问题描述

运河工程是新时代交通基础设施领域的代表性重大工程。《国家综合立体交通网规划纲要》提出构建“四纵四横两网”国家高等级航道网，明确将建设平陆运河、湘桂运河、赣粤运河等长距离跨流域重大运河工程。目前，赣粤运河和湘桂运河正在开展前期研究工作，西部陆海新通道骨干工程平陆运河已于2022年8月开工建设。跨水系运河工程线路长、工程量大，运河通航标准与设计理论、跨越分水岭大型通航建筑物关键技术、运河航道生态保护与资源综合利用等方面将面临新的挑战：

（1）运河工程设计标准与理论方法。跨水系运河线路长，开挖量大，水资源短缺，连通不同地域和生境，工程建设要考虑国土空间布局、线路规划、沿线水资源配置和综合利用等诸多难题，目前还缺乏系统的发展战略研究和成熟的设计理论，亟需攻克多目标协同的水系联通机制、运河工程建设标准及设计理论方法、跨水系运河工程战略布局与资源配置等关键技术难题。

（2）跨越分水岭大型通航建筑物建设关键技术。运河工程在跨越分水岭段普遍存在水位落差大、水源补给困难等问题，船闸单级水头将达到60m，并大量采用省水技术；升船机将一次通过两条千吨级以上船舶，提升高度达到200m级，这给运河通航建筑物的建设带来巨大挑战，亟需攻克超高水头巨型船闸高效输水和省水技术、超大提升重量超高升程升船机运行安全等关键技术难题。

（3）运河航道生态保护与资源综合利用。我国地域广阔，河湖系统区域特征显著，长距离跨水系运河工程连通不同流域，引起河流生态系统变化，生态风险随之增加。此外，长距离运河工程陆地开挖量大，面临土地占用、疏浚土处置等问题。亟需突破跨水系生态连通与生物多样性保护技术、运河生态涵养区生态保护修复、运河开挖及疏浚土资源综合利用、绿色建筑物材料与结构增韧等关键技术难题。

因此，破解长距离跨水系运河工程通航技术瓶颈，实现航运与生态环境保护协同发展，是长距离跨水系运河工程面临的重要工程技术难题。

问题背景

内河水运具有成本低、运量大、能耗小等独特优势，是国家综合交通运输体系和水资源高效利用的重要组成部分。目前我国内河水运潜力和低碳环保优势尚未充分发挥，随着“交通强国”等重大战略的实施，国家将依托长江、西江、淮河等大江大河，强化东西向跨区域内河水运通道，依托京杭大运河、引江济淮以及具有重大战略意义的浙赣粤、汉湘桂等运河，构筑南北向跨流域水运通道，利用各水系支流航道辐射延伸，实现干支成网、通江达海。运河工程是新时代水运交通基础设施领域的代表性重大工程，规划建设的“四横四纵两网”高等级航道网四条纵向水运主通道均为大型跨水系运河工程。因此，长距离跨水系运河工程在国家高等级航道网建设中具有重要作用。当前国内有关运河的研究尚处于起步阶段，运河产生的生态环境影响等问题还缺乏系统性观测和研究。在此背景下，要实现上述战略目标，必须加快多学科交叉融合创新，突破跨水系运河工程通航技术瓶颈，攻克运河通航标准与设计理论、跨越分水岭大型通航建筑物关键技术、运河航道生态保护与资源综合利用等长距离跨水系运河工程重大科技问题。

最新进展（截止问题发布年度）

国家大力构建的“四纵四横两网”高等级航道网贯通南北的纵向水运主通道——京杭运河、江淮干线、浙赣粤通道、汉湘桂通道均为大型跨水系运河工程。2022年8月28日，连通西江干流与北部湾的平陆运河已正式开工建设，平陆运河工程在设计阶段针对总体线路选择及梯级枢纽布置、大型省水船闸设计建设、支流汇入与海水上溯等问题开展了系列创新探索，是长距离跨水系运河工程设计建设的最新尝试。

（1）当前我国已建跨水系运河工程较少，其规划建设涉及国土空间布局、水资源配置、通航标准、生态保护与资源综合利用等系列科学问题，尚无成熟的跨水系运河工程技术理论支撑。

（2）我国内河通航建筑物发展迅速，在高水头船闸输水系统、阀门防空化技术等方面处于国际领跑地位，但在具有节水需求的大型省水船闸建设技术方面尚无成熟经验。

（3）运河工程连通不同地域和生境，区域差异特征明显，跨水系生态连通与生物多样性保护技术、运河航道生态整治与资源综合利用等方面，国内外均尚处于同步探索阶段，也是未来面临的关键技术难点。

重要意义

突破该问题可形成系统的长距离跨水系运河工程通航技术，破解航运与生态环境保护协同发展难题，支撑国家交通强国战略的实施，助力实现“碳达峰、碳中和”目标，推动交通绿色发展、实现水资源综合利用，并可提升相关学科基础研究能力，引领国际运河工程建设技术发展。