨级船舶，将为我国西南地区开辟一条由西江干流向南入海的江海联运大通道，缓解长江、珠江运输压力。
“这样长度的一条内陆运河建设，此前没有经验可以遵循。”国家内河航道整治工程技术研究中心常务副主任胡江介绍，运河的建设，不仅技术难度世界瞩目，过程中和运行后的水生态安全保障课题也随之而来——一方面，这项庞大工程会打破天然水系格局，河流生态系统迎来重构；另一方面，当前，运河水生态安全保障技术体系还不能满足航运建设与生态保护协同发展的迫切需求。
他举例，由于平陆运河起点西津库区的水面与终点入海口的海平面之间有65米左右的落差，运河规划建设马道、企石、青年3座梯级航运枢纽工程，用以调节水位落差，保障船只航行的顺畅安全。
▲广西钦州市，从空中俯瞰平陆运河马道枢纽，机械轰鸣、塔吊林立的建设场景恢弘壮观。记者郑宇摄/视觉重庆
▲广西钦州市，从空中俯瞰建设中的平陆运河青年枢纽。记者郑宇摄/视觉重庆
“以前的天然河道水流畅通，会带走水中的杂质，让氯离子、浊度、pH值等保持一个平衡的生态。这些枢纽工程建成后，运河中的水流将变缓，水体净化能力降低，对河流两边的植物和水中的鱼类等生长带来影响。”胡江说，为此，团队进行运河工程水生态修复技术研发，降低水质富营养化风险，增加生物多样性和景观连通性。
如何保护好一些当地特有的鱼类，是维护运河水生态平衡的一项重要措施。以青年枢纽为例，该枢纽位于钦州市钦江流域青年水闸上游，建成后会导致许多有洄游习性的鱼类无法洄游，如鳗鲡、鲈鱼等。胡江透露，为此，青年枢纽项目在泄洪闸工程里规划了两条鱼道，通过一些诱鱼的设施或设备，将吸引鱼类通过鱼道洄游到上游进行繁殖。
不仅如此，通过模仿天然条件下运河鱼类生境的构造，团队还将运用鱼类生境营造技术，在运河全程的支流河口，给鱼类营造一片总面积达10万平方米以上、和原有水底环境相似的人工鱼巢，形成适合鱼类生存的专属栖息地和鱼类产卵场。
▲5月6日，重庆交通大学河海学院，平陆运河项目重庆交大研究团队项目成员正开展典型鱼类生态行为学试验，为构建鱼类生境模拟模型提供理论基础。记者郑宇摄/视觉重庆
防止盐水入侵，研发入海河口段船闸高效率防咸技术
7月12日，重庆交通大学南岸校区河海学院水利水运工程教育部重点实验室内依然忙碌，胡江带着课题组的姜蕾、许克勤和廖江花三名博士生，正在进行大型集咸坑-气幕防咸试验。
试验在一个长70米的水槽中进行，通过不断对模拟的河水进行盐度稀释，采用氯离子探头在线观测不同深度水体盐度，研究集咸坑与气幕共同作用下的防咸效率。同时，同步测量船舶航行及螺旋桨扰动影响下水体流场和盐度场的实时变化，研究船舶扰动对盐水入侵的影响机理。
▲5月6日，重庆交通大学河海学院，平陆运河项目重庆交大研究团队正在70m水槽开展大型集咸坑-气幕防咸机理试验。记者郑宇摄/视觉重庆
“这个水槽是我们模拟平陆运河的青年枢纽船闸设计的。”胡江介绍，青年枢纽是平陆运河规划三座航运梯级中的最下游梯级，也是平陆运河通江达海的关键节点。由于青年枢纽闸下直接与茅尾海相连通，是最靠近入海口的枢纽。在船闸运行过程中，难免会发生海水与淡水的交换，“船闸下游的咸水传至上游青年库区内，将会影响生产、生活取水及工程的耐久性。”
他进一步解释，青年枢纽所处的海水上溯与水位频繁变化环境，会使该处的船闸结构受到氯盐侵蚀，其混凝土构件会出现锈胀开裂情况，同时钢筋锈蚀会导致构件承载力退化，严重影响水工结构物耐久性及建筑寿命。
为了解决盐水入侵问题，团队人员通过现场测量、室内试验和数学模型计算相结合的手段，提出了集咸坑联合气泡帷幕的措施，减小船闸盐水入侵。
▲5月6日，重庆交通大学河海学院实验室，平陆运河项目重庆交大研究团队正开展船舶扰动-盐水入侵机理高精度PIV-PLIF水槽实验。记者郑宇摄/视觉重庆
据了解，通过优化青年枢纽泄流过程降低船闸下游引航道的盐度，该校科研团队还建设了一套船闸盐水在线监测和智能预警决策系统，可根据闸下和上游盐度变化，智能决策启用相应的防咸措施，防止盐水上溯。
此外，为了应对海水的侵袭，团队通过大量研究，综合考虑材料抗氯盐侵蚀性、大体积混凝土施工可行性以及工程建设成本的经济性等，优化青年枢纽混凝土配合比，研制出长寿命高耐久性混凝土材料。
据相关专家组的论证，该团队研发的集咸坑联合气泡帷幕技术，可降低盐水入侵率50%以上。而根据该技术方案确定的钦州城区饮用水、灌渠农业用水取水口的搬迁位置，以及优化的20余条支流陡坡入汇治理工程方案，解决了船闸阀门快速启闭要求的输水难题，为平陆运河工程项目顺利实施提供了技术支撑。
成果还可推广应用至湘桂运河、赣粤运河等大型运河建设
据了解，在诸如运河这样的大型河流工程建设中，如何最大限度抓好水生态保护，国家内河航道整治工程技术研究中心此前早有实践。
“比如，我们开发了长江上游鱼类卵苗漂流高峰预报技术，在三峡库区航道整治工程施工过程中进行应用。”杨胜发说，该技术源于团队连续6年对长江宜宾至丰都段漂流性鱼类卵苗的长效观测，他们发现江津以上的天然河段是产漂流性鱼卵的主要水域，该河段采集到的漂流性鱼类卵苗种类要显著多于下游的三峡变动回水区河段，间接表明宜宾至江津江段有大量的产卵场分布。此外，长江鱼类卵苗漂流时间集中于5月至6月，并且与涨水过程相关。
▲5月6日，重庆交通大学河海学院实验室，平陆运河项目重庆交大研究团队成员正观察平陆运河浮游藻类形态，实验室条件下培养的藻类，研究运河的生物响应机制。记者郑宇摄/视觉重庆
团队还在重庆至四川宜宾段2000吨级生态航道工程等项目中，联合攻克了黄金航道治理与生态保护协同的理论和关键技术。
▲5月6日，重庆交通大学河海学院实验室，平陆运河项目重庆交大研究团队成员开展典型鱼类不同阶段（产卵、栖息、洄游）水动力因子刺激与鱼类行为响应机制实验。记者郑宇摄/视觉重庆
据杨胜发透露，基于“大型运河工程水生态安全保障技术与示范”项目中形成的运河工程水生态修复、入海河口船闸防咸、生态运行调度、水生态监控预警及智慧管控平台等水生态安全保障关键技术经验，下一步还将推广应用至湘桂运河、赣粤运河等跨流域国家重大战略性水运工程中。
新重庆-重庆日报：https://wap.cqrb.cn/xcq/NewsDetail?classId=1551&newsId=1969937&staticUrl=https%3A%2F%2Ft.cqrb.cn%2F239e4