多線船閘停航檢修期間積壓船舶的估算方法

張義軍

【摘 要】 以三峽船閘和葛洲壩船閘為例，在介紹三峽河段船舶積壓狀況的基礎(chǔ)上，分析船舶積壓估算的相關(guān)因素，提出檢修期間積壓船舶數(shù)量估算方法，建立相關(guān)模型并選取過閘需求參數(shù)和通過能力參數(shù)為原始數(shù)據(jù)，估算驗(yàn)證2012―2014年開展的3次停航檢修期間積壓船舶數(shù)量。結(jié)果表明，該估算方法計(jì)算結(jié)果與實(shí)際值接近，誤差較小。

【關(guān)鍵詞】 多線船閘；船閘檢修；積壓船舶；三峽船閘；葛洲壩船閘

船閘設(shè)備在運(yùn)行使用過程中長(zhǎng)期承受水壓力、土壓力、船舶撞擊力等各種荷載的作用，其建筑物及運(yùn)轉(zhuǎn)構(gòu)件易出現(xiàn)磨損、變形，甚至產(chǎn)生局部破壞，造成部件失效，影響船閘正常運(yùn)行，留下安全隱患，縮短船閘使用年限。為保證船閘的安全運(yùn)行，必須對(duì)其進(jìn)行定期保養(yǎng)和檢修。根據(jù)原交通部《船閘管理辦法》，船閘修理分為大修、歲修和搶修，其中大修和歲修的很多項(xiàng)目需停航進(jìn)行。

若對(duì)多線船閘中的一線進(jìn)行停航檢修，會(huì)造成該船閘通過能力下降，可能帶來(lái)船閘通過能力與過閘需求不符，從而使船閘附近水域出現(xiàn)船舶積壓現(xiàn)象，增加管理壓力。因此，尋求一種多線船閘檢修期間積壓船舶數(shù)量的估算方法，可為管理部門的決策提供參考。

1 三峽河段船舶積壓狀況

三峽船閘與葛洲壩船閘相距38 km，是我國(guó)兩座典型的多線船閘，通航管理部門對(duì)三峽船閘和葛洲壩船閘實(shí)施統(tǒng)一調(diào)度，聯(lián)合運(yùn)行。三峽船閘為雙線五級(jí)船閘，在正常情況下按照“南下北上”的方式實(shí)行單向運(yùn)行；葛洲壩船閘為三座單級(jí)船閘，通常與三峽船閘運(yùn)行方式相匹配。2011―2013年連續(xù)3年三峽船閘上行貨物通過量達(dá)到5 000萬(wàn)t設(shè)計(jì)值，過閘船舶積壓現(xiàn)象呈現(xiàn)出常態(tài)化趨勢(shì)，尤其在船閘檢修停航期間，船舶積壓?jiǎn)栴}更為突出。

2012―2014年，三峽船閘和葛洲壩船閘開展了3次較長(zhǎng)時(shí)間的停航檢修，檢修期間船閘附近水域出現(xiàn)了大量船舶積壓現(xiàn)象。

2 船舶積壓估算相關(guān)因素

船舶積壓是船閘通過能力不足而產(chǎn)生的一種現(xiàn)象，過閘需求與通過能力之間存在的缺口是船舶積壓等問題的決定性因素，缺口越大，可能導(dǎo)致積壓的船舶數(shù)量就越多。

2.1 過船能力

船閘在檢修期間的日通過船舶能力與不停航船閘的日運(yùn)行閘次數(shù)、每閘次所能容納的船舶數(shù)量相關(guān)。在一定時(shí)期內(nèi)，若船閘管理運(yùn)行技術(shù)未發(fā)生重大革新及過閘船型構(gòu)成未發(fā)生較大變化時(shí)，則檢修期間日通過船舶能力基本穩(wěn)定。

2.2 過閘需求

船舶過閘需求主要取決于國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)航運(yùn)經(jīng)濟(jì)的影響。對(duì)某一特定河段水域來(lái)說(shuō)，在一定時(shí)期內(nèi)，過閘需求通常與常年過閘船舶的運(yùn)力及其過閘頻率（周期）和所處的運(yùn)輸季節(jié)相關(guān)。若航運(yùn)經(jīng)濟(jì)沒有發(fā)生“突發(fā)性”地增長(zhǎng)或萎縮，則常年過閘船舶的運(yùn)力及其過閘頻率（周期）基本穩(wěn)定。但是，隨著船閘檢修的進(jìn)行，船閘附近水域的積壓船舶數(shù)量達(dá)到一定規(guī)模后，過閘船舶運(yùn)力受到影響，船舶原有的過閘周期發(fā)生變化，進(jìn)而對(duì)過閘需求產(chǎn)生影響。

3 模型計(jì)算

3.1 模型的建立

對(duì)檢修期間不常過閘的船舶如公務(wù)船、工程船等按照一定比例進(jìn)行折算。根據(jù)船閘運(yùn)行組織原理，當(dāng)日積壓船舶總數(shù)等于前一日的積壓船舶數(shù)量同當(dāng)日過閘需求與通過能力缺口的差值之和，并綜合檢修選取時(shí)期（季節(jié)）等因素后，檢修第i天的過閘需求及積壓船舶數(shù)量可通過下式進(jìn)行估算。

式中：Ai為第i天的過閘需求；Bi為第i天的積壓船舶數(shù)量；g為過閘需求季節(jié)因子； 為檢修期間公務(wù)船、工程船等不常過閘船舶所占的比例。檢修前船閘附近水域無(wú)船舶積壓，則B0=0。

從式（1）可以看出，積壓船舶數(shù)量Bi迭代收斂條件為Ai=Pi，即通過能力與過閘需求相當(dāng)時(shí)，積壓船舶數(shù)量將穩(wěn)定在某一數(shù)值附近。給定初始條件后，對(duì)式（1）進(jìn)行迭代計(jì)算，估算檢修期間積壓船舶的數(shù)量。

設(shè)多線船閘共有L線，未停航船閘數(shù)為L(zhǎng) 1，其中，第k座未停航船閘的日運(yùn)行閘次為Nk，平均每閘次通過的船舶數(shù)量為Sk，則第i天的船閘通過能力為

3.2 計(jì)算參數(shù)選取

3.2.1 過閘需求參數(shù)

3.2.1.1 常年過閘船舶及周期

常年過閘船舶以貨船為主。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，近年來(lái)雖然過閘船舶的數(shù)量不斷發(fā)生變化，但過閘的營(yíng)運(yùn)船舶數(shù)量總體穩(wěn)定，船舶流向申報(bào)中有關(guān)上行和下行通過船閘的船舶數(shù)量總體相當(dāng)。除去公務(wù)船、工程船、客船及船隊(duì)等以外，常年申報(bào)通過三峽船閘和葛洲壩船閘的貨運(yùn)船舶為3 150艘，絕大多數(shù)船舶年過閘次數(shù)不超過36次（見圖1），即船舶過閘周期一般在10天以上。

3.2.1.2 船隊(duì)、客船、公務(wù)船等不常過閘船舶占比

不常過閘船舶通過三峽大壩和葛洲壩占常年過閘船舶比重有所不同（見表1）。

為保證檢修期間客船的正常過壩，充分發(fā)揮船閘的貨運(yùn)通過能力，三峽船閘檢修期間一般實(shí)行短線客船翻壩轉(zhuǎn)運(yùn)，但過閘客船主要以長(zhǎng)線客船為主，平均每天為0.5艘次，因此，所占比重取0.008。在短線客船翻壩轉(zhuǎn)運(yùn)條件下，葛洲壩船閘和三峽船閘的 取值分別為0.157和0.316。

3.2.1.3 季節(jié)因子

季節(jié)因子與檢修施工選取的時(shí)期有關(guān)，表示船舶過閘需求按時(shí)期分布。將近年來(lái)各月實(shí)際船舶數(shù)量值除以申請(qǐng)過閘的船舶數(shù)量月平均值得到季節(jié)因子值（見表2）。

表2 過閘需求季節(jié)因子

3.2.2 通過能力參數(shù)

3.2.2.1 未停航船閘的日運(yùn)行閘次

在三峽船閘檢修期間，船舶無(wú)法正常通過三峽大壩，使此處成為三峽河段通過能力的“瓶頸”。對(duì)未停航的一線船閘實(shí)行單向運(yùn)行、定時(shí)換向，換向周期為24 h，換向用時(shí)需145 min左右，閘次間隔時(shí)間取85 min，日均可運(yùn)行15.24閘次。

在葛洲壩船閘單獨(dú)檢修期間，當(dāng)三峽南北兩線船閘正常定向運(yùn)行時(shí)，超出葛洲壩樞紐的通過能力，將通過能力“瓶頸”轉(zhuǎn)移至葛洲壩后，未停航船閘實(shí)行迎向運(yùn)行。一、二號(hào)閘閘次間隔時(shí)間約為80 min，日均可運(yùn)行18閘次；三號(hào)船閘閘次間隔時(shí)間為30 min，日均運(yùn)行可達(dá)48閘次。

3.2.2.2 平均每閘次通過的船舶艘次

三峽船閘和葛洲壩一、二號(hào)船閘閘室長(zhǎng)280 m，寬34 m，允許通過的船舶吃水一般可達(dá)4.3 m。從目前過閘的船型來(lái)看，通常每閘次可安排4～5艘船舶通過。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，近年來(lái)在檢修期間，每閘次通過的船舶數(shù)量與上年平均值接近，因此，可采用上一年度平均值進(jìn)行估算。2012―2014年分別取5.374艘/閘、4.564艘/閘和4.240艘/閘。

葛洲壩三號(hào)船閘長(zhǎng)120 m，寬18 m，尺度較小，允許通過的船舶吃水約為3.0 m，每閘次僅能安排1艘船舶通過。

3.2.2.3 檢修期間的日過船能力

根據(jù)式（2），在2012―2014年三峽船閘一線檢修期間，另一線船閘日通過能力分別約為81.9艘次、69.6艘次和64.6艘次。由于近年來(lái)過閘船舶發(fā)展趨于大型化，從目前過閘的主要船型平面尺度及配載吃水情況來(lái)看，每天匹配三號(hào)閘尺度的船舶約為30艘次。因此，在葛洲壩一號(hào)船閘或二號(hào)船閘檢修期間，三峽船閘和葛洲壩未檢修船閘的日通過能力分別約為126.7艘次、112.2艘次和106.3艘次；在葛洲壩三號(hào)船閘檢修期間，三峽船閘、葛洲壩一號(hào)船閘和二號(hào)船閘的日通過能力分別為193.5艘次、164.3艘次和152.6艘次。

3.3 估算結(jié)果驗(yàn)證

在2012―2013年檢修期間，為避免船舶過多集中于船閘附近水域，通航管理部門對(duì)下行船舶啟動(dòng)三峽壩區(qū)水域船舶滯留應(yīng)急聯(lián)動(dòng)機(jī)制二級(jí)預(yù)警，實(shí)施分段簽證，申請(qǐng)下行過閘的船舶需求得到控制，下行船舶積壓數(shù)據(jù)無(wú)法客觀反映過閘需求，此檢修期間僅估算驗(yàn)證單向上行積壓船舶數(shù)量，而在2014年船閘檢修期間應(yīng)估算驗(yàn)證上下行積壓船舶總量。

3.3.1 2012年三峽船閘和葛洲壩船閘檢修期間的積壓船舶數(shù)量

2012年3月7日―4月26日，葛洲壩一號(hào)船閘停航大修，工期為55天，三峽南線船閘首次實(shí)施歲修，工期為20天，與葛洲壩船閘同時(shí)啟動(dòng)。根據(jù)表1和表2可知，3月份g取0.87，4月份g取1.04，前20天 取0.157，前20天日通過能力取81.9艘次；在三峽船閘檢修結(jié)束后，短線客船恢復(fù)過閘，葛洲壩一號(hào)閘單獨(dú)檢修35天，此期間 取0.334，通過能力取126.7艘次。將上述取值代入式（1），估算出檢修結(jié)束時(shí)，單向積壓船舶數(shù)量為360艘次，與實(shí)際值378艘次誤差約為5%。

3.3.2 2013年三峽北線船閘歲修期間的積壓船舶數(shù)量

2013年3月2日―21日，三峽北線船閘停航檢修，工期為20天，g取0.87， 取0.157，通過能力按照日均69.6艘次取值。將上述取值代入式（1），估算出檢修結(jié)束時(shí)單向積壓船舶數(shù)量為286艘次，與實(shí)際值285艘次誤差不到1%。

3.3.3 2014年葛洲壩二號(hào)船閘檢修期間的積壓船舶數(shù)量

2014年2月5日―24日，葛洲壩二號(hào)船閘停航檢修，工期為20天，g取0.84，客船正常過閘， 取0.334，通過能力按照日均106.3艘次取值。將上述取值代入式（1），估算出檢修結(jié)束時(shí)積壓船舶數(shù)量為344艘次，與實(shí)際值327艘次誤差約為5%。

4 結(jié) 語(yǔ)

從2012年以來(lái)三峽船閘和葛洲壩船閘檢修情況來(lái)看，本文提出的多線船閘檢修期間積壓船舶估算方法能夠比較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)檢修期間可能引起積壓的船舶數(shù)量，為采取相應(yīng)的管理措施提供參考，同時(shí)對(duì)國(guó)內(nèi)外多線船閘檢修期間的運(yùn)行管理工作具有推廣意義。

3.2.2.2 平均每閘次通過的船舶艘次

三峽船閘和葛洲壩一、二號(hào)船閘閘室長(zhǎng)280 m，寬34 m，允許通過的船舶吃水一般可達(dá)4.3 m。從目前過閘的船型來(lái)看，通常每閘次可安排4～5艘船舶通過。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，近年來(lái)在檢修期間，每閘次通過的船舶數(shù)量與上年平均值接近，因此，可采用上一年度平均值進(jìn)行估算。2012―2014年分別取5.374艘/閘、4.564艘/閘和4.240艘/閘。

葛洲壩三號(hào)船閘長(zhǎng)120 m，寬18 m，尺度較小，允許通過的船舶吃水約為3.0 m，每閘次僅能安排1艘船舶通過。

3.2.2.3 檢修期間的日過船能力

根據(jù)式（2），在2012―2014年三峽船閘一線檢修期間，另一線船閘日通過能力分別約為81.9艘次、69.6艘次和64.6艘次。由于近年來(lái)過閘船舶發(fā)展趨于大型化，從目前過閘的主要船型平面尺度及配載吃水情況來(lái)看，每天匹配三號(hào)閘尺度的船舶約為30艘次。因此，在葛洲壩一號(hào)船閘或二號(hào)船閘檢修期間，三峽船閘和葛洲壩未檢修船閘的日通過能力分別約為126.7艘次、112.2艘次和106.3艘次；在葛洲壩三號(hào)船閘檢修期間，三峽船閘、葛洲壩一號(hào)船閘和二號(hào)船閘的日通過能力分別為193.5艘次、164.3艘次和152.6艘次。

3.3 估算結(jié)果驗(yàn)證

在2012―2013年檢修期間，為避免船舶過多集中于船閘附近水域，通航管理部門對(duì)下行船舶啟動(dòng)三峽壩區(qū)水域船舶滯留應(yīng)急聯(lián)動(dòng)機(jī)制二級(jí)預(yù)警，實(shí)施分段簽證，申請(qǐng)下行過閘的船舶需求得到控制，下行船舶積壓數(shù)據(jù)無(wú)法客觀反映過閘需求，此檢修期間僅估算驗(yàn)證單向上行積壓船舶數(shù)量，而在2014年船閘檢修期間應(yīng)估算驗(yàn)證上下行積壓船舶總量。

3.3.1 2012年三峽船閘和葛洲壩船閘檢修期間的積壓船舶數(shù)量

2012年3月7日―4月26日，葛洲壩一號(hào)船閘停航大修，工期為55天，三峽南線船閘首次實(shí)施歲修，工期為20天，與葛洲壩船閘同時(shí)啟動(dòng)。根據(jù)表1和表2可知，3月份g取0.87，4月份g取1.04，前20天 取0.157，前20天日通過能力取81.9艘次；在三峽船閘檢修結(jié)束后，短線客船恢復(fù)過閘，葛洲壩一號(hào)閘單獨(dú)檢修35天，此期間 取0.334，通過能力取126.7艘次。將上述取值代入式（1），估算出檢修結(jié)束時(shí)，單向積壓船舶數(shù)量為360艘次，與實(shí)際值378艘次誤差約為5%。

3.3.2 2013年三峽北線船閘歲修期間的積壓船舶數(shù)量

2013年3月2日―21日，三峽北線船閘停航檢修，工期為20天，g取0.87， 取0.157，通過能力按照日均69.6艘次取值。將上述取值代入式（1），估算出檢修結(jié)束時(shí)單向積壓船舶數(shù)量為286艘次，與實(shí)際值285艘次誤差不到1%。

3.3.3 2014年葛洲壩二號(hào)船閘檢修期間的積壓船舶數(shù)量

2014年2月5日―24日，葛洲壩二號(hào)船閘停航檢修，工期為20天，g取0.84，客船正常過閘， 取0.334，通過能力按照日均106.3艘次取值。將上述取值代入式（1），估算出檢修結(jié)束時(shí)積壓船舶數(shù)量為344艘次，與實(shí)際值327艘次誤差約為5%。

4 結(jié) 語(yǔ)

從2012年以來(lái)三峽船閘和葛洲壩船閘檢修情況來(lái)看，本文提出的多線船閘檢修期間積壓船舶估算方法能夠比較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)檢修期間可能引起積壓的船舶數(shù)量，為采取相應(yīng)的管理措施提供參考，同時(shí)對(duì)國(guó)內(nèi)外多線船閘檢修期間的運(yùn)行管理工作具有推廣意義。

3.2.2.2 平均每閘次通過的船舶艘次

三峽船閘和葛洲壩一、二號(hào)船閘閘室長(zhǎng)280 m，寬34 m，允許通過的船舶吃水一般可達(dá)4.3 m。從目前過閘的船型來(lái)看，通常每閘次可安排4～5艘船舶通過。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，近年來(lái)在檢修期間，每閘次通過的船舶數(shù)量與上年平均值接近，因此，可采用上一年度平均值進(jìn)行估算。2012―2014年分別取5.374艘/閘、4.564艘/閘和4.240艘/閘。

葛洲壩三號(hào)船閘長(zhǎng)120 m，寬18 m，尺度較小，允許通過的船舶吃水約為3.0 m，每閘次僅能安排1艘船舶通過。

3.2.2.3 檢修期間的日過船能力

根據(jù)式（2），在2012―2014年三峽船閘一線檢修期間，另一線船閘日通過能力分別約為81.9艘次、69.6艘次和64.6艘次。由于近年來(lái)過閘船舶發(fā)展趨于大型化，從目前過閘的主要船型平面尺度及配載吃水情況來(lái)看，每天匹配三號(hào)閘尺度的船舶約為30艘次。因此，在葛洲壩一號(hào)船閘或二號(hào)船閘檢修期間，三峽船閘和葛洲壩未檢修船閘的日通過能力分別約為126.7艘次、112.2艘次和106.3艘次；在葛洲壩三號(hào)船閘檢修期間，三峽船閘、葛洲壩一號(hào)船閘和二號(hào)船閘的日通過能力分別為193.5艘次、164.3艘次和152.6艘次。

3.3 估算結(jié)果驗(yàn)證

在2012―2013年檢修期間，為避免船舶過多集中于船閘附近水域，通航管理部門對(duì)下行船舶啟動(dòng)三峽壩區(qū)水域船舶滯留應(yīng)急聯(lián)動(dòng)機(jī)制二級(jí)預(yù)警，實(shí)施分段簽證，申請(qǐng)下行過閘的船舶需求得到控制，下行船舶積壓數(shù)據(jù)無(wú)法客觀反映過閘需求，此檢修期間僅估算驗(yàn)證單向上行積壓船舶數(shù)量，而在2014年船閘檢修期間應(yīng)估算驗(yàn)證上下行積壓船舶總量。

3.3.1 2012年三峽船閘和葛洲壩船閘檢修期間的積壓船舶數(shù)量

2012年3月7日―4月26日，葛洲壩一號(hào)船閘停航大修，工期為55天，三峽南線船閘首次實(shí)施歲修，工期為20天，與葛洲壩船閘同時(shí)啟動(dòng)。根據(jù)表1和表2可知，3月份g取0.87，4月份g取1.04，前20天 取0.157，前20天日通過能力取81.9艘次；在三峽船閘檢修結(jié)束后，短線客船恢復(fù)過閘，葛洲壩一號(hào)閘單獨(dú)檢修35天，此期間 取0.334，通過能力取126.7艘次。將上述取值代入式（1），估算出檢修結(jié)束時(shí)，單向積壓船舶數(shù)量為360艘次，與實(shí)際值378艘次誤差約為5%。

3.3.2 2013年三峽北線船閘歲修期間的積壓船舶數(shù)量

2013年3月2日―21日，三峽北線船閘停航檢修，工期為20天，g取0.87， 取0.157，通過能力按照日均69.6艘次取值。將上述取值代入式（1），估算出檢修結(jié)束時(shí)單向積壓船舶數(shù)量為286艘次，與實(shí)際值285艘次誤差不到1%。

3.3.3 2014年葛洲壩二號(hào)船閘檢修期間的積壓船舶數(shù)量

2014年2月5日―24日，葛洲壩二號(hào)船閘停航檢修，工期為20天，g取0.84，客船正常過閘， 取0.334，通過能力按照日均106.3艘次取值。將上述取值代入式（1），估算出檢修結(jié)束時(shí)積壓船舶數(shù)量為344艘次，與實(shí)際值327艘次誤差約為5%。

4 結(jié) 語(yǔ)

從2012年以來(lái)三峽船閘和葛洲壩船閘檢修情況來(lái)看，本文提出的多線船閘檢修期間積壓船舶估算方法能夠比較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)檢修期間可能引起積壓的船舶數(shù)量，為采取相應(yīng)的管理措施提供參考，同時(shí)對(duì)國(guó)內(nèi)外多線船閘檢修期間的運(yùn)行管理工作具有推廣意義。