作者：张华庆、马殿光、邢岩、乔冰、刘怀汉、莫鉴辉
内河航运作为河流水资源综合利用的重要手段，以其“占地少、耗能低、污染小、成本低、运量大”的比较优势，在现代综合交通运输体系中具有不可替代的重要地位。
长江是我国内河航运最发达的水系，干支流通航里程超过7万公里，货运量占全国内河货运量的60%左右，年长江干线年货物通过量达26.9亿吨，稳居世界内河首位。
长江——*金水道
长江航道作为沟通我国东、中、西部地区的运输大动脉，是构建长江经济带综合立体交通走廊的主骨架，长江*金水道的航运功能具有独特优势和巨大发展潜力，在长江流域乃至全国经济社会发展中的地位极其重要。长江航运对全国航运发展具有引领作用。《长江经济带发展规划纲要》把“提升长江*金水道功能”放在综合交通体系最突出的位置，要求全面推进干线航道系统化治理。围绕破解下游“卡脖子”、中游“梗阻”、上游“瓶颈”问题，实施重大航道整治浚深工程，进一步提升干线航道通航能力。
长江——*金水道
但长江流域生态环境形势依然严峻，长江*金水道建设面临着严格的外部环境约束。主要表现在:
(1)水环境超载现象凸显。长江流域污水排放总体呈上升趋势，河湖水体水质呈现总体好转局部恶化态势，湖库水体富营养化程度加剧，水质安全面临严峻挑战。长江流域规模以上排污口多个，年污水排放总量达亿吨，相当于一条*河的水量。年劣于III类水河长占长江流域总河长的16%。85%的湖泊和33%的水库呈中、轻度富营养状态。长江中下游77%的化学工业园区集中分布在长江干流沿线，流域内30%的环境风险企业位于饮用水水源地周边5公里范围内。
一处排污口正在向长江里排放污水
(2)生态空间管控不到位。近年来，长江流域水土流失面积初步实现了由增到减的历史性转变，水生生境和生物多样性保护工作取得一定成效，但长期不合理开发利用造成的生态损害挤压了生存发展空间。近20年来，长江经济带城镇面积增加39%，农田面积减少约9%，其中中下游城市减少的耕地中73%转化为建设用地。长江岸线过度开发、粗放利用，长江下游岸线利用率达28%，平均每公里不到就有1个港口码头。导致沿岸生态缓冲带面积减少，生态系统破碎化趋势加重。
长江经济带
(3)生态受损现象比较普遍。水电和航运开发等人类活动在发挥着巨大社会、经济效益的同时，也在生态方面深刻改变着长江。长江流域天然捕捞量从年峰值的42.7万吨下降到现在不足10万吨，珍稀特有物种全面衰退，白鳍豚功能性灭绝，江豚面临极危态势(年调查结果为头)，中华鲟、达氏鲟(长江鲟)、胭脂鱼、“四大家鱼”等鱼卵和鱼苗大幅减少;高强度的水电梯级开发导致河流减水、脱水，条河流出现断流，总长约余公里;水库产生滞温、滞冷效应，并造成生境阻隔，长江中游两岸原有超过10平方千米的通江湖泊余个，目前仅剩洞庭湖、鄱阳湖等少数湖泊与长江直接相通。
白鳍豚功能性灭绝
长江干线航道自云南水富至长江入海口，全长公里，穿越饮用水水源地、自然保护区、风景名胜区、水产种质资源保护区，以及重要湿地等生态敏感区，随着航道尺度不断提高和船舶密度加大，使得河道中水生生物的活动空间不断缩减，船舶航行产生的水下噪音也会对长江江豚等造成沟通障碍;且由于港口码头环境基础设施不足，部分船舶含油污水、化学品洗舱水以及生活污水垃圾未能有效处理。
江豚面临极危态势
为贯彻落实《中共中央国务院关于加快推进生态文明建设的意见》《长江经济带发展规划纲要》，推进长江经济带绿色航运发展，交通运输部年发布《关于推进长江经济带绿色航运发展的指导意见》要求在年，初步建成以绿色航道、绿色港口、绿色航运和绿色运输组织方式为重点的长江经济带绿色航运体系。
其中，航道是水运的基础。为保持和改善航道的通航条件所实施的航道工程直接作用于河流，其对河流生态环境会产生不同程度和范围的影响，特别是阻隔河流上下游连续性的梯级渠化工程(渠化工程生态影响与水利枢纽类似)，和包括疏浚、炸礁、裁弯、切嘴、筑坝、导流、护岸、护滩等改造河流天然形态的整治工程。
航道疏浚
丁坝工程改变局部水文情势，使坝前近岸侧水流减缓，若漂流性鱼卵漂浮至此易下沉，影响鱼类孵化;坝田区形成连续淤积浅滩，压缩了水生生物的栖息空间;顺坝工程缩窄河床，增大航槽流速，改变河流边滩与主槽的水文淹没节律，降低边滩水流活性，破坏边滩栖息空间;锁坝工程堵塞汊道、串沟，阻隔汊道、串沟与主槽的水流连通，造成汊道淤积，水生生物自然栖息空间丧失。
顺坝示意图
护岸、护坡、护滩和护底等守护工程改变自然岸坡结构，使天然多样的河流形态和流态趋于均一化，硬质材料覆盖产沉性卵鱼类的产卵基质，破坏底栖生物生存场地，降低水土介质的透水性，并对水生植物生长造成影响，间接影响产粘性卵鱼类的繁殖发育和觅食，导致鱼类资源量的减少，进而影响局部生态系统的平衡。疏浚和炸礁工程使水深增加、流速变缓，将河床上原有底栖生物直接清除，破坏了鱼类和底栖生物的生存场地;底泥吹填覆盖原有河岸带生态空间，并容易造成重金属等有害物质泄漏和流失;炸礁产生的瞬时高压波动伤害水生生物，影响鱼类繁殖。
炸礁工程
以上整治工程施工均会造成水体悬浮物浓度增加，使沉积污染物短时间内大量释放，水体浊度增高，溶解氧含量降低，甚至是水质的短时期变差，进而危害浮游生物和鱼类生存。
为此，本文针对航道工程生态环境保护，阐述生态航道的概念和内涵，分析国内外生态航道建设的技术现状与发展趋势，并结合当前长江经济带绿色航运体系建设的现状提出对策措施，以期为我国生态航道建设提供思路和方法。
目前关于生态航道定义和内涵方面的探讨，有以下几种说法:
许鹏山认为生态航道的理念从根本上描述就是将自然生态与航道建设协调统一，寻求两者之间的客观联系，以维持可持续发展的轨道。它包含两个含义:1.生态航道的建设要有明确的生态服务目标与功能，使航道建设能满足重点敏感目标的水文过程的要求;2.具备经济性，做到社会经济与生态保护的双赢。
陈一瑶认为生态航道建设是将传统航道的通航功能与自然河流生态系统和谐地统一起来，注重发挥河流生态系统的整体功能，使其在发挥基本功能的基础上还具有良好的整体景观效果、合理的生态系统结构和稳定的自我恢复能力。生态航道建设理念将人类社会文明与自然环境相结合，最终实现两者共赢的可持续绿色发展。
向长江放流中华鲟
熊学斌认为生态航道是流域生态系统分享其公平承载能力份额的可持续子系统，是在保证畅通安全的基础上，基于生态学原理建立的自然和谐、智能高效和绿色低碳的复合系统，是具有生物多样性、文化多样性、景观多样性和功能合理性的现代化航道。
刘均卫认为生态航道是在传统航道整治中加入生态学原理，根据河道现状与功能进行生态设计，在满足通航、防洪、排涝等需求的同时，兼顾生态系统健康需求，实现河道生态系统不断趋向更高水平的平衡。其并不一定是在建设工程中种了多少植物，而是从航道建设全过程的角度衡量，明确生态服务目标与功能，通过航道建设材料、工艺、技术及过程控制的改进，构建起完善的航道建设体系、生态评价体系、生态修复体系，最终实现具有“航道畅通高效、自然景观丰富、人文景观浓郁”特色的航道体系。
积极推进生态航道建设
闵凤阳认为“生态航道”不是指某一种、某一类航道，而是指一种航道建设、管理、养护的思想和理念，是航道建设的方向和目标。生态航道强调以可持续发展和生态学的理论指导航道建设，解决航道建设中的环境问题，强调航道生态化的实现。倪晋仁认为生态航道是满足河流航运功能，兼顾与河流其他功能协调，在不同阶段自我调整，实现河流生态系统自然良性循环的航道。
以上生态航道的定义对生态航道的特征，建设内容和所要达到的要求进行了描述，指出生态航道是将生态学原理应用于航道建设之中，使航道通航和河流生态环境具有良好的协同性，建、养、用不同时期生态系统结构完整，功能健全，对于自然与人类活动胁迫有着较强的承载力与自恢复力。
锡澄运河生态航道效果图
航运作为河流水资源综合利用的重要组成部分，国外在提高河流通航能力的同时，也注意改善河流的自然生态状况，进行航运改善、河流防洪和生态修复一体化治理。例如美国密西西比河的开发、管理和整治由密西西比河委员会集中负责，而具体实施则由陆*工程兵团负责。因此，国外生态航道建设始终伴随着河流生态恢复的过程而开展。
美国密西西比河部分风光
随着二战后西方国家工业急剧发展和城市规模不断扩大，工业和生活污水的大量排放造成河流严重污染，20世纪50年代起，西方国家开始以水污染控制为重点的河流水质恢复。至80年代初期，河流污染问题得以缓解，河流保护从水质改善过度到小型和山区河流的生态恢复，例如德国、瑞士等国家开展的“近自然河流治理”，日本开展的“近自然工事”和美国开展的“自然河道设计技术”等。80年代末期，转向以单一物种恢复为标志的大型河流恢复，例如欧洲莱茵河“鲑鱼-计划”和美国“密苏里河再自然化工程”等。90年代以来，发展为以流域尺度的河流生态整体性恢复，例如“欧盟水框架指令”，将欧盟水域的保护与管理以法律文件的形式进行规范，明确提出水域保护规划以流域为单位的原则。
莱茵河口艾默里奇
年治理后的莱茵河巴塞尔河面
河流一体化治理理念是兼顾多目标(行洪、通航、生态、景观等)所进行的综合性治理，首先注意结合河势和岸线的特点，因地制宜地从布局上制定工程方案，其本质就是从规划阶段对河流行洪空间、生物栖息空间和航行空间进行合理配置。下图是莱茵河上游德法两国交界德国卡尔斯鲁厄市一侧的一段航道。
莱茵河德国卡尔斯鲁厄河段航道工程布局
左侧为通航主槽，通过在右侧河流凸岸10条整治丁坝群坝身上设置缺口，并沿缺口连线走向开挖，以制造过流通道，将挖出卵石堆置于坝田靠主河道一侧，通过将坝田区破碎生境相连接，形成近岸幼鱼洄游通道，扩大坝田区鱼类栖息生境。并在河流堤岸人为开辟过流通道，保持主河道活水与右岸湿地静水相连通，既能增强湿地水流活性，又有助于扩大鱼类栖息场地，创造多样化的栖息生境。工程完工近5年来，t级单船和t级顶推船队通过同时，右侧坝田区天鹅、野鸭成群，航道改善与栖息地保护相得益彰。
通过航道整治建筑物自身特点，改善局部流态，营造水域栖息空间，实现航道工程生态保护的目的。下面以美国密西西比河上一种类似我国鱼嘴的整治建筑物bluntnosedchevron(钝头V字坝)为例对其进行说明，见下图。
美国密西西比河bluntnosedChevron(钝头V字坝)整治建筑物
不同于鱼嘴仅布置在江心洲洲头位置，其单个或多个连续布置在航槽一侧，既能调整分流比，改善通航，又能在河道中为水生生物营造局部栖息空间。该整治建筑物具有以下特性:(1)坝后形成半封闭的静水区域，构造出急流-缓流交替的多样化流场，为生物栖息提供庇护场地;(2)洪水季水流漫过坝体，在坝体下游形成局部冲坑，水深相对较深，可以为鱼类提供越冬场地;(3)坝后淤积水下浅滩，水深较浅(不大于1.5m)，水流相对较缓，光照充足，水温适宜，利于水生植物生长。
在美国密西西比河繁殖的鲢和鳙
航道岸坡受水流和船行波的淘刷，硬质护岸与河流自然化生态理念相悖而采用合金钢丝石笼网箱(垫)，椰丝卷护岸、生态鱼巢护岸、板桩复合护岸等具有生态功能的护岸结构或措施。应用于德国斯普雷河上的板桩复合护岸属于一种主动防护型的护岸措施，通过平行河岸布置不连续的钢板桩，以屏蔽水流和船行波对岸坡的淘刷，从而保留天然岸坡形态，营造近岸相对封闭的生境空间，见下图。
德国Spree河板桩复合护岸
航道疏浚土处置因堆场选址困难，同样是国外航道工程界所面临的一项难题，疏浚土吹填造岛(滩)是一种值得借鉴的资源化利用方式。河流洲滩因洪水所携带的大量有机质富集，能够保持相对稳定的浅水环境，且与外界隔绝，是鱼类和鸟类理想的栖息场地。采用疏浚物人工吹填造岛(滩)，既避免了侵占自然岸线，又解决了疏浚土处置场地的问题。美国陆*工程兵团在Missouri河通过疏浚土吹填造岛为燕鸥(interiorleasttern)和笛鸻(pipingplover)两种珍稀鸟类提供栖息场地，通过持续的追踪监测，工程实施后两年已监测到大量的筑巢，见下图。
美国Missouri河疏浚土吹填造岛(滩)
总之，国外河流一体化治理理念下的航道工程，从河岸、边滩到主河槽不同位置，以水流连通性恢复，河流空间均衡和生境多样性为主，通过工程布局和工程结构改进进行河流整体修复，注意对河流水文、水环境和生物的动态监测，强化工程效果的评估，颁布工程设计手册，并从流域立法和管理体制上加以保障。
我国生态航道的概念同样是伴随着河流管理从水污染治理到河流生态修复实践中逐步形成和提出的，是水运交通行业化解航道工程生态问题的重要手段。年，蔡庆华等认为我国有关河流水质状况的研究主要借助于化学手段，用河流生物进行监测的报道不多，指出河流生态系统健康理论及评价体系应成为河流管理的主要依据。年，董哲仁等认为水利工程在满足人类社会需求的同时，应兼顾淡水生态系统健康与可持续性需求，首次提出“生态水工学”概念。王薇等认为我国河流生态修复的研究与实践多偏重于污染水体的修复，注重水质的改善，而不强调河流生态系统结构、功能的修复。
三峡大坝
国内关于内河生态航道基础理论的研究主要围绕生态航道基本定义、科学内涵、发展趋势、建设目标和关键技术等几个方面进行，相关的基础理论研究，还不够成熟和全面，有关工作并未全面开展。
三峡水库自年首次实施生态调度试验以来，已连续8年开展了12次生态调度试验，“四大家鱼”对人工调度形成的洪峰过程有积极的响应，与年相比，年长江中游“四大家鱼”产卵总量增加31倍。三峡水库生态调度对“四大家鱼”自然繁殖具有良好的促进作用，生态调度效果显著，调度经验值得推广借鉴。湘江作为“四大家鱼的摇篮”，每年繁殖季节亲鱼溯游而上公里至常宁的“大鱼湾”产卵，其后顺水漂流至洞庭湖。
四大家鱼
但湘江干流已建的9级航电枢纽，只有土谷塘和湘江枢纽建有鱼道，鱼类洄游通道受阻。鱼道只解决了洄游性鱼类“上得去”的问题，亲鱼溯游至“大鱼湾”产卵，受精鱼卵还要“下得来”。各级大坝要统一协调下泄流量，提供适宜的流速条件，避免鱼卵沉底死亡，为漂浮性鱼卵创造自然繁殖的人工生境。湘江干流修建鱼道，开展枢纽生态调度是探索枢纽渠化工程生态保护的先例。
鱼道
钢丝石笼网箱(垫)、联锁式植草砖和四面六边透水框架已成为成熟的生态结构制品，在长江航道航道整治工程中有比较广泛的应用。(1)钢丝石笼网箱(垫)可以根据需要制成不同尺寸(长×宽×高)规格的制品，适用于航道工程护岸挡墙、护坡、护底和丁坝等工程。由机器编织的双绞合金六边钢丝网格制成网笼，内部填充碎石、鹅卵石、贝壳等材料形成工程模块，整体性好，且能够适应基础不均匀沉降，具有透水性和较强的耐水流冲刷能力，材料间的缝隙能够为水生动植物栖息提供空间，还能消解船行波浪的冲击。可以就地取材装填，施工方便，施工工艺包括材料运输、钢丝网组装加固、清基、钢丝网安装与填充、闭合等工序。
钢丝石笼网箱(垫)
(2)联锁式植草砖是一种可人工安装，新型联锁式预制混凝土块铺面系统。该结构具有较强的适应性，块体之间联锁紧密，整体性好，抗冲刷能力强，空隙率较大，适应性好，透水性好，能够实现生态护坡等优点。
联锁式植草砖
(3)四面六边透水框架(群)是一种减速促淤的护滩结构，框架体杆件能够阻水消能，降低水流对滩体的冲刷，当流速小于水体中泥沙沉降速度时，泥沙沉淀落淤，利于滩面发育，框架体之间的空间既能够透水，也能为浮游、底栖生物，甚至鱼类提供栖息场所。框架结构在水流冲击下即便发生倾覆、翻滚，也不影响其功能的发挥。目前框架多采用钢筋砼结构整体预制而成，可以水上抛投，也可以滩面铺设。施工工艺包括模具预制、分区抛投或滩面铺设。
四面六边透水框架
针对航道整治建筑物局部水沙特性，研发了具有透水透沙、促进淤积的航道整治建筑物新结构，包括可控式促淤网箱、仿生水草垫、勾连式透水框架等新型生态结构。(1)可控式促淤网箱是一种可通过调整网箱尺寸和摆放间距灵活控制淤积幅度的新型促淤结构，在藕池口水道的倒口窑心滩进行了试验性应用。(2)仿生水草垫是采用长1.0m，宽0.12m的人工合成制品模拟水草形态，在洲滩小流速区内实现促淤的新型结构。适应变形能力强，促进滩面淤积，还能丰富滩面上水生环境，在新河口边滩守护工程中进行了试验性应用。(3)扭双工字型透水框架为代表，以及由此衍生出的其它勾连式透水框架，能够相互勾连，提高框架群整体稳定性，形成类似植物根系的骨架型结构，起到固滩作用，透水促淤，适用于卵石、沙质河床陆上护滩或水下护底工程。其在南京以下通洲沙护滩和潜堤工程中均有试验性应用。
鱼巢砖
水下人工鱼礁
为减轻航道整治工程对岸滩植被生长、鱼类栖息生境的影响，研发具有生态恢复与生境再造功能的生态结构。如加筋三维土工网垫、软体排生态压载体、草绳织网护滩、鱼巢砖、生态浮岛、水下人工鱼礁、生态排基布、十字块格栅排、混凝土格栅护坡、异型填石网箱、新型砂肋排、异型联锁块软体排、大型充砂管袋护滩堤等。在刚刚竣工验收的长江中游荆江河段航道整治工程和南京以下12.5米深水航道工程中都有广泛的应用。
在长江下游江心洲—乌江河段航道整治二期工程中选择外界环境相对宁静、通航需求较小的支汊试点建设较大范围的生态涵养区，作为补偿航运工程开发对水域生态影响的措施，包括涵养区增殖放流和局部生境改良等。
南京以下12.5米深水航道工程
除此之外，在航道整治工程施工期进行生态化施工组织管理，如避开鱼类繁殖期施工，采取增殖放流补偿工程影响和环保驱鱼施工等方面。
同时，为进一步规范内河航道生态建设技术，确保生态建设工作的效果，对内河航道生态建设中的通用技术事项做出规定，使之成为具有一定指导性的规范文件，为内河航道生态建设提供可靠的科学依据。交通运输部规划研究院组织编写《绿色航道评价标准》，长江航道局组织编写《长江航道工程生态设计指南》和《长江航道整治工程绿色施工指南》，天津水运工程科学研究院组织编写《内河航道绿色生态建设技术导则》和《绿色航道工程设计规范》。
积极推进生态航道建设
总之，国内生态航道建设经历了从生态结构开发和施工组织生态化逐步过渡至对水域生境空间营造的过程，并随着对生态航道理解的加深，重视整体工程布局对河流空间的保护和利用，同时注意在工程前后开展生态调查和监测，以便进行工程生态效果评估，并强化技术标准和管理监督方面的措施保障。
通过对以上国内外生态航道建设技术现状和发展趋势的总结分析，建议从以下3方面持续开展生态航道建设:
(1)推进生态航道示范工程建设。随着对生态航道认识的加深和建设内容与技术的积累，总结荆江航道生态环保示范工程经验，依托长江干线“工程”航道建设，打造生态航道示范工程，把长江航道建设成为一条绿色生态廊道。
(2)开展航道工程生态保护理论与技术研究。尽管多家单位已经开展了不少有关生态航道理论与技术方面的探索，取得了积极的成果，但对生态航道的理解还不够成熟和全面，下一步需要重点开展整治工程布局、航道工程生态影响监测、工程效果评价和疏浚土资源化利用方面的理论与技术研究。
绿色航道
(3)加强国内外技术交流与合作。结合生态环境部、国家发展改革委、水利部联合印发的《长江经济带生态环境保护规划》，多部门、跨行业联合开展长江经济带绿色航运发展规划研究，积极参与国家长江保护修复联合研究中心的工作。主动与国际航运协会建立工作联系，开展生态航道前沿技术的交流与合作。
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