管窥美国密西西比河流域航运发展后的浅见和启示.pdf

管窥美国密西西比河流域航运发展后的浅见和启示 李旺生 交通部天津水运工程科学研究所 工程泥沙交通行业重点实验室 天津 300456 摘 要 密西西比河是河流资源综合利用开发的典范 其在平衡各种资源利用 保障河流生命力并使其 资源可持续利用等方面做得较好 其中的航运资源得以较高程度的利用 对区域经济发展贡献度较大 我国目前正处在内河航运建设的高潮 密西西比河的成功经验值得借鉴 关键词 航运 航道 渠化 船闸 中图分类号 U 61 文献标识码 A 文章编号 1005 8443 2008 02 0119 05 收稿日期 2007 12 27 修回日期 2008 01 15 作者简介 李旺生 1959 男 安徽省人 研究员 主要从事河流泥沙和航道整治技术研究 Biography LI Wang sheng 1959 male professor 西方发达国家的内河水运发展较好 最近有机会近距离接触美国的密西西比河 对密河流域的航运发展 史 流域管理机制 航运建设 航运管理和航运现状有了一定了解 结合我国正在开展的以长江黄金水道建设 为龙头的内河水运建设和水运管理做一点比照和思考 以期拓宽我们的思路 1 田纳西河流域的综合治理 人类基于自身发展的需要 对河流进行治理 不过 只是到了近代才开始对河流进行综合治理 这种治理 某种意义上说是对河流自然属性的颠覆 不过 当代河流自然属性中人类活动因素又在其中占有一定的份 额 如降雨更为集中 植被破坏后更容易形成洪涝灾害等 人类的活动加剧了河流的害 而综合治理虽改变 了河流的自然属性 产生一些新的害 但除的害 兴的利可能还是要大于附着治理产生的害 不过 正是这种 综合治理才使得河流保持健康 富有较强的生命力 进而为适度均衡开发河流的各种资源创造了基础条件 田纳西河流域的综合治理一定程度上成为河流综合治理的范例 1 1 田纳西河流域综合治理前的基本概况 田纳西河位于美国东南部 是密西西比河的二级支流 长 1 050 km 流域面积 10 5 万 km2 地跨弗吉尼 亚 北卡罗来纳 佐治亚 亚拉巴马 密西西比 田纳西和肯塔基 7个州 20 世纪 30 年代的田纳西流域 由于长期缺乏治理 森林遭破坏 水土流失严重 经常暴雨成灾 洪水为 患 是美国最贫穷落后的地区之一 年人均收入仅 100多美元 约为全国平均值的45 田纳西河虽有十分丰富的水资源 却无舟楫之利 因为遍布河道的暗礁浅滩 造成通航的障碍 尤其是 田纳西河中段位于阿拉巴马州北部 人称 马斯尔肖斯 的大落差 使该河一年中大部分时间不能通航 1 2 流域综合治理需求催生田纳西河流域管理局 TVA 的成立 自1809 年起 联邦政府就曾拨专款并转让联邦土地帮助该地区勘测和治理河道 修筑运河以发展航运 效果均不理想 1836 年开始在该河上兴建通航工程 用设有老式船闸的旁侧运河使船只绕过急滩 或者以通 航闸坝来提高通航水深 1918 年开始修建威尔逊大坝和水电站 1925 年建成 主要目的是为了提高马瑟滩 上的通航水深 1922 1925 年 美国陆军工程兵团提出田纳西河的综合开发报告 虽经批准 但当时并未实 行 1933 年 美国经济萧条时期 根据罗斯福总统建议组成了田纳西河流域管理局 开始有计划的流域综合 第 29 卷第 2 期水 道 港 口Vol 29 No 2 2008 年 4 月Journal of Waterway and HarborApr 2008 治理和开发 TVA 的任务是规划 开发和利用流域内的各种资源 设有董事会直接对总统负责 并有自己的 设计 施工队伍 负责项目的建设 经营上具有较大的自主权和灵活性 TVA 的成立 使田纳西河流域开发 进入了一个系统 全面的崭新阶段 由上可见 美国早期的河流开发和利用也处于一种无序状态 缺乏周密而全面的流域多目标 多功能的 长远规划 所以河流资源利用也十分有限 特别是航道条件的改善不大 航运的优势并未得以很好的发挥 1 3 田纳西河流域管理局职能和机制变化 TVA 成立的法律基础是 田纳西河流域管理局法 该法的第 1 条就阐明了建立TVA 的主旨 从国防 利益出发 为了维护和经营位于阿拉巴马州马斯尔肖斯附近 现属于美利坚合众国的产业 为了工农业的发 展 为了改善田纳西河的航运状况 特创建一个公司实体 命名为 田纳西河流域管理局 田纳西河流 域管理局法 赋予了TVA 包括航运 防洪 灌溉 发电等多重开发目标 TVA 在 1950 年以前 从防洪和航运出发 在干支流上修建水利枢纽 并在此前提下最大限度地发展水 电 TVA 成立后 立即在上游支流修建了诺里斯水库 在干流下游修建了肯塔基水库 这 2 座水库的有效库 容分别为 23 7 亿m3和 49 5亿 m3 起到了显著的防洪效果 以后陆续修建一系列大坝 每座坝的工期一般 为3 4 a 开发速度较快 也较快地发挥了投资效益 在这一阶段共建成大坝 20 多座 基本完成了干流的开 发 控制了洪水 渠化了干流航道 基础性的河流多功能开发完成后 TVA 已具备了相当大的盈利能力 因此在 1959 年后联邦政府停止了 TVA 用于发电方面的支持 1999年以后 TVA 用于防洪 航运等社会公益性的支出不大 因而政府对其资金 支持完全停止 其后 TVA 关于航运设施的管理 改扩建等职能移交给陆军工程兵团 至此 TVA 的功能完 全转化为以发电为主 依法设立的 TVA 是一个政府性企业 追求利益最大化不是该企业的首选 社会效益在 TVA 的第一阶段 表现最为明显 即建设期以渠化为特征的河流开发建设 其后TVA 功能定位不断转化 并最终淡出航运建设 和管理 1 4 流域综合治理成就 通过 TVA 第一阶段 的工程建设 流域综合治 理取得了巨大的成就 1945 年 TVA 在田纳 西河上已建成 16 座大坝 这些大坝大都具有防洪 通航以及生产水电的综合 性功能 到 1945 年 田纳 西河已成为美国治理得最 好的河流系统 同时 建 成的大型船闸和大坝 水 库相连 构成了一条 2 74 m 深 1 046 km 长的水道 为美国的内河航运增加了 一条通途 图 1 通过综合治理 河流 的防洪 通航 发电功能得 图 1 田纳西河流域梯级建设示意图 Fig 1 Schematic diagram of cascade construction in Tennessee Valley 以较好体现 极大地带动了流域地区经济发展 田纳西河的通航 为运输提供了便利 加上廉价电力 大大促 进了本地工商业的发展 同时 TVA 注意实现建筑工程和建筑艺术的统一 为流域区内留下了建筑的典范 1 5 认识 我们所看到的是 田纳西河两岸青山绿地 河水清澈 由于入库泥沙量很小 使得水库的有效库容得以 120水 道 港 口第 29卷第 2期 长期保持 枢纽间的水位衔接良好 船闸的布置有利于船舶航行 尽管船闸的上 下游引航道导航墙不是很长 但口 门区航行水流条件较好 没有发现象我国很多枢纽为解决口门区航行水流条件问题而设置导流墩之类的工 程建筑 同时 由于含沙量较小 船闸口门区及引航道内的泥沙淤积问题不大 由于枢纽多为中低水头 同时 在枯水期枢纽的运行调度必须满足航运用水 因此不存在我国常见的电 站日调节带来的非恒定流对航运的影响问题 从TVA 的设立以及其所取得的巨大成就可见 1 TVA 成立前 田纳西河流域资源开发带来了水土流失 洪水泛滥 环境恶化等初期开发所产生的诸多 问题 我国目前也正在经历这个阵痛 2 在河流开发中 同样经历了早期无序 单一功能开发的阶段 未能使河流为人类服务的功能得以充分 的均衡发挥 3 河流多目标开发的规划科学 实施中严格按分步规划实施 4 根据田纳西河位于水系的上游以及河道的特点 实施以低水头渠化方式为主的治水工程 可实现多 目标治河的目的 5 把实现河流的航运功能放在突出而重要的位置 6 在河流开发中 强调和重视社会效益 7 政府赋予 TVA 的职能在其成立后不断变化和调整 这种变化是其一个个目标实现后的必然 其内部 机制也随其职能的变化而变化 8 枢纽中的通航设施的管理和进一步扩能建设划归陆军工程兵团 使得整个密西西比河流域的航运设 施管理归于一体化 9 航道尺度一旦确定 长期不变 用船型来适应航道尺度 用船型标准化来扩大河流运能 10 流域内的环境治理或生态修复是流域综合治理中的重要一环 11 枢纽的运行 在枯水期要满足航运用水要求 在洪水期要满足防洪要求 这 2 个时间段 发电要服从 航运 防洪 就河流的渠化技术而言 我国较为先进 因为美国河流开发中回避了很多只有我国才有的一些极为棘手 的问题 我国有很多高水头枢纽 高水头船闸 提升高度很大的升船机都将出现在我国 解决这些工程建设中的 技术问题 必然会带来技术创新 我国在解决口门区航行水流条件上创造了很多的技术方法 颇具创新性 但田纳西河梯级开发因为水位 衔接较好和高水禁航 这些问题根本就不存在 我们存在非恒定流对航运影响问题 并开展了大量的研究 如追峰通航技术等 他们没有这个问题 2 密西西比河下游的航道建设及其初步认识 美国的内河航运 高度集中在密西西比河水系 通过运河 将密西西比河和五大湖沟通 从而形成从南 到北广布美国中部地区的干 支直达的庞大内河航道网 2 1 密西西比河下游段的航道建设 密西西比河下游的航运始于 1705 年 这是一条美国中部内陆平原物资出海的骨干航道 通过 100 多年 的整治逐步提高了通航水深 现在凯罗到巴吞鲁日的枯水航深为 3 66 m 巴吞鲁日到墨西哥湾之间的航道 最小水深为9 14 13 72 m 改善下游航道的主要措施是裁弯取直 护岸 修建丁坝 顺坝 导堤以及疏浚河道 如 1929 1942 年在 孟菲斯至巴吞鲁日之间共裁弯 16处 缩短航道里程 274 km 1928 1976 年采用柔性混凝土块沉排护岸 996 km 修丁坝 261 km 此外 每年的维护性疏浚挖泥量为 0 35 0 50 亿 t 2 2 密西西比河的河口治理 为了保证河口的航道畅通 从 1837年起开始河口的治理 先治理南水道 经过长时期多种方法治理均未 1212008年 4 月李旺生 管窥美国密西西比河流域航运发展后的浅见和启示 成功 直到 1875年采用了詹姆士的建议 采取以整治为主 整治与疏浚相结合的原则 用双导堤束水 增加 流速 再适当进行疏浚 终于成功 南水道治理成功后 再用同样方法治理西南水道 现在西南水道水深达 到13 72 m 南水道水深 9 14 m 1965 年挖成一条从新奥尔良到墨西哥湾的东南水道 全长 122 km 水深 10 97 m 口门处拦门沙航道水深 11 58 m 2 3 认识 密西西比河下游包括河口 航道工程建设以整治为主疏浚为辅 正因为坚持了以整治为主的治理原则 百年来其下游航道条件愈来愈好 为密西西比河航运的发展创造了基础条件 1 密西西比河干流航道条件的改善是一个逐步提高的过程 1986 年美国国会规定从凯罗到河口的最 小水深为 2 74 m 1944 年规定把凯罗到巴吞鲁日的航道水深提高到 3 66 m 1945年规定从巴吞鲁日到墨西 哥湾的航道水深提高到 9 14 11 89m 目前巴吞鲁日到墨西哥湾的航道维护水深为13 72 m 据了解 美国 国会已经批准将下游航道的维护水深进一步提高到 16 76 m 由于需要州政府配套资金的支持 正等待州议 会的批准 这样的进程表明 航道的维护标准是一个渐进提高的过程 不可能一蹴而就 2 目前的密西西比河下游仍属蜿蜒性平原河流 河道平面上较为弯曲 但由于实施了大量的裁弯工程 河道的弯折率大为减小 河道的纵比降也得以一定程度加大 这为形成优良的航道创造了有利条件 在我 国 裁弯取直是水利部门的权力 航道部门几乎不可能开展类似工程 即便这个工程于航道条件的改善十分 密切 也难以开展 同时 由于裁弯 上游水位降落 河床冲刷将可能危及堤防安全 下游可能产生泥沙淤积 影响泄洪等等 关系防洪大计 实施几无可能 3 密西西比河干流非渠化河段 分汊不多 特别是中低水条件下的主支汊相当的或支汊和主汊明显争 流的汊道河段不多 整治后几乎单一的主槽为其赢得良好的航道水深奠定了基础 4 裁弯取直 堵塞支汊的河型改造工程和强力护岸工程相配合 相协调 比较好地完成了治河工程 为 航道整治提供了基础条件 这是非常重要的 否则 单纯依靠治滩 密河无法获得目前良好的航道水深条件 5 软底排结合散抛石进行护岸 一定程度上保持了河流岸滩的生态功能 同时便于维护 加固 这仍然 值得我们借鉴 6 治滩工程中大量实施的仍然是散抛石 根据观察 坝体完整性很好 毁损现象不是很严重 这是否是 陆军工程兵团的日常维护的结果不得而知 但可以推断 这同经常性维护应该密切相关 因为陆军工程兵团 的航道维护资金的来源渠道是畅通的 我国的航道整治工程坝体结构应该说有所进步 这就是采用软体排 做坝芯 合金钢丝笼装块石护面 坝体整体稳定性 岁修成本降低 7 日常维护性航道疏浚仍作为航道维护的基本手段 8 大力发展水上过驳业务 这样可以大幅节约宝贵的深水岸线资源 充分发挥水运的优势 9 资料分析 数学模型和物理模型仍然是解决航道整治技术问题的基本手段 10 水运的优势也要靠宣传 美国交通部为此专门制作了有关水运优势的宣传片 呼吁社会关注水运的 发展 吁求企业尽可能使用水运 11 密河流域船型的标准化程度很高 在不同的河段 当航深不同时采用不同吃水的驳船进行编队 当 航深相同航宽不同时 采用相同吃水的驳船 不同编队方式 航道的运能得到很好发挥 3 几点思考 美国密西西比河流域经过一百多年来不断的治理 一定程度上成为世界治河史上的成功典范 上游和支 流实施以梯级渠化为龙头的航运 防洪 发电 灌溉 水景观 生态等多目标一体化综合开发 下游干流以河型 改造为基本手段结合航道整治和疏浚实现河流的防洪 航运等基本功能 河口在满足泄洪和航道水深要求的 基础上以工程措施稳定若干入海通道 规避入海通道的迁徙变化和过多通道的分流夺水 通过开辟运河沟通 了与五大湖航运联系 由此 形成了干支相连 直达的广布水运网 加上船型的标准化 是为美国的内河航运 的发展的基石 如此 水运的优势得以充分彰显 密西西比河航运建设与管理难以复制 然其经验可鉴 1 深度思考内河水运属性中的弊端 采取措施扬长避短 继续加大和规范对水运优势的宣传 改变目前 的似乎只是由于土地资源 能源 环境资源瓶颈制约而需要发展水运的被动发展水运宣传基调 真正挖掘出 122水 道 港 口第 29卷第 2期 水运的比较优势 在大交通特别是区域综合交通体系的格局下考量港口的集 疏 运通道以及物流体系建设 2 在加大中央对水运投入的同时 继续采取措施吸引地方政府对水运的增量投入和集 疏 运通道交通 建设 强化纵向资源所形成的合力 同时 更为重要的是挖掘横向资源并形成合力 因为我国多头治水的管理 体制在短期内难以改变 因此 与水利部门 水电部门形成合力这是当前最急切需要的 而且应该存在可能 3 我国的很多枢纽承担着一定的防洪任务 对于这个任务 建管枢纽的所属企业是从来不敢马虎的 防 洪任务一般完成得比较好 但枢纽所承担的航运任务却往往被忽视 如日调节问题 基荷流量问题和枯水期 为航运补水问题 这些需要交通部门继续加大工作力度 寻求解决这些棘手问题的政策措施 这个问题不解 决 很多河流航运必然依旧举步维艰 4 寻求具有稳定来源的资金渠道的基础上 将所有通航河流上的过船设施收归航运部门 枢纽过船设 施的扩能改造 扩建以及日常管护由航运部门统一管理 5 加大对河流航运规划特别是航道的发展尺度的研究 制定中长期航道建设的规划目标 通过不断的 工程建设 逐步提高分段的航道尺度 整合航运企业 积极推进船舶标准化 并适当实施国家奖励政策 用市 场手段而不是行政手段最终实现船舶的标准化 6 结合不断演进的三峡蓄水拦沙影响 和水利部门共同呼吁国家加大对长江水利的投入 加固堤防 守 护高滩 并对长江中下游的河型进行适度改造 以创造有利于航道整治的河道条件 为长江中下游赢得更大 的水深打下良好的基础 7 在长江中下游的航道整治工程结构设计中 要继续坚持重型整治建筑物 这对于建筑物稳定和安全 是十分重要的 8 为发展景观或旅游水运 在密西西比河的一些支流上建设枢纽 营造良好的水环境 发电和货物运输 则退居次要 这对于我国已有的大量封闭式库区结合自然和人文景观 生态 旅游 方便出行和短途货运等目 标的航运建设很有启示 就治河技术而言 我们大概并不比美国差 特别是渠化工程 平原冲积性河流的治理技术 我们甚至更为 先进 我们的 先进 一定程度上是被动力推进的 某种意义上说来 工程的投资决定技术 当投资充分时 治河的技术要求就明显降低 即达到治河目标的技术贡献率就可适当弱化 反之 治河的技术要求就高 另外 密西西比河下游航段的水深将由目前的 13 72 m 进一步提高到 16 76 m 工程的实现方式和工程 的推进措施很值得我们关注 跟踪 致谢 本文在编写过程中 参阅了周端庄 赵纯厚等有关密西西比河的航运建设的相关网络版文档 撷取 了相关数据和资料 同时 还要特别感谢参与考察 交流和学习的郑清秀 张雅萍 周仕武 罗军 罗丹阳 何传 金 余学峰 王克林 王忠 孙路 韦绍文 李俊 柯长洁 邵争胜 陈永彤 董建明 曾晓俊 邓延洁 张珊同志 他 们对本文亦有贡献 A superficial opinion and revelation from na