江苏省内河航道低碳养护模式探讨

杨苗苗，陈一梅（东南大学交通学院，南京 210096）



江苏省内河航道低碳养护模式探讨

杨苗苗，陈一梅
（东南大学交通学院，南京 210096）

文章根据国际标准对低碳概念的定义，研究航道养护低碳模式的概念，分析航道养护低碳模式的内涵。从技术层面和管理层面，提出日常养护观测、航标及标志标牌的低碳养护模式，基于碳排放模型测算各种模式的碳排放量。结果表明，引入低碳模式后，日常养护观测和航标及标志标牌养护的碳排放均明显减少。通过理念创新、技术改进等，将传统的航道养护方式转变为低碳方式，有助于减少航道养护的碳排放量，有利于建设生态低碳型航道。

航道养护；低碳模式；碳排放；日常养护观测；航标养护

江苏是水运大省，“十二五”以来内河航道建设加快，高等级航道里程逐年增加，养护需求和养护工程量越来越大。从综合利用水运资源来看，航道建设并不能代替养护，还必须坚持建养并重的原则。目前江苏省采用的航道养护模式和有关工艺，属于粗放型传统养护模式，但从行业发展趋势看，未来要采用低碳养护模式，减少航道养护的碳排放，建设生态低碳型航道。

1　航道养护低碳模式的概念与内涵

航道养护的低碳模式是指，在保证航道正常功能的前提下，基于现有养护模式，应用新技术、新材料、新的作业方式等，通过改进、优化或创新航道养护理念和养护活动，实现减少能源消耗和CO2排放，而形成的新的养护模式。这里的低碳养护模式并不是创造一种全新的模式，而是调查现有模式的不足和问题，在现有模式的基础上，通过技术改进、理念创新等，衍生出低碳的方式，减少航道养护的碳排放量。

具体来讲，航道养护低碳模式的内涵主要包括：（1）减少航道养护中使用原材料的碳排放量、机械设备的碳排放量以及各种构筑物施工过程中的碳排放量；（2）在航道养护中注意节能、节材，使用环保节能的新材料、新结构、新技术、新工艺等，通过技术手段实现减少碳排放；（3）在管理方面，通过改进管理手段，同样有利于减少航道养护的碳排放量；（4）将信息化技术引入养护管理工作中，减少人力、物力的投入，实现低碳排放。

2　日常养护观测的低碳模式

2.1日常养护观测的现状模式

航道日常养护观测是指航道养护管理人员驾驶巡逻艇或巡逻车到航道现场进行考察，并使用观测设备对航道本身、航道设施、航道建筑物等进行测量。

目前江苏省内河航道管理机构开展日常养护观测工作的模式主要是根据部门制定的观测计划，通过巡逻艇、巡逻车或测量船等，利用相关的观测仪器或设备，在航道现场进行巡查、测量和记录，再将观测结果存档并上报，即人工型传统模式。考察该模式的碳排放情况，主要来源于观测船舶和观测车辆对油类燃料的消耗。如图1所示。

图1　日常养护观测现状模式的工作流程及碳排放来源

也有非人工的方式，比如在航道现场安装监控摄像头，管理人员在室内通过监控画面即可及时、准确地掌握航道及沿岸情况；通过智能的水位测量仪器，将水位测量结果直接反馈到室内控制中心。该方式能大大减少日常养护观测船舶、车辆的调用，有效减少碳排放，但并未广泛使用，处于试点阶段。

2.2日常养护观测的低碳模式构建

2.2.1基于现场观测的低碳模式

在未来一段时间内，现行的人工型传统模式还会继续存在且占据主导地位，因此，对现行模式中主要的碳排放点提出减排措施，用以约束和减少现行模式的碳排放，制定基于现场观测的低碳模式。可以从3个方面构建基于现场观测的低碳模式。

（1）观测设备一体化

现行模式的碳排放主要来源于观测船舶和观测车辆对油类燃料的消耗，那么减少观测船舶和观测车辆的调用有助于减少碳排放。观测设备一体化是指通过技术改进，在同一艘观测船舶或者同一辆观测车辆上安装多个不同用途的观测设备，即打造多功能的观测船舶和观测车辆，以最少的船、车投入执行最多的观测任务，实现最多的观测目标。观测内容包括有航道全景、测深、测距、设施定位、扫床等。

（2）雇佣社会船舶进行日常巡查

通过减少观测船舶和观测车辆调用从而降低碳排放的另一种方法是，雇佣社会船舶代替部分观测船舶执行日常巡查任务，社会船舶在运输货物的同时，通过船上安装的观测设备实现对航道的巡查。被雇佣的船舶必须具备特定的条件：①有长期固定的航线，可为某段航道提供稳定的巡查服务；②有长期固定的航行时间，可定期向航道管理部门反馈巡查信息；③有较好的硬软件设备，便于安装观测设备并正常运行。

（3）节能减排型船舶、车辆的应用

日常养护观测过程的碳排放归根结底是由为船、车提供动力的油类燃料燃烧产生，倘若能减少油类燃料消耗，或者直接以清洁能源代替油类燃料为观测船舶、车辆提供动力，将十分有利于减少碳排放的产生。相比燃烧汽油、柴油，以天然气为驱动力的观测车辆能减少CO2排放19%～25%［1］，小型车辆若以电力为驱动力则几乎可以实现零排放。船舶油改气（柴油-LNG混燃模式）后的碳排放与使用柴油相比，可以减少20%～25%，同时还有很大的成本优势，比全柴油模式燃料成本降低20%以上。

2.2.2基于信息化观测的低碳模式

随着现代科学技术的发展，未来的航道养护将逐渐走向信息化、智能化，航道日常养护观测的人工型传统模式也将逐渐退出主导地位，被信息化的模式所取代。基于信息化观测的低碳模式是指在航道日常养护观测中，利用电子、通讯、计算机、物联网、卫星定位等现代化的信息技术手段，整合航道的各种资源，实现航道观测的信息化、智能化，减少人工观测的工作量，提高观测效率。

根据日常养护观测的工作内容，航道观测信息化可以分为4个模块：（1）对通航情况的视频监控；（2）对航道实物设施的视频监控；（3）对航道尺度、河床地形等数据信息的采集；（4）其他方面的信息化观测，如电子巡航、船舶流量监测、货运量监测等。航道观测信息化是当前航道管理领域相当热门的一项技术趋势，不仅能克服传统手段的各种缺陷，提高测量精度，实现24 h动态监测，还能明显减少观测过程中的碳排放。在航道观测过程中，以现代化的信息技术手段代替传统的船舶、车辆完成观测任务，以电力消耗代替油耗，可以从根本上减少航道观测所产生的碳排放量。日常养护观测的低碳模式图如图2所示。

图2　日常养护观测的低碳模式图

2.3不同模式的碳排放计算与比较

由于江苏省各航道处的航道养护技术、装备等情况多种多样，不便于收集数据和计算，因此以下计算碳排放时以南京处为例。

根据从南京处搜集到的航道养护船艇参数，以17 m航政艇为代表船艇对日常养护观测的碳排放做粗略的估算。17 m航政艇的燃油舱容量为3 000 kg，续航距离为970 km，计算可知平均消耗柴油3.1 kg/km。引用相关文献［2］对碳排放量的计算公式“CO2排放量=∑（燃料消耗量×CO2排放因子）”，柴油的CO2排放因子常见值为19.8，可计算17 m航政艇平均产生碳排放61.38 kg/km。

2013年南京市内河通航里程合计630.06 km，包括4级航道17.17 km，6级航道156.11 km，7级航道75.68 km，等外级航道381.1 km。从南京处调研可知，南京处辖区的内河航道水深每年测量1次，6级以上航道每年扫床2次，辖区内没有航道部门负责养护的护岸。航道年度巡查4次。计算公式如下：

总碳排放=∑分项碳排放=∑（单位里程碳排放×单次里程×年度次数）。

南京处日常养护观测现状模式的碳排放计算如表1所示。

南京处日常养护观测现状模式的年度总碳排放为214 637.26 kg，约214.64 t，折合到340.66 kg/km。2013年江苏省内河通航里程为23 945.4 km，可估算整个江苏省日常养护观测现状模式的年度总碳排放为8 157 239.96 kg，约8 157.24 t。

引入上文构建的低碳模式，估算各种低碳模式的碳排放，如表2所示。基于现场观测的低碳模式包括4个部分：（1）观测设备一体化，将测水深、扫床并入航道巡查；（2）雇佣社会船舶进行日常巡查，无法计算，暂忽略不计；（3）节能减排型船舶的应用，改装后的船舶碳排放可减少20%～25%，此处取平均值22.5%；（4）观测设备一体化+节能减排型船舶的应用，在设备一体化的基础上再对船舶进行“油改气”改造。基于信息化观测的低碳模式：航道巡查、测水深、扫床可以通过视频监控、水下传感器等智能方式完成，但这里规定每年的洪季、枯季还需执行航道现场巡查，可以联合使用船舶节能减排改造措施。

表1　南京处日常养护观测现状模式碳排放表

表2　南京处日常养护观测低碳模式碳排放表

根据表2数据，采用低碳模式后，南京处日常养护观测的碳排放将明显减少，其中基于现场观测的低碳模式最多可减少碳排放44.1%，基于信息化观测的低碳模式最多可减少碳排放72.1%。根据这两个比例进一步估算整个江苏省的碳排放减少量，基于现场观测的低碳模式可减少碳排放3 597.34 t，基于信息化观测的低碳模式可减少碳排放5 881.37 t。

3　航标及标志标牌养护的低碳模式

3.1航标养护的现状模式

航标养护是指专职的航标管理人员对航标进行日常巡检、保养和维修。具体的工作内容包括：（1）检查标体部分是否污损、毁坏；（2）检查电器部分是否正常工作；（3）检查航标水深、位置等；（4）对使用遥测遥控系统的航标定时遥测。

经调研了解，江苏省内河航道现状的航标养护模式主要是：日常观测以航标遥测遥控为主，现场巡查为辅，其中现场巡查水上用船，陆上用车；航标维修方式，标体材质主要为钢质热镀锌贴反光膜，能源主要为太阳能结合锂电池，光源主要为LED。如图3所示。

图3　航标养护现状模式的工作流程及碳排放来源

3.2航标养护的低碳模式构建

3.2.1航标观测信息化的低碳模式

对于航标观测，目前江苏省已经基本普及了遥测遥控技术，十分符合低碳理念。进一步全面推进包括遥测遥控系统在内的航标观测信息化技术，构建航标观测信息化的低碳模式，首先要对全省范围的内河航标都实行遥测遥控，其次研究开发遥测遥控系统的辅助观测技术，比如现场视频监控，尽可能减少航标的现场巡查，最后还要研究航标观测的其他信息化技术，比如防碰撞、防偷盗技术及虚拟航标技术等。

（1）航标遥测遥控技术

航标遥测遥控技术是通过手机、市话、微机等对远离航道部门的航标进行远程遥测和监控，从而减轻航标养护人员的劳动强度，减少航标艇查标的燃料消耗和设备消耗，确保航标发光率的一种新型航标养护技术。航标遥测遥控技术的使用，降低了航标巡查周期，减轻了航标管理人员的工作强度，提高了航标养护的质量和效率，航标运行安全得到有效保障。同时，还减少了航标艇调用及其燃料消耗，从而降低了航标养护的碳排放。

（2）现场视频监控技术

利用现场视频监控作为航标遥测遥控的辅助观测手段，主要是考虑到在现行的航标遥测遥控观测模式下，仍需驾驶巡逻艇（车）或航标艇到现场巡查，从而出现船舶（车辆）耗油、产生碳排放的情况。倘若能在航标本身或其邻近设施上安装视频监控设备，航标养护人员只需通过室内的显示屏就能观测到航标灯器运行情况及标体情况，大大减少航标巡查工作量，降低因船、车调用而产生的碳排放。

（3）其他信息化技术

航标防碰撞、防偷盗技术。一旦航标被撞损或盗走，势必要调动船、车开赴现场进行调查、取证、维修或补设新航标，必然会产生新的碳排放。因此，研究航标防碰撞、防偷盗技术，在江苏省内河航道上应用具备防撞、防偷功能的航标，有助于减少航标碰撞、偷盗的事故，从而减少这部分碳排放。

虚拟航标技术。虚拟航标是综合应用计算机技术、卫星导航定位技术、电子海图、AIS等现代高新技术的新兴航标应用技术［3］。与实物航标不同，虚拟航标没有实际航标存在，而在AIS信息显示屏上的特定位置显示航标符号，作为船舶航行的助航标志，其养护、设置、更改都是在基站的AIS设备上完成［3］。虚拟航标在提供安全助航的同时，避免了实物航标使用电池及调用航标船作业，不仅节约了大量人力、物力和能源，减少了环境污染，还降低了航标养护的碳排放。

3.2.2航标维修的低碳模式

航标维修的低碳模式是指在航标维修中，采用新技术、新材料、新工艺等，减少航标维修过程的碳排放。可从以下几点着手：

（1）太阳能一体化航标灯技术

太阳能一体化航标灯集航标灯座、透镜、闪光器、充放电保护器、LED光源、内外遥测系统装置于一体，将先进的太阳能光电技术、照明技术、高能量锂电池组合技术、微电脑闪光器控制技术集成一体，与航标管理系统对接后，提供故障即时警报、数据定时上报和实时数据查询3种数据模式，实现航标的智能化管理。该技术的低碳性在于，除了可以安装航标遥测遥控系统之外，采用的能源和光源也十分具有节能减排效果。

太阳能一体化航标灯采用太阳能充电，锂电池供电，是无污染的清洁能源，减少了使用电力的充电环节，以及更换电池的燃油消耗、材料消耗环节，具有很好的节能减排效果。太阳能一体化航标灯使用的LED光源发光稳定，灯光明亮，色质鲜明，灯器故障维修率低，耗电量少，使用寿命长，不仅有良好的节能减排效果，还能产生很大的经济和社会效益。

（2）标体维修技术

在航标养护中，采用的标体结构和材料应经久耐用，使用寿命长，后续的重复维修次数少，有利于减少碳排放。目前江苏省内河航标标体材质多为钢质，并使用热镀锌技术进行防腐处理，贴反光膜标示颜色，在标体损坏进行维修时也多使用该种方式。相对于原先钢质标体涂油漆的方式，现有方式不仅延长了标体使用寿命，而且以贴反光膜代替涂油漆来标示颜色，能减少因油漆脱落而产生的现场保养，也就减少了船舶调动所产生的燃油消耗和碳排放。如图4所示。

3.3不同模式的碳排放计算与比较

计算航标养护的碳排放时，暂不考虑航标维修部分，只计算航标观测部分船艇油耗产生的碳排放。对于航标防碰撞、防偷盗技术和虚拟航标技术减少的碳排放也难以计算，因此也不考虑。现有模式以为航标遥测遥控为主，每年进行现场巡查4次。低碳模式为航标遥测遥控+现场视频监控，由于采用现场视频监控技术，可将航标巡查减少为1年2次，分别在洪、枯季进行。

图4　航标养护的低碳模式图

南京处航标观测模式碳排放如表3所示。根据表3数据，采用低碳模式后，南京处航标观测的碳排放可以减少50%。进一步测算整个江苏省，可减少碳排放大约2 939.54 t。如果对船艇采用节能减排的改造措施，碳排放将减少得更多。

表3　南京处航标观测模式碳排放表

4　结论

本文研究提出了航道养护低碳模式的概念及内涵，在现有模式分析的基础上，分别构建了日常养护观测、航标及标志标牌养护的低碳模式，并对各种模式的碳排放进行了估算。结果表明，引入低碳模式后，日常养护观测和航标及标志标牌养护的碳排放均明显减少，其中：对于日常养护观测，基于现场观测的低碳模式可减少碳排放44.1%，基于信息化观测的低碳模式可减少碳排放72.1%；对于航标养护，碳排放至少可以减少50%。

本文提出的几种低碳模式可为航道管理人员开展低碳养护、建设生态低碳型航道提供借鉴。但是，由于航道部门在日常管理中缺少对能耗和碳排放的监测，本文在开展研究时能收集到的数据有限，因此计算碳排放时只能粗略估算，计算结果精度不够。建议航道部门将能耗和碳排放的监测纳入到日常管理工作中，以便将来进行深入研究时可以收集到更齐全的数据，使研究成果更具科学性和指导意义。并建议有条件时，对雇佣社会船舶进行日常巡查所减少的碳排放，结合实船试验开展专题研究，为将来研究提供更加全面、深入的数据积累。

［1］赵航，贾春玲.大力发展清洁能源汽车—改善环境空气质量［C］∥2013中国环境科学学会学术年会论文集（第二卷），中国环境科学学会，2013：895-899.

［2］孙刚.内河船舶碳排放优化方案［J］.中国水运，2014（11）：56-57.

［3］黄艳玉，张杏谷，魏武财.虚拟航标及其应用［J］.航海技术，2009（4）：29-31.

Discussion on Low-carbon Conservation Mode for Inland Waterways in Jiangsu Province

Yang Miaomiao， Chen Yimei
（School of Transportation， Southeast University， Nanjing 210096， China）

According to the definition of international standard for low carbon concept， this paper researched the concept of lowcarbon waterway conservation mode， and analyzed the connotation of low-carbon waterway conservation mode. From technical and management levels， this paper put forward low-carbon conservation modes of routine conservation observation， navigation mark and signage conservation. Based on carbon emission model， this paper calculated carbon emissions of various modes of routine conservation observation， navigation mark and signage conservation in waterway conservation. The results showed that，after introducing the low-carbon modes， carbon emissions of routine conservation observation， navigation mark and signage conservation would reduce obviously. Changing the traditional waterway conservation to low-carbon way would contribute to reducing carbon emissions of waterway conservation and building ecological low-carbon waterway.

waterway conservation； low-carbon mode； carbon emission； routine conservation observation； navigation mark conservation

U61

A

1672-9889（2016）02-0089-05

杨苗苗（1990-），女，河南漯河人，硕士研究生，研究方向为港航工程。

（2015-07-08）