三峡船闸通过能力分析

('三峡船闸通过能力分析郭涛【摘要】采用结构化和对比方法,基于三峡船闸运行统计数据,测算了今后5年三峡船闸通过能力,对提高通过能力措施的可行性进行了分析,指出继续通过船舶大型化提高船闸通过能力的潜力有限,三峡船闸通过能力将逐渐饱和,难以满足快速增长的过坝运输需求.建议优化标准船型系列,同时尽快开展新建通航设施的研究论证.【期刊名称】《水运工程》【年(卷),期】2011(000)012【总页数】5页(P112-116)【关键词】三峡工程;船闸;通过能力【作者】郭涛【作者单位】交通运输部长江航务管理局,湖北武汉430014【正文语种】中文【中图分类】U612.21三峡工程蓄水后，库区航道条件的改善激发了川江水运的潜能，三峡过坝货运量从2002年的1800万t发展到2010年的8800万t，发展速度远远超过预期。2010年三峡船闸下行货运量4280万t，接近船闸设计通过能力5000万t，随着沿江经济的平稳较快发展，过闸货运需求将继续快速增长，船闸通过能力与过闸需求快速增长的矛盾将日益显现。正确地核算三峡船闸实际通过能力，对于及时研究和决策采取相关措施满足过坝运输需求，保障沿江地区特别是西南地区经济社会平稳发展具有十分重要的意义。张玮[1]、廖鹏[2]对船闸通过能力计算中的有关问题进行了较全面的分析，朱俊等[3]计算了三峡船闸通过能力。上述研究文献以及有关管理单位近年来对三峡船闸通过能力的计算一般基于静态参数，在川江航运快速发展的背景下，曾多次出现计算得出的三峡船闸通过能力小于实际通过量的情况。考虑到近年来过闸船舶船型及运输方式在快速变化中，本文拟采用结构化和对比的方法，基于三峡船闸运行统计数据，测算未来5年三峡船闸通过能力，分析提高通过能力的措施并提出对策建议。1三峡船闸运行情况1.1运行数据统计分析2003年6月18日试通航以来，三峡船闸运行情况见表1。表12003—2010年三峡船闸运行情况注：通航率=年累计通航小时数/（年日历天数×24）。年份闸次船舶过闸总量/艘次客船过闸量/艘次旅客/万人货运量/万t3000吨级以上船舶比例/%通航率/%上下行其中下行2003438634880570810813779290.594.6200487197505611825173343124212.496.1200583366394911404188329122552.998.920068050563838102162393925685.984.720078087533125731854686299010.881.82008866155351582986537032599.298.120098082518155891746089316811.696.420109407583024388517880428117.795.8根据以上统计数据分析可知：1）船舶大型化趋势明显。3000吨级以上的船舶比例由2003年的0.5%上升到2010年的17.7%；过闸船舶平均吨位由2003年的1040t/艘上升到2010年的2092t/艘；一次过闸货运船舶平均吨位由2003年的6915t上升到2010年的11987t。2）随着船舶大型化，每闸次船舶艘次从2004年的8.6艘降低到2010年的6.2艘；年过闸船舶艘次总体呈下降趋势。3）三峡船闸双线日运行闸次逐年提高，从2003年的日均23.5闸次提高到2010年的26.9闸次。4）通航率除2006—2007年船闸完建外，保持在94%～98%之间，明显高于设计水平84.1%。5）过闸货运量迅猛增长，上下行货运量比例趋于平衡。2004—2010年过闸货运量年均增速14.8%；由于过闸货运量中煤炭（下行为主）总量继续增长但所占比例有所下降，矿石、矿建、钢材和液货危险品（上行为主）所占比例迅速上升，上下行货运量比例趋于平衡。6）过闸客运量大幅下滑，过闸客轮、推轮等非货运船舶艘次比例从2003年26%逐步下降至2010年11%。1.2三峡船闸实际运行条件与设计的对比三峡船闸目前的实际运行条件与初步设计计算采用的运行条件有一定差异，对比情况见表2。表2三峡船闸设计与实际运行条件对比项目初步设计计算条件目前实际运行条件过闸船舶类型三峡船闸仅通过货船客船通过升船机升船机未建成，客船、公务船、工程船等非货运船舶与货船混合通过三峡船闸每闸次船舶组合一个4×3000吨级船队5～8艘不同类型的船舶混合过闸运行方式Ⅴ级运行，不补水Ⅳ级、Ⅴ级不补水及Ⅴ级补水等多种运行方式待闸地点导航墙Ⅴ级运行在靠船墩（比在导航墙远580m）；Ⅳ级运行一闸室待闸2三峡工程初步设计船闸通过能力计算根据交通运输部《船闸设计规范》，船闸年单向过闸通过能力计算公式为：式中：n为日均运行闸次数，n0为非货运船舶过闸次数，N为年通航天数，G为一次过闸平均吨位，α为船舶装载系数，β为运量不均匀系数。按照《三峡工程初步设计》，各参数取值为：每闸次过闸间隔时间为59.7min，每线船闸每日运行22h，n=22.1，n0=0（客船全部通过升船机）；船闸年通航天数N=335；过闸船舶中长航船队为12000t，地方船队为3000t，按过闸次数长航占80%，地航占20%计算，一次过闸平均吨位G=10200t；船舶装载系数α=0.9；货运不均衡系数β=1.3，可得出三峡船闸设计通过能力P=5228万t。3三峡船闸主要运行参数分析3.1日运行闸次数多级船闸日运行闸次计算公式其中T为闸次间隔时间，三峡船闸实际工作时间为24h，设备保养时间2h在计算通航率时扣减。闸次间隔时间T包含开（关）门时间、输水时间、进闸时间、闸室间移泊时间，前两者在设计时基本确定，后两者主要与过闸船型组合和运行条件有关。由于川江船队运输方式逐步萎缩，并且三峡船闸实际运行条件与初步设计有一定差异（表2），三峡工程初步设计时以一个万吨级船队组成一个闸次为主的船舶运输组织方式已不存在，实际运行中每闸次通过5～8艘单船，多艘船舶依次进闸、移泊和系解缆，使得进闸和移泊时间大于设计值，导致实际运行闸次不可能达到设计的22.1闸次。现在仍按日均运行22.1闸次的设计指标来要求船闸的实际运行管理是不符合实际的，也是不合理的。目前，三峡船闸Ⅳ级、Ⅴ级运行情况下最高效的闸次间隔时间分别为88min和93min，对应闸次分别为16.4和15.48；根据三峡水库调度方案，每年船闸Ⅳ级、Ⅴ级运行时间分别为3个月和9个月，则年均日运行闸次数最高可达到15.7闸次，见表3。表3三峡船闸设计与实际运行参数对比初步设计主要计算参数/min实际运行主要参数（Ⅳ级运行)/min差异进闸时间10.8进闸时间30.019.2关第一闸首人字门时间4.0关第二闸首人字门时间4.0第一闸室泄水时间12.0第二闸室泄水时间12.0开第二闸首人字门时间4.0开第三闸首人字门时间4.0船由一闸室进入二闸室时间8.9船由二闸室进入三闸室时间18.09.1关第二闸首人字门时间4.0关第三闸首人字门时间4.0第一闸室充水时间12.0第二闸室充水时间12.0开第一闸首人字门时间4.0开第二闸首人字门时间4.0单向过闸间隔时间59.7单向过闸间隔时间88.028.3日均运行闸次=22×60/59.722.1日均运行闸次=24×60/8816.45.73.2一次过闸平均载重吨位一次过闸船舶平均载重吨位取决于过闸货船的平均吨位和每闸次的货船数量。其影响因素包括货船吨位、非货运船舶比例、闸室有效面积利用率等，近年来由于客运和船队的萎缩，非货运船舶比例有所下降，闸室面积利用率基本稳定在75%左右，最主要的增长来自于船舶大型化后货船吨位提高。2003—2010年三峡过闸货船平均吨位、一次过闸平均吨位的年均增速分别为10.5%和8.17%，2010年达到了2091.5t和11987t。2013年开始600总t（载重约1000t）以下的船舶禁止过闸，新建船型将以3000～5000吨级为主；2015年起客船通过升船机，“十二五”期间一次过闸船舶吨位将进一步提高，但后期受上下游航道、闸槛水深限制，货船吨位不可能无限增长，同时船舶大型化后每闸次艘次下降，闸次面积利用率和运行效益也受到一定影响。因此，一次过闸吨位增速将低于货船平均吨位增速，预计2011—2013年增长率为7%，2013—2015年增长率5%。3.3年通航天数影响年通航天数的主要因素是气候、流量超过通航标准、船闸计划或故障检修、航道施工、海损事故等。近年来，三峡船闸因大风大雾停航时间明显增加，但检修保养时间少于设计水平，船闸通航率高于设计值84.1%。考虑到后期船闸检修停航时间增加，2012年起通航天数取345d，对应通航率为94.5%。3.4船舶的装载系数三峡船闸运行以来下行船舶的装载系数基本稳定在0.72～0.80，考虑到货物种类、流向和批量等市场因素，取0.75。3.5月运量不均衡系数β是年最大月货运量与平均月货运量之比。不同于船闸规划设计阶段，本文的计算参数除日运行闸次均取实际运行的平均值，因此，仅需对日运行闸次按最大值进行折减，β=年最大月运行闸次/年平均月运行闸次，取2010年统计值为1.12。4三峡船闸2010—2015年通过能力测算与分析4.1三峡船闸2010—2015年通过能力测算《船闸设计规范》中一次过闸平均吨位为该闸次船舶均为货船时的总吨位，由于货运船舶和非货运船舶混合过闸，一次过闸平均吨位的统计方法为全年货船定额吨除以全年运行闸次，已经包含了客船、公务船等非货运船舶对一次过闸平均货运吨位的折减，因此，n0应取0。根据上述分析选取的测算参数，采用《船闸设计规范》的通过能力计算公式，可计算出三峡船闸2010—2015年实际通过能力见表4。表42010—2015年三峡船闸实际下水通过能力测算年份n/(闸次·d-1)n0/(闸次·d-1)N/dG/tαβP/万t201015.70350119870.751.134387201115.70350128260.751.124720201215.70345137240.751.124980201315.70345146850.751.125330201415.70345154190.751.125590201515.70345161900.751.125870初步设计22.10335102000.901.1352284.22010年三峡船闸通过能力状况评价2010年三峡船闸下行货运量达到4280万t，与初步设计通过能力和本文测算的实际通过能力相比，利用率分别为85.6%和97.6%，三峡船闸通过能力目前已接近饱和，在水运高峰时段通过能力不足问题显现。当前，当月下行过坝需求超过实际通过能力410万t后（对应日下行申报过闸船舶超过85艘次），船闸将超负荷运行，船舶待闸时间延长，滞留船舶数明显增加，如2010年9月，12月坝区通航呈现明显的紧张局面。2010年三峡坝区出现船舶滞留时间为134d，全年船舶平均在锚地时间约25h，船闸通过能力问题已严重影响到船舶经营效益和物流效率。4.3未来5年船闸通过能力与过闸需求的关系本文测算2011—2015年三峡船闸实际通过能力分别为4720万t，4980万t，5330万t，5590万t，5870万t。根据有关部门近期开展的过坝需求预测，2011—2015年下行过闸需求约为4640万t，5530万t，6280万t，7210万t，8170万t，快速增长的过闸需求与通过能力之间的矛盾将越来越突出（图1）。预计2011年三峡坝区船舶平均在锚时间将进一步延长，船舶滞留逐步呈现常态化，船闸通过能力不足对长江上游地区经济发展的影响将日益凸现。图1三峡船闸通过能力与过闸需求关系4.4提高三峡船闸通过能力的措施在现有运行条件下，影响三峡船闸实际通过能力的主要因素是船舶吨位、非货运船舶比例、闸室面积利用率、年通航天数和装载率，日运行闸次是依赖于船闸运行条件和过闸船舶吨位的内生变量。因此，提高三峡船闸实际通过能力的措施主要有6条：1）提高过闸船舶吨位；2）减小非货运船舶比例；3）提高闸室面积利用率；4）提高通航天数；5）提高船舶装载率；6）改善船闸运行条件提高运行闸次。措施1是近年来提高船闸通过能力的主要方法。随着船型标准化、大型化加快推进，过闸货运船舶平均吨位将继续快速增长，但受上下游航道及闸槛水深限制，预计2015年后增速将下降；同时，船舶大型化后每闸次船舶艘次下降，闸次面积利用率和运行效益也受到一定的影响，使得一次过闸平均吨位增速明显低于船舶吨位增速。因此，船舶大型化提高通过能力的潜力逐步减小，2015年以后继续通过船舶大型化提高三峡船闸通过能力的挖潜能力将十分有限。措施2须采用短线客船翻坝以及2015年升船机投入运行后客船分流，减少非货运船舶过闸艘次，初步估算仅能提高船闸货运通过能力约5%。措施3需要根据闸室尺度进一步优化和简化标准船型主尺度系列，船型结构调整时间较长。措施4基本不可行，目前船闸通航率已处于很高水平，保障目前的通航天数已十分不易；受制于航道条件、货源和运输组织。措施5仅能引导船公司主动适应。措施6近期较为可行，可通过改善导航墙靠泊条件，缩短进闸距离而提高运行闸次。综上所述，三峡船闸通过能力仍有挖潜空间，但潜力有限。5结论与建议目前三峡船闸通过能力已接近饱和，在水运高峰时段船闸通过能力不足的问题显现；三峡船闸通过能力仍有挖潜空间，但潜力有限。本文测算2012—2015年各年三峡船闸实际通过能力与过闸需求之间的缺口约为550万t，950万t，1600万t，2300万t，即便考虑2015年后升船机运行后增加约500万t过坝运输能力，未来三峡枢纽通过能力与快速增长的过坝需求之间的矛盾仍然十分突出。相关建议如下：1）改造上游导航墙，缩短船舶进闸距离。建议尽快实施三峡船闸浮式导航墙等设施改造，并组织实船测试，以缩短船闸五级运行时船舶进闸距离，提高三峡船闸运行闸次。2）优化标准船型主尺度系列，加快船型标准化进程。建议针对闸室尺度，以提高闸室面积利用率和一次过闸载重吨位为目标，对现有标准船型进行全面评估，进一步优化标准船型主尺度系列（研究开发三峡船型）；同时，加大船型标准化推进力度，提高过闸船型标准化率，更好地挖掘三峡船闸的通航潜力。3）完善三峡船闸统一运行、维护、检修（抢修）的管理模式。三峡船闸已满负荷运行近8年，设备运行疲劳导致故障频发。建议实行由运行单位负责运行、维护、检修（抢修）的统一管理模式，保障船闸高水平的通航率。4）抓紧开展新过坝设施的论证和建设。根据《三峡工程初步设计》，“当货运量接近船闸通过能力时，可研究增建船闸或升船机，以满足过坝货运量发展需要”。由于三峡船闸通过能力挖潜空间有限，为满足船舶过坝畅通有序，为西南地区经济社会长期可持续发展提供可靠的运输保障，建议尽快开展新建过坝设施的研究论证工作。参考文献：[1]张玮,廖鹏,梁应辰,等.船闸通过能力计算中的若干问题研究[J].武汉理工大学学报:交通科学工程版,2005,29(5):681-684.[2]廖鹏.船闸通过能力分析中的几个问题探讨[J].水道港口,2010,31(5):525-532.[3]朱俊,张玮,余劲.三峡船闸通过能力计算研究[J].武汉理工大学学报:交通科学工程版,2008,32(3):401-404.',)