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耕耘科技沃土 呵护绿水青山——党的十九大以来部天科院推动绿色交通发展综述
来源:马士茹 谌业良 日期:2019-06-20

编者按

党的十九大作出了建设创新型国家、交通强国的重大决策部署,并把生态文明建设提升到了前所未有的新高度。习近平总书记在考察天津港时指出,要志在万里,努力打造世界一流的智慧港口、绿色港口。绿色发展成为高质量发展的必然要求,港口与航道的绿色智慧发展已成为全球广泛共识。

然而,我国港口与航道快速发展的同时,也面临着一些生态环境问题。“交通运输结构有待优化,污染防治有待加强,岸线资源集约化利用有待提升,生态保护屏障建设迫在眉睫。”交通运输部天津水运工程科学研究院(简称部天科院)院长张华勤表示。

近年来,部天科院以高质量发展为主题,以绿色智慧发展为主攻方向,持续推动“传统专业+绿色”转型升级和结构调整,在港口与船舶大气污染防治、生态港口建设、内河绿色航道建设、高原公路生态环境保护、污染土治理与修复、人工沙滩建设、国际合作等方面持续发力,为行业绿色发展提供多元化、全链条、全过程的技术咨询与服务,取得了丰硕的技术创新成果和显著的社会效益。

港口航道 空气更清新

在秦皇岛港煤炭码头堆场,一道道气势宏伟的防尘(风)网矗立在蓝天、碧海和码头堆场之间,构成了护卫秦皇岛港环境的“钢铁长城”。

粉尘污染防治是我国港口区域当前面临的重要环保课题之一。

多年来,部天科院致力于大气粉尘污染防治、港口粉尘污染设施、粉尘污染智能化监测及控制技术等相关研究,对提升行业污染防治水平、推动建立绿色港口、打好大气污染防治攻坚战等作出重要贡献。部天科院开创性通过风洞试验和数值模拟等技术手段,为堆场防尘(风)网工程安全设计提供了技术保障,目前已参与了我国90%以上的沿海大型散货港口的防尘(风)网工程研究或设计工作。

一直以来,河北黄骅港是我国北方重要的煤炭下水港,近年来煤炭吞吐量稳步增长的同时,粉尘污染问题也逐渐凸显。随着堆取料机、装卸船机等各种大型机械的应用和装卸工艺的改进、新型环保设施的增加,以前在此建立起的粉尘排放估算模型已无法适应今日港口发展现状,重建一套新的模型迫在眉睫。

2018年4月,部天科院紧跟国家环保政策大方向,组织业务骨干和核心技术人员成立干散货港口粉尘排放总量测算模式研究科研团队深入黄骅港,以现场监测为基础,分析黄骅港煤炭散货粉尘在静态堆存及动态作业条件下的污染特征及港区各环保措施综合抑尘效率。

“我们利用风洞试验、粉尘源解析、数模软件等技术手段,为港口粉尘排放总量测算及排污许可工作提供理论基础和技术支持。”部天科院环境科技发展(天津)有限公司(简称环科公司)总经理周斌介绍,研究团队先后出动监测人员270人次,完成了近30种煤炭粒径分布分析,共获得TSP、PM10和PM2.5粉尘样品2200余个,为下一步港口排污许可管理工作、港口环保事业打下坚实基础。

除了港口粉尘污染治理,船舶大气污染治理也成为绿色水运发展的一个关键。

早在2016年年初,部天科院开展了船舶尾气监测研究,经过不断探索试验,已成功研制出船舶尾气遥测仪,并通过长时间连续监测掌握了该方法的适用条件,提出了适应不同航道与环境条件的桥、岸、船、机4种解决方案,取得了一系列发明专利。

目前,该院与江苏恒澄交科信息科技股份有限公司建立了产业化合作关系,通过专利授权的成果转化方式,联合研制出了基于嗅探法原理的船舶尾气遥测仪,开发了船舶尾气遥测大数据分析平台。

“现在,利用船舶尾气遥测平台,海事执法人员可实时追踪船舶生成的二氧化碳和二氧化硫数据,当二氧化硫曲线波峰异常高值时,意味着‘捕捉’到了一条不满足排放船舶污染物控制区标准的‘嫌疑船只’。”部天科院环境保护技术研究中心(简称环科中心)主任彭士涛向记者介绍,作为部天科院船舶尾气遥测的全国首个应用试点,江苏苏通长江大桥目前已成功监测到高硫油船舶近400艘次。

今年,部天科院船舶尾气遥测又建立了上海港洋山港区、黄浦江口、东莞坭洲航标等多处试点。基于之前的成功经验,部天科院先后为江苏省、上海市、广东省、重庆市编制了有关建设船舶大气污染物排放遥测站点的规划或项目建议书,逐步在船舶排放控制区内推广应用。


水清岸绿沙滩美

2016年1月5日,习近平总书记在推动长江经济带发展座谈会上指出,推动长江经济带发展必须从中华民族长远利益考虑,走生态优先、绿色发展之路。要把修复长江生态环境摆在压倒性位置,共抓大保护,不搞大开发。

近年来,我国沿海各省市纷纷加大临港产业布局力度,利用港口优势发展了一批各具特色的临港产业聚集区,但高强度的资源开发打破了原有海岸带的生态平衡,港口生态环境问题日益凸显。

“生态港口建设目前包含5个方面内容。”张华勤介绍,一是港口生态环境整治与功能优化提升;二是生态港口规划与布置,在港口规划层面就将生态理念融入;三是亲水性、娱乐性港口景观设计,例如人工沙滩、港口公园等;四是生态水工建筑物的研发与建设,例如生态海岸、生态护岸等;五是生态修复,通过增殖放流和投放人工鱼礁恢复底栖和鱼类等生物。

在港口生态环境整治与功能优化提升方面,部天科院围绕生态港口建设、长江经济带生态优先等目标,以科技创新为动力,开展了大量前瞻性、基础性、公益性研究。

近两年,部天科院海岸与海洋资源利用研究中心与天津、河北两地多级政府及行业主管部门联合攻关,陆续展开了《唐山市曹妃甸区海洋生态建设规划》《天津市海岸带开发保护规划》等海洋领域发展的顶层设计和智力支持,以生态文明理念破解发展与保护间的难题,为各大港口聚集区谋划可持续发展的道路。

万古奔腾的长江,孕育着源远流长的中华文明。如何让中华民族母亲河永葆生机活力?部天科院人贡献着一份力量。2018年,部天科院环科中心承担了长江重庆长寿段港口码头功能提升及临港产业规划,重点开展了生态港口综合整治、老旧码头功能整合优化改造提升、临港产业转型升级与先进物流产业发展等规划工作,为深入推动长江经济带发展做好顶层设计与智库支持。

生态港口建设除了着眼港口环境的可持续发展,还在人与自然和谐共处,整合开发港口旅游资源、娱乐功能等方面有着诸多拓展。

人工沙滩作为海岸整治修复中的重要内容,其技术开发意义重大,具有极强的实际需求。然而,由于我国海岸泥沙环境极为复杂,分布着大量淤泥质、粉沙质和沙泥混合质海岸,滩沙的侵蚀和泥化风险并存。如何实现“保沙防泥”?这对人工沙滩建设技术提出巨大挑战。

“我们到了现场后,就看到一条沙、一条泥的带状景象。”部天科院海岸河口工程研究中心研究员解鸣晓介绍,江苏连云港赣榆沙滩是典型的淤泥质海岸沙滩,研究难度大,为了更好地调查清楚这种特殊现象背后的原理,调研团队除了现场勘查,还特意跑到上海请教了华东师范大学的退休老教授,对比了1996年的现场照片。

功夫不负有心人。依托10余项国家级、省部级基础科学研究项目,结合10余个实际工程需求,部天科院相关团队攻克了多重、复杂泥沙环境下人工沙滩工程的基础理论,发展了国际领先的数值、物理模拟技术,研发了沙滩防侵蚀、防泥化等一系列整治养护措施与装置,最终形成了工程建设的理论与成套关键技术。

在青海省海南藏族自治州贵德县尕让乡松巴村,时下不少慕名而来的游客都选择乘船而入。黄河在村落旁边日夜奔流,永无止歇,为村子带来了天然的水路优势。河道悠悠碧水旁,是洁白细碎卵石铺成的护岸,绿色的柳枝夹杂其中,一派水清、岸绿、鱼游、鸟飞自然和谐景象。

2018年,部天科院在黄河青海尼那至李家峡段生态航道建设中遵循“还河流以空间”的生态建设理念,从河岸、河中两方面入手,在稳定河岸的同时,兼顾河流的横向连通;开辟航线的同时,在河道中留出水生生物栖息的空间。

“由于项目位于黄河上游,生态系统相对较为脆弱,在航道资源开发利用时,我们打造了基于植被型生态混凝土、土壤生物工程护岸及钢丝网石笼垫等技术的生态航道,做到航运开发与河道生态治理相协调。”部天科院副院长兼总工程师张华庆介绍。

与此同时,从2007年开始,部天科院就已对长江航道开展了格宾石笼、三维土工网垫和绿化混凝土结构的工程适用性研究,提出了兼具“通航—生态”功能的整治坝体和生态护岸、护滩结构新结构,并获得专利授权。在治理广西右江那吉库区生态航道时,提出了航道土质岸坡生态治理理论,建立生态护岸断面防护分区理论,该研究成果获得中国航海学会科技一等奖。

目前,相关研究成果已得到国际航运协会内河专委会生态护岸工作组专家的肯定和认可。针对已建成的杭甬运河宁波段航道,部天科院聚焦航道后期运营、维护和管理,进行了生态航道标准研究;主持编写《内河航道生态建设技术指南》;内河港航工程研究中心研究员马殿光,作为国际航运协会内河专委会工作组成员,参与《内河生态航道评估》国际标准制定和生态航道设计方法总结。

港口含油污水、化学品洗舱水、生活污水与含尘污水“港口四水”近年来备受关注。国家对港口含油污水治理给予高度重视和政策支撑,沿海规模以上港口已建成污水处理设施超500套。部天科院在2008年就承担了天津港南疆污水处理中心油污水处理系统改造完善工程,将港口油污水处理后回用于港区抑尘用水,有效提高了港口污水的回用比例。

而对于港口散货堆场降雨条件下产生的含尘污水,部天科院通过收集处理回用工艺,用于港区绿化用水,助力实现港区内污水“零排放”。目前,部天科院已参与实施多项雨污水分流改造,实现了港口雨污水的清污分流、雨污分流、分类收集、分质处理,有效杜绝生活污水直排入江海。


踏遍高原为筑生态路

说起“世界屋脊”青藏高原,不少人都会心弛神往。在部天科院有一支团队,他们不为美景驻足,不畏缺氧险境,足迹遍布青藏高原。

部天科院环科公司青藏高原绿色公路科研团队长期专注于青藏高原的交通环保领域,主要从事高原环境保护技术、生态修复技术、野生动物保护技术等工作。目前,他们已主持编制了《西藏自治区公路建设生态环境保护技术指南(试行)》《西藏自治区绿色交通发展规划(2018—2025年)》,正承担《三江源地区道路工程对野生动物阻隔影响评价研究》《青藏高原公路施工场站大气污染物排放源强及管控技术研究》等课题。

今年4月28日,青藏高原交通建设生态效应与生态安全保障协同创新平台项目“三江源地区公路建设经济社会与生态环境影响后评价研究”在青海省交通运输厅通过验收。

一年时间内,部天科院环科中心项目组在三江源首次量化评价了公路建设对沿线区域经济社会发展作出的贡献,并根据所获的公路建设对植被、湿地、野生动物、冻土、碳排放等方面大量一手调研数据,探索回答“三江源地区公路建设究竟对社会经济产生何种贡献,对生态环境产生多大影响”的难题。

汗水浇灌出硕果。数据分析结果显示,三江源地区公路建设产生了巨大的社会效益和经济效益。虽然三江源地区公路建设生态环境影响客观存在,但科学施策后影响基本可控,而坚持以生态保护为前提下建设三江源地区公路是具有正效益的。

“研究无止境,要靠数据说话,解决当前藏区出行难的‘卡脖子’问题!”部天科院副院长、青海省交通运输厅副厅长(挂职)张铁军说。


“生态石头”大显身手

土壤污染,对于很多人来说是个陌生的词汇。与大气污染不同,土壤污染隐蔽,且具有累积、不均匀分布和长期存在等特点,治理修复技术难度高、成本投入大、实施周期长。

近年来,部天科院紧密围绕污染土的治理及生态修复开展研究工作,形成了成套的污染土资源化利用技术体系,实现了污染土的生态化处理、资源化利用,为土地资源的绿色、可持续发展提供了有力的理论支撑和技术保障。

“我们通过自制固化剂与污染土反应,使污染土快速脱水成型,包裹吸附土中的重金属等污染成分,阻止其浸出,达到‘锁住’效果。”岩土中心博士刘晓强介绍,目前这些土体经过处理,已普遍变废为宝,广泛用于道路路基填料、航道护坡护岸等工程中。

近年来,岩土中心科研人员在长江沿岸地区调研中,发现航道工程建设面临工程石料短缺、价格上涨过快等问题。同时,部分地区疏浚过程中产生的疏浚土可能含有一定的污染成分,不能得到有效利用。是否可以利用科研的手段,将污染疏浚土固化形成航道工程中所需的石材?

通过大量的试验研究,不断的尝试、探索,部天科院终于研究出一种自制固化剂,能将污染疏浚土固化成高强度的块石——“生态石头”,其强度是一般普通土的100多倍,将有效解决航道石料短缺等问题。

看着眼前这些花花绿绿、造型各异的石块,岩土中心相关负责人介绍,下一步,部天科院将在长江沿岸等地进行“生态石头”航道建设工程示范。同时,他们将继续拓展应用领域,聚焦天津及长江地区以外的污染疏浚土治理,实现更多层次污染土处理及利用。


国际“朋友圈”越来越大

仲夏的天津港自动化码头,炙热的阳光烘烤着大地。部天科院节能测试工程团队队员身着高压防护用品,登上了40多米高的岸桥,在巨型钢缆卷筒巨大噪声和设备移动晃动的环境下,进行着自动化设备运行数据的检测与记录。这是部天科院基于港口集装箱码头自动化能源利用情况,与德国弗劳恩霍夫研究所共同进行的课题研究。

近年来,部天科院绿色发展的脚步从未停歇,依托水路绿色建设与灾害防治国际科技合作基地与各国开展了广泛的交流与合作。通过与德国联邦水文研究所合作,提出了长航航道与航运适应气候变化的关键技术;与美国休斯敦大学合作,开展了“港湾突发性溢油应急及生态修复技术合作研发”项目研究,降低溢油事故对我国港湾生态环境的影响。

时间回到2017年,部天科院牵头,联合国内科研单位、相关企业和印尼万隆理工大学、荷兰埃因霍芬理工大学,一同申请了“国际化绿色港口枢纽及多式联运关键支撑系统合作研发”合作项目。据了解,该国际合作由部天科院党委书记兼副院长易振国任项目负责人,是国家重点研发计划战略性国际科技创新合作项目,对推动“一带一路”互联互通,落实绿色发展具有重要意义。

目前,该项目基于堆取料装备挖掘阻力技术研究研发了港口散货装卸作业节能高效关键装备,并在海外开展应用验证;构建了基于能耗的港口生产优化模型和港口散货装卸作业粉尘精准控制模型,正在开发港口能耗在线监测分析系统和港口散货装卸作业精准抑尘控制系统。


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